第1章建材的基本性質(zhì)3-52011

1、2011.0211.3 1.3 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì) 材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì), ,是指材料在外力作用下有關(guān)是指材料在外力作用下有關(guān)變形性質(zhì)變形性質(zhì)和和抵抗破壞的能力抵抗破壞的能力。 一一. . 材料的變形性質(zhì)材料的變形性質(zhì) 二二. . 材料的強度材料的強度2011.0221.3.1 1.3.1 材料的變形性質(zhì)材料的變形性質(zhì)材料的變形性質(zhì)材料的變形性質(zhì), , 是指材料在荷載作用下發(fā)生形狀及體積是指材料在荷載作用下發(fā)生形狀及體積變化的有關(guān)性質(zhì)。主要有彈性變形、塑性變形、徐變與應(yīng)力松變化的有關(guān)性質(zhì)。主要有彈性變形、塑性變形、徐變與應(yīng)力松弛。弛。 1. 1. 彈性變形與塑性變形彈性變形與

2、塑性變形彈性變形是指在外荷載作用下產(chǎn)生、卸荷后可以彈性變形是指在外荷載作用下產(chǎn)生、卸荷后可以自行消失自行消失的變形。的變形。 塑性變形是指在外力去除后，材料塑性變形是指在外力去除后，材料不能自行恢復(fù)不能自行恢復(fù)到原來的到原來的形狀而保留的變形，也稱殘余變形。形狀而保留的變形，也稱殘余變形。2011.023塑性材料及脆性材料的變形曲線塑性材料及脆性材料的變形曲線2011.024塑性材料與脆性材料塑性材料與脆性材料塑性材料：破壞前的塑性材料：破壞前的變形變形 明顯明顯脆性材料：破壞前的脆性材料：破壞前的變形變形 不明顯不明顯塑性材料的特點：抗壓強度塑性材料的特點：抗壓強度、 抗拉強度抗拉強度脆性材

3、料的特點：抗壓強度脆性材料的特點：抗壓強度、 抗拉強度抗拉強度。2011.0252.2.橫向變形與體積變形橫向變形與體積變形（泊松比（泊松比 ） 3.3.徐變與應(yīng)力松弛徐變與應(yīng)力松弛 固體材料在固體材料在恒定恒定外力作用外力作用下，下，變形隨時間的延長變形隨時間的延長而逐漸增而逐漸增長的現(xiàn)象稱為長的現(xiàn)象稱為徐變徐變。材料在恒定荷載作用下，若材料在恒定荷載作用下，若所產(chǎn)生的變形因受約束而不能發(fā)所產(chǎn)生的變形因受約束而不能發(fā)展時，其應(yīng)力將隨時間的延長而展時，其應(yīng)力將隨時間的延長而逐漸減小，這一現(xiàn)象稱為逐漸減小，這一現(xiàn)象稱為應(yīng)力松應(yīng)力松弛弛。2011.0262011.0271.3.2 1.3.2 材料

4、的強度材料的強度 材料的強度是指材料抵抗外力（荷載）作用引起的破壞的材料的強度是指材料抵抗外力（荷載）作用引起的破壞的能力。能力。1.3.2.1 1.3.2.1 材料的靜力強度材料的靜力強度 在在靜荷載靜荷載作用下，材料達到破壞前所承受的應(yīng)力極限值，作用下，材料達到破壞前所承受的應(yīng)力極限值，稱為材料的稱為材料的靜力強度靜力強度（簡稱材料強度）或極限強度。（簡稱材料強度）或極限強度。 根據(jù)作用荷載的不同，材料強度可分為抗壓強度、抗拉強根據(jù)作用荷載的不同，材料強度可分為抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度（或抗折強度）和抗剪強度等。度、抗彎強度（或抗折強度）和抗剪強度等。2011.0281.1. 材料強度

5、試驗材料強度試驗 材料強度的測定常用破壞性試驗方法來進行。即將材料材料強度的測定常用破壞性試驗方法來進行。即將材料制成試件，置于試驗機上，制成試件，置于試驗機上，按規(guī)定的速度均勻按規(guī)定的速度均勻地加荷，直到地加荷，直到試件破壞，由試件破壞時的荷載值，按相應(yīng)計算公式，可求試件破壞，由試件破壞時的荷載值，按相應(yīng)計算公式，可求得材料強度。得材料強度。2011.029抗壓、抗拉及抗剪強度的計算抗壓、抗拉及抗剪強度的計算式中式中f f 材料強度，材料強度，MPaMPa； F F 破壞時荷載，破壞時荷載，N N； A A 試件受力斷面面積，試件受力斷面面積，mmmm2 2。 AFf/2011.0210抗彎

6、強度的計算抗彎強度的計算 抗彎強度的計算公式分別為：抗彎強度的計算公式分別為： 集中荷載集中荷載 三分點加荷三分點加荷 式中式中 f fm m抗彎強度，抗彎強度，MPaMPa； F F破壞荷載，破壞荷載，N N； L L梁的跨度，梁的跨度，mmmm； b b、h h梁斷面的寬與高，梁斷面的寬與高，mmmm。223bhFLfm2bhFLfm2011.02112.2. 影響材料強度測定結(jié)果的主要因素影響材料強度測定結(jié)果的主要因素（）材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（）材料本身的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同品種的材料，強度不同。即使同種材料，其內(nèi)部孔隙不同品種的材料，強度不同。即使同種材料，其內(nèi)部孔隙率、構(gòu)造等不

7、同時，強度也不相同。率、構(gòu)造等不同時，強度也不相同。（）尺寸效應(yīng)（）尺寸效應(yīng) （試件的尺寸）（試件的尺寸）多數(shù)情況下，材料的強度隨試件尺寸的增加而降低，當(dāng)尺多數(shù)情況下，材料的強度隨試件尺寸的增加而降低，當(dāng)尺寸大到一定程度后，強度不再下降，這一現(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)。寸大到一定程度后，強度不再下降，這一現(xiàn)象稱為尺寸效應(yīng)。2011.0212（3 3）試件的形狀）試件的形狀 試件的形狀也會對材料的強度結(jié)果產(chǎn)生影響。試件的形狀也會對材料的強度結(jié)果產(chǎn)生影響。 以脆性材料的單軸抗壓強度為例：以脆性材料的單軸抗壓強度為例： 采用棱柱體試件采用棱柱體試件 或圓柱體試件測得的強度要比采用立方體或圓柱體試件測得的強度要

8、比采用立方體試件測得的強度小試件測得的強度小。 試試 件件 測得的強度測得的強度 棱柱體棱柱體 （150150300 mm） F棱棱 0.67 F壓壓 立方體立方體 （ 150150150 mm） F壓壓 1 圓柱體圓柱體 （ 150150 mm） F圓圓 1.18 F壓壓 2011.0213（4 4）試件的表面狀態(tài)）試件的表面狀態(tài) 試件的表面狀態(tài)同樣會對強度結(jié)果產(chǎn)生影響。試件受壓試件的表面狀態(tài)同樣會對強度結(jié)果產(chǎn)生影響。試件受壓面上有凹凸不平或有掉角等缺損時，將引起應(yīng)力集中而面上有凹凸不平或有掉角等缺損時，將引起應(yīng)力集中而降降低低強度測定值。強度測定值。 原因：教材原因：教材 P13 P13

9、第第2 2行行2011.0214試件端部的約束情況試件端部的約束情況 由于試件端部的約束情況不同由于試件端部的約束情況不同, ,影響承壓板與試件承壓面之影響承壓板與試件承壓面之間的摩擦力間的摩擦力, ,導(dǎo)致測定的強度也不同。出現(xiàn)正摩擦?xí)r導(dǎo)致測定的強度也不同。出現(xiàn)正摩擦?xí)r, ,強度偏高強度偏高, ,負摩擦?xí)r負摩擦?xí)r, ,強度偏低。脆性材料立方體試件在有（正摩擦）無摩強度偏低。脆性材料立方體試件在有（正摩擦）無摩擦?xí)r的破壞特征。擦?xí)r的破壞特征。2011.0215（）試驗加荷速度（）試驗加荷速度 試驗時，若加荷速度較快，則由應(yīng)力引起的材料變形的試驗時，若加荷速度較快，則由應(yīng)力引起的材料變形的增長速度

10、落后于應(yīng)力增長速度，破壞時的強度值偏高增長速度落后于應(yīng)力增長速度，破壞時的強度值偏高（加荷（加荷速度變形速度）速度變形速度） ；反之，強度試驗值偏低。；反之，強度試驗值偏低。（）其它因素（）其它因素除了上述因素外，試驗時試件的溫度、濕度、含水狀態(tài)除了上述因素外，試驗時試件的溫度、濕度、含水狀態(tài)及試驗裝置等也會對材料強度測定結(jié)果產(chǎn)生影響。及試驗裝置等也會對材料強度測定結(jié)果產(chǎn)生影響。2011.02163 3材料的強度等級材料的強度等級 材料的強度等級通常是跟據(jù)材料強度值的大小來劃分。材料的強度等級通常是跟據(jù)材料強度值的大小來劃分。2011.02171.3.2.2 1.3.2.2 材料的持久強度及疲

11、勞極限材料的持久強度及疲勞極限 1. 1.持久強度持久強度 是指材料在承受是指材料在承受持久荷載持久荷載下的強度。下的強度。 靜力強度是材料在承受靜力強度是材料在承受短期荷載短期荷載條件下具有的強度，也稱條件下具有的強度，也稱暫時強度。暫時強度。 實際結(jié)構(gòu)物中材料承受的荷載通常既有實際結(jié)構(gòu)物中材料承受的荷載通常既有持久荷載持久荷載（自重）（自重）和又有和又有短期荷載短期荷載（活荷載（活荷載）。材料在持久荷載作用下會產(chǎn)生徐。材料在持久荷載作用下會產(chǎn)生徐變，使塑性變形增加，故材料的持久強度一般低于暫時強度。變，使塑性變形增加，故材料的持久強度一般低于暫時強度。 如木材的如木材的持久強度持久強度約為

12、約為暫時強度暫時強度的的 60602011.02182.2.疲勞極限疲勞極限 材料承受的材料承受的荷載隨時間而交替變化荷載隨時間而交替變化時，其應(yīng)力也隨時間而時，其應(yīng)力也隨時間而交替變化。這種交替變化的應(yīng)力超過某一極限、且多次反復(fù)作交替變化。這種交替變化的應(yīng)力超過某一極限、且多次反復(fù)作用后，即會導(dǎo)致材料破壞，該應(yīng)力極限值稱為用后，即會導(dǎo)致材料破壞，該應(yīng)力極限值稱為疲勞極限疲勞極限。 疲勞極限與靜力破壞不同，它常在沒有顯著變形的情況下疲勞極限與靜力破壞不同，它常在沒有顯著變形的情況下, ,突然斷裂。疲勞極限遠低于靜力強度突然斷裂。疲勞極限遠低于靜力強度, ,甚至低于甚至低于屈服強度屈服強度。 如

13、混凝土的如混凝土的抗壓疲勞極限抗壓疲勞極限約為抗壓強度的約為抗壓強度的 50506060 Q235Q235鋼的鋼的抗拉疲勞極限抗拉疲勞極限約為抗拉強度的約為抗拉強度的28282011.02191.3.2.3 1.3.2.3 材料的理論強度材料的理論強度 固體材料的強度取決于結(jié)構(gòu)中各質(zhì)點（原子、離子、分子）固體材料的強度取決于結(jié)構(gòu)中各質(zhì)點（原子、離子、分子）之間的相互作用力。之間的相互作用力。 材料的理論抗拉強度可按下式計算：材料的理論抗拉強度可按下式計算： f fm m材料理論抗拉強度；材料理論抗拉強度； E E材料的彈性模量；材料的彈性模量； 材料的表面能；材料的表面能； d d0 0組成材

14、料質(zhì)點間的距離。組成材料質(zhì)點間的距離。0dEfm2011.0220雙原子作用模型雙原子作用模型0dEfm2011.02211.3.2.3 1.3.2.3 兩質(zhì)點間結(jié)合力示意圖兩質(zhì)點間結(jié)合力示意圖2011.0222 材料的實際強度材料的實際強度 在自然界中，各種材料的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造都可能有缺陷，如在自然界中，各種材料的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造都可能有缺陷，如晶格缺陷、孔隙、微裂紋等。由于缺陷的存在，材料的實際晶格缺陷、孔隙、微裂紋等。由于缺陷的存在，材料的實際強度要比理論強度小得多（通常相差強度要比理論強度小得多（通常相差10010010001000倍）。倍）。 舉例：教材舉例：教材P15P152011.0223

15、1.3.3 1.3.3 材料的沖擊韌性材料的沖擊韌性 材料抵抗沖擊或震動等荷載作用的性能，稱為材料抵抗沖擊或震動等荷載作用的性能，稱為沖擊韌性沖擊韌性。沖擊韌性以試件受沖擊時，單位體積或單位面積內(nèi)所能吸收沖擊韌性以試件受沖擊時，單位體積或單位面積內(nèi)所能吸收的沖擊功來表示。的沖擊功來表示。 脆性材料受沖擊后易碎裂；強度低的材料不能承受較大脆性材料受沖擊后易碎裂；強度低的材料不能承受較大的沖擊荷載。故材料沖擊韌性可反映材料既有一定強度，又的沖擊荷載。故材料沖擊韌性可反映材料既有一定強度，又有良好受力變形的綜合性能。有良好受力變形的綜合性能。 橋梁、路面、樁及有抗震要求的結(jié)構(gòu)所用的材料需考慮橋梁、路

16、面、樁及有抗震要求的結(jié)構(gòu)所用的材料需考慮沖擊韌性。沖擊韌性。2011.02241.3.4 1.3.4 材料的硬度、磨損及磨耗材料的硬度、磨損及磨耗 材料抵抗其它較硬物體壓入的能力稱為材料抵抗其它較硬物體壓入的能力稱為硬度硬度。 材料受外界物質(zhì)的摩擦作用而造成質(zhì)量和體積損失的現(xiàn)材料受外界物質(zhì)的摩擦作用而造成質(zhì)量和體積損失的現(xiàn)象稱為象稱為磨損磨損。材料同時受到摩擦和沖擊兩種作用而造成的質(zhì)量和體積材料同時受到摩擦和沖擊兩種作用而造成的質(zhì)量和體積損耗現(xiàn)象稱為損耗現(xiàn)象稱為磨耗磨耗。2011.02251.4 1.4 材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì) P16P16 1.4.1 1.4.1 親水性與憎水性

17、親水性與憎水性 1.4.2 1.4.2 吸水性吸水性與吸濕性與吸濕性 1.4.3 1.4.3 耐水性耐水性 1.4.4 1.4.4 抗?jié)B性抗?jié)B性 1.4.5 1.4.5 抗凍性抗凍性 2011.02261.4.1 1.4.1 親水性與憎水性親水性與憎水性 固體材料在空氣中與水接觸時，按其是否易被水濕潤分固體材料在空氣中與水接觸時，按其是否易被水濕潤分為為親水性材料親水性材料和和憎水性材料憎水性材料兩類。兩類。 兩類材料在與水接觸時兩類材料在與水接觸時, ,界面上有著不同的狀態(tài)。界面上有著不同的狀態(tài)。 接觸角接觸角 : 親水性材料親水性材料 的的 接觸角接觸角 90 憎水性材料憎水性材料 的的

18、接觸角接觸角 90 2011.0227氣固氣固、 氣液氣液及及液固液固分別表示氣分別表示氣固、氣固、氣液及液液及液固界固界面間的界面張力，面間的界面張力，為為接觸角接觸角。當(dāng)三力達到平衡時具有以下關(guān)。當(dāng)三力達到平衡時具有以下關(guān)系：系： 氣固氣固= 液固液固 +氣液氣液cos2011.0228s液氣固液固氣cos1. 1. 當(dāng)當(dāng)氣固氣固液固液固= = 氣液氣液時，時， cos=1cos=1， =0=0, , 液體完全濕潤固體；液體完全濕潤固體；2. 2. 當(dāng)當(dāng)0 0氣固氣固液固液固 氣液氣液時，時， 0 0 coscos 1 1， 9090，液體能濕潤固體；，液體能濕潤固體；3. 3. 當(dāng)當(dāng)氣固

19、氣固液固液固 0 0時，時， 90 90，液體不能濕潤固體。，液體不能濕潤固體。2011.02291.4.2 1.4.2 吸水性與吸濕性吸水性與吸濕性 材料材料（在水中）（在水中）吸收水分的性質(zhì)稱為吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性吸水性; ; 材料材料在空氣中在空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性吸濕性; ; 材料中的含水量與其材料中的含水量與其干燥質(zhì)量干燥質(zhì)量的百分比稱為的百分比稱為含水率含水率; ; 材料中的水分與周圍空氣的濕度達到平衡時（材料處于氣材料中的水分與周圍空氣的濕度達到平衡時（材料處于氣干狀態(tài)）的含水率稱為干狀態(tài)）的含水率稱為平衡含水率平衡含水率。材料在材料在飽和面干飽和面

20、干狀態(tài)時的含水率稱為狀態(tài)時的含水率稱為吸水率吸水率 。 吸水率可用質(zhì)量或體積吸水率兩種方式表達。吸水率可用質(zhì)量或體積吸水率兩種方式表達。2011.0230 質(zhì)量吸水率的計算式為質(zhì)量吸水率的計算式為： Wm =（G 1 - G）/G 100體積吸水率的計算式為：體積吸水率的計算式為：2011.0231Wv與與Wm的關(guān)系為：的關(guān)系為： 式中式中 G G1 1材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量；材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量； GG材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量；材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量； 水水水的密度；水的密度； V V 0 0材料在自然狀態(tài)下的體積；材料在自然狀態(tài)下的體積； 材料的干表觀密度材料的干表觀密度。2011.023

21、21.4.3 1.4.3 耐水性耐水性 材料受水的作用材料受水的作用 不會損壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)稱不會損壞，其強度也不顯著降低的性質(zhì)稱為為耐水性耐水性。材料的耐水性以軟化系數(shù)。材料的耐水性以軟化系數(shù)K K軟軟表示。軟化系數(shù)表示的表示。軟化系數(shù)表示的是材料浸水后強度降低的程度。是材料浸水后強度降低的程度。 K K軟軟 F F飽飽 / F/ F干干 材料的耐水性有時是選擇材料的重要依據(jù)。材料的耐水性有時是選擇材料的重要依據(jù)。 經(jīng)常位于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)，其經(jīng)常位于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)，其K K軟軟不宜小不宜小于于.85.850.900.90； 受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)，其受潮較輕或次要

22、結(jié)構(gòu)，其K K軟軟也不宜小于也不宜小于0.70.70.850.85。2011.02331.4.4 1.4.4 抗?jié)B性抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性能稱為材料抵抗壓力水滲透的性能稱為抗?jié)B性抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性與。材料的抗?jié)B性與材料的材料的孔隙率及孔隙特征孔隙率及孔隙特征有關(guān)。有關(guān)。材料的抗?jié)B性可用材料的抗?jié)B性可用滲透系數(shù)或抗?jié)B等級滲透系數(shù)或抗?jié)B等級來表示來表示。 式中式中 KK滲透系數(shù)，滲透系數(shù)，ml/ml/（cmcm2 2ss）或）或/s/s； QQ透水量，透水量， mlml； AA透水面積，透水面積， cmcm2 2 ； HH水頭差，；水頭差，； tt透水時間，透水時間，s s。2011.02

23、34 1.4.5 1.4.5 材料的抗凍性材料的抗凍性 1.1.材料的抗凍性，是指材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍材料的抗凍性，是指材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融而不產(chǎn)生宏觀破壞，同時微觀結(jié)構(gòu)不明顯劣化、強度也不嚴(yán)融而不產(chǎn)生宏觀破壞，同時微觀結(jié)構(gòu)不明顯劣化、強度也不嚴(yán)重降低的性能重降低的性能 。 2.2.材料的抗凍性用材料的抗凍性用抗凍等級抗凍等級來表示；來表示； 3.3. 抗凍等級抗凍等級，是指，是指材料的標(biāo)準(zhǔn)試件，材料的標(biāo)準(zhǔn)試件，在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)在水飽和狀態(tài)下，經(jīng)受受凍融循環(huán)凍融循環(huán)作用后，其強度不嚴(yán)重降低、質(zhì)量不顯著損失、性作用后，其強度不嚴(yán)重降低、質(zhì)量不顯著損失、性能不明顯下降時

24、，所經(jīng)受的能不明顯下降時，所經(jīng)受的凍融循環(huán)的凍融循環(huán)的次數(shù)次數(shù)。2011.02351.5 1.5 材料的耐久性材料的耐久性 P18P18 1. 1.材料在使用過程中所受到的破壞作用材料在使用過程中所受到的破壞作用 物理作用：干濕、溫度變化及凍融作用等。物理作用：干濕、溫度變化及凍融作用等。 化學(xué)作用：酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或?qū)Σ牧系那只瘜W(xué)作用：酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液或?qū)Σ牧系那治g破壞。蝕破壞。 生化作用：昆蟲、菌類等蛀蝕及腐朽。生化作用：昆蟲、菌類等蛀蝕及腐朽。2011.02362. 2. 常見材料的主要破壞原因常見材料的主要破壞原因 一般礦物質(zhì)材料（如石料、磚及混凝土等）：當(dāng)暴露于大一般

25、礦物質(zhì)材料（如石料、磚及混凝土等）：當(dāng)暴露于大氣中或處于水位變化區(qū)時，主要發(fā)生氣中或處于水位變化區(qū)時，主要發(fā)生物理破壞物理破壞作用；當(dāng)處于水作用；當(dāng)處于水中時，除物理作用還發(fā)生中時，除物理作用還發(fā)生化學(xué)侵蝕化學(xué)侵蝕作用。作用。 (2) (2) 金屬材料：主要是金屬材料：主要是化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕作用；作用； (3) (3) 瀝青質(zhì)及合成高分子材料：主要是陽光、空氣及熱的作用。瀝青質(zhì)及合成高分子材料：主要是陽光、空氣及熱的作用。2011.0237工程中所講的耐久性，是指材料工程中所講的耐久性，是指材料在所處環(huán)境條件下在所處環(huán)境條件下，保持，保持其原有性能，抵抗所受破壞作用的能

26、力。其原有性能，抵抗所受破壞作用的能力。 材料的耐久性包含抗?jié)B、抗凍等許多方面。材料的耐久性包含抗?jié)B、抗凍等許多方面。3. 3. 材料耐久性的定義材料耐久性的定義 P19 P19 第第3 3行行2011.02384. 4. 材料抗凍性的定義材料抗凍性的定義 材料的抗凍性，是指材料材料的抗凍性，是指材料在水飽和狀態(tài)在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受下，能經(jīng)受多次多次凍融凍融而不產(chǎn)生宏觀破壞，同時微觀結(jié)構(gòu)不明顯劣化、強度也而不產(chǎn)生宏觀破壞，同時微觀結(jié)構(gòu)不明顯劣化、強度也不嚴(yán)重降低的性能不嚴(yán)重降低的性能 。2011.02391.5.1 1.5.1 冰凍對材料破壞作用冰凍對材料破壞作用 冰凍對材料的破壞作用與材料

27、組織結(jié)構(gòu)及其含水狀冰凍對材料的破壞作用與材料組織結(jié)構(gòu)及其含水狀況有關(guān)。況有關(guān)。 通常其破壞作用可概括為三個方面：通常其破壞作用可概括為三個方面： 1. 1. 冰脹壓力作用冰脹壓力作用 水結(jié)冰時體積增大水結(jié)冰時體積增大 9%9% 2. 2. 水壓力作用水壓力作用 3.3. 顯微析冰作用顯微析冰作用 2011.0240. .冰脹壓力作用冰脹壓力作用 當(dāng)材料孔隙中充滿水并快速冰結(jié)時，在孔隙內(nèi)將產(chǎn)生很大當(dāng)材料孔隙中充滿水并快速冰結(jié)時，在孔隙內(nèi)將產(chǎn)生很大的冰脹壓力，使毛細管壁受到拉應(yīng)力，導(dǎo)致材料破壞。冰脹壓的冰脹壓力，使毛細管壁受到拉應(yīng)力，導(dǎo)致材料破壞。冰脹壓力的大小及破壞作用程度，取決于材料孔隙的水飽

28、和程度及材力的大小及破壞作用程度，取決于材料孔隙的水飽和程度及材料的變形能力。料的變形能力。 水結(jié)冰時的破壞作用，主要發(fā)生在充滿了水的較粗孔隙內(nèi)水結(jié)冰時的破壞作用，主要發(fā)生在充滿了水的較粗孔隙內(nèi)和毛細孔隙內(nèi)?？紫吨兴谋c隨孔徑減小而降低，故極細孔和毛細孔隙內(nèi)?？紫吨兴谋c隨孔徑減小而降低，故極細孔隙中的水，在一般情況下不會結(jié)冰。粗大氣孔，水易進易出，隙中的水，在一般情況下不會結(jié)冰。粗大氣孔，水易進易出，不易充滿其中。不易充滿其中。2011.0241 當(dāng)其受凍降溫時，不同直徑的孔隙內(nèi)的水逐漸結(jié)冰，并當(dāng)其受凍降溫時，不同直徑的孔隙內(nèi)的水逐漸結(jié)冰，并伴隨著體積增加，在某些孔隙內(nèi)已結(jié)冰的水的體積膨

29、脹，迫伴隨著體積增加，在某些孔隙內(nèi)已結(jié)冰的水的體積膨脹，迫使尚未結(jié)冰的多余水移向附近氣泡或試件邊緣。在這一過程使尚未結(jié)冰的多余水移向附近氣泡或試件邊緣。在這一過程中產(chǎn)生水壓力，使孔壁受到拉應(yīng)力，造成材料體積膨脹。當(dāng)中產(chǎn)生水壓力，使孔壁受到拉應(yīng)力，造成材料體積膨脹。當(dāng)冰融化時，材料體積收縮，但會留下部分殘余變形。經(jīng)多次冰融化時，材料體積收縮，但會留下部分殘余變形。經(jīng)多次凍融后，材料將會遭到破壞。凍融后，材料將會遭到破壞。 . .水壓力作用水壓力作用2011.0242 材料孔隙中的水，一般為鹽類的稀溶液，一旦結(jié)冰，則析材料孔隙中的水，一般為鹽類的稀溶液，一旦結(jié)冰，則析出純冰并使溶液濃度提高。此時，

30、若相鄰較細孔中尚未結(jié)冰并出純冰并使溶液濃度提高。此時，若相鄰較細孔中尚未結(jié)冰并仍存在著原濃度的溶液，即產(chǎn)生了濃度差，水則向已結(jié)冰區(qū)域仍存在著原濃度的溶液，即產(chǎn)生了濃度差，水則向已結(jié)冰區(qū)域遷移并迅速結(jié)冰。同時，對純水而言，當(dāng)溫度下降時其表面張遷移并迅速結(jié)冰。同時，對純水而言，當(dāng)溫度下降時其表面張力增大，也會向孔徑較大的孔隙轉(zhuǎn)移，并使已結(jié)的冰晶增大，力增大，也會向孔徑較大的孔隙轉(zhuǎn)移，并使已結(jié)的冰晶增大，稱為析冰現(xiàn)象。稱為析冰現(xiàn)象。 當(dāng)材料中所含孔隙較少并已充滿水時，析冰作用使水向較當(dāng)材料中所含孔隙較少并已充滿水時，析冰作用使水向較粗一級的孔隙內(nèi)遷移，使較粗毛細孔隙內(nèi)水分增多、冰晶增大，粗一級的孔隙

31、內(nèi)遷移，使較粗毛細孔隙內(nèi)水分增多、冰晶增大，致使凍脹壓力和水壓力作用更為致使凍脹壓力和水壓力作用更為嚴(yán)重，此時析冰現(xiàn)象使凍融破嚴(yán)重，此時析冰現(xiàn)象使凍融破壞作用加劇。壞作用加劇。. .顯微析冰作用顯微析冰作用2011.02434. 4. 影響冰凍破壞的外因影響冰凍破壞的外因 材料是否容易被冰凍破壞材料是否容易被冰凍破壞, ,還與還與 凍結(jié)溫度、凍結(jié)速度及凍融凍結(jié)溫度、凍結(jié)速度及凍融頻繁程度頻繁程度等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。 溫度越低、降溫越快、凍融時間間隔越短溫度越低、降溫越快、凍融時間間隔越短, ,材料越易破壞材料越易破壞. . 處于建筑物水位變化區(qū)的材料處于建筑物水位變化區(qū)的材料, ,在寒冷季

32、節(jié)交替地受到水飽在寒冷季節(jié)交替地受到水飽和和凍融作用和和凍融作用, ,其破壞最為嚴(yán)重其破壞最為嚴(yán)重. .此時建筑物的耐久性主要取決此時建筑物的耐久性主要取決于材料的抗凍性。于材料的抗凍性。2011.02441.5.2 1.5.2 材料的抗凍性材料的抗凍性 1.1.材料的抗凍性用材料的抗凍性用抗凍等級抗凍等級表示。表示。 2.2.抗凍等級是指抗凍等級是指標(biāo)準(zhǔn)尺寸標(biāo)準(zhǔn)尺寸的材料試件，在的材料試件，在水飽和水飽和狀態(tài)下，經(jīng)狀態(tài)下，經(jīng)受受標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的凍融作用后，其強度不嚴(yán)重降低、質(zhì)量不顯著損失、的凍融作用后，其強度不嚴(yán)重降低、質(zhì)量不顯著損失、性能不明顯下降時，所經(jīng)受的性能不明顯下降時，所經(jīng)受的凍融循環(huán)次

33、數(shù)凍融循環(huán)次數(shù)。 3.3.影響材料抵抗凍融破壞作用能力的內(nèi)因影響材料抵抗凍融破壞作用能力的內(nèi)因：與其與其孔隙率及孔孔隙率及孔隙特征和孔隙內(nèi)的充水狀況隙特征和孔隙內(nèi)的充水狀況有關(guān)，并受到材料變形能力、抗拉有關(guān)，并受到材料變形能力、抗拉強度及耐水性的影響。強度及耐水性的影響。2011.02451.6 1.6 材料與熱有關(guān)的性質(zhì)材料與熱有關(guān)的性質(zhì)1.6.1 1.6.1 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 1.1.定義定義 材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為材料傳導(dǎo)熱量的性質(zhì)稱為導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性。材料導(dǎo)熱性的大。材料導(dǎo)熱性的大小用導(dǎo)熱系數(shù)表示：小用導(dǎo)熱系數(shù)表示： 式中式中 導(dǎo)熱系數(shù)，導(dǎo)熱系數(shù)，W W(mK)(mK)； QQ通過材料的熱量，

34、通過材料的熱量，J J； dd材料厚度或傳導(dǎo)的距離，材料厚度或傳導(dǎo)的距離，m m； AA材料傳熱面積，材料傳熱面積，m m2 2； ZZ導(dǎo)熱時間，導(dǎo)熱時間，s s； tt材料兩側(cè)的溫度差，材料兩側(cè)的溫度差，K K。2011.0246 孔隙率孔隙率 材料的孔隙中含有空氣材料的孔隙中含有空氣, ,而空氣的導(dǎo)熱性很小而空氣的導(dǎo)熱性很小, ,所所以材料的孔隙率愈大以材料的孔隙率愈大, ,導(dǎo)熱性愈低。導(dǎo)熱性愈低。 孔隙特征孔隙特征 空氣在粗大和連通的孔隙中較易對流空氣在粗大和連通的孔隙中較易對流, ,使導(dǎo)熱性使導(dǎo)熱性增大增大, ,故具有細微或封閉孔隙的材料故具有細微或封閉孔隙的材料, ,比具有粗大或連通

35、孔隙的材比具有粗大或連通孔隙的材料導(dǎo)熱性低。料導(dǎo)熱性低。 含水率含水率 水的導(dǎo)熱性大大超過空氣，所以當(dāng)材料的含水率水的導(dǎo)熱性大大超過空氣，所以當(dāng)材料的含水率增大時其導(dǎo)熱性也相應(yīng)提高。若水結(jié)冰增大時其導(dǎo)熱性也相應(yīng)提高。若水結(jié)冰, ,其導(dǎo)熱性進一步其導(dǎo)熱性進一步 增大。增大。 對于纖維結(jié)構(gòu)的材料，順纖維方向的導(dǎo)熱性比橫纖維方向?qū)τ诶w維結(jié)構(gòu)的材料，順纖維方向的導(dǎo)熱性比橫纖維方向的大。的大。2.2.影響材料導(dǎo)熱性的因素影響材料導(dǎo)熱性的因素2011.0247 當(dāng)材料溫度升高當(dāng)材料溫度升高( (或降低或降低)1K)1K時所吸收時所吸收( (或放出或放出) )的熱量，的熱量，稱為該材料的稱為該材料的熱容量熱容量(J(JK)K)。l kgl kg材料的熱容量，稱為該材料材料的熱容量，稱為該材料的的比熱比熱JJ( (K)K)。表示方法：。表示方法：式中式中 QQ材料吸收或放出的熱量，材料吸收或放出的熱量，J J C C材料的比熱，材料的比熱，J J(kgK)(kgK)； GG材料的質(zhì)量，材料的質(zhì)量，kgkg； t t2 2- t- t1 1 材料受熱（或冷卻）前后的溫度差，材料受熱（或冷卻）前后的溫度差，K K1.6.2 1.6.2 比熱及熱容量比熱及熱容量2011.0248材料材料導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)w/