《建筑材料》课件-建筑材料基本力学性质

建筑材料材料的力学性能，就是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。如：1.2建筑材料的基本力学性质强度硬度塑性脆性弹性韧性耐磨性1.2.1材料的强度

材料因抵抗外力（荷载）作用而引起破坏的最大能力，即为该材料的强度。其值是以材料受力破坏时单位面积上所承受的力表示。计算式为：

材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、压力、弯曲力及剪应力等。材料抵抗上述外力破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。静力强度的分类和计算公式见表1.3。大部分建筑材料，根据极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。材料的强度与材料本身的组成、结构和构造等有很大关系。钢材的抗拉、抗压强度都很高，如表1.4所示。表1.3静力强度分类

强度类别举例计算式附注抗压强度fc(MPa)fc=F/AF—破坏荷载(N)A—受荷面积(mm2)l—跨度(mm)b—断面宽度(mm)h—断面高度(mm)抗拉强度ft(MPa)ft=F/A抗剪强度fv(MPa)fv=F/A抗弯强度ftm(MPa)ftm=3Fl/(2bh2)表1.4钢材、木材和混凝土的强度比较

材料表观密度ρ0（kg/m3）抗压强度fc（MPa）比强度fc/ρ0

普通混凝土240029.40.012低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069比强度单位体积质量的材料强度称为材料的比强度，其值等于材料强度与表观密度的比值。现代建筑材料的发展方向之一就是研制轻质高强材料。材料的比强度指标是反映材料轻质、高强的力学参数，是高层建筑及大跨度结构工程中选择材料的重要指标。材料表观密度ρ0(kg/m3)抗压强度fc(MPa)比强度fc/ρ0低碳钢78604150.053松木50034.3(顺纹)0.069普通混凝土240029.40.012为了方便设计及对工程材料进行质量评价和选用，对于以力学性质为主要性能指标的材料，通常按材料的极限强度划分为若干不同的强度等级。强度等级越高的材料，所能承受的荷载越大。一般情况下，脆性材料按抗压强度划分强度等级，韧性材料按抗拉强度划分强度等级。1.2.2材料的弹性和塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数E称为弹性模量。在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力σ与应变ε的比值，即：

材料在外力的作用下产生变形，但不破坏，在外力去除后，变形不可自行消失材料不能自行恢复到原来的形状，而保留变形后的形状和尺寸的性质，称为材料的塑性，这种变形不可自行消失不能恢复或只能部分恢复的变形即为塑性变形，也称为残余变形或永久变形。

1.2.3材料的脆性和韧性在规定的温度、湿度、及加荷速度条件下施加外力，当外力达到一定限度，突然破坏且无显著塑性变形的材料称为脆性材料，这种性质称为脆性。建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的材料称为韧性材料，这种性质称为韧性。材料的韧性值用冲击韧性指标αK表示。冲击韧性指标是指用带缺口的试件做冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的功。即：如建筑钢材、木材等属于韧性较好的材料。韧性材料抗冲击、震动荷载的能力强，在建筑工程中，常用于桥梁、吊车梁等承受冲击荷载的结构和有抗震要求的结构。但是，材料呈现脆性还是韧性，不是固定不变的，可随温湿度、加荷速度及受力情况的不同而改变，如沥青材料在常温及缓慢加荷时呈现韧性，在低温及快速加荷时，则表现为脆性。1.2.4材料的硬度和耐磨性硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。硬度的测定方法有刻划法和压入法。按刻划法，材料的硬度可划分为1~10级(莫氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，常用磨损率表示：1.3建筑材料的耐久性材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用，保持其原有性质的能力称为材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一项综合性质，一般包括耐水性、抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐热性、耐溶蚀性、耐磨性等多项性能。破坏作用一般可分为物理作用、化学作用、机械作用和生物作用等。物理作用包括材料的干湿变化、温度变化及冻融变化等。这些变化会使材料体积发生收缩与膨胀，或产生内应力，造成材料内部裂缝扩展，久而久之，使材料逐渐破坏。化学作用包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害气体对材料产生的侵蚀作用，以及日光、紫外线等对材料的作用，使材料产生质的变化而破坏。生物作用是指昆虫、菌类等对材料所产生的虫蛀、腐朽等破坏作用。

不同材料起主导作用的破坏因素是不同的。在实际工程中，材料遭到破坏往往是在上述多个因素同时下作用引起的，所以材料的耐久性是一项综合性质。为提高材料的耐久性，可根据使用情况和材料特点采取相应的措施。如减轻环境的破坏作用、提高材料本身的密实性等以增强其抵抗性，或表面采取保护措施等。耐久性是材料的一项长期性质，对材料耐久性的判