2.Chapter1材料的基本性质

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1.2 材料的结构
1.2.3 亚微观结构 材料在显微结构层次上的差异对材料的性能有显 著的影响。例如，钢材的晶粒尺寸越小， 著的影响。例如，钢材的晶粒尺寸越小，钢材的强度 越高。又如混凝土中毛细孔的数量减少、孔径减小， 越高。又如混凝土中毛细孔的数量减少、孔径减小， 将使混凝土的强度和抗渗性等提高。 将使混凝土的强度和抗渗性等提高。 对于土木工程材料而言， 显微结构层次上研究并 对于土木工程材料而言，从显微结构层次上研究并 改善材料的结构，从而提高材料的性能十分重要。 改善材料的结构，从而提高材料的性能十分重要。
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材料的组成、 §1 材料的组成、结构与构造
材料的宏观性能是由其组成和其内部微观结构 所决定的 1.1 材料的组成 Composite of materials 1.2 材料的结构 microstructure and submicrostructure 1.3 材料的构造 macrostructure
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1.1材料的组成 1.1材料的组成
材料是由分子、原子或离子组成的； 材料是由分子、原子或离子组成的；材料的组 分子 成包括化学组成 矿物组成。 化学组成和 成包括化学组成和矿物组成。 1.1.1化学组成 化学组成
1)定义：构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。它 定义：构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。 定义 直接影响材料的化学性质， 直接影响材料的化学性质，也是决定材料物理力学性质的 重要因素。土木工程材料的诸多性质，如耐火性、 重要因素。土木工程材料的诸多性质，如耐火性、力学性 耐腐蚀性、耐老化性能等都与其化学成分有关。 能、耐腐蚀性、耐老化性能等都与其化学成分有关。
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Main Contents
§1 材料的组成结构与构造Composition, 材料的组成结构与构造 Microstructure and Macrostructure 材料的密度、 §2 ★ 材料的密度、表观密度和孔隙率 Density, Apparent Density and Porosity §3 材料的力学性质 Mechanical Properties 材料与水有关的性质Properties relate to §4 ★ 材料与水有关的性质 water 材料的耐久性Durability §5 ★ 材料的耐久性 §6 材料与热有关的性质Thermal Properties 材料与热有关的性质 习题Example and Exercises §7 习题
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1.2 材料的结构
1.2.3 亚微观结构
2)纳米结构 纳米结构 材料的纳米结构是指一般扫描透射电子显微镜所能观察 到的结构。其尺度范围在10 到的结构。其尺度范围在 -7～10-9m（纳米级）。 （纳米级） 材料的纳米结构是20世纪 年代末期引起广泛关注的一个 材料的纳米结构是 世纪80年代末期引起广泛关注的一个 世纪 尺度。其基本结构单元有团簇、纳米微粒、人造原子等。 尺度。其基本结构单元有团簇、纳米微粒、人造原子等。 由于纳米微粒和纳米固体有小尺寸效应、表面界面效应等 由于纳米微粒和纳米固体有小尺寸效应、表面界面效应等 小尺寸效应 基本特性， 基本特性，使得由纳米微粒组成的纳米材料具有许多奇异的 物理和化学性能，因而得到了迅速发展， 物理和化学性能，因而得到了迅速发展，在土木工程中也得 到了应用，例如，磁性液体、纳米涂料等。通常胶体中的颗 到了应用，例如，磁性液体、纳米涂料等。 粒直径为1～ 粒直径为 ～100 nm，其结构是典型的纳米结构。 ，其结构是典型的纳米结构。
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1.2 材料的结构
1.2.2 宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼能观察到的外部和内 部的结构，其尺度范围在10 级 毫米级）以上。 部的结构，其尺度范围在 -3m级（毫米级）以上。 土木工程材料常见的按宏观结构的特征， 土木工程材料常见的按宏观结构的特征，材料 致密（密实）、多孔、粒状、层状等结构 ）、多孔 等结构。 有致密（密实）、多孔、粒状、层状等结构。宏 观结构不同的材料具有不同的特性： 观结构不同的材料具有不同的特性： 密实结构 多孔结构 粒状结构 层状结构
材料的性能不仅取决于材料组成，而且与材 材料的性能不仅取决于材料组成，而且与材 料的结构密切相关 密切相关。 料的结构密切相关。
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1.2 材料的结构
1.2.1 概述 材料的结构和构造， 材料的结构和构造，是泛指材料各组成部分之 间的结合方式及其在空间排列分布的不同层次的结构和构造的名称和划 在不同学科间尚未统一。通常， 分，在不同学科间尚未统一。通常，按材料的结 构和构造的尺度范围，可分为宏观结构 介观(亚 宏观结构、 构和构造的尺度范围，可分为宏观结构、介观 亚 微观)结构和微观结构 结构和微观结构。 微观 结构和微观结构。
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1.2 材料的结构
材料的强度、硬度较高，吸水性小，抗渗、 密实结构：材料的强度、硬度较高，吸水性小，抗渗、抗 冻及耐磨性较好，如钢材、天然石材、 冻及耐磨性较好，如钢材、天然石材、玻璃钢等 内部存在大体上分布均匀的、 多孔结构：内部存在大体上分布均匀的、独立的或部分相 通的孔隙（大孔和微孔），孔隙率较高。 通的孔隙（大孔和微孔），孔隙率较高。具有多孔结构的材 ），孔隙率较高 其性质决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况， 料，其性质决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况，通 常这类材料强度较低，如加气混凝土、烧结粘土砖等。 常这类材料强度较低，如加气混凝土、烧结粘土砖等。 同一组成的材料，具有不同结构时， 同一组成的材料，具有不同结构时，其性质可能存在很 大的差别。例如，玻璃与泡沫玻璃的组成相同 的组成相同， 大的差别。例如，玻璃与泡沫玻璃的组成相同，但宏观结构 不同，前者为致密结构，后者为多孔结构，其性质截然不同， 不同，前者为致密结构，后者为多孔结构，其性质截然不同， 玻璃用作采光材料，泡沫玻璃用作绝热材料。再如， 玻璃用作采光材料，泡沫玻璃用作绝热材料。再如，金刚石 和石墨。 和石墨。
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1.1.1化学组成 化学组成
2)表示方法：金属→元素含量百分数，金属材料则常以化 表示方法：金属 元素含量百分数 元素含量百分数， 表示方法 学元素的含量来表示，如碳素钢以碳元素含量来划分： 学元素的含量来表示，如碳素钢以碳元素含量来划分： 25Mn（平均含 的镇静钢）。 （平均含C=0.25%、含Mn0.7%-1.2%的镇静钢）。 、 的镇静钢 非金属→元素氧化物含量 如石灰的CaO含量。 元素氧化物含量， 含量。 非金属 元素氧化物含量，如石灰的 含量 有机高分子材料→低分子化合物 如聚乙烯。 低分子化合物， 有机高分子材料 低分子化合物，如聚乙烯。 有机高分子材料分子组成的基本单元为链节。 有机高分子材料分子组成的基本单元为链节。链节是一 种或几种低分子化合物按特定结构构成的单元。 种或几种低分子化合物按特定结构构成的单元。 如聚乙烯的链节是（ ），聚氯乙烯 聚氯乙烯[—CH2— 如聚乙烯的链节是（C2H4），聚氯乙烯 CHCL—]n，式中 为聚合度。 式中n为聚合度 为聚合度。
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在建筑物的使役期间，各种环境因素对建筑物的侵害作用： 在建筑物的使役期间，各种环境因素对建筑物的侵害作用： 环境因素对建筑物的侵害作用 风、雨和日晒等大气因素
混 土 ： 碳 化 凝
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水流、 水流、泥沙冲刷
贵州马场水库溢洪道决口(09-06-30) 贵州马场水库溢洪道决口
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温湿度变化及冻融作用 水或空气中有害成分的侵蚀作用等 实际工程中，环境介质的影响是多方面的，可能是几种化学 侵蚀的复合，同时还有冻融、冲刷、磨蚀磨损等物理性破坏。 潮汐线以下的水下部分， 潮汐线以下的水下部分， 主要受海水的化学侵蚀 (硫酸盐、镁盐、Cl- 、碳 硫酸盐、 硫酸盐 镁盐、 酸等侵蚀) 酸等侵蚀 潮汐区混凝土， 潮汐区混凝土，同时还 受海浪、冰凌及泥砂的冲 受海浪、 磨耗作用； 击、磨耗作用；水位变动 引起的干湿交替， 引起的干湿交替，会产生 盐类积累、 盐类积累、结晶以及再结 晶的过程
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1.2 材料的结构
1.2.4 微观结构
材料的微观结构是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。 材料的微观结构是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。 是指物相的种类 它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、 它与材料的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性及导热性等重 要性质有着密切的关系。固体材料的微观结构基本可分为晶体 晶体、 要性质有着密切的关系。固体材料的微观结构基本可分为晶体、 非晶体、胶体。 非晶体、胶体。 1)晶体(definition) 1)晶体(definition) 晶体 晶体是质点 原子、分子、离子)按一定规律在三维空间重复 是质点(原子 晶体是质点 原子、分子、离子 按一定规律在三维空间重复 排列而形成的固体。质点的这种规则排列构架称为晶格 晶格， 排列而形成的固体。质点的这种规则排列构架称为晶格，构成 晶格的最基本单元称为晶胞 晶胞。 晶格的最基本单元称为晶胞。 晶体质点间键能的大小以及结合键的特性决定晶体材料的特 主要的晶体结构有原子晶体 离子晶体、 有原子晶体、 性，主要的晶体结构有原子晶体、离子晶体、金属晶 体、分子 晶体。 晶体。其性能如下表 ：
Chapter 1 建筑材料的基本性质
Properties of Construction Materials
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材料的性质：指在负荷与环境因素联合作用下 材料的性质：指在负荷与环境因素联合作用下 负荷 材料所具有的属性。 材料所具有的属性。 工程中讨论的材料性质，都是在一定环境条 工程中讨论的材料性质，都是在一定环境条 件下测试的各种性能指标 测试的各种性能指标。 件下测试的各种性能指标。 在建筑物中承受不同作用的建筑材料，应具 在建筑物中承受不同作用的建筑材料， 有相应的性质： 有相应的性质： 承重构件——一定的强度和刚度 一定的强度和刚度 承重构件 防水材料——不透水性 防水材料 不透水性 隔热保温材料——不易传热的性质 不易传热的性质 隔热保温材料
1.2.3 亚微观结构
1)显微结构 显微结构 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构， 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度 范围在10 范围在 -3～10-7m。土木工程材料的显微结构，应根据具体 。土木工程材料的显微结构， 材料分类研究。 材料分类研究。 对于水泥混凝土， 对于水泥混凝土，通常是研究水泥石的孔隙结构及界面特 性等结构； 性等结构； 对于金属材料，通常是研究其金相组织、 对于金属材料，通常是研究其金相组织、晶界及晶粒尺寸 等； 对于木材，通常是研究木纤维、管胞、髓线等组织的结构。 对于木材，通常是研究木纤维、管胞、髓线等组织的结构。