第1章 土木工程材料的基本性质汇总

1.2 材料的结构
结构：宏观结构、细观结构、微观结构
宏观结构：（10-3m以上 ）指用肉眼或放大镜能 够分辨的粗大组织。 按空隙特征分为：
➢ 致密结构：指具有无可吸水、透气的空隙的结构。 ➢ 多孔结构：指具有粗大空隙的结构。 ➢ 微观结构：指具有微细空隙的结构。
➢ 致密结构：
致密结构的材料内部基本上无孔隙，结 构致密。这类材料的特点是强度和硬度较高， 吸水性小，抗渗较好，耐磨性较好，绝热性 差。如钢材、天然石材、玻璃、玻璃钢等。
因素是其原材料的品质及配合比例。
细观结构：（10-3～10-6m ）可用光 学显微镜观察到的结构。
土木工程材料的细观结构只能根据具体 材料来进行分析研究。 对于水泥：水化产物、空隙、未水化的水 泥颗粒；对于钢材：铁素体、渗碳体、珠 光体。 对于同样组成的材料，细观结构层次上各 组成的数量、分布不同，也会对材料的性 能带来很大影响。
水泥凝胶体
2 材料的基本物理性质
• 2.1 材料的密度 、表观密度和堆积密度
密度: 材料在绝对密实状态下单位体积
的 质量。 单位g/cm3。
m
v
式中 ρ－密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）
密度的测量
• 绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内 部孔隙在内的体积。
特点：质点未能到达能量最低位置，大量
化学能未能释放，化学稳定性较差，易与 其它物质起化学反应。（如：火山灰、粒 化高炉矿渣、粉煤灰等）
➢ 胶体 作为分散相的粒子粒径在10-10～10-7
m，分散在连续相介质中形成的分散体系称 为胶体。
胶体因比表面积大，表面能大，吸附力强， 具有较大粘结力（如沥青、硅酸盐凝胶等）
氧原子
硅原子
• 材料的化学成分相同，但形成的晶体结构 可以不同，其性能也就大有差异。如石英和 硅藻土，化学成分同为SiO2，但各自性能颇 不相同。另外，晶体结构的缺陷，对材料性 质的影响很大。
➢ 玻璃体 又称为无定形体。 熔融物因冷
却速度太快，凝固时粘度很大，质点来不 及按规律排列所形成的质点无序排列的固 体（如无定形SiO2）
宏观结构按组织结构特征分为：
1堆聚结构
2 纤维结构
3层状结构
4 散粒结构
➢ 堆聚结构：
指由骨料与具有凝胶性或黏结性物质胶结而 成的结构。材料的性能与堆聚结构中组分的相对
含量有关 。例如水泥混凝土、砂浆、沥青 混合料。
➢ 纤维结构：
• 指由天然或人工合成纤维物质构成的结 构。这类材料内部组成有方向性，纵向较紧 密而横向疏松，组织中存在相当多的孔隙， 这类材料的性质具有明显的方向性，一般平 行纤维方向的强度较高，导热性较好。如木 材、玻璃钢、岩棉等。
微观结构：（10-6～10-10m ）指原子、
分子层次上的结构，可用电子显微镜或X射 线来进行分析研究。
微观结构上材料分为
晶体 非晶体
玻璃体 胶体
➢晶体 材料内部质点按特定规律在空间呈周期
性重复排列的固体。具有各向异性、固定熔点等 特点。分为原子晶体、离子晶体、分子晶体和金 属晶体四种。
硅酸盐矿物晶体——由硅氧四面体单元与 其它金属离子的结合。有链状结构的石棉、层状 结构的云母及立体网状结构的石英。
竹的纤 维构造
➢ 层状结构：
• 指由天然形成或人工粘结等方法将材料叠合而
成的双层或多次结构。层状结构材料每一层的材料 性质不同，但叠合后，可获得平面各向同性，更重 要的是可以显著提高材料的强度、硬度、绝热或装 饰等性质，扩大其使用范围。如胶合板、纸面石膏 板、各种新型节能复合墙板等。
胶合板的 层状构造
– 难点：材料的组成及其对材料性质 的影响。建议通过学习了解材料科学的
基本概念，理解材料的组成结构与性能的 关系及其在工程实践中的意义。
❖1 材料的组成、结构和构造
材料的组成、结构和构造是决定材 料性能最主要的内因。
1.1 材料的组成
•
材料的组成是指材料的化学成分、矿物
组成及相组成。材料组成是材料性质的基础，
➢ 散粒结构：
•
散粒状结构指松散粒状物质所形成的结
构，有密实颗粒与轻质多孔颗粒之分。前者
如砂子、石子等，因其致密，强度高，适合
做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨胀珍
珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。
陶粒的粒 状构造
•
从宏观组成层次讲，人工复合的材料
如混凝土、建筑涂料等是由各种原材料配
合而成的，因此影响这类材料性质的主要
第1章 土木工程材料的基本性质
❖1 材料的组成、结构和构造 ❖2 材料的物理性质 ❖3 材料的力学性质 ❖4 材料的耐久性
• 学习目标：
– ⑴ 了解土木工程材料的基本组成、结构和 构造及其与材料基本性质的关系。
– ⑵ 熟练掌握土木工程材料的基本力学性质。 – ⑶ 掌握土木工程材料的基本物理性质。 – ⑷ 掌握土木工程材料耐久性的基本概念。
大理岩的致密 表面源自 多孔结构：含孔率较高，并且空隙尺寸较大。具有多孔构 造的材料，一般来说，材料的强度较低，抗渗性较 差。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料、人造 轻质多孔材料等。
加气混 凝土砌 块的多 孔构造
➢ 微孔结构：
含孔率较高，孔隙尺寸较小。具有微孔构 造的材料，一般来说，保温隔热性能较好，吸 湿性较强。如石膏制品、低温烧结黏土制品等。
它对材料的性质起着决定性的作用。
化学组成—化学元素、化合物种类和数量
（金属、无机非金属、有机物。例：不锈钢）
矿物组成—晶体和非晶体结构及种类
（例：水泥中的硅酸三钙和硅酸二钙）
相 组 成—材料中结构相近、性质相同的均匀
部分。气相、液相、固相，土木工程材料大都 为多相固体。（例：混凝土骨料相和基相）
• 材料体积的测量：
1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等 测试： 量测几何体积－称重－代入公式
• 溶胶：胶体结构中胶粒较少，悬浮、分散在液体
连续相之中，液体性质对胶体性质的影响较大，该 结构为溶胶结构。溶胶具有较大的流动性，建筑材 料中的涂料就是利用这一性质配制而成的。
• 凝胶：胶体结构中胶粒较多并在表面能作用下发
生凝聚，彼此相连形成空间网络结构，胶体强度增 大、变形减小，形成固体或半固体状态，该结构为 凝胶结构。硅酸盐水泥主要水化产物的最后形式就 是凝胶体。