土木工程材料的基本性質(zhì)

1、,,土木工程材料Building and Construction Material,土木與交通工程學(xué)院材料工程系,,,北京建筑工程學(xué)院,,,,1 材料的基本性質(zhì),1.1 材料科學(xué)的理論基礎(chǔ),,,1.2 材料的基本物理性質(zhì),,,1.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì),,,1.4 材料與水有關(guān)的性質(zhì)及耐久性,,化學(xué)組成：材料組成的化學(xué)組成 礦物組成：無(wú)機(jī)非金屬材料具有的特點(diǎn)、晶體結(jié)構(gòu)和特定物理力學(xué)性能的組織結(jié)

2、構(gòu)。相組成：材料中具有相同物理化學(xué)性質(zhì)的均勻部分。具有兩相或兩相以上的材料是復(fù)合材料。注意界面,,1.1 材料科學(xué)的理論基礎(chǔ),,,1.1.1 材料的組成,建筑材料的組成（以水泥熟料為例）,1.1.2 材料的結(jié)構(gòu),宏觀結(jié)構(gòu)：毫米級(jí)以上（10-3m）的組織結(jié)構(gòu)，多孔、致密、纖維狀、層狀。細(xì)觀結(jié)構(gòu)：（10-6-10-3m）mm-um 顯微鏡觀察金相、混凝土微裂縫。微觀結(jié)構(gòu)：（<10-6m）1 A=10-10m 1nm=10-9

3、m 用電鏡、X射線衍射儀觀察形貌、鑒定物相、分析結(jié)構(gòu)特征。,1.1.2.1微觀結(jié)構(gòu),晶體：格子構(gòu)造周期性排列，各向異性，固定熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，對(duì)稱性。玻璃體：高溫熔融，急速冷卻得到的無(wú)定形物，各向同性，沒(méi)有固定的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)，化學(xué)上不夠穩(wěn)定。膠體：物資以極小的顆粒（1-100nm）分散在連續(xù)的介質(zhì)相形成的分散體系，比表面積大，粘結(jié)強(qiáng)度大，吸附性強(qiáng)。,熔體、玻璃體和晶體的轉(zhuǎn)換,玻璃體是由熔體經(jīng)過(guò)“急冷”而得。當(dāng)熔體轉(zhuǎn)變?yōu)椴Ａw時(shí)，放出的能量少

4、于結(jié)晶熱。所以玻璃體和晶體相比，含有過(guò)剩內(nèi)能，因此玻璃態(tài)是一種介穩(wěn)狀態(tài)。,熔 體,晶 體,玻璃體,,,,,,加熱,熔體、玻璃體和晶體的相互轉(zhuǎn)變及能量關(guān)系示意圖,,晶體結(jié)構(gòu)與玻璃結(jié)構(gòu)的差別,,,,,石英晶體結(jié)構(gòu) 石英玻璃結(jié)構(gòu),近程有序，遠(yuǎn)程無(wú)序,,,[SiO4]4-,玻璃態(tài)物質(zhì)的化學(xué)活性,玻璃態(tài)處于介穩(wěn)狀態(tài)，含過(guò)剩內(nèi)能，具活性，有助于化學(xué)反應(yīng)。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,化學(xué)反應(yīng)是破壞作為反應(yīng)物

5、的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)鍵，重新建立新的化學(xué)鍵從而形成新的化學(xué)物質(zhì)的過(guò)程。,,建筑材料中涉及到的玻璃態(tài)物質(zhì),火山灰 pozzolana粉煤灰 fly ash水淬高爐礦渣 granulated blast-furnace slag,1.1.2.2 宏觀結(jié)構(gòu),材料的宏觀構(gòu)造是指可用肉眼能觀察到的外部和內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。土木工程材料常見(jiàn)的構(gòu)造形式有：密實(shí)構(gòu)造、多孔構(gòu)造、纖維構(gòu)造、層狀構(gòu)造、散粒構(gòu)造、紋理構(gòu)造。,密實(shí)構(gòu)造的材料內(nèi)部基本上無(wú)孔隙，結(jié)構(gòu)致密

6、。這類材料的特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度較高，吸水性小，抗?jié)B和抗凍性較好，耐磨性較好，絕熱性差。如鋼材、天然石材、玻璃、玻璃鋼等。,大理巖的致密表面,多孔構(gòu)造的材料其內(nèi)部存在大體上呈均勻分布的獨(dú)立的或部分相通的孔隙，含孔率較高，孔隙又有大孔和微孔之分。具有多孔構(gòu)造的材料，其性質(zhì)決定于孔隙的特征、多少、,加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造,大小及分布情況，一般來(lái)說(shuō)，這類材料的強(qiáng)度較低，抗?jié)B性和抗凍性較差，絕熱性較好。如加氣混凝土、石膏制品、燒結(jié)普通磚等

7、。,纖維構(gòu)造的材料內(nèi)部組成有方向性，縱向較緊密而橫向疏松，組織中存在相當(dāng)多的孔隙，這類材料的性質(zhì)具有明顯的方向性，一般平行纖維方向的強(qiáng)度較高，導(dǎo)熱性較好。如木材、竹、玻璃纖維、石棉等。,竹的纖維構(gòu)造,層狀構(gòu)造的材料具有疊合結(jié)構(gòu)，它是用膠結(jié)料將不同的片材或具有各向異性的片材膠合而成整體，其每一層的材料性質(zhì)不同，但疊合成層狀構(gòu)造的材料后，可獲得平面各向同 性，更重要的是可以顯 著提高材料的強(qiáng)度、硬 度、絕熱或裝飾等性質(zhì)，

8、 擴(kuò)大其使用范圍。如膠 合板、紙面石膏板、塑 料貼面板等。,膠合板的層狀構(gòu)造,散粒狀構(gòu)造指呈松散顆粒狀的材料，有密實(shí)顆粒與輕質(zhì)多孔顆粒之分。前者如砂子、石子等，因其致密，強(qiáng)度高，適合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨脹珍珠巖等，因具多孔結(jié)構(gòu)，適合做絕熱材料。粒狀構(gòu)造的材料顆粒間存在大量的空隙，其空隙率主要取決于顆粒大小的搭配。用作混凝土骨料時(shí)，要求緊密堆積，輕質(zhì)多孔粒狀材料用作保溫填充料時(shí)，則希望空隙率大一些好

9、。,陶粒的粒狀構(gòu)造,天然材料在生長(zhǎng)或形成過(guò)程中，自然造成的天然紋 理，如木材、大理石、花崗石等板材，或人工制造材料時(shí)特意造成的紋理，如瓷質(zhì)彩胎磚、人造花崗石板材等，這些天然或人工造成的紋理，使材料具有良好的裝飾性。為了提高建筑材料的外觀美，目前廣泛采用仿真技術(shù)，已研制出多種紋理的裝飾材料。,大理石的紋理結(jié)構(gòu),,,密度、表觀密度、堆積密度密實(shí)度與孔隙率填充率與空隙率,,1.2 材料的基本物理性質(zhì),,,1.2 材料的基本物理性質(zhì),

10、（1）密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：,,,式中 ρ— 材料的密度，g/cm3； m— 材料的質(zhì)量（干燥至恒重），g； V— 材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3。,所謂絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)的實(shí)體積。,對(duì)有孔隙的材料：如磚、混凝土磨成細(xì)粉（通過(guò)0.2mm或900孔/cm2方孔篩），用李氏密度瓶測(cè)量V（排水法）。,密度的測(cè)定 對(duì)近于絕對(duì)密實(shí)的材料：如金屬、玻璃等

11、，測(cè)量幾何體積－稱重－代入公式中計(jì)算。,（2）表觀密度是材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：,式中 ρo—材料的表觀密度，kg/m3 或g/cm3； m—材料的質(zhì)量（干燥至恒重），kg或 g； Vo—材料在包含內(nèi)部孔隙條件下的體積 （即包含內(nèi)部閉口孔和開(kāi)口孔）， 見(jiàn)圖1－2，m3或cm3。,所謂自然狀態(tài)下的體積，是指包括材料實(shí)體積和內(nèi)部孔隙（閉口和開(kāi)口）的外

12、觀幾何形狀的體積。通常，材料在包含孔隙條件下的體積可采用排液置換法或水中稱重法測(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。 對(duì)形狀規(guī)則的材料：烘干－量測(cè)幾何體積－稱重－代入公式計(jì)算 對(duì)形狀不規(guī)則的材料：,表觀密度的測(cè)量,（3）堆積密度：是指單位體積（含物質(zhì)顆粒固體及其閉口、開(kāi)口孔隙體積及顆粒間空隙體積）物質(zhì)顆粒的質(zhì)量，有緊堆積密度及松堆積密度之分。,式中 ρo’—堆積密度，kg/m3

13、； m—材料的質(zhì)量，kg； V’o—材料的堆積體積 ，m3。,V0'＝V+Vop+Vcl＋V空,材料的堆積體積包括材料絕對(duì)體積、內(nèi)部所有孔體積和顆粒間的空隙體積。材料的堆積密度反映散粒構(gòu)造材料堆積的緊密程度及材料可能的堆放空間。其測(cè)定方法在實(shí)驗(yàn)部分有專門(mén)介紹。測(cè)定散粒材料的體積可通過(guò)已標(biāo)定容積的容器計(jì)量而得。測(cè)定砂子、石子的堆積密度即用此法求得。若以搗實(shí)體積計(jì)算時(shí)，則稱緊密堆積密度。密度、表觀密度、體

14、積密度和堆積密度既有聯(lián)系又有差別。,由于大多數(shù)材料或多或少均含有一些孔隙，故一般材料的表觀密度總是小于其密度，密度并不能反映材料的性質(zhì)，但可以大致了解材料的品質(zhì)，并可用來(lái)計(jì)算材料的孔隙率；表觀密度建立了材料自然體積與質(zhì)量之間的關(guān)系，可用來(lái)計(jì)算材料的用量、構(gòu)件自重等；堆積密度可用于確定材料堆放空間、運(yùn)輸車(chē)輛等。,（4）密實(shí)度是材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。按下式計(jì)算：,（5）孔隙率是材料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例。按下式計(jì)算：,,或

15、,,,即：D+P=1或 密實(shí)度+孔隙率=1,孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，它對(duì)材料的物理、力學(xué)性質(zhì)均有影響。 材料內(nèi)部孔隙的構(gòu)造，可分為連通的與封閉的兩種。連通孔隙不僅彼此貫通且與外界相通，而封閉空隙則不僅彼此不連通而且與外界隔絕。 孔隙按尺寸分為極微細(xì)孔隙、細(xì)小孔隙、較粗大孔隙。 孔隙的大小及其分布、特征對(duì)材料的性能影響較大。,（6）填充率是散粒材料堆積體積中，顆粒填充的程度。按下式計(jì)算：,（7）空

16、隙率是散粒材料堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例。按下式計(jì)算：,,,或,,即：D’+P’=1或填充率+空隙率=1?？障堵实拇笮》从沉松⒘２牧系念w粒相互填充的致密程度?？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。常用材料的密度、表觀密度、堆積密度及空隙率如表1.1所示,計(jì)算例題,【例題】已知卵石的表觀密度為2.6 g/cm3，把它裝入一個(gè)2 m3的車(chē)廂內(nèi)，裝平時(shí)共用3500 kg，求該卵石的空隙率。若用堆積密度為1 500

17、 kg/m3的砂子，填充上述車(chē)內(nèi)卵石的全部空隙，共需砂子多少千克？,答案,卵石的空隙率為32.7 %。,1立方米填充砂,填充滿車(chē)內(nèi)卵石共需砂：2×490.5＝981kg,1.3 材料的基本力學(xué)性質(zhì),1.3.1 材料的強(qiáng)度1.3.2 材料的硬度1.3.3 材料的彈性和塑性1.3.4 材料的脆性和韌性,基本概念材料的力學(xué)性質(zhì)指材料在外力作用下所引起的變化的性質(zhì)。這些變化包括材料的變形和破壞。材料的變形指在外力的作用下，材

18、料通過(guò)形狀的改變來(lái)吸收能量。根據(jù)變形的特點(diǎn)，分為彈性變形和塑性變形。材料的破壞指當(dāng)外力超過(guò)材料的承受極限時(shí)，材料出現(xiàn)斷裂等喪失使用功能的變化。,1.3.1 材料的強(qiáng)度,強(qiáng)度的定義和種類在外力作用下，材料抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)度。也可以說(shuō)是材料單位面積所能承受的極限荷載(MPa）。根據(jù)外力作用方式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度（或抗折強(qiáng)度）及抗剪強(qiáng)度等形式。材料的這些強(qiáng)度是通過(guò)靜力試驗(yàn)來(lái)測(cè)定的，故總稱為靜力強(qiáng)度。

19、材料的靜力強(qiáng)度是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件的破壞試驗(yàn)而測(cè)得。,a.壓力 b.拉力c.彎曲 d.剪切,混凝土路面磚抗折強(qiáng)度試驗(yàn),混凝土路面磚抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),鋼筋抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),鋼筋抗拉強(qiáng)度試驗(yàn),強(qiáng)度的計(jì)算,材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度可直接由下式計(jì)算：,,式中 f ——材料的抗壓、抗拉或抗剪強(qiáng)度，MPa；　　 Fmax——材料破壞時(shí)的最大荷載，N； A——受力截面面積，mm2。,對(duì)于抗彎強(qiáng)度，有兩種計(jì)算方式。將抗彎試件放在兩支點(diǎn)

20、上，當(dāng)外力為作用在試件中心的集中荷載，且試件截面為矩形時(shí)，抗彎強(qiáng)度（也稱抗折強(qiáng)度）可用下式計(jì)算：,,,式中fm——抗彎強(qiáng)度，MPa；　　Fmax——彎曲破壞時(shí)的最大荷載,N； b，h ——試件橫截面的寬和高,mm?！　?L—— 兩支點(diǎn)間的距離，mm。,若在此試件跨距的三分點(diǎn)上加兩個(gè)相等的集中荷載，抗彎強(qiáng)度按下式計(jì)算：,,影響材料強(qiáng)度的因素,1.材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造：材料的強(qiáng)度與其組成及結(jié)

21、構(gòu)有關(guān)，即使材料的組成相同，其構(gòu)造不同，強(qiáng)度也不一樣。2.孔隙率與孔隙特征：材料的孔隙率愈 大，則強(qiáng)度愈小。對(duì)于同一品種的材料，其強(qiáng)度與孔隙率之間存在近似直線的反比關(guān)系。 一般表觀密度大的材料，其強(qiáng)度也大。這些是材料的內(nèi)部因素。還與測(cè)試條件和方法等外部因素有關(guān)。3.試件的形狀和尺寸：受壓時(shí)，立方體試件的強(qiáng)度值要高于棱柱體試件的強(qiáng)度值，相同材料采用小試件測(cè)得的強(qiáng)度較大試件高；環(huán)箍效應(yīng)使立方體試件強(qiáng)度高。,4.加荷速度：當(dāng)加荷速度快時(shí)，

22、由于變形速度落后于荷載增長(zhǎng)的速度，故測(cè)得的強(qiáng)度值偏高，反之，因材料有充裕的變形時(shí)間，測(cè)得的強(qiáng)度值偏低。5.試驗(yàn)環(huán)境的溫度、濕度：溫度高、濕度大時(shí)，試件會(huì)有體積膨脹，材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)距離加大，質(zhì)點(diǎn)間的作用力減弱，測(cè)得的強(qiáng)度值偏低。6.受力面狀態(tài)：受力面的平整度，潤(rùn)滑情況等。試件表面不平或表面涂潤(rùn)滑劑時(shí)，所測(cè)強(qiáng)度值偏低。,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~C60 ;

23、水泥按抗壓和抗折強(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)度和抗拉強(qiáng)度劃分四級(jí)。強(qiáng)度和強(qiáng)度等級(jí)的區(qū)別與聯(lián)系：區(qū)別：a.強(qiáng)度與強(qiáng)度等級(jí)的定義不同。強(qiáng)度是實(shí)測(cè)值，強(qiáng)度等級(jí)是人為規(guī)定的強(qiáng)度范圍。,區(qū)別： b. 強(qiáng)度指的是材料的極限值，是唯一的，每一強(qiáng)度等級(jí)則包含一系列強(qiáng)度值。聯(lián)系：某一材料強(qiáng)度等級(jí)的確定必須以其極限強(qiáng)度值為依據(jù)。比強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值（fc/ρ0）。用

24、于評(píng)價(jià)材料是否輕質(zhì)高強(qiáng)。,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)）－石材 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 －石材 布氏硬度（HB）－鋼材維氏硬度和韋氏硬度 :鋁合金,1.3.2 材料的硬度與耐磨性,滑石,莫氏硬度1,莫氏硬度904,莫氏硬度3915,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去

25、除后能完全恢復(fù)到原始形狀的性質(zhì)稱為彈性，這種可恢復(fù)的變形稱彈性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為材料的塑性，這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。,1.3.3 材料的彈性和塑性,彈性變形為可逆變形，其數(shù)值大小與外力成正比，其比例系數(shù)稱為彈性模量，材料在彈性變形范圍內(nèi)，彈性模量為常數(shù)。彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個(gè)指標(biāo)，彈性模量愈大，材料愈不易變形，彈性模量是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。塑性變形為不可

26、逆變形。實(shí)際上，單純的彈性材料是沒(méi)有的，大多數(shù)材料在受力不大的情況下表現(xiàn)為彈性，受力超過(guò)一定限度后則表現(xiàn)為塑性，所以可稱之為彈塑性材料。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形。,材料受外力作用，變形很小，當(dāng)外力達(dá)一定值時(shí)，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時(shí)無(wú)明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。,1.3.4 材料的脆性和韌性,脆

27、性材料的特點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高；抗拉強(qiáng)度低?？箾_擊性較差；受振動(dòng)易破壞。,1.4 材料與水有關(guān)的性質(zhì)及耐久性,1.4.1 親水性與憎水性1.4.2 吸水性與吸濕性 1.4.3 耐水性1.4.4 抗凍性1.4.5 抗?jié)B性,1.4.1 親水性和憎水性,材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，即：,,式中：W--材料質(zhì)量吸水率，%； m--材料干燥狀態(tài)下質(zhì)量，g;

28、m1--材料吸水飽和狀態(tài)下質(zhì)量， g。,,1.4.2 吸水性與吸濕性,封閉孔隙較多的材料，吸水率不大時(shí)通常用質(zhì)量吸水率公式進(jìn)行計(jì)算，對(duì)一些輕質(zhì)多孔材料，如加氣混凝土、木材等，由于質(zhì)量吸水率往往超過(guò)100%, 故可用體積吸水率進(jìn)行計(jì)算。,吸水性也可以用體積吸水率表示，即材料吸入水的體積占材料自然狀態(tài)體積的百分率,材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。對(duì)于細(xì)微連通孔隙，孔隙率愈大，則吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進(jìn)去，而開(kāi)口大孔雖然水分易

29、進(jìn)入，但不能存留，只能潤(rùn)濕孔壁，所以吸水率仍然較小。各種材料的吸水率很不相同，差異很大，如花崗巖的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率為2％～3％，粘土磚的吸水率達(dá)8％～20％，而木材的吸水率可超過(guò)100％。,材料在一定溫度和濕度下的空氣中吸附水分的能力稱為吸濕性，用含水率表示，即,式中：W-- 材料含水率，%; m含--材料含水時(shí)的質(zhì)量，g； m---材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量,g。,,材料吸濕性作用一般是

30、可逆的，材料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改變，當(dāng)空氣濕度較大且溫度較低時(shí)，材料的含水率就大，反之則小。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率,材料抵抗水破壞作用的性質(zhì)稱為耐水性，用軟化系數(shù)表示，即,式中：KP-材料的軟化系數(shù)； fw-材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度,MPa f-材料在干燥狀態(tài)的抗壓強(qiáng)度，MPa 。,1.4.3 耐水性,,材料的軟化系數(shù)的范圍在0～1之間。用于水中、潮濕

31、環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)材料，必須選用軟化系數(shù)不低于（≥）0.85的材料；用于受潮濕較輕或次要結(jié)構(gòu)的材料，則不宜小于0.70～0.85。通常軟化系數(shù)大于等于0.85的材料稱為耐水材料,材料的抗凍性:材料在水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴(yán)重降低強(qiáng)度的性質(zhì)。材料的抗凍性用抗凍等級(jí)表示?？箖龅燃?jí)是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗(yàn)條件下，測(cè)得其強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定值，并無(wú)明顯損壞和剝落時(shí)所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)。用符號(hào)“Fn”表示，其

32、中n即為最大凍融循環(huán)次數(shù)。如F25、F50等。,1.4.4 抗凍性,常用的兩個(gè)參數(shù)是：質(zhì)量損失率(不超過(guò)5%)，強(qiáng)度損失率(不超過(guò)25％)。 材料抗凍等級(jí)的選擇，足根據(jù)結(jié)構(gòu)物的種類、使用條件、氣候條件等來(lái)決定的。燒結(jié)普通磚、陶瓷面磚、輕混凝土等墻體材料，一般要求其抗凍標(biāo)號(hào)為F15或F25；用于橋梁和道路的混凝土應(yīng)為F50、F100或F200 。水工混凝土要求高達(dá)F500。,2024/3/23,67,材料受凍融破壞主要原因：其孔隙

33、中的水結(jié)冰所致。水結(jié)冰時(shí)體積增大約9％，若材料孔 隙中充滿水，則結(jié)冰膨脹對(duì)孔壁產(chǎn)生很大應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，孔壁將產(chǎn) 生局部開(kāi)裂。隨著凍融次數(shù)的增多，材料破壞加重。所以材料的抗凍性取決于其孔隙率、孔隙特征及充水程度。如果孔隙不充滿水，即遠(yuǎn)末達(dá)飽和，具有足夠的自由空間，則即使受凍也不致產(chǎn)生很大凍脹應(yīng)力。,極細(xì)的孔隙，雖可充滿水，但因孔壁對(duì)水的吸附力極大，吸附在孔壁上的水其冰點(diǎn)很低，它在—般負(fù)溫下不會(huì)結(jié)冰。粗大孔隙一般水分不會(huì)

34、充滿其中，對(duì)冰脹破壞可起緩沖作用。閉口孔隙水分不能滲入。而毛細(xì)管孔隙既易充滿水分，又能結(jié)冰,故其對(duì)材料的冰凍破壞作用影響最大。材料的變形能力大、強(qiáng)度高、軟化系數(shù)大時(shí)，其抗凍性較高另外，從外界條件來(lái)看，材料受凍融破壞的程度，與凍融溫度、結(jié)冰速度、凍融頻繁程度等因素有關(guān)。環(huán)境溫度愈低、降溫愈快、凍融愈頻繁、則材料受凍破壞愈嚴(yán)重。,材料的凍融破壞作用是從外表面開(kāi)始產(chǎn)生剝落，逐漸向內(nèi)部深入發(fā)展。 抗凍性良好的材料，對(duì)于抵抗大氣溫度變化、干濕交

35、替等風(fēng)化作用的能力較強(qiáng)，所以抗凍性常作為考查材料耐久性的一項(xiàng)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)寒冷地區(qū)及寒冷環(huán)境(如冷庫(kù))的建筑物時(shí)，必須要考慮材料的抗凍性。處于溫暖地區(qū)的建筑物，雖無(wú)冰凍作用，但為抵抗大氣的風(fēng)化作用，確保建筑物的耐久性，也常對(duì)材料提出—定的抗凍性要求。,2024/3/23,71,凍融破壞的大壩壩面,使用20年的高速公路橋梁,2024/3/23,74,2024/3/23,75,抗?jié)B性：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì).當(dāng)材料兩側(cè)存在不同水壓時(shí)，一切

36、破壞因素(如腐蝕性介質(zhì))都可通過(guò)水或氣體進(jìn)入材料內(nèi)部，然后把所分解的產(chǎn)物代出材料，使材料逐漸破壞，如地下建筑、基礎(chǔ)、壓力管道、水工建筑等經(jīng)常受到壓力水或水頭差的作用，故要求所用材料具有一定的抗?jié)B性，對(duì)于各種防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。,1.4.5 抗?jié)B性,材料的抗?jié)B性通常用兩種指標(biāo)表示：滲透系數(shù)和抗?jié)B等級(jí)。對(duì)一些抗?jié)B、防水材料，如油氈、瓦、水工瀝青混凝土等，其防水性用滲透系數(shù)表示 。K值愈大，表示材料滲透的水最愈多，即抗?jié)B性愈

37、差?？?jié)B性是決定材料耐久性的主要指標(biāo)。,,建筑工程中大量使用的砂漿、混凝土材料的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)表示?？?jié)B等級(jí)是指材料在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法下進(jìn)行透水試驗(yàn)，以規(guī)定的試件在透水前所能承受的最大水壓力來(lái)確定。以符號(hào)“P”和材料透水前的最大水壓力的0.1MPa表示，如P4、P6、P8等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8MPa的水壓而不滲水。用公式表示：

38、 S=10H-1 式中：S---抗?jié)B等級(jí)； H ---試件開(kāi)始滲水時(shí)的壓力，MPa.,材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關(guān)。細(xì)微連通的孔隙水易滲入，故這種孔隙愈多，材料的抗?jié)B性愈差。閉口孔水不能滲入，因此閉口孔隙率大的材料，其抗?jié)B性仍然良好。開(kāi)口大孔水最易滲入，故其抗?jié)B性最差。材料的抗?jié)B性還與材料的增水性和親水性有關(guān)，增水性材料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性材料。材料的

39、抗?jié)B性與材料的耐久性有著密切的關(guān)系。,1.4.5 抗?jié)B性,練 習(xí),1、無(wú)機(jī)非金屬材料一般均屬于脆性材料，最適宜承受__________力。,答案,靜壓力,2、比強(qiáng)度是衡量材料__________的指標(biāo)。,答案,輕質(zhì)高強(qiáng),3、材料的強(qiáng)度的確定視材料的種類不同而不同，對(duì)于脆性材料常以_________作為該材料的強(qiáng)度；對(duì)于韌性材料而言則以__________作為該材料的強(qiáng)度。,答案,極限應(yīng)力值 屈服應(yīng)力值,4、材料在進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)

40、，大試件較小試件的試驗(yàn)結(jié)果值 ；加荷速度快者較加荷速度慢者的試驗(yàn)結(jié)果值 。,答案,小 大,5、彈性材料具有( )的特點(diǎn)。A.無(wú)塑性變形　 B.不變形　C.塑性變形小　 D.恒定的彈性模量6、下列性質(zhì)屬于力學(xué)性質(zhì)的是( )。A.強(qiáng)度 　B.硬度　 C.彈性　D.脆性　 E.比強(qiáng)

41、度,答案,A,答案,ABCDE,【例題】有一石材試樣，質(zhì)量為256g，把它浸水；吸水飽和排出水體積115 cm3，將其取出后擦干表面，再次放入水中，排出水體積為118 cm3，若試樣體積無(wú)膨脹，求此石材的表觀密度、質(zhì)量吸水率和體積吸水率。,表觀密度：　　　　　　　　 g/cm3飽和吸水時(shí):m水＝V水·ρW= Vk·ρW=(V0－V′)·ρW 　＝(118－115)×1＝3 gWm＝m水