建筑材料的力学性质

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塑性
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在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变 形后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。这 种不能恢复的变形称为塑性变形。塑性变形为不可逆变形， 是永久变形。 实际上纯弹性变形的材料是没有的，通常一些材料在 受力不大时，仅产生弹性变形；受力超过一定极限后，即 产生塑性变形。有些材料在受力时，如建筑钢材，当所受 外力小于弹性极限时，仅产生弹性变形；而外力大于弹性 极限后，则除了弹性变形外，还产生塑性变形。有些材料 在受力后，弹性变形和塑性变形同时产生，当外力取消后， 弹性变形会恢复，而塑性变形不能消失，如混凝土。
材料的弹性与塑性
• 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。材料的 这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形，称为弹性 变形。弹性变形属可逆变形，其数值大小与外力成正比， 其比例系数E称为材料的弹性模量。材料在弹性变形范围 内，弹性模量E为常数，其值等于应力σ与应变ε的比值， 即 • 弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标。E值愈大， 材料愈不易变形，亦即刚度好。弹性模量是结构设计时的 重要参数。
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• 钢材易受氧化而锈蚀 • 无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应 力、干湿交替作用而破坏 • 有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质
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材料的等级
• 大部分建筑材料根据其极限强度的大小，可划分为若干 不同的强度等级。如：
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烧结普通砖按抗压强度分为六个等级：Mu30、 Mu25、 Mu20、 Mu15、 Mu10、 Mu7.5； 混凝土按其抗压强度分为十二个等级：C7.5、C10、…、 C80等；
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耐磨性
耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨损率 （B）表示，其计算公式为
B=（m1-m2）/A
式中: B——材料的磨损率（g／cm2）； m1、m2一分别为材料磨损前、后的质量（g）； A—试件受磨损的面积（cm2）。
材料的耐磨性与材料的组成成分、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、路面等 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，其硬度较大，耐磨性较好。
碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如Q195、 Q215、Q235、Q255、Q275等。
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测试题
• 直径为20mm钢筋作拉伸试验， 测得能承受的最大拉力为145KN， 计算钢筋的抗拉强度（精确到 1MPa）
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比强度
为了对不同材料的强度进行比较，可采用比强度这一指标。 比强度反映材料单位体积质量的强度，其值等于材料强度与 体积密度之比。
比强度是衡量材料轻质高强的重要指标，优质的结构材料， 必须具有较高的比强度。
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韧性
• 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生 一定的变形而不破坏，这种性质称为韧性。如建筑钢材、 木材等属于韧性较好的材料。 • 在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的 结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较 高的韧性。
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材料的硬度与耐磨性
硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。 不同材料的硬度测定方法不同，通常采用的有刻划法和压入 法两种。 刻划法常用于测定天然矿物的硬度。矿物硬度分为10级 （莫氏硬度），其递增的顺序为：滑石1；石膏2；方解石 3；萤石4；磷灰石5；正长石6；石英7；黄玉8；刚玉9； 金刚石10。钢材、木材及混凝土等的硬度常用钢球压人法 测定（布氏硬度HB）。 材料的硬度愈大，则其耐磨性愈好，但不易加工。工程中有 时也可用硬度来间接推算材料的强度。
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建筑材料的耐久性
• 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因 素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的 能 力。 耐久性是材料的一种综合性质，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的范围。 此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐 久性有密切关系。
建筑材料的力学性质
胡蝶
建筑材料的基本力学性质主要包括：
• 材料的强度 • 材料的比强度 • 材料的弹性与塑性 • 材料的脆性与韧性 • 材料的硬度、耐磨性 •
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材料的强度
• 材料在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强 度。
• 当材料承受外力作用时，内部就产生应力。应力 随着外力的增大而增大，直到应力增大到不能承 受外力作用是，材料即被破坏，此时的极限应力 值即为材料的极限强度。
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材料的强度与哪些因素有关 • 与组成结构相关，材料的空隙越小，则强度越高 • 与含水状况及湿度有关 • 与现场的温度有关，通常温度高时，材料的强度 将降低 • 此外，材料的强度还与其测试条件和方法等因素 有关，例如采用小试件测得的强度比大试件高
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材料的脆性与韧性
• 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，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 具有这种性质的材料称脆性材料。 • 脆性材料抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差。 其抗压强度远大于抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍。所 以脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用作受拉构 件，只适于用作承压构件。建筑材料中大部分无机非金属 材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝 土等。
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材料强度分类
• 由于外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强 度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材 料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来 表示。
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材料的四种受力方式
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环境影响因素
材料在建筑物使用过程中长期受到周围环境和各种自然 因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、机械 作用、生物作用等。 • 物理作用包括材料的干湿变化、温度变化及冻融变化等。 • 化学作用包括酸、碱、盐等物质的水溶液及气体对材料产 生的侵蚀作用，使材料产生质的变化而破坏。 • 生物作用是昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀腐朽等破坏 作用。