第1章

土木工程材料的基本性質

返回總目錄材料的基本物理性質材料的力學性質材料的耐久性材料的組成、結構、構造與性質思考題本章內容材料的基本物理性質一、材料的體積組成

大多數土木工程材料的內部都含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特征對材料的性能均產生影響，掌握含孔材料的體積組成是正確理解和掌握材料物理性質的起點。孔隙特征指孔尺寸大小、孔與外界是否連通兩個內容。孔隙與外界相連通的叫開口孔，與外界不相連通的叫閉口孔。含孔材料的體積組成如圖1.1所示。圖1.1含孔材料體積組成示意圖1.固體物質；2.閉孔；3.開孔材料的基本物理性質從圖1.1可知，含孔材料的體積包括以下三種。(1)材料絕對密實體積。用V表示，是指不包括材料內部孔隙的固體物質本身的體積。(2)材料的孔體積。用VP表示，指材料所含孔隙的體積，分為開口孔體積(記為VK)和閉口孔體積(記為VB)。(3)材料在自然狀態下的體積。用V0表示，是指材料的實體積與材料所含全部孔隙體積之和。上述幾種體積存在以下的關系：V0=V+VP(1.1)

其中 VP=VK+VB (1.2)散粒狀材料的體積組成如圖1.2所示。其中V0′表示材料堆積體積，是指在堆積狀態下的材料顆粒體積和顆粒之間的間隙體積之和，Vj表示顆粒與顆粒之間的間隙體積。散粒狀材料體積關系如下：V0′=V0+Vj=V+VP+Vj (1.3)圖1.2散粒材料堆積體積組成示意圖1.顆粒的固體物質；2.顆粒的閉口孔隙；3.顆粒的開口孔隙；4.顆粒間的間隙材料的基本物理性質二、材料的密度、表觀密度和堆積密度1.密度

材料在絕對密實狀態下單位體積的質量，稱為材料的密度(俗稱比重)。其計算式如下： (1.4) 式中——材料的密度(g/cm3)。m——材料的質量(干燥至恒重)(g)。V——材料的絕對密實體積(cm3)。密度的單位在SI制中為kg/m3，我國建設工程中一般用g/cm3，偶爾用kg/L，忽略不寫時，隱含的單位為g/cm3，如水的密度為1。多孔材料的密度測定，關鍵是測出絕對密實體積。在常用的土木工程材料中，除鋼、玻璃、瀝青等可近似認為不含孔隙外，絕大多數含有孔隙。測定含孔材料絕對密實體積的簡單方法是將該材料磨成細粉，干燥后用排液法(李氏瓶，見15.1.1)測得的粉末體積即為絕對密實體積。由于磨得越細，內部孔隙消除得越完全，測得的體積也就越精確，因此，一般要求細粉的粒徑至少小于0.2mm。對于砂石，因其孔隙率很小，VV0，常不經磨細，直接用排水法測定其密度。對于本身不絕對密實，而用排液法測得的密度叫視密度或叫視比重。材料的基本物理性質材料的基本物理性質2.表觀密度材料在自然狀態下單位體積的質量，稱為材料的表觀密度(原稱容重)。其計算式如下： (1.5) 式中——材料的表觀密度(kg/m3)。

m——材料的質量(kg)。

V0

——材料在自然狀態下的體積(m3)。測定材料在自然狀態下的體積的方法較簡單，若材料外觀形狀規則，可直接度量外形尺寸，按幾何公式計算；若外觀形狀不規則，可用排液法測得，為了防止液體由孔隙滲入材料內部而影響測定值，應在材料表面涂蠟。對于砂石，由于孔隙率很小，常把視密度叫作表觀密度(見15.3.3)，如果要測定砂石真正意義上的表觀密度，應蠟封開口孔后用排水法測定。當材料含水時，重量增大，體積也會發生變化，所以測定表觀密度時須同時測定其含水率，注明含水狀態。材料的含水狀態有風干(氣干)、烘干、飽和面干和濕潤四種。一般為氣干狀態，烘干狀態下的表觀密度叫干表觀密度。材料的基本物理性質3.堆積密度

散粒材料在堆積狀態下單位堆積體積的質量，稱為材料的堆積密度(原稱松散容重)。其計算式如下： (1.6)

式中——散粒材料的堆積密度(kg/m3)。

m——材料的質量(kg)。

——散粒材料的堆積體積(m3)。材料的堆積密度定義中亦未注明材料的含水狀態。根據散粒材料的堆積狀態，堆積體積分為自然堆積體積和緊密堆積體積(人工搗實后)。由緊密堆積測得的堆積密度稱為緊密堆積密度。材料的基本物理性質表1-1常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度材料名稱密度(g/cm3)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)石灰巖2.6～2.81800～2600—花崗巖2.7～3.02000～2850—水泥2.8～3.1—900～1300(松散堆積)1400～1700(緊密堆積)混凝土用砂2.5～2.6—1450～1650混凝土用石2.6～2.9—1400～1700普通混凝土—2100～2500—粘土2.5～2.7—1600～1800鋼材7.857850—鋁合金2.7～2.92700～2900—燒結普通磚2.5～2.71500～1800—建筑陶瓷2.5～2.71800～2500—紅松木1.55～1.60400～800—玻璃2.45～2.552450～2550—泡沫塑料—10～50—材料的基本物理性質三、材料的密度、表觀密度和堆積密度1.

孔隙率材料中孔隙體積占材料總體積的百分率，稱為材料的孔隙率()。其計算式如下： (1.7)材料孔隙率的大小反映了材料的密實程度，孔隙率大，則密實度小。工程中對保溫隔熱材料和吸聲材料，要求其孔隙率大，而高強度的材料，則要求孔隙率小。工程上，一般通過測定材料的密度和表觀密度來計算材料的孔隙率。2.空隙率散粒材料在堆積狀態下，顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率，稱為材料的空隙率()。其計算式如下： (1.8)空隙率的大小反映了散粒材料堆積時的致密程度，與顆粒的堆積狀態密切相關，可以通過壓實或振實的方法獲得較小的空隙率，以滿足不同工程的需要。材料的基本物理性質四、材料與水有關的性質

1.親水性與憎水性當水與材料表面相接觸時，不同的材料被水所潤濕的情況各不相同，這種現象是由于材料與水和空氣三相接觸時的表面能不同而產生的(如圖1.3所示)。親水性材料(b)憎水性材料圖1.3材料的潤濕角

材料、水和空氣三相接觸的交點處，沿水表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角稱為潤濕角。當水分子間的內聚力小于材料與水分子間的分子親合力時，≤90°，這種材料能被水潤濕，表現為親水性。當水分子間的內聚力大于材料與水分子間的分子親合力時，≥90°，這種材料不能被水潤濕，表現為憎水性。土木工程材料中石材、金屬、水泥制品、陶瓷等無機材料和部分木材為親水性材料；瀝青、塑料、橡膠和油漆等為憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性來制造防水材料。材料的基本物理性質2.吸水性材料在水中吸收水分的性質稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，材料的吸水率有質量吸水率和體積吸水率兩種表達形式。材料的基本物理性質1)質量吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水量占材料干質量的百分率。其計算式如下：(1.9)

式中Ｗm——材料的質量吸水率(%)。mb——材料在吸水飽和狀態下的質量(g)。mg——材料在干燥狀態下的質量(g)。2)體積吸水率指材料吸水飽和時，所吸收水分的體積占材料自然體積的百分率。其計算式如下：

(1.10)式中Ｗv——材料的體積吸水率(%)。mb——材料在吸水飽和狀態下的質量(g)。mg——材料在干燥狀態下的質量(g)。V0——材料的自然體積(cm3)。——水的密度，常溫下取1.0g/cm3。材料的吸水率一般用質量吸水率表示。體積吸水率與質量吸水率之間存在以下關系： (1.11)材料吸水率的大小主要取決于它的孔隙率和孔隙特征。水分通過材料的開口孔隙吸入，通過連通孔隙滲入其內部，通過潤濕作用和毛細管作用等因素將水分存留住。因此，具有較多細微連通孔隙的材料，其吸水率較大；而具有粗大孔隙的材料，雖水分容易滲入，但也僅能潤濕孔壁表面，不易在孔內存留，其吸水率并不高；致密材料和僅有閉口孔隙的材料是不吸水的。3.吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示，材料的吸濕性是可逆的。當較干燥材料處于較潮濕空氣中時，會從空氣中吸收水分；當較潮濕材料處于較干燥空氣中時，材料就會向空氣中放出水分。材料的吸濕性受所處環境的影響，隨環境的溫度、濕度的變化而變化。當空氣的濕度保持穩定時，材料中的濕度會與空氣的濕度達到平衡，也即材料的吸濕與干燥達到平衡，這時的含水率稱為平衡含水率。材料的基本物理性質含水率計算式如下：（1.12）式中Ｗh——材料的含水率(%)。ms——材料吸濕后的質量(g)。mg——材料在干燥狀態下的質量(g)。4.耐水性材料長期在水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質稱耐水性。材料的耐水性用軟化系數來衡量，其計算式如下：（1.13）式中ＫR——材料的軟化系數。——材料在吸水飽和狀態下的抗壓強度(MPa)。——材料在干燥狀態下的抗壓強度(MPa)。材料吸水后，水分會吸附到材料內物質微粒的表面，減弱微粒間的結合力，從而致使其強度下降，這是吸水材料性質變化的重要特征之一，軟化系數反映了這一變化的程度。材料的基本物理性質材料的基本物理性質軟化系數ＫR的范圍在０～1之間，它是選擇使用材料的重要參數。工程中通常將ＫR＞0.85的材料看作是耐水材料，可以用于水中或潮濕環境中的重要結構；用于受潮較輕或次要結構時，材料的ＫR值也不得低于0.75。5.抗滲性材料抵抗壓力水滲透的能力稱為抗滲性。材料中含有孔隙、孔洞或其他缺陷，當材料兩側受水壓差的作用時，水可能會從高壓一側向低壓一側滲透。水的滲透會對材料的性質和使用帶來不利的影響；尤其當材料處于壓力水中時，材料的抗滲性是決定其工程使用壽命的重要因素。材料的抗滲性常用滲透系數或抗滲等級來表示。滲透系數計算式如下：(1.14)式中Ks——材料的滲透系數(cm/h)。Q——時間內的滲水總量(cm3)。d——材料試件的厚度(cm)。A——材料垂直于滲水方向的滲水面積(cm2)。t——滲水時間(h)。H——材料兩側的水頭高度(cm)。材料的基本物理性質滲透系數Ｋs的物理意義是一定時間內，在一定水壓力作用下，單位厚度的材料，單位滲水面積上的滲水量。材料的Ｋs越小，說明材料的抗滲性越好。材料的抗滲性也可用抗滲等級表示。抗滲等級用標準方法進行滲水性試驗，測得材料能承受的最大水壓力，并依此劃分成不同的等級，常用“Pn”表示，其中n表示材料所能承受的最大水壓力MPa數的10倍值，如P6表示材料最大能承受0.6MPa的水壓力而不滲水。材料的抗滲等級越高，其抗滲性越好。材料的抗滲性與其孔隙多少和孔隙特征關系密切，開口并連通的孔隙是材料滲水的主要渠道。材料越密實、閉口孔越多、孔徑越小，水越難滲透；孔隙率越大、孔徑越大、開口并連通的孔隙越多的材料，其抗滲性越差。此外，材料的親水性、裂縫缺陷等也是影響抗滲性的重要因素。工程上常采用降低孔隙率提高密實度、提高閉口孔隙比例、減少裂縫或進行憎水處理等方法來提高材料的抗滲性。6.抗凍性材料在飽水狀態下，能經受多次凍融循環而不破壞，強度也不顯著降低的性質稱為抗凍性。當溫度下降到負溫時，材料內的水分會由表及里地凍結，內部水分不能外溢，水結冰后體積膨脹約9%，產生強大的凍脹壓力，使材料內毛細管壁脹裂，造成材料局部破壞，隨著溫度交替變化，凍結與融化循環反復，冰凍的破壞作用逐漸加劇，最終導致材料破壞。材料的基本物理性質材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級是用標準方法進行凍融循環試驗，測得材料強度降低不超過規定值，且無明顯損壞和剝落時所能承受的凍融循環次數來確定，常用“Fn”表示，其中n表示材料能承受的最大凍融循環次數，如F100表示材料在一定試驗條件下能承受100次凍融循環。材料的抗凍性與材料的孔隙率、孔隙特征、充水程度和冷凍速度等因素有關。材料的強度越高，其抵抗冰凍破壞的能力也越強，抗凍性越好；材料的孔隙率及孔隙特征對抗凍性影響較大，其影響與抗滲性相似。五、材料的熱工性質1.熱容量與比熱容熱容量是指材料在溫度變化時吸收或放出熱量的能力；比熱容也叫比熱，指單位質量的材料在溫度每變化１Ｋ時所吸收或放出的熱量，用“Ｃ”表示。（1.15）材料的基本物理性質(1.16)式中Q——材料的熱容量(kJ)。C——材料的比熱容，kJ/(kg?K)。m——材料的質量(kg)。t1―t2——材料受熱或冷卻前后的溫差(K)。比熱容與材料質量的積稱為材料的熱容量值，即材料溫度上升1K須吸收的熱量或溫度降低1K所放出的熱量。材料的熱容量值對于保持室內溫度穩定作用很大，熱容量值大的材料能在熱流變化、采暖、空調不均衡時，緩和室內溫度的波動；屋面材料也宜選用熱容量值大的材料。2.導熱性指材料傳導熱量的能力。導熱性可用導熱系數來表示，其物理意義是厚度為1m的材料，當其相對表面的溫度差為1K時，1s時間內通過1m2面積的熱量。材料賞的基甘本物英理性啊質導熱閣系數努的計搭算式膊如下點：(1注.1笨7)式中鏟—昂—材蠶料的歡導熱卷系數濃(W幸/(栽m?程K)棍)。Q—吳—傳醋導的屯熱量全(J亞)。a—清—材筐料的車厚度先(m章)。A—價—材鈔料傳鉗熱的救面積賊(m常2)波。T—奏—傳掩熱時抹間(郵s)薯。t1襪―t擴2—配—材庸料兩言側的德溫度荒差(符K)銀。材料旺的導喇熱系淺數越廚小，虎其熱糊傳導白能力剖越差哪，絕謠熱性撕能越仆好。忘工程疤上把龍＜忠0.祥23去W絞/(袍m?蠻K)惕的箭材料饑稱為夸絕熱覆材料簡。常荷用材核料的酒熱工肝性質紛指標笑見表強1-鳥2。材料稠的基箏本物顏理性秤質表1舌-2珠常用慘材料奏的熱臘工性粘質指促標材料名稱導熱系數，W/(m·K)比熱容，kJ/(kg·K)線膨脹系數10-6/K銅3700.3818.6鋼550.4610～12石灰巖2.66～3.230.749～0.8466.75～6.77花崗巖2.91～3.450.716～0.925.60～7.34大理巖2.450.8756.50～10.12普通混凝土1.80.885.8～15燒結普通磚0.4～0.75～7松木0.17～0.352.51玻璃2.7～3.260.838～10泡沫塑料0.031.30水0.604.187密閉空氣0.0231材料綁的導宇熱系喂數與跪材料蜘內部甘的孔兇隙構決造密去切相申關。摧因為耐，密確閉空錦氣的頓導熱勸系數北僅為臨0.喇02尋3當W/朱(m感?K請)，籌所以聽，當簽材料脫中含嶼有較散多閉失口孔塊隙時箱，其桂導熱尋系數男較小無，材楚料的捐隔熱液絕熱航性較類好；晶但當泉材料分內部形含有柱較多抹粗大捧、連啄通的皆孔隙閱時，閃則空籍氣會愧產生沾對流擁作用劃，使鞭其傳能熱性閉大大揀提高互。水完的導翻熱系著數遠追大于麥空氣勒，當到材料長吸水扯或吸韻濕后烏，其匪導熱值系數國增加圖，導值熱性球提高裂，隔起熱絕氏熱性赴降低紛。材料枯的基紫本物葵理性霞質3.食耐幟火性指材災料在偽長期粥高溫盈作用蕩下，偷保持在其結琴構和止工作櫻性能蛾的基錯本穩婦定而殖不損潔壞的柴性能拼，用獸耐火綁度表朝示。暮工程燥上用資于高瘋溫環皺境的根材料蘿和熱驕工設拆備等呀都要餡使用夸耐火第材料蜓。根交據材畜料耐濱火度諸的不易同，恨可分夕為三亦大類冒。1)城耐痕火材培料耐火棍度不究低于賢1寨58撐0℃燒的材雀料，軍如各乳類耐更火磚成等。2)饑難窩熔材爭料耐火香度為艘1仇35估0℃鄉豐～1牽5蠢80假℃的撓材料霉，如崗難熔沖粘土挪磚、張耐火懂混凝疼土等玩。3)成易恭熔材公料耐火帖度低蔥于1圣3虜50臣℃材辯料，姐如普企通粘家土磚旬、玻嗎璃等禿。4.摘耐但燃性指材響料能恰經受除火焰慎和高探溫的罰作用刃而不筒破壞宿，強蝕度也腿不顯千著降斃低的槳性能驚，是向影響春建筑博物防據火、鑼結構禁耐火雀等級貫的重兆要因放素。宇根據抹材料矛耐燃噴性的翠不同磚，可晚分為亡三大寺類。1)基不獎燃材咐料遇火勢或高常溫作普用時妻，不絨起火齒、不萍燃燒鴉、不父碳化桑的材痕料，慢如混他凝土委、天風然石幅材、挨磚、缸玻璃辰和金宗屬等碗。需吃要注殘意的違是玻廚璃、越鋼鐵富和鋁麥等材劈燕料，迅雖然西不燃肥燒，趴但在朽火燒間或高想溫下攤會發懷生較彩大的諷變形壤或熔勿融，責因而易是不芽耐火負的。2)盡難獄燃材氧料遇火占或高精溫作遣用時卵，難瞎起火任、難識燃燒燃、難給碳化患，只柔有在裝火源岸持續纏存在谷時才稈能繼即續燃漢燒，辟火源怕消除猛燃燒蜓即停令止的升材料次，如型瀝青姥混凝巨土和騎經防便火處斃理的廈木材惕等。材料羽的基寇本物枕理性宰質3)挺易炎燃材寨料指遇能火或禿高溫枝作用聞時，須容易亦引燃闖起火陷或微痰燃，鉗火源織消除鬧后仍憶能繼衛續燃印燒的示材料坦，如跟木材升、瀝拖青等惹。用視可燃錯材料微制作堤的構桶件，尺一般停應作階防燃轟處理熄。5.捷溫犧度變是形指材拴料在屢溫度權變化焦時產腎生的頭體積鍵變化威，多按數材踐料在財溫度儉升高明時體反積膨董脹，否溫度煙下降腳時體世積收圖縮。杏溫度域變形著在單炸向尺毀寸上庭的變紹化稱蠶為線梳膨脹浩或線滑收縮想，一聽般用損線膨飽脹系踩數來抖衡量考，線衛膨脹怖系數景用“回α”藝表示低，其最計算齡式如俗下：(1樣.1搞8)式中伏α寨——踏材料五在常可溫下旗的平右均線王膨脹王系數夜1/刺K。——條材料垂的線恨膨脹抱或線指收縮島量(條mm松)。——默溫度泡差(飯K)資。——蛇材料漲原長搖(m山m)待。材料籍的線夢膨脹械系數侵一般蛛都較倒小，番但由蜂于土順木工蚊程結施構的糞尺寸類較大率，溫退度變稅形引搞起的導結構挨體積眨變化鏈仍是羊關系忙其安擇全與譯穩定拳的重盼要因弦素。抹工程納上常籌用預元留伸椒縮縫溝的辦幕法來識解決尸溫度喬變形戶問題脅。材料父的力廚學性益質一、此材料啟受力竹狀態材料掃在受脊外力作作用久時，濕由于殘作用肉力的慘方向殲和作播用線獨(點蜘)的閉不同她，表冠現為抹不同堅的受遣力狀礦態，還典型馬的受項力情微況如桂圖1告.4牌所示筍。(a眾)刑壓力睡(b蔬)燭拉力守(c惱)彎鈴曲(舟折)攜(d享)聽彎曲虹(折閥)感(鼠e)纖剪揪切圖1戚.4往材料伙的受罪力狀確態材料登的力初學性凳質二、撥材料君的強向度1.蠻強秤度材料歡在外禮力作慮用下能抵抗梯破壞灘的能板力稱兄為材付料的券強度順，并邁以單償位面跳積上落所能魄承受醋的荷漆載大境小來山衡量映。材料沾的強拒度本賴質上行是材沸料內憂部質藝點間處結合釀力的按表現傲。當提材料收受外魂力作爭用時秒，其陸內部顫便產蚊生應腎力相形抗衡鏟，應干力隨嗽外力辯的增六大而賄增大抹。當嚷應力記(外學力)熱超過暑材料默內部光質點出間的辜結合吼力所盼能承躲受的娃極限煩時，妖便導輕致內谷部質盒點的穿斷裂咐或錯由位，付使材釣料破月壞。刺此時兆的應累力為萍極限擾應力蜜，通汗常用固來表掉示材距料強主度的剩大小切。根據組材料富的受鐵力狀但態，孕材料向的強扭度可除分為列抗壓徹強度揭、抗供拉強典度、姑抗彎超(折元)強沫度和知抗剪兔強度搏。抗壓賄強度立、抗艇拉強戒度、巖抗剪支強度匯的計領算式鈔如下遍：（1腫.1焰9）式中靜f圍——碰材料際的抗診壓、陜抗拉邪、抗覺剪強賭度(豎MP醉a)桶。F—強—材笛料承左受的悟最大蹦荷載笑(Ｎ績)。A束——肢材料京的受數力面框積(情mm煮2)待。抗彎插(折編)強花度在桂圖1趨.4肚(c轉)受逃力狀辟態時游的計刪算式曬如下袋：(1慈.2誤0)式中梯f—談—材政料的恒抗彎層(折籃)強抖度(稼MP不a)拘。F—撐—材恒料承貴受的侮最大答荷載蠅(Ｎ奇)。b—店—材寄料受洞力截上面的結寬度灶(m摔m)條。h—簡—材井料受災力截墨面的棄高度獸(m銀m)拖。材料頑的強享度與蹄其組姓成和割構造仰有關前。不之同種污類的弱材料身抵抗健外力環的能分力不尋同；掌同類隱材料敬當其芹內部璃構造南不同錦時，凱其強奸度也巧不同禽。致概密度太越高亦的材太料，挪強度諷越高倚。同臟類材梨料抵到抗不望同外騰力作向用的酸能力拋也不肚相同毫；尤奶其是陳內部饒構造姻非勻拆質的口材料誤，其日不同悔外力哨作用綠下的歇強度堆差別牙很大期。如羅混凝也土、詞砂漿信、磚游、石伐和鑄劫鐵等左，其丈抗壓掉強度直較高謝，而計抗拉礙、彎筆(折努)強菜度較燈低；豈鋼材帳的抗廉拉、除抗壓肚強度客都較井高。為了湯掌握委材料想性能帽、便瞧于分夕類管借理、去合理筐選用癢材料姜、正全確進慕行設碧計、掏控制藥工程酬質量把，常粗將材壤料按爺其強描度的掩大小耳，劃惱分成芝不同獻的等飄級，烏稱為誼強度倒等級傷，它術是衡隨量材泰料力穗學性甲質的辭主要烤技術股指標扯。脆胖性材跑料如圖混凝學土、輩砂漿修、磚納和石田等，廉主要茅用于劑承受幸壓力廁，其閥強度逃等級掘用抗族壓強徹度來幕劃分帆；韌朗性材衛料如當建筑對鋼材販，主冊要用伍于承妻受拉桶力，僑其強糕度等換級就具用抗植拉時宵的屈錯服強攏度來唯劃分淡。材料察的力大學性勁質材料螞的力恰學性偵質2.中比息強度指單釋位體亮積質提量材湊料所蛛具有膚的強屢度，舌即材太料的殊強度芹與其著表觀左密度代的比鏈值(帥f/然)圾。比悄強度呢是衡碎量材堡料輕屬質高喜強特健性的借技術道指標巨。土木慢工程夾中結本構材嚷料主番要用戚于承珠受結嬌構荷見載。購多數事傳統鵝結構箏材料風的自盒重都滅較大冶，其肥強度賠相當邁一部漢分要仙用于愧抵抗露自身叨和其紐奉上部所結構則材料念的自本重荷衣載，盆而影抱響了忘材料蔥承受婚外荷冒載的險能力傍，使胸結構疼的尺忙度受任到很盲大的賓限制導。隨塌著高增層建腫筑、尼大跨狂度結參構的赤發展襖，要旅求材緣瑞料不君僅要術有較摧高的狡強度抽，而怪且要朵盡量熟減輕汗其自港重，鋼即要洽求材肚料具艘有較晃高的象比強撈度。壯輕質俘高強模性能貌已經趙成為枕材料遙發展柳的一細個重斑要方迎向。3.藏彈柜性與煎塑性1)妹彈荒性與蜓彈性沉變形彈性攀指材無料在持外力大作用井下產廚生變擦形，監當外毫力去左除后從，能昨完全齊恢復蠢原來浩形狀戲的性斜質；跟這種描變形出稱為每彈性扮變形門。彈濾性變餅形的酷大小卡與所職受應案力的休大小姓成正掌比，緊所受抓應力克與應伙變的言比值注稱為泄彈性請模量箏，用黃“E賣”表腥示，仁它是壟衡量跌材料草抵抗機變形邁能力給的指變標。努在材工料的籃彈性散范圍億內，津E是看一個閃常數圈，按訴下式腐計算挽：(1蜻.2紛1)材料棍的力壟學性棵質式中雅E—廣—材恩料的俯彈性爽模量光MP程a。——乏材料狠所受全的應惡力(臭MP判a)皇。——扭材料頓在應村力溜作用六下產障生的元應變縮慧，無奪量綱鴉。彈性墳模量朵越大甩，材株料抵犁抗變嫩形能霞力越忽強，命在外某力作故用下醉的變個形越用小。窮材料思的彈濱性模碌量是儀工程傷結構森設計艱和變藝形驗口算的跨主要鳴依據絨之一核。2)塔塑波性與旦塑性交變形塑性碌指材叮料在映外力間作用嬌下產把生變戚形，共當外帆力去殊除后返，仍長保持馳變形爭后的魯形狀宏和尺皆寸的蔽性質志；這到種不狗可恢售復的舉變形曾稱為趴塑性臟變形毫。材困料的噴塑性賠變形琴是因砍為其屈內部廟的剪澆應力腿作用剝，致饅使部批分質湯點間所產生方相對疏滑移紅的結諸果。完全楚的彈傍性材賤料或趨塑性芬材料只是沒刺有的瞇，大霜多數稱材料作在受飯力變約形時映，既塔有彈栗性變企形，敗也有兩塑性寶變形哄，只鳴是在期不同亡的受作力階獲段，夏變形泳的主寶要表畫現形化式不秘同。佳當外箱力去妙除后坊，彈緞性變姨形部蒙分可凡以恢栗復，浙塑性棟變形花部分恒不能永恢復吸。有怒的材固料如爽鋼材總，在耗受力缸不大丘的情滔況下盾，表斤現為哄彈性勉變形拳，而秒在受膀力超完過一粉定限捆度后羞，就灘表現吳為塑爺性變祝形；望有的秘材料俊如混劫凝土猴，受御力后灘彈性費變形昨和塑豈性變駝形幾水乎同勾時產笨生。材料媽的力后學性推質4.噴脆乓性與姨韌性1)升脆跪性指材脹料在秀外力遠作用斗下，錘無明色顯塑遍性變容形而受發生長突然腎破壞陵的性慨質，背具有較這種習性質秤的材糊料稱昏為脆吧性材野料，申如普厚通混適凝土迫、磚冷、陶葬瓷、牛玻璃舉、石叢材和肉鑄鐵飼等。塊一般怪脆性紋材料港的抗禍壓強扮度比貫其抗申拉、訴抗彎妖強度浪高很憤多倍購，其紙抵抗推沖擊腫和振似動的黨能力隙較差施，不閣宜用南于承旱受振努動和輝沖擊籠的場絹合。2)堂韌般性指材資料在浮振動肚或沖柜擊荷擴載作輸用下帶，能管吸收舒較多驗的能賀量，干并產拘生較菌大的抹變形決而不上破壞旦的性域質，加具有慮這種汪性質配的材內料稱候為韌脾性材段料，碰如低淚碳鋼談、低窗合金耐鋼、挽鋁合財金、倚塑料奏、橡波膠、榴木材歷和玻騙璃鋼裁等。管材料置的韌趣性用嫁沖擊均試驗痕來檢激驗，法又稱木為沖茄擊韌央性，廚用沖種擊韌迅性值暢即材撲料受束沖擊犁破壞即時單貨位斷框面所音吸收先的能灣量來斥衡量孤。沖可擊韌滅性值錫用“堤”付表示烏，其羨計算畫式如諒下：(1崖.2喚2)式中虎ak——斑材料保的沖靜擊韌傳性值握(J勉/m貌m2殘)。AK——享材料簡破壞屋時所巾吸收梁的能吹量(誤J)藏。A—蔽—材鉤料受取力截憑面積漢(m針m2顫)。韌性鍵材料屋在外登力作界用下混，會前產生腐明顯耽的變球形，貫變形淺隨外焰力的續增大均而增敵大，李外力茂所做秋的功觀轉化旗為變搞形能碌被材亦料所取吸收聯，以宣抵抗比沖擊乖的影覽響。禾材料耕在破準壞前惠所產絕生的擠變形臘越大我，所斯能承吩受的蟻應力殊越大甲，其瞇所吸戲收的抬能量揉就越罩多，牲材料轎的韌皮性就殖越強孔。用綢于道諷路、古橋梁弓、軌版道、音吊車聾梁及紀其他便受振頑動影永響的原結構雹，應趁選用兇韌性婦較好煮的材惑料。材料犬的力更學性搶質5.貼硬蛛度與惜耐磨葉性1)立硬盛度指材妙料表北面抵洽抗其壞他硬籠物壓葛入或勁刻劃存的能飄力。饅為保醬持較泊好表掏面使格用性憂質和哨外觀鹽質量是，要秧求材那料必鼓須具浪有足摘夠的株硬度榮。非金儲屬材壇料的來硬度善用摩閣氏硬垂度表戒示，軋它是鈔用系浸列標基準硬東度的軋礦物排塊對脂材料護表面霉進行胞劃擦團，根綿據劃董痕確蹦定硬愿度等娘級。臣摩氏與硬度中等級摸如表瓦1-售3所序示。表1鋸-3錘摩氏淹硬度剛等級產表金屬貼材料肌的硬委度等禮級常古用壓但入法勇測定酒，主透要有茫布氏暈硬度義法(匠HB非)，礎是以疲淬火體的鋼猶珠壓牛入材踐料表財面產忠生的夏球形誼凹痕槐單位因面積瞇上所仗受壓匪力來辰表示就；洛訊氏硬壺度法損(H季R)揀，是蝕用金期剛石娘圓錐腥或淬躬火的嗽鋼球表制成姿的壓參頭壓資入材勾料表尾面，羅以壓綁痕的錫深度肉來表賢示。靠硬度鼠大的芝材料莫其強聾度也縣高，需工程娃上常戰用材叼料的往硬度徒來推種算其玻強度驕，如辨用回迎彈法共測定咱混凝致土強曲度，冰即是若用回斤彈儀可測得吳混凝塊土表句面硬泄度，領再間個接推味算出桑混凝謎土的值強度掏的。標準礦物滑石石膏方解石螢石磷灰巖長石石英黃玉剛玉金剛石硬度等級123456789102)卻耐訓磨性指材解料表級面抵饒抗磨野損的朽能力縱。耐徹磨性裙常以耳磨損凡率衡鬧量，碗以“小”曠表示行，其習計算踐式為椅：(1偷.2廢3)式中決G犧—闊—材怕料的冬磨損礎率(補g/搞cm跨2)玻。m1-m2——刑材料戰磨損那前后福的質識量損鈔失(拒g)租。A—罷—材演料受場磨面午積(鵲cm貪2)替。材料運的耐柴磨性剛與材股料的俯組成闖結構抵、構題造、破材料倆強度考和硬萌度等神因素失有關換。材畫料的毒硬度柔越高思、越聰致密艘，耐蓄磨性鋼越好劃。路鐮面、權地面某等受謹磨損到的部傍位，漿要求健使用群耐磨麻性好暮的材撓料。材料鋤的力遠學性暖質材料拌的耐泥久性姿是指榆其在果長期滾的使豎用過絕程中裙，能決抵抗斥環境券的破煌壞作戒用，誰并保大持原醫有性覺質不旦變、穩不破違壞的館一項捐綜合猛性質給。由愛于環拖境作哨用因黑素復豪雜，憤耐久績性也舒難以會用一躍個參肝數來校衡量墻。工俘程上獄通常述用材瓶料抵巨抗使習用環氣境中渾主要但影響弟因素濾的能披力來歪評價書耐久損性，洽如抗昨滲性烈、抗渡凍性硬、抗陳老化彩和抗桂碳化碎等性屠質。環境窗對材吩料的她破壞趕作用槍，可謊分為閉物理碼作用蔥、化把學作剛用和雪生物取作用房誠，不金同材妙料受缺到的堵環境遼作用耕及程誰度也鐘不相卷同。染影響汽材料誕耐久密性的垂內在饞因素勵很多納，除爐了材永料本扯身的餅組成即結構膝、強蛇度等蘭因素智外，箱材料撐的致作密程傷度、筋表面愿狀態脅和孔緩隙特但征對筑耐久正性影溪響很搭大。屈一般凈來說暢，材隔料的扇內在灶結構榨密實干、強策度高獎、孔客隙率蔽小、淘連通破孔隙臺少、溪表面由致密或，則源抵抗恭環境改破壞晌能力您強，蒼材料時的耐悠久性購好。巨工程慎上常訊用提門高密危實度淚、改座善表培面狀筒態和伐孔隙草結構遲的方陜法來米提高短耐久嗎性。織土木籠工程呀中材本料的若耐久條性與撞破壞莊因素昨的關行系如勢表1殃-4艇所示預。材料肝的耐粗久性表1播-4袖材料勞的耐蹄久性伯與破脂壞因些素的較關系注：守＊表級示可圾參考侄強度觸變化糟率、尸開裂皺情況佛、變炊形情察況等反進行例評定協。破壞原因破壞作用破壞因素評定指標常用材料滲透物理壓力水滲透系數、抗滲等級混凝土、砂漿凍融物理水、凍融作用抗凍等級混凝土、磚磨損物理機械力、流水、泥砂磨蝕率混凝土、石材熱環境物理、化學冷熱交替、晶型轉變＊耐火磚燃燒物理、化學高溫、火焰＊防火板碳化化學CO2、H2O碳化深度混凝土化學侵蝕化學酸、堿、鹽＊混凝土、老化化學陽光、空氣、水、溫度＊塑料、瀝青銹蝕物理、化學H2O、O2、Cl－電位銹蝕率鋼材腐朽生物H2O、O2、菌類＊木材、棉、毛蟲蛀生物昆蟲＊木材、棉、毛堿－骨料反應物理、化學R2O、H2O、SiO2膨脹率混凝土材料殼的耐貫久性材料啞的組市成、突結構降、構距造與謠性質一、楊材料胞的組臉成材料窗的組毅成指碗組成芹材料腹的化沃學成粥分或燙礦物父成分危。它淡是決萌定材懶料性撞質的浴本質濤因素蹲。1.腳化升學組馬成化學眉組成倉即化琴學成議分，顯是構快成材求料的薯化學船元素伙及化混合物駁的種填類和剪數量厭。無井機非帳金屬堅材料匠常用恨組成部其的生各氧無化物烏的含圍量來展表示咱；金掠屬材攝料常后用組喂成其腹的各邀化學坑元素尿的含高量來虜表示淘；有峽機材歌料則科常用扔組成識其的稀各化造合物另含量菊來表豎示。煎化學短組成獅是決雁定材宗料化罵學性閣質、耍物理支性質甜、力楚學性蛛質的銹主要說因素動。2.酷礦擦物組朋成礦物湯是具睬有一港定化穴學成所分和榴結構圾特征詢的穩哀定單永質或采化合稼物。甩無機柜非金拍屬材俱料是巴由各夏種礦詞物組濱成的稍。材例料的負化學針組成和不同市，其擱礦物湯組成挖不同仔；相課同的挺化學拒組成雅，可截組成窯多種坊不同消的礦陳物。拜礦物噴組成班不同輸的材輝料，岔其性也質也闖不同領。如線硅酸憲鹽水鹿泥中援，C錦aO踏和S侵iO篩2是襲其主獲要的庸化學冷成分吐，它竭們組融成的陜主要趙礦物演是硅慚酸三阿鈣(居C3素S)刻和硅泄酸二沒鈣(鍋C2禮S)足，這鬼二者徑的性繳質相賢差很歌大，公其組屠成比譽例是國決定新水泥絨性質我的主快要因冬素。材料表的組多成、緒結構憲、構征造與闖性質二、絹材料稠的結擋構1.逐微清觀結鼻構指材碧料物叔質的除原子燙級或脊分子懷級的拐結構懂，需唱要用啟電子匪顯微眨鏡、彈Ｘ射影線衍增射等物技術碑手段我來觀導察研張究，海包括憂材料皆物質偏的種云類、貪形態松、大線小及李其分火布特朵征。幟土木葉工程鄙材料艷的使嚴用狀疤態一恐般為歐固體蒜，固卵體的擱微觀投結構載可分舍為晶姻體和渾非晶逐體兩示大類薄。1)餓晶眉體晶體養是質薦點(依原子伏、離頃子、牌分子織)按閱一定窗規律胞在空茶間重全復排勁列的迅固體突，具木有特達定的隔幾何先外形捆和固左定的彩熔點飾。由呢于質觀點在葬各方掀向上梢的排幕列的給規律壞和數屯量不龜同，羨單晶過體具惕有各熟向異顏性的出性質盜；但初實際壟應用暫的材斤料，活是由擁細小蒜的晶扯粒雜祥亂排儉列組事成的待，其伴宏觀茄性質伶常表遇現為引各向弓同性暴。無捕機非頁金屬盜材料椒的晶忘體，詞其鍵建的構意成不貴是單巧一的雄，往巴往是眾由共章價鍵房誠、離庫子鍵欲等共瘦同聯到結，饞其性置質差釀異較是大。區材料岸的微坊觀結啄構形趁式與熄主要趕特征苗如表營1-橫5所夕示。材料稈的組傻成、既結構襪、構屯造與蜂性質表1狂-5件材料砍的微碼觀結咸構形家式與護主要餓特征微觀結構常見材料主要特征晶體原子、離子、分子按一定規律排列原子晶體(共價鍵)金剛石、石英強度、硬度、熔點高，密度較小離子晶體(離子鍵)氯化鈉、石膏、石灰巖強度、硬度、熔點較高，但波動大。部分可溶，密度中等分子晶體(分子鍵)蠟、斜方硫、萘強度、硬度、熔點較低，大部分可溶，密度小金屬晶體(庫侖引力)鐵、鋼、銅、鋁及合金強度、硬度變化大，密度大非晶體(玻璃體)原子、離子、分子以共價鍵、離子鍵或分子鍵結合，但為無序排列玻璃、礦渣、火山灰、粉煤灰無固定的熔點和幾何形狀，與同組成的晶體相比，強度、化學穩定性、導熱性、導電性較差，各向同性2)室非歉晶體非晶起體是投相對甘晶體描而言康的，朵又稱汁玻璃袋體、柿無定勞形體舅，是碰熔融閘物在嘉急速毒冷卻竭時，籌質點寄來不籌及按錦特定鞋規律遭排列銜所形票成的仁質點配無序祥排列骨的固拖體或庸固態闖液體召。非垮晶體錯沒有諸固定門的熔瞧點和芽幾何棋外形半，各蝦向同陶性，史其強躍度、衰導熱彩性和孔導電緞性等返低于家晶體昌。非態晶體裕的質紅點無偵排列澇規律便，即季質點站未到同達能盾量最債低的放穩定得位置乏，保握留了參高溫庭下的吵高能弦量狀增態，家內部慰還有森大量法的化凍學能灣未能尸釋放示出來玩，而洪以內牌能的坊形式悅儲存舍起來滋。故肚玻璃醫體具胖有化門學活度性，值穩定株性較座差，眠易與蓄其他系物質詠反應賓或自蓬行緩君慢向宣晶體哨轉變竄。如崖粒化梢高爐憑礦渣以、火遇山灰犯、粉筒煤灰嘩等混忍合材取料，筆都是教經過底高溫率急冷碼得到扶，含敘大量設玻璃勺體，更工程福上利直用它業們活林性高燈的特冠點，虧用于胃水泥尚和混買凝土己的生糠產，攻以改爬善水播泥和授混凝砍土的壇性質項。硅酸如鹽水蘋泥水銳化后職的主期要產跨物水岸化硅免酸鈣袍凝膠虜體，錫也是撞非晶背體。揉水化孫硅酸畜鈣凝咬膠體萍的尺辱寸只犁有幾弱十至獨幾百拼微米謀，內感表面聲積巨文大，霉具有釋很高域的膠熱凝性芝，硬散化后植具有患很高茫的強芹度。2.池亞張微觀僚結構指用孫光學覆顯微皮鏡和淚一般屠掃描傭透射拋所能桑觀察扎到的肝結構抽，其礦尺度閣介于注微觀乏和宏盯觀之建間，較范圍棟在1低0―推3m強～1盒0―域9m繁。亞斤微觀沖結構郵主要混研究議材料舅內部脂的晶佛粒、鏈顆粒冷等的已大小點和形悉態、哄晶界著或界毅面的徐形態譽、孔績隙與肌微裂具紋的儉大小延形狀耳及分符布，匆如水奇泥石鋸的孔抗隙結通構、非金屬谷的金終相組誕織、甜木材另的纖顛維和疑管胞慕組織爸等。材料犧的組抵成、愛結構母、構餅造與差性質材料門的亞塘微觀暴結構脂對材吹料的南性質偷影響愈很大孟。通泡常，電材料脾內部傍的晶啟粒越獎細小揀、分榴布越厲均勻娘，其溉受力倡越均概勻、期強度艙越高丟、脆恐性越碗小、仍耐久竿性越動好；珠晶粒乓或不抄同材愚料組慮成之牽間的展界面鉤粘結徹越好本，則盒其強劫度和鳥耐久產性越枯好。拖從亞慰微觀雄結構支層次均上改抱善材場料的偉性能器，相翅對比嶼較容電易，蘋具有趴十分屑重要校的意絹義。尺度疾范圍揚在1惡0―懶7m幣～1匙0―滔9m圾的結荒構為征納米仙結構去，一滿般要充用掃委描透前射電默子顯腫微鏡崖觀察忘。由膏于納鈴米級喪微粒購具有粥獨特驅的小岔尺寸貴效應漢和表始面界暑面效胸應等沿基本卻特性聞。由跡納米峽微粒送組成倘的納寶米材氧料具序有許是多奇鐮特的鹽物理產和化趁學性地質，公自2探0世同紀8堵0年搏代以菌來，坡研究牙進展棉迅速扮，應灰用前癢景廣幫闊。3.著宏辣觀結排構(吃構造按)指用字肉眼悔或放眼大鏡蜜即可妹觀察挨到的拔毫米層級以軋上的零組織高。宏切觀結呈構主澆要研辛究和纖分析須材料蓋的組拆合與深復合犧方式頸、組普成材乒料的谷分布輕情況足、材晝料中匪的孔蠻隙構膀造、軌材料論的構爹造缺即陷等減。材料叮按其罷組成旨可分片為單猴一材津料和員復合墾材料霧兩大塞類，春常見擔的結訴構形否式有嶺密實煩結構誓、多箭孔結茫構、抬纖維凱結構裹、聚凈集結冰構、凍疊合俯(層隙狀)拌結構絮、散蠻粒結煌構和奔紋理恐結構是。材吼料宏仿觀結絨構及形主要召特征稻如表原1-巧6所幟示。材料調的組釣成、拍結構席、構萄造與胡性質表1摸-6終材料溪宏觀平結構侵及主膏要特雖征材料任的組筋成、擇結構援、構瘡造與姜性質宏觀結構常用材料主要特征密實結構鋼材、玻璃、瀝青、塑料高強、不透水、耐腐蝕多孔結構泡沫塑料、泡沫玻璃質輕、保溫、絕熱、吸聲纖維結構木、竹、石棉、玻璃纖維抗拉強度高、質輕、保溫、吸聲聚集結構陶瓷、磚、天然巖石強度高散粒結構砂、石子、陶粒、膨脹珍珠巖混凝土集料、輕集料、保溫絕熱材料紋理結構木材、大理石裝飾性強粒狀聚集結構混凝土、砂漿綜合性能好、價格低纖維聚集結構石棉水泥制品、巖棉板、纖維板、纖維增強塑料抗拉強度高、質輕、保溫、吸聲多孔結構加氣混凝土、泡沫混凝土質輕、保溫疊合結構紙面石膏板、膠合板、夾芯板綜合性能好紋理結構人造石材、復合地板裝飾性強復合符材料各是兩僅種或摩兩種醬以上其的材直料結謹合構火成的雀新材既料。游它集浪中了斷組成體材料爭的優份點，黎避免呼了單斷一材捕料的俊缺陷銳，性際能更帳優越霸，功糞能更盈強大胖，是記材料忙發展華的主遠要方剩向之括一。具有卵相同偏組成遷和微帳觀結秒構的悼材料徹，可跨以制塵成宏定觀構蘆造不庫同的語材料仔，其猜性質票和用底途隨潤宏觀綿構造蔽的不糖同差叔別很駝大，欣如玻著璃與芝泡沫下玻璃核、塑執料與倆泡沫嗓塑料詳、混霞凝土鏈與加趙氣混負凝土廁；而差宏觀譽構造迅相似別的材狡料，鑰即便艱其組丙成和構微觀壟結構佛不同錢，也耍具有爭某些幕相同比或相厚似的醉性能蠟和用憂途，聯如泡絕沫玻釣璃、液泡沫繼塑料謀、加瓶氣混洋凝土鋒，都究具有商保溫燭隔熱勇的功昌能。睛工程懼上常載用改朗變材豎料的蒸密實大度、勁孔隙賢結構朝，應率用復凝合材漲料等擁方法馬，來脅改善養材料攝的性度能，鍵以滿素足不稿同的惱需要挪。三、性材料屈內部誼孔隙登與性客質1.鋼內梨部孔宣隙的趙來源志與產鑒生無論矛是天撐然材沒料，箭還是擺人造暑材料圍，在惰宏觀財和亞唉微觀凈層次使上都僚含有洞一定矮數量睛和一燃定大某小的邀孔隙桐，所者以說毀孔隙廚是材惱料的冰組成赴部分拒之一沉，僅宣少數燒致密晃材料需(如穩玻璃濟、金侍屬)塔可近針似看思成是垂絕對業密實移的(刻如圖僵1.籠1所況示)塊。材料格的組苦成、蔑結構搜、構合造與復性質天然寬材料鄉豐的內狹部孔臺隙是鵝在其臣形成泡過程司中產懲生的統。如咐天然歪植物色的生跪長需備要養枕分的質輸送剩，其洪內部伍形成洽了一魂定數灣量的疤孔管女結構鵲，形于成孔胳隙；引天然橫石材庸由于癢在造截巖運西動中蜘內部駁夾入油部分浸空氣易，形圖成孔專隙。朱人造以材料獸的內象部孔支隙是悄在生軋產過嘗程中嶺，煮受生筐產條某件所獵限，皮混入鍋氣體關，而糟又去冬除不櫻完全過形成葛；或文是為霧改變饞其性艙質，墾在材介料設橡計和由制造鮮中，您有意藥形成行的孔夸隙。采如鋼悲在冶令煉過雄程中鞭，須媽將生鍛鐵熔延融進械行氧交化，顆其中汽的碳羊被氧女化成母一氧芒化碳衫氣體壘而逸法出，醫使碳圍含量市達到講一定蔽范圍漢，但虹脫氧稱不完執全時周，就終會形文成內咐部氣閑泡；斃混凝貓土是已由水仙泥膠如結散禮粒材惕料形紅成的俱，材典料在蘿混合譽中有或一定釣量的犬氣體滑引入瞎，為蝕保證伙施工欠成型貌用水微量也忘大大哨超過交水泥控水化餃的需樣要，賭多余揭水分位蒸發亞后，耗又形大成一根定量沃的孔立隙；午保溫拋絕熱茶材料海，則止需要