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)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)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）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)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）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）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常用用材材料料的的狀狀態(tài)態(tài)參參數(shù)數(shù)見(jiàn)教教材材P9－－表表1－－1材料料的的狀狀態(tài)態(tài)參參數(shù)數(shù)的的體體積積對(duì)對(duì)比比4、、密密實(shí)實(shí)度度－指指材材料料體體積積內(nèi)內(nèi)被被固固體體物物質(zhì)質(zhì)所所充充實(shí)實(shí)的的程程度度。。反反映映材材料料的的致致密密程程度度。。公式式:影響響材材料料的的：：強(qiáng)強(qiáng)度度；吸水水性性耐久久性性；導(dǎo)熱熱性性5、、孔孔隙隙率率－指指材材料料體體積積內(nèi)內(nèi)，，孔孔隙隙體體積積與與總總體體積積之之比比。。直直接接反反映映材材料料的的致致密密程程度度。。公式式:孔隙隙率率與與密密實(shí)實(shí)度度的的關(guān)關(guān)系系:P+D=1孔結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)－－孔孔隙隙率率＋＋孔孔徑徑尺尺寸寸＋＋開(kāi)開(kāi)口口形形狀狀影響響材材料料的的:強(qiáng)強(qiáng)度度、、吸吸水水性性、、耐耐久久性性、、導(dǎo)導(dǎo)熱熱性性材料料內(nèi)內(nèi)部部孔孔隙隙示示意意圖圖封閉孔連通孔孔隙隙對(duì)對(duì)材材料料性性能能的的影影響響孔隙隙率率與與強(qiáng)強(qiáng)度度的的關(guān)關(guān)系系見(jiàn)見(jiàn)右右圖圖：：隨隨著著孔孔隙隙率率減減小小，，表表觀觀密密度度提提高高，，吸吸水水率率降降低低，，強(qiáng)強(qiáng)度度和和耐耐久久性性提提高高。。吸水率強(qiáng)度耐久性表觀密度孔隙率6、、填填充充率率－指指散散粒粒材材料料在在某某容容器器的的堆堆積積體體積積中中，，被被其其顆顆粒粒填填充充的的程程度度。。反映映散散粒粒材材料料堆堆積積的的致致密密程程度度。。公式式:007、、空空隙隙率率－散散粒粒材材料料在在某某容容器器的的堆堆積積體體積積中中，，顆顆粒粒之之間間的的空空隙隙體體積積占占總總體體積積的的比比率率。。公式式:空隙隙率率與與填填充充率率的的關(guān)關(guān)系系P/+D/=1二、材材料料與與水水有有關(guān)關(guān)的的性性質(zhì)質(zhì)1、、親親水水性性與與憎憎水水性性親水水性性材材料料θθ≤≤90°°憎水水性性材材料料θθ＞＞90°°材料料在在空空氣氣中中與與水水接接觸觸時(shí)時(shí)，，根根據(jù)據(jù)其其是是否否能能被被水水潤(rùn)潤(rùn)濕濕，，將將材材料料分分為為親親水水性性和和憎憎水水性性?xún)蓛纱蟠箢?lèi)類(lèi)。。常常用用潤(rùn)濕濕角角θθ表示示。。潤(rùn)濕濕角角θθ潤(rùn)濕濕角角示示意意圖圖演示示實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)2、、吸吸水水性性－材材料料在在浸浸水水情情況況下下吸吸入入水水分分的的能能力力。。用用吸水水率率表示示。。公式式:式中中W質(zhì)－材材料料的的質(zhì)質(zhì)量量吸吸水水率率（（％％））m濕－材材料料吸吸水水飽飽和和后后的的質(zhì)質(zhì)量量（（g））m干－材材料料烘烘干干到到恒恒重重的的質(zhì)質(zhì)量量（（g））影響響吸吸水水率率大大小小的的因因素素：：材料料的的本本性性－－親親水水性性或或憎憎水水性性材材料料材料料的的孔孔結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)－－孔孔徑徑大大小小、、開(kāi)開(kāi)口口與與否否、、孔孔隙隙率率大大小小等等吸水水性性對(duì)對(duì)材材料料的的影影響響：：導(dǎo)熱熱性性增增大大、、熱熱阻阻降降低低－－對(duì)對(duì)圍圍護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)材材料料不不利利強(qiáng)度度降降低低、、體體積積膨膨脹脹3、、吸吸濕濕性性－材材料料在在空空氣氣中中吸吸收收空空氣氣中中水水分分的的性性質(zhì)質(zhì)。。用用含水水率率表示示。。公式式:式中中W含－材材料料的的質(zhì)質(zhì)量量含含水水率率（（％％））m濕－材材料料含含水水時(shí)時(shí)的的質(zhì)質(zhì)量量（（g））m干－材材料料烘烘干干到到恒恒重重的的質(zhì)質(zhì)量量（（g））影響響含含水水率率大大小小的的因因素素：：材料料的的本本性性－－親親水水性性或或憎憎水水性性材材料料環(huán)境境溫溫度度、、濕濕度度－－氣氣溫溫越越低低、、相相對(duì)對(duì)濕濕度度越越大大，，材材料料的的含含水水率率越越高高吸水水性性對(duì)對(duì)材材料料的的影影響響：：導(dǎo)熱熱性性增增大大、、熱熱阻阻降降低低－－對(duì)對(duì)圍圍護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)材材料料不不利利體積膨脹脹－對(duì)木木結(jié)構(gòu)和和木制品品不利4、耐水水性－材料長(zhǎng)長(zhǎng)期在飽飽水作用用下不破破壞，其其強(qiáng)度也也不顯著著降低的的性質(zhì)。。用軟化系數(shù)數(shù)表示。公式:式中K軟－材料的的軟化系系數(shù)（K軟＝0～1）f飽－材料在在飽水狀狀態(tài)下的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度（MPa））f干－材料在在干燥狀狀態(tài)下的的抗壓強(qiáng)強(qiáng)度（MPa））材料軟化化系數(shù)的的要求軟化系數(shù)數(shù)越小，，說(shuō)明材材料吸水水飽和后后的強(qiáng)度度降低越越多，其其耐水性性越差。。對(duì)經(jīng)常處處于水中中或受潮潮嚴(yán)重的的重要結(jié)結(jié)構(gòu)物（（如地下下構(gòu)筑物物、基礎(chǔ)礎(chǔ)、水工工結(jié)構(gòu)））的材料料，其K軟≥0.85；受潮較輕輕的或次次要結(jié)構(gòu)構(gòu)物的材材料，其其K軟≥0.85；K軟≥0.85的材材料，一一般稱(chēng)為為耐水的的材料。。5、抗?jié)B滲性－材料抵抵抗有壓壓介質(zhì)（（水、油油、氣））滲透的的性質(zhì)稱(chēng)稱(chēng)抗?jié)B性性。用滲透系數(shù)數(shù)K表示。依達(dá)西定律律:式中K－－材料的的滲透系系數(shù)（ml/cm2.s）W－透過(guò)過(guò)材料試試件的水水量（ml）t－透水水時(shí)間（（s）A－透水水面積（（cm2）H－凈水水壓力（（cm））d－試件件的厚度度（cm）抗?jié)B實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)抗?jié)B等級(jí)級(jí)對(duì)于混凝凝土和砂砂漿，抗抗?jié)B性常常用抗?jié)B滲等級(jí)(Pn)表示：：地下建筑筑（地鐵鐵、人防防建筑、、地下室室）、水水工結(jié)構(gòu)、、防水材材料等均均要求較較高的抗抗?jié)B性。。滲透系數(shù)數(shù)越大，，材料的的抗?jié)B性性越差。。影響材料料抗?jié)B性性的因素素：孔隙隙率、孔孔隙特征征如P2,P4,P6,P8等，分別別表示可可抵抗0.2MPa,0.4MPa,0.6MPa,0.8MPa的水壓力力不滲透透6、抗凍凍性－材料在在吸水飽飽和的狀狀態(tài)下，，能經(jīng)受受多次凍凍結(jié)和融融化作用用而不破破壞，同同時(shí)也不不嚴(yán)重降降低強(qiáng)度度的性質(zhì)質(zhì)稱(chēng)為抗抗凍性。。用抗凍標(biāo)標(biāo)號(hào)Fn表示。即：F10;F15;F25;F50;F100;F150;F200;F250;F300數(shù)值為抵抵抗凍融融循環(huán)次數(shù)數(shù)。對(duì)孔壁產(chǎn)產(chǎn)生的壓壓力可達(dá)達(dá)100MPa凍融破壞壞的原因因材料有孔孔且孔隙隙含水水→冰體積膨膨脹9％％，結(jié)冰壓壓力高達(dá)達(dá)100MPa結(jié)冰壓力力超過(guò)材材料的抗抗拉強(qiáng)度度時(shí)，材材料開(kāi)裂裂裂縫的增增加也進(jìn)進(jìn)一步增增加了材材料的飽飽水程度度飽水程度度的增加加進(jìn)一步步加劇了了凍融破破壞反復(fù)多次次－進(jìn)一一步加劇?。罱K終材料崩崩潰嚴(yán)寒地區(qū)區(qū)道路、、橋梁、、水壩、、堤防、、海上鉆鉆井平臺(tái)臺(tái)、跨海海大橋等等均需考考慮凍融融破壞凍融破壞壞的橋梁梁海上鉆井井平臺(tái)大貝爾特特海峽工工程（Denmark丹麥麥））HighwayBridgeinServiceof20Years使用20年的高高速公路路橋梁四、材料料的熱工工性質(zhì)1、導(dǎo)熱熱性－材料傳傳導(dǎo)熱量量的能力力稱(chēng)為導(dǎo)導(dǎo)熱性。。其大小小用熱導(dǎo)率（（λ）表示。公式:式中λλ－－熱導(dǎo)率率（W/m.K）熱熱阻阻R=1/λQ－傳導(dǎo)導(dǎo)的熱量量（J））A－熱傳傳導(dǎo)面積積（m2）δ－材料料的厚度度（m））t－熱傳傳導(dǎo)時(shí)間間（s））(T2-T1)－材料料兩側(cè)溫溫差（K）材料的熱導(dǎo)率越越小，絕絕熱性能能越好。影響熱導(dǎo)導(dǎo)率的因因素：材料內(nèi)部部的孔隙隙構(gòu)造－－密閉的的空氣使使λ降低材料的含含水情況況－含水水、結(jié)冰冰使λ增增大常見(jiàn)熱導(dǎo)導(dǎo)率參數(shù)數(shù)：泡沫塑料料λ＝＝0.035水λ＝0.58大理石λλ＝＝3.5冰λλ＝＝2.2鋼材λλ＝＝58空氣λλ＝0.023混凝土λλ＝＝1.51松木木λλ＝＝1.17～～0.352、、熱熱容容量量－材材料料加加熱熱時(shí)時(shí)吸吸收收熱熱量量，，冷冷卻卻時(shí)時(shí)放放出出熱熱量量的的性性質(zhì)質(zhì)，，稱(chēng)稱(chēng)為為熱熱容容量量。。大小小用用比比熱熱容容（（比熱熱）表表示示公式式Q=Cm(T2－T1)式中中Q－－材材料料吸吸收收或或放放出出的的熱熱量量（（J））C－－材材料料的的比比熱熱(J/g.K)m－－材材料料的的質(zhì)質(zhì)量量（（g））(T2－T1)－－材材料料受受熱熱或或冷冷卻卻前前后后的的溫溫差差（（K)比熱熱的的建建筑筑物物理理意意義義材料料的的比比熱熱對(duì)對(duì)保保持持建建筑筑物物內(nèi)內(nèi)部部溫溫度度穩(wěn)穩(wěn)定定有有很很大大關(guān)關(guān)系系，，比比熱熱大大的的材材料料，，能能在在熱熱流流變變動(dòng)動(dòng)或或采采暖暖設(shè)設(shè)備備供供熱熱不不勻勻時(shí)時(shí)，，緩緩和和室室內(nèi)內(nèi)溫溫度度的的波波動(dòng)動(dòng)。。常見(jiàn)見(jiàn)材材料料的的比比熱熱（（單單位位J/g.K））鋼材材c=0.48空空氣氣c=1.00木材材c=2.72水水c=4.18材料料的的熱熱工工要要求求保溫溫－－防防止止室室內(nèi)內(nèi)熱熱量量的的散散失失隔熱－防止止外部熱量量的進(jìn)入－統(tǒng)稱(chēng)為絕熱為構(gòu)筑舒適適的室內(nèi)空空間，對(duì)材材料要求熱阻（R＝＝1/λ））要大，即即熱導(dǎo)率要小小,比熱熱要大1.2材材料的基基本力學(xué)性性質(zhì)主要內(nèi)容：材料的強(qiáng)度度、比強(qiáng)度度材料的彈性性與塑性材料的脆性性與韌性材料的硬度度與耐磨性性一、材料的的強(qiáng)度、比比強(qiáng)度強(qiáng)度－材料料在外力（（荷載）作作用下抵抗抗破壞的能能力稱(chēng)為強(qiáng)強(qiáng)度。依受力形式式有：抗拉拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗彎強(qiáng)強(qiáng)度抗剪強(qiáng)強(qiáng)度等等不同材材料的的承載載特點(diǎn)點(diǎn)是不不同的的：混凝土土、石石材、、磚－－抗壓壓強(qiáng)度度高鋼材、、各類(lèi)類(lèi)纖維維－抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度高高強(qiáng)度分分類(lèi)及及公式式演示示強(qiáng)度等等級(jí)建筑材材料常常根據(jù)據(jù)極限限強(qiáng)度度的大大小，，劃分分為不不同的的強(qiáng)度度等級(jí)級(jí)或標(biāo)標(biāo)號(hào)。如混凝凝土按按抗壓壓強(qiáng)度度劃分分為C7.5～C80水泥按按抗壓壓和抗抗拉強(qiáng)強(qiáng)度劃劃分為為32.5#~62.5#砂漿按按抗壓壓強(qiáng)度度劃分分為M2.5～～M20六六個(gè)等等級(jí)熱軋鋼鋼筋按按屈服服強(qiáng)度度劃分分Ⅰ、、Ⅱ、、Ⅲ、、Ⅳ級(jí)級(jí)比強(qiáng)度度比強(qiáng)度度－材材料的的強(qiáng)度度與其其表觀觀密度度的比比值（（fc/ρo）。用用于評(píng)評(píng)價(jià)材材料輕輕質(zhì)高高強(qiáng)幾種材材料的的強(qiáng)度度比較較材料表觀密度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2400600.025二、材材料的的彈性性與塑塑性彈性－－材料料在外外力的的作用用下產(chǎn)產(chǎn)生變變形，，當(dāng)外外力取取消后后，材材料變變形即即可消消失并并能完完全恢恢復(fù)原原來(lái)形形狀的的性質(zhì)質(zhì)。彈性模模量E=σ/ε塑性－－材料料在外外力的的作用用下產(chǎn)產(chǎn)生變變形，，當(dāng)外外力取取消后后，仍仍保持持變形形后的的形狀狀和尺尺寸，，并且且不產(chǎn)產(chǎn)生裂裂縫的的性質(zhì)質(zhì)。實(shí)際的的材料料并不不存在在理想想的彈彈性變變形和和塑性性變形形。ba變形荷載0Aab—彈性變變形彈塑性性材料料的變變形曲曲線(xiàn)ob—塑性變變形低碳鋼鋼的應(yīng)應(yīng)力應(yīng)應(yīng)變(σ～～ε)曲線(xiàn)線(xiàn)低碳鋼鋼拉伸伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)演示示混凝土土的σσ～εε曲線(xiàn)線(xiàn)三、材材料的的脆性性與韌韌性脆性－－在外外力作作用下下，當(dāng)當(dāng)外力力達(dá)到到一定定限度度后，，材料料突然然破壞壞而又又無(wú)明明顯的的塑性性變形形的性性質(zhì)。。脆性材材料（（如混混凝土土、玻玻璃、、石材材）抵抗沖沖擊或或震動(dòng)動(dòng)荷載載的能能力很很差。韌性－－在沖沖擊、、震動(dòng)動(dòng)荷載載的作作用下下，材材料承承受很很大的的變形形也不不致破破壞的的性能能稱(chēng)為為韌性性。如如鋼材材、木木材、、纖維維等。。橋梁、、牛腿腿柱、、電梯梯井、、高層層建筑筑等。四、材材料的的硬度度與耐耐磨性性1、硬度度硬度－－是材材料表表面能