造價員輔導資料：建筑材料概述4
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三、建筑材料的力學性質
(一)強度
材料在荷載作用下抵抗破壞的能力叫做強度。當材料受外力作用時，內部就會產生抵抗外力作用的內力，單位面積上所產生的內力叫做應力，在數值上等于外力除以受力面積。外力增加時，材料內部的抵抗力、即應力也相應增加，該應力值達到材料內部質點間結合力的最大值時則材料破壞。因此，材料的強度即材料內部抵抗破壞的極限應力。
1.理論強度
材料在外力作用下的破壞實質上是由于拉力造成內部質點間結合鍵的斷裂，或由于剪力造成質點間的滑移而破壞。材料的理論強度是克服固體材料內部質點間的結合力，形成兩個新表面時所需的應力。理論上材料的強度可以根據化學組成、晶體結構與強度之間的關系來計算。但不同的材料有不同的組成、不同的結構及不同的鍵合方式，因此這種理論計算十分復雜，對各種材料均不相同。為此提出了簡化的材料理論強度的計算公式
式中 fth ——材料的理論強度，MPa
E ——材料的彈性模量，MPa
U ——材料的單位表面能，J/m2
a ——原子間距離，或者叫做晶格常數，m
材料的理論強度是假定在材料內部沒有任何缺陷的前提下推導出來的。即外力必須克服內部質點之間的相互作用力，將質點間距離拉開足夠大，才能使材料達到破壞。由于固體材料內部質點間的距離很小，通常在1～0.1nm數量級，因此，理論強度值很大。但是實際工程使用的材料按照某種標準方法測得的實際強度值遠遠低于理論強度。這是由于材料內部存在著許多缺陷，例如孔隙、裂縫等，盡管所施加的外力較小，但局部應力集中已經達到理論強度了，所以材料在遠低于理論強度的應力時即發生破壞。
2.靜力強度
根據外力作用的方式不同，有抗壓、抗拉、抗彎(抗折)和抗剪等各種強度。其中抗壓、抗拉或抗剪強度按公式2-2-19計算;抗折強度等于試件所受最大彎矩除以該截面的抗彎模量，當跨距為ι、兩端簡支、跨中受一集中荷載F時
式中 f ——抗壓、抗拉或抗剪強度，MPa
fth ——抗折強度，MPa
F ——最大破壞荷載，N
A ——受力面積，mm2
L ——抗折試件中間跨距，mm
b ——抗折試件截面寬度，mm
h ——抗折試件截面高度，mm
3.影響材料強度的因素
(1)材料的組成。不同組成的材料，內部質點的排列方式、質點間距離以及結合強度有很大不同，因此是影響強度的內在因素。例如金屬材料屬于晶體材料，內部質點規則排列，且以金屬鍵連接，作用力強，不易破壞，因此金屬材料的強度較高;而水泥漿體硬化后形成凝膠粒子的堆積結構，相互之間以分子引力、即范德華力連接，強度很弱，因此強度比金屬材料低很多。
(2)材料的結構。包括孔隙率、孔隙結構特征、內部質點之間的結合方式等。相同組成的材料，隨著孔隙率的增加，強度呈直線下降。
(3)含水狀態。大多數材料在吸水飽和狀態下的強度低于干燥狀態的強度。這是由于水分的存在使材料內部質點之間的距離增大，相互間作用力減弱，所以強度降低。
(4)溫度。溫度升高，內部質點之間距離增大，因此材料的強度下降。
4.材料的比強度
材料的強度與其密度之比叫做比強度，是衡量材料輕質高強性能的重要指標。優質的結構材料應具有較高的比強度，才能盡量以較小的截面滿足強度要求，同時可以大幅度減小結構體本身的自重。表2-2-3所示為幾種常用建筑材料的比強度。
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