材料的基本物理性質(zhì)與力學(xué)性質(zhì)

第1章建筑材料的基本性質(zhì)第一頁(yè)，共五十八頁(yè)。內(nèi)容：

材料的基本物理性質(zhì)

材料的基本力學(xué)性質(zhì)

材料的耐久性第二頁(yè)，共五十八頁(yè)。1.1材料的基本物理性質(zhì)內(nèi)容：

材料的狀態(tài)參數(shù)材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)材料與水有關(guān)的性質(zhì)材料的熱工性質(zhì)第三頁(yè)，共五十八頁(yè)。一、材料的狀態(tài)參數(shù)1、密度----材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρ－密度（g/cm3）m－材料的質(zhì)量（g）V－材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積（cm3）第四頁(yè)，共五十八頁(yè)。實(shí)際密度的測(cè)量:絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積－是指不包括材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。1）對(duì)近于絕對(duì)密實(shí)的材料：金屬、玻璃等量測(cè)幾何體積－稱(chēng)重－代入公式2）對(duì)有孔隙的材料：磚、混凝土、石材

磨成細(xì)粉－李氏比重瓶法測(cè)試密度測(cè)量?jī)x器密度演示實(shí)驗(yàn)第五頁(yè)，共五十八頁(yè)。2、表觀密度（容重）－材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρo－表觀密度（g/cm3或kg/m3）m－材料的質(zhì)量（g或kg）Vo－材料在自然狀態(tài)下的體積（cm3或m3）第六頁(yè)，共五十八頁(yè)。表觀密度的測(cè)量:自然狀態(tài)下的體積－是指包含材料內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。材料內(nèi)部孔隙含有水分時(shí)，其質(zhì)量和體積均發(fā)生變化。注明含水情況1）對(duì)形狀規(guī)則的材料：磚、混凝土、石材烘干－量測(cè)幾何體積－稱(chēng)重－代入公式2）對(duì)形狀不規(guī)則的材料：烘干－蠟封－浮力天平實(shí)驗(yàn)演示第七頁(yè)，共五十八頁(yè)。3、堆積密度（松散容重）－散粒狀材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。單位g/cm3或kg/m3。公式：

式中ρ/o－堆積密度（g/cm3或kg/m3）m－材料的質(zhì)量（g或kg）V/o－材料的堆積體積（cm3或m3）第八頁(yè)，共五十八頁(yè)。堆積密度的測(cè)量:堆積體積－是指包含顆粒內(nèi)部孔隙和顆粒之間的空隙在內(nèi)的體積。1）容器法：散粒材料裝入容器－量測(cè)體積－稱(chēng)凈重－代入公式2）自然堆積法：堆積成一定形狀－量測(cè)幾何體積－稱(chēng)重－代入公式第九頁(yè)，共五十八頁(yè)。砂堆積密度的測(cè)定將容量筒內(nèi)材料刮平，容量筒的容積即為材料堆積體積第十頁(yè)，共五十八頁(yè)。常用材料的狀態(tài)參數(shù)見(jiàn)教材P9－表1－1材料的狀態(tài)參數(shù)的體積對(duì)比第十一頁(yè)，共五十八頁(yè)。4、密實(shí)度－指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)所充實(shí)的程度。反映材料的致密程度。公式:

影響材料的：強(qiáng)度；吸水性耐久性；導(dǎo)熱性第十二頁(yè)，共五十八頁(yè)。

5、孔隙率－指材料體積內(nèi)，孔隙體積與總體積之比。直接反映材料的致密程度。公式:

孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系:P+D=1

孔結(jié)構(gòu)－孔隙率＋孔徑尺寸＋開(kāi)口形狀影響材料的:強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性第十三頁(yè)，共五十八頁(yè)。材料內(nèi)部孔隙示意圖

封閉孔連通孔第十四頁(yè)，共五十八頁(yè)?？紫秾?duì)材料性能的影響

孔隙率與強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)右圖：隨著孔隙率減小，表觀密度提高，吸水率降低，強(qiáng)度和耐久性提高。吸水率強(qiáng)度耐久性表觀密度孔隙率第十五頁(yè)，共五十八頁(yè)。6、填充率－指散粒材料在某容器的堆積體積中，被其顆粒填充的程度。反映散粒材料堆積的致密程度。公式:

00第十六頁(yè)，共五十八頁(yè)。7、空隙率－散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占總體積的比率。公式:

空隙率與填充率的關(guān)系P/+D/=1

第十七頁(yè)，共五十八頁(yè)。二、材料與水有關(guān)的性質(zhì)1、親水性與憎水性

親水性材料θ≤90°憎水性材料θ＞90°

材料在空氣中與水接觸時(shí)，根據(jù)其是否能被水潤(rùn)濕，將材料分為親水性和憎水性?xún)纱箢?lèi)。常用潤(rùn)濕角θ表示。第十八頁(yè)，共五十八頁(yè)。潤(rùn)濕角θ潤(rùn)濕角示意圖演示實(shí)驗(yàn)第十九頁(yè)，共五十八頁(yè)。2、吸水性－材料在浸水情況下吸入水分的能力。用吸水率表示。公式:式中W質(zhì)－材料的質(zhì)量吸水率（％）m濕－材料吸水飽和后的質(zhì)量（g）m干－材料烘干到恒重的質(zhì)量（g）第二十頁(yè)，共五十八頁(yè)。影響吸水率大小的因素：

材料的本性－親水性或憎水性材料材料的孔結(jié)構(gòu)－孔徑大小、開(kāi)口與否、孔隙率大小等吸水性對(duì)材料的影響：

導(dǎo)熱性增大、熱阻降低－對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料不利強(qiáng)度降低、體積膨脹第二十一頁(yè)，共五十八頁(yè)。3、吸濕性－材料在空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)。用含水率表示。公式:

式中W含－材料的質(zhì)量含水率（％）m濕－材料含水時(shí)的質(zhì)量（g）m干－材料烘干到恒重的質(zhì)量（g）第二十二頁(yè)，共五十八頁(yè)。影響含水率大小的因素：

材料的本性－親水性或憎水性材料環(huán)境溫度、濕度－氣溫越低、相對(duì)濕度越大，材料的含水率越高吸水性對(duì)材料的影響：

導(dǎo)熱性增大、熱阻降低－對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料不利體積膨脹－對(duì)木結(jié)構(gòu)和木制品不利第二十三頁(yè)，共五十八頁(yè)。4、耐水性－材料長(zhǎng)期在飽水作用下不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示。公式:

式中K軟－材料的軟化系數(shù)（K軟＝0～1）f飽－材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）f干－材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）第二十四頁(yè)，共五十八頁(yè)。材料軟化系數(shù)的要求軟化系數(shù)越小，說(shuō)明材料吸水飽和后的強(qiáng)度降低越多，其耐水性越差。對(duì)經(jīng)常處于水中或受潮嚴(yán)重的重要結(jié)構(gòu)物（如地下構(gòu)筑物、基礎(chǔ)、水工結(jié)構(gòu)）的材料，其K軟≥0.85；受潮較輕的或次要結(jié)構(gòu)物的材料，其K軟≥0.85；K軟≥0.85的材料，一般稱(chēng)為耐水的材料。第二十五頁(yè)，共五十八頁(yè)。5、抗?jié)B性－材料抵抗有壓介質(zhì)（水、油、氣）滲透的性質(zhì)稱(chēng)抗?jié)B性。用滲透系數(shù)K表示。依達(dá)西定律:

式中K－材料的滲透系數(shù)（ml/cm2.s）W－透過(guò)材料試件的水量（ml）t－透水時(shí)間（s）A－透水面積（cm2）H－凈水壓力（cm）d－試件的厚度（cm）抗?jié)B實(shí)驗(yàn)第二十六頁(yè)，共五十八頁(yè)?？?jié)B等級(jí)對(duì)于混凝土和砂漿，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級(jí)(Pn)表示：地下建筑（地鐵、人防建筑、地下室）、水

工結(jié)構(gòu)、防水材料等均要求較高的抗?jié)B性。

滲透系數(shù)越大，材料的抗?jié)B性越差。

影響材料抗?jié)B性的因素：孔隙率、孔隙特征

如P2,P4,P6,P8

等，分別表示可抵抗0.2MPa,0.4MPa,0.6MPa,0.8MPa

的水壓力不滲透

第二十七頁(yè)，共五十八頁(yè)。6、抗凍性－材料在吸水飽和的狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍結(jié)和融化作用而不破壞，同時(shí)也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)稱(chēng)為抗凍性。用抗凍標(biāo)號(hào)Fn表示。即：F10;F15;F25;F50;F100;F150;F200;F250;F300

數(shù)值為抵抗凍融循環(huán)次數(shù)。

對(duì)孔壁產(chǎn)生的壓力可達(dá)100MPa

第二十八頁(yè)，共五十八頁(yè)。凍融破壞的原因材料有孔且孔隙含水水→冰體積膨脹9％，結(jié)冰壓力高達(dá)100MPa結(jié)冰壓力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，材料開(kāi)裂裂縫的增加也進(jìn)一步增加了材料的飽水程度飽水程度的增加進(jìn)一步加劇了凍融破壞反復(fù)多次－進(jìn)一步加劇－最終材料崩潰嚴(yán)寒地區(qū)道路、橋梁、水壩、堤防、海上鉆井平臺(tái)、跨海大橋等均需考慮凍融破壞第二十九頁(yè)，共五十八頁(yè)。凍融破壞的橋梁第三十頁(yè)，共五十八頁(yè)。海上鉆井平臺(tái)第三十一頁(yè)，共五十八頁(yè)。大貝爾特海峽工程（Denmark丹麥）第三十二頁(yè)，共五十八頁(yè)。HighwayBridgeinService

of20Years

使用20年的高速公路橋梁第三十三頁(yè)，共五十八頁(yè)。四、材料的熱工性質(zhì)1、導(dǎo)熱性－材料傳導(dǎo)熱量的能力稱(chēng)為導(dǎo)熱性。其大小用熱導(dǎo)率（λ）表示。公式:

式中λ－熱導(dǎo)率（W/m.K）熱阻R=1/λQ－傳導(dǎo)的熱量（J）A－熱傳導(dǎo)面積（m2）δ－材料的厚度（m）t－熱傳導(dǎo)時(shí)間（s）(T2-T1)－材料兩側(cè)溫差（K）第三十四頁(yè)，共五十八頁(yè)。材料的熱導(dǎo)率越小，絕熱性能越好。影響熱導(dǎo)率的因素：

材料內(nèi)部的孔隙構(gòu)造－密閉的空氣使λ降低

材料的含水情況－含水、結(jié)冰使λ增大常見(jiàn)熱導(dǎo)率參數(shù)：

泡沫塑料λ＝0.035

水

λ＝0.58

大理石λ＝3.5

冰λ＝2.2鋼材λ＝58

空氣λ＝0.023混凝土λ＝1.51

松木λ＝1.17～0.35

第三十五頁(yè)，共五十八頁(yè)。2、熱容量－材料加熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)，稱(chēng)為熱容量。大小用比熱容（比熱）表示公式Q=Cm(T2－T1)式中Q－材料吸收或放出的熱量（J）C－材料的比熱(J/g.K)m－材料的質(zhì)量（g）(T2－T1)－材料受熱或冷卻前后的溫差（K)第三十六頁(yè)，共五十八頁(yè)。比熱的建筑物理意義材料的比熱對(duì)保持建筑物內(nèi)部溫度穩(wěn)定有很大關(guān)系，比熱大的材料，能在熱流變動(dòng)或采暖設(shè)備供熱不勻時(shí)，緩和室內(nèi)溫度的波動(dòng)。常見(jiàn)材料的比熱（單位J/g.K）鋼材c=0.48空氣c=1.00木材c=2.72水c=4.18第三十七頁(yè)，共五十八頁(yè)。材料的熱工要求保溫－防止室內(nèi)熱量的散失隔熱－防止外部熱量的進(jìn)入－統(tǒng)稱(chēng)為絕熱

為構(gòu)筑舒適的室內(nèi)空間，對(duì)材料要求熱阻（R＝1/λ）要大，即熱導(dǎo)率要小,比熱要大第三十八頁(yè)，共五十八頁(yè)。1.2材料的基本力學(xué)性質(zhì)主要內(nèi)容：材料的強(qiáng)度、比強(qiáng)度材料的彈性與塑性材料的脆性與韌性材料的硬度與耐磨性第三十九頁(yè)，共五十八頁(yè)。一、材料的強(qiáng)度、比強(qiáng)度強(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。依受力形式有：抗拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度等不同材料的承載特點(diǎn)是不同的：混凝土、石材、磚－抗壓強(qiáng)度高鋼材、各類(lèi)纖維－抗拉強(qiáng)度高強(qiáng)度分類(lèi)及公式演示第四十頁(yè)，共五十八頁(yè)。強(qiáng)度等級(jí)建筑材料常根據(jù)極限強(qiáng)度的大小，劃分為不同的強(qiáng)度等級(jí)或標(biāo)號(hào)。如混凝土按抗壓強(qiáng)度劃分為C7.5～C80水泥按抗壓和抗拉強(qiáng)度劃分為32.5#~62.5#

砂漿按抗壓強(qiáng)度劃分為M2.5～M20六個(gè)等

級(jí)熱軋鋼筋按屈服強(qiáng)度劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ級(jí)第四十一頁(yè)，共五十八頁(yè)。比強(qiáng)度比強(qiáng)度－材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值（fc/ρo）。用于評(píng)價(jià)材料輕質(zhì)高強(qiáng)幾種材料的強(qiáng)度比較材料表觀密度ρ0(kg/m3)強(qiáng)度f(wàn)c(MPa)比強(qiáng)度（fc/ρo）低碳鋼78604150.053松木50034.30.059混凝土2400600.025第四十二頁(yè)，共五十八頁(yè)。二、材料的彈性與塑性彈性－材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性質(zhì)。彈性模量E=σ/ε塑性－材料在外力的作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)。實(shí)際的材料并不存在理想的彈性變形和塑性變形。第四十三頁(yè)，共五十八頁(yè)。

b

a

變形荷載

0Aab—彈性變形彈塑性材料的變形曲線(xiàn)ob—塑性變形第四十四頁(yè)，共五十八頁(yè)。低碳鋼的應(yīng)力應(yīng)變(σ～ε)曲線(xiàn)低碳鋼拉伸實(shí)驗(yàn)演示第四十五頁(yè)，共五十八頁(yè)?；炷恋摩摇徘€(xiàn)

第四十六頁(yè)，共五十八頁(yè)。三、材料的脆性與韌性脆性－在外力作用下，當(dāng)外力達(dá)到一定限度后，材料突然破壞而又無(wú)明顯的塑性變形的性質(zhì)。脆性材料（如混凝土、玻璃、石材）抵抗沖擊或震動(dòng)荷載的能力很差。韌性－在沖擊、震動(dòng)荷載的作用下，材料承受很大的變形也不致破壞的性能稱(chēng)為韌性。如鋼材、木材、纖維等。橋梁、牛腿柱、電梯井、高層建筑等。第四十七頁(yè)，共五十八頁(yè)。四、材料的硬度與耐磨性1、硬度硬度－是材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。莫氏硬度（10級(jí)）1－滑石2－石膏3－方解石4－螢石5－磷石灰6－正長(zhǎng)石7－石英8－黃玉9－剛玉

10－金剛石肖氏硬度布氏硬度（HB）刻劃法壓入法第四十八頁(yè)，共五十八頁(yè)。2、耐磨性耐磨性－材料表面抵抗磨損的能力。常用磨損率（B）表示。公式:

式中m1、m2－試件被磨損前后的質(zhì)量（g）A－試件受磨損的面積（cm2）道路、地面、踏步、水庫(kù)泄洪道等。第四十九頁(yè)，共五十八頁(yè)。1.3材料的耐久性定義：材料在使用過(guò)程中能抵抗周?chē)鞣N介質(zhì)的侵蝕而不破壞，也不易失去其原有性能的性質(zhì)。包括：抗凍性－混凝土、磚、石材抗風(fēng)化性－陶瓷、磚抗老化性－有機(jī)建材