1.2-材料的力学性质、材料的耐久性（课件）- 《建筑材料》同步教学（哈尔滨工程大学出版社）

项目1 建筑材料的基本性质 目 录 CONTENT 行业PPT模板http：///hangye/ 1 2 3 材料的物理性质 材料的力学性质 材料的耐久性 PART 02 材料的力学性质 1.2.1 强度 材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力，称为强度。材料所受的外力，主要有拉力、压力、弯曲及剪力等。材料抵抗这些外力破坏的能力，分别称为抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。材料承受各种外力如图1-6所示。 1.2.1 强度 材料抗拉、抗压、抗剪强度可按式(1-19)计算。 式中，f 为抗拉、抗压、抗剪强度(MPa)；F 为材料受拉、压、剪破坏时的荷载(N)；A 为材料的受力面积(mm2)。 材料的抗弯强度与材料的受力情况有关。试验时将试件放在两支点上，中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，抗弯强度可按式(1-20)计算。 式中，fm 为抗弯强度(MPa)；F 为材料受弯破坏时的荷载(N)；L 为两支点间的距离(mm)；b、h 为材料截面的宽度、高度(mm)。 1.2.1 强度 材料的强度与它的成分、构造有关。不同种类的材料，有不同的抵抗外力的能力。同一种材料的孔隙率及构造特征不同，强度也有较大差异。一般情况下，表观密度越小，孔隙率越大；越疏松的材料，强度越低。 强度是材料的主要技术性能之一。不同材料或同种材料的强度，可按规定的标准试验方法通过试验确定。材料可根据强度值的大小划分为若干标号或等级。 提示 1.2.2 弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。能够完全恢复的变形，称为弹性变形(又称瞬时变形)。材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形，称为塑性变形(又称永久变形)。 1.2.2 弹性与塑性 材料的弹性变形与塑性变形曲线如图1-7所示，OA 段为弹性变形，AB 段为塑性变形。应该指出，单纯的弹性材料是没有的。有的材料在荷载不太大的情况下，所受外力与变形成正比，产生弹性变形；当荷载超过一定限度后出现塑性变形，常用建筑钢材(软钢)受力后的变形就属于这种情况。也有的材料在受力后，弹性变形与塑性变形同时产生，如图1-8所示，去掉荷载后，弹性变形(ab段)可以恢复，但其塑性变形(Ob 段)则不能恢复，混凝土材料受力后的变形就属于这种情况。 材料的弹性与塑性除与材料本身的成分有关外，还与外界条件有关。例如，材料在一定温度和一定外力条件下发生弹性变形，但当条件改变时，也可能发生塑性变形。 1.2.2 弹性与塑性 1.2.3 脆性与韧性 当外力达到一定限度后，材料突然被破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。其特点是材料在外力作用下达到破坏荷载时的变形值是很小的。 在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性。材料的韧性是用冲击试验来检验的。 1.2.3 脆性与韧性 思政目标：培养学生马克思主义的辩证思维，明白“鱼和熊掌不可兼得”的价值理念，培养学生科学创新的职业素养。 请阅读下面一段材料：屈强比是指材料的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值，屈强比太大，结构会发生脆性破坏。脆性破坏在土木工程中是严禁的，因为破坏时结构没有明显的变形产生，难以预防。当受到地震力时，钢材首先达到屈服强度且强度不断发展，结构产生变形，这个变形肉眼可见，结构破坏的先兆出现，人们得以提前发现并预防。屈强比越大，机械零件的可靠性越高(考虑节约材料，减轻质量)。屈强比可以看作衡量钢材强度储备的一个系数。屈强比越小，结构的安全可靠程度越高；但屈强比过小，则钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。 同学们知道国家体育场(鸟巢)采用的是哪种钢材吗? 是什么样的性能使它可以成为支撑最大跨度达343m的鸟巢的骨架? 思 政 课 堂 PART 03 材料的耐久性 1.3.1 影响材料耐久性的因素 耐久性是一项综合指标，包括强度、抗冻性、抗渗性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性、大气稳定性等，因此无法用一个统一的指标去衡量所有材料的耐久性。 1.3.1 影响材料耐久性的因素 材料在实际使用中，除受到各种外力的作用外，还会受到周边环境和各种自然因素的作用，这些作用具体包括以下几个方面。 (1)物理作用 (2)化学作用 (3)生物作用 (4)机械作用 包括湿度、温度的循环变化作用。 包括大气和环境中的酸、碱、盐等溶液，以及光照和紫外线等对材料的破坏作用。 包括各类细菌和虫类对材料的破坏作用。 包括持续荷载或者交变荷载对材料产生的冲击、磨耗等破坏作用。 1.3.2 提高材料耐久性的措施 为提高材料的耐久性，根据结构特点、使用环境和材料特点，综合分析影响材料耐久性的原因，通常可采取以下措施。 S W O T (1)根据使用环境选择耐久性较好的材料。 (2)采取各种方法尽可能降低材料的孔隙率。 (3)改善材料的孔隙结构。 (4)对材料表面进行处理以增强材料抵抗环境作用的能力。 1.3.2 提高材料耐久性的措施 思政目标：坚持和发展中国特色社会主义，围绕实现中华民族伟大复兴梦想，弘扬爱国主义。培养学生乐于奉献、踏实勤奋、吃苦耐劳、精益求精、实践创新的工匠精神。帮助学生树立自信，学会悦纳自我，形成新的责任担当。 请阅读下面一段材料：2022年6月5日10时44分，在酒泉卫星发射中心，一道白光刺破蓝天，神舟十四号载人飞船惊艳出征。从神舟一号到神舟十四号，短短二十余年，凭借航天人的不懈拼搏，我国航天事业从无到有，不断剑指星河，向着星辰大海进发，创造出一个又一个中国奇迹。 神舟系宇宙飞船是完全由我国自行研制、具有自主知识产权的载人天地往返运输器。 飞船的轨道舱壳体结构、蒙皮、返回舱侧壁金属壳体、座椅金属结构、轻便贮水器支架、上行载荷物品柜板等关键部位均采用了大量的“高精尖”铝合金板材、锻件、型材、管材。这种铝合金具有质量轻、超塑性、超韧性和超强耐腐蚀的特点。 思 政 课 堂 1.3.2 提高材料耐久性的措施 而飞船所披的舱体表层“铠甲”———低密度烧蚀涂层材料，就是历代材料人不断攻坚克难取得突破的材料典范，是以蜂窝增强、低密度树脂基材料体系为代表的烧蚀涂层材料。其中，H88和H96材料是以玻璃钢蜂窝格子作为支撑，苯基硅橡胶为树脂基体，物理共混的方式掺杂石英短纤维、酚醛微球等轻质功能填料，通过整体成型工艺快速填充到玻璃钢蜂窝格子中的，整个成型过程不会超过8h。在解决太空轨道环境中频繁交替的极端温差问题上，以热辐射为核心，研制出低吸收-低发射型热控涂层关键技术。 低吸收是指涂层材料自身具有较低的太阳光吸收特性，可有效减弱太阳辐照导致的温度升高；低发射是指涂层具有较低的红外发射率，可有效阻隔飞船内部向外部深冷环境的辐射漏热，避免舱内温度不断降低。 当返回舱以23倍音速穿越大气层时，剧烈摩擦产生的高温将舷窗外烧得一片通红。 思 政 课 堂 1.3.2 提高材料耐久性的措施 随着红白碎片不停地滑过，低密度烧蚀涂层通过不断分解、抗化、升华等一系列的吸热反应带走舱体表面的大量热量，使舱内温度始终控制在30℃以内，为航天员顺利返回地球提供最大程度的保障。 (1)请同学们表述一下新时代历史方位中神舟系宇宙飞船成功发射的意义。 (2)神舟系宇宙飞船的成功发射与无数科学家的无私奉献是分不开的，这与飞船低密度烧蚀涂层的烧蚀过程有什么相似之处吗? (3)同学们可以看到不同部位不同环境使用材料的特性是有所区别的，那么每位同学可以说一下自己个人有什么特点吗? 思 政 课 堂 1.3.2 提高材料耐久性的措施 复习思考题 1.名词解释 (1)材料的空隙率。 (2)堆积密度。 (3)材料的强度。 (4)材料的耐久性。 (5)抗冻性。 (6)抗渗性。 2.填空题 (1)材料的吸湿性是指材料在______的性质。 (2)材料的抗冻性以材料在吸水饱和状态下所能抵抗的______来表示。 (3)水可以在材料表面展开，即材料表面可以被水润湿，这种性质称为______ 。 (4)材料的表观密度是指材料在______状态下单位体积的质量。 (5)一般来说，材料的孔隙率越大，则材料的强度越______，保温性越______，吸水率越______。 (6)材料的含水率增加，导热系数随之______；当水结冰时，导热系数______ 。 1.3.2 提高材料耐久性的措施 复习思考题 3.单项选择题 (1)孔隙率增大，材料的( )降低。 A.密度 B.表观密度 C.憎水性 D.抗冻性 (2)材料在水中吸收水分的性质称为( )。 A.吸水性 B.吸湿性 C.耐水性 D.渗透性 (3)含水率为10%的湿砂220g，其中水的质量为( )g。 A.19.8 B.22 C.20 D.20.2 (4)当材料的孔隙率增大时，其性质保持不变的是( )。 A.表观密度 B.堆积密度 C.密度 D.强度 (5)当材料的润湿角( )，该材料称为憎水性材料。 A.≤90° B.≥90° C.<90° D.>90° (6)材料的抗渗性是指材料抵抗( )渗透的性质。 A.水 B.潮气 C.压力水 D.饱和水 (7)材料的耐水性是指材料( )而不被破坏，其强度也不会显著降低的性质。 A.在水作用下 B.在压力水作用下 C.长期在饱和水作用下 D.长期在湿气作用下 1.3.2 提高材料耐久性的措施 复习思考题 4.思考题 (1)生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性? (2)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来表示? (3)影响材料耐久性的因素是什么? (4)提高材料耐久性的措施有哪些? (5)什么是材料的弹性变形和塑性变形? 什么是塑性材料和脆性材料? 5.计算题 (1)某岩石在气干、绝对干燥、水饱和状态下测得的抗压强度分别为172MPa、 178MPa、168MPa，求该石材的软化系数，并判断该岩石可否用于水下工程。 (2)收到含水率为5%的砂子500t，干砂实为多少吨? 若需干砂500t，则应进含水率为5%的砂子多少吨? (3)某墙体材料的密度为2.7g/cm3，干燥状态下的表观密度为1650kg/m3，其质量吸水率为21%，试求其孔隙率并估计该材料的抗冻性。 非常感谢您的观看 $$