【正文】 材料在外力作 用下，有關(guān)抵抗破壞和變形的能力的性質(zhì)。 一、材料的強(qiáng)度、強(qiáng)度等級(jí)、比強(qiáng)度 強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗破壞的能力。根據(jù)外力作用形式的不同，材料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度等，如圖所示。這些強(qiáng)度一般是靜力試驗(yàn)來測(cè)定的，因而總稱為靜力強(qiáng)度。 圖 11 材料受外力作用示意圖 材料的抗壓、抗拉和抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式為： f =AF （ 115） 式中： f —— 材料的強(qiáng)度（ MPa）； F —— 破壞荷載（ N）； A —— 受力面積（ mm2）。 材料的抗彎強(qiáng)度與試件的幾何外形及荷載施加的情況有關(guān)，對(duì)于矩形截面和條形試件，當(dāng)其兩支點(diǎn)間的中間作用一集中荷載時(shí)，其抗彎極限強(qiáng)度按下式計(jì)算： ftm=223bhFL （ 116） 式中： ftm—— 材料的抗彎極限強(qiáng)度（ MPa）； F —— 破壞荷載（ N）； b h (a)抗拉 （ b）抗壓 （ c）抗剪 （ d）抗彎 L —— 試件兩支點(diǎn)間的距離（ mm）； b 、 h —— 分別為試件截面的寬度和高度（ mm）。 材料的強(qiáng)度與其組成、結(jié)構(gòu)、含水狀態(tài)、溫度、形狀尺寸、表面性狀及試驗(yàn)時(shí)加荷速度等有關(guān)。如相同材料采用小試 件測(cè)得的強(qiáng)度比大試件的高，含有水分的材料比其干燥時(shí)的低。由此可知，材料的強(qiáng)度是在特定條件下測(cè)定的數(shù)值。為了使試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，且具有可比性，各個(gè)國(guó)家都制定了統(tǒng)一的材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。在測(cè)定材料強(qiáng)度時(shí)，必須嚴(yán)格按照規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行。 各種材料的強(qiáng)度差別甚大。根據(jù)其強(qiáng)度值的大小劃分為若干個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。如混凝土按抗壓強(qiáng)度有 C15，?， C80 等 14 個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。將建筑材料劃分為若干強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)掌握材料性能，合理選用材料，正確進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制工程質(zhì)量，是十分重要的。 為了對(duì)不同的材料強(qiáng)度進(jìn)行比較，可以采用比強(qiáng)度。比強(qiáng)度是按單位質(zhì)量 計(jì)算的材料強(qiáng)度，其值等于材料的強(qiáng)度與其體積密度之比，它是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)的一個(gè)主要指標(biāo)。 二、材料的彈性及塑性 材料在外力作用下產(chǎn)生變形 ,當(dāng)外力取消后 ,材料變形即可消失并能完全恢復(fù)原來變形的性質(zhì) ,稱為彈性。材料的這種可恢復(fù)的變形稱為彈性變形。彈性變形屬于可逆變形，其數(shù)值的大小與外力成正比。 材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果取消外力，仍保持變形后的形狀尺寸 ,并不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì) ,稱為塑性。這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。 實(shí)際上，純彈性變形的材料是沒有的，通常一些材料在受力不大時(shí)，表現(xiàn)為彈性變形，當(dāng)外力超過一定 值時(shí)，則呈現(xiàn)塑性變形，如低碳鋼就是典型的這種材料。另外許多材料在受力時(shí)，彈性變形和塑性變形同時(shí)產(chǎn)生，這種材料當(dāng)外力取消后，彈性變形即可恢復(fù)，而塑性變形不能消失，混凝土就是這類材料的代表，而塑性變形不能消失，混凝土就是這類材料的代表。 三、材料的脆性與韌性 材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)到一定值時(shí)，材料突然破壞，并無明顯的塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料。脆性材料的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于其抗拉強(qiáng)度，可高達(dá)數(shù)倍甚至數(shù)十倍。脆性材料抵抗沖擊荷載或振動(dòng)作用的能力很差，只適合用作承壓構(gòu)件。如普通混凝土、玻璃 、磚等。 材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收大能量，同時(shí)產(chǎn)生較大變形而不破壞的性質(zhì)稱為韌性。材料的韌性用沖擊韌性指標(biāo)表示。沖擊韌性指標(biāo)是用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗(yàn)時(shí)，斷口處單位面積所吸收的能量。其計(jì)算公式為： ak= AAK （ 117） 式中： ak—— 材料的沖擊韌性指標(biāo)（ J/mm2）； KA —— 試件破壞時(shí)所消耗的能量（ J）； A —— 試件受力凈截面積（ mm2） 建筑工程中，對(duì)于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，均要考慮材料的沖擊韌性。 四、材料的硬度與耐磨性 硬度是指材料表面抵抗硬物壓入或刻劃的能力。測(cè)定材料硬度的方法有多種，常用的有刻劃法和壓入法兩種，不同材料其硬度的測(cè)定方法不同?？虅澐ǔＳ糜跍y(cè)定天然礦物的硬度，按刻劃法礦物硬度分為十級(jí)，其硬度遞增順序?yàn)榛?1 級(jí)、石膏 2 級(jí)、方解石 3 級(jí)、螢石 4級(jí)、磷灰石 5 級(jí)、正長(zhǎng)石 6 級(jí)、石英 7 級(jí)、黃玉 8 級(jí)、剛玉 9 級(jí)、金鋼石 10 級(jí)。鋼材、木材及混凝土等材料的硬度常用壓入法測(cè)定，壓入法是以 一定的壓力將一定規(guī)格的鋼球或金剛石制成的尖端壓入試樣表面，根據(jù)壓痕的面積或深度來測(cè)定其硬度。如布氏硬度。 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示： B = Amm 21? （ 118） 式中： B —— 磨損率（ g/cm2）； 1m 、 2m —— 試件被磨損前、后的質(zhì)量（ g） ； A —— 試件受磨損的面積（ cm2）。 建筑工程中，用于地面、踏步等部位的材料，均應(yīng)考慮其硬度和耐磨性。一般來說，強(qiáng)度較高且密實(shí)的材料，其硬度較大，耐磨性較好。 第三節(jié) 材料的耐久性 材料在使用過程中能長(zhǎng)久保持其原有性質(zhì)的能力稱為耐久性。 耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)的評(píng)述，諸如抗凍性、抗風(fēng)化性、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕性等，均屬耐久性的范圍。此外，材料的強(qiáng)度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。 材料在使用過程中，除受到各種外力的作用外，還長(zhǎng)期受 到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用。這些破壞作用一般可分為物理作用、化學(xué)作用及生物作用等。 物理作用包括材料的干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些變化可引起材料的收縮和膨脹，長(zhǎng)時(shí)期或反復(fù)作用會(huì)使材料逐漸破壞。 化學(xué)作用包括酸、堿、鹽等對(duì)物質(zhì)的水溶液及氣體對(duì)材料產(chǎn)生的侵蝕作用，使材料產(chǎn)生質(zhì)的變化而破壞。如鋼筋的銹蝕等。 生物作用是昆蟲、菌類等對(duì)材料所產(chǎn)生的蛀蝕、腐朽等破壞作用。如木材及植物纖維材料的腐爛等。 一般礦物質(zhì)材料，如石材、磚瓦、陶瓷、混凝土等，暴露在大氣中時(shí)，主要受到大氣的物理作用；當(dāng)材料處于水位變 化區(qū)或水中時(shí)，還受到環(huán)境水的化學(xué)侵蝕作用。金屬材料在大氣中易被銹蝕。瀝青及高分子材料，在陽(yáng)光、空氣及輻射的作用下，會(huì)逐漸老化、變質(zhì)而破壞。 建筑工程所處的環(huán)境復(fù)雜多變，其材料所受到的破壞因素亦千變?nèi)f化。這些破壞因素單獨(dú)或交互作用于材料，因此，在考慮材料的耐久性時(shí)，既要考慮耐久性的綜合性，又要注意其具體的特殊性。 為了提高材料的耐久性，以利于延長(zhǎng)建筑物的使用壽命和減少維修費(fèi)用，可根據(jù)使用情況和材料特點(diǎn)，采取相應(yīng)的措施。如設(shè)法減輕大氣或周圍介質(zhì)對(duì)材料的破壞作用，提高材料本身對(duì)外界作用的抵抗能力，也可用其他材料保 護(hù)主體材料免受破壞。 以往試題： 填空題（每空 分） 砂的密度為 2710kg/m3，表觀密度為 2670 kg/m3，堆積密度為 1490 kg/m3，則該砂的空隙率為 %。 選擇題（ 1 分） 含水率為 6%的濕砂 100g，其中含水量為（ C）。 A、水質(zhì)量 =100 6%=6g； B、水質(zhì)量 =（ 1006） 6%=； C、水質(zhì)量 =100100/(1+)=； D、水質(zhì)量 =（ 100+6） 6%=； 一種砂進(jìn)行表觀密度試驗(yàn)，兩次的結(jié)果分別為 2640 kg/m3和 2650 kg/m3，則該砂的表觀密度為（ A） kg/m3。 A、 2640； B、 2645； C、 2650； D、不能判定 解：《建筑用砂》 GB/T146842020， 61332 規(guī)定，表觀密度取兩次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值，精確至 10 kg/m3；如兩次試驗(yàn)結(jié)果之差大于20 kg/m3，須重新試驗(yàn)。（ P184） 簡(jiǎn)答題（每題 7 分） 分析材料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，試件表面平整度和加載速度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響？ 答： 試塊受壓時(shí)，承壓板橫向應(yīng)變遠(yuǎn)小于試塊橫向應(yīng)變，因而承壓板對(duì)試塊橫向膨脹起約束作用，通常稱為 “環(huán)箍效應(yīng)”，它起著阻止破壞的作用。設(shè)想承壓板失去了“環(huán)箍效應(yīng)”的作用，則立方體抗壓強(qiáng)度值與軸心抗壓強(qiáng)度值接近。而在正常試驗(yàn)中，軸心抗壓強(qiáng)度值比立方體抗壓強(qiáng)度值低 15%左右，這樣說來，失去“環(huán)箍效應(yīng)”的立方體混凝土強(qiáng)度會(huì)下降 15%左右。試驗(yàn)員在操作應(yīng)注意試塊承壓面平整度與試壓機(jī)壓板光潔度，承壓面不平整不但會(huì)減小承壓面積，也減小“環(huán)箍效應(yīng)”的作用，試壓機(jī)壓板有油漬或其它有起潤(rùn)滑作用的物質(zhì)也使“環(huán)箍效應(yīng)”的作用減小。 另外，加載速度對(duì)強(qiáng)度也有一定影響，加載越快，測(cè)得的強(qiáng)度越高。通常規(guī)定混凝土加載速度為：強(qiáng)度等級(jí) 低于 C30 時(shí)，取每秒鐘~，強(qiáng)度等級(jí)等于或高于 C30 時(shí)，取每秒鐘 ~。規(guī)定砂漿加載速度： ~（強(qiáng)度 5 MPa 及 5 MPa 以下，取下限為宜，強(qiáng)度 5 MPa 以上，取上限為宜）。 新練習(xí)： 含水率為 %的砂 100g，將其干燥后的質(zhì)量是 。 兩支點(diǎn)、中間集中荷載作用的材料抗彎強(qiáng)度計(jì)算公式為（ A）。 A、 f=3PL/2bh2 B、 f=PL/bh2 C、 f=P/bh D、 f=2PL/3bh2 同種材料的孔隙率愈（ D），材料的強(qiáng)度愈高； 當(dāng)材料的孔隙率一定時(shí)，（）孔隙愈多，材料的絕熱性愈好。 A、大，開口 B、小，開口 C、大，閉口 D、小，閉口 二、水泥 了解： 水泥生產(chǎn)；水硬性膠凝材料的定義和特點(diǎn)；硅酸鹽水泥的技術(shù)性質(zhì)；混合材料在硅酸鹽系水泥中的作用 掌握： 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性、細(xì)度、強(qiáng)度檢測(cè)方法 了解： 密度、不溶物、燒失量、氧化鎂、三氧化硫、堿含量 《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》 GB175 《通用硅酸鹽水泥》 GB1752020 《水泥密度測(cè)定方法》 GB/T2081994 《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法》 GB/T13452020 《水泥化學(xué)分析方法》 GB/T176 《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性試驗(yàn)方法》 GB/T13462020 《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》 GB/T176711999 第 二 章 水泥 水泥是一種加水拌和成塑性漿體，能膠結(jié)砂、石等適當(dāng)材料，并能在空氣和水中硬化的粉狀水硬性膠凝材料。水硬性，是指一種材料磨成細(xì)粉和水拌和成漿后，能在潮濕空氣和水中硬化并形成穩(wěn)定化合物的性能。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水泥命名原則（ GB413197）的規(guī)定，水泥按其用途和性能分為通用水泥、專用水泥和特性水泥三類。一般土木 建筑工程通常采用的水泥為通用水泥，如硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥等；適應(yīng)專門用途的水泥稱為專用水泥，如中、低熱水泥，道路水泥，砌筑水泥等；具有某種性能比較突出的水泥稱為特性水泥，如快硬硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥、膨脹水泥等。 水泥按其主要水硬性礦物名稱又可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥等。雖然水泥品種繁多，分類方法各異，但我國(guó)水泥產(chǎn)量的 90%左右屬以硅酸鹽為主要水硬性礦物的硅酸鹽水泥。按我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，硅酸鹽水泥是一種不摻（或摻很少量）混合材料的水泥，因此，本章在討論水泥的性質(zhì)和應(yīng)用時(shí)，以 硅酸鹽水泥為基礎(chǔ)。 第一節(jié) 硅酸鹽水泥 凡由硅酸鹽水泥熟料、 0~5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（即國(guó)外通稱的波特蘭水泥）。 硅酸鹽水泥分兩種類型，不摻加混合材料的稱 I 型硅酸鹽水泥，代號(hào) P I。在硅酸鹽水泥粉磨時(shí)，摻加不超過水泥質(zhì)量 5%石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱 II型硅酸鹽水泥，代號(hào) P II。 根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（ GB1752020）規(guī)定，硅酸鹽水泥分為、 、 、 、 、 六個(gè)強(qiáng) 度等級(jí)。 一、硅酸鹽水泥生產(chǎn) 以石灰質(zhì)原料（如石灰石等）與粘土質(zhì)原料（如粘土、頁(yè)巖等）為主，有時(shí)加入少量鐵礦粉等，按一定比例配合，磨細(xì)成生料粉（干法生產(chǎn)）或生料漿（濕法生產(chǎn)），經(jīng)均化后送入回轉(zhuǎn)窯或立窯中煅燒至部分熔融，得到黑色顆粒狀的水泥熟料，再與適量石膏共同磨細(xì)，即可得到 P I 型硅酸鹽水泥。目前，常把硅酸鹽水泥的生產(chǎn)技術(shù)簡(jiǎn)稱為兩磨一燒，其生產(chǎn)工藝流程如圖所示： 石灰質(zhì)原料 磨細(xì) 煅燒 磨細(xì) 粘土質(zhì)原料 生料 熟料 水泥 1450℃ 混合材料 鐵礦粉等 適量石膏 圖 41 硅酸鹽水泥生產(chǎn)工藝流程 二、硅酸鹽水泥熟料礦物組成 硅酸鹽水泥熟料的礦物組成主要包括硅酸三鈣（ 3CaO SiO2，簡(jiǎn)寫為 C3S），含量 36%~60%；硅酸二鈣 （ 2 CaO SiO2，簡(jiǎn)寫為 C2S），含量 15%~37%；鋁酸三鈣（ 3CaO Al2O3，簡(jiǎn)寫為 C3A），含量 7%~15%；鐵鋁酸四鈣（ 4CaO Al2O3 Fe2O3，簡(jiǎn)寫為 C4AF），含量