1.1 材料基本性能

1、1.1 材料的基本性能材料的基本性能 熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确选熟悉和掌握材料的基本性质，对于正确选 择和合理使用材料至关重要。本章主要介绍了择和合理使用材料至关重要。本章主要介绍了 材料的基本物理、力学性质及其有关指标和计材料的基本物理、力学性质及其有关指标和计 算公式。物理性质包括材料与质量有关的性质、算公式。物理性质包括材料与质量有关的性质、 与水有关的性质、热工性质，力学性质包括强与水有关的性质、热工性质，力学性质包括强 度、弹性与塑性、脆性与韧性。度、弹性与塑性、脆性与韧性。 本章提要本章提要 本本 章章 内内 容容 1.1 材料的物理性质材料的物理性质 1.2 材料的力学

2、性质材料的力学性质 1.1 材料的物理性质材料的物理性质 密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。计算式为： 绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内 的体积。 1.1.1 材料与质量有关的性质材料与质量有关的性质 1.1.1.1 密度密度 m V 1.1.1.2 表观密度表观密度 表观密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。计算 式为： 材料的表观体积是指包含内部孔隙的体积。一般是 指材料长期在空气中干燥，即气干状态下的表观密度。 在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。 0 0 m V 堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在 堆积状态下单位体积的质量。计算式为： 砂子、石子等散粒材料的

3、堆积体积，是在特 定条件下所填充的容量筒的容积。材料的堆积体 积包含了颗粒之间或纤维之间的孔隙。 常用建筑材料的有关数据见下表。 1.1.1.3 堆积密度（补充）堆积密度（补充） 0 0 m V 常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度和 孔隙率孔隙率 (1) 孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占的比 例。计算式为： 孔隙率与密实度的关系为： 00 00 1(1) 100% VVV P VV 1PD 1.1.2.1 材料的孔隙率材料的孔隙率与密实度与密实度 如上述普通粘土砖的孔隙率为： P =（1- 0 )100% =(1-0.68)100%=

4、32% 材料的密实度和孔隙率是从不同方面反映材 料的密实程度，通常采用孔隙率表示。 根据材料内部孔隙构造的不同，孔隙分为连 通的和封闭的两种。 几种常用材料的孔隙率列于前表。 (2) 密实度密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的 程度，也就是固体物质的体积占总体积的比例。 密实度反映材料的致密程度。计算式为： 1.1.2.1 材料的孔隙率材料的孔隙率与与密实度密实度 0 0 V V D 例如：某种普通粘土砖0=1700kg/m3， =1.5g/cm3。 那么其密实度 D=0100% =68% (1) 填充率填充率 填充率是指散粒材料在某种堆积体积内被其 颗粒

5、填充的程度。 其计算式为： 1.1.2.2 材料的填充率与空隙率（补充）材料的填充率与空隙率（补充） 00 00 100%100% V D V (2) 空隙率空隙率 空隙率是指散粒材料在某种堆积体积内，颗 粒之间的空隙体积所占的比例。计算式为： 空隙率与填充率的关系为： 0000 000 1(1) 100% VVV P VV 1PD 1.1.3 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 吸水性是指材料在水中能吸收水分的性质。 吸水性的大小用吸水率表示。 质量吸水率、体积吸水率为材料浸水后在规 定时间内吸入水的质量（或体积）占材料干燥质 量（或干燥时体积）的百分比。 质量吸水率 1.1.3.1 吸水

6、性吸水性 100% mm W m 干湿 质 干 体积吸水率 00 V1 100%=100% VV mm W 水干湿 体 水 材料吸水率的大小与材料的孔隙率和孔隙 构造特征有关。 材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质 称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。 含水率为材料所含水的质量占材料干燥质量 的百分比。计算式为： 1.1.3.2 吸湿性吸湿性 h W w mm =( / )100% %100 m h m m W s 或 平衡含水率：所含水分与空气的湿度相平衡时 的含水率。 材料在长期饱和水作用下不被破坏，其强度 也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性 用软化系数表示。 计算式为： 1.

7、1.3.3 耐水性耐水性 K f f b R g 抗渗性是指材料在压力水作用下抵抗水渗透 的性质。材料的抗渗性可用渗透系数表示。 1.1.1.4 抗渗性抗渗性 Q K d AtH 材料的抗渗性也可以用抗渗等级Pn来表示。 例如：某防水混凝土的抗渗等级为P6，表示 该混凝土试件经标准养护28d后，按照规定的试验 方法在0.6MPa压力水的作用下无渗透现象。 抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受 多次冻结和融化作用(冻融循环)而不被破坏，强 度也无显著降低的性能。 材料的抗冻性用抗冻等级Fn表示。n表示材料 试件经n次冻融循环试验后，质量损失不超过5%， 抗压强度降低不超过25%。n的数值越大，

8、说明抗 冻性能愈好。 材料的抗冻性与材料的密实度、强度、孔隙 构造特征、耐水性以及吸水饱和程度有关。 1.1.3.5 抗冻性抗冻性 材料传导热量的性能称为导热性。材料的导 热性用导热系数表示。 导热系数的物理意义是指，单位厚度的材料， 当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过 单位面积的热量。计算式为： 材料的导热系数与材料的成分、构造等因素 有关。 1.1.4 材料与热有关的物理性质材料与热有关的物理性质 1.1.4.1 导热性导热性 21 () Qd Az tt 材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性 质，称为热容量。热容量用比热表示，1g材料温 度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量

9、称为比 热。比热的计算式为： 材料的比热与质量的乘积为材料的热容量值Q 容=cm。 比热容（c）：1KG重的材料，温度每改变1K 时所吸收或者放出的热量。 1.1.4.2 热容量和比热容热容量和比热容 21 () Q c m tt 1.2 材料的力学性质材料的力学性质 材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力， 称为强度。 当材料承受外力作用时，内部就产生应力。 随着外力逐渐增加，应力也相应增大。直至材料 内部质点间的作用力不能再抵抗这种应力时，材 料即破坏，此时的极限应力值就是材料的强度。 根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、 抗压、抗剪和抗弯(抗折)强度等(图1-1)。 1.1.1 材料

10、的强度材料的强度 图1.1 材料受力示意图 (a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲 在试验室采用破坏试验法测试材料的强度。 按照国家标准规定的试验方法，将制作好的试件 安放在材料试验机上，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。 材料的抗拉、抗压和抗剪强度的计算式为： F f A 材料的抗弯强度与试件受力情况、截面形状 以及支承条件有关。通常是将矩形截面的条形试 件放在两个支点上，中间作用一集中荷载。 材料的抗弯强度的计算式为： 2 3 2 FL f bh 材料的强度主要取决于它的组成和结构。一 般说材料孔隙率越大，强度越低，另外不同的受 力形式或

11、不同的受力方向，强度也不相同。 1.1.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后 能完全恢复到原始形状的性质称为弹性；当外力 去除后，有一部分变形不能恢复，则称为材料的 塑性。 弹性是可逆变形；塑性是不可逆变形。 大部分材料的两种变形是分阶段发生的，也 有一些材料弹性和塑性同时发生，如混凝土。 材料受力破坏时，无显著的变形而突然断裂 的性质称为脆性。在常温、静荷载下具有脆性的 材料称为脆性材料。 在冲击、振动荷载作用下，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 的性质称为韧性或冲击韧性。材料的韧性是用冲 击试验来测试的，以试件破坏时单位面积所消耗 的功表示。 1.1.3 材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性 硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻画的能力。 耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。 1.1.4 材料的硬度和耐磨性材料的硬度和耐磨性 材料在长期使用过程中，承受各种内外破坏 因素或有害介质的作用，保持其原有性能而不变 质、不破坏的性质，统称