建筑材料课本-119页

建筑材料课本-119页内容摘要：

外力小于弹性极限时，仅产生弹性变形；而外力大于弹性极限后，则除了弹性变形外，还产生塑性变形。 有些材料在受力后，弹性变形和塑性变形同时产生，当外力取消后，弹性变形会恢复，而塑性变形不能消失，如混凝土。 弹塑性材料的变形曲线如图 所示，图中 ab 为可恢复的弹性变形， bo 为不可恢复的塑性变形。 图 弹塑性材料的变形曲线 五、材料的脆性与韧性 材料在外力作用下，当外力达到一定限度后，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。 具有这种性质的材料称脆性材料。 脆性材料抵抗冲击荷 载或振动荷载作用的能力很差。 其抗压强度远大于抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍。 所以脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用作受拉构件，只适于用作承压构件。 建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、普通混凝土等。 材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏，这种性质称为韧性。 如建筑钢材、木材等属于韧性较好的材料。 材料的韧性值用冲击韧性指标 αK 表示。 冲击韧性指标系指用带缺口的试件做冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的功。 其计算公式为 式中 : αK— 材料的冲击韧性指标（ J／ mm2）； AK— 试件破坏时所消耗的功（ J）； A—试件受力净截面积（ mm）。 在建筑工程中，对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构，如吊车梁、桥梁、路面等所用的材料，均应具有较高的韧性。 六、材料的硬度 、耐磨性 硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。 不同材料的硬度测定方法不同，通常采用的有刻划法和压入法两种。 刻划法常用于测定天然矿物的硬度。 矿物硬度分为 10 级（莫氏硬度），其递增的顺序为：滑石 1；石膏 2；方解石 3；萤石 4；磷灰石 5；正长石 6；石英 7；黄玉 8；刚玉 9；金刚石 10。 钢材、木材及混凝土等的硬度常用钢球压人法测定（布氏硬度 HB）。 材料的硬度愈大，则其耐磨性愈好，但不易加工。 工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度。 2 .耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。 材料的耐磨性用磨损率（ B）表示，其计算公式为 式中 : B——材料的磨损率（ g／ cm2）； m m2 一分别为材料磨损前、后的质量（ g）； A—试件受磨损的面积（ cm2）。 材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、 硬度等有关。 在建筑工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等的材料，应具有较高的耐磨性。 一般来说，强度较高且密实的材料，其硬度较大，耐磨性较好。 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，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的能力。 耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。 此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。 二、环境影响因素 材料在建筑 物使用过程中长期受到周围环境和各种自然因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。 物理作用包括材料的干湿变化、温度变化及冻融变化等。 化学作用包括酸、碱、盐等物质的水溶液及气体对材料产生的侵蚀作用，使材料产生质的变化而破坏。 生物作用是昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀腐朽等破坏作用。 钢材易受氧化而锈蚀 无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、热应力、干湿交替作用而破坏 有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质 本章小结 本章是学习建筑材料课程应 首先具备的基础知识和理论。 材料的材质不同，其性质也必有差异。 通过本章学习可以了解、明辨建筑材料所具有的各种基本性能的定义、内涵、参数及计算表征方法，了解材料性能对建筑结构质量的影响作用，为下一步学习材料的性能打下基础。 复习思考题 何谓材料的实际密度、表观密度和堆积密度。 如何计算。 何谓材料的密实度和孔隙率。 两者有什么关系。 某一块状材料的全干质量为 100g，自然状态体积为 cm3 ，绝对密实状态下的体积为 33cm3 ，试计算其密度、表观密度、密实度和孔隙率。 建筑材料的亲水性和憎水性在建筑工程中有什么实际意义。 材料的质量吸水率和体积吸水率有何不同。 两者存在什么关系。 什么情况下采用体积吸水率或质量吸水率来反映材料的吸水性。 何谓材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性和抗冻性。 各用什么指标表示。 材料的孔隙率与孔隙特征对材料的表观密度、吸水、吸湿、抗渗、抗冻、强度及保温隔热等性能有何影响。 软化系数是反映材料什么性质的指标。 为什么要控制这个指标。 弹性材料与塑性材料有何不同。 何谓材料的强度。 根据外力作用方式不同，各种强度如何计算。 其单位如何表示。 1何谓材料的耐久性。 它包括哪些内容。 第三章 石材 内容提要 重点了解常用建筑石材的品种、性能和应用范围。 通过对天然石材形成过程的了解，认识岩石的形成条件对其结构、构造和性质的影响，理解材料的组成、结构与技术性能之间的关系。 正确、经济的选用石材。 一、石材的定义 建筑石材是指具有一定的物理、化学性能，可用作建筑材料的岩石。 它有天然形成的和人工制造的两大类。 由天然岩石开采的，经过或不经过加工而制得的材 料，称为天然石材。 人造石材是用无机或有机胶结料、矿物质原料及各种外加剂配制而成，例如人造大理石、花岗石等。 从广义而言，各种混凝土也属这一类。 由于人造石材可以人为控制其性能、形状、花色图案等，因此也得到广泛应用。 石材建筑物：河北的隋代赵州永济桥、江苏洪泽湖大堤、北京人民英雄纪念碑等。 二、石材的应用 重质致密的块体石材，常用于砌筑基础、桥涵、挡土墙、护坡、沟渠与隧道衬砌等，是主要的石砌体材料； 散粒石料，如碎石、砾石、砂等，则广泛用作混凝土骨料、道碴和铺路材料等； 轻质多孔的 块体石材常用作墙体材料，粒状石料可用作轻混凝土的骨料； 坚固耐久、色泽美观的石材可用作建筑物的饰面或保护材料。 由于天然石材具有抗压强度高，耐久性和耐磨性良好，资源分布广，便于就地取材等优点而至今仍被广泛应用。 但岩石的性质较脆，抗拉强度较低，表观密度大，硬度高，因此开采和加工比较困难。 建筑中常用的天然岩石 岩石是由各种不同地质作用所形成的天然固态矿物组成的集合体。 矿物是在地壳中受各种不同地质作用，所形成的具有一定化学组成和物理性质的单质（如石英、方解石等）或化合物（如云母、角闪石等 ）。 而组成岩石的矿物称为造岩矿物。 目前，已发现的矿物有 3300 多种，绝大多数是固态无机物。 主要的造岩矿物有 30多种。 由单一矿物组成的岩石叫单矿岩；由两种或更多种矿物组成的岩石叫多矿岩。 例如：石灰岩是主要由方解石矿物组成的单矿岩；花岗岩是由长石、石英、云母等几种矿物组成的多矿岩。 根据岩石的成因，按地质分类法，天然岩石可以分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。 一、岩浆岩 （ 1）岩浆岩的形成和种类 岩浆岩又称火成岩，是地壳内的熔融岩浆在地下或喷出地面后冷凝而成的岩石。 根据不同 的形成条件，岩浆岩可分为以下三种： 深成岩－－是地壳深处的岩浆，在受上部覆盖层压力的作用下，经缓慢冷凝而形成的岩石。 建筑上常用的深成岩有花岗岩、正长岩、橄榄岩、闪长岩和辉长岩等。 喷出岩－－是岩浆冲破覆盖层喷出地表时，在压力降低和冷却较快的条件下而形成的岩石。 建筑上常用的喷出岩有玄武岩、安山岩等。 火山碎屑岩－－是火山爆发时，岩浆被喷到空中而急速冷却后形成的岩石。 （ 2）建筑中常用的岩浆岩 花岗岩－－是岩浆岩中分布较广的一种岩石，主要由长石、石英和少量云母（或 角闪石等）组成，具有致密的结晶结构和块状构造。 在建筑中花岗岩常用于基础、闸坝、桥墩、台阶、路面、墙石和勒脚及纪念性建筑物等。 但在高温作用下，由于花岗岩内的石英膨胀而引起破坏，因此其耐火性不好。 玄武岩－－是喷出岩中最普通的一种，颜色一般为黑色或棕黑色，常呈玻璃质或隐晶质结构，有时也呈多孔状或斑状构造。 常用作高强混凝土的骨料，也用其铺筑道路路面等。 辉绿岩－－具有深灰、墨绿等色，致密块状构造，有时有气孔或杏仁状构造。 可用作建筑材料，铺砌道路，它具有较高的耐酸性，可作耐酸混凝土骨料。 火山灰－－颗粒粒径小于 2mm，具有火山灰活性，磨细后在常温和有水的情况下，可与石灰反应生成具有水硬性胶凝能力的水化物。 因此，可作水泥的混合材料及混凝土的掺合料。 浮石－－是粒径大于 5mm 并具有多孔构造（海绵状或泡沫状火山玻璃）的火山碎屑岩，其表观密度小，可作轻质混凝土的骨料。 凝灰岩－－是凝聚并胶结成大块的火山碎屑岩，具有多孔构造，表观密度小，抗压强度为 5～20MPa，可作砌墙材料和轻混凝土的骨料。 二、沉积岩 （ 1）沉积岩的形成和种类 沉积岩又称水成岩，是由沉积物固结而形 成的岩石。 根据沉积岩的生成条件，可分为以下三种： 机械沉积岩－－由自然风化而逐渐破碎松散的岩石及砂等，经风、雨、冰川、沉积等机械力的作用而重新压实或胶结而成的岩石，如砂岩、页岩等。 化学沉积岩－－由溶解于水中的矿物质经聚积、反应、重结晶等并沉积而形成的岩石。 如石膏、白云岩等。 有机沉积岩－－由各种有机体的残骸沉积而成的岩石。 如生物碎屑灰岩、硅藻土等。 （ 2）建筑中常用的沉积岩 石灰岩－－俗称灰石或青石，主要化学成分为 CaCO3。 主要矿物成分为方解石。 石灰岩来源广，硬度 低，易劈裂，便于开采，具有一定的强度和耐久性，因而广泛用于建筑工程中。 其块石可作基础、墙身、阶石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。 此外，它也是生产水泥和石灰的主要原料。 砂岩－－主要是由石英砂或石灰岩等的细小碎屑经沉积并重新胶结而成的岩石。 它的性质决定于胶结物的种类及胶结的致密程度。 致密的硅质砂岩性能接近于花岗岩，密度大、强度高、硬度大、加工较困难，可用于纪念性建筑及耐酸工程等；钙质砂岩的性质类似于石灰岩，较易加工，应用较广，可作基础、踏步、人行道等，但不耐酸的侵蚀；铁质砂岩的性能比钙质砂岩差，其 中密实者可用于一般建筑工程；粘土质砂岩侵水易软化，建筑中一般不用。 三、变质岩 （ 1）变质岩的形成及种类 变质岩是由原有岩石经变质后形成的岩石。 即地壳中原有的各类岩石，在地层的压力或温度作用下，在固体状态下发生再结晶作用，而使其矿物成分、结构构造以至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石，如大理岩、石英岩等。 （ 2）建筑中常用的变质岩 大理岩－－又称大理石，是一种碳酸盐矿物大于 50％的变质岩。 大理石构造致密，密度大，但硬度不大，易于分割。 锯切、雕刻性能好，磨光后非常美观，可 用于高级建筑物的装饰和饰面工程。 石英岩－－是由硅质砂岩变质而成，晶体结构。 岩体均匀致密，抗压强度高，耐久性好。 但硬度大，加工困难。 常用作重要建筑物的贴面石，耐磨耐酸的贴面材料，其碎块可用于道路或作混凝土的骨料。 片麻岩－－是由花岗岩变质而成，其矿物成分与花岗岩相似，呈片状构造，因而各个方向的物理力学性质不同。 常用作碎石、块石及人行道石板等。 天然石材的技术性质、加工类型及选用原则 一、技术性质 天然石材的技术性质，可分为物理性质、力学性质和工艺性质。 （一）物理性质 （ 1） 表观密度 天然石材根据表观密度大小可分为： 轻质石材 表观密度 ≤1800kg/m3； 重质石材 表观密度＞ 1800kg/m3。 表观密度的大小常间接反映石材的致密程度与孔隙多少。 在通常情况下，同种石材的表观密度愈大，则抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性好，导热性好。 （ 2）吸水性 吸水率低于 ％的岩石称为低吸水性岩石，介于 ％～ ％的称为中吸水性岩石，吸水率高于 ％的称高吸水性岩石。 岩浆深成岩以及许多变质岩，它们的孔隙率都很小，故而吸水率也很小，例如花岗岩 的吸水率通常小于 ％。 沉积岩由于形成条件、密实程度与胶结情况有所不同，因而孔隙率与孔隙特征的变动很大，这导致石材吸水率的波动也很大，例如致密的石灰岩，它的吸水率可小于 1％，而多孔的贝壳石灰岩吸水率可高达 15％。 石材的吸水性对其强度与耐水性有很大影响。 石材吸水后，会降低颗粒之间的粘结力，从而使强度降低。 有些岩石还容易被水溶蚀，因此，吸水性强与易溶的岩石，其耐水性较差。 （ 3）耐水性 石材的耐水性以软化系数表示。 岩石中。