第二章 建筑材料的基本性质(2).ppt

1、2.2 材料的力学性能,2.1.1 材料的强度、强度等级和比强度 1、强度 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2.3)。,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/

2、P:破坏荷载 A：受荷面积,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：,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不同的受力方向，强度也不相同。,F/P:受弯时破坏荷载 L：两支点间的距离 b：材料截面宽度 h：材料截面高度,图2.3 材料受力示意图,(a)拉力；(b)压力；(c)剪切；(d)弯曲,抗压强度测试,直接拉伸测试,劈裂拉伸测试,四点弯曲试验,混凝土路面砖抗折强度试验,混凝土路面砖抗压强度试验,常用建筑材料的强度值见表1-2,影响材料强

3、度的因素,1.材料的组成、结构：材料的强度与其组成及结构有关，即使材料的组成相同，其结构不同，强度也不一样。 2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈大，则强度愈小。对于同一品种的材料，其强度与孔隙率之间存在近似直线的反比关系。一般表观密度大的材料，其强度也大。这些是材料的内部因素。 3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大试件高。 还与测试条件（试验环境的温度、湿度、受力面状态）和方法（加荷速度）等外部因素有关。,表1-2 常用建筑材料的强度值（MPa）,2、强度等级,如石材、混凝土、砖等脆性材料主要用于抗压，因此按其抗压极限强度

4、来划分等级。 混凝土强度等级：cement C15、C20、C25、C30C80等 砂浆强度等级： mortar M5、M7.5、M10等。,为了掌握材料的力学性质，合理选择材料，依据国家标准规定，将结构材料按极限强度值划分成若干不同的等级，即强度等级。,强度等级：将材料按静力强度高低划分的等级。,钢材主要用于抗拉，故以其屈服点作为划分等级的依据。如：Q235、Q345、Q390等。Q 屈服点,强度和强度等级的区别与联系： 区别： a.强度与强度等级的定义不同。强度是实测值，强度等级是人为规定的强度范围。,b.强度指的是材料的极限值，是唯一的，每一强度等级则包含一系列强度值。 联系：某一材料强

5、度等级的确定必须以其极限强度值为依据。,3、比强度,比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料的强度与其表现密度之比，它是衡量材料轻质高强的一个重要指标，优质结构材料的比强度应高。比强度其数值越大，表明材料越轻质高强。,2.2.2 材料的弹性和塑性,材料在外力作用下产生变形，若除去外力后变形随即消失，这种性质称为弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，若除去外力后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。不能恢复的变形称为塑性变形。 材料的应力应变曲线见图2.4,图2.4 材料的应力应变曲线,a、完全弹性材料,b、弹塑性材料,塑性变形为不可逆变形。,实

6、际上，只有单纯的弹性或塑性变形的材料是不存在的，各种材料在不同的应力作用下，会表现出不同的变形性能。如大多数材料在受力不大的情况下表现为弹性，受力超过一定限度后则表现为塑性，所以可称之为弹塑性材料。,弹性变形为可逆变形。,例：钢筋受力变形,混凝土受力变形,2.2.3 材料的脆性和韧性,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。 例如：石料、砖、砼、陶瓷、玻璃等无机非金属材料一般均属于脆性材料 。,脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍甚至几十倍，但其抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座

7、等。,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。,建筑钢材、木材、沥青混凝土等都属于韧性材料。用作承受冲击和震动荷载的构件，如路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的构件。,2.2.4 材料的硬度和耐磨性,硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻画的能力。不同材料的硬度测定方法不同。 耐磨性是材料表面抵抗力磨损的能力。建筑工程中，用于道路、地面、踏步等部位的材料，均应考虑其硬度和耐磨性。一般来说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。,2.3 材料的耐久性,建筑

8、材料在使用过程中，能长期抵抗各种环境因素作用而不破坏，且能保持原有性质的性能。 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。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。,物理作用有干湿变化、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，时间长久之后会使材料逐渐破坏。,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、磨损

9、、磨耗等。 生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。,青藏公路三叉河大桥被有害离子侵蚀的混凝土墩,美术馆地下室顶板钢筋锈蚀情况,南方某海港码头混凝土被锈蚀,耐久性是一个综合性质，包括抗渗性、抗冻性、抗蚀性、抗老化、耐热性、耐磨性等。,砖、石料、混凝土等矿物材料，多是由于物理作用而破坏，也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下，会逐渐老化而使材料变脆或开裂。,不同材料所处的工作环境不同，耐久性包含的内容不同。所以，要提高材料的耐久性，应根据材料种类特点以及建筑物所处的环境

10、条件进行具体分析，选择正确的方法。 例如处于冻融环境的工程，所用材料的耐久性以抗冻性指标来表示。处于暴露环境的有机材料，其耐久性则应以抗老化能力来表示。,本章内容结束,1、大多数建筑材料均应具备的性质，即材料的 。 2、材料的及 是决定材料性质的基本因素，要掌握材料的性质必须了解材料的 、 与材料性质之间的关系 。 3、建筑材料按化学性质分三大类： 、 、 。 4、建筑材料的技术性质主要有： 、 、 。 5、当水与材料接触时，沿水滴表面作切线，此切线和水与材料接触面的夹角，称 。,6、材料吸收水分的能力，可用吸水率表示，一般有两种表示方法： 和 。 7、材料在水作用下，保持原有性质的能力，称

11、用 表示。 8、材料抵抗压力水渗透的性质称 ，用 或 表示。 9、材料抗渗性大小与 和 有关。 10、材料的变形特征有两种类型 和 。 11、根据材料被破坏前塑性变形显著与否，将材料分为 与 两大类。,1、某铁块的体积密度0= m /（ ）。 A、V0 B、V孔 C、V D、V0 2、某粗砂的堆积密度=m/（ ）。 A、V0 B、V孔 C、V D、V0 3、散粒材料的体积V0=（ ）。 A、V+V孔 B、V+V孔+V空 C、V+V空 D、V+V闭 4、材料憎水性是指润湿角（ ）。 A、900 C、=900 D、=0,5、材料的吸水率与（ ）有关。 A、亲水性 B、憎水性 C、孔隙率 D、孔隙形

12、态特征 E、水的密度。 6、材料的耐水性可用（ ）表示。 A、亲水性 B、憎水性 C、抗渗性 D、软化系数 7、材料抗冻性的好坏取决于（ ）。 A、水饱和度 B、孔隙特征 C、变形能力 D、软化系数 8、下述导热系数最小的是（ ）。 A、水 B、冰 C、空气 D、木材 E、发泡塑料,11、下述材料中比热容最大的是（ ）。 A、木材 B、石材 C、钢材 D、水 12、按材料比强度高低排列正确的是（ ） A、木材、石材、钢材 B、石材、钢材、木材 C、钢材、木材、石材 D、木材、钢材、石材,1、某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3，计算此石子的孔隙率与