建筑材料基本性质精品课

建筑材料基本性质精品课第一页，共一百零三页，2022年，8月28日

第一节材料的组成、结构和构造

第二节材料的物理性质第三节材料的力学性质

第四节耐久性主要内容第二页，共一百零三页，2022年，8月28日第一节材料的组成与结构组成化学组成矿物组成相组成结构宏观结构微观结构细观结构第三页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。表示方法：--金属材料以各化学元素含量表示--无机非金属材料以各氧化物含量表示--有机材料以各化合物的含量表示意义:化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学性质的主要因素之一举例化学组成第四页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。意义:也是决定无机非金属材料化学性质、物理性质、力学性质和耐久性的重要因素之一。举例:如硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙，硅酸三钙含量越多，硅酸盐水泥的早期强度越高，水化热越大，因此不适用于冬季施工。矿物组成第五页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：材料中结构相近性质相同的均匀部分矿物。例如，自然界中的物质可以分为气、固、液三大相同一种材料可以由多相的相组成。例如建筑钢材就有铁素体、渗碳体和珠光体，它们的比例不同，就能生产出不同强度和塑性的钢材。

两种或以上相组成的材料是复合材料。混凝土可认为由集料颗粒（集料相）分散在水泥浆体（基相）中组成的两相复合材料；钢筋混凝土又可认为是钢筋和混凝土两相的复合材料。相组成第六页，共一百零三页，2022年，8月28日相同组成材料，其的性能是相同的？

解答：例如同是二氧化硅成分组成的材料，蛋白石是无定型二氧化硅，石英是结晶型二氧化硅。它们的分子结构不同，因而它们的性质不同。第七页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织（毫米级及以上）分类（孔和构成形态）致密结构多孔结构纤维结构宏观结构层状结构散粒结构纹理结构第八页，共一百零三页，2022年，8月28日

致密结构

致密构造的材料内部基本上无孔隙，结构致密。

特点：是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。

如：钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。

大理岩的致密表面图第九页，共一百零三页，2022年，8月28日

多孔结构

多孔构造的材料其内部存在大体上呈均匀分布的独立的或部分相通的孔隙，含孔率较高。

性质：强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性较好。

如：加气混凝土、石膏制品、烧结普通砖等。

加气混凝土砌块的多孔构造图

第十页，共一百零三页，2022年，8月28日

纤维结构

纤维构造的材料内部组成有方向性，纵向较紧密而横向疏松，组织中存在相当多的孔隙.

性质:具有明显方向性，一般平行纤维方向的强度较高，导热性较好。

如：木材、竹、玻璃纤维、石棉等。竹的纤维构造图第十一页，共一百零三页，2022年，8月28日

层状结构

层状构造的材料具有叠合结构，是用胶结料将不同的片材或具有各向异性的片材胶合而成整体。

性质：可获得平面各向同性，更重要的是可以显著提高材料的强度、硬度、绝热或装饰等性质，扩大其使用范围。

如：胶合板、纸面石膏板塑料贴面板等。胶合板的层状构造图第十二页，共一百零三页，2022年，8月28日

散粒结构

散粒状构造指呈松散颗粒状的材料。

密实颗粒：如砂子、石子等，因其致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。

轻质多孔颗粒：如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。陶粒的粒状构造图第十三页，共一百零三页，2022年，8月28日

纹理结构

天然材料在生长或形成过程中，自然造成的天然纹理，如木材、大理石、花岗石等板材人工制造材料时特意造成的纹理，如瓷质彩胎砖、人造花岗石板材等，这些天然或人工造成的纹理，使材料具有良好的装饰性。目前广泛采用仿真技术，已研制出多种纹理的装饰材料。

大理石的纹理结构图第十四页，共一百零三页，2022年，8月28日亚微观结构也称作细观结构指用光学显微镜所看到的结构是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式其尺寸范围在10-3～10-6m。该结构主要研究：材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。细观结构第十五页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究原子、分子层次的结构意义：决定着材料的许多物理、力学性质，如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等分类分类晶体

非晶体（玻璃体）胶体

微观结构第十六页，共一百零三页，2022年，8月28日其内部质点按照特定的规则在空间周期性排列具有特定的几何外形和固定的熔点固定熔点按晶体的质点间结合键的特性，晶体又分为：原子晶体分子晶体离子晶体金属晶体晶体第十七页，共一百零三页，2022年，8月28日也称玻璃体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及作有规则的排列而形成的无定形体近程有序，远程无序具有各向同性，没有固定的熔点具有化学不稳定性，容易与其他物质反应或自行缓慢地向晶体转换。如在水泥、混凝土中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体，在有水存在条件下，它们能与石膏、石灰发生反应，生成具有水硬性的产物。

非晶体第十八页，共一百零三页，2022年，8月28日晶体非晶体（玻璃体）第十九页，共一百零三页，2022年，8月28日是指以极微小的质点（1～100μm）分散在介质中所形成的结构具有较强的粘结力：原因：由于胶体的质点很微小，其总的表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，例如：胶体硅酸盐水泥水化产物中的胶体将砂石粘结在一起形成整体，就形成了混凝土。胶体在长期应力作用下，又具有粘性液体的流动性质。正是由于硅酸盐水泥的主要水化产物是凝胶体，混凝土的徐变就是由于水泥凝胶体而产生的。

胶体第二十页，共一百零三页，2022年，8月28日某工程灌浆材料采用水泥净浆，为了达到较好的施工性能，配合比中要求加入硅粉，并对硅粉的化学组成和细度提出要求，但施工单位将硅粉理解为磨细石英粉，生产中加入的磨细石英粉的化学组成和细度均满足要求，在实际使用中效果不好，水泥浆体成分不均，请分析原因。

案例分析第二十一页，共一百零三页，2022年，8月28日硅粉又称硅灰，是硅铁厂烟尘中回收的副产品，其化学组成为SiO2，微观结构为表面光滑的玻璃体，能改善水泥净浆施工性能。磨细石英粉的化学组成也为SiO2，微观结构为晶体，表面粗糙，对水泥净浆的施工性能有负作用。硅粉和磨细石英粉虽然化学成分相同，但细度不同，微观结构不同，导致材料的性能差异明显。讨论：第二十二页，共一百零三页，2022年，8月28日

组成+结构共同决定性质:组成不同，性质不同如，混凝土与钢材。组成相同，结构不同，性能也不同。如：C有三种形态——不定型碳、石墨和金刚石。小结从组成和结构上来研究建筑材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。第二十三页，共一百零三页，2022年，8月28日第二节材料的物理性质

一、与材料积体相关概念

二、材料的密度、表观密度、堆积密度

三、密实度、孔隙率

四、填充率、空隙率

五、与水有关的性质

六、热工性能第二十四页，共一百零三页，2022年，8月28日一、与材料体积有关的几个概念1、材料结构1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙

固体（实体）孔闭口孔隙开口孔隙2、材料的体积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。绝密体积、表观体积、堆积体积第二十五页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。表示方法：以Ｖ表示测定方法：比较密实的材料，如玻璃、钢材等，通常认为其于绝对密实状态下，直接测其体积；一般多孔材料，如砖，应磨成细粉（粒径小于0.2mm）排除其内部孔隙，用李氏瓶测其实际体积绝密体积第二十六页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：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）。表示方法：以Ｖ0表示。测定方法对形状规则的材料，直接测量；对形状不规则的材料，蜡封后用排水法测量表观体积第二十七页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。表示方法：以V’表示测定方法：包括了材料间的空隙体积用既定容积的容器测定。与堆积状态有关（同一材料）松散堆积下的体积较大密实堆积状态下的体积较小堆积体积第二十八页，共一百零三页，2022年，8月28日二、材料的密度、表观密度、堆积密度定义：材料在绝对密实状态下单位体积的重量。计算式：=m/v式中：——密度（kg/m3）m——材料的干燥质量，kg。v——材料在绝对密实状态下的体积，m3测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。意义：反映材料的结构状态，例如：用密度控制玻璃的生产。密度第二十九页，共一百零三页，2022年，8月28日有孔材料密度的测定第三十页，共一百零三页，2022年，8月28日

定义：表观密度在自然状态下，材料单位体积的重量计算式：

式中

。——表观密度，kg/m3。m——材料的质量，kg。V。——材料在自然状态下的体积，m3。测定方法：规则试件：几何计算法；不规则试件：蜡封，饱和排水法与含水状态的关系：含水量越大，表观密度越小。表观密度第三十一页，共一百零三页，2022年，8月28日

定义：指散粒材料（粉状或粒状材料）在堆积状态下单位体积的重量。计算式：测定方法：粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。意义：在土木建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。堆积密度第三十二页，共一百零三页，2022年，8月28日几种密度的特点：相同点：指单位体积质量。（质量/体积）区别：测试方法不同，获得体积大小不同体积的测试方法：实体体积

——李氏比重瓶法或排水法(粉末)表观体积（实体＋闭口＋开口）

—规则试件：几何计算法；—不规则试件：蜡封，饱和排水法堆积体积(实体＋闭口＋开口＋间隙)——密度筒法小结第三十三页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：指材料体积内被固体物质充实的程度。计算式：密实度三、密实度、孔隙率定义：指材料体积内孔隙体积所占材料总体积的比例计算式：孔隙率第三十四页，共一百零三页，2022年，8月28日孔隙率与密实度的关系？孔隙率与材料性质的关系？材料的强度、材料的表观密度、吸水率、抗渗性、抗冻性、保温性能等。两个孔隙率相同的同种同体积的材料吸水率是否一定相同？材料的性质除了与孔的多少有关外，还与孔的特征、孔的形状有关孔的特征：包括开口孔和闭口孔，孔隙尺寸的大小、孔的形状、孔隙在材料内部的分布均匀程度第三十五页，共一百零三页，2022年，8月28日观察与讨论某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面。请问选择何种材料？AB第三十六页，共一百零三页，2022年，8月28日讨论：保温层的目的是外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。

第三十七页，共一百零三页，2022年，8月28日某施工队原使用普通烧结粘土砖，后改为多孔、容量仅700kg/m3的加气混凝土砌块。在抹灰前往墙上浇水，发觉原使用的普通烧结粘土砖易吸足水量，但加气混凝土砌块表面看来浇水不少，但实则吸水不多，请分析原因。

案例分析第三十八页，共一百零三页，2022年，8月28日分析：加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。

第三十九页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：指指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。计算式：填充率四、填充率、孔隙率定义：指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例。计算式：空隙率第四十页，共一百零三页，2022年，8月28日意义：空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。

关系：D’+P’

=1（粉状材料）第四十一页，共一百零三页，2022年，8月28日1．

测定含大量开口孔隙的材料表观密度时，直接用排水法测定其体积，为何该材料的质量与所测得的体积之比不是该材料的表观密度？

2．含水率为10%的100g湿砂，其中干砂的重量为多少克？3．经测定，重量为3.4kg，容积为10.0L的容量筒装满绝干石子后的总重量为18.4kg。若向筒内注入水，待石子吸水饱和后，为注满此筒共注入水4.27kg。将上述吸水饱和的石子擦干表面后称得总重量为18.6kg（含筒重）。求该石子的表观密度、吸水率、堆积密度、开口孔隙率？作业第四十二页，共一百零三页，2022年，8月28日五、与水有关的性质石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？建筑红砖能否用作防水材料？长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？与水有关的性质包括：亲水性和憎水性；吸水性和吸湿性；耐水性；抗渗性和抗冻性。第四十三页，共一百零三页，2022年，8月28日根据材料在空气中与水接触时，能否被润湿分为亲水性材料：润湿角θ≦90°憎水性材料：润湿角90°＜θ＜180°

亲水性憎水性Play

建筑中大部分无机材料属于亲水材料：混凝土、砂浆等建筑中大部分有机材料属于憎水材料，沥青、石蜡、塑料等属于憎水材料可用作防水材料，也可用于亲水材料的表面处理。1、亲水性和憎水性第四十四页，共一百零三页，2022年，8月28日第四十五页，共一百零三页，2022年，8月28日（1）吸水性——饱水状态（吸水饱和）恒值定义：材料与水接触吸收水分的性质。指标：用吸水率表示。质量吸水率：材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率体积吸水率：材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率2.

吸水性与吸湿性第四十六页，共一百零三页，2022年，8月28日材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。吸水率对材料性质的影响（强度、保温性、抗渗性、抗冻性），例如：混凝土的吸水率越大，抗冻性越差。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。第四十七页，共一百零三页，2022年，8月28日（2）吸湿性——自然状态变值

定义：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。

指标：含水率定义：自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率计算式：。第四十八页，共一百零三页，2022年，8月28日与空气湿度有关材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。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，其含水率叫作材料的平衡含水率。选择瓷砖和木材要关注材料的吸水率还是含水率？

第四十九页，共一百零三页，2022年，8月28日定义：耐水性是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。指标：软化系数（K软）

3.

耐水性第五十页，共一百零三页，2022年，8月28日一般材料吸水后，强度降低，但降低的程度不同，例如：石膏和混凝土。

因为水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，则有不同程度的。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。软化系数的范围波动在0~1之间，当软化系数大于0.80时，认为是耐水性的材料。受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用软化系数不低于0.85的材料建造。第五十一页，共一百零三页，2022年，8月28日4.

抗渗性定义：材料抵抗压力水渗透的性质。指标：1）渗透系数：

式中：K—渗透系数，cm/h；A—透水面积，cm2；Q—透水量，cm3；t—时间，h；d—试件厚度，cm；H—静水压力水头，cm。K的意义：抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。Play第五十二页，共一百零三页，2022年，8月28日2）抗渗等级

定义：指用标准方法进行透水试验时，石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。表示方法：字母P+可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。举例：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。

第五十三页，共一百零三页，2022年，8月28日抗渗性是决定材料耐久性的主要指标（抗冻性和抗侵蚀性）。材料的抗渗性与材料内部的空隙率特别是开口孔隙率有关，开口空隙率越大，大孔含量越多，则抗渗性越差。材料的抗渗性还与材料的增水性和亲水性有关，增水性材料的抗渗性优于亲水性材料。

地下建筑及水工建筑等，因经常受压力水的作用，所用材料应具有一定的抗渗性。对于防水材料则应具有好的抗渗性。第五十四页，共一百零三页，2022年，8月28日5.

抗冻性定义：材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏强度又不显著下降的性质。指标：抗冻等级

——抗压强度下降≯25%；质量损失≯5%时能经受冻融循环的最大次数。例如：F150混凝土——该混凝土能够抵抗的最大冻融循环次数为150次。第五十五页，共一百零三页，2022年，8月28日材料抗冻标号的选择，足根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为D15或D25；用于桥梁和道路的混凝土应为D50、D100或D200。水工混凝土要求高达D500。5.

抗冻性第五十六页，共一百零三页，2022年，8月28日材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨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。

冻融循环冻融破坏的表现：表面出现剥落、裂纹、质量损失，强度降低。冻融破坏的原因：孔隙中水结冰体积膨胀，对孔壁造成压力。

5.

抗冻性第五十七页，共一百零三页，2022年，8月28日冻融破坏的大坝坝面使用20年高速公路桥5.

抗冻性第五十八页，共一百零三页，2022年，8月28日5.

抗冻性第五十九页，共一百零三页，2022年，8月28日思考题1.材料的软化系数越大，则其A)耐水性越好B)耐水性越差C)抗冻性越好D)抗冻性越差2.干燥的石材试样重500g，浸入水中吸水饱和后排出水的体积是190cm3，取出后抹干再浸入水中排开水的体积是200cm3，求此石材的表观密度、体积吸水率和重量吸水率。第六十页，共一百零三页，2022年，8月28日3.材料的开口孔隙率越多，则其

。A)耐水性越好B)耐水性越差C)抗渗性越好D)抗渗性越差4.材料吸水后，将使材料的

提高。

A)耐久性B)强度C)保温D)导热系数思考题第六十一页，共一百零三页，2022年，8月28日5干燥石材试样重964g，浸入水中吸水饱和后,取出抹干再浸入水中排出水的体积是370cm3，取出后称得重量为970g，磨细后烘干再浸入水中排出水的体积是356cm3。求：(1)该石材的密度和表观密度；(2)开口孔隙率和闭口孔隙率。

思考题第六十二页，共一百零三页，2022年，8月28日1．有一块烧结普通砖，在吸水饱和状态下测得的破坏荷载为185KN，干燥状态下测得的破坏荷载为207KN（受压面积为115mm×120mm），问砖的吸水饱和状态下和干燥状态下抗压强度各为多少？是否适宜常与水接触的工程结构物？

2．怎么区分材料的亲水性与憎水性？

作业第六十三页，共一百零三页，2022年，8月28日能源紧缺是一个世界性的问题，建筑行业是个耗能大户，国家规定高层建筑必须采用节能建筑材料，其中包括墙体节能、屋面节能和门窗节能。建筑节能保温材料热工性质导热性热容量六、热工性质第六十四页，共一百零三页，2022年，8月28日导热性定义：当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。指标：导热系数λ

式中λ——导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；Ｑ－传导的热量，Ｊｄ—材料厚度，ｍ；Ｆ——热传导面积，m2；Ｚ一热传导时间，h（t2-t1）－材料两面温度差，K第六十五页，共一百零三页，2022年，8月28日各种材料的导热系数差别很大，常见建筑材料的导热系数范围是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的材料称为绝热材料（保温和隔热材料）。工程意义：判断材料的保温隔热性能（λ↑传热越↑保温性↓物理意义：导热系数为单位厚度(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(1㎡)的热量。第六十六页，共一百零三页，2022年，8月28日常用建筑材料的热工性质指标材料名称

导热系数W/(m·K)比热J/(g·K)钢

550.46玻璃0.9花岗岩

3.490.92普通混凝土

1.510.88水泥砂浆

0.930.84普通粘土砖

0.810.84粘土空心砖

0.640.92松木

0.17～0.352.51泡沫塑料

0.031.30冰

2.202.05水

0.604.19静止空气

0.023

第六十七页，共一百零三页，2022年，8月28日材料的化学组成与结构

化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同。如：一般情况下，导热系数的大小为：金属材料﹥非金属材料﹥有机材料影响导热性的因素：第六十八页，共一百零三页，2022年，8月28日孔隙率和空隙构造特征

P↑，导热性↓，原因是静止空气的λ＜一般材料的λ。P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，λ↑，因为若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，λ↑。材料的湿度和温度材料受潮后，λ↑，导热性↑，保温隔热性↓（λ水＞λ空气）材料再受冻，λ进一步↑，保温隔热性进一步↓(λ冰＞λ水)。棉袄浸水后保暖性变差？孔多的材料保温性能好？第六十九页，共一百零三页，2022年，8月28日热容定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。材料名称

比热J/(g·K)钢

0.46铜

0.38花岗岩

0.92普通混凝土

0.88水泥砂浆

0.84普通粘土砖

0.84粘土空心砖

0.92松木

2.51泡沫塑料

1.30冰

2.05水

4.19第七十页，共一百零三页，2022年，8月28日复习思考题1．中空玻璃为什么比同厚度的实心玻璃保温性能好？2．保温材料为什么保持干燥状态保温效果较好？第七十一页，共一百零三页，2022年，8月28日

一、材料的强度二、弹性和塑性

三、脆性和韧性

四、硬度和耐磨性第三节材料的力学性质第七十二页，共一百零三页，2022年，8月28日一、材料的强度1.强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。第七十三页，共一百零三页，2022年，8月28日2.根据外力作用方式不同分类:抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度。如下图所示：第七十四页，共一百零三页，2022年，8月28日第七十五页，共一百零三页，2022年，8月28日第七十六页，共一百零三页，2022年，8月28日混凝土路面砖抗折强度试验第七十七页，共一百零三页，2022年，8月28日材料的抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：

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第七十八页，共一百零三页，2022年，8月28日抗弯强度（抗折强度）

单点加荷：

三分点加荷：

第七十九页，共一百零三页，2022年，8月28日根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。3.强度等级强度和强度等级的联系与区别强度等级是人为规定的强度范围强度指的是材料的极限值，是唯一的,是实测值强度等级的确定必须以其极限强度值为依据,每一强度等级则包含一系列强度值用于评价材料是否轻质高强。如C30M10Q2354.比强度材料的强度与其表观密度的比值第八十页，共一百零三页，2022年，8月28日1)材料的组成、结构与构造2)孔隙率与孔隙特征3)试件的形状和尺寸4)加荷速度5)试验环境的温度、湿度6)受力面状态5.影响材料强度的因素第八十一页，共一百零三页，2022年，8月28日弹性

定义：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。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。

指标：弹性模量

意义：E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。二、弹性和塑性第八十二页，共一百零三页，2022年，8月28日2、塑性：定义：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。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。

常见塑性材料：混凝土拌合物、水泥浆、钢材、沥青等Play第八十三页，共一百零三页，2022年，8月28日第八十四页，共一百零三页，2022年，8月28日第八十五页，共一百零三页，2022年，8月28日1、脆性定义：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的性质。

特点：破坏时，变形小；抗压强度高而抗拉、抗折强度低

脆性材料：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。三、脆性和韧性第八十六页，共一百零三页，2022年，8月28日第八十七页，共一百零三页，2022年，8月28日2、韧性（冲击韧性）定义：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质。

韧性材料：低碳钢、木材、玻璃钢等。采用冲击试验测定路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。第八十八页，共一百零三页，2022年，8月28日第八十九页，共一百零三页，2022年，8月28日四、硬度和耐磨性1.硬度定义：材料表面的坚硬程度，是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力分类：摩氏硬度（石料、陶瓷等）；

布氏、洛氏硬度（金属材料）。测定方法：刻划法，回弹法和压入法刻划法：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第九十页，共一百零三页，2022年，8月28日2.耐磨性

定义：耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。

指标：材料的耐磨性用磨耗率表示

计算公式：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）第九十一页，共一百零三页，2022年，8月28日复习思考题1.影响材料强度测试结果的试验条件有哪些？2.材料的强度与强度等级有何区别？3.在有冲击、振动荷载的部位宜选用具有哪些特性的材料？为什么？第九十二页，共一百零三页，2022年，8月28日

定义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。破坏作用材料在建筑物之中，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。第四节材料的耐久性第九十三页，共一百零三页，2022年，8月28日物理作用：可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些作用将使材料发生体积的胀缩，或导致内部裂缝的扩展。时间长久之后即会使材料逐渐破坏。在寒冷地区，冻融变化对材料会起着显著的破坏作用。在高温环境下，经常处于高温状态的建筑物或构筑物，所选用的建筑材料要具有耐热性能。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