造价员辅导资料：建筑材料概述4
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三、建筑材料的力学性质
(一)强度
材料在荷载作用下抵抗破坏的能力叫做强度。当材料受外力作用时，内部就会产生抵抗外力作用的内力，单位面积上所产生的内力叫做应力，在数值上等于外力除以受力面积。外力增加时，材料内部的抵抗力、即应力也相应增加，该应力值达到材料内部质点间结合力的最大值时则材料破坏。因此，材料的强度即材料内部抵抗破坏的极限应力。
1.理论强度
材料在外力作用下的破坏实质上是由于拉力造成内部质点间结合键的断裂，或由于剪力造成质点间的滑移而破坏。材料的理论强度是克服固体材料内部质点间的结合力，形成两个新表面时所需的应力。理论上材料的强度可以根据化学组成、晶体结构与强度之间的关系来计算。但不同的材料有不同的组成、不同的结构及不同的键合方式，因此这种理论计算十分复杂，对各种材料均不相同。为此提出了简化的材料理论强度的计算公式
式中 fth ——材料的理论强度，MPa
E ——材料的弹性模量，MPa
U ——材料的单位表面能，J/m2
a ——原子间距离，或者叫做晶格常数，m
材料的理论强度是假定在材料内部没有任何缺陷的前提下推导出来的。即外力必须克服内部质点之间的相互作用力，将质点间距离拉开足够大，才能使材料达到破坏。由于固体材料内部质点间的距离很小，通常在1～0.1nm数量级，因此，理论强度值很大。但是实际工程使用的材料按照某种标准方法测得的实际强度值远远低于理论强度。这是由于材料内部存在着许多缺陷，例如孔隙、裂缝等，尽管所施加的外力较小，但局部应力集中已经达到理论强度了，所以材料在远低于理论强度的应力时即发生破坏。
2.静力强度
根据外力作用的方式不同，有抗压、抗拉、抗弯(抗折)和抗剪等各种强度。其中抗压、抗拉或抗剪强度按公式2-2-19计算;抗折强度等于试件所受最大弯矩除以该截面的抗弯模量，当跨距为ι、两端简支、跨中受一集中荷载F时
式中 f ——抗压、抗拉或抗剪强度，MPa
fth ——抗折强度，MPa
F ——最大破坏荷载，N
A ——受力面积，mm2
L ——抗折试件中间跨距，mm
b ——抗折试件截面宽度，mm
h ——抗折试件截面高度，mm
3.影响材料强度的因素
(1)材料的组成。不同组成的材料，内部质点的排列方式、质点间距离以及结合强度有很大不同，因此是影响强度的内在因素。例如金属材料属于晶体材料，内部质点规则排列，且以金属键连接，作用力强，不易破坏，因此金属材料的强度较高;而水泥浆体硬化后形成凝胶粒子的堆积结构，相互之间以分子引力、即范德华力连接，强度很弱，因此强度比金属材料低很多。
(2)材料的结构。包括孔隙率、孔隙结构特征、内部质点之间的结合方式等。相同组成的材料，随着孔隙率的增加，强度呈直线下降。
(3)含水状态。大多数材料在吸水饱和状态下的强度低于干燥状态的强度。这是由于水分的存在使材料内部质点之间的距离增大，相互间作用力减弱，所以强度降低。
(4)温度。温度升高，内部质点之间距离增大，因此材料的强度下降。
4.材料的比强度
材料的强度与其密度之比叫做比强度，是衡量材料轻质高强性能的重要指标。优质的结构材料应具有较高的比强度，才能尽量以较小的截面满足强度要求，同时可以大幅度减小结构体本身的自重。表2-2-3所示为几种常用建筑材料的比强度。
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