材料的基本状态参数(杨子编辑)分析

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——杨子

1.2 材料的基本状态参数

（教材2至10页重点浓缩及部分参考资料扩展，知识点示意图请参考教材）

1.实际密度（密度）

材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3 或kg/m3

公式：ρ

式中ρ——材料的密度（g/cm3）

m——材料在干燥状态下的质量（g）

v——材料在绝对密实状态下的体积（cm3）

绝对密实状态下的体积是指不包括材料内部孔隙在内的体积。

实际密度的测量：

1) 对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等

测量几何体积—承重—代入公式

2) 对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材

磨成细粉—李氏比重瓶法测试

2.表观密度（容重）

材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm 3 或kg/m 3 公式：

式中 ρo ——材料的表观密度（kg/m 3）

m ——材料的质量（kg ）

v o ——材料在自然状态下的体积（m 3）

自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有材料水分时，其质量和体积均发生变化。 表观密度的测量：

1）对形状规则的材料：砖、混凝土、石材

烘干—测量几何体积—称重—代入公式

2）对形状不规则的材料：

烘干—蜡封—浮力天平

3.堆积密度（松散容积）

散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm 3 或kg/m 3

公式： o'o'v m ρ=

Ρo' ——散装材料堆积密度（kg/m 3）

m ——散装材料的质量（kg ）

V o'——散装材料的自然堆积体积（m 3）

o o v m

ρ=

堆积体积是指包含颗粒内部孔隙和颗粒间的空隙在内的体积。

堆积密度的测量：

1）容器法：

散装材料装入容器—测量体积—称净重—代入公式

2）自然堆积法:

堆积成一定形状—测量几何体积—称重—代入公式

4.材料的孔隙

1）密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度。反映材料的致密程度。

公式:

影响材料的： 强度、吸水性、耐久性、导热性

2) 孔隙率是指材料体积内孔隙体积与总体积之比。直接反映材料的致密程度。

公式：

5.材料的空隙

填充率指散粒材料在某容器的堆积体积中 ，被其颗粒填充的程度。反映散装材料堆积的致密程度。

公式：

空隙率是指散装材料在某容器的堆积体积中，颗粒之间的空100%×ρρO ==O V V D 100%×)ρρ1(1O -=-=-=O O O V V V V V P %100＇ ＇V V ＇O ⨯==ρρO D

隙体积占总体积的比率

公式：P ＇=V O ＇ −V O

V O ＇=1−V O V O ＇=(1−ρO ＇ρ0)×100％

空隙率与填充率的关系：Ｐ＇＋Ｄ＇＝１

孔隙率与空隙率的区别：

１. ３材料的力学性质

１．材料的强度与比强度

强度是材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力

● 依受力形式有：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强

度等。

● 不同材料的承载特点是不同的：

混凝土、石材、砖—抗压强度高

钢材、各类纤维—抗拉强度高

● 建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级

或符号。（注意：1.脆性材料如混凝土主要以抗拉强度来划分等级或标号，塑性材料如钢材以抗拉强度来划分。2.强度值是材料力学性质的指标，强度等级是根据强度值划

分的级别）

如混凝土按抗压强度划分为C15~C80共十四个强度等级水泥按抗压和抗拉强度划分为32.5~72.5

砂浆按抗压强度划分为M2.5~M20六个等级

热轧钢筋按屈服强度划分为ⅠⅡⅢⅣ

●材料的抗压、抗拉、抗剪强度计算：

f=F max A

式中：f——材料强度（Mpa）

F max——材料破坏时的最大荷载（N）

A——试件受力面积（mm2）

●抗弯强度计算：

1）.试件在两支点的中间受一集中荷载作用，如下计算

f f=3PL

2bh

式中f f——抗弯（折）强度（Mpa）

P——试件破坏时的最大荷载（N）

L——二支点之间的距离（mm）

b、h——试件截面的宽度和高度（mm）

2）.试件在二支点的三分点处作用两个大小相等的集中荷载，计算如下：

f f=PL bh2

比强度是指材料强度与其表观密度之比。

意义：反映材料轻质高强的指标。值越大，材料越轻质高强

２.材料的弹性与塑性

弹性是指材料在外力的作用下产生变形，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弹性。

弹性模量E=σ

ε

塑性是指材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。

（实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。）

３.材料的脆性、韧性、徐变

脆性是指在外力作用下，当外力达到一定限度后，材图表 1

料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质。

（脆性材料如混凝土、玻璃、石材抵抗冲击或震动荷载的能力很差）

韧性是指在冲击、震动荷载的作用下，材料承受很大

的变形也不至于破坏的性能。如钢材、木材、纤维等

（建筑实体例如桥梁、牛腿柱、电梯井、高层建筑等）。

徐变是指材料在长期不变荷载作用下，变形随着时间

的延长而逐渐增长的现象。

４.材料的硬度、耐磨性

硬度是指材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻画的能力。

刻画法莫氏硬度（10级）

1—滑石2—石膏3—方解石

4—萤石5—磷石灰6—正长石

7—石英8—黄玉9—刚玉

10—金刚石

回弹法用于测定混凝土表面硬度，并间接推算混凝土的强度（亦用于陶瓷、砖、砂浆等）

耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率表示公式：M=m0−m1

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