1、建 筑 材 料 主讲：张玉稳 山东农业大学水土学院联系电话：13181811905；E-mail：,第 1 章 土木工程材料的基本性质,刘家峡水电站,【学习指导】 学习目标：（1）了解土木工程材料的基本组成、结构和构造及其与材料基本性质的关系；（2）熟练掌握土木工程材料的基本力学性质；（3）掌握土木工程材料的基本物理性质；（4）掌握土木工程材料耐久性的基本概念。本章的难点：材料的组成及其对材料性质的影响。,概 述建筑材料用在不同的建筑物中，处于不同的环境，起着各种不同的作用，要求具有相应的性质。如：承重结构构件要求材料具有足够的强度、刚度；功能材料要求具有相应的功能性要求；建筑物还应具有与环境
2、相适应的耐久性。,合理选用材料是保证建筑物经久耐用的关键，而材料的性质是选用材料的重要依据。所谓材料的性质是指在负荷与环境因素联合作用下材料所具有的属性。 建筑材料的基本性质是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。,1.1 材料的组成、结构及构造,一、材料的组成材料的组成是指材料的化学成分，包括材料的化学组成、矿物组成、相组成。（一）化学组成化学组成是指构成材料的基本化学元素或化合物的种类和数量。当材料在使用过程中与周围环境及各类物质接触时，将按照化学变化规律发生作用。,（二）矿物组成矿物是指在无机非金属材料中，某些元素或化合物以特定的组合形式存在，并具有特
3、定的物理、化学性质的组织结构。矿物组成是指组成材料的矿物种类和数量。矿物组成是决定材料性质的主要因素。,（三）相组成相：材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相、固相。凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。 界面（界面相）：两相之间的分界面称为界面，在实际工程材料中，界面是一个很薄的薄弱区，可称为界面相。许多材料的破坏往往首先发生在界面。界面强度往往决定复合材料的强度 。,二、材料的结构、构造 （一）材料的结构材料的结构是指材料的微观组织状况，可分为宏观结构、细观结构、微观结构。 1、宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。土木
4、工程材料的宏观结构按其孔隙特征分为三种：致密结构、多孔结构、微孔结构。1）致密结构：指具有无可吸水、透气孔隙的结构。 2）多孔结构：指具有粗大孔隙的结构。 3）微孔结构：指具有微细孔隙的结构。,材料的宏观结构按其组织构造特征分为四种：堆聚结构、纤维结构、层状结构、散粒结构。1）堆聚结构：指由集料与具有胶凝性或粘结性物质胶结而成的结构。如水泥砼 。2）纤维结构：指由天然或人工合成纤维物质构成的结构。如木材 。3）层状结构：指由天然形成或人工粘结等方法而将材料叠合而成的双层或多层结构。如胶合板。4）散粒结构：指由松散粒状物质形成的结构。如砼集料、粉煤灰 。,2、细观结构（亚微观结构）细观结构是指用
5、光学显微镜可以观察到的材料内部结构。一般可分辨范围是1 10-3mm。 根据其尺度范围，还可分为显微结构和纳米结构： 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度范围在10-310-7m。纳米结构是指用一般扫描透视电子显微镜所能观察到的结构，其尺度范围在10-710-9m 。纳米结构材料具有许多奇异的物理和化学性能，发展迅速，在土木工程中也得到应用，如磁性液体、纳米涂料等。,3、微观结构微观结构是指组成材料原子、分子的排列方式、结合状况等。可分辨尺寸范围在纳米（10-6mm）以上。材料在微观结构层次上可分为晶体、非晶体、胶体。,（1）、晶 体1）晶体、晶格、晶胞：晶体是由离子、原子或分子等
6、质点，在三维空间按一定方式重复排列而成的固体，具有特定的外形。这种有规则的排列称为晶体的空间格子(晶格)；构成晶格的最基本单元（平行六面体单元 ）称为晶胞。晶体颗粒具有各向异性。但晶体材料可能是各向同性。 2）晶体的物理力学性质，除与晶格形态有关外，还与质点间结合力有关。这种结合力称为化学键，可分为共价键、离子键、分子键、金属键。3）晶体分类：按组成材料的晶体质点及化学键的不同，晶体可分为原子晶体、离子晶体、分子晶体、金属晶体。,晶体、晶格、晶胞结构示意图：,面心立方晶胞,一般情况下，晶胞都是平行六面体。整块晶体可以看成是无数晶胞无隙并置而成的。 无隙相邻晶体之间没有任何间隙； 并置所有晶胞都
7、是平行排列的取向相同。,在实际材料中，晶体结构往往都有各种晶格缺陷。主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。1）点缺陷：是指晶格中有空位和填隙原子。晶格空位削弱了晶体材料的强度，但它是材料发生固相反应的介质。填隙原子造成晶格畸变，使晶体强度增加、塑性降低。2）线缺陷（位错）：是指晶体中存在多余的半平面。 位错是使晶体材料成为不完全弹性体的原因之一，也是影响晶体结构生长、造成杂质在晶体中扩散并改变其性能的原因。 3）面缺陷：晶体材料中相邻两晶粒的晶格常存在相位差，在界面处原子排列不规则，称为面缺陷。面缺陷使界面处原子滑移困难。面缺陷使晶体材料强度提高、塑性降低。材料的性质还与晶粒大小及分布状态有关。一
8、般晶粒越细、分布越均匀，材料的强度越高。,（2）、非晶体（玻璃体）1）定义：将熔融的物质进行迅速冷却（急冷），使内部质点来不及作有规则的排列就凝固了，这时形成的物质结构即为非晶体。非晶体又称为无定形体或玻璃体，是相对晶体而言的。 2）特性：内应力较大，具有明显脆性。存在化学内能，具有化学不稳定性，即在一定条件下，易与其它物质发生化学反应。 质点的排列没有一定的规律性，没有特定的几何外形。各向同性。没有固定的熔点。,（3）、胶 体胶体：是指细小颗粒质点（胶粒）分散于连续介质中，形成的分散体系结构称为胶体，又称为胶凝材料。溶胶：在胶体结构中，若胶粒较少，则胶粒悬浮、分散在液体连续相中，此时液体介质
9、对胶体的性质影响较大，称这种结构为溶胶结构。溶胶具有可流动性。凝胶：由于胶体颗粒极细，具有很大的表面积和表面能，当胶体数量较多时或在物理化学作用下，胶体相互吸附凝聚而成网状结构。此时，胶体反映出胶粒的物理力学性质，而使胶体强度增大，变形减小，形成固体或半固体状态，称此胶体结构为凝胶结构。 在特定的条件下，胶体亦可形成溶胶-凝胶结构。在剪力作用下，溶胶-凝胶能互变，称为触变性。胶体与玻璃体及晶体相比，胶体结构的强度较低，变形较大。,（二）、材料的构造材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。 材料构造与结构相比，更强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系。材料的性质与其构造有密切的关
10、系:如随着孔隙率的增大，表观密度减小、强度降低。含有大量分散不连通的多孔材料，常常具有良好的保温、隔热、抗冻性能。含有大量与外界连通的微孔或气孔的材料，能吸收声能，是良好的吸声材料。 对同种材料来讲，其构造越密实、越均匀，强度越高，表观密度越大。,1.2 材料的基本物理性质,一、 与质量有关的性质 （一）、密度、表观密度、堆积密度1定义 ：密 度 ：材料在绝对密实状态（不包括材料孔隙在内）下，单位体积的干质量。视 密 度 ：材料单位体积（包括材料实体及闭口孔隙）的干质量。表观密度0 ：材料在自然状态下，单位体积（包括材料实体及其开口孔隙、闭口孔隙）的质量。亦称体积密度。堆积密度0 ：是指散粒状
11、材料在堆积状态下，单位体积（包括颗粒实体及其开口、闭口孔隙及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量。,2.说明：各种密度测定的关键是材料在各种状态下的体积测定。1）绝对体积V：即材料绝对密实状态下的体积，是指不包括孔隙在内的体积。绝对体积测定方法如下：密实材料：当其外观规则时，直接量取外观尺寸计算体积； 当其外观不规则时采用排液置换法计算体积。有孔隙材料：把材料磨成细粉，干燥后，用李氏密度瓶测定粉末体积，即为材料绝对密实状态下的体积。 材料磨的越细，测得的精度越高。2）视密度体积V1：包括材料实体及闭口孔隙，但不含开口孔隙。 采用排液置换法或水中称重法测量。,3）自然状态下的体积V0 :是指包含材料实
12、体及内部孔隙（包括开口、闭口孔隙）在内的体积。即材料表面轮廓线所包围的毛体积。测定方法： 对于形状规则的材料，用量具测体积； 对于形状不规则的材料，用蜡封法测体积。a当材料孔隙内含有水分时，其质量和体积均有变化，则表观密度变化。故测定表观密度时，需注明含水情况。b一般所说的表观密度(不注明含水状态)，是指材料在气干状态下的表观密度。c材料在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度（干体积密度）。,4）堆积体积V0 : 即包含材料颗粒固体体积、内部孔隙体积又包含颗粒之间空隙的体积。散粒材料的堆积密度测定方法为容量筒法。分为： 松散堆积密度 紧密堆积密度 干堆积密度 湿堆积密度 工程上通常所说的堆积密
13、度是指松散堆积密度。,对于同一种材料，材料含水量不同：密度不变，表观密度、堆积密度可变；密度 表观密度0 堆积密度0 研究密度的意义： 工程上可以利用密度、表观密度、堆积密度推算材料用量，计算构件自重，确定材料的堆放空间。计算普通砼、沥青砼配合比。,（二）、孔隙率、空隙率1.孔隙率 1).定义孔隙率是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率。计算公式：P = ( V0 - V)/ V0 = 1- V/ V0 = (1 - 0/) * 100%孔隙率的大小直接反映了材料的密实程度，孔隙率越小，密实度越高。孔隙率相同的材料，其孔隙特征可能不同。,2）孔隙特征（孔隙构造）： 材料内部孔隙按构
14、造不同分： 连通孔隙：不仅彼此连通而且与外界相通。 封闭孔隙：不仅彼此封闭而且与外界隔绝。材料内部孔隙按孔径尺寸大小分： 极微细孔隙 细 小孔隙 粗 大孔隙 3）.影响材料孔隙率的因素 a.材料的组成 ； b.结构及制造工艺。,4）.孔隙对材料性质的影响 材料的许多工程性质取决于孔隙率的大小及 构造特征。 如孔隙率增大，则： (1).材料的表观密度减小。 (2).材料受力的有效面积减小,强度降低。 (3).表观密度减小,导热系数和热容随之减小。 (4).透气性,透水性,吸水性变大。 (5).对抗冻性,要视孔隙大小和形态而定,如封闭孔隙能提高抗冻性。,2.空隙率,1）.定 义空隙率P：指散粒材料
15、在堆积状态下，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。计算公式：P=( V 0 - V0)/ V 0 =1- V0 / V 0 =(1-0/ 0 )*100% 空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒之间互相填充的致密程度。,2）孔隙率P与空隙率P的异同：异：P对一般材料而言；P对散粒材料而言。P为材料颗粒内部孔隙体积所占比例；P还包括材料颗粒之间空隙体积所占比例。同： 均表示材料的致密程度（数值愈小，材料愈密实）。P1 ，P900时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料表面分子之间的相互吸引力，材料表面不会被水浸润，这种性质称为材料的憎水性。具有这种性质的材料称为憎水性材料。 这一概念也可用于其它液体对
16、固体材料表面的浸润情况，相应地称为亲液性材料或憎液性材料。,（二）、材料的吸水性与吸湿性,1.吸水性1）定 义：材料浸入水中吸收水分的性质，称材料的吸水性。材料的吸水性用吸水率表示。 吸水率有2种表示方法： 质量吸水率：材料吸水饱和时，所吸收水分的质量占干燥材料质量的百分数。 用Wm表示。 体积吸水率：材料吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分数。用Wv表示。 在土木工程材料中，多数情况下采用质量吸水率，但体积吸水率能更直观地反映材料吸水程度。,2）影响吸水性的因素： 材料的孔隙结构孔隙特征及孔隙率 。 材料吸水率的大小主要取决于材料的孔隙率及孔隙特征：具有细微、连通孔隙且孔隙率
17、大的材料，吸水率较大；具有封闭或粗大孔隙的材料，吸水率较小。材料本身的性质亲水性或憎水性 不同性质的材料，吸水率相差很大。,（2）吸 湿 性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性，以含水率表示。1）含水率：材料中所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率。计算式： W含 = (m含- m干)/ m干 * 100%式中： W含材料的含水率，； m干材料在干燥状态下的质量，g； m含材料在含水状态下的质量，g。,2）平衡含水率：在一定的温度和湿度条件下，材料湿度与空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。 材料的平衡含水率，随周围环境的温度和湿度发生变化。温度越低，湿度越大，平衡含水率
18、也越大。3）材料吸水性、吸湿性与工程特性的关系：一般来讲，材料吸水、吸湿后对材料性能有不良影响： 材料含水后，自重增加，强度降低，保温性能降低，抗冻性能变差，有时还会发生明显的体积膨胀。,（三）、材料的耐水性 1定义：材料的耐水性是指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。 材料的耐水性用软化系数表示。计算公式： K软=f饱 / f干式中 ：K软材料的软化系数；f饱 材料在吸水饱和状态下的抗压强度；f干 材料在干燥状态下的抗压强度。,2一般材料含水后，强度都有不同程度的降低。3软化系数与材料工程性质的关系：软化系数的范围在01之间。材料软化系数越小 ，耐水性越差。通常将软化系数
19、0.85的材料称为耐水材料。 软化系数的大小，是选择耐水材料的重要依据。长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑物，应选择软化系数在0.85以上的材料来建造。,（四）、抗渗性 1定义：材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性），用渗透系数或抗渗等级表示。渗透系数K：一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，在单位时间内透过单位面积的水量。单位cm/h。渗透系数一般表示透水性较大的材料的抗渗性。 渗透系数越小，材料抗渗性越好。 抗渗等级W：是以规定的试件，在标准试验条件下所能承受的最大水压力来确定，单位MPa。抗渗等级一般表示透水性较小的材料的抗渗性。 抗渗等级越高，抗渗性越好。,2影响材料抗渗
20、性的因素：材料本身的亲水性：材料亲水性大，抗渗性差。材料的孔隙率和孔隙特征：材料密实、孔隙率小而且是闭口孔隙多的材料抗渗性好；孔隙率大，开口孔隙多，孔径大的材料抗渗性差。,（五）、抗冻性 1.定义：材料在吸水饱和状态下，经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时强度也不严重降低的性质，称为材料的抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。2.抗冻等级：将材料标准试件按规定方法进行冻融循环试验，其质量损失或强度降低不超过规定值时，所能经受的最大冻融循环次数。以符号Fn表示，其中F即为抗冻等级符号，n为最大冻融循环次数。如F50、 F100、 F150、 F200、 F250、 F300 材料抗冻等
21、级的选择：根据结构物的种类、使用要求、气候条件等决定。,3.影响材料抗冻性的因素：材料的抗冻性与其强度、孔隙率大小及特征、含水率等因素有关。材料强度越高，抗冻性越好；孔隙率大小及特征：材料密实、孔隙率小、闭口孔隙多，抗冻性好；材料含水率越小，抗冻性越好。材料的抗冻性是材料耐久性的主要考察指标，因为抗冻性指标与耐久性的其它各指标关系密切，对材料耐久性影响巨大。,三、 材料与热有关的性质（一）、导 热 性1.定义：材料传导热量的能力称为导热性。材料的导热性用热导率（导热系数）表示。热导率的物理意义：热导率在数值上等于厚度为1m的材料，当其相对两侧表面的温差为1K时，经单位面积（1m2）单位时间（1
22、s）所通过的热量。 单位W/（mK）,可用下式表示：,热导率越大，导热性越强，绝热性越差。 各种材料的热导率差别很大。 建筑中，通常把0.23W/（mK）的材料称为绝热材料。应当明确：即使同一种材料，其也并不是常数，它与材料所处的湿度和温度等因素有关。,2.影响材料导热性的因素：材料的物质构成：化学组成和分子结构比较简单的物质比结构复杂的物质有较大的导热系数。孔隙率： 一般来说，材料的孔隙率越大，材料的导热系数越小。材料的导热系数不仅与孔隙率有关，还与孔隙结构有关。温度：材料的导热系数随温度的升高而增大。湿度：材料受潮或受冻后，导热系数增大。热流方向：对于纤维状材料，热流方向与纤维排列方向垂直
23、时材料表现出的导热系数小于平行时的导热系数。,（二）、热 容 量 1.热容量：热容量是指材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的能力，用比热容（也称热容量系数，简称比热）c表示。比热:质量为1Kg的材料，当温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量，称比热（J/kg.K）。,比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量。不同材料的比热不同，即使是同一材料，由于所处物态不同，比热也不同。,材料吸收或放出的热量Q和比热c，可用下式计算：,表1.2几种典型材料的热工性质指标,2.热 阻在建筑工程中常把1/称为材料的热阻，用R表示。导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标。材料的导热系数越小
24、，其热阻越大，则材料的保温隔热性能越好。 3.研究导热系数与比热的意义 材料的导热系数和比热是设计建筑物围护结构、进行热工计算时的重要参数。 设计时应选用导热系数小、比热大的材料，以节约能耗并长时间保持室内温度的稳定性。,（三）、温度变形性 温度变形性是指温度升高或降低时材料体积变化的特性。体积变化表现在单向尺寸时，为线膨胀或线收缩，表征指标为线膨胀系数。材料温度变化时的单向线胀或线缩量公式： L=(T2-T1) L土木工程中，对材料的温度变形大多关心其某一单向尺寸的变化，因此，研究材料的平均线膨胀系数具有实际意义。例如，分析砼路面、砼连续墙，以及大型建筑物纵向温度变形，以确定温度伸缩缝的位置
25、和宽度。材料的线膨胀系数与材料的组成和结构有关，常通过选择合适的材料来满足工程对温度变形的要求。,（四）、耐 燃 性耐燃性是指材料能经受高温或火的作用而不被破坏，强度也不严重降低的性能。根据耐燃性材料分三大类 ： 不燃烧类：遇火或遇高温不易起火、不燃烧，且不碳化的材料，如石材、砼、金属等无机类材料。难燃烧类：遇火或遇高温不易燃烧、不碳化，只有火源持续存在时才能继续燃烧，火焰熄灭燃烧即停止的材料，如沥青砼、经防火处理后的木材、某些合成塑料制品等。燃 烧 类：遇火或遇高温容易引燃而着火，火源移去后，仍能继续燃烧的材料，如木材、沥青、油漆、合成高分子粘结剂等有机类材料。,（五）、耐火性耐火性是指材料
26、在长期高温作用下，保持其结构和工作性能的基本稳定而不损坏的性质。 根据材料耐火度不同，可将材料分三大类：耐火材料：耐火度不低于1580，如各类耐火砖。难熔材料：耐火度为13501580，如耐火砼。易熔材料：耐火度低于1350，如普通粘土砖。,隧道窑,各类耐火砖,1.3 材料的力学性质一、 强 度（实际强度）1、定 义：材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏的能力称为材料的强度。以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小(极限应力）来表示。 根据外力作用方式的不同，材料强度分为四种： 抗压强度 抗拉强度 抗弯强度 抗剪强度,静 力 强 度 分 类,2、影响材料强度的主要因素：1）材料的组成、结构、
27、构造： （内因）相同种类的材料，孔隙率愈大，强度愈低。 材料强度与孔隙率有近似直线的关系。不同种类的材料，其组成、结构、构造不同，抵 抗外力的特点不同，强度差异很大。如：脆性材料抗压强度较高，而抗拉、抗弯强度很低。塑性材料抗压、拉、弯强度大至相等。 层状材料或纤维状材料表现出各向强度有较大差异。,2）试验条件对材料强度试验结果的影响： 试件形状、尺寸及表面状况。 测试时试件的温度、湿度。 试验加荷速度及实验装置情况等。,试件形状、尺寸及表面状况 以脆性材料单轴抗压强度为例。 形状：棱柱体或圆柱体试件（一般高度为横截面边长或直径的2-3倍），其抗压强度小于相同横截面积的立方体。尺寸：形状相似的试
28、件，试件尺寸愈小，测得的抗压强度值愈大。表面状况：试件受压面凹凸不平或缺楞掉角等，将引起局部应力集中而降低强度试验值。,原因分析：a.环箍效应:试件受压时，试验机承压钢板和试件承压面紧紧相压，承压钢板和试件均发生横向膨胀变形，但承压钢板的横向应变小于试件的横向应变，因而上下压板与试件的上下表面之间产生的横向摩擦力对试件的横向膨胀起着约束作用，抑制了试件的破坏，此称为环箍效应。b.同时，材料内部各种构造缺陷出现的几率，随试件体积的增加而增大，导致大试件强度试验值偏低。,YES-2000数显式压力试验机,砼试件受压前后图片,测试时试件的温度、湿度。 一般来说： 温度升高，强度降低。 含水量增大，强
29、度降低。 试验加荷速度及实验装置情况 a.试验时的加荷速度：试验时的加荷速度较快时， 测得强度值偏高；反之，强度试验值偏低。 b.实验装置情况：采用刚度大的试验机进行强度测试，所得的强度值也较高。,由此可知，材料的强度是在一定条件下测定的数值，为了使实验结果准确，且具有可比性，各个国家都制定了统一的试验标准。 在测定材料强度时，必须严格遵照国家规定的标准试验方法执行。,（二）、强度等级:土木工程材料常根据其强度划分为不同的等级（标号），即材料的强度等级。1)材料不同，等级划分标准不同。 2)等级划分的意义： 将材料划分为若干等级，为材料的生产者和使用者带来很大便利：生产者在控制质量时有据可依，
30、易于保证产品质量；使用者有利于掌握材料的性能指标，便于合理选用材料，正确进行工程设计和工程质量控制。,（三）、比 强 度 比强度是指材料强度与其表观密度之比。比强度是评价材料是否轻质高强的重要指标。材料比强度越大，越轻质高强。优质的结构材料，必须具有较高的比强度。,由表可知，玻璃钢和木材是轻质高强材料。 普通砼是表观密度大而比强度相对较低的材料。,表1-4 几种主要材料的比强度,二、材料的弹性与塑性 （一）、弹 性：弹性、弹性变形、弹性模量 弹 性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种可完全恢复的变形称为弹性变形（瞬时变形）。弹性模
31、量：材料在弹性范围内，应力与应变之比即弹性模量。弹性模量是常数。 表达式： E=/弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的指标之一，弹性模量越大，材料越不易变形，即刚度好。 弹性模量是结构设计时的重要参数。,（二）、塑性：塑性、塑性变形、弹塑性变形塑 性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，变形不消失，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（永久变形）。 在真实材料中，完全的弹性材料或完全的塑性材料是不存在的：有的材料在受力不大时，发生弹性变形，但受力超过一定限度后，则产生塑性变形。如钢材。绝大部分材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时发生，称为弹塑性变形。这种弹塑性变形在外
32、力取消后，弹性变形可以恢复，而塑性变形则不能恢复。如砼。,三、材料的脆性与韧性1、脆性、脆性材料 材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料发生突然破坏，且破坏时无明显塑性变形，这种性质称为脆性。具有这种性质的材料称脆性材料。 脆性材料的特点：脆性材料在外力作用下，达到破坏荷载时的变形值很小；脆性材料的抗压强度比抗拉强度往往要高很多倍，只适于作承压构件不适于受拉构件。 脆性材料不适于承受震动荷载及冲击荷载。,2、韧 性、韧性材料 在冲击或振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，产生一定的变形而不致破坏的性质，称为韧性（亦称冲击韧性）。具有这种性质的材料称韧性材料。软钢、木材等属于韧性材料。韧
33、性材料的特点：变形大，特别是塑性变形大；抗拉强度接近或高于抗压强度。在土木工程中，对于承受冲击荷载和有抗震要求的结构 ，均应选用韧性材料。 冲击试验：检验材料韧性。用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，即,四、材料的硬度与耐磨性（一）、硬 度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。测定方法： 刻划法适于测定天然矿物的硬度，按刻划法矿物硬度分10级（莫氏硬度）。压入法适于钢材、木材、砼等材料的硬度测定。如布氏硬度。 一般材料硬度越大，则其耐磨性越好。工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度。,（二）、耐磨性耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率表示。计算公式：材料的耐磨性与
34、材料的组成成分、结构、强度、硬度等有关。在建筑工程中，对于用作踏步、台阶、地面等的材料，应具有较高的耐磨性。一般来说，强度较高且密实的材料，其硬度大，耐磨性好。,1.4 材料的耐久性,定 义：材料的耐久性是指材料在使用过程中抵抗环境长期作用，并保持其原有性能而不破坏、不变质的能力。耐久性是材料的一项综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性范畴。此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有着密切关系。材料的耐久性直接关系到土木工程的使用功能和使用寿命。,一、环境对材料的作用 材料在使用过程中，除受到各种外力作用外，还要受到环境中各种自然因素的破坏作用，这些破坏作
35、用可分为物理作用、化学作用、机械作用、生物作用。 物理作用：包括环境温度、湿度的变化，即冷热、干湿、冻融等环境作用。这些变化均引起材料体积胀缩，导致材料裂缝扩展，直至破坏。 化学作用：包括大气和环境中的酸、碱、盐等物质的水溶液以及有害气体的侵蚀作用。这些侵蚀作用会使材料逐渐变质而破坏。机械作用：包括荷载的持续或交变作用引起材料的疲劳、冲击、磨损等破坏。生物作用：指虫、菌的作用，导致材料虫蚀、腐朽而破坏。,二耐久性测定 通常做法:是根据使用条件和要求，在实验室强化模拟环境条件进行短期试验，确定一个表征材料受损、变质、失效以至破坏程度的对比性评价指标。并据此对材料的耐久性做出评价。 另一做法：利用
36、材料科学和统计学原理，把材料在使用中的变质失效作为某种随机过程处理，通过数学模拟，辅以短期试验，从而预测比较可靠的安全使用年限，作为耐久性指标。,三、提高耐久性的主要措施及其重要意义工程中改善耐久性的主要措施有：根据使用环境合理选择材料品种；采取各种方法控制材料的孔隙率与孔隙特征；改善材料的表面状态，增强抵抗环境作用的能力。 重要意义：耐久性是土木工程材料的一项重要技术性质。材料具有良好的耐久性是保证建筑物经久耐用的前提和根本。 在设计和选用土木工程材料时，必须考虑材料的耐久性问题。采用耐久性良好的土木工程材料，对节约材料、保证建筑物长期正常使用、减少维修费用、延长建筑物使用寿命等，均具有十分
37、重要的意义。,四、材料的环境协调性所谓环境协调性是指对资源和能源消耗少、对环境污染小和循环再生利用率高。具有优良环境协调性的材料对资源和能源消耗少、对生态和环境污染小、再生利用率高或可降解化合可循环利用，而且要求从材料制造、使用、废弃直至再生利用的整个寿命周期中，都必须具有与环境的协调共存性。 要求材料的环境协调性是为了可持续发展、和谐发展，目的是为了提高人类的生存质量。,本 章 小 结,教学要求：了 解 建筑物及周围环境对建筑材料的基本要求。熟 悉 材料物理性质（如材料与质量有关的性质，与水有关的性质，与热有关的性质等）。掌 握 材料的基本物理性质及基本物性参数对材料的物理性质、力学性质、耐
38、久性等的影响。教学目的通过本章学习，达到： a.明确建筑材料的各种基本性质（物理性质、力学性质、耐久性等）的含义、衡量指标、影响因素； b.可以初步判断材料的性能和应用场合，为以后工作中正确选择建筑材料、合理使用建筑材料、材料的检验试验打下基础。,复习思考题: 教材P22，1-11-10题。补充题：1.名词解释：亲水性材料、憎水性材料；吸水率、含水率、平衡含水率；耐水性、抗渗性、抗冻性；强度、比强度；环箍效应；硬度、耐磨性；耐燃性、耐火性。2.材料的组成、结构各分哪几个层次？3.影响材料吸水性的因素有哪些？材料含水对哪些性质有影响？ 4.何谓软化系数？软化系数在工程上的用途是什么？5. 脆性材
39、料、韧性材料各有何特点？,一、填空题 1.材料的吸水性大小用_表示，吸湿性大小用_表示。2.称取堆积密度为1400kgm3的干砂200g，装入广口瓶中，再把瓶子注满水，这时称重为500g。已知空瓶加满水时的重量为377g，则该砂的表观密度为_gcm3，空隙率为_。3.当某一建筑材料孔隙率增大时，密度_ _，表观密度_，强度 ，吸水率 ，抗冻性 。4. 材料耐水性的强弱可以用_系数表示，材料耐水性越差，该值越_ _。,二、单项选择题 1.含水率为5的砂220kg，将其干燥后的重量是（）kg。A.209 B.209.5 C.210 D.2112.当材料的润湿角为（）时，称为憎水性材料。A.90 B
40、.90 C.0 D.90三、简答题 1.影响材料吸水性的因素有哪些？含水对材料的哪些性质有影响？影响如何？,2.为什么新建房屋的墙体保暖性能较差，尤其是在冬季？3.孔隙率和空隙率有何区别？四、计算题1. 破碎的岩石试样经完全干燥后，其质量为482g，将其放入盛有水的量筒中，经一定时间石子吸水饱和后，量筒中的水面由原来的4523刻度上升到6303刻度。取出石子，擦干表面水分后称得质量为487g。试求该岩石的表观密度和吸水率。,2.在质量为6.6kg，容积为10L的容器中，装满气干状态的卵石后称得总质量为21.6kg，卵石的空隙率为42%。求卵石的表观密度。3、某工程用钢筋混凝土预制梁尺寸为600
41、cm50cm50cm，共12根，若钢筋混凝土的表观密度为2500kg/m3，其总质量为多少吨？4、河砂1000g，烘干至恒重后称重988g，求此砂的含水率。5、某材料的密度为2600kg/m3，干燥状态体积密度为1600kg/m3，现将一重954g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称重为1086g。试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率和闭口孔隙率。,6、某工地所用碎石的密度为2650 kg/m3，堆积密度为1680 kg/m3，表观密度为2610 kg/m3。求该碎石的空隙率。7、一块烧结普通砖，外形尺寸标准（24011553mm），吸水饱和后质量为2900g，烘干至恒重为2500g，今将该砖磨细过筛再烘干后取50g，用李氏瓶测得其体积为18.5cm3。试求该砖的吸水率、密度、表观密度及孔隙率。,8、岩石在气干、绝干、吸水饱和情况下测得的抗压强度分别为172MPa，178MPa，168 MPa。求该岩石的软化系数，并指出该岩石可否用于水下工程。9、已知混凝土试件的尺寸为150150150mm，质量为8.1kg。其表观密度为多少？若测得其最大的破坏压力为540KN，求其抗压强度。10、用直径为18 mm的钢筋做拉伸试验，测得最大拉力为137KN，求其抗拉强度。,
