1、好好的好好的好好的u内容内容 。好好的1.1 材料的基本物理性质材料的基本物理性质 1.1.1 材料的体积组成材料的体积组成 大多数材料的内部含有孔隙，孔隙的多少大多数材料的内部含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特征对材料的性能均产生影响，掌握含和孔隙的特征对材料的性能均产生影响，掌握含孔材料的体积组成是正确理解和掌握材料物理性孔材料的体积组成是正确理解和掌握材料物理性质的起点。质的起点。孔隙特征指孔尺寸大小、孔与外界是否连孔隙特征指孔尺寸大小、孔与外界是否连通两个内容。孔隙与外界相连通的叫通两个内容。孔隙与外界相连通的叫开口孔开口孔，与，与外界不相连通的叫外界不相连通的叫闭口孔闭口孔。含孔材料的体
2、积组成如图含孔材料的体积组成如图1-1所示。从图所示。从图1-1可知，含孔材料的体积包括以下三种：可知，含孔材料的体积包括以下三种：（1）材料绝对密实体积。用表示，是指不）材料绝对密实体积。用表示，是指不包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积。包括材料内部孔隙的固体物质本身的体积。好好的图图1-1 1-1 含孔材料体积组成示意图含孔材料体积组成示意图1.1.固体物质；固体物质；2.2.闭孔；闭孔；3.3.开孔开孔好好的 （3）材料在自然状态下的体积。用表示，）材料在自然状态下的体积。用表示，是指材料的实体与材料所含全部孔隙体积之和。是指材料的实体与材料所含全部孔隙体积之和。上述几种体积存在以下的
3、关系：上述几种体积存在以下的关系：p0VVV（1-1）kVBV（2）材料的孔体积。用表示，指材料所含孔隙的）材料的孔体积。用表示，指材料所含孔隙的体积，分为开口孔体积（记为体积，分为开口孔体积（记为 ）和闭口孔体积）和闭口孔体积（记为（记为 ）。）。BkpVVV（1-2）其中其中好好的 散粒状材料的体积组成如图散粒状材料的体积组成如图1-2所示。其中所示。其中 表示材料堆积体积，是指在堆积状态下的材料颗表示材料堆积体积，是指在堆积状态下的材料颗粒体积和颗粒之间的间隙体积之和，粒体积和颗粒之间的间隙体积之和，表示颗粒表示颗粒与颗粒之间的间隙体积。散粒状材料体积关系如与颗粒之间的间隙体积。散粒状材
4、料体积关系如下：下：0VjVjpj00VVVVVV（1-3）好好的图图1-2 1-2 散粒材料堆积体积组成示意图散粒材料堆积体积组成示意图1.1.颗粒的固体物质；颗粒的固体物质；2.2.颗粒的闭口孔隙颗粒的闭口孔隙3.3.颗粒的开口孔隙；颗粒的开口孔隙；4.4.颗粒间的间隙颗粒间的间隙好好的 1.1.2 材料的密度、表观密度和堆积密度材料的密度、表观密度和堆积密度 1.密度密度 密度是指物质单位体积的质量，单位为密度是指物质单位体积的质量，单位为g/cm3或或kg/m3。由于材料所处的体积状况不同，。由于材料所处的体积状况不同，故有真实密度、表观密度和堆积密度之分。故有真实密度、表观密度和堆积
5、密度之分。真实密度是指材料在规定条件（真实密度是指材料在规定条件（1055烘干至恒重，温度烘干至恒重，温度20）绝对密实状态下（绝对）绝对密实状态下（绝对密度状态是指不包括任何孔隙在内的体积）单位密度状态是指不包括任何孔隙在内的体积）单位体积所具有的质量，按下式计算：体积所具有的质量，按下式计算：Vm（1-4）m式中：式中：真实密度（真实密度（g/cm3）；）；材料在干燥状态下的质量（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（材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。）。好好的 2.表观密度表观密度 表观密度是指材料在自然状态下单位体积表观密度是指材料在自然状态下单位体积（含
6、材料的实体矿物及不吸水的闭口孔隙，但不（含材料的实体矿物及不吸水的闭口孔隙，但不包括能吸水的开口空隙在内的体积）所具有的质包括能吸水的开口空隙在内的体积）所具有的质量，按下式计算：量，按下式计算：00Vm（1-5）式中：式中：表观密度（表观密度（g/cm3或或kg/m3）；）；材料在干燥状态下的质量（材料在干燥状态下的质量（g）；）；材料在自然状态下的体积（材料在自然状态下的体积（cm3）。）。0m0V好好的 3.堆积密度堆积密度 堆积密度（旧称松散容重）是指散状材料堆积密度（旧称松散容重）是指散状材料或粉状材料、粒状材料或纤维材料在堆积状态下，或粉状材料、粒状材料或纤维材料在堆积状态下，单位
7、体积（包含了颗粒的孔隙及颗粒之间的空隙）单位体积（包含了颗粒的孔隙及颗粒之间的空隙）所具有的质量，按下式计算：所具有的质量，按下式计算：00Vm（1-6）式中：式中：堆积密度（堆积密度（g/cm3）；）；材料的堆积质量（材料的堆积质量（g）；）；材料的堆积体积（材料的堆积体积（cm3）。）。0m0V好好的 2.孔隙率孔隙率 孔隙率是指材料孔隙体积（包括不吸水的孔隙率是指材料孔隙体积（包括不吸水的闭口孔隙，能吸水的开口空隙）与总体积之比，闭口孔隙，能吸水的开口空隙）与总体积之比，以表示，可用下式计算：以表示，可用下式计算：%100)1(10000VVVVVP（18）孔隙率与密实度的关系为：孔隙率
8、与密实度的关系为：1 DP（19）好好的3.开口孔隙率（开口孔隙率（）、闭口孔隙率（）、闭口孔隙率（）kPBPOHVmmP2101kkPPPB（1-10）1mmOH2式中：式中：材料在真空条件下吸水饱和面干状态材料在真空条件下吸水饱和面干状态 时的质量（湿重）（时的质量（湿重）（g）；）；材料在干燥状态下的质量（干重）（材料在干燥状态下的质量（干重）（g）；）；水的密度（水的密度（g/cm3）。）。好好的 4.填充率与空隙率填充率与空隙率 （1）填充率）填充率D 填充率是指散粒材料在堆积体积中被颗粒填充填充率是指散粒材料在堆积体积中被颗粒填充的程度，以的程度，以 表示。表示。%10000VVD
9、（1-11）（2）空隙率）空隙率 空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒间的空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒间的空隙所占的比例，以空隙所占的比例，以P表示。表示。%100)1(10000000VVVVVP（1-12）好好的 1.1.4 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 1.亲水性与憎水性亲水性与憎水性 当水与材料表面相接触时，不同的材料被当水与材料表面相接触时，不同的材料被水所润湿的情况各不相同，这种现象是由于材料水所润湿的情况各不相同，这种现象是由于材料与水和空气三相接触时的表面能不同而产生的与水和空气三相接触时的表面能不同而产生的（如图（如图1-3所示）。所示）。(a)(a)亲水性材
10、料亲水性材料 (b)(b)憎水性材料憎水性材料图图1-3 1-3 材料的润湿角材料的润湿角好好的 2.吸湿性吸湿性 材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。材质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为料所含水的质量占材料干燥质量的百分率，称为材料的含水率，可按下式计算：材料的含水率，可按下式计算：%100干干含含mmmW（1-13）含W含m干m式中：式中：材料的含水率（材料的含水率（%）；）；材料含水时的质量（材料含水时的质量（g）；）；材料干燥至恒重时的质量（材料干燥至恒重时的质
11、量（g）。）。好好的 3.吸水性吸水性 材料在浸水状态下吸入水分的能力为吸水材料在浸水状态下吸入水分的能力为吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示。吸水率有质性。吸水性的大小，以吸水率表示。吸水率有质量吸水率和体积吸水率。量吸水率和体积吸水率。（1）质量吸水率：材料所吸收水分的质量）质量吸水率：材料所吸收水分的质量占材料干燥质量的百分率，按下式计算：占材料干燥质量的百分率，按下式计算：%100干干湿质mmmW（1-14）质W湿m干m式中：式中：材料的质量吸水率（材料的质量吸水率（%）；）；材料饱水后的质量（材料饱水后的质量（g）；）；材料烘干到恒重的质量（材料烘干到恒重的质量（g）。）。好好的（2
12、）体积吸水率：材料吸收水分的体积占干）体积吸水率：材料吸收水分的体积占干燥自然体积的百分数，是材料体积内被水充实的燥自然体积的百分数，是材料体积内被水充实的程度。按下式计算：程度。按下式计算：%100w00干干湿水体mmmVVW（1-15）体W水V0V0w式中：式中：材料的体积吸水率（材料的体积吸水率（%）；）；材料在饱水时，水的体积（材料在饱水时，水的体积（cm3）；）；干燥材料在自然状态下的体积（干燥材料在自然状态下的体积（cm3）；）；材料在干燥状态下的表观密度（材料在干燥状态下的表观密度（g/cm3）；）；水的密度（水的密度（g/cm3）。）。好好的 4.耐水性耐水性 材料长期在饱和水
13、作用下不破坏，其强材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示。可按下式计算：性用软化系数表示。可按下式计算：干饱软ffK（1-17）软K饱f干f式中：式中：材料的软化系数；材料的软化系数；材料在饱水状态下的抗压强度（材料在饱水状态下的抗压强度（MPa）；）；材料在干燥状态下的抗压强度（材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。）。好好的 5.抗渗性抗渗性 （1）渗透系数）渗透系数 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（或不透水性），可用渗透系数表示。水性），可用渗透系
14、数表示。达西定律表明，在一定时间内，透过材料试件的达西定律表明，在一定时间内，透过材料试件的水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件水量与试件的断面积及水头差（液压）成正比，与试件的厚度成反比，即：的厚度成反比，即：AtHQdK（1-18）KQttAHd式中：式中：材料的渗透系数材料的渗透系数(cm/h)；渗水时间渗水时间 内的渗水总量（内的渗水总量（cm3）；）；透水时间（透水时间（h）；）；材料垂直于渗水方向的渗水面积（材料垂直于渗水方向的渗水面积（cm2）；）；材料两侧的水头高度（材料两侧的水头高度（cm）；）；材料试件的厚度（材料试件的厚度（cm）。）。好好的 （2）抗渗等级）
15、抗渗等级P 对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级（）表示。）表示。110HP（1-19）PH式中式中:抗渗等级；抗渗等级；试件开始渗水时的水压力（试件开始渗水时的水压力（MPa）。）。好好的 6.抗冻性抗冻性F材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化作用材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。通常采用的性质称为抗冻性。通常采用-15的温度（水在的温度（水在微小的毛细管中低于微小的毛细管中低于-15才能冻结）冻结后，再才能冻结）冻结后，再在在20的水中
16、融化，这样的过程为一次冻融循环。的水中融化，这样的过程为一次冻融循环。材料抗冻性的大小用抗冻等级符号材料抗冻性的大小用抗冻等级符号“”表示。表示。抗冻等级表示将材料吸水饱和后，按规定的方法抗冻等级表示将材料吸水饱和后，按规定的方法进行冻融循环试验，其质量损失不超过进行冻融循环试验，其质量损失不超过5%，强度，强度下降不超过下降不超过25%，所能经受的最大冻融循环次数，所能经受的最大冻融循环次数来确定。例如混凝土抗冻等级来确定。例如混凝土抗冻等级F20、F50、F100等。等。好好的1.2材料的力学性质材料的力学性质 1.2.1 材料受力状态材料受力状态 材料在受外力作用时，由于作用力的方向和作
17、用材料在受外力作用时，由于作用力的方向和作用线（点）的不同，表现为不同的受力状态。典型的受力线（点）的不同，表现为不同的受力状态。典型的受力情况如图情况如图1-4所示。所示。(a)(a)压力压力 (b)(b)拉力拉力 (c)(c)弯曲弯曲(折折)(d)(d)弯曲弯曲(折折)(e)(e)剪切剪切图图1-4 1-4 材料的受力状态材料的受力状态好好的 根据材料的受力状态，材料的强度可分为根据材料的受力状态，材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度和抗剪强抗压强度、抗拉强度、抗弯（折）强度和抗剪强度。度。1.材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度材料的抗拉强度、抗压强度、抗剪强度的计算式如下：
18、的计算式如下：AFf （1-24）fFA式中：式中：材料的抗压、抗拉、抗剪强度（材料的抗压、抗拉、抗剪强度（Mpa）；）；材料承受的最大荷载（材料承受的最大荷载（N）；）；材料的受力面积（材料的受力面积（mm2）。）。好好的2.材料的抗弯（折）强度与加荷方式有关，单材料的抗弯（折）强度与加荷方式有关，单点集中加荷点集中加荷如图如图1-4（c）所示）所示的计算公式如下：的计算公式如下：223bhFLfm（1-25）mfFLhb、式中：式中：材料的抗弯（折）强度（材料的抗弯（折）强度（MPa）；）；弯曲破坏时的最大荷载（弯曲破坏时的最大荷载（N）；）；两支点间的距离（两支点间的距离（mm）；）；试
19、件横截面的宽度和高度（试件横截面的宽度和高度（mm）。）。好好的表表1-4 几种常用材料的参考比强度值几种常用材料的参考比强度值材料（受力状态）材料（受力状态）强度（强度（MPa）表观密度（表观密度（/cm3）比强度比强度玻璃钢（抗弯）玻璃钢（抗弯）45020000.225低碳钢（抗拉）低碳钢（抗拉）42078500.054铝材（抗压）铝材（抗压）17027000.063铝合金（抗压）铝合金（抗压）45028000.160花岗岩（抗压）花岗岩（抗压）17525500.069石灰岩（抗压）石灰岩（抗压）14025000.056松木（顺纹抗拉）松木（顺纹抗拉）105000.200普通混凝土（抗压）
20、普通混凝土（抗压）4024000.017烧结普通砖（抗压）烧结普通砖（抗压）1017000.006好好的 1.2.3 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 1.材料的弹性材料的弹性 材料在外力作用下产生变形，当外力取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。这种当外力取消后瞬间内即可的性质称为弹性。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。这种变形属于可完全消失的变形称为弹性变形。这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比，称为弹性逆变形，其数值的大小与外力成正比，称为弹性模量。在弹性变形范
21、围内，弹性模量为常数，即：模量。在弹性变形范围内，弹性模量为常数，即：E（1-26）好好的EE式中：式中：材料的弹性模量（材料的弹性模量（MPa）；）；材料所受的应力（材料所受的应力（MPa）；）；材料在应力材料在应力材料在应力材料在应力作用下产生的应变，作用下产生的应变，无量纲。无量纲。弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，愈大，材料愈不易变形。愈大，材料愈不易变形。好好的 2.材料的塑性材料的塑性 在外力作用下材料产生变形，如果取消外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，并且不产生裂缝力，仍保持变形后的形状尺寸，并且不
22、产生裂缝的性质称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性的性质称为塑性。这种不能消失的变形称为塑性变形（或永久变形）。变形（或永久变形）。许多材料受力不大时，仅产生弹性变形，许多材料受力不大时，仅产生弹性变形，受力超过一定际度后，即产生塑性变形。如建筑受力超过一定际度后，即产生塑性变形。如建筑钢材，当外力值小于弹性极限时，仅产生弹性变钢材，当外力值小于弹性极限时，仅产生弹性变形；若外力大于弹性极限后，则除了弹性变形外，形；若外力大于弹性极限后，则除了弹性变形外，还产生塑性变形。有的材料在受力时弹性变形和还产生塑性变形。有的材料在受力时弹性变形和塑性变形同时产生，如果取消外力，则弹性变形塑性变形同时产
23、生，如果取消外力，则弹性变形可以消失，而其塑性变形则不能消失（如混凝可以消失，而其塑性变形则不能消失（如混凝土），这种变形为弹塑性变形。土），这种变形为弹塑性变形。好好的 1.2.4 材料的脆性与韧性材料的脆性与韧性 1.材料的脆性材料的脆性 当外力作用达到一定限度后，材料突然破坏当外力作用达到一定限度后，材料突然破坏且破坏时无明显的塑性变形的性质称为脆性。具有这且破坏时无明显的塑性变形的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，如混凝土、砖、石材、种性质的材料称为脆性材料，如混凝土、砖、石材、陶瓷、玻璃等。一般脆性材料的抗压强度很高，但抗陶瓷、玻璃等。一般脆性材料的抗压强度很高，但抗拉强
24、度低，抵抗冲击荷载和振动作用的能力差，不宜拉强度低，抵抗冲击荷载和振动作用的能力差，不宜用于承受冲击和振动的场合。用于承受冲击和振动的场合。2.材料的韧性材料的韧性 材料在冲击或振动荷载作用下，能产生较大材料在冲击或振动荷载作用下，能产生较大的变形而不致破坏的性质称为韧性。具有这种性质的的变形而不致破坏的性质称为韧性。具有这种性质的材料称为韧性材料，如钢材、木材、橡胶、沥青等。材料称为韧性材料，如钢材、木材、橡胶、沥青等。材料的韧性用冲击试验来检验，又称为冲击韧性，用材料的韧性用冲击试验来检验，又称为冲击韧性，用冲击韧性值即材料受冲击破坏时单位断面所吸收的能冲击韧性值即材料受冲击破坏时单位断面
25、所吸收的能量来衡量。冲击韧性值用量来衡量。冲击韧性值用“”表示，其计算式如下：表示，其计算式如下：k好好的AAkk（1-27）kkAA式中：式中：材料的冲击韧性值材料的冲击韧性值(J/mm2)；材料破坏时所吸收的能量材料破坏时所吸收的能量(J)；材料受力截面积材料受力截面积(mm2)。好好的1.3 材料的耐久性材料的耐久性 材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质称为耐蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质称为耐久性。久性。耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻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。磨性等也与材料的耐久性有密切关系。材料在使用过程中，除受到各种外力的作材料在使用过程中，除受到各种外力的作用外，还长期受到周围环境等各种自然因素的破用外，还长期受到周围环境等各种自然因素的破坏作用。这些破坏作用一般可分为物理作用、化坏作用。这些破坏作用一般可分为物理作用、化学作用、生物作用等。学作用、生物作用等。好好的好好的
