第一章 土木工程材料的基本性質(zhì)

第一章

土木工程材料的基本性質(zhì)土木工程要求材料具備什么性能（What）?土木工程材料如何滿足工程要求（How）?本章學(xué)習(xí)哪些內(nèi)容（Which）?土木工程的功能要求的材料性能承受荷載長期可靠性防水、隔熱隔聲、防火采光、絕緣不污染環(huán)境強(qiáng)度、剛度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具備哪些性能？土木工程材料如何滿足性能要求？材料的組成材料的結(jié)構(gòu)材料的構(gòu)造材料的復(fù)合性能組成結(jié)構(gòu)材料的組成—結(jié)構(gòu)—性能關(guān)系材料組成、結(jié)構(gòu)與性能之關(guān)系

——現(xiàn)代材料科學(xué)的核心材料性質(zhì)（性能）（特性）合理應(yīng)用技術(shù)要求

物理性質(zhì)掌握目的

化學(xué)性質(zhì)

力學(xué)性質(zhì)

耐久性取決于

材料組成

材料結(jié)構(gòu)試驗條件檢驗檢測常用規(guī)格

材料組成化學(xué)組成礦物組成相組成

材料結(jié)構(gòu)宏觀結(jié)構(gòu)細(xì)觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)納觀結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)玻璃體結(jié)構(gòu)膠體結(jié)構(gòu)試驗條件試件形狀、尺寸試件表面狀況、含水狀態(tài)試驗溫、濕度；加荷速度定義特征晶體結(jié)構(gòu)玻璃體結(jié)構(gòu)定義特征膠體結(jié)構(gòu)定義特征質(zhì)點在空間按特定的規(guī)則呈周期性排列特定的幾何外形；各向異性(金屬材料除外)；固定的熔點，化學(xué)穩(wěn)定性高高溫熔融物經(jīng)急冷后，質(zhì)點來不及按一定的規(guī)則排列便凝固成固體各向同性；導(dǎo)熱性較低；無固定的熔點；化學(xué)穩(wěn)定性差(即，活性高)分散相分散在連續(xù)相介質(zhì)中形成的分散體系較強(qiáng)的吸附力和粘結(jié)力；比晶體和玻璃體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低、變形大第一節(jié).材料的基本物理性質(zhì)1.密度ρ2.表觀密度ρ03.堆積密度ρ0′4.孔隙率P

5.空隙率P′材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積重量材料在自然狀態(tài)下單位體積重量散粒材料在堆積狀態(tài)下單位體積重量一.材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)材料內(nèi)部孔隙體積占表觀體積的百分率材料之間空隙體積占堆積體積的百分率體積密度毛體積密度比重容重松散容重閉口孔隙開口孔隙實體開口孔隙閉口孔隙實體V實V閉V開Vo孔隙體積

V孔=V開+V閉空隙V空堆積體積

Vo'=Vo+V空=V實+V開+V閉+V空表觀體積

Vo=V實+V孔=V實+V開+V閉Vo'V孔V空=ΣV空V0=ΣV0i1.材料的體積

體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。1.1材料的絕對密實體積：干材料在絕對密實狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部沒有孔隙時的體積，或不包括內(nèi)部孔隙的材料體積。一般以Ｖ表示材料的絕對密實體積。用李氏密度瓶測V

1.2材料的表觀體積：材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以V0

表示材料的表觀體積。表面封蠟測V01.3材料的堆積體積：粉狀或粒狀材料，在堆集狀態(tài)下的總體外觀體積。根據(jù)其堆積狀態(tài)不同，同一材料表現(xiàn)的體積大小可能不同，松散堆積下的體積較大，密實堆積狀態(tài)下的體積較小。材料的堆集體積一般以V’’來表示。容量筒測V0′2.材料的密度

材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計算：

式中：ρ—密度,g/cm3

m—材料的質(zhì)量，g

V—材料的絕對密實體積，cm3

測試時，材料必須是絕對干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來測定其體積。

3.材料的表觀密度

表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

按下式計算：式中ρ0—材料的表觀密度,g/cm3

或kg/m3

m—材料的質(zhì)量，g或kg

V0—材料的表觀體積，cm3或m3材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因為大多數(shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質(zhì)量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān)。表觀密度又稱容重，分干容重濕容重飽水容重

4.材料的堆積密度

堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。

按下式計算：

式中ρ0，—材料的堆積密度,kg/m3

m—材料的質(zhì)量，kg

V0，—材料的堆積體積，m3粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在土木建筑工程中，計算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。

5.材料的密實度

密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度。密實度的計算式如下：

對于絕對密實材料，

因

ρ0=ρ

，故密實度D=1或

100%。對于大多數(shù)土木工程材料，

因

ρ0〈

ρ

，故密實度D?1或

D

?

100%。

ρ—密度；ρ0—材料的表觀密度（1）孔隙率

（2）開口孔隙率

（3）閉口孔隙率

6.孔隙率

材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：

7.空隙率

空隙率是指散粒材料在其堆集體積中,顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率P，

按下式計算：

ρ0—材料的表觀密度;ρ0，—材料的堆積密度空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的致密程度。空隙率可作為控制混凝土骨料級配與計算含砂率的依據(jù)。8.填充率

填充率是指某堆積體積中，被散粒材料的顆粒所填充的程度。填充率的計算式如下：

孔隙、孔隙率與孔隙(形態(tài))特征

粗孔與細(xì)孔

——毛細(xì)孔使材料吸水率增大、耐久性降低。一般來說粗孔不易吸滿水，微細(xì)孔隙吸水率非常大.

開孔與閉孔

——開孔相對閉孔對材料強(qiáng)度、保溫性、耐久性更不利.或增加閉口孔隙，可提高材料保溫性、耐久性.1.一般來說,(單個)孔隙尺寸增大,

材料強(qiáng)度降低,導(dǎo)熱系數(shù)增大2.孔隙率增大，材料表觀密度減小；強(qiáng)度降低；導(dǎo)熱系數(shù)

減?。晃试龃?；透氣、透水性變大?？箖鲂允欠窠档?，要視孔隙大小和形態(tài)特征而定3.孔隙(形態(tài))特征V=170cm3V+V閉

=190cm3V0=V+V開+V閉

=230cm3

某材料干燥試樣重450g，浸入水中吸水飽和后，排出水的體積為190cm3；取出后用濕布抹干再浸入水中，排出水的體積為230cm3；試樣磨細(xì)后烘干再浸入水中，排出水的體積為170cm3。

求該材料的密度ρ,表觀密度ρ0,開口孔隙率PK,閉口孔隙率PB。思路：∵∴同理：例題例題

某工地質(zhì)檢員從一堆碎石料中取樣，并將其洗凈后干燥，用一個10升的金屬桶，稱得一桶碎石的凈質(zhì)量是13.50Kg；再從桶中取出1000g的碎石，讓其吸水飽和后用布擦干，稱其質(zhì)量為1036g；然后放入一廣口瓶中，并用水注滿這廣口瓶，連蓋稱重為1411g，水溫為25

C，將碎石倒出后，這個廣口瓶盛滿水連同蓋的質(zhì)量為791g；另外從洗凈完全干燥后的碎石樣中，取一塊碎石磨細(xì)、過篩成細(xì)粉，稱取50g，用李氏瓶測得其體積為18.8毫升。請問？1）該碎石的密度、表觀密度和堆積密度？2）該碎石的孔隙率、開口孔隙率和閉口孔隙率？3）該碎石的密實度、空隙率和填充率？

解答：1）∵V’o=10L,m’2=13.5kg;ρ0’

=（m’/V0’）=13.5/10=1.35∵m’=1000g,吸水后質(zhì)量=1036g.設(shè)水的密度＝1。

則，Vo=791－(1411－1036)=416mL∴ρ0=（m’/V0）=1000/416=2.404

∵V=18.8mL,m=50g;∴ρ=(m/V)=50/18.8=2.662)P=[1－ρ0/ρ]×100%=(1－2.404/2.66)=9.624%

其中：

P開=36/416=8.653%P閉=9.624－8.65=0.974%3)D=1－P=90.376%P’=[1－ρ0’/ρ0]×100%=(1－1.35/2.404)=43.8%D’=1－P’=1－43.8%=56.2%碎石在水中吸水的質(zhì)量＝開口孔隙體積二.材料與水有關(guān)的性質(zhì)1.親水性憎水性潤濕(邊)角

≤90°—親水性材料

＞90°—憎水性材料水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料分子之間的吸引力大于水分子與材料分子之間的吸引力2.吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)指標(biāo)—重量吸水率、體積吸水率3.吸濕性材料在空氣中吸收水分的性質(zhì)指標(biāo)—含水率

吸(含)水率增大，對材料的許多性質(zhì)有不良影響：

——如容重增加、體積膨脹、導(dǎo)熱（系數(shù)）性增大，強(qiáng)度及抗凍性下降等。

6.材料的含水狀態(tài)干燥(即，絕干)狀態(tài)4.耐水性材料抵抗水的破壞作用的能力指標(biāo)—軟化系數(shù)：軟化系數(shù)增大，材料的耐水性愈好，反之，材料的耐水性愈差。

工程中將軟化系數(shù)大于0.85的材料稱為耐水材料5.抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)指標(biāo)—滲透系數(shù)：滲透系數(shù)越大，抗?jié)B性越差。

抗?jié)B等級：P4、P6、P8、P10、P12等。

其中：P12表示材料能夠承受的最大水壓為1.2MPa氣干狀態(tài)飽和面干狀態(tài)濕潤狀態(tài)1.材料的親水性與憎水性

與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。

材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。

工程實際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)材料的潤濕角θ＜９０?時，為親水性材料；當(dāng)材料的潤濕角θ＞９０?時，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細(xì)管作用自動將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展開，而且水分不能滲入材料的毛細(xì)管中。材料潤濕示與毛細(xì)現(xiàn)象（ａ）親水性材料（ｂ）憎水性材料親水性與憎水性材料的特征：材料的親水性與憎水性主要取決于材料的組成與結(jié)構(gòu)：有機(jī)材料一般是憎水性，無機(jī)材料都是親水性。

水在憎水性材料的表面有自動收縮成珠的趨勢，不能潤濕材料的表面。對工程防水有利。水在親水性材料的表面是自動散開和鋪展，并自發(fā)地潤濕表面。2.材料的吸水性

材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。

2.1質(zhì)量吸水率

質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗm表示。質(zhì)量吸水率ｗm的計算公式為：

式中mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。

2.2體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以WＶ表示。體積吸水率WＶ的計算公式為：

式中 mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ）。

V0—材料在自然狀態(tài)下的體積，（cm3）

ρw—水的密度,（g/cm3

），常溫下取ρw

=1.0g/cm3

材料的吸水（濕）性與材料內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)與材料的親水性或憎水性密切相關(guān)：材料通過其內(nèi)部開口、連通的孔隙吸收外部環(huán)境的水開口孔隙越多，材料吸水率越大；開口連通孔徑較小，因毛細(xì)管作用而容易吸水。親水性材料的吸水（濕）性比憎水性材料強(qiáng)。親水性孔壁使水自動吸入；憎水性孔壁難以使水吸入。某材料飽水容重

0飽=1900㎏/m3，體積吸水率wv=46%，求其干容重

0解:例題3.材料的吸濕性

材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣的濕度變化的。材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計算公式為：式中 ms——材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）

mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）顯然，材料的含水率受所處環(huán)境中空氣濕度的影響。當(dāng)空氣中濕度在較長時間內(nèi)穩(wěn)定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態(tài)，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。4.材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化系數(shù)KR：式中KR——材料的軟化系數(shù)

fb

—材料吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。

fg—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）

軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分會分散在材料內(nèi)微粒的表面，削弱其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度則有不同程度的降低。當(dāng)材料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時（如石膏、石灰等），吸入的水還可能溶解部分物質(zhì)，造成強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。

材料耐水性限制了材料的使用環(huán)境，軟化系數(shù)小的材料耐水性差，其使用環(huán)境尤其受到限制。軟化系數(shù)的波動范圍在0至1之間。工程中通常將ＫＲ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。用于一般受潮較輕或次要的工程部位時，材料軟化系數(shù)也不得小于0.75。5.抗凍性

材料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在材料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨漲所產(chǎn)生的凍脹壓力造成材料的內(nèi)應(yīng)力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。

抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能?？箖鲂砸栽嚰趦鋈诤蟮馁|(zhì)量損失、外形變化或強(qiáng)度降低不超過一定限度時所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來表示，或稱為抗凍等級。

材料的抗凍等級可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。

6.材料的抗?jié)B性

抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當(dāng)材料兩側(cè)的水壓差較高時，水可能從高壓側(cè)通過內(nèi)部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側(cè)。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質(zhì)，或?qū)⒉牧蟽?nèi)的某些成分帶出，造成材料的破壞。

6.1滲透系數(shù)

材料的滲透系數(shù)可通過下式計算:式中K—滲透系數(shù),（cm/h）;

Q—滲水量，

（cm3

）

A—滲水面積,（cm2

）

H— 材料兩側(cè)的水壓差，（cm）

d—試件厚度

（cm）

t—滲水時間

（h）

材料的滲透系數(shù)越小，說明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。6.2抗?jié)B等級

材料的抗?jié)B等級是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗時，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗?jié)B等級。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。三.材料與熱有關(guān)的性質(zhì)1.導(dǎo)熱性材料兩側(cè)存在溫差時,熱量由一側(cè)傳至另一側(cè)的性質(zhì)愈小，材料的保溫隔熱性能愈好，或絕熱性能愈好。工程界將0.23W/(m?k)的材料，稱為絕熱材料，或節(jié)能材料指標(biāo)—導(dǎo)熱系數(shù)

材料組成與結(jié)構(gòu)材料的孔隙率材料的孔隙特征材料的含水狀態(tài)受控于最好的絕熱材料為靜止（態(tài)）空氣，其=0.023W/(m?k)；

房建中采用的空心磚(砌塊)、加氣砼砌塊中含有較多的靜態(tài)空氣，是良好的節(jié)能材料。式中

λ——導(dǎo)熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；

Ｑ－傳導(dǎo)的熱量，Ｊ

ｄ—材料厚度，ｍ；

Ｆ——熱傳導(dǎo)面積，m2

Ｚ一熱傳導(dǎo)時間，h；

（t2-t1）－材料兩面溫度差，K在物理意義上，導(dǎo)熱系數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1Ｋ時、在單位時間(1s)內(nèi)通過單位面積(1㎡)的熱量。

導(dǎo)熱系數(shù)與組成、結(jié)構(gòu)和孔隙率、孔隙特征有關(guān)：金屬＞非金屬；多孔材料＜密實材料封閉孔隙＜開口連通孔隙2.熱容量材料加熱時吸收熱量，冷卻時放出熱量的性質(zhì)指標(biāo)—比熱比熱大的材料，熱容大，有利于建筑物內(nèi)部溫度穩(wěn)定3.熱脹冷縮材料隨溫度升高或降低，體積發(fā)生膨脹或收縮的性質(zhì)指標(biāo)—熱膨脹系數(shù)用于計算材料在溫度變化時，所引起的變形；所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。包括線膨脹系數(shù)面膨脹系數(shù)體膨脹系數(shù)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)宜選用—比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)小的材料材料的線膨脹系數(shù)與組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)：有機(jī)材料＞金屬材料＞無機(jī)非金屬材料非晶體材料＞晶體材料線膨脹系數(shù)的單位：/

C

土木工程中，對材料的溫度變形大多關(guān)心其某一單向尺寸的變化，因此，研究其平均線膨脹系數(shù)具有實際意義。材料的線膨脹系數(shù)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)，常選擇合適的材料來滿足工程對溫度變形的要求。

一.強(qiáng)度

1.定義

—材料在外力作用下抵抗破壞的能力

2.分類

—抗壓、抗拉、抗剪、抗彎(折)

⑴.抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度公式

式中：

f—強(qiáng)度（MPa）；

A—受力面積（mm2）；

F

max

—最大破壞荷載（

N）

⑵.抗彎（折）強(qiáng)度f

—分一點、兩點加荷。公式見教材

3.比強(qiáng)度

—材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比。是衡量材料輕質(zhì)、高強(qiáng)的指標(biāo)。例:直徑為?18mm的鋼筋,最大破壞荷載460KN,求其抗拉強(qiáng)度f第二節(jié).材料的基本力學(xué)性質(zhì)混凝土路面磚抗折強(qiáng)度試驗混凝土路面磚抗壓強(qiáng)度試驗4.強(qiáng)度與強(qiáng)度等級

⑴.強(qiáng)度等級：

材料常根據(jù)極限強(qiáng)度的大小,劃分為不同的強(qiáng)度等級或標(biāo)號。我國過去的規(guī)范中采用標(biāo)號值；目前我國的規(guī)范中采用強(qiáng)度等級值。

⑵.強(qiáng)度和強(qiáng)度等級的區(qū)別與聯(lián)系：

區(qū)別：

a.強(qiáng)度與強(qiáng)度等級的定義不同。強(qiáng)度是實測值，強(qiáng)度等級是人為規(guī)定的強(qiáng)度范圍。

b.強(qiáng)度指的是材料的極限值，是唯一的，每一強(qiáng)度等級則包含一系列強(qiáng)度值。

聯(lián)系：

某一材料強(qiáng)度等級的確定必須以其極限強(qiáng)度值為依據(jù).5.影響材料強(qiáng)度的因素

⑴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)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。金屬材料金屬晶體多晶體堆積體強(qiáng)度高、韌性好、剛度較大；水泥材料離子晶體和凝膠體礦物顆粒堆積體強(qiáng)度不高、剛度大、韌性差、延伸率小；高分子材料非晶膠體大分子鏈相互纏結(jié)強(qiáng)度不高、剛度低、延伸率大、韌性好

⑵孔隙率與孔隙特征：

材料的孔隙率愈大，則強(qiáng)度愈小。對于同一品種的材料，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。

⑶試件的形狀和尺寸：受壓時，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得的強(qiáng)度較大試件高。⑷加荷速度：

當(dāng)加荷速度快時，由于變形速度落后于荷載增長的速度，故測得的強(qiáng)度值偏高，反之，因材料有充裕的變形時間，測得的強(qiáng)度值偏低。⑸試驗環(huán)境的溫度、濕度：

溫度高、濕度大時，試件會有體積膨脹，材料內(nèi)部質(zhì)點距離加大，質(zhì)點間的作用力減弱，測得的強(qiáng)度值偏低。⑹受力面狀態(tài)：

受力面的平整度，潤滑情況等。試件表面不平或表面涂潤滑劑時，所測強(qiáng)度值偏低。彈性當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料能夠完全恢復(fù)原來變形的性質(zhì)稱為彈性；具有這種性質(zhì)的材料稱為彈性材料；根據(jù)其應(yīng)力—應(yīng)變曲線，有:線彈性和非線彈性。塑性當(dāng)撤去外力或外力恢復(fù)到原受力狀態(tài)，材料仍保持變形后形狀和尺寸、并不發(fā)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性；具有這種性質(zhì)的材料稱為塑性材料；其應(yīng)力—應(yīng)變曲線是非線性的，且不連續(xù)，每一點的應(yīng)力與應(yīng)變之比都不相同。二、彈性與塑性

三、脆性和韌性(BrittlenessandDuctility)脆性材料在外力作用下，不發(fā)生明顯的變形而突然破壞的一種性能，稱為脆性；具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高八倍以上脆性材料特征:適合作受壓構(gòu)件,不適合作受拉構(gòu)件,不適合承受沖擊、振動荷載韌性材料在外力作用下，能吸收大量的能量，并能承受較大的變形而不至于破壞的性能，稱為韌性。具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料，抗震結(jié)構(gòu)、承受動荷載的結(jié)構(gòu)需要考慮材料的韌性靜荷載—作用時不產(chǎn)生加速度的荷載。如結(jié)構(gòu)自重動荷載—作用時產(chǎn)生加速度的荷載。如沖擊、振動荷載對于脆性材料，極限強(qiáng)度與破壞強(qiáng)度是一致的。對于韌性材料，極限強(qiáng)度高于破壞（斷裂）強(qiáng)度。第三節(jié).材料的耐久性DurabilityofCivilEngineeringMterials材料耐久性與土木工程的服役壽命影響材料耐久性的因素材料的耐久性能及其測試方法一、材料的耐久性與工程服役壽命

耐久性

材料在長期使用過程中，抵抗其自身及外界環(huán)境因素的破壞，保持其原有性能且不變質(zhì)、不破壞的能力，稱為耐久性。

工程服役壽命

因材料性能的劣化，使得工程在使用環(huán)境下服役到功能的最低要求時所經(jīng)歷的時間——服役壽命。材料耐久性與工程服役壽命息息相關(guān)。二、影響材料耐久性的因素

材料在使用中會被破壞的原因有兩方面：內(nèi)因，材料自身的內(nèi)部因素因：材料內(nèi)部存在不穩(wěn)定的化學(xué)組分，如Ca(OH)2、揮發(fā)份、雜質(zhì)等；材料內(nèi)部存在一些缺陷，如孔隙、裂縫等。外因，材料服役環(huán)境因素：物理作用：光、熱、雨水、風(fēng)等化學(xué)作用：酸、堿、鹽、水等生物作用：細(xì)菌、昆蟲等三、材料的耐久性能及其測試耐水性抗?jié)B性抗凍性耐腐蝕性耐候性抗老化1、耐水性

耐水性—材料抵抗水的破壞作用的能力。軟化系數(shù)(R)，并按下式計算：

R=f飽/f干式中：f飽—材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度；

f干—材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度。軟化系數(shù)R值越小，材料的耐水性越差。水對材料的破壞作用溶解—溶蝕作用溶脹作用削弱質(zhì)點相互作用力引起金屬的銹蝕作用2、抗?jié)B性抗?jié)B性—材料抵抗水或溶液滲入或滲透的能力材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)K表示：

K=(Q/F·t)·(d/H)

式中：Q—透水量(cm3)；H—靜水壓頭(cm)；t—時間(h)

d—試件厚度；

F—透水面積抗?jié)B性與孔隙率和孔隙特征有關(guān)。大孔且連通孔將使材料的抗?jié)B系數(shù)降低。材料抗?jié)B性影響材料的其它耐久性性能耐水性耐化學(xué)腐蝕性抗凍性3、抗凍性抗凍性—材料飽水下，抵抗凍融循環(huán)破壞作用的能力抗凍等級—材料喪失性能前能承受的最多凍融循環(huán)次數(shù)，次數(shù)愈多，等級越高凍融循環(huán)試驗凍融破壞的原因抗凍性的影響因素

混凝土抗凍性試驗水結(jié)冰時，體積膨脹9％；當(dāng)材料內(nèi)部孔隙飽水情況下，發(fā)生多次凍融循環(huán)，在水結(jié)冰時產(chǎn)生的拉力作用下，產(chǎn)生裂縫、擴(kuò)展、延伸，和連通，導(dǎo)致材料破壞。材料內(nèi)部的孔隙率與孔隙特征孔隙內(nèi)的飽水程度材料強(qiáng)度與韌性環(huán)境溫度變化4、耐化學(xué)腐蝕性耐化學(xué)腐蝕性

材料抵抗這些化學(xué)介質(zhì)侵蝕，保持其性能不變的能力；抗蝕系數(shù)

材料的耐化學(xué)腐蝕性用一定時間后性能衰減率，用浸泡試驗測試；化學(xué)腐蝕作用

地下水、土壤、海水、工業(yè)與民用廢水、空氣等環(huán)境介質(zhì)中所含有害化合物滲入材料內(nèi)部引起材料組成和結(jié)構(gòu)的破壞作用—劣化；耐化學(xué)腐蝕性有：

耐酸性、耐堿性、耐鹽性、抗碳化性等等；材料的耐腐蝕性與抗?jié)B性密切相關(guān)。5、耐候性或抗老化性耐候性或抗老化性

材料抵抗這些因素的作用，而能長期保持其性能的能力。氣候老化作用

空氣中的光、熱、雨水、臭氧等作用于材料，也會導(dǎo)致材料組成與結(jié)構(gòu)的變化：如分解、大分子鏈降解、風(fēng)化等。抗老化性有