1、建筑材料建筑材料（建筑材料的基本性質）（建筑材料的基本性質）本章教學目標 土木工程的功能 要求的材料性能 承受荷載 長期可靠性 防水、隔熱 隔聲、防火 采光、絕緣 不污染環境強度、剛度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具備哪些性能土木工程材料如何滿足性能要求？本章內容u第一節 材料的基本物理性質u第二節 材料的力學性質u第三節 材料的耐久性u第四節 材料的組成、結構和構造名稱名稱定義定義表達式表達式單位單位備注備注密密 度度表觀密度表觀密度堆積密度堆積密度00vmvmvom0（一）材料的密度、表觀密度與堆積密度一、材料與質量有關的基本物理性質材料在絕對密實狀態下材料在絕對密實狀態下, ,單位

2、體積的質量。單位體積的質量。材料在自然狀態下，單材料在自然狀態下，單位體積的質量。位體積的質量。材料在堆積狀態下，單材料在堆積狀態下，單位體積的質量。位體積的質量。g/cmg/cm3 3/m/m3 3/m/m3 3或或g/cmg/cm3 3（二）密實度與孔隙率材料孔隙示意圖材料孔隙示意圖 000100%) 100%VVPV(1-（二）密實度與孔隙率材料孔隙示意圖材料孔隙示意圖 00100%100%VDV材料空隙率示意圖材料空隙率示意圖00000100%(1) 100%1VVPDV （三）填充率與空隙率（三）填充率與空隙率0000100%100%VDV材料空隙率示意圖材料空隙率示意圖（一）材料的

3、親水性與憎水性二、材料與水有關的性質（二）吸水性u定義：吸水性是指材料在水中吸收水分的性質，其大小用吸水率表示。 %100 mmmWbmu影響吸水性的因素：u材料的孔隙率；u材料的本身的性質，如親水性或憎水性；u孔隙構造特征，如孔徑大小、開口與否等 。質量吸水率體積吸水率（三）吸濕性100%m-mmWshu定義：材料在空氣中，吸收空氣中水分的性質，稱為吸濕性。其大小用含水率表示。 u材料的孔隙率；u材料的本身的性質，如親水性或憎水性；u孔隙構造特征，如孔徑大小、開口與否等；u周圍空氣的溫度和濕度 。 影響吸濕性的因素：平衡含水率（四）材料的耐水性u定義：材料在長期水作用下，其強度也不顯著降低的

4、性質，稱為耐水性。其衡量指標為：gbRffK u軟化系數越小，說明材料吸水飽和后的強度降低越多，其耐水性越差。 軟化系數對經常處于水中或受潮嚴重的重要結構物的材料，其KR0.85； 受潮較輕的或次要結構物的材料，其KR0.75； 越大，材料的抗滲性越差。（五）材料的抗滲性QAdH對于混凝土和砂漿，抗滲性常用抗滲等級表示。混凝土的抗滲等級以每組六個試件中四個試件未出現滲水時的最大水壓力計算，其計算式為： Pn =10H1 H六個試件中三個滲水時的水壓力，MPa。 AtHQdKs影響材料抗滲性的因素有哪些？（六）材料的抗凍性u定義：材料在吸水飽和狀態下，能經受多次凍融循環作用而不破壞，強度也不顯著

5、降低的性質。u衡量指標：抗凍性指標用抗凍等級Fn表示，表示經過n次凍融循環次數后，質量損失不超過5%，強度損失不超過25%。u凍融破壞的原因及過程：孔隙及孔隙水孔隙水結冰材料開裂飽水程度增加開裂加劇材料凍融破壞三、材料的熱工性質三、材料的熱工性質導熱性材料傳導熱量的能力稱為導熱性。其大小用熱導率，又稱導熱系數（）表示。12QdA TTt12(T -T ) AQdt At2t1Q 式中 導熱系數（W/m.K） Q傳導的熱量（J） A熱傳導面積（m2） d材料的厚度（m） t熱傳導時間（s） (T2-T1)材料兩側溫差（K） u 熱傳導性與導熱系數熱傳導性與導熱系數 u 比熱容與熱容比熱容與熱容

6、u 線膨脹系數線膨脹系數u 最高使用溫度最高使用溫度材料線膨脹系數的測量線膨脹系數的單位：/C材料的線膨脹系數與組成和結構有關：有機材料金屬材料無機非金屬材料非晶體材料晶體材料材料導熱性的測量材料的導熱性用導熱系數或熱阻表示導熱系數與組成、結構和孔隙率、孔隙特征有關：金屬非金屬；多孔材料密實材料封閉孔隙開口連通孔隙三、材料的熱工性質三、材料的熱工性質u強度與比強度u彈性與塑性u脆性與韌性u硬度與耐磨性工程材料的力學性質Mechanical Properties of Engineering materialsMechanical Properties of Engineering materi

7、alsu工程結構設計以承受最大荷載(強度)，而有最小的變形(剛度)u為了工程應用效率最優，應按照材料的強度和剛度，選擇材料u材料的力學性質指材料在荷載(外力)作用下的強度與剛度(形變)u荷載、應力、應變1、強度與比強度u強度材料抵抗荷載作用下的變形，保持原有形狀(不發生形變)或抵抗破壞的性能量度u根據荷載種類與作用方向，強度有： 抗壓強度 抗拉強度 抗彎強度 抗剪強度u工程設計所涉及的材料強度。u強度等級土木工程材料常根據其極限強度值的大小，人為劃分的若干“強度等級”u比強度材料強度與材料的表觀密度之比抗壓強度測試直接拉伸測試劈裂拉伸測試四點彎曲試驗彈性極限強度：材料應力應變曲線上的彈性區最大

8、應力極限強度: 材料應力應變曲線上的最大應力破壞(斷裂)強度: 材料破壞(斷裂)時的強度0f比強度 幾種材料的強度比較材材 料料表觀密度表觀密度(kg/m(kg/m3 3) )強度強度f f (MPa)(MPa)比強度（比強度（f/f/o o）低碳鋼低碳鋼786078604154150.0530.053松松 木木50050034.334.30.0590.059混凝土混凝土2400240060600.0250.025材料的比強度衡量材料輕質高強的一個指標，材料的強度與其表觀密度之比，即：0f比強度2、彈性與塑性 卸載后材料的變形行為：u變形可完全恢復u變形不可恢復或部分恢復u彈性 當撤去外力或外

9、力恢復到原受力狀態，材料能夠完全恢復原來變當撤去外力或外力恢復到原受力狀態，材料能夠完全恢復原來變形的性質稱為彈性形的性質稱為彈性； 具有這種性質的材料稱為彈性材料； 根據其應力應變曲線，有:線彈性和非線彈性。u塑性 當撤去外力或外力恢復到原受力狀態，材料仍保持變形后形狀和當撤去外力或外力恢復到原受力狀態，材料仍保持變形后形狀和尺寸、并不發生裂縫的性質稱為塑性尺寸、并不發生裂縫的性質稱為塑性； 具有這種性質的材料稱為塑性材料； 其應力應變曲線是非線性的，且不連續，每一點的應力與應變之比都不相同。2、彈性與塑性 線彈性特征： 應力與應變成正比； 應力應變曲線是一條直線 應力與應變之比(直線斜率)

10、是彈性模量，為常數。E非線性特征： 應力應變曲線不是直線而是曲線 應力與應變之比彈性模量不是常數剛度與彈性模量u剛度: 材料抵抗變形能力的量度u彈性模量：應力與應變之比-曲線上的斜率u剛度用彈性模量來測量u例如: 對拉伸構件EAPLPPEAE=ddE3. 脆性和韌性(Brittleness and Ductility)u脆性 材料在外力作用下，不發生明顯的變形而突然破壞的一種性能，稱為脆性； 特點：其應力應變曲線下的面積很小。 具有這種性質的材料稱為脆性材料u韌性 材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受較大的變形而不至于破壞的性能，稱為韌性。 特點：其應力應變曲線下的面積較大，這個面積就

11、是其破壞前吸收的總能量。 具有這種性質的材料稱為韌性材料u對于脆性材料，極限強度與破壞強度是一致的。u對于韌性材料，極限強度高于破壞（斷裂）強度。2.耐磨性材料表面抵抗磨損的能力。用磨損率表示。12mmNA磨損率m1試件磨損前的質量（g）；m2試件磨損后的質量（g）；A試件受磨面積（cm2）。測定方法：刻劃法、回彈法、壓入法。 1.硬度指材料表面的堅硬程度，是抵抗其他物體刻劃、壓入其表面的能力。小結u強度材料抵抗外力，不變形或破壞的能力；u比強度材料強度與質量之比；u彈性材料能恢復荷載作用下的變形的性能；u塑性不可恢復荷載作用下的變形的性能；u脆性材料破壞前，不產生明顯變形而突發破壞；u韌性材料破壞前，能產生較大變形或吸收較大能力；u硬度材料抵抗刻劃、擦傷、磨損的能力；一、概念材料