第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

1建筑材料主講教師：馮新軍

交通運(yùn)輸工程學(xué)院土木工程材料系2課程說(shuō)明

一、學(xué)習(xí)目的和重要性

1、為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程提供土木工程材料的基本知識(shí)。

2、為以后從事專業(yè)技術(shù)工作能夠合理地選擇和使用土木工程材料打下基礎(chǔ)。3二、課程特點(diǎn)

1、內(nèi)容多，需要記憶的內(nèi)容（概念、性質(zhì)、應(yīng)用等）多；

2、各章之間聯(lián)系不大；

3、實(shí)踐性很強(qiáng)，理論計(jì)算少。

4三、學(xué)習(xí)方法

1、抓住一個(gè)中心，兩條線索；

2、在書上作筆記，在理解的基礎(chǔ)上記憶，適當(dāng)采用記憶方法（列表、對(duì)比、擬人等）；

3、課后多做習(xí)題，鞏固所學(xué)內(nèi)容；

4、試驗(yàn)自己動(dòng)手，認(rèn)真觀察，正確分析試驗(yàn)結(jié)果。

5

四、教學(xué)內(nèi)容第1～4章；第7～9章。五、參考文獻(xiàn)

嚴(yán)家伋編著《道路建筑材料》－人民交通出版社王福川主編《土木工程材料》－中國(guó)建材工業(yè)出版社

JTGE30-2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTGE42-2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》JTGE20-2011《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》

6

六、課程成績(jī)計(jì)算平時(shí)成績(jī)20％（考勤、作業(yè)成績(jī)各占10％）總成績(jī)考試成績(jī)80％

注：如果整個(gè)授課過(guò)程中有四次點(diǎn)名都沒(méi)到的話，課程成績(jī)以零分計(jì)！

7緒論一、定義用于土木工程結(jié)構(gòu)物的所有材料的總稱。二、分類

1、按材料來(lái)源分：天然材料；人造材料。

2、按使用功能分：結(jié)構(gòu)材料（主要承受荷載）；

功能材料（強(qiáng)調(diào)某一種功能）。

3、按材料的化學(xué)成分：

89三、土木工程材料的作用和發(fā)展

1．作用：

（1）是保證土木工程質(zhì)量的基礎(chǔ)；

（2）決定土木工程的造價(jià)；

（3）是土木工程技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。2007年8月13日鳳凰堤溪沱江大橋垮塌102．發(fā)展概況：第一次：磚、瓦等人造材料相繼出現(xiàn)；土木工程三次飛躍第二次：建筑鋼材的出現(xiàn)；第三次：混凝土材料的出現(xiàn)。

111213

3．發(fā)展趨勢(shì)：（1）結(jié)構(gòu)材料輕質(zhì)高強(qiáng)化；（2）材料的功能性越來(lái)越受重視；（3）加強(qiáng)材料的耐久性研究和設(shè)計(jì)；

（4）綠色化。14

四、土木工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1、定義：對(duì)材料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，包括材料的規(guī)格、分類、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、標(biāo)志、運(yùn)輸和貯存等內(nèi)容。是材料質(zhì)量評(píng)定的依據(jù)。

2、等級(jí)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；地方標(biāo)準(zhǔn)；企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3、表示方法：由標(biāo)準(zhǔn)名稱、標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)、編號(hào)和發(fā)布年份四部分組成。15國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

GB(強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn))GB/T(試行標(biāo)準(zhǔn)，推薦性)如:GB

175—1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》

建工行業(yè)：JG如：JGJ55—2000《水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》

交通行業(yè)：JT如：JTGE42—2005《公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程》

建材行業(yè)：JC如：JC/T479—92《建筑生石灰》

地方標(biāo)準(zhǔn)（DB）和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB）

1617第1章土木工程材料的基本性質(zhì)

§1.1材料的組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造▲§1.3材料與水有關(guān)的性質(zhì)▲§1.2材料的物理性質(zhì)

§1.4材料的熱工性質(zhì)§1.5材料的聲學(xué)和光學(xué)性質(zhì)▲§1.6材料的力學(xué)性質(zhì)§1.7材料的耐久性18§1.1.1

材料的組成

一、化學(xué)組成

二、礦物組成

材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造是影響材料性質(zhì)的內(nèi)因，使用條件和環(huán)境條件是外因?！?.1

材料的組成、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造19一、化學(xué)組成

化學(xué)組成：構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類和數(shù)量。材料的化學(xué)組成是決定其化學(xué)性質(zhì)（耐蝕性、可燃性）、物理性質(zhì)（耐水性、耐熱性）和力學(xué)性質(zhì)的重要因素。不同的化學(xué)成分構(gòu)成了不同的材料，因而也表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。如木材易于燃燒和腐朽，鋼材強(qiáng)度高但易于銹蝕，石灰耐水性差等。

20二、礦物組成

礦物組成：構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量。

化學(xué)組成相同的材料，礦物組成不同，也可以表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。如天然石料，由于其礦物組成不同，所以構(gòu)成了不同的巖石品種。各種水泥也因具有不同的熟料礦物組成而表現(xiàn)出不同的性能。

21§1.1.2

材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

一、宏觀結(jié)構(gòu)二、亞微觀結(jié)構(gòu)三、微觀結(jié)構(gòu)四、構(gòu)造22一、宏觀結(jié)構(gòu)

指用肉眼或放大鏡可分辨出的結(jié)構(gòu)狀況，其尺寸范圍在10-3m級(jí)以上。材料的宏觀結(jié)構(gòu)和特征23二、亞微觀結(jié)構(gòu)

又稱介觀結(jié)構(gòu)，是指用光學(xué)顯微鏡所能觀察到的結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍在10-6m～10-3m。充分顯示出天然巖石的礦物組成、金屬材料的晶粒大小與金相組織、水泥混凝土的孔隙與裂縫等。

亞微觀結(jié)構(gòu)層次上的差異顯著影響材料的性能。

24三、微觀結(jié)構(gòu)是指原子或分子層次的結(jié)構(gòu)，其尺寸范圍在10-10m～10-6m。材料按微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體、玻璃體和膠體。（一）晶體結(jié)構(gòu)

定義：質(zhì)點(diǎn)在空間按特定的規(guī)則呈周期性排列所形成的結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：（1）特定的幾何外形。（2）各向異性。（3）固定的熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性。（4）結(jié)晶接觸點(diǎn)和晶面是晶體破壞或變形的薄弱部分。

晶體質(zhì)點(diǎn)間鍵能的大小以及結(jié)合鍵的特性決定晶體材料的特性。25晶體結(jié)構(gòu)結(jié)合鍵及其特性

材料的微觀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)材料主要特性原子晶體（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，難溶，密度較小離子晶體（以離子鍵結(jié)合）

氧化鈉、石膏、石灰?guī)r強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較高，部分可溶，密度中等分子晶體（以分子鍵結(jié)合）蠟及有機(jī)化合物晶體強(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、銅、鋁及其合金強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)變化大，難溶，密度大26

無(wú)機(jī)非金屬材料中的晶體，通常不是單一的結(jié)合鍵，而是既存在共價(jià)鍵又存在離子鍵。

硅酸鹽材料在土木工程材料中占有重要地位，它廣泛應(yīng)用在水泥、陶瓷、磚瓦、玻璃等材料中，硅酸鹽晶體的基本結(jié)構(gòu)單元是SiO4四面體，硅在四個(gè)氧形成的四面體的正中。硅酸鹽的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，是由基本單元SiO4與其它金屬離子結(jié)合而成。27硅氧四面體示意圖

28（二）玻璃體

定義：熔融物在急冷時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來(lái)不及按一定規(guī)律排列而形成的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)無(wú)序排列的固體或固態(tài)液體。

特點(diǎn)：（1）沒(méi)有固定的熔點(diǎn)和幾何外形。（2）各向同性。（3）化學(xué)穩(wěn)定性差，如?；郀t礦渣、粉煤灰、火山灰等。29（三）膠體

定義：以結(jié)構(gòu)粒徑為10-9m~10-7m的固體顆粒（膠粒）作為分散相，分散在連續(xù)介質(zhì)中形成分散體系的物質(zhì)。

膠體類型：溶膠結(jié)構(gòu)；凝膠結(jié)構(gòu)；溶－凝膠結(jié)構(gòu)。

膠體特點(diǎn)：（1）強(qiáng)度較低。（2）變形較大。30四、構(gòu)造

定義：具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的相互組合搭配情況。

與結(jié)構(gòu)的區(qū)別：構(gòu)造更強(qiáng)調(diào)相同材料或不同材料間的搭配組合關(guān)系。如木材構(gòu)造是指具有相同結(jié)構(gòu)單元-木纖維管狀細(xì)胞，按不同的形態(tài)和方式組合搭配情況。節(jié)能墻板的構(gòu)造，是指具有不同性質(zhì)的材料組合搭配情況。31▲

§1.2

材料的物理性質(zhì)

一二三密度表觀密度堆積密度毛體積密度密實(shí)度孔隙率填充率空隙率間隙率32（一）密度

1、定義：材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

式中ρ—密度，g/cm3。

m—干燥材料的質(zhì)量,g。

v—材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積，cm3。材料的密度與4℃純水密度之比稱為相對(duì)密度。

33自然狀態(tài)下體積示意圖34

2、測(cè)定：為測(cè)定有孔材料的絕對(duì)密實(shí)體積，常把材料磨細(xì)，干燥后用李氏瓶測(cè)定其體積，材料磨得越細(xì)，測(cè)得的數(shù)值越接近材料的真實(shí)體積。

35（二）表觀密度

1、定義：材料在包含閉口孔隙條件下單位體積的質(zhì)量。

式中：－表觀密度，㎏/m3。

m－材料的質(zhì)量，㎏。－材料在包含閉口孔隙條件下的體積，m3。

2、測(cè)定：采用排液法或水中稱重法。對(duì)于某些密實(shí)材料（如天然砂、石等），表觀密度與密度十分接近，因此，也稱為視密度，又稱近似密度。36

材料的表觀密度一般指材料在干燥狀態(tài)下單位表觀體積的質(zhì)量，稱為干表觀密度。按材料含水狀態(tài)的不同，如絕干、氣干、飽和面干、濕潤(rùn)等，分別稱為干表觀密度、氣干表觀密度、飽和面干表觀密度、濕表觀密度等。37（三）毛體積密度（容重）

1、定義：材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

式中：—毛體積密度，㎏/m3。

m—材料的質(zhì)量，㎏。

—材料在自然狀態(tài)下體積，m3。

材料在自然狀態(tài)下的體積是指包括內(nèi)部孔隙（開口孔隙和閉口孔隙）在內(nèi)的體積。

38

2、測(cè)定：規(guī)則形狀材料：游標(biāo)卡尺法

不規(guī)則形狀材料：排液法或水中稱重法按含水狀態(tài)的不同，分別稱為干毛體積密度、氣干毛體積密度、飽和面干毛體積密度、濕毛體積密度等。39

表觀密度：毛體積密度：

ma－石料的烘干質(zhì)量；

mf－石料的飽和面干質(zhì)量；

mw－石料的水中質(zhì)量；－試驗(yàn)溫度T時(shí)水的密度。水中稱重法（網(wǎng)籃法）40

表觀密度：毛體積密度：

m0－石料的烘干質(zhì)量；

m1－水、瓶及玻璃片的總質(zhì)量；

m2

－石料、水、瓶及玻璃片的總質(zhì)量；

m3－石料的飽和面干質(zhì)量；－試驗(yàn)溫度T時(shí)水的密度。容量瓶法（排液法）41（四）堆積密度

1、定義：指散粒狀或纖維狀材料在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

式中—堆積密度，㎏/m3。

m—材料的質(zhì)量，㎏。

—材料堆積體積，m3。

材料的堆積體積包括固體體積、孔隙體積和間隙體積。因此，堆積密度與材料堆積的緊密程度有關(guān)。堆積密度有松堆密度（自然堆積狀態(tài)）和緊堆密度（振實(shí)或搗實(shí)的緊密堆積狀態(tài)）。42

2、測(cè)定：容量筒法

3、注意：散粒材料的顆粒內(nèi)部或多或少存在孔隙，顆粒與顆粒間又存在間隙，所以對(duì)散粒材料而言，有密度、表觀密度、毛體積密度和堆積密度四個(gè)物理量。

▲四種密度的區(qū)別：m為材料的烘干質(zhì)量，而體積各不相同，分別為固體體積、表觀體積、毛體積、堆積體積。

43

二、密實(shí)度和孔隙率

（針對(duì)單塊材料）

（一）密實(shí)度定義：材料體積（自然狀態(tài)）內(nèi)固體物質(zhì)的充實(shí)程度。

密實(shí)度D反映材料的密實(shí)程度，D越大，材料越密實(shí)，含有孔隙的材料，密實(shí)度均小于1。44（二）孔隙率

孔隙率的大小反應(yīng)了材料的致密程度。材料的許多性能，如強(qiáng)度、吸水性、耐久性、導(dǎo)熱性等均與孔隙率有關(guān)。此外，還與材料內(nèi)部孔隙的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

定義：材料內(nèi)部孔隙體積占材料在自然狀態(tài)下體積的百分率。

開口孔隙率：材料內(nèi)部開口孔隙的體積占材料在自然狀態(tài)下體積的百分率。

閉口孔隙率：材料內(nèi)部閉口孔隙的體積占材料在自然狀態(tài)下體積的百分率。

4546三、填充率、間隙率和空隙率

（針對(duì)散粒材料）

定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下顆粒填充的體積占堆積體積的百分率。

（一）填充率47（二）間隙率

定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下顆粒間間隙體積占堆積體積的百分率。

間隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間互相填充的致密程度。48（三）空隙率

定義：散粒材料在堆積狀態(tài)下顆粒間空隙體積（開口孔隙與間隙體積之和）占堆積體積的百分率。

空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間互相填充的致密程度和顆粒開口孔隙的多少。49問(wèn)題1、什么是材料的填充率？填充率和哪個(gè)概念是相對(duì)的？為什么？2、某石料烘干試樣500克，水中稱重300克，飽和面干重550克，若水的密度為1g/cm3，求該石料的表觀密度和毛體積密度。50▲

§1.3

材料與水有關(guān)的性質(zhì)

一、親水性與憎水性二、吸水性與吸濕性三、耐水性四、抗?jié)B性五、抗凍性51一、親水性與憎水性

1、定義：

當(dāng)材料與水接觸時(shí)，如果水可以在材料表面鋪展開，即材料表面可以被水所潤(rùn)濕，則稱材料具有親水性；這種材料稱為親水性材料。大多數(shù)建筑材料屬于親水性材料，如混凝土、鋼材、磚石等。

若水不能在材料的表面鋪展開，即材料表面不能被水所潤(rùn)濕，則稱材料具有憎水性。此種材料稱為憎水性材料。大部分有機(jī)材料屬于憎水性材料，如瀝青、石蠟、塑料等。52

2、表示方法

材料的親水（或憎水）程度可用潤(rùn)濕角θ表示。在材料、水和空氣的三相交叉點(diǎn)處沿水滴表面做切線，此切線與材料和水接觸面的夾角稱為濕潤(rùn)角。

潤(rùn)濕角θ≤900時(shí)，材料表現(xiàn)為親水性；潤(rùn)濕角θ>900時(shí)，材料表現(xiàn)為憎水性。潤(rùn)濕角越小，親水性越強(qiáng)，憎水性越弱。53

在材料、水與空氣的三相交點(diǎn)上作用有三個(gè)表面張力，這三個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，可得下式：

式中：σsv—材料與空氣的表面張力，N/m；

σlv—水與空氣的表面張力，N/m；

σsl—材料與水的表面張力，N/m。

54

3、影響因素：材料分子與水分子間的吸引力。

4、工程應(yīng)用：憎水性材料具有較好的防水性、防潮性，常用作防水材料，也可用于對(duì)親水性材料進(jìn)行表面處理，以降低吸水率，提高抗?jié)B性。

55

1、吸水性：材料在水中吸收水分的性質(zhì)。常用吸水率表示。

二、材料的吸水性與吸濕性

質(zhì)量吸水率：材料吸收水分的質(zhì)量與材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量之比。

式中：W—材料的質(zhì)量吸水率，%。

m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

m1—材料在吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

56

體積吸水率：材料吸收水分的體積與材料在自然狀態(tài)下的體積之比。

影響因素：材料的親水性和憎水性、孔隙率的大小及孔隙特征。一般孔隙率越大，其吸水性越強(qiáng)。封閉孔隙水分不易進(jìn)入；粗大開口孔隙，不易吸滿水分；具有微細(xì)開口孔隙的材料，其吸水能力特別強(qiáng)。57

2、吸濕性：材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。常用含水率表示。

式中：Wh—材料的含水率，%。

m—材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

ms—材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量，g。

含水率：材料所含水分的質(zhì)量與材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量之比。

58

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，引起強(qiáng)度下降；同時(shí)使材料的容重和導(dǎo)熱性增加，保溫性、吸聲性下降，受到的凍害、腐蝕加劇。由此可見(jiàn)，含水使材料的絕大多數(shù)性質(zhì)下降或變差。

注意區(qū)分：吸水率：飽水狀態(tài)恒值含水率：自然狀態(tài)變值影響因素：空氣濕度、材料的親水性和憎水性、孔隙率的大小及孔隙特征。59三、耐水性

定義：材料長(zhǎng)期在飽和水的作用下抵抗破壞、保持原有功能的性質(zhì)。常用軟化系數(shù)KR來(lái)表示。

式中KR—材料的軟化系數(shù)。

fb—材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。

fg—材料在絕干狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa。60土木工程材料的軟化系數(shù)在0～1之間波動(dòng)，鋼的軟化系數(shù)為1，粘土為0。用于長(zhǎng)期處于水中或潮濕環(huán)境的重要結(jié)構(gòu)的材料，軟化系數(shù)KR應(yīng)大于0.85（耐水材料）；用于受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)物的材料，軟化系數(shù)KR應(yīng)大于0.75。

影響因素：材料的溶解度、親水性和憎水性、孔隙率的大小及孔隙特征。61四、抗?jié)B性

定義：材料在壓力水作用下，抵抗?jié)B透的性質(zhì)。一般用滲透系數(shù)表示。

式中：K—滲透系數(shù)，cm/hd—試件厚度，cm；

Q—滲水量，cm3

；

A—滲水面積，cm2t—滲水時(shí)間，h；

H—水頭（水壓力），cm。

滲透系數(shù)K越小，材料的抗?jié)B性越好。

62材料的抗?jié)B性還可用抗?jié)B等級(jí)來(lái)表示，以規(guī)定的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下所能承受的最大水壓力（MPa）來(lái)確定，用“Pn”表示，如P2、P4、P6、P8等，分別表示可抵抗0.2、0.4、0.6、0.8MPa的水壓力而不滲透。

影響因素：材料的孔隙率、孔隙特征以及親水性和憎水性。

63五、抗凍性

定義：材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融的作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能。

抗凍等級(jí)：材料在吸水飽和狀態(tài)下，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)定值時(shí)，所能經(jīng)受的最大凍融循環(huán)次數(shù)，用“Fn”表示，如F25、F50、F100、F150等分別表示在經(jīng)受25、50、100、150次的凍融循環(huán)后，材料仍可滿足使用要求。

影響因素：材料的孔隙率、孔隙特征、吸水率及降溫速度等。

64▲

§1.6

材料的力學(xué)性質(zhì)

一、強(qiáng)度二、彈性與塑性三、脆性與韌性四、疲勞極限五、硬度、磨損及磨耗65一、強(qiáng)度

1、定義：材料抵抗外力破壞的能力。

式中：f—材料的極限強(qiáng)度，MPa。

Fmax—材料破壞時(shí)的最大荷載，N。

A—材料受力截面面積，mm2。

2、分類：根據(jù)外力引起內(nèi)應(yīng)力的不同，可分為：抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度等。材料的抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度按下式計(jì)算：

66

材料的抗彎強(qiáng)度一般采用簡(jiǎn)支梁試件進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)采用集中荷載時(shí)，按下式計(jì)算：

當(dāng)采用在兩支點(diǎn)間的三分點(diǎn)作用對(duì)稱荷載時(shí)，按下式計(jì)算：

式中：fm—材料的抗彎極限強(qiáng)度，MPa。

Fmax—彎曲破壞時(shí)的最大荷載，N。

L—兩支點(diǎn)的間距，mm。

b、h—分別為受彎試件截面的寬和高，mm。

L/2L/267

3、影響因素：

①材料的組成和結(jié)構(gòu)；

②試件的尺寸和形狀；

③試驗(yàn)裝置情況；④試件的表面平整度；⑤加荷速度；⑥溫度和濕度。68

4、強(qiáng)度等級(jí)：土木工程材料常按其強(qiáng)度的大小劃分等級(jí)。普通水泥按抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分為32.5、42.5、52.5、62.5共4個(gè)強(qiáng)度等級(jí)；普通混凝土按抗壓強(qiáng)度分為C15、C20、C25、C30～C80共14個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。

5、比強(qiáng)度：材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比。反映材料輕質(zhì)高強(qiáng)的指標(biāo)，其值越大，材料越輕質(zhì)高強(qiáng)。

69二、彈性與塑性

1、彈性：材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力除去后，能夠完全恢復(fù)原來(lái)形狀的性能。這種能完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形。

2、塑性：材料在外力作用下產(chǎn)生顯著變形，但不斷裂破壞，外力取消后，仍保持變形后的形狀的性質(zhì)。這種不可恢復(fù)的殘余變形稱為塑性變形。在土木工程材料中，幾乎沒(méi)有完全的彈性材料或塑性材料。70材料的彈性變形和塑性變形曲線材料的彈塑性變形71三、脆性與韌性

1、脆性：材料在外力作用下，在破壞前無(wú)明顯的塑性變形而突然破壞的性質(zhì)。脆性材料的特點(diǎn)：塑性變形很小，且抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值較大（5~50倍）。無(wú)機(jī)非金屬材料多屬于脆性材料。

2、韌性：材料在外力的作用下，能夠吸收較大的能量，同時(shí)產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性能。而材料在沖擊、振動(dòng)荷載作用下，能夠吸收較大能量，產(chǎn)生一定的變形而不致破壞的性質(zhì)稱為沖擊韌性。在土木工程中，材料的韌性一般以沖擊韌性評(píng)價(jià)。72

式中αk—材料的沖擊韌性，J/mm2

Ak—試件破壞所消耗的功，JA—試件沖擊破壞面的凈截面積，mm2

韌性材料的特點(diǎn)：變形大，特別是塑性變形大，抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度接近。木材、建筑鋼材、橡膠等屬于韌性材料。

材料的沖擊韌性一般用帶缺口的試件，在一次沖擊作用下沖斷破壞后，斷口處單位面積所吸收的功來(lái)表示。73思考題

1、普通混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件經(jīng)28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后測(cè)得抗壓強(qiáng)度為27MPa，同時(shí)又測(cè)得同批混凝土吸水飽和后的抗壓強(qiáng)度為24MPa，干燥狀態(tài)測(cè)得抗壓強(qiáng)度為30MPa，該混凝土的軟化系數(shù)為（

）。A：0.9B：0.1C：0.2D：0.8

2、含水率表示材料的什么性質(zhì)？含水率為5%的濕砂280kg，將其干燥后的重量是（

）kg。A：260B：266C：266.67D：27074四、疲勞極限

1、定義：材料在受到拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)以及這些外力的反復(fù)作用，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一限度時(shí)會(huì)導(dǎo)致材料的破壞，這個(gè)限度叫疲勞極限，又稱疲勞強(qiáng)度。

2、影響因素：材料的性質(zhì)、應(yīng)力種類、疲勞應(yīng)力比值、應(yīng)力集中情況以及溫度等。對(duì)于混凝土，通常規(guī)定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為106～108次，此時(shí)混凝土的壓縮疲勞極限為抗壓強(qiáng)度的50％～60％。75五、硬度、磨損及磨耗

1、硬度：材料抵抗其它物體刻劃或壓入其表面的能力。

刻劃法：用于礦物材料的測(cè)定