2010年一級建筑師:材料的基本力學性質、耐久性

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三、材料的基本力學性質
    (一)材料的強度
    相同種類的材料,隨著其孔隙率及構造特征的不同,使材料的強度也有較大的差異。
    一般孔隙率越大的材料強度越低,其強度與孔隙率具有近似直線的比例關系。磚、石材、
    混凝土和鑄鐵等材料的抗壓強度較高,而其抗拉及抗彎強度很低。木材則抗拉強度高于抗
    壓強度。鋼材的抗拉、抗壓強度都很高。因此,磚、石材、混凝土等多用在房屋的墻和基
    礎。鋼材則適用于承受各種外力的構件?,F(xiàn)將常用材料的強度值列于表1-2.
    常用材料的強度(MPa) 表1-2
    材料抗壓抗拉抗彎
    花崗石100~2505~810~14
    普通黏土磚5~20 1. 6~4. 0
    普通混凝土5~601~9
    松木30~5080~12060~100
    建筑鋼材210~ 1500240~ 1500
    大部分建筑材料是根據其強度的大小,將材料劃分為若干不同的等級(標號)。將建筑
    材料劃分若干等級,對掌握材料性質,合理選用材料,正確進行設計和控制工程質量都是 非常重要的。
    (二)彈性與塑性
    材料在外力作用下產生變形,當外力取消后,能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈 性,這種完全恢復的變形稱為彈性變形(或瞬時變形)。
    在外力作用下材料產生變形,如果取消外力,仍保持變形后的形狀和尺寸,并且不產
    生裂縫的性質稱為塑性,這種不能恢復的變形稱為塑性變形(或永久變形)。
    單純的彈性材料是沒有的。建筑鋼材在受力不大的情況下,表現(xiàn)為彈性變形,但受力
    超過一定限度后,則表現(xiàn)為塑性變形?;炷猎谑芰?,彈性變形及塑性變形同時產生。
    (三)脆性與韌性
    當外力達到一定限度后。材料突然破壞,而破壞時并無明顯的塑性變形,材料的這種
    性質稱為脆性。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵等都屬于脆性材料。
    在沖擊、振動荷載作用下,材料能夠吸收較大的能量,同時也能產生一定的變形而不
    致破壞的性質稱為韌性(沖擊韌性)。材料的韌性是用沖擊試驗來檢驗的。建筑鋼材(軟
    鋼)、木材等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的結構都要考慮到 材料的韌性。
    例:脆性材料的如下特征,其中何者是正確的?(A)
    A 破壞前無明顯變形
    B抗壓強度與抗拉強度均較高
    C 抗沖擊破壞時吸收能量大
    D 受力破壞時,外力所做的功大
    四、材料的耐久性
    耐久性是材料在長期使用過程中抵抗其自身及環(huán)境因素長期破壞作用,保持其原有性 能而不變質、不破壞的能力。
    侵蝕破壞作用類型包括:①物理作用;②化學作用;③生物作用。
    耐久性及破壞因素關系見表1-3。
    耐久性及破壞因素關系 表1-3
    名 稱破壞因素分類破壞因素種類評定指標
    抗?jié)B性物 理壓力水滲透系數,抗?jié)B等級
    抗凍性物理,化學水、凍融作用抗凍等級,抗凍系數
    沖磨氣蝕物 理流水、泥砂磨蝕率
    碳 化化學CO2、H2O碳化深度
    化學侵蝕化學酸堿鹽及溶液
    老 化化學陽光、空氣、水
    銹 蝕物理化學H2O、O2、Cl-、電流銹蝕率
    堿骨料反應物理化學H2O、活性集料膨脹率
    腐朽生物H2O、O2、菌
    蟲蛀生物昆蟲
    耐熱物理濕熱、冷熱交替
    耐火物理高溫、火焰
    材料的耐久性是一項重要技術性質。材料的耐久性還具有明確的經濟意義。從建筑技
    術發(fā)展角度看,各國工程技術人員已達成共識,由按耐久性進行工程設計取代按強度進行 工程設計,更具有科學和實用性。
    提高耐久性的措施: (1)提高材料本身的密實度,改變材料的孔隙構造; (2)降低濕度,排除侵蝕性物質;
    (3)適當改變成分,進行憎水處理,防腐處理; (4)做保護層,如抹灰、刷涂料。