第1章建筑材料的基本性质PPT课件

1、1/73一、学习目的与内容一、学习目的与内容 了解建筑材料基本性质，以便按要求正确选用了解建筑材料基本性质，以便按要求正确选用材料。材料。将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本将具有共同性和比较重要的材料性质作为基本性质进行重点讲述，其它性质将在有关章节中介绍性质进行重点讲述，其它性质将在有关章节中介绍第1页/共72页2/73 了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求；了解建筑物及其周围环境对材料的基本要求； 熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有熟练掌握材料的物理性质、力学性质、与水有 关的性质和耐久性；关的性质和耐久性； 了解材料热学性质的一般概念；了解材料热学性质的一般概念； 了解材料

2、的组成、结构和构造；了解材料的组成、结构和构造； 了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。了解材料性质与其组成、结构、构造的关系。第2页/共72页3/73 重重 点：材料的物理性质、力学性质、与水点：材料的物理性质、力学性质、与水 有关的性质和耐久性。有关的性质和耐久性。 难难 点：基本物理性质相互之间的关系；点：基本物理性质相互之间的关系； 材料组成、结构、构造对材料性质的影响。材料组成、结构、构造对材料性质的影响。第3页/共72页4/73第一节第一节材料的组成、结构及构造材料的组成、结构及构造第4页/共72页 材料的组成是指材料的材料的组成是指材料的化学组成化学组成和和矿物组成矿物组成 材

3、料的化学组成是指组成材料的材料的化学组成是指组成材料的化学元素种类化学元素种类和和数量数量 材料的化学组成，直接影响材料的化学性质，也是决定材料材料的化学组成，直接影响材料的化学性质，也是决定材料 物理性质和力学性质的重要因素物理性质和力学性质的重要因素 材料材料化学组成的表示：化学组成的表示： 金属：金属： 以以化学元素含量百分数化学元素含量百分数表示表示 无机非金属材料：以元素的无机非金属材料：以元素的氧化物含量氧化物含量表示表示 有机高分子材料：以构成高分子材料的有机高分子材料：以构成高分子材料的单体单体表示表示第5页/共72页6/73 材料中具有特定化学成分、特定结构和特定物理材料中具

4、有特定化学成分、特定结构和特定物理力学性能的物质或单质称为力学性能的物质或单质称为矿物矿物 材料的材料的矿物组成矿物组成是指构成材料的是指构成材料的矿物种类和数量矿物种类和数量 矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本矿物是构成岩石和各类无机非金属材料的基本单元。单元。 如：如： 花岗岩的矿物组成主要是石英和长石；花岗岩的矿物组成主要是石英和长石； 石灰岩的矿物组成为方解石；石灰岩的矿物组成为方解石； 硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝酸钙硅酸盐水泥的矿物组成主要是硅酸钙、铝酸钙 材料的矿物组成直接影响无机非金属材料的性质材料的矿物组成直接影响无机非金属材料的性质第6页/共72页7/73 材

5、料中具有相同物理、化学性质的均匀部分材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相称为相 凡是由两相或两相以上物质组成的材料称为凡是由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料复合材料 建筑材料大多数是多相固体，可以看作复合建筑材料大多数是多相固体，可以看作复合 材料材料,如混凝土如混凝土第7页/共72页 材料的结构是指材料的材料的结构是指材料的内部组织内部组织情况，可分为情况，可分为: : 微观结构微观结构 显微结构显微结构 宏观结构宏观结构 第8页/共72页9/73 微观结构是原子分子层次的结构，可用电子微观结构是原子分子层次的结构，可用电子显微镜或显微镜或X射线衍射仪来分析研究该层次的结构特

6、射线衍射仪来分析研究该层次的结构特征，寸范围在征，寸范围在10-1010-6m（级，级，1=10-1nm）。）。 材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、材料的许多物理性质如强度、硬度、熔点、导热、导电性等都是由微观结构所决定的。导热、导电性等都是由微观结构所决定的。 材料在微观结构层次上可分为材料在微观结构层次上可分为晶体、非晶体晶体、非晶体。第9页/共72页10/73 晶体是由原子、离子或分子等质点在空间按一晶体是由原子、离子或分子等质点在空间按一定方式重复排列而成的固体定方式重复排列而成的固体. . 具有固定的几何外形，各向异性，具有固定的几何外形，各向异性，在一定的压力下具有固定的熔点，

7、受到外力作用时在一定的压力下具有固定的熔点，受到外力作用时可产生弹性变形可产生弹性变形NaCl晶体中Na+、Cl-离子有规则排列方方解解石石石英石英菱菱锰锰矿矿第10页/共72页11/73第11页/共72页12/73 按组成晶体的按组成晶体的质点及化学键质点及化学键的不同，晶的不同，晶体可分为：体可分为： 原子原子晶体，如石英晶体，如石英 离子离子晶体，如晶体，如CaCl2分子分子晶体，如有机化合物晶体，如有机化合物金属金属晶体，如钢铁材料晶体，如钢铁材料第12页/共72页13/73肖特基缺陷(a)、弗伦克尔缺陷(b) 置换型杂质(a)、间隙型杂质(b) 第13页/共72页14/73第14页/

8、共72页15/73非晶体结构又称无定形结构或玻璃体结构。非晶体结构又称无定形结构或玻璃体结构。 上近程有序，远程无序。其有序范围只有有序单上近程有序，远程无序。其有序范围只有有序单位尺寸的几倍距离。位尺寸的几倍距离。玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而玻璃体的特点是无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定。只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定。钠硅玻璃结构粉煤灰中的玻璃微珠第15页/共72页16/73 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的材显微结构是指用光学显微镜所能观察到的材料结构，其尺寸范围在料结构，其尺寸范围在10-610-3m（微米级）（微米级）如：金属材

9、料的金相组织；木材的木纤维如：金属材料的金相组织；木材的木纤维;水泥水泥水化产物形貌等水化产物形貌等 材料细观特征、数量、分布和界面性质对材材料细观特征、数量、分布和界面性质对材料性能有重要影响料性能有重要影响第16页/共72页17/73de第17页/共72页18/73 宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织，其尺寸在大组织，其尺寸在10-3m级（毫米级）以上。级（毫米级）以上。材料的宏观结构可按其特征分为：材料的宏观结构可按其特征分为： 致密结构（钢材、玻璃等）致密结构（钢材、玻璃等） 多孔结构（泡沫塑料、加气混凝土等）多孔结构（泡沫塑料、加气混凝

10、土等）纤维结构（竹材、纤维板等）纤维结构（竹材、纤维板等）层状结构（胶合板等）层状结构（胶合板等） 第18页/共72页19/73第19页/共72页20/73粒径在粒径在10-710-4m间的各种矿物或者金属粉末，间的各种矿物或者金属粉末，通常属于散粒的显微层次通常属于散粒的显微层次 粒径在粒径在10-910-7m间的各种微粒，一般大于微观间的各种微粒，一般大于微观尺度的原子团，小于通常的微粉尺度的原子团，小于通常的微粉由它可构成各种纳米材料由它可构成各种纳米材料 第20页/共72页21/73胶体是指粒径为胶体是指粒径为10-710-9m的颗粒在介质中形成的颗粒在介质中形成的分散体系。的分散体系

11、。 溶胶溶胶在胶体结构中，介质对胶体的物理力学性在胶体结构中，介质对胶体的物理力学性能起决定作用。能起决定作用。 凝胶凝胶胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒胶粒数量较多或在物理化学作用下，胶粒相互吸附凝聚而形成网状结构，胶体反映出胶粒的相互吸附凝聚而形成网状结构，胶体反映出胶粒的物理力学性质。物理力学性质。 溶胶 凝胶第21页/共72页22/73第22页/共72页23/73 密度是指材料在密度是指材料在绝对密实状态下绝对密实状态下单位体积的质量。单位体积的质量。 材料的密度可按下式计算：材料的密度可按下式计算： 式中式中 密度，密度，g/cm3；m材料的质量，材料的质量，g；V材料在绝对密实

12、状态下的体积，材料在绝对密实状态下的体积， g/cm3 。 每种材料的密度是固定不变的。每种材料的密度是固定不变的。Vm第23页/共72页24/73表观密度（俗称容重）是指材料在表观密度（俗称容重）是指材料在自然状态下自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。材料的表观密度可（包含孔隙）单位体积的质量。材料的表观密度可按下式计算：按下式计算： 式中式中 表观密度，表观密度，g/cm3(kg/m3)；m材料的质量，材料的质量，g(kg)；V0材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积，cm3(m3)。 材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度材料的表观密度通常是指在气干状态下的表观密度.0V

13、m第24页/共72页25/73 孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。材料的孔隙率可按下式计算： Vp V0 V 孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。%100)1 (%10000VVVP第25页/共72页26/73 材料中的孔隙，可分为与材料中的孔隙，可分为与外界连通外界连通的开口的开口孔和与外界隔绝的孔和与外界隔绝的闭口孔闭口孔。孔隙本身又按尺寸。孔隙本身又按尺寸大小分为大小分为极细孔隙极细孔隙（D0.01mm）、）、细小孔隙细小孔隙（D1.0mm）闭口孔开口孔第26页/共72页27/73材料材料密度密度 (g/cm3)表观密度表观密度 (kg/m3)孔隙率孔隙率(%)建筑钢建筑钢7.

14、8578500铝合金铝合金2.712.90270029000花岗岩花岗岩2.602.90250028000.51.0石灰岩石灰岩2.452.75220026000.55.0普通粘土砖普通粘土砖2.502.80150018002040松木松木1.553807005575普通玻璃普通玻璃2.502.60250026000普通混凝土普通混凝土23002500320石油沥青石油沥青0.951.10沥青混凝土沥青混凝土2200240026天然橡胶天然橡胶0.910.939109300聚氯乙烯树脂聚氯乙烯树脂1.331.45133014500第27页/共72页28/73 材料的力学性质是指材料在外力作用下

15、的有关材料的力学性质是指材料在外力作用下的有关变形性质和抵抗破坏的能力。变形性质和抵抗破坏的能力。 材料的变形性质材料的变形性质 材料的强度材料的强度第28页/共72页29/73 材料的变形性质是指材料在荷载作用下发生形状及体积变化的有关性质。 弹性变形是指在外荷载作用下产生、卸荷后可以自行消失的变形。 塑性变形是指在外力去除后，材料不能自行恢复到原来的形状而保留的变形，也称残余变形。第29页/共72页30/73第30页/共72页31/73 材料受拉伸或者压缩时，除了产生轴向变材料受拉伸或者压缩时，除了产生轴向变形外，还产生横向变形。受压时轴向缩短而横形外，还产生横向变形。受压时轴向缩短而横向

16、膨胀；受拉时，则与之相反向膨胀；受拉时，则与之相反材料受拉伸或者压缩时，会发生体积变化材料受拉伸或者压缩时，会发生体积变化第31页/共72页32/73 固体材料在外力作用固体材料在外力作用下，变形随时间的延长而下，变形随时间的延长而逐渐增长的现象称为逐渐增长的现象称为徐变徐变材料在荷载作用下，材料在荷载作用下，若所产生的变形因受约束若所产生的变形因受约束而不能发展时，其应力将而不能发展时，其应力将随时间的延长而逐渐减小，随时间的延长而逐渐减小，这一现象称为这一现象称为应力松弛应力松弛第32页/共72页33/73 材料的强度是指材料抵抗外力（荷载）作用引起的破坏的能力 在静荷载作用下，材料达到破

17、坏前所承受的应力极限值，称为材料的静力强度（简称材料强度）或极限强度 根据作用荷载的不同，材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）和抗剪强度等第33页/共72页34/73 材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。材料强度的测定常用破坏性试验方法来进行。即将材料制成试件，置于试验机上，按即将材料制成试件，置于试验机上，按规定的速规定的速度均匀度均匀地加荷，直到试件破坏，由试件破坏时的地加荷，直到试件破坏，由试件破坏时的荷载值，按相应计算公式，可求得材料强度荷载值，按相应计算公式，可求得材料强度第34页/共72页35/73式中式中f材料强度，材料强度，MPa； F破坏时荷载，破坏时

18、荷载，N； A试件受力断面面积，试件受力断面面积，mm2 AFf/第35页/共72页36/73 抗弯强度的计算公式分别为：抗弯强度的计算公式分别为：（中间加一个集中荷载）和（中间加一个集中荷载）和在跨度的三分点上作用两个集中荷载）在跨度的三分点上作用两个集中荷载）式中式中fm抗弯强度，抗弯强度，MPa；F破坏荷载，破坏荷载，N；L梁的跨度，梁的跨度，mm；b、h梁断面的宽与高，梁断面的宽与高，mm。223bhFLfm2bhFLfm第36页/共72页37/73（）材料本身的组成、结构和构造（）材料本身的组成、结构和构造不同品种的材料，强度不同。即使同种材料，其不同品种的材料，强度不同。即使同种材

19、料，其内部孔隙率、构造等不同时，强度也不相同内部孔隙率、构造等不同时，强度也不相同（）试件的形状和尺寸（）试件的形状和尺寸多数情况下，材料的强度随多数情况下，材料的强度随试件尺寸试件尺寸的的增加增加而而降降低低，当尺寸大到一定程度后，强度不再下降，这一现，当尺寸大到一定程度后，强度不再下降，这一现象称为尺寸效应。试件的象称为尺寸效应。试件的形状形状也会对材料的强度结果也会对材料的强度结果产生影响。以脆性材料的单轴抗压强度为例，采用棱产生影响。以脆性材料的单轴抗压强度为例，采用棱柱体或圆柱体试件测得的强度要比采用立方体试件测柱体或圆柱体试件测得的强度要比采用立方体试件测得的强度小得的强度小第37

20、页/共72页38/73（）试件的表面状态试件的试件的表面状态表面状态同样会对强度结果产生影同样会对强度结果产生影响。试件表面（受压面）凹凸不平或有掉角等响。试件表面（受压面）凹凸不平或有掉角等缺损时，会引起应力集中而缺损时，会引起应力集中而降低降低强度测定值强度测定值 第38页/共72页39/73（）试件端部的约束情况 试件试件端部的约束情况端部的约束情况不同，压板与试件承压不同，压板与试件承压面之间的摩擦力，测定的强度也不同。出现正摩面之间的摩擦力，测定的强度也不同。出现正摩擦时，强度偏高，负摩擦时，强度偏低。脆性材擦时，强度偏高，负摩擦时，强度偏低。脆性材料立方体试件在有（正摩擦）无摩擦时

21、的破坏特料立方体试件在有（正摩擦）无摩擦时的破坏特征征第39页/共72页40/73（）试验加荷速度试验时，若加荷速度较快，则由试验时，若加荷速度较快，则由应力引起的材应力引起的材料变形料变形的增长速度落后于应力增长速度，破坏时的的增长速度落后于应力增长速度，破坏时的强度值强度值偏高偏高；反之，强度试验值偏低；反之，强度试验值偏低（）其它因素（）其它因素 除了上述因素外，试验时试件的温度、湿度、除了上述因素外，试验时试件的温度、湿度、含水状态及试验装置等也会对材料强度测定结果产含水状态及试验装置等也会对材料强度测定结果产生影响生影响第40页/共72页41/73 每一种材料由于品质不同，强度值有很

22、大差别每一种材料由于品质不同，强度值有很大差别 为了生产和使用方法，国家标准规定，材料按静力为了生产和使用方法，国家标准规定，材料按静力强度的高低划分若干强度等级强度的高低划分若干强度等级 脆性材料按其静力抗压强度的高低划分若干强度脆性材料按其静力抗压强度的高低划分若干强度等级等级 建筑钢材按其静力拉伸屈服强度划分若干强度等建筑钢材按其静力拉伸屈服强度划分若干强度等级级第41页/共72页42/73 材料在承受材料在承受持久荷载持久荷载下的强度，称为下的强度，称为持久强度持久强度 静力强度静力强度是材料在承受是材料在承受短期荷载短期荷载条件下具有的条件下具有的强度，也称强度，也称暂时强度暂时强度

23、 实际结构物中材料承受的荷载大多为持久荷载。实际结构物中材料承受的荷载大多为持久荷载。材料在持久荷载作用下会产生徐变，使塑性变形增材料在持久荷载作用下会产生徐变，使塑性变形增加，故材料的持久强度一般低于暂时强度加，故材料的持久强度一般低于暂时强度第42页/共72页43/73材料承受的材料承受的荷载随时间而交替变化荷载随时间而交替变化时，其应时，其应力也随时间而交替变化。这种交变应力超过某一力也随时间而交替变化。这种交变应力超过某一极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏，极限、且多次反复作用后，即会导致材料破坏，该应力极限值称为该应力极限值称为疲劳极限疲劳极限 疲劳极限与静力破坏不同，它常在没

24、有显著变疲劳极限与静力破坏不同，它常在没有显著变形的情况下，突然断裂。疲劳极限远低于静力强形的情况下，突然断裂。疲劳极限远低于静力强度，甚至低于度，甚至低于屈服强度屈服强度第43页/共72页44/73 固体材料的强度取决于结构中各质点（原子、固体材料的强度取决于结构中各质点（原子、离子、分子）之间的相互作用力离子、分子）之间的相互作用力 材料的理论抗拉强度可按下式计算：材料的理论抗拉强度可按下式计算： fm材料理论抗拉强度材料理论抗拉强度 E材料的弹性模量材料的弹性模量 材料的表面能材料的表面能 d0组成材料质点间的距离组成材料质点间的距离0dEfm第44页/共72页45/73 在自然界中，各

25、种材料都有结构及构造缺在自然界中，各种材料都有结构及构造缺陷，如晶格缺陷、孔隙、微裂纹等。由于缺陷陷，如晶格缺陷、孔隙、微裂纹等。由于缺陷的存在，材料的实际强度要比理论强度小得多的存在，材料的实际强度要比理论强度小得多（通常相差（通常相差1001000倍）倍） 第45页/共72页46/73 材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能，称为材料抵抗冲击或震动等荷载作用的性能，称为冲击韧性冲击韧性。冲击韧性以试件受冲击时，单位体积或。冲击韧性以试件受冲击时，单位体积或单位面积内所能吸收的冲击功来表示单位面积内所能吸收的冲击功来表示 脆性材料脆性材料受冲击后易碎裂；受冲击后易碎裂；强度低强度低的材料不能的材

26、料不能承受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料承受较大的冲击荷载。故材料冲击韧性可反映材料既有一定强度，又有良好受力变形的综合性能既有一定强度，又有良好受力变形的综合性能 桥梁、路面、桩桥梁、路面、桩及有抗震要求的结构所用的材及有抗震要求的结构所用的材料需考虑冲击韧性料需考虑冲击韧性第46页/共72页47/73 材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为材料抵抗其它较硬物体压入的能力称为硬度硬度 材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体材料受外界物质的摩擦作用而造成质量和体积损失的现象称为积损失的现象称为磨损磨损材料同时受到材料同时受到摩擦摩擦和和冲击冲击两种作用而造成的两种作用而造成的质量和体积损

27、耗现象称为质量和体积损耗现象称为磨耗磨耗第47页/共72页48/73第四节第四节材料与水有关的性质材料与水有关的性质第48页/共72页49/73 固体材料在空气中与水接触时，按其固体材料在空气中与水接触时，按其是否易被是否易被水湿润水湿润分为分为亲水性材料亲水性材料和和憎水性材料憎水性材料两类两类 两类材料与水接触时，界面上有着不同的状态两类材料与水接触时，界面上有着不同的状态 第49页/共72页50/73气固气固、 气液气液及及液固液固分别表示气固、气液及分别表示气固、气液及液固界面间的液固界面间的界面张力界面张力，为接触角。当三力达到为接触角。当三力达到平衡时具有以下关系：平衡时具有以下关

28、系：气固气固= 液固液固 +气液气液cos第50页/共72页51/73s液气固液固气cos1.当当气固气固液固液固= 气液气液时，时， cos=1，=0，液体液体 完全湿润固体完全湿润固体2.当当0气固气固液固液固 气液气液时，时， 0 cos 1， 90，液体能湿润固体，液体能湿润固体3.当当气固气固液固液固 0时，时， 90 ，液体不能湿，液体不能湿润固体润固体 第51页/共72页52/73 材料吸收水分的性质称为材料吸收水分的性质称为吸水性吸水性材料中所含水的质量与材料材料中所含水的质量与材料干燥质量干燥质量的百分比的百分比为为含水率含水率 材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡时，材料中

29、的水分与周围空气的湿度达到平衡时，材料处于材料处于气干状态气干状态，此时材料的含水率称为，此时材料的含水率称为平衡含平衡含水率水率材料吸水达到材料吸水达到饱和饱和状态时的含水率称为材料的状态时的含水率称为材料的吸水率吸水率 。吸水率可用质量吸水率和体积吸水率两种。吸水率可用质量吸水率和体积吸水率两种方式表达方式表达第52页/共72页53/73 质量吸水率：体积吸水率：体积吸水率：第53页/共72页54/73Wv与Wm的关系为： 式中式中 G1材料吸水饱和状态下的质量材料吸水饱和状态下的质量 G材料干燥状态下的质量材料干燥状态下的质量 水水水的密度水的密度 V 0材料在自然状态下的体积材料在自然

30、状态下的体积 材料的干表观密度材料的干表观密度第54页/共72页55/73 材料受水的作用材料受水的作用 不会损坏，其强度也不显著降不会损坏，其强度也不显著降低的性质称为低的性质称为耐水性耐水性。材料的耐水性以软化系数。材料的耐水性以软化系数K软软表示。软化系数表示的是材料浸水后强度降低的程表示。软化系数表示的是材料浸水后强度降低的程度度 有时耐水材料是选择材料的重要依据。经常位有时耐水材料是选择材料的重要依据。经常位于水中或受潮严重的重要结构，其材料的软化系数于水中或受潮严重的重要结构，其材料的软化系数 不宜小于不宜小于0.850.90；受潮较轻或次要结构，材料软；受潮较轻或次要结构，材料软

31、化系数也不宜小于化系数也不宜小于0.700.85第55页/共72页56/73 材料抵抗压力水渗透的性能称为材料抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性抗渗性。材料。材料的抗渗性与材料的孔隙率及的抗渗性与材料的孔隙率及孔隙特征孔隙特征有关有关渗透系数渗透系数或或抗渗等级抗渗等级式中式中 K渗透系数，渗透系数，ml/（cm2s）或）或/s； Q透水量，透水量， ml； A透水面积，透水面积， cm2 ； H水头差，；水头差，； t透水时间，透水时间，s第56页/共72页57/73第57页/共72页58/73（1） 物理作用：干湿变化、温度变化及冻融作用等（2） 化学作用：酸、碱、盐等物质的水溶液或气体对材料

32、的侵蚀破坏（3） 生物及生物化学作用：昆虫、菌类等蛀蚀及腐蚀第58页/共72页59/73(1)一般矿物质材料（如石料、砖及混凝土等）：一般矿物质材料（如石料、砖及混凝土等）：当暴露于大气中或处于水位变化区时，主要发当暴露于大气中或处于水位变化区时，主要发生物理破坏作用；当处于水中时，除物理作用生物理破坏作用；当处于水中时，除物理作用还发生还发生化学侵蚀化学侵蚀作用作用(2) 金属材料：主要是化学腐蚀及电化学腐蚀作用金属材料：主要是化学腐蚀及电化学腐蚀作用(3) 沥青质及合成高分子材料：主要是阳光、空气沥青质及合成高分子材料：主要是阳光、空气及热的作用及热的作用第59页/共72页60/73工程中

33、所指的材料耐久性，是指材料在所处环工程中所指的材料耐久性，是指材料在所处环境条件下，境条件下，保持其原有性能保持其原有性能、抵抗所受破坏抵抗所受破坏作用的作用的能力能力材料的耐久性包含材料的耐久性包含抗渗、抗冻抗渗、抗冻等许多方面等许多方面抗冻性抗冻性是指材料在水饱和状态下，能经受多次是指材料在水饱和状态下，能经受多次冻融而不产生宏观破坏，同时微观结构不明显劣化、冻融而不产生宏观破坏，同时微观结构不明显劣化、强度也不严重降低的性能强度也不严重降低的性能第60页/共72页61/73 冰冻对材料的破坏作用与材料组织结构及其冰冻对材料的破坏作用与材料组织结构及其含水状况有关。水结冰时体积增大含水状况

34、有关。水结冰时体积增大9%，其破坏，其破坏作用可概括为作用可概括为冰胀压力作用、水压力作用冰胀压力作用、水压力作用及及显微显微析冰析冰作用三种作用三种第61页/共72页62/73 当材料孔隙中充满水并快速冰结时，在孔隙内当材料孔隙中充满水并快速冰结时，在孔隙内将产生很大的冰胀压力，使毛细管壁受到拉应力，将产生很大的冰胀压力，使毛细管壁受到拉应力，导致材料破坏。冰胀压力的大小及破坏作用程度，导致材料破坏。冰胀压力的大小及破坏作用程度，取决于材料孔隙的取决于材料孔隙的水饱和程度水饱和程度及材料的及材料的变形能力变形能力 水结冰时的破坏作用，主要发生在充满了水的水结冰时的破坏作用，主要发生在充满了水

35、的较粗孔隙内和毛细孔隙内。孔隙中水的冰点随孔径较粗孔隙内和毛细孔隙内。孔隙中水的冰点随孔径减小而降低，故极细孔隙中的水，在一般情况下不减小而降低，故极细孔隙中的水，在一般情况下不会结冰。粗大气孔，水易进易出，不易充满其中会结冰。粗大气孔，水易进易出，不易充满其中第62页/共72页63/73 当其受冻降温时，不同直径的孔隙内的水逐当其受冻降温时，不同直径的孔隙内的水逐渐结冰，并伴随着体积增加，在某些孔隙内已结渐结冰，并伴随着体积增加，在某些孔隙内已结冰的水的体积膨胀，迫使尚未结冰的多余水移向冰的水的体积膨胀，迫使尚未结冰的多余水移向附近气泡或试件边缘。在这一过程中产生水压力，附近气泡或试件边缘。

36、在这一过程中产生水压力，使孔壁受到拉应力，造成材料体积膨胀使孔壁受到拉应力，造成材料体积膨胀 当冰融化时，材料体积收缩，但会留下部分残当冰融化时，材料体积收缩，但会留下部分残余变形余变形 经多次冻融后，材料将会遭到破坏经多次冻融后，材料将会遭到破坏第63页/共72页64/73 材料孔隙中的水，一般为盐类的稀溶液，一材料孔隙中的水，一般为盐类的稀溶液，一旦结冰，则析出纯冰并使溶液浓度提高。此时，旦结冰，则析出纯冰并使溶液浓度提高。此时，若相邻较细孔中尚未结冰并仍存在着原浓度的溶若相邻较细孔中尚未结冰并仍存在着原浓度的溶液，即产生了浓度差，水则向已结冰区域迁移并液，即产生了浓度差，水则向已结冰区域

37、迁移并迅速结冰。同时，对纯水而言，当温度下降时其迅速结冰。同时，对纯水而言，当温度下降时其表面张力增大，也会向孔径较大的孔隙转移，并表面张力增大，也会向孔径较大的孔隙转移，并使已结的冰晶增大，称为析冰现象使已结的冰晶增大，称为析冰现象 当材料中所含孔隙较少并已充满水时，析冰当材料中所含孔隙较少并已充满水时，析冰作用使水向较粗一级的孔隙内迁移，使较粗毛细作用使水向较粗一级的孔隙内迁移，使较粗毛细孔隙内水分增多、冰晶增大，致使冻胀压力和水孔隙内水分增多、冰晶增大，致使冻胀压力和水压力作用更为严重，此时析冰现象使冻融破坏作压力作用更为严重，此时析冰现象使冻融破坏作用加剧用加剧第64页/共72页65/

38、73 某一材料是否容易被冰冻破坏，与某一材料是否容易被冰冻破坏，与冻结温度、冻结温度、冻结速度及冻融频繁程度冻结速度及冻融频繁程度等因素有关等因素有关 温度越低、降温越快、冻融间隔时间越短，材温度越低、降温越快、冻融间隔时间越短，材料越易破坏。处于建筑物水位变化区的材料，在寒料越易破坏。处于建筑物水位变化区的材料，在寒冷季节交替地受到水饱和和冻融作用，其破坏最为冷季节交替地受到水饱和和冻融作用，其破坏最为严重。此时建筑物的耐久性主要取决于材料的抗冻严重。此时建筑物的耐久性主要取决于材料的抗冻性性第65页/共72页66/73（1） 材料的抗冻性用抗冻等级表示材料的抗冻性用抗冻等级表示（2） 抗冻等级是指抗冻等级是指标准尺寸标准尺寸的材料试件，在水的材料试件，在水饱饱和和状态下，经受状态下，经受标准标准的冻融作用后，其强度不严重的冻融作用后，其强度不严重降低、质量不显著损失、性能不明显下降时，所经降低、质量不显著损失、性能不明显下降时，所经受的冻融受的冻融循环次数循环次数（3） 影响因素材料抵抗冻融破坏作用的能力，与影响因素材料