土木工程材料第一章材料基本性质

土木工程材料如何保证土木工程材料的性质满足工程需要？土木工程材料的决定性因素是什么？工程结构对土木建筑材料有哪些要求？材料应该满足什么条件才能用于土建工程土木工程材料满足工程需要的一般性质，意义，影响因素和评价指标。总纲第一章土木工程材料的基本性质材料的基本性能要求材料的组成与结构材料具有的一般性质QQ:15419389SWU第一节材料科学导论土木工程要求材料具备什么性能（What）?QQ:15419389SWU土木工程（构件）的功能要求的材料性能

承受荷载长期可靠防水、隔热隔声、防火采光、绝缘不污染环境强度、变形性能耐久性相应物理性能安全性土木工程要求材料具备哪些性能？QQ:15419389SWU土木工程材料如何满足性能要求？材料的组成材料的结构材料的构造材料的复合QQ:15419389SWU性能组成结构材料的组成—结构—性能关系材料组成、结构与性能之关系

——现代材料科学的核心QQ:15419389SWU第二节材料的组成与结构材料的组成材料的结构与构造QQ:15419389SWU一、材料的组成组成材料的各种成分及其数量构成。材料的组成是材料性质的根本来源。随着研究的深度和考察的单位对象的层次不同。同一种材料可以有多种组成方式。QQ:15419389SWUQQ:15419389SWU材料的组成材料均由各种物相组成每种物相由矿物组成矿物由元素或化合物组成材料的物相组成：固相气相液相材料的化学组成：元素化合物QQ:15419389SWU相组成固相连续相分散相：纤维与颗粒气相液相矿物化合物分布的孔隙及其含量包含的液体种类与含量QQ:15419389SWU矿物

具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然矿物的物相或化合物。矿物组成

土木工程材料中的矿物种类及其含量。例如：矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有：硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙钢材中的矿物相有：奥氏体铁素体渗碳体珠光体QQ:15419389SWU化学组成

化学组成——化学成分是指材料中各物相所含元素或单质与化合物的种类和总含量。例如：钢材中四种矿物相所含的化学元素是：

Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）；生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2；水泥中四种矿物相所含的化合物是：

CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。聚氯乙烯塑料的化学组成有：

PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。QQ:15419389SWU化学组成与矿物组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同；例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、-、-等3种矿物相。不同的矿物相，其化学组成可能相同。例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。矿物组成相同，其化学组成一定相同。QQ:15419389SWU材料组成与性能的关系

土木工程材料的组成不同，其性能可完全不同。例如：生石膏CaSO4·2H2O与熟石膏CaSO4·0.5H2O的差别在所含H2O的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆，其主要原因是它们的含C量百分之几的微小差别；聚氯乙烯树脂[-CH2-CHCl-]n

与聚乙烯醇[-CH2-CHOH-]n

，在组成上,前者的大分子链上含Cl¯离子，而后者含OH¯离子，因而，后者是水溶性的，而前者不是。

……等等。

Summary材料物相化合物或元素物相组成：固相、液相、气相化学组成：化合物、元素矿物组成与化学组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同不同的矿物相，其化学组成可能相同矿物组成相同，其化学组成一定相同材料组成与性能的关系材料组成微小差别就可引起材料性能根本的改变材料中物相含量的变化就可导致材料质的突变两条基本原则：在选用材料时，必须了解材料的化学组成和物相组成；可以通过改变材料的组成来改善材料的性能。QQ:15419389SWU二、材料的结构与构造材料的结构材料中所含各物相的类型、尺寸、形状、数量及其分布。物相或化合物中各离子、原子、分子与超细颗粒等质点的堆积方式和几何形状，以及纤维的排布等。材料结构层次：宏观构造细观结构微观结构尺寸为～10-3m(肉眼可分辩)尺寸为10-6~10-3m(光学显微镜可辩)尺寸为＜10-6m(电子显微镜)尺寸为10-10~10-8m(高倍电镜)QQ:15419389SWU材料的结构——材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况；构成各物相的质点的堆积方式和分布情况；根据分辨率的大小，材料结构分为宏观、细观和微观三个层次；材料的结构取决其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等)；相同组成的材料可以有不同的结构；相同结构的材料可以有不同的组成。QQ:15419389SWU以混凝土为例混凝土内部的宏观结构：由大小不等、形状各异的砂、石颗粒与孔隙以及水分布在水泥浆体中而构成硬化水泥浆体的细观结构：孔隙、水分布于由水泥矿物水化物、未水化的水泥颗粒构成的固体连续相组成水泥浆体的微观结构：由晶体态水化物、非晶态水化物和微小孔隙及孔隙中的水构成QQ:15419389SWU宏观结构

材料构造是指宏观的组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10-3m以上，肉眼可分辨。如：材料内部的孔隙特征和孔结构；混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；纤维增强复合材料中的纤维分布状态等。混凝土的宏观结构天然石膏晶体颗粒的堆积结构—纤维轴向平行气泡堆积结构蜂窝结构QQ:15419389SWU宏观结构是指用肉眼或放大镜就可分辨的毫米级组织。分类及特点如下：（1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等（2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。(3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如石膏制品、粘土砖瓦等。QQ:15419389SWU(4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。（5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。(6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。QQ:15419389SWU2.细观结构

材料是由多物相和多晶体构成的。细观结构的尺寸范围为10-6~10-3m，它是指材料内部组织结构和各物相的堆积结构。如：钢材的晶体组织在常温下由铁素体、珠光体和渗碳体；岩石、陶瓷、水泥石中各矿物相的堆积结构等；高分子材料中晶相与非晶相的堆积结构。铁碳合金的细观组织结构照片铁碳合金的细观组织结构照片钢的细观组织结构照片天然岩石的细观结构木材的细观结构QQ:15419389SWU3.微观结构微观结构—指尺寸范围在10-10~10-6m内，组成材料的化合物或矿物的组织状态，是分子、原子与离子排列、连接的结构状态。根据排列有序与无序，微观结构分为

晶体（有序、重复排列）

非晶体（无序连接）玻璃体

胶体QQ:15419389SWU

晶体结构特点

晶体结构中，质点（离子、原子或分子）作三维空间有序堆积、并呈周期重复，由此构成点阵格子结构（晶格）。

晶体类型

根据质点（离子、原子或分子）间结合键的不同分为：1）离子晶体离子键结合，如:亚硝酸钠、硫酸铝等；2）共价晶体共价键结合，如：金刚石、碳化硅等；3）分子晶体分子键结合，如：减水剂、液晶等；4）金属晶体金属键结合，如：金属材料等。

QQ:15419389SWU晶体的微观结构

晶格晶胞晶面14种晶系晶格：在晶体内部，质点在空间整齐排列形成的空间格子晶胞：晶格的最小基本单位，即重复结构单元称为晶胞。晶胞由晶格常数有a、b、c矢量及其α、β、γ夹角。晶面：取单位晶格的棱作为基本矢量（a、b、c）的晶体坐标系，设从晶面上切出切片的长度分别为1/h、1/k、1/l，则这个面可表示为（h、k、l）。这个面就是晶面。QQ:15419389SWU金属的三种主要晶体结构体心结构(BCC)面心结构(FCC)六方紧密结构(HCP)QQ:15419389SWU硅酸盐结构SiO2中Si与O以共价键结合构成的硅氧四面体SiO4-4

硅氧四面体SiO4-4共顶连接构成的链硅氧四面体SiO4-4共顶连接构成的二维网络结构硅氧四面体SiO4-4共顶连接构成的三维网络结构QQ:15419389SWU晶体矿物具有规则的几何外形石英晶体QQ:15419389SWU晶体中原子排列的作用原子排列

研究固态物质的内部结构，即原子排列和分布规律是了解掌握材料性能的基础，才能从内部找到改善和发展新材料的途径；才能根据工程结构要求，选择合适的材料。组织性能

QQ:15419389SWU

非晶态结构

也称无定型结构。结构特点：质点排列无序，且无周期性；没有固定的几何外形。种类：玻璃体结构胶体结构如硅酸钠玻璃是典型的玻璃体结构，其结构中，Na、Si、和O离子无序堆积。而石英玻璃是晶体，其结构中Si、和O离子有序堆积。

胶体结构—只由微细的固体粒子和分散介质（液体）组成的结构当固体粒子含量较少，并分散在介质中则构成溶胶结构；当固体粒子含量较多，并形成连续相则构成凝胶结构。如：CSH凝胶、沥青、塑料、密封材料胶体的微观结构针状晶体的微观结构QQ:15419389SWU高分子材料中聚合物大分子链结构直链结构交联网络结构支链结构共聚物链结构QQ:15419389SWU材料的构造材料的构造指具有特定性质的材料的特定单元之间的相互搭配情况。比如固相、气相、液相的关系混凝土中骨料、水泥石、空隙额的数量及排列方式。复合材料，多种材料的组合情况，钢筋混凝土。等等。材料的构造方式很大程度上影响着材料的技术性质的具体表现。在建筑材料中尤其以孔隙的数量组成影响最为普遍。QQ:15419389SWU材料中的气相材料中均或多或少地含有气相；气相以各种尺寸和形态的孔(缝)隙存在于材料中，因此孔隙有一定的结构——孔结构；孔(缝)隙对材料性能有很大影响：有害孔，如：孔径较大的孔、连通缝等；无害孔，如：孔径很小的孔、凝胶孔等；有益孔，如：孔径很小的封闭孔等。QQ:15419389SWU材料内部的孔结构根据孔径尺寸，分为：微孔—纳米级孔细孔—微米级孔大孔—毫米级及以上的孔根据孔隙特征，分为连通孔—相互连通，构成孔隙网络封闭孔—不连通，独立分散大孔细孔纳米孔开口、连通孔封闭孔QQ:15419389SWU第三节土木工程材料的基本性质一、材料的基本物理性质二、材料的力学性质三、材料的耐久性QQ:15419389SWU一、材料的基本物理性质

（一）材料与质量有关的性质材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。QQ:15419389SWU绝对密实体积干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。表观体积对于比较密实、孔隙较少的散粒状材料，不必磨细，直接用排开液体的方法测定的体积。一般以表示。QQ:15419389SWU材料的自然体积材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0

表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其体积。材料的堆积体积粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以表示。QQ:15419389SWU1.材料的密度

1）.实际密度指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：

式中：ρ——实际密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

V——材料的绝对密实体积，cm3

或m3。QQ:15419389SWU2）.表观密度材料单位表观体积的质量。按下式计算：式中：——体积密度，g/cm3

或kg/m3；

m——材料的质量，g或kg；

——材料的自然体积，cm3

或m3。1.材料的密度QQ:15419389SWU1.材料的密度表观体积是指包括内部封闭孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量或体积。因此，材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。工程中砂石材料，直接用排水法测定其表观体积QQ:15419389SWU1.材料的密度砂表观密度ρs的测定（kg/m3）式中：m0——砂试样的烘干质量，g；m0＝300g；

m1——砂试样、水及容量瓶总质量，g;m2——水及容量瓶总质量，g。测定瓶+砂+水的质量m1测定瓶+水的质量m2QQ:15419389SWU3）.体积密度体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。按下式计算：

式中：ρ0——材料的体积密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的质量，g或kg；

V0——材料的自然体积，cm3

或m3。1.材料的密度QQ:15419389SWU4）.堆积密度堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量。按下式计算：

式中：ρ0——材料的堆积密度,g/cm3

或kg/m3；

m

——材料的质量，g或kg；

——材料的堆积体积，cm3

或m3。1.材料的密度QQ:15419389SWU砂堆积密度的测定将容量筒内材料刮平，容量筒的容积即为材料堆积体积QQ:15419389SWU1.材料的密度几种密度的比较比较项目实际密度表观密度体积密度堆积密度材料状态绝对密实近似绝对密实状态自然状态堆积状态材料体积VV0计算公式应用判断材料性质用量计算、体积计算QQ:15419389SWU2.材料的密实度和孔隙率

密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。密实度的计算式如下：

式中：ρ——密度；

ρ0——材料的表观密度。

对于绝对密实材料，因ρ0=ρ

，故密实度D=1或100%。对于大多数土木工程材料，因ρ0

＜ρ

，故密实度D

＜1或D

＜100%。QQ:15419389SWU材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：式中：V——材料的绝对密实体积，cm3

或m3；

V0——材料的表观体积，cm3

或m3；

ρ0——材料的表观密度,g/cm3

或kg/m3；

ρ——密度,g/cm3

或kg/m3。

孔隙率QQ:15419389SWU3.空隙率与填充率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中,颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率按下式计算：

式中：ρ0——材料的体积密度；

——材料的堆积密度。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。填充率QQ:15419389SWU孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。

具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。（ａ）亲水性材料（ｂ）憎水性材料QQ:15419389SWU亲水性与憎水性材料的特征：

材料的亲水性与憎水性主要取决于材料的组成与结构：有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。

水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。对工程防水有利。

水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质2.材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以ｗm表示。质量吸水率ｗm的计算公式为：式中：mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；

mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。QQ:15419389SWU（2）体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。体积吸水率WV的计算公式为：式中: mb——材料吸水饱和状态下的质量（g或kg）；

mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。

V0——材料在自然状态下的体积，（cm3

或m3）；

ρw——

水的密度,（g/cm3

或kg/m3），常温下取

ρ

w=1.0g/cm3。二、材料与水有关的性质QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质3.材料的吸湿性

材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率Ｗh表示，其计算公式为：式中：ms——材料吸湿状态下的质量（g或kg）

mg——材料在干燥状态下的质量（g或kg）。

当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率QQ:15419389SWU吸水性和吸湿性

材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关：材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。QQ:15419389SWU

1、为什么房屋一楼潮湿？

2、如何解决？1、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处理QQ:15419389SWU4.材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示：式中：KR——材料的软化系数；

fb——

材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；

fg

——

材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。（二）材料与水有关的性质QQ:15419389SWU软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质5.抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。QQ:15419389SWU材料与水有关的性质影响抗冻性的因素1.材料的密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2.材料的孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3.材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4.材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5.材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。QQ:15419389SWU（二）材料与水有关的性质6.材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数材料的渗透系数K可通过下式计算:式中：K——渗透系数,（cm/h）;

Q——渗水量，（cm3

）；A——渗水面积,（cm2

）；

H——材料两侧的水压差，（cm）；

d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。

材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。QQ:15419389SWU材料与水有关的性质（2）抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。QQ:15419389SWU（三）材料的热工性质1.导热性当材料两面存在温度差时，热量提高建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示：式中：λ——导热系数，W/（m·K）；

Q——传导的热量，J；

d——材料厚度，m；

F——热传导面积，m2；

Z——热传导时间，h；

（t2－t1）——材料两面温度差，K。物理意义：单位厚度（1m）的材料、两面温度差为1K时、在单位时间（1s）内通过单位面积（1m2

）的热量。QQ:15419389SWU2.热容量和比热材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质称为材料的热容量。用热容量系数或比热表示。比热的计算式如下所示：式中：C——材料的比热，J/（g·K）；

Q——材料吸收或放出的热量(热容量)；

m——材料质量，g；（t2

－t1）——材料受热或冷却前后的温差，K。材料的热工性质QQ:15419389SWU材料的热工性质3.热阻和传热系数热阻是材料层（墙体或其它围护结构）抵抗热流通过的能力，热阻的定义及计算式为：

Ｒ＝ｄ/λ

式中：R——材料层热阻，（m2·K）/W；

d——材料层厚度，m；

λ——材料的导热系数，W/（m·K）。

热阻的倒数１／Ｒ称为材料层（墙体或其它围护结构）的传热系数。传热系数是指材料两面温度差为1Ｋ时，在单位时间内通过单位面积的热量。QQ:15419389SWU材料的热工性质4.材料的温度变形性材料的温度变形是指温度升高或降低时材料的体积变化。用线膨胀系数α表示。

ΔL=（t2－t1）·α·L式中：ΔL——线膨胀或线收缩量，mm或cm；

（t2－t1）——材料前后的温度差，K；

α——材料在常温下的平均线膨胀系数，1/K；

L——材料原来的长度，mm或m。材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关，常选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。QQ:15419389SWU二、材料的力学性质1.材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。抗压抗拉抗剪抗弯QQ:15419389SWU抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度工程设计所涉及的材料强度。强度等级—土木工程材料常根据其极限强度值的大小，人为划分的若干“强度等级”比强度—材料强度与材料的表观密度之比抗压强度测试直接拉伸测试劈裂拉伸测试四点弯曲试验弹性极限强度：材料应力~应变曲线上的弹性区最大应力极限强度:材料应力~应变曲线上的最大应力破坏(断裂)强度:材料破坏(断裂)时的强度QQ:15419389SWU材料的力学性质抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f——材料强度，MPa；

Fmax——材料破坏时的最大荷载，N；

A——试件受力面积，mm2。抗弯强度的计算：中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强度用下式计算：式中：fw——材料的抗弯强度，MPa；Fmax——材料受弯破坏时的最大荷载，N；A——试件受力面积，mm2；L、b、

h——两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。-QQ:15419389SWU材料的力学性质2.弹性和塑性（1）弹性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。

（2）塑性材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。QQ:15419389SWU弹性具有这种性质的材料称为弹性材料；根据其应力—应变曲线，有:线弹性和非线弹性。塑性具有这种性质的材料称为塑性材料；其应力—应变曲线是非线性的，且不连续，每一点的应力与应变之比都不相同。2、弹性与塑性

线弹性特征：应力与应变成正比；应力～应变曲线是一条直线应力与应变之比(直线斜率)是弹性模量，为常数。非线性特征：应力～应变曲线不是直线而是曲线应力与应变之比——弹性模量不是常数QQ:15419389SWU刚度与弹性模量

刚度:

材料抵抗变形能力的量度弹性模量：应力与应变之比—-曲线上的斜率刚度用弹性模量来测量例如:对拉伸构件PPEAE=ddQQ:15419389SWU材料的力学性质3.脆性和韧性

材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。QQ:15419389SWU脆性和韧性

脆性材料材料在外力作用下，不发生明显的变形而突然破坏的一种性能，称为脆性；特点：其应力—应变曲线下的面积很小。

韧性材料材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受较大的变形而不至于破坏的性能，称为韧性。特点：其应力—应变曲线下的面积较大，这个面积就是其破坏前吸收的总能量。

对于脆性材料，极限强度与破坏强度是一致的。对于韧性材料，极限强度高于破坏（断裂）强度。QQ:15419389SWU脆性材料在受压下的破坏形式

QQ:15419389SWU韧性材料受压下的破坏形式

PPFrictionforcesbulgebulgeQQ:15419389SWU材料韧性的测量材料韧性用韧度(Toughness)来量度韧度—材料吸收能量的能力。韧度有两种测试计算方法：计算应力~应变曲线下的积分面积—单位面积吸收的能量带缺口试件的冲击试验—冲击强度测量

QQ:15419389SWU材料的力学性质4.硬度和耐磨性（1）硬度材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分，按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序，分为10个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度；也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。QQ:15419389SWU（2)耐磨性耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示，计算公式如下：式中：

G——材料的磨耗率，（g/cm2）；

m1——材料磨损前的质量，（g）；

m2——

材料磨损后的质量，（g）；

A——材料试件的受磨面积（cm2）。材料的力学性质QQ:15419389SWU三、材料的耐久性材料的耐久性是泛指材料在使用条件下，受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用，能长久地保持其使用性能的性质。耐久性是一种综合性质，采用多个方面的指标评价材料在建筑物之中，除要受到各种外力的作用之外，还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括物理、化学、机械及生物的作用。QQ:15419389SWU材料的耐久性物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用，交变荷载引起材料疲劳，冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。QQ:15419389SWU材料耐久性的评价耐水性抗渗性抗冻性耐腐蚀性耐候性抗老化QQ:15419389SWU补充：孔隙及孔隙特征对材料性质的影响1、孔隙对材料技术性质的影响是全方位的和多层次的，影响与孔隙率和孔隙特征有关。2、主要规律孔隙率大，材料的密度小，强度降低，耐久性也一般下降；开口孔隙和毛细孔道含量高，则材料的吸水性好，耐水性和抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性，以及在潮湿状态下的保温性都比较差。闭口孔隙率高的材料一般具有较好的保温性能和抗冻性能。而表面微孔结构的材料一般具有较好的吸声性能。QQ:15419389SWUContentsClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleClicktoaddTitleQQ:15419389SWUHotTipHowdoIincorporatemylogotoaslidethatwillapplytoalltheotherslides?Onthe[View]menu,pointto[Master],andthenclick[SlideMaster]or[NotesMaster].Changeimagestotheoneyoulike,thenitwillapplytoalltheotherslides.

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