土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)課件(共52張PPT)

第1章土木工程材料的根本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用§

1.1材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

材料的組成和結(jié)構(gòu)決定著材料的各種性質(zhì)。要了解材料的性質(zhì)，必須了解材料的組成、結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)間的關(guān)系。一、材料的組成(一)化學(xué)組成化學(xué)組成即化學(xué)成分。無(wú)機(jī)非金屬材料的化學(xué)組成以各氧化物的含量來(lái)表示，金屬材料那么常以各化學(xué)元素的含量表示，有機(jī)材料常用各化合物的含量來(lái)表示?；瘜W(xué)組成是決定材料化學(xué)性質(zhì)(耐腐蝕性、燃燒性等)、物理性質(zhì)(耐水性、耐熱性、保溫性等)、力學(xué)性質(zhì)(強(qiáng)度、變形等)的主要因素之一。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用(二)礦物組成

許多無(wú)機(jī)非金屬材料是由各種礦物組成的。礦物是具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的單質(zhì)或化合物。礦物組成是決定無(wú)機(jī)非金屬材料化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和耐久性的重要因素。材料的化學(xué)組成不同，那么材料的礦物組成也不同。而相同的化學(xué)組成，也可以有不同的礦物組成(即微觀結(jié)構(gòu)不同)，且材料的性質(zhì)也不同，例如石和石墨。利用材料的組成可以大致判斷出材料的某些性質(zhì)。如材料的組成易與周?chē)橘|(zhì)〔酸、堿、鹽等〕發(fā)生化學(xué)反響，那么該材料的耐腐蝕性差或較差；有機(jī)材料的耐火性和耐熱性較差，且多數(shù)可以燃燒；合金的強(qiáng)度高于非合金的強(qiáng)度等等。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)(三)相組成材料中具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻局部稱(chēng)為相。但凡兩相或兩相以上物質(zhì)組成的材料稱(chēng)為復(fù)合材料。土木工程材料大多數(shù)是多相固體，可看作復(fù)合材料。例如，混凝土可認(rèn)為是骨料顆?！补橇舷唷撤稚⒃谒酀{基體〔基相〕中所組成的兩相復(fù)合材料。兩相之間稱(chēng)為界面，即“界面相〞，影響這類(lèi)材料的主要因素是原材料的品質(zhì)及配合比例。培訓(xùn)專(zhuān)用二、材料的結(jié)構(gòu)(一)微觀結(jié)構(gòu)

利用電子顯微鏡、X-射線衍射儀等手段來(lái)研究原子級(jí)或分子級(jí)的結(jié)構(gòu)。材料的微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體結(jié)構(gòu)，或晶態(tài)和非晶態(tài)。晶體是質(zhì)點(diǎn)〔原子或分子、離子〕按一定規(guī)律在空間重復(fù)排列的固體，并具有特定的幾何外形和固定的熔點(diǎn)。由于質(zhì)點(diǎn)在各方向上排列的規(guī)律和數(shù)量的不同，單晶體具有各向異性的性質(zhì)。按晶體質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合鍵的特性，晶體又分為原子晶體、分子晶體、離子晶體、金屬晶體。非晶體又稱(chēng)玻璃體，是熔融物在急速冷卻時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及按特定規(guī)律排列所形成的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列〔短程有序，長(zhǎng)程無(wú)序〕的固體，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用微觀結(jié)構(gòu)形式及其主要特性微觀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)材料主要特性晶體原子、離子、分子有規(guī)律排列原子晶體(以共價(jià)鍵結(jié)合)金剛石、石英、剛玉強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)均高，密度較小離子晶體(以離子鍵結(jié)合)氯化鈉、石膏、石灰?guī)r強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較高，但波動(dòng)較大。部分可溶，密度中等分子晶體(以分子鍵結(jié)合)石蠟及部分有機(jī)化合物強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較低。大部分可溶，密度小金屬晶體(以金屬鍵結(jié)合)鐵、鋼、鋁及其合金強(qiáng)度、硬度變化大，密度大非晶體質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列(短程有序,長(zhǎng)程無(wú)序)玻璃、高爐礦渣、火山灰、粉煤灰無(wú)固定的熔點(diǎn)和幾何形狀，與同組成的晶體相比，強(qiáng)度、硬度、化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性較差，各向同性培訓(xùn)專(zhuān)用(二)亞微觀結(jié)構(gòu)(顯微或細(xì)觀結(jié)構(gòu))

由光學(xué)顯微鏡所看到的微米級(jí)的組織結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或界面，孔隙與微裂紋的大小、形狀及分布。

材料的亞微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料的強(qiáng)度、耐久性等有很大的影響。材料的亞微觀結(jié)構(gòu)相對(duì)較易改變。

顯微鏡下的晶體材料是由大量大小不等的晶粒組成的，而不是一個(gè)晶粒，因而屬于多晶體。多晶體材料具有各向同性的性質(zhì)，如某些巖石、鋼材等。一般而言，材料內(nèi)部的晶粒越細(xì)小、分布越均勻，那么材料的受力狀態(tài)越均勻、強(qiáng)度越高、脆性越小、耐久性越好；晶粒或不同材料組成之間的界面粘結(jié)(或接觸)越好，那么材料的強(qiáng)度和耐久性越好。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用〔三〕宏觀結(jié)構(gòu)〔構(gòu)造〕

用肉眼或放大鏡即可分辨的毫米級(jí)以上的組織稱(chēng)為宏觀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要研究材料中的大孔隙、裂紋、不同材料的組合與復(fù)合方式(或形式)、各組成材料的分布等。如巖石的層理與斑紋、混凝土中的砂石、纖維增強(qiáng)材料中纖維的多少與纖維的分布方向等。兩種或兩種以上組成材料以適當(dāng)方式結(jié)合而構(gòu)成的新材料，稱(chēng)為復(fù)合材料。復(fù)合材料取各組成材料之長(zhǎng)，防止了單一材料的某些缺陷，使復(fù)合材料具有多種使用功能(如強(qiáng)度、防水、保溫、裝飾、耐久等)或者具有某些特殊的功能。復(fù)合材料的綜合性能好，某些性能往往超過(guò)組成材料中的單一材料，且經(jīng)濟(jì)性更為合理。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用材料的宏觀結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)的主要性質(zhì)材料的宏觀結(jié)構(gòu)常用材料主要特性單一材料致密結(jié)構(gòu)鋼材、玻璃、瀝青、部分塑料高強(qiáng)或不透水、耐腐蝕，自重較大多孔結(jié)構(gòu)泡沫塑料、泡沫玻璃輕質(zhì)、保溫、低強(qiáng)度纖維結(jié)構(gòu)木材、竹材、巖棉、玻璃纖維、鋼纖維高抗拉、且大多數(shù)具有輕質(zhì)、保溫、吸聲性質(zhì)聚集結(jié)構(gòu)陶瓷、磚、某些天然石材強(qiáng)度較高，脆性大復(fù)合材料粒狀聚集結(jié)構(gòu)各種混凝土、鋼筋混凝土綜合性能好、價(jià)格較低纖維聚集結(jié)構(gòu)巖棉板、纖維板、纖維增強(qiáng)塑料輕質(zhì)、保溫，吸聲或高抗拉多孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土、泡沫混凝土輕質(zhì)保溫疊合結(jié)構(gòu)紙面石膏板、膠合板、各種加芯板綜合性能好培訓(xùn)專(zhuān)用

材料的宏觀結(jié)構(gòu)是影響材料性質(zhì)的重要因素。材料的宏觀結(jié)構(gòu)較易改變。材料的宏觀結(jié)構(gòu)不同，即使組成與微觀結(jié)構(gòu)等相同，材料的性質(zhì)與用途也不同，如玻璃與泡沫玻璃、密實(shí)的灰砂硅酸鹽磚與灰砂加氣混凝土，它們的許多性質(zhì)及用途有很大的不同。材料的宏觀結(jié)構(gòu)相同或相似，即使材料的組成或微觀結(jié)構(gòu)等不同，那么材料也具有某些相同或相似的性質(zhì)與用途，如泡沫玻璃、泡沫塑料、加氣混凝土等。三、結(jié)構(gòu)中的孔隙與材料性質(zhì)的關(guān)系

大多數(shù)土木工程材料在宏觀層次或亞微觀層次上均含有一定大小和數(shù)量的孔隙，甚至是相當(dāng)大的孔洞，這些孔隙幾乎對(duì)材料的所有性質(zhì)都有相當(dāng)大的影響。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用(一)孔隙的分類(lèi)

按孔隙的大小，可將孔隙分為微細(xì)孔隙、細(xì)小孔隙(毛細(xì)孔)、較粗大孔隙、粗大孔隙等。對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料，孔徑<20nm的微細(xì)孔隙，水或有害氣體難以侵入，可視為無(wú)害孔隙。

按孔隙的形狀可將孔分為球形孔隙、片狀孔隙(即裂紋)、管狀孔隙、墨水瓶狀孔隙、帶尖角的孔隙等。片狀孔隙、尖角孔隙、管狀孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響較大，往往使材料的大多數(shù)性質(zhì)降低。

按常壓下水能否進(jìn)入孔隙中，將常壓下水可以進(jìn)入的孔隙稱(chēng)為開(kāi)口孔隙(或稱(chēng)連通孔隙)，而將常壓下水不能進(jìn)入的孔隙稱(chēng)為閉口孔隙(或封閉孔隙)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用開(kāi)口孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響較閉口孔隙大，往往使材料的大多數(shù)性質(zhì)降低〔吸聲性除外〕。(二)孔隙對(duì)材料性質(zhì)的影響一般情況下，材料內(nèi)部的孔隙含量(即孔隙率)越多，那么材料的體積密度、堆積密度、強(qiáng)度越小，耐磨性、抗凍性、抗?jié)B性、耐腐蝕性、耐水性及其它耐久性越差，而保溫性、吸聲性、吸水性與吸濕性等越強(qiáng)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用孔隙形狀和狀態(tài)對(duì)材料的性質(zhì)也有不同程度的影響，如開(kāi)口孔隙、非球形孔隙(如扁平孔或片狀孔，即裂紋)相對(duì)于閉口孔隙、球形孔隙而言，往往對(duì)材料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、耐水性等更為不利，對(duì)保溫性稍有不利，而對(duì)吸聲性、吸水性與吸濕性等有利，并且孔隙尺寸越大，上述影響也越大。(三)材料內(nèi)部孔隙的來(lái)源與產(chǎn)生天然植物材料由于植物生長(zhǎng)的需要(輸送養(yǎng)料等)，在植物材料的內(nèi)部形成一定數(shù)量的孔隙。天然巖石那么由于地質(zhì)上的造巖運(yùn)動(dòng)等在巖石等材料的內(nèi)部夾入局部氣泡或形成局部孔隙。人造材料內(nèi)部的孔隙是由于人造材料的生產(chǎn)工藝并非盡善盡美，生產(chǎn)時(shí)總是不可防止地會(huì)卷入局部氣泡(或氣體)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料，那么在很大程度上與生產(chǎn)時(shí)所用的拌合用水量有關(guān)，或者是在生產(chǎn)時(shí)有意識(shí)地在材料內(nèi)部留下局部孔隙以改善材料的某些性能。人造無(wú)機(jī)非金屬材料在生產(chǎn)過(guò)程中，由于組成上和生產(chǎn)工藝上的要求，在生產(chǎn)時(shí)必須參加一定數(shù)量的水。為到達(dá)生產(chǎn)工藝所要求的施工性質(zhì)，實(shí)際用水量往往遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)組成上的要求。這些多余的水也占有一定空間，蒸發(fā)后即在材料內(nèi)部留下了大量毛細(xì)孔隙，即許多孔隙是由水所造成的。影響人造土木工程材料內(nèi)部孔隙率、孔隙形狀、孔隙狀態(tài)的因素，或影響生產(chǎn)材料時(shí)拌合用水量的因素均是影響材料性質(zhì)的因素。適當(dāng)控制上述因素，即可使它們成為改善材料性質(zhì)的措施或途徑。如在生產(chǎn)保溫材料時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高產(chǎn)品的孔隙率，而在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)用混凝土?xí)r，那么應(yīng)盡量降低孔隙率。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.2材料的根本物理性質(zhì)1.2.1材料的密度、表觀密度與堆積密度1.密度：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下〔即既沒(méi)有孔隙又沒(méi)有空隙的狀態(tài)下〕，單位體積的質(zhì)量。ρ=m/Vg/cm3培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)2.表觀密度材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量ρ0=m/V0g/cm3或kg/m3V0——為材料在自然狀態(tài)下〔材料顆粒內(nèi)部含孔隙〕的外形體積注意！當(dāng)材料內(nèi)部孔隙含水時(shí)，其質(zhì)量和體積均將變化，故測(cè)定材料的表觀密度時(shí)，應(yīng)注意其含水情況。表觀密度一般是指材料在氣干狀態(tài)下〔長(zhǎng)期在空氣中枯燥〕的測(cè)定值。干表觀密度指材料在烘干狀態(tài)下的測(cè)定值。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)3.堆積密度粉狀或粒狀材料在堆積狀態(tài)下〔材料顆粒內(nèi)部含孔隙，材料顆粒間有空隙〕，單位體積的質(zhì)量。ρ?0=m/V?0kg/m3V?0——材料的自然堆積體積。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.2材料的密實(shí)度與孔隙率1.密實(shí)度材料的體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度2.孔隙率

材料的體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例D+P=1孔隙的大小、分布以及特征對(duì)材料的性能影響很大。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.3材料的填充率與空隙率1.填充率散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。2.空隙率散裝材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例D’+P’=1〔注意與孔隙率的區(qū)別〕培訓(xùn)專(zhuān)用培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.2.4材料與水相關(guān)的性質(zhì)1.材料的親水性與憎水性潤(rùn)濕角:親水性材料θ

≤90o

憎水性材料θ>90o培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)建筑材料大多為親水性材料，如水泥、混凝土、砂、石、磚、木材、玻璃、鋼材等，只有少數(shù)材料如瀝青、石蠟及某些塑料為憎水性材料。材料的親水性：泥土吸水培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料憎水性：葉片上滾動(dòng)的露珠。培訓(xùn)專(zhuān)用外表現(xiàn)象：毛細(xì)現(xiàn)象、潤(rùn)濕、粘附以及微小晶體易于溶解等都是外表現(xiàn)象的具體表現(xiàn)?！?〕外表張力：表示液體外表單位長(zhǎng)度線上的緊縮力，要形成新的外表就必須克服這種緊縮力所做的功。外表現(xiàn)象相關(guān)的知識(shí)：外表自由能、外表張力、潤(rùn)濕、毛細(xì)現(xiàn)象、過(guò)飽和現(xiàn)象和吸附等。外表張力表示外表收縮力；外表自由能表示形成外表時(shí)所需要的功。〔1〕外表自由能：在溫度、壓力和組成恒定時(shí)，可逆地增大單位外表積時(shí)對(duì)體系所做的功，轉(zhuǎn)變成外表分子比內(nèi)局部子具有多余的自由能。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)2.材料的吸水性與吸濕性(一)吸水性

吸水性是材料在水中吸收水分的性質(zhì)。用質(zhì)量吸水率ωm或體積吸水率ωv來(lái)表示。兩者分別是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，所吸水的質(zhì)量占材料絕干質(zhì)量的百分率，或所吸水的體積占材料自然狀態(tài)體積Vo的百分率，定義式如下：培訓(xùn)專(zhuān)用式中msw—材料吸水飽和時(shí)所吸水的質(zhì)量，g或kg；

m'sw—材料吸水飽和時(shí)的質(zhì)量，g或kg；

Vsw—材料吸水飽和時(shí)所吸水的體積，cm3或m3；

ρ'w—水的密度，g/cm3或kg/m3。材料的吸水率可直接或間接反映材料的局部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)，即可根據(jù)材料吸水率的大小對(duì)材料的孔隙率、孔隙狀態(tài)及材料的性質(zhì)做出粗略的評(píng)價(jià)。開(kāi)口孔隙率=體積吸水率閉口孔隙率=孔隙率-開(kāi)口孔隙率土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)材料吸水率的大小，主要決定于材料的孔隙大小和特征。培訓(xùn)專(zhuān)用(二)吸濕性材料在一定溫度和濕度下吸附水分的能力，用含水率表示。

在一定溫度和濕度條件下，材料與空氣濕度到達(dá)平衡時(shí)的含水率稱(chēng)為平衡含水率。材料的吸濕性主要與材料的組成、孔隙含量，特別是毛細(xì)孔的含量有關(guān)。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用(三)含水對(duì)材料性質(zhì)的影響

材料吸水或吸濕后，可削弱材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力或吸引力，引起強(qiáng)度下降。同時(shí)也使材料的體積密度和導(dǎo)熱性增加，幾何尺寸略有增加，而使材料的保溫性、吸聲性下降，并使材料受到的凍害、腐蝕等加劇。由此可見(jiàn)，含水使材料的絕大多數(shù)性質(zhì)下降或變差。培訓(xùn)專(zhuān)用3.材料的耐水性

式中

fsw—材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；

fd—材料在絕干狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。材料的軟化系數(shù)Kw=0~1.0。Kw≥0.85的材料稱(chēng)為耐水性材料。經(jīng)常受到潮濕或水作用的結(jié)構(gòu)，須選用Kw≥0.75的材料，重要結(jié)構(gòu)須選用Kw≥0.85的材料。

材料長(zhǎng)期在水的作用下，保持其原有性質(zhì)的能力稱(chēng)為材料的耐水性。對(duì)于結(jié)構(gòu)材料，耐水性主要指強(qiáng)度變化，對(duì)裝飾材料那么主要指顏色的變化、是否起泡、起層等，即材料不同，耐水性的表示方法也不同。結(jié)構(gòu)材料的耐水性用軟化系數(shù)Kw來(lái)表示，即：土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用溶解度很小或不溶的材料，軟化系數(shù)高還是低？；假設(shè)材料可微溶于水，且含有較大的孔隙率，那么軟化系數(shù)高還是低？。4.抗?jié)B性

抗?jié)B性是指材料抵抗壓力水或其它液體滲透的性質(zhì)?？?jié)B性用滲透系數(shù)K來(lái)表示，計(jì)算式如下：式中K—滲透系數(shù)，cm3/(cm2·h)或cm/h；

Q—滲水量，cm3；d—試件厚度，cm；

A—滲水面積，cm2；t—滲水時(shí)間，h；

H—水頭(水壓力)，cm。Ad水壓力H試件土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用

材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級(jí)來(lái)表示：P=10H-1P為抗?jié)B等級(jí)；H為試件開(kāi)始滲水時(shí)的水壓力，MPa。如P6、P8、P10等，分別表示可抵抗0.6、0.8、1.0MPa的水壓力。抗?jié)B等級(jí)越高，那么表示材料的抗?jié)B性能越好。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有密切關(guān)系。材料的抗?jié)B性與材料的耐久性有著非常密切的關(guān)系。材料的抗?jié)B性越高，水及有害介質(zhì)越不易進(jìn)入材料內(nèi)部，那么材料的其它耐久性越高。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用5.抗凍性

抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性質(zhì)的能力.土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

對(duì)結(jié)構(gòu)材料來(lái)說(shuō)，抗凍性主要是指保持強(qiáng)度的能力，并多以抗凍等級(jí)來(lái)表示?？箖龅燃?jí)用材料在吸水飽和狀態(tài)下(最不利狀態(tài))，經(jīng)凍融循環(huán)作用，強(qiáng)度損失和質(zhì)量損失均不超過(guò)規(guī)定值，或動(dòng)彈性模量滿(mǎn)足要求時(shí)所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示。如F50、F100、F300等，分別表示在經(jīng)受50、100、300次凍融循環(huán)后仍可滿(mǎn)足使用要求。

凍害原因是由于材料內(nèi)部毛細(xì)孔隙及大孔隙中的水結(jié)冰時(shí)的體積膨脹(約9%)造成的。膨脹對(duì)材料孔壁產(chǎn)生巨大的壓力，由此產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，強(qiáng)度下降。此外在凍結(jié)和融化過(guò)程中，材料內(nèi)外的溫差所引起的溫度應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生或加速微裂紋的擴(kuò)展。培訓(xùn)專(zhuān)用影響材料抗凍性的主要因素有：(1)孔隙率一般情況下，材料的孔隙率越大，那么材料的抗凍性越差。(2)孔隙的充水程度充水程度以水飽和度Ks來(lái)表示：理論上講，假設(shè)材料內(nèi)部孔隙分布均勻，當(dāng)水飽和度Ks＜0.91時(shí)，結(jié)冰不會(huì)引起凍害，但當(dāng)Ks＞0.91時(shí)，那么已容納不下冰的體積，故對(duì)材料的孔壁產(chǎn)生壓力，因而會(huì)引起凍害。實(shí)際上，由于局部飽和的存在和孔隙分布不均勻，Ks須較0.91小一些才是平安的。如水泥混凝土，Ks＜0.80時(shí)凍害才會(huì)明顯減少。對(duì)于受凍材料，吸水飽和狀態(tài)是最不利的狀態(tài)，因其水飽和度Ks最大?？梢杂蒙鲜鲫P(guān)系式來(lái)估計(jì)或粗略評(píng)價(jià)多數(shù)材料抗凍性的好壞。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用為提高材料的抗凍性，在生產(chǎn)材料時(shí)常有意引入局部封閉的孔隙，如在混凝土中摻入引氣劑。這些引入的閉口孔隙可切斷材料內(nèi)部的毛細(xì)孔隙，當(dāng)開(kāi)口的毛細(xì)孔隙中的水結(jié)冰時(shí)，所產(chǎn)生的壓力可將開(kāi)口孔隙中尚未結(jié)冰的水?dāng)D入到無(wú)水的封閉孔隙中(由于毛細(xì)作用，微細(xì)孔隙中水的冰點(diǎn)低于0℃。)，即這些封閉的孔隙可起到卸壓的作用。(3)材料本身的強(qiáng)度材料強(qiáng)度越高，抵抗凍害的能力越強(qiáng)，即抗凍性越高。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.3材料的根本力學(xué)性質(zhì)材料的強(qiáng)度材料在外力荷載作用下抵抗破壞的能力稱(chēng)為強(qiáng)度。根據(jù)外力作用方式的不同，分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。培訓(xùn)專(zhuān)用

實(shí)際材料內(nèi)部常含有大量的缺陷，材料受力時(shí)，在缺陷處形成應(yīng)力集中導(dǎo)致強(qiáng)度降低。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)一、材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度計(jì)算：f=Fmax/Af為材料的強(qiáng)度，MPa；Fmax為破壞時(shí)的最大荷載；A為受力截面面積，mm2;二、材料的抗彎強(qiáng)度計(jì)算：培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)影響材料強(qiáng)度的因素：

內(nèi)因：組成與結(jié)構(gòu)。例如：混凝土、木材等 外因：試件形狀、大小、含水率、加荷速度等。培訓(xùn)專(zhuān)用彈性與塑性(一)彈性(彈性變形)

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能完全恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的性質(zhì)稱(chēng)為材料的彈性，材料的這種變形稱(chēng)為彈性變形。(二)塑性(塑性變形)

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料仍保持變形后的形狀和尺寸的性質(zhì)稱(chēng)為材料的塑性，這種變形稱(chēng)為塑性變形。(三)黏彈性(彈塑性變形)

材料在外力的作用下，既有彈變，也有塑變。

徐變或蠕變應(yīng)力松弛或馳豫土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用彈性變形塑性變形彈塑性變形應(yīng)力σε土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用脆性與韌性(一)脆性 材料在荷載作用下，破壞前無(wú)明顯的塑性變形，表現(xiàn)為突發(fā)性破壞的性質(zhì)。 脆性材料的特點(diǎn)：塑性變形很小，且壓拉比較大(5~50倍)。無(wú)機(jī)非金屬材料多屬于此類(lèi)。(二)韌性 指材料抵抗沖擊振動(dòng)荷載的作用，而不發(fā)生突發(fā)性破壞的性質(zhì)，即破壞時(shí)有非常明顯的塑性變形。 韌性材料的特點(diǎn)：變形大，特別是塑性變形大，抗拉強(qiáng)度接近或高于抗壓強(qiáng)度。常用金屬材料、木材、橡膠、局部塑料屬于此類(lèi)。注意：用于橋梁、吊車(chē)梁、有振動(dòng)要求時(shí)要考慮材料的韌性。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)§1.4材料的熱工、聲學(xué)、光學(xué)性質(zhì)及材料的耐久性材料的熱工性質(zhì) 材料的導(dǎo)熱性能用導(dǎo)熱系數(shù)〔熱導(dǎo)率〕λ表示，λ越大，導(dǎo)熱性能越強(qiáng)，隔熱性能越差。導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.175W/m.K的材料，可稱(chēng)為絕熱材料。自然界導(dǎo)熱系數(shù)最小，即隔熱性能最好的物質(zhì)是空氣。 熱的傳遞方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。 影響因素：培訓(xùn)專(zhuān)用材料的物質(zhì)構(gòu)成——化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的物質(zhì)比結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)要大。λ有機(jī)高分子＜λ無(wú)機(jī)材料；λ非金屬＜λ金屬孔隙率——可將孔隙或空隙中的氣體視為無(wú)對(duì)流的靜止空氣。 ①孔隙率↑≡表觀密度↓≡λ↓②在表觀密度相同的情況下，孔隙尺寸↓≡λ↓③孔隙體積大到一定程度后，由于空氣對(duì)流的出現(xiàn)，λ↑溫度——由于輻射熱的影響，多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)一般隨溫度的升高而增大。濕度——λ水＞λ靜止空氣→濕度↑≡λ↑λ氣態(tài)＜λ液態(tài)＜λ固體熱流方向——對(duì)于各向異性的材料，不同方向上的導(dǎo)熱系數(shù)各不相同，有時(shí)差異很大。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

熱容量是指材料受熱時(shí)吸收熱量或冷卻時(shí)放出熱量的性能。材料的熱容量大小可用比熱C表示，即1g材料升高1K時(shí)所需的熱量。墻體、屋面或其他部位采用熱容量高的材料時(shí)，能在熱流變動(dòng)或采暖、空調(diào)工作不均衡時(shí)緩和室內(nèi)溫度的變化，保持室內(nèi)溫度的穩(wěn)定。

耐燃性是指建筑物失火時(shí)，材料能經(jīng)受高溫與火的作用不破壞，強(qiáng)度不嚴(yán)重下降的性能。

耐火性是指材料在長(zhǎng)期高溫作用下，保持不熔性并能工作的性能。培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)幾種典型材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)材料熱導(dǎo)率（W/m.K）比熱（J/g.K）材料熱導(dǎo)率（W/m.K）比熱（J/g.K）銅3700.38絕熱用纖維板0.051.46鋼550.46玻璃棉板0.040.88花崗巖2.90.80泡沫塑料0.031.30普通混凝土1.80.88冰2.202.05普通粘土磚0.550.84水0.604.19松木（橫紋）0.151.63密閉空氣0.0251.00培訓(xùn)專(zhuān)用土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)1.4.4材料的耐久性一、耐久性(durability)

材料長(zhǎng)期抵抗各種內(nèi)外破壞因素或腐蝕介質(zhì)的作用，保持其原有性質(zhì)的能力稱(chēng)為材料的耐久性。它是材料的一項(xiàng)綜合性質(zhì)，一般包括有抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、抗老化性、抗碳化性、耐熱性、耐溶蝕性、耐磨性、耐光性等許多項(xiàng)。

過(guò)去一般按強(qiáng)度設(shè)計(jì)，現(xiàn)在按耐久性設(shè)計(jì)。材料的組成、性質(zhì)和用途、工程的重要性及所處環(huán)境不同，對(duì)材料耐久性的主要要求及耐久性年限也不同。工程上應(yīng)根據(jù)工程的重要性、所處的環(huán)境及材料的特性，正確選擇合理的耐久性壽命。培訓(xùn)專(zhuān)用二、影響耐久性的主要因素(一)內(nèi)部因素內(nèi)部因素是造成材料耐久性下降的根本原因。主要包括材料的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。當(dāng)材料的組成易溶于水或其它液體，或易與其它物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反響時(shí)，那么材料的耐水性、耐腐蝕性等較差；通常無(wú)機(jī)非金屬材料的化學(xué)穩(wěn)定性較高，金屬材料那么較差，易發(fā)生電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。瀝青材料和有機(jī)材料的耐腐蝕性好，但抗老化性能差。無(wú)機(jī)非金屬在溫度劇變時(shí)易產(chǎn)生開(kāi)裂，即耐急冷急熱性差；晶體材料較同組成非晶體材料的化學(xué)穩(wěn)定性高；材料的孔隙率較大時(shí)，那么材料的耐久性往往較差；材料強(qiáng)度較高時(shí)，那么耐久性往往較好。土木工程材料第1章土木工程材料的基本性質(zhì)培訓(xùn)專(zhuān)用(二)外部因素外部因素也是影響耐久性的主要因素，主要有：

(1)化學(xué)作用包括各種酸、堿、鹽及其水溶液，各種腐蝕性氣體作用或氧化作用。對(duì)材料具有化學(xué)腐蝕或氧化作用。

(2)物理作用包括光、熱、電、溫差、濕差、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)、溶解等，可使材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋或孔隙率增加。

(3)機(jī)械作用包括沖擊、疲勞荷載，各種氣體、液體及固體引起的磨損與磨耗等。