【2017年整理】土木工程材料的性质.ppt

1.2 材料的力学性质 1.2.1 强度、强度等级比强度 材料的强度：是指材料在外力作用下不破坏时能承受的最大应力。强度分为抗压强度(a)；抗拉强度(b)；抗弯强度(c)；抗剪强度(d)。 · 材料的抗拉、抗压、抗剪强度，可用下式计算：f=P/A 式中 f——抗拉(或抗压或抗剪)强度，MPa；P——材料破坏时的最大荷载，N； A —— 受力面面积，mm2 ;材料所受外力示意图;ff——抗弯(折)强度，MPa； P——试件破坏时的最大荷载，N； L——二支点之间距离，mm； b、h——试件截面的宽度和高度，mm。 另一种是在试件二支点的三分点处作用两个相等的集中荷载，计算公式如下： ff=PL/bh2 ;;;2.材料的强度等级 3.材料的比强度;1.2.2 材料的弹性与塑性 1.弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种可恢复的变形称弹性变形(如图)。 2.塑性：若去除外力，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质，称为塑性，此种不可恢复的变形称为塑性变形(如图;材料的弹性、塑性变形曲线;材料在弹性范围内，其应力与应变之间的关系符合如下的虎克定律： σ＝E ε 式中 σ——应力，MPa； ε ——应变 E——弹性模量，MPa。 弹性模量是材料刚度的度量，反映了材料抵抗变形的能力，是结构设计中的主要参数之一。;;荷载; 土木工程中有不少材料称为弹塑性材料，它们在受力时，弹性变形和塑性变形会同时发生，外力去除后，弹性变形恢复，塑性变形保留(见图)。 ;1.2.3脆性和韧性 脆性：材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质，称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料，它的变形曲线如图1．7所示。 ;韧性或冲击韧性：材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质，称为韧性或冲击韧性。 它可用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示，由下式计算： ak=Ak/A 式中 aK——材料的冲击韧性，J／mm2； AK——试件破坏时所消耗的功，J； A——试件受力净截面积，mm2。 ;1．3．4 硬度和耐磨性 硬度是材料抵抗较硬物质刻划或压入的能??。常用刻划法和压入法。 刻划法：常用于测定天然矿物的硬度，即按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石的硬度递增顺序分为10级，通过它们对材料的划痕来确定所测材料的硬度，称为莫氏硬度;压入法：是以一定的压力将一定规格的钢球或金刚石制成的尖端压入试样表面，根据压痕的面积或深度来测定其硬度。常用的压入法有布氏法、洛氏法和维氏法，相应的硬度称为布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力，用耐磨率表示，可按下式计算： M=(mo-m1)/A;式中 M——耐磨率，g／cm’ m0——磨前重量，g； m1——磨后重量，g； A ——试样受磨面积，cm2。 1．4 材料与水有关的性质;1．4．1 材料的亲水性与憎水性 当固体材料与水接触时，由于水分与材料表面之间的相互作用不同，会产生如图1．8(a)和(b)所示的两种情况。图中在材料、水和空气的三相交叉点处沿水滴表面作切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角。一般认为，当θ ≤90o时，材料能被水润湿而表现出亲水性，这种材料称为亲水性材料；当θ 90o时， ;材料润湿示意图;憎水性材料：材料不能被水润湿而表现出憎水性，这种材料称为憎水性材料。 润湿边角越小，材料亲水性越强，越易被水润湿，当θ ＝0时，表示该材料完全被水润湿。 大多数土木工程材料，如砖、木、混凝土等均属于亲水性材料；沥青、石蜡等则属于憎水性材料。;1．4．2 材料的含水状态 亲水性材料的含水状态可分为四种基本状态，如图1．9所示： 干燥状态——材料的孔隙中不含水或含水极微； 气干状态——材料的孔隙中所含水与大气湿度相平衡； 饱和面干状态——材料表面干燥，而孔隙中充满水达到饱和； 湿润状态——材料不仅孔隙中含水饱和，而且表面上为水润湿附有一层水膜。;材料的含水状态; 1．4．3 材料的吸湿性和吸水性 (1)吸湿性 亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性。反之，在干燥空气中会放出所含水分，为还湿性。 材料的吸湿性用含水率表示，按下式计算： Wh=(ms-mg)/mg Wh--材料含水率，％； ms--材料吸湿状态下的重量，g；; mg--材料干燥状态下的重量，g。 材料的含水率随环境的温度和湿度变化发生相应的变化，材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时的含水