《建筑材料》課件-建筑材料基本力學(xué)性質(zhì)

建筑材料材料的力學(xué)性能，就是指材料在外力（荷載）作用下，抵抗破壞和變形的能力。如：1.2建筑材料的基本力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度硬度塑性脆性彈性韌性耐磨性1.2.1材料的強(qiáng)度

材料因抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強(qiáng)度。其值是以材料受力破壞時(shí)單位面積上所承受的力表示。計(jì)算式為：

材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應(yīng)力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。靜力強(qiáng)度的分類和計(jì)算公式見表1.3。大部分建筑材料，根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，可劃分為若干不同的強(qiáng)度等級(jí)。材料的強(qiáng)度與材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等有很大關(guān)系。鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高，如表1.4所示。表1.3靜力強(qiáng)度分類

強(qiáng)度類別舉例計(jì)算式附注抗壓強(qiáng)度fc(MPa)fc=F/AF—破壞荷載(N)A—受荷面積(mm2)l—跨度(mm)b—斷面寬度(mm)h—斷面高度(mm)抗拉強(qiáng)度ft(MPa)ft=F/A抗剪強(qiáng)度fv(MPa)fv=F/A抗彎強(qiáng)度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.4鋼材、木材和混凝土的強(qiáng)度比較

材料表觀密度ρ0（kg/m3）抗壓強(qiáng)度fc（MPa）比強(qiáng)度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069比強(qiáng)度單位體積質(zhì)量的材料強(qiáng)度稱為材料的比強(qiáng)度，其值等于材料強(qiáng)度與表觀密度的比值?，F(xiàn)代建筑材料的發(fā)展方向之一就是研制輕質(zhì)高強(qiáng)材料。材料的比強(qiáng)度指標(biāo)是反映材料輕質(zhì)、高強(qiáng)的力學(xué)參數(shù)，是高層建筑及大跨度結(jié)構(gòu)工程中選擇材料的重要指標(biāo)。材料表觀密度ρ0(kg/m3)抗壓強(qiáng)度fc(MPa)比強(qiáng)度fc/ρ0低碳鋼78604150.053松木50034.3(順紋)0.069普通混凝土240029.40.012為了方便設(shè)計(jì)及對(duì)工程材料進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)和選用，對(duì)于以力學(xué)性質(zhì)為主要性能指標(biāo)的材料，通常按材料的極限強(qiáng)度劃分為若干不同的強(qiáng)度等級(jí)。強(qiáng)度等級(jí)越高的材料，所能承受的荷載越大。一般情況下，脆性材料按抗壓強(qiáng)度劃分強(qiáng)度等級(jí)，韌性材料按抗拉強(qiáng)度劃分強(qiáng)度等級(jí)。1.2.2材料的彈性和塑性材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)，稱為彈性。這種當(dāng)外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形。這種變形屬于可逆變形，其數(shù)值的大小與外力成正比。其比例系數(shù)E稱為彈性模量。在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量E為常數(shù)，其值等于應(yīng)力σ與應(yīng)變?chǔ)诺谋戎?，即?/p>

材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，但不破壞，在外力去除后，變形不可自行消失材料不能自行恢復(fù)到原來的形狀，而保留變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)，稱為材料的塑性，這種變形不可自行消失不能恢復(fù)或只能部分恢復(fù)的變形即為塑性變形，也稱為殘余變形或永久變形。

1.2.3材料的脆性和韌性在規(guī)定的溫度、濕度、及加荷速度條件下施加外力，當(dāng)外力達(dá)到一定限度，突然破壞且無顯著塑性變形的材料稱為脆性材料，這種性質(zhì)稱為脆性。建筑材料中大部分無機(jī)非金屬材料均為脆性材料，如天然巖石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的材料稱為韌性材料，這種性質(zhì)稱為韌性。材料的韌性值用沖擊韌性指標(biāo)αK表示。沖擊韌性指標(biāo)是指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗(yàn)時(shí)，斷口處單位面積所吸收的功。即：如建筑鋼材、木材等屬于韌性較好的材料。韌性材料抗沖擊、震動(dòng)荷載的能力強(qiáng)，在建筑工程中，常用于橋梁、吊車梁等承受沖擊荷載的結(jié)構(gòu)和有抗震要求的結(jié)構(gòu)。但是，材料呈現(xiàn)脆性還是韌性，不是固定不變的，可隨溫濕度、加荷速度及受力情況的不同而改變，如瀝青材料在常溫及緩慢加荷時(shí)呈現(xiàn)韌性，在低溫及快速加荷時(shí)，則表現(xiàn)為脆性。1.2.4材料的硬度和耐磨性硬度是材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力。硬度的測定方法有刻劃法和壓入法。按刻劃法，材料的硬度可劃分為1~10級(jí)(莫氏硬度)。木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測定（布氏硬度HB）。耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示：1.3建筑材料的耐久性材料長期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力稱為材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一項(xiàng)綜合性質(zhì)，一般包括耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、抗老化性、耐熱性、耐溶蝕性、耐磨性等多項(xiàng)性能。破壞作用一般可分為物理作用、化學(xué)作用、機(jī)械作用和生物作用等。物理作用包括材料的干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些變化會(huì)使材料體積發(fā)生收縮與膨脹，或產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成材料內(nèi)部裂縫擴(kuò)展，久而久之，使材料逐漸破壞?；瘜W(xué)作用包括大氣和環(huán)境水中的酸、堿、鹽等溶液或其他有害氣體對(duì)材料產(chǎn)生的侵蝕作用，以及日光、紫外線等對(duì)材料的作用，使材料產(chǎn)生質(zhì)的變化而破壞。生物作用是指昆蟲、菌類等對(duì)材料所產(chǎn)生的蟲蛀、腐朽等破壞作用。

不同材料起主導(dǎo)作用的破壞因素是不同的。在實(shí)際工程中，材料遭到破壞往往是在上述多個(gè)因素同時(shí)下作用引起的，所以材料的耐久性是一項(xiàng)綜合性質(zhì)。為提高材料的耐久性，可根據(jù)使用情況和材料特點(diǎn)采取相應(yīng)的措施。如減輕環(huán)境的破壞作用、提高材料本身的密實(shí)性等以增強(qiáng)其抵抗性，或表面采取保護(hù)措施等。耐久性是材料的一項(xiàng)長期性質(zhì)，對(duì)材料耐久性的判