2.2.11　材料的韧性与脆性

材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性。建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。

脆性是指当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然破坏，且破坏时无明显塑性变形的性质。具有这种性质的变形曲线的材料称为脆性材料。脆性材料的力学性能特点是抗压强度远大于抗拉强度，可高达数倍甚至数十倍，破坏时的极限应变值极小。与韧性材料相比，脆性材料不能承受振动和冲击荷载，也不宜用于受拉构件，只适用于作承压构件材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如砖、石材、铸铁、玻璃、陶瓷、混凝土等都是脆性材料。

材料的韧性用冲击韧性指标αk表示。冲击韧性指标指用带缺口的试件作冲击破坏试验时，断口处单位面积所吸收的功，可按下式计算：

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（mm2）。

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。

硬度是指材料表面抵抗硬物体刻划或压入而产生塑性变形的能力。材料的硬度越大，则其强度越高，耐磨性越好。测定材料硬度的方法有多种，通常采用的有刻划法、压入法和回弹法，不同材料其硬度的测定方法不同。刻划法常用于测定天然矿物的硬度，按硬度递增顺序分为10级，即滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。钢材、木材及混凝土等韧性材料的硬度常用压入法测定，压入法硬度的指标有布氏硬度和洛氏硬度，它等于压入荷载值除以压痕的面积或密度。回弹法常用于测定混凝土构件表面的硬度，并以此估算混凝土的抗压强度。

耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力，用磨损率表示，它等于试件在标准试验条件下磨损前后的质量差与试件受磨表面积之商。磨损率越大，材料的耐磨性越差。

建筑工程中采用的无机非金属材料及其制品的耐磨性可用滚珠轴承法进行测定。滚珠轴承式耐磨试验机示意图如图2-4所示。其原理是：以滚珠轴承为磨头，通过滚珠在预定负荷下回转滚动时，摩擦湿试件表面，在受磨面上磨成环形磨槽。通过测量磨槽的深度和磨头的研磨转数，计算耐磨度。此法操作简便，数据可靠，适用面广。材料耐磨性用磨损率表示，即：

图2-4　滚珠轴承式耐磨试验机示意图

式中：N——材料的磨损率（g/cm2）；

G1——试件磨损前的质量（g）；

G2——试件磨损后的质量（g）；

F——试件磨损面积（cm2）。

材料的耐磨性与硬度、强度及内部构造等均有关系。建筑工程中用于地面、楼梯踏步、人行道路等处的材料，必须考虑其硬度与耐磨性。