【文章內(nèi)容簡介】 生，當外力取消后，彈性變形會恢復，而塑性變形不能消失，如混凝土。，圖中ab為可恢復的彈性變形，bo為不可恢復的塑性變形。 彈塑性材料的變形曲線 五、材料的脆性與韌性 材料在外力作用下，當外力達到一定限度后，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時無明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。具有這種性質(zhì)的材料稱脆性材料。 脆性材料抵抗沖擊荷載或振動荷載作用的能力很差。其抗壓強度遠大于抗拉強度，可高達數(shù)倍甚至數(shù)十倍。所以脆性材料不能承受振動和沖擊荷載，也不宜用作受拉構(gòu)件，只適于用作承壓構(gòu)件。建筑材料中大部分無機非金屬材料均為脆性材料，如天然巖石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。如建筑鋼材、木材等屬于韌性較好的材料。材料的韌性值用沖擊韌性指標αK表示。沖擊韌性指標系指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗時，斷口處單位面積所吸收的功。其計算公式為 式中:αK— 材料的沖擊韌性指標（J／mm2）； AK— 試件破壞時所消耗的功（J）； A—試件受力凈截面積（mm）。在建筑工程中，對于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結(jié)構(gòu)，如吊車梁、橋梁、路面等所用的材料，均應具有較高的韌性。六、材料的硬度、耐磨性 硬度是材料表面能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。不同材料的硬度測定方法不同，通常采用的有刻劃法和壓入法兩種?？虅澐ǔＳ糜跍y定天然礦物的硬度。礦物硬度分為10級（莫氏硬度），其遞增的順序為：滑石1；石膏2；方解石3；螢石4；磷灰石5；正長石6；石英7；黃玉8；剛玉9；金剛石10。鋼材、木材及混凝土等的硬度常用鋼球壓人法測定（布氏硬度HB）。材料的硬度愈大，則其耐磨性愈好，但不易加工。工程中有時也可用硬度來間接推算材料的強度。2 .耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨損率（B）表示，其計算公式為 式中:B——材料的磨損率（g／cm2）； mm2一分別為材料磨損前、后的質(zhì)量（g）； A—試件受磨損的面積（cm2）。 材料的耐磨性與材料的組成成分、結(jié)構(gòu)、強度、硬度等有關(guān)。在建筑工程中，對于用作踏步、臺階、地面、路面等的材料，應具有較高的耐磨性。一般來說，強度較高且密實的材料，其硬度較大，耐磨性較好。 建筑材料的耐久性一、概念 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質(zhì)、不破壞，長久地保持其使用性能的能力。 耐久性是材料的一種綜合性質(zhì)，諸如抗凍性、抗風化性、抗老化性、耐化學腐蝕性等均屬耐久性的范圍。 此外，材料的強度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關(guān)系。 二、環(huán)境影響因素 材料在建筑物使用過程中長期受到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般可分為物理作用、化學作用、機械作用、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?；瘜W作用包括酸、堿、鹽等物質(zhì)的水溶液及氣體對材料產(chǎn)生的侵蝕作用，使材料產(chǎn)生質(zhì)的變化而破壞。生物作用是昆蟲、菌類等對材料所產(chǎn)生的蛀蝕腐朽等破壞作用。 鋼材易受氧化而銹蝕 無機金屬材料常因氧化、風化、碳化、溶蝕、凍融、熱應力、干濕交替作用而破壞 有機材料因腐爛、蟲蛀、老化而變質(zhì) 本章小結(jié)本章是學習建筑材料課程應首先具備的基礎知識和理論。材料的材質(zhì)不同，其性質(zhì)也必有差異。通過本章學習可以了解、明辨建筑材料所具有的各種基本性能的定義、內(nèi)涵、參數(shù)及計算表征方法，了解材料性能對建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響作用，為下一步學習材料的性能打下基礎。 復習思考題何謂材料的實際密度、表觀密度和堆積密度？如何計算？ 何謂材料的密實度和孔隙率？兩者有什么關(guān)系？ 某一塊狀材料的全干質(zhì)量為100g，自然狀態(tài)體積為cm3 ，絕對密實狀態(tài)下的體積為33cm3 ，試計算其密度、表觀密度、密實度和孔隙率。 建筑材料的親水性和憎水性在建筑工程中有什么實際意義？ 材料的質(zhì)量吸水率和體積吸水率有何不同？兩者存在什么關(guān)系？什么情況下采用體積吸水率或質(zhì)量吸水率來反映材料的吸水性？ 何謂材料的吸水性、吸濕性、耐水性、抗?jié)B性和抗凍性？各用什么指標表示？ 材料的孔隙率與孔隙特征對材料的表觀密度、吸水、吸濕、抗?jié)B、抗凍、強度及保溫隔熱等性能有何影響？ 軟化系數(shù)是反映材料什么性質(zhì)的指標？為什么要控制這個指標？ 彈性材料與塑性材料有何不同？ 何謂材料的強度？根據(jù)外力作用方式不同，各種強度如何計算？其單位如何表示？ 1何謂材料的耐久性？它包括哪些內(nèi)容？第二章 石 材內(nèi) 容 提 要重點了解常用建筑石材的品種、性能和應用范圍。通過對天然石材形成過程的了解，認識巖石的形成條件對其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和性質(zhì)的影響，理解材料的組成、結(jié)構(gòu)與技術(shù)性能之間的關(guān)系。正確、經(jīng)濟的選用石材。一、石材的定義 建筑石材是指具有一定的物理、化學性能，可用作建筑材料的巖石。它有天然形成的和人工制造的兩大類。 由天然巖石開采的，經(jīng)過或不經(jīng)過加工而制得的材料，稱為天然石材。 人造石材是用無機或有機膠結(jié)料、礦物質(zhì)原料及各種外加劑配制而成，例如人造大理石、花崗石等。從廣義而言，各種混凝土也屬這一類。由于人造石材可以人為控制其性能、形狀、花色圖案等，因此也得到廣泛應用。 石材建筑物：河北的隋代趙州永濟橋、江蘇洪澤湖大堤、北京人民英雄紀念碑等。二、石材的應用 重質(zhì)致密的塊體石材，常用于砌筑基礎、橋涵、擋土墻、護坡、溝渠與隧道襯砌等，是主要的石砌體材料； 散粒石料，如碎石、礫石、砂等，則廣泛用作混凝土骨料、道碴和鋪路材料等； 輕質(zhì)多孔的塊體石材常用作墻體材料，粒狀石料可用作輕混凝土的骨料； 堅固耐久、色澤美觀的石材可用作建筑物的飾面或保護材料。 由于天然石材具有抗壓強度高，耐久性和耐磨性良好，資源分布廣，便于就地取材等優(yōu)點而至今仍被廣泛應用。但巖石的性質(zhì)較脆，抗拉強度較低，表觀密度大，硬度高，因此開采和加工比較困難。 建筑中常用的天然巖石 巖石是由各種不同地質(zhì)作用所形成的天然固態(tài)礦物組成的集合體。礦物是在地殼中受各種不同地質(zhì)作用，所形成的具有一定化學組成和物理性質(zhì)的單質(zhì)（如石英、方解石等）或化合物（如云母、角閃石等）。而組成巖石的礦物稱為造巖礦物。目前，已發(fā)現(xiàn)的礦物有3300多種，絕大多數(shù)是固態(tài)無機物。主要的造巖礦物有30多種。由單一礦物組成的巖石叫單礦巖；由兩種或更多種礦物組成的巖石叫多礦巖。例如：石灰?guī)r是主要由方解石礦物組成的單礦巖；花崗巖是由長石、石英、云母等幾種礦物組成的多礦巖。 根據(jù)巖石的成因，按地質(zhì)分類法，天然巖石可以分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類。 一、巖漿巖 （1）巖漿巖的形成和種類 巖漿巖又稱火成巖，是地殼內(nèi)的熔融巖漿在地下或噴出地面后冷凝而成的巖石。根據(jù)不同的形成條件，巖漿巖可分為以下三種： 深成巖－－是地殼深處的巖漿，在受上部覆蓋層壓力的作用下，經(jīng)緩慢冷凝而形成的巖石。建筑上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、橄欖巖、閃長巖和輝長巖等。 噴出巖－－是巖漿沖破覆蓋層噴出地表時，在壓力降低和冷卻較快的條件下而形成的巖石。建筑上常用的噴出巖有玄武巖、安山巖等。 火山碎屑巖－－是火山爆發(fā)時，巖漿被噴到空中而急速冷卻后形成的巖石。 （2）建筑中常用的巖漿巖 花崗巖－－是巖漿巖中分布較廣的一種巖石，主要由長石、石英和少量云母（或角閃石等）組成，具有致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造。在建筑中花崗巖常用于基礎、閘壩、橋墩、臺階、路面、墻石和勒腳及紀念性建筑物等。但在高溫作用下，由于花崗巖內(nèi)的石英膨脹而引起破壞，因此其耐火性不好。 玄武巖－－是噴出巖中最普通的一種，顏色一般為黑色或棕黑色，常呈玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時也呈多孔狀或斑狀構(gòu)造。常用作高強混凝土的骨料，也用其鋪筑道路路面等。 輝綠巖－－具有深灰、墨綠等色，致密塊狀構(gòu)造，有時有氣孔或杏仁狀構(gòu)造。可用作建筑材料，鋪砌道路，它具有較高的耐酸性，可作耐酸混凝土骨料。 火山灰－－顆粒粒徑小于2mm，具有火山灰活性，磨細后在常溫和有水的情況下，可與石灰反應生成具有水硬性膠凝能力的水化物。因此，可作水泥的混合材料及混凝土的摻合料。浮石－－是粒徑大于5mm并具有多孔構(gòu)造（海綿狀或泡沫狀火山玻璃）的火山碎屑巖，其表觀密度小，可作輕質(zhì)混凝土的骨料。 凝灰?guī)r－－是凝聚并膠結(jié)成大塊的火山碎屑巖，具有多孔構(gòu)造，表觀密度小，抗壓強度為5～20MPa，可作砌墻材料和輕混凝土的骨料。二、沉積巖 （1）沉積巖的形成和種類 沉積巖又稱水成巖，是由沉積物固結(jié)而形成的巖石。根據(jù)沉積巖的生成條件，可分為以下三種： 機械沉積巖－－由自然風化而逐漸破碎松散的巖石及砂等，經(jīng)風、雨、冰川、沉積等機械力的作用而重新壓實或膠結(jié)而成的巖石，如砂巖、頁巖等。 化學沉積巖－－由溶解于水中的礦物質(zhì)經(jīng)聚積、反應、重結(jié)晶等并沉積而形成的巖石。如石膏、白云巖等。 有機沉積巖－－由各種有機體的殘骸沉積而成的巖石。如生物碎屑灰?guī)r、硅藻土等。 （2）建筑中常用的沉積巖 石灰?guī)r－－俗稱灰石或青石，主要化學成分為CaCO3。主要礦物成分為方解石。石灰?guī)r來源廣，硬度低，易劈裂，便于開采，具有一定的強度和耐久性，因而廣泛用于建筑工程中。其塊石可作基礎、墻身、階石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。此外，它也是生產(chǎn)水泥和石灰的主要原料。 砂巖－－主要是由石英砂或石灰?guī)r等的細小碎屑經(jīng)沉積并重新膠結(jié)而成的巖石。它的性質(zhì)決定于膠結(jié)物的種類及膠結(jié)的致密程度。致密的硅質(zhì)砂巖性能接近于花崗巖，密度大、強度高、硬度大、加工較困難，可用于紀念性建筑及耐酸工程等；鈣質(zhì)砂巖的性質(zhì)類似于石灰?guī)r，較易加工，應用較廣，可作基礎、踏步、人行道等，但不耐酸的侵蝕；鐵質(zhì)砂巖的性能比鈣質(zhì)砂巖差，其中密實者可用于一般建筑工程；粘土質(zhì)砂巖侵水易軟化，建筑中一般不用。三、變質(zhì)巖 （1）變質(zhì)巖的形成及種類 變質(zhì)巖是由原有巖石經(jīng)變質(zhì)后形成的巖石。即地殼中原有的各類巖石，在地層的壓力或溫度作用下，在固體狀態(tài)下發(fā)生再結(jié)晶作用，而使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以至化學成分發(fā)生部分或全部改變而形成的新巖石，如大理巖、石英巖等。 （2）建筑中常用的變質(zhì)巖 大理巖－－又稱大理石，是一種碳酸鹽礦物大于50％的變質(zhì)巖。大理石構(gòu)造致密，密度大，但硬度不大，易于分割。鋸切、雕刻性能好，磨光后非常美觀，可用于高級建筑物的裝飾和飾面工程。 石英巖－－是由硅質(zhì)砂巖變質(zhì)而成，晶體結(jié)構(gòu)。巖體均勻致密，抗壓強度高，耐久性好。但硬度大，加工困難。常用作重要建筑物的貼面石，耐磨耐酸的貼面材料，其碎塊可用于道路或作混凝土的骨料。 片麻巖－－是由花崗巖變質(zhì)而成，其礦物成分與花崗巖相似，呈片狀構(gòu)造，因而各個方向的物理力學性質(zhì)不同。常用作碎石、塊石及人行道石板等。 天然石材的技術(shù)性質(zhì)、加工類型及選用原則一、技術(shù)性質(zhì) 天然石材的技術(shù)性質(zhì)，可分為物理性質(zhì)、力學性質(zhì)和工藝性質(zhì)。（一）物理性質(zhì)（1）表觀密度 天然石材根據(jù)表觀密度大小可分為： 輕質(zhì)石材 表觀密度≤1800kg/m3； 重質(zhì)石材 表觀密度＞1800kg/m3。 表觀密度的大小常間接反映石材的致密程度與孔隙多少。在通常情況下，同種石材的表觀密度愈大，則抗壓強度愈高，吸水率愈小，耐久性好，導熱性好。（2）吸水性％的巖石稱為低吸水性巖石，％～％的稱為中吸水性巖石，％的稱高吸水性巖石。巖漿深成巖以及許多變質(zhì)巖，它們的孔隙率都很小，故而吸水率也很小，％。沉積巖由于形成條件、密實程度與膠結(jié)情況有所不同，因而孔隙率與孔隙特征的變動很大，這導致石材吸水率的波動也很大，例如致密的石灰?guī)r，它的吸水率可小于1％，而多孔的貝殼石灰?guī)r吸水率可高達15％。石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會降低顆粒之間的粘結(jié)力，從而使強度降低。有些巖石還容易被水溶蝕，因此，吸水性強與易溶的巖石，其耐水性較差。（3）耐水性石材的耐水性以軟化系數(shù)表示。巖石中含有較多的粘土或易溶物質(zhì)時，軟化系數(shù)則較小，其耐水性較差。根據(jù)軟化系數(shù)大小，可將石材分為高、中、低三個等級。軟化系數(shù)＞，～，～，軟化系數(shù)＜，則不允許用于重要建筑物中。（4）抗凍性石材的抗凍性，是指其抵抗凍融破壞的能力。其值是根據(jù)石材在水飽和狀態(tài)下按規(guī)范要求所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)表示。能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)越多，則抗凍性越好。石材抗凍性與吸水性有密切的關(guān)系，吸水率大的石材其抗凍性也差。根據(jù)經(jīng)驗，吸水率＜％的石材，則認為是抗凍的。（5）耐熱性石材的耐熱性與其化學成分及礦物組成有關(guān)。石材經(jīng)高溫后，由于熱脹冷縮、體積變化而產(chǎn)生內(nèi)應力或因組成礦物發(fā)生分解和變異等導致結(jié)構(gòu)破壞。如含有石膏的石材，在100℃以上時就開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高于725℃會發(fā)生破壞；含有碳酸鈣的石材，溫度達827℃時開始破壞。由石英與其它礦物所組成的結(jié)晶石材，如花崗巖等，當溫度達到700℃以上時，由于石英受熱發(fā)生膨脹，強度迅速下降。（二）力學性質(zhì) 天然石材的力學性質(zhì)主要包括：抗壓強度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。（1）抗壓強度石材的抗壓強度，是以三個邊長為70mm的立方體試塊的抗壓破壞強度的平均值表示。根據(jù)抗壓強度值的大小，石材共分九個強度等級：MU100、MU80、MU60、MU50、MUMUMUMU1和MU10。，但應對其試驗結(jié)果乘以相應的換算系數(shù)。 石材強度等級的換算系數(shù)立方體邊（mm）2001501007050換算系數(shù)1（2）沖擊韌性石材的沖擊韌性決定于巖石的礦物組成與構(gòu)造。石英巖、硅質(zhì)砂巖脆性較大。含暗色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有較高的韌性。通常，晶體結(jié)構(gòu)的巖石較非晶體結(jié)構(gòu)的巖石具有較高的韌性。（3）硬度它取決于石材的礦物組成的硬度與構(gòu)造。凡由致密、堅硬礦物組成的石材，其硬度就高。巖石的硬度以莫氏硬度表示。（4）耐磨性 耐磨性是指石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復雜作用的能力。石材的耐磨性包括耐磨損與耐磨耗兩方面。凡是用于可能遭受磨損作用的場所，例如臺階、人行道、地面、樓梯踏步等和可能遭受磨耗作用的場所，例如道路路面的碎石等，應采用具有高耐磨性的石材。