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1、第2章 土木工程材料的基本性质第1页，本讲稿共39页本章内容2.1 2.1 材料的组成与结构材料的组成与结构 2.2 2.2 材料的物理性质材料的物理性质2.3 2.3 材料的力学性质材料的力学性质2.4 2.4 材料的耐久性材料的耐久性第2页，本讲稿共39页2.1 2.1 材料的组成与结构材料的组成与结构2.1.1 2.1.1 材料的组成材料的组成 1.1.化学组成化学组成 化学组成是指材料的化学成分，是构成材料的化学元化学组成是指材料的化学成分，是构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。素及化合物的种类及数量。2.2.矿物组成矿物组成 矿物是指由地质作用所形成的天然单质或化合物。矿物是指由
2、地质作用所形成的天然单质或化合物。矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。许多无矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。许多无机非金属材料是由各种矿物组成的。机非金属材料是由各种矿物组成的。第3页，本讲稿共39页2.1.2 2.1.2 材料的结构材料的结构 1.1.宏观结构（构造）宏观结构（构造）是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况，其尺是指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状况，其尺度范围在毫米级以上。度范围在毫米级以上。2.2.亚微观结构亚微观结构 是指用光学显微镜和一般扫描透射电子显微镜所是指用光学显微镜和一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构，是介于宏观和微观之间的结构。能观察到的结
3、构，是介于宏观和微观之间的结构。3.3.微观结构微观结构 是指材料物质分子或原子层次的结构，需要用电子显微是指材料物质分子或原子层次的结构，需要用电子显微镜或镜或X X射线衍射仪来分析和研究的结构特征。射线衍射仪来分析和研究的结构特征。第4页，本讲稿共39页2.2 2.2 材料的物理性质材料的物理性质2.2.1 2.2.1 材料的基本物性参数材料的基本物性参数 1.1.材料的孔隙构造材料的孔隙构造 材料内部的孔隙构造包括孔隙尺寸的大小以及开口孔和闭口材料内部的孔隙构造包括孔隙尺寸的大小以及开口孔和闭口孔等内容。与外界相通的孔叫开口孔；与外界不连通、外界介孔等内容。与外界相通的孔叫开口孔；与外界
4、不连通、外界介质进不去的孔叫闭口孔。材料的孔隙构造见图质进不去的孔叫闭口孔。材料的孔隙构造见图2.12.1。图图2.1 材料内部的孔隙构造示意图材料内部的孔隙构造示意图G固体物质(体积V)；B闭口孔隙（体积VB）；K开口孔隙（体积VK）；P颗粒间空隙（体积Vp）。第5页，本讲稿共39页（1 1）密度）密度 密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。计密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。计算公式如下：算公式如下：式中：式中：材料的密度，材料的密度，g/cmg/cm m m材料的质量，材料的质量，g g v v材料的绝对密实体积，材料的绝对密实体积，cmcm 将岩石粉碎磨细，干燥后用
5、李氏瓶测定体积，材料磨将岩石粉碎磨细，干燥后用李氏瓶测定体积，材料磨得越细越好，测得的体积越接近真实体积。得越细越好，测得的体积越接近真实体积。2.2.材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度第6页，本讲稿共39页 （2 2）表观密度）表观密度 表观密度是指材料在包含内部闭口孔的条件下单位体表观密度是指材料在包含内部闭口孔的条件下单位体积的质量。计算公式如下：积的质量。计算公式如下：式中：式中：材料的表观密度，材料的表观密度，g/cmg/cm m m 材料的质量，材料的质量，g g v v只包括材料自身及闭口孔在内的体积，只包括材料自身及闭口孔在内的体积
6、，cmcm 对于砂石材料，由于其内部孔隙率很小，直接用排水法对于砂石材料，由于其内部孔隙率很小，直接用排水法测定其密度，由于此方法忽略了材料内部的孔隙体积，故测定其密度，由于此方法忽略了材料内部的孔隙体积，故又将此方法测得的密度称为表观密度，也叫视密度或视比又将此方法测得的密度称为表观密度，也叫视密度或视比重。重。第7页，本讲稿共39页 （3 3）体积密度）体积密度 体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。计算公式体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。计算公式如下：如下：式中：式中：0 0材料的体积密度材料的体积密度 ，g/cmg/cm mm材料的质量，材料的质量，g g v v0
7、0材料在自然状态下的体积，即：包括材料自身及材料在自然状态下的体积，即：包括材料自身及 闭口孔和开口孔隙的总体积，闭口孔和开口孔隙的总体积，cmcm 对于具有规则几何外形的材料，可以直接量取其外形尺对于具有规则几何外形的材料，可以直接量取其外形尺寸，利用公式计算即可；对于外观形状不规则的材料，应寸，利用公式计算即可；对于外观形状不规则的材料，应事先用石蜡将材料表面密封后，采用排液法测定。事先用石蜡将材料表面密封后，采用排液法测定。第8页，本讲稿共39页 （4）堆积密度）堆积密度 堆积密度是指散粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。堆积密度是指散粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。计算公式如下：计
8、算公式如下：式中：式中：0 0材料的材料的堆积堆积密度密度 ，g/cmg/cm mm材料的质量，材料的质量，g g v v0 0散粒状材料的堆积体积，即：包括材料自身及闭散粒状材料的堆积体积，即：包括材料自身及闭 口孔和开口孔以及颗粒之间空隙的总体积口孔和开口孔以及颗粒之间空隙的总体积，cmcm 将干燥的散粒材料试样装入规定尺寸的容器来测定将干燥的散粒材料试样装入规定尺寸的容器来测定的。的。第9页，本讲稿共39页2.2.2 2.2.2 材料的基本结构参数材料的基本结构参数1.1.材料的密实度与孔隙率材料的密实度与孔隙率 （1 1）密实度）密实度 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即：
9、固密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即：固体物质的体积占总体积的百分率。计算公式如下：体物质的体积占总体积的百分率。计算公式如下：密实度反映材料的密实程度，含有孔隙的材料，密实密实度反映材料的密实程度，含有孔隙的材料，密实度均小于度均小于1 1。第10页，本讲稿共39页（2）孔隙率）孔隙率 孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。计算公式如下：率。计算公式如下：孔隙率与密实度的关系：孔隙率与密实度的关系：P+D=1孔隙率从另一侧面反映了材料的致密程度。孔隙率越孔隙率从另一侧面反映了材料的致密程度。孔隙率越大，则密实度越小。孔隙率的大
10、小与孔隙构造对材料大，则密实度越小。孔隙率的大小与孔隙构造对材料的许多性能有影响。的许多性能有影响。第11页，本讲稿共39页2.2.材料的填充率与空隙率材料的填充率与空隙率（1 1）填充率）填充率 填充率是指松散颗粒材料在容器中堆积，颗粒的填充程填充率是指松散颗粒材料在容器中堆积，颗粒的填充程度，即颗粒体积占容器容积的百分率。计算公式如下：度，即颗粒体积占容器容积的百分率。计算公式如下：第12页，本讲稿共39页（2 2）空隙率）空隙率 空隙率是指松散颗粒材料在堆积状态下，颗粒间的空隙率是指松散颗粒材料在堆积状态下，颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。计算公式如下：空隙体积占堆积体积的百分率。计
11、算公式如下：空隙率与填充率的关系：空隙率与填充率的关系：P P+D+D=1=1空隙率的大小反映了散粒材料颗粒间相互填充的致密程度。空隙率的大小反映了散粒材料颗粒间相互填充的致密程度。在允许的条件下减小空隙率，可以改善混凝土骨料的级配，在允许的条件下减小空隙率，可以改善混凝土骨料的级配，有利于节约胶凝材料。有利于节约胶凝材料。第13页，本讲稿共39页2.2.3 2.2.3 材料与水有关的性质材料与水有关的性质 1.1.材料的亲水性与憎水性材料的亲水性与憎水性 根据材料与水接触时，能否被水润湿的情况分为亲水性根据材料与水接触时，能否被水润湿的情况分为亲水性与憎水性。与憎水性。材料被水润湿的情况可用
12、润湿边角来区分。如图材料被水润湿的情况可用润湿边角来区分。如图2.22.2所示。所示。（a a）亲水性材料）亲水性材料 (b)(b)憎水性材料憎水性材料 图2.2 材料润湿边角第14页，本讲稿共39页 当材料与水接触时，在材料、水和空气的三相交点处，沿当材料与水接触时，在材料、水和空气的三相交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所形成的夹角水表面的切线与水和固体接触面所形成的夹角称为润称为润湿边角。湿边角。越小，说明浸润性越好。越小，说明浸润性越好。当当9090时，材料易于被水润湿，为亲水性材料，此时材时，材料易于被水润湿，为亲水性材料，此时材料分子与水分子之间的亲和力大于水分子之间的内聚力；
13、相料分子与水分子之间的亲和力大于水分子之间的内聚力；相反，当反，当9090时，材料不易被水润湿，为憎水性材时，材料不易被水润湿，为憎水性材料，此时材料分子与水分子之间的亲和力小于水分子料，此时材料分子与水分子之间的亲和力小于水分子之间的内聚力。之间的内聚力。大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等大多数建筑材料，如石材、砖瓦、陶器、混凝土、木材等都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于都属于亲水性材料，而沥青、石蜡和某些高分子材料属于憎水性材料。憎水性材料。第15页，本讲稿共39页2.2.材料的吸水性与吸湿性材料的吸水性与吸湿性（1 1）吸水性）吸水性 吸水性是指材料在浸水
14、状态下，吸收水分的性能。吸吸水性是指材料在浸水状态下，吸收水分的性能。吸水性用吸水率来表示，有质量吸水率和体积吸水率两种水性用吸水率来表示，有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。表示方法。质量吸水率质量吸水率:是指材料吸水饱和时，吸入水的质量占材料干是指材料吸水饱和时，吸入水的质量占材料干燥质量的百分率。计算公式如下：燥质量的百分率。计算公式如下：式中：式中：W Wm m材料的质量吸水率，材料的质量吸水率，%；m m2 2材料在吸水饱和状态下的质量，材料在吸水饱和状态下的质量，g g；m m1 1材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g g。第16页，本讲稿共39页体体积积吸吸水水率
15、率:是是指指材材料料吸吸水水饱饱和和时时，吸吸入入水水的的体体积积占占材材料料在在自自然然状状态态下下体体积积的的百百分分率率。计计算公式如下：算公式如下：式中：式中：W Wv v材料的质量吸水率，材料的质量吸水率，%；m m2 2材料在吸水饱和状态下的质量，材料在吸水饱和状态下的质量，g g；m m1 1材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g g；v v0 0材料在自然状态下的体积，材料在自然状态下的体积，cmcm第17页，本讲稿共39页（2 2）吸湿性）吸湿性 吸湿性是指材料在潮湿的空气中吸收水分的性能。吸湿吸湿性是指材料在潮湿的空气中吸收水分的性能。吸湿性用含水率来表示。性用
16、含水率来表示。含水率是指材料在潮湿的空气中所吸入的水分质量含水率是指材料在潮湿的空气中所吸入的水分质量占材料干燥质量的百分率。计算公式如下占材料干燥质量的百分率。计算公式如下：式中：式中：W Wh h材料的含水率，材料的含水率，%；m m3 3材料含水时的质量，材料含水时的质量，g g；m m1 1材料在干燥状态下的质量，材料在干燥状态下的质量，g g。第18页，本讲稿共39页 3.3.材料的耐水性材料的耐水性 耐水性是指材料抵抗水破坏的能力。水对于材料性耐水性是指材料抵抗水破坏的能力。水对于材料性能的破坏可以体现在不同方面。但最多的是指对材料能的破坏可以体现在不同方面。但最多的是指对材料力学
17、性能的破坏作用。力学性能的破坏作用。耐水性用软化系数来表示。计算公式如下：耐水性用软化系数来表示。计算公式如下：式中：式中：K Kf f材料的软化系数；材料的软化系数；f f1 1材料在吸水饱和状态下的抗压强度，材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPaMPa；f f0 0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,MPa。软化系数越大，则耐水性越强。通常认为软化系数大软化系数越大，则耐水性越强。通常认为软化系数大于于0.850.85的材料是耐水的材料。的材料是耐水的材料。第19页，本讲稿共39页 4.4.材料的抗渗性材料的抗渗性 抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性能。抗渗性用渗透
18、抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性能。抗渗性用渗透系数来表示。计算公式如下：系数来表示。计算公式如下：式中：式中：KK渗透系数；渗透系数；Q Q透水量，透水量，mlml；d d材料试件的厚度，材料试件的厚度，cmcm；A A试件的透水面积，试件的透水面积，cmcm2 2；t t透水时间，透水时间，s s；H H静水压力水头，静水压力水头，cm cm。渗透系数越小，说明材料的抗渗性越好。渗透系数越小，说明材料的抗渗性越好。对于混凝土和砂浆，其抗渗性常用抗渗等级来表示。对于混凝土和砂浆，其抗渗性常用抗渗等级来表示。第20页，本讲稿共39页 5.5.材料的抗冻性材料的抗冻性 抗冻性是指材料在饱和水作用
19、下，经受多次冻融循环抗冻性是指材料在饱和水作用下，经受多次冻融循环而不破坏、强度也不严重降低的性能。而不破坏、强度也不严重降低的性能。材料发生冻融破坏的原因是由于当温度达到冰点时，材材料发生冻融破坏的原因是由于当温度达到冰点时，材料内部的水分结冰引起体积膨胀，对孔壁造成较强的冻胀料内部的水分结冰引起体积膨胀，对孔壁造成较强的冻胀压力，致使孔壁破裂，当发生多次冻融循环后，会使得这压力，致使孔壁破裂，当发生多次冻融循环后，会使得这种破坏作用加剧，表现为由表及里的开裂，起皮，甚至脱种破坏作用加剧，表现为由表及里的开裂，起皮，甚至脱落，降低材料使用寿命。落，降低材料使用寿命。材料的抗冻性用抗冻等级材料
20、的抗冻性用抗冻等级FnFn表示。表示。n n表示材料试件经表示材料试件经n n次冻融循环试验后，强度降低和质量损失分别不超过规次冻融循环试验后，强度降低和质量损失分别不超过规定的数值定的数值 。n n的数值越大，说明抗冻性愈好。的数值越大，说明抗冻性愈好。第21页，本讲稿共39页2.2.4 2.2.4 材料的热工性质材料的热工性质 1.1.材料的导热性材料的导热性 材料传导热量的能力称为导热性。导热性用导热系数来表示，材料传导热量的能力称为导热性。导热性用导热系数来表示，公式如下：公式如下：式中：式中：材料的导热系数材料的导热系数(W/(mK)(W/(mK)。QQ传导的热量传导的热量(J)(J
21、)。dd材料的厚度材料的厚度(m)(m)。AA材料传热的面积材料传热的面积(m2)(m2)。zz传热时间传热时间(s)(s)。T T2 2-T-T1 1材料两侧的温度差材料两侧的温度差(K)(K)。材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。工材料的导热系数越小，其热传导能力越差，绝热性能越好。工程上把程上把0.175W/(mK)0.175W/(mK)的材料称为绝热材料。的材料称为绝热材料。第22页，本讲稿共39页 2.2.材料的热容量与比热容材料的热容量与比热容 热容量是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质。热容量是指材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质。热容量大小用比热容
22、（或称热容系数或比热）热容量大小用比热容（或称热容系数或比热）C C表示，用下表示，用下式计算：式计算：式中：式中：CC材料的比热容，材料的比热容，J/(gKJ/(gK)。Q Q材料吸收或放出的热量材料吸收或放出的热量(J)(J)。m m材料的质量材料的质量(g)(g)。T T2 2-T-T1 1材料受热或冷却前后的温差材料受热或冷却前后的温差(K)(K)。比热容与材料质量的积，称为材料的热容量值，即材比热容与材料质量的积，称为材料的热容量值，即材料温度上升料温度上升1K1K须吸收的热量或温度降低须吸收的热量或温度降低1K1K所放出的热量。所放出的热量。第23页，本讲稿共39页3.3.温度变形
23、温度变形 温度变形是指材料在温度变化时，引起相应的外观尺寸的温度变形是指材料在温度变化时，引起相应的外观尺寸的变化。即材料的热胀冷缩性能。这一性能常用长度方向的变化。即材料的热胀冷缩性能。这一性能常用长度方向的线膨胀系数来表示，其计算公式如下：线膨胀系数来表示，其计算公式如下：式中：式中：线膨胀系数线膨胀系数(1/K)(1/K)。LL材料的变形量材料的变形量(mm)(mm)。t t2 2tt1 1材料在升、降温前后的温度差材料在升、降温前后的温度差(K)(K)。LL材料原来的长度材料原来的长度(mm)(mm)。材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木工程结构材料的线膨胀系数一般都较小，但由于土木
24、工程结构的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其的尺寸较大，温度变形引起的结构体积变化仍是关系其安全与稳定的重要因素。安全与稳定的重要因素。第24页，本讲稿共39页 5.5.耐火性耐火性 耐火性是指材料长期在高温作用下，保持其结构和工作性耐火性是指材料长期在高温作用下，保持其结构和工作性能基本稳定而不破坏的性能，用耐火度表示。根据耐火度能基本稳定而不破坏的性能，用耐火度表示。根据耐火度不同，可将材料分为三大类。不同，可将材料分为三大类。（1 1）耐火材料：耐火度不低于）耐火材料：耐火度不低于15801580，如各类耐火砖；，如各类耐火砖；（2 2）难熔材料：耐火度为）难熔材料：耐火度为
25、1350135015801580，如耐火混凝，如耐火混凝土；土；（3 3）易熔材料：耐火度低于）易熔材料：耐火度低于13501350，如普通粘土砖、，如普通粘土砖、玻璃等。玻璃等。耐火材料用于高温环境的工程或安装热工设备的工程。耐火材料用于高温环境的工程或安装热工设备的工程。第25页，本讲稿共39页 6.6.耐燃性耐燃性 耐燃性是指材料能经受火焰和高温作用而不破坏，耐燃性是指材料能经受火焰和高温作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。根据耐燃性不同，可分强度也不显著降低的性能。根据耐燃性不同，可分为三类。为三类。（1 1）不燃材料：是指遇火和高温时不起火、不燃烧、不碳）不燃材料：是指遇火和高温时
26、不起火、不燃烧、不碳化的材料。如：天然石材、陶瓷制品、混凝土和玻璃等无化的材料。如：天然石材、陶瓷制品、混凝土和玻璃等无机非金属材料和金属材料等。机非金属材料和金属材料等。（2 2）难燃材料：是指遇火和高温时难起火、难燃烧、）难燃材料：是指遇火和高温时难起火、难燃烧、难碳化，只有在火源持续存在时才能持续燃烧，火难碳化，只有在火源持续存在时才能持续燃烧，火源撤出燃烧即停止的材料，如：沥青混凝土、经过源撤出燃烧即停止的材料，如：沥青混凝土、经过防火处理的木材等。防火处理的木材等。（3 3）易燃材料：是指遇火和高温时易于起火、燃烧，火）易燃材料：是指遇火和高温时易于起火、燃烧，火源撤出后燃烧仍能持续
27、进行的材料，如：沥青、木材等。源撤出后燃烧仍能持续进行的材料，如：沥青、木材等。第26页，本讲稿共39页2.3 2.3 材料的力学性质材料的力学性质 2.3.1 2.3.1 材料的强度与比强度材料的强度与比强度 1.1.强度强度 强度是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏强度是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏的能力。的能力。材料在外力作用下，其内部会产生应力，随着外材料在外力作用下，其内部会产生应力，随着外力增加，应力不断加大，直至材料质点之间结合力力增加，应力不断加大，直至材料质点之间结合力不足以抵抗外力的作用时，材料即被破坏。材料破不足以抵抗外力的作用时，材料即被破坏。材料破坏时的最大
28、应力称为极限强度。坏时的最大应力称为极限强度。第27页，本讲稿共39页 根据外力作用的方式不同，材料的强度可分为抗压根据外力作用的方式不同，材料的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、和抗剪强度。各种强度强度、抗拉强度、抗弯强度、和抗剪强度。各种强度如图如图2.32.3所示所示 （a a）抗压）抗压 （b b）抗拉）抗拉 （c c）抗剪）抗剪 （d d）抗弯）抗弯图2.3 材料受力示意图第28页，本讲稿共39页材料的强度通过静力实验来测定。材料的抗压强材料的强度通过静力实验来测定。材料的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度用如下公式来计算：度、抗拉强度和抗剪强度用如下公式来计算：式中：式中：ff材料
29、的抗压、抗拉、抗剪强度，材料的抗压、抗拉、抗剪强度，MPaMPa P P材料承受的最大荷载，材料承受的最大荷载，A A材料的受力面积，材料的受力面积，mm2mm2第29页，本讲稿共39页 当在矩形截面梁中点处作用一集中荷载时，用如下当在矩形截面梁中点处作用一集中荷载时，用如下公式来计算：公式来计算：当在梁两支点的三等分点上作用两个等值集中荷载时，用当在梁两支点的三等分点上作用两个等值集中荷载时，用如下公式来计算：如下公式来计算：式中：式中：ff材料的抗弯材料的抗弯(折折)强度，强度，MPaMPa P P材料承受的最大荷载，材料承受的最大荷载，L L两支点之间的距离，两支点之间的距离，mmmm
30、b b材料受力截面的宽度，材料受力截面的宽度，mmmm h h材料受力截面的高度，材料受力截面的高度，mmmm第30页，本讲稿共39页 2.2.比强度比强度 比强度是指材料的强度与其体积密度的比值。比强度是指材料的强度与其体积密度的比值。比强度反映了材料轻质高强的性能。如玻璃钢的比比强度反映了材料轻质高强的性能。如玻璃钢的比强度是合金钢的强度是合金钢的2 23 3倍，是典型轻质高强材料。比强度倍，是典型轻质高强材料。比强度值越大，材料轻质高强的性能越好。不同材料的比强值越大，材料轻质高强的性能越好。不同材料的比强度值见表度值见表2-32-3。表2-3 各种材料的比强度 材料材料项目项目纤维缠绕
31、玻璃钢纤维缠绕玻璃钢钢钢铸铁铸铁PVCPVC体积密度（体积密度（g/cmg/cm3 3）1.8-2.11.8-2.17.847.847.847.841.41.4抗拉强度（抗拉强度（MPaMPa）160-320160-32038038018718750-6050-60比强度比强度100-168100-16848.548.525.525.536.836.8第31页，本讲稿共39页2.3.2 2.3.2 材料的弹性与塑性材料的弹性与塑性 1.1.弹性弹性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来的形状和尺寸的性质，称为弹性。这种可全恢复原来的
32、形状和尺寸的性质，称为弹性。这种可以恢复的变形称为弹性变形，弹性变形属于可逆变形。以恢复的变形称为弹性变形，弹性变形属于可逆变形。弹性变形的大小与外力的大小成正比，其应力与应弹性变形的大小与外力的大小成正比，其应力与应变的比值称为弹性模量。弹性模量反映了材料抵抗变变的比值称为弹性模量。弹性模量反映了材料抵抗变形的能力，弹性模量数值越大，在外力作用下材料所形的能力，弹性模量数值越大，在外力作用下材料所产生的变形越小，说明材料的刚度也越大。产生的变形越小，说明材料的刚度也越大。第32页，本讲稿共39页 2.2.塑性塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，仍保材料在外力作用下产生变形，当外力去
33、除后，仍保持变形后形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为持变形后形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。这种不可恢复的变形称为塑性变形，由于塑性塑性。这种不可恢复的变形称为塑性变形，由于塑性变形永久地保留下来，故又称为永久变形。变形永久地保留下来，故又称为永久变形。不同材料在外力作用下，表现出不同变形特点，但是，不同材料在外力作用下，表现出不同变形特点，但是，完全的弹性材料或塑性材料是不存在的，多数材料在受完全的弹性材料或塑性材料是不存在的，多数材料在受力时，既有弹性变形，又有塑性变形。力时，既有弹性变形，又有塑性变形。第33页，本讲稿共39页2.3.3 2.3.3 材料的脆性与韧性材料的
34、脆性与韧性 1.1.脆性脆性 脆性是指材料受力达到一定限度后，不发生明显的塑脆性是指材料受力达到一定限度后，不发生明显的塑性变形而突然破坏的性质。具有此性质的材料称为脆性性变形而突然破坏的性质。具有此性质的材料称为脆性材料。如：天然石材、陶瓷制品、玻璃、混凝土、砖等。材料。如：天然石材、陶瓷制品、玻璃、混凝土、砖等。脆性材料往往具有较高的抗压强度，而其抗拉强度脆性材料往往具有较高的抗压强度，而其抗拉强度则较低，抗冲击和抗振动的能力也较差，所以，工程则较低，抗冲击和抗振动的能力也较差，所以，工程上常用它来做为受压构件使用，但不宜用于承受冲击上常用它来做为受压构件使用，但不宜用于承受冲击和振动荷载
35、的作用。和振动荷载的作用。第34页，本讲稿共39页 2.2.韧性韧性 材料在冲击和振动荷载作用下，能吸收较大的能量产生一材料在冲击和振动荷载作用下，能吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性。具有此性质的材料称定的变形而不破坏的性质称为韧性。具有此性质的材料称为韧性材料。如：建筑钢材、木材和塑料制品等。为韧性材料。如：建筑钢材、木材和塑料制品等。韧性材料在破坏前会产生明显的变形，这种变形是由韧性材料在破坏前会产生明显的变形，这种变形是由于外力做功所致，即外力做的功转化为材料的变形能被于外力做功所致，即外力做的功转化为材料的变形能被材料所吸收，而不致引起突然破坏。用于承受动力荷载材料所
36、吸收，而不致引起突然破坏。用于承受动力荷载的结构，如桥梁、公路和铁路以及工厂的吊车梁等工程的结构，如桥梁、公路和铁路以及工厂的吊车梁等工程所用材料，应具有良好的韧性。所用材料，应具有良好的韧性。第35页，本讲稿共39页2.3.4 2.3.4 材料的硬度和耐磨性材料的硬度和耐磨性 1.1.硬度硬度 硬度是指材料表面抵抗外来机械作用力（如刻画、压硬度是指材料表面抵抗外来机械作用力（如刻画、压入、研磨等）侵入的能力。测定硬度的方法常用刻划法入、研磨等）侵入的能力。测定硬度的方法常用刻划法和压入法。天然矿物的硬度测定常用刻划法，用莫氏硬和压入法。天然矿物的硬度测定常用刻划法，用莫氏硬度来表示。莫氏硬度
37、分为度来表示。莫氏硬度分为1010级，见表级，见表2-42-4。表2-4 不同矿物的莫氏硬度等级 标准矿标准矿物物滑石滑石石膏石膏方解方解石石萤石萤石磷灰磷灰石石正长正长石石石英石英黄玉黄玉刚玉刚玉金刚金刚石石硬度等硬度等级级1 12 23 34 45 56 67 78 89 91010第36页，本讲稿共39页 2.2.耐磨性耐磨性 耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率来表示，其计算公式如下：来表示，其计算公式如下：式中：式中：MM材料的磨损率（材料的磨损率（g/cm2g/cm2）；）；m m1 1材料磨损前的质量（材料磨损前的质量（g g）
38、；）；m m2 2材料磨损后的质量（材料磨损后的质量（g g）；）；A A材料受磨损的面积（材料受磨损的面积（cm2cm2）。）。材料的硬度越高，耐磨性也越好。用于路面、地面等经常材料的硬度越高，耐磨性也越好。用于路面、地面等经常受磨损部位的材料，应选用耐磨性好的材料。受磨损部位的材料，应选用耐磨性好的材料。第37页，本讲稿共39页2.4 2.4 材料的耐久性材料的耐久性 耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗环境中耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗环境中各种不利因素的破坏作用，保持原有性能不变质、各种不利因素的破坏作用，保持原有性能不变质、不破坏的能力。不破坏的能力。环境对材料的破坏作用，可
39、分为物理作用、化学作用、环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用、机械作用和生物作用。机械作用和生物作用。第38页，本讲稿共39页(1)(1)物理作用：主要有温度变化、冻融循环、干湿交替等作物理作用：主要有温度变化、冻融循环、干湿交替等作用，这些作用将使材料发生体积胀缩或导致内部裂缝的用，这些作用将使材料发生体积胀缩或导致内部裂缝的扩展，久而久之，会使材料逐渐破坏。扩展，久而久之，会使材料逐渐破坏。(2)(2)化学作用：包括紫外线的照射、化学物质对材料的溶化学作用：包括紫外线的照射、化学物质对材料的溶解、溶出、氧化等作用，这些作用会使材料逐渐变质而解、溶出、氧化等作用，这些作用会使材料逐渐变质而破坏。破坏。(3)(3)机械作用：包括交变荷载、持续荷载作用以及撞击机械作用：包括交变荷载、持续荷载作用以及撞击引起材料疲劳、冲击、磨损、空（气）蚀、磨耗等。引起材料疲劳、冲击、磨损、空（气）蚀、磨耗等。(4)(4)生物作用：包括昆虫、菌类对材料的侵害作用。如：木材生物作用：包括昆虫、菌类对材料的侵害作用。如：木材常因腐朽而破坏。常因腐朽而破坏。第39页，本讲稿共39页