建筑材料材料的基本性质
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二）公式 γ＝m / V0 γ—g/cm3 (kg/m3 )，表观密度 m —g(kg)，材料自然状态下的质量 V0 —cm3 (m3 )，材料自然状态下的体积
三）注意 必须强调材料自然状态的概念 自然状态包括孔隙、含水状态等，如干燥状 态下的表观密度，或某种含水状态下的表观 密度
三、密实度与孔隙率
键结合)
铝及其合金 密度大
实际材料中的晶体，都有各种晶格缺陷，主 要有点缺陷、线缺陷和面缺陷，这些缺陷会显 著改变晶体材料的性质。此外，材料的性质还 与晶粒的大小和分布状态有关。
2)非晶体 无定形结构或玻璃体结构。它是一种不稳定
的结构，具有较高的化学活性，如硅酸盐水泥 熟料。
二）显微结构 指用光学显微镜可以观察到的材料组成及
✓ 孔隙结构(孔隙分布) 含有大量分散不连通孔隙的材料具有良好的保温隔热 性能。含有大量与外界连通的微孔或气泡的材料具有 良好的吸声隔音性能。 ✓ 孔隙形状(开口与闭口孔) 闭口孔隙，不易被水分及溶液侵入，对材料的抗渗、 抗冻及抗侵蚀性能的影响较小。
§2 材料的密度、 表观密度和孔隙率
是本章的重点 要求掌握基本概念、计算等内容 主要讲解块状材料与散体材料的： 密度ρ与视密度ρ’ 表观密度γ与堆积密度γ’ 密实度D、孔隙率P与空隙率P’
主要内容
§1 材料的组成结构与构造 §2 ★材料的密度、表观密度和孔隙率 §3 材料的力学性质 §4 ★材料与水有关的性质 §5 ★材料的耐久性 §6 材料与热有关的性质
§1 材料的组成、结构与构造
材wk.baidu.com的组成、结构与构造是决定材料性能 的内部因素。
一、材料的组成
材料的组成包括化学组成和矿物组成。
一）化学组成
材料的微观结构 常见材料
主要特性
原子晶体(以共价 金刚石、石英、强度、硬度、熔点均
键结合)
刚玉
高，密度较小
离子晶体(以离子 氧化钠、石膏、强度、硬度、熔点较
键结合)
石灰岩
高，但波动大，部分
可溶，密度中等
分子晶体(以分子 蜡及有机化合 强度、硬度、熔点较
键结合)
物晶体
低，大部分可溶，密
度小
金属晶体(以金属 铁、钢、铜、 强度，硬度变化大，
1)定义
组成材料的化学元素种类和数量，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都与其化学成分有关，如水 泥中CaO、MgO含量影响着水泥的安定性。
2)表示方法
金属→化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C=0.25%、含Mn0.7%-1.2% 的镇静钢）。
一）孔隙率
材料中孔隙体积与总体积的百分比 P＝(V0－V) / V0 ＝(1 － γ/ ρ)×100% 二）密实度
D ＝ V / V0 ×100% P＝1－D 三）注意
孔隙率与密度及表观密度的关系 孔隙率与密实度的关系 几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率(P8 表1-1)
一、密度
一）定义 材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
二）公式 ρ＝m / V ρ—g/cm3，密度 m—g，绝对密实状态下的质量 V—cm3 ，绝对密实状态下的体积
三）注意 必须强调材料绝对密实状态的概念 必须强调密度是材料自身固有的性质，与外 界条件变化与否无关
二、表观密度
一）定义 在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。
三）链节 合成高分子材料常以其链节表示，链节是一种或几
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C2H4等。 四）组成与材料性能的关系
组成决定性能→高铝水泥与硅酸盐水泥。
组成相同时，结构决定性能→金刚石与石墨的成分均 为C，但由于C原子排列不同，前者为无色极坚硬的晶 体，后者为黑色光滑的无定型粉末。
材料的孔 多孔材料的性质除与材料孔隙率的大小有关外，还与孔 隙的构造特征有关。
孔特征参数
✓ 孔隙多少（孔隙率P） 随着孔隙率的增大，材料表观密度减小，强度下降。 ✓ 孔隙大小（孔半径r） 对于开口孔隙，粗大孔隙易于水分透过，但不易被水 充满；极细孔隙，水分易被吸入，但不易在其中流动； 介于两者之间的毛细孔隙，既易被水充满，水分又易 在其中渗透，对材料的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性能 不利。
结构，其尺度范围在0.001～1mm，对材料性 质有重要影响。例如水泥混凝土材料可分为水 泥基相、集料分散相、界面过渡区及孔隙等， 它们的状态、数量及性质将决定水泥混凝土的 物理力学性能。钢材的晶粒尺寸直接影响钢材 的强度。 对于土木工程材料而言，从显微结构层次上研 究并改善材料的性能十分重要。
三）微粉、超微颗粒及胶体 1）微粉 粒径在0.0001~0.1mm间的各种矿物或金属粉末。 2）超微颗粒（纳米微粒） 粒径在10-6~10-4 mm间的各种微粒。 由于纳米微粒有小尺寸效应、表面界面效应等 基本特性，使由纳米微粒组成的纳米材料具有 许多奇异的物理化学性能，在土木工程中也得 到了应用。例如磁性液体、纳米涂料等。
非金属→元素氧化物含量，如水泥的SiO2、Al2O3含 量。
有机高分子材料→低分子化合物，如乙烯。
二）矿物组成
指组成材料的矿物种类和数量，矿物是具有一定化 学成分和一定结构及物理力学性质的物质和单质的总 称，是构成岩石和无机非金属材料的基本单元。例如 硅酸盐水泥熟料的矿物组成：C3S、C2S、C3A、C4AF。
3）胶体 超微颗粒在介质中形成的分散体系。按其物理 力学性质取决于介质还是微粒，将胶体分为溶 胶和凝胶。 溶胶—凝胶互变的性质称为触变性。
三、材料的构造
指材料的宏观组织状况，材料的性质与其构造有密切 联系。
构造致密的材料强度高→如钢材；疏松多孔的材料密 度和强度低→如无机非金属材料；层状或纤维状的材料 各项异性→木材。
二、材料的结构
材料的结构是指材料的微观组织状况，可分为 微观结构和显微结构。
一）微观结构 能用显微镜观察到的组成材料的原子、分子
的排列方式、结合状况等。材料的微观结构可 分为晶体、非晶体。
1）晶体 晶体是质点(原子、分子、离子)在三维空间作
有规律的周期性重复排列（远程有序）而形成 的固体。 按晶体质点间键能的大小以及结合键的特性， 可将晶体分为：原子晶体、离子晶体、金属晶 体、分子晶体。其性能如下表 ：
三）注意 必须强调材料自然状态的概念 自然状态包括孔隙、含水状态等，如干燥状 态下的表观密度，或某种含水状态下的表观 密度
三、密实度与孔隙率
键结合)
铝及其合金 密度大
实际材料中的晶体，都有各种晶格缺陷，主 要有点缺陷、线缺陷和面缺陷，这些缺陷会显 著改变晶体材料的性质。此外，材料的性质还 与晶粒的大小和分布状态有关。
2)非晶体 无定形结构或玻璃体结构。它是一种不稳定
的结构，具有较高的化学活性，如硅酸盐水泥 熟料。
二）显微结构 指用光学显微镜可以观察到的材料组成及
✓ 孔隙结构(孔隙分布) 含有大量分散不连通孔隙的材料具有良好的保温隔热 性能。含有大量与外界连通的微孔或气泡的材料具有 良好的吸声隔音性能。 ✓ 孔隙形状(开口与闭口孔) 闭口孔隙，不易被水分及溶液侵入，对材料的抗渗、 抗冻及抗侵蚀性能的影响较小。
§2 材料的密度、 表观密度和孔隙率
是本章的重点 要求掌握基本概念、计算等内容 主要讲解块状材料与散体材料的： 密度ρ与视密度ρ’ 表观密度γ与堆积密度γ’ 密实度D、孔隙率P与空隙率P’
主要内容
§1 材料的组成结构与构造 §2 ★材料的密度、表观密度和孔隙率 §3 材料的力学性质 §4 ★材料与水有关的性质 §5 ★材料的耐久性 §6 材料与热有关的性质
§1 材料的组成、结构与构造
材wk.baidu.com的组成、结构与构造是决定材料性能 的内部因素。
一、材料的组成
材料的组成包括化学组成和矿物组成。
一）化学组成
材料的微观结构 常见材料
主要特性
原子晶体(以共价 金刚石、石英、强度、硬度、熔点均
键结合)
刚玉
高，密度较小
离子晶体(以离子 氧化钠、石膏、强度、硬度、熔点较
键结合)
石灰岩
高，但波动大，部分
可溶，密度中等
分子晶体(以分子 蜡及有机化合 强度、硬度、熔点较
键结合)
物晶体
低，大部分可溶，密
度小
金属晶体(以金属 铁、钢、铜、 强度，硬度变化大，
1)定义
组成材料的化学元素种类和数量，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都与其化学成分有关，如水 泥中CaO、MgO含量影响着水泥的安定性。
2)表示方法
金属→化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C=0.25%、含Mn0.7%-1.2% 的镇静钢）。
一）孔隙率
材料中孔隙体积与总体积的百分比 P＝(V0－V) / V0 ＝(1 － γ/ ρ)×100% 二）密实度
D ＝ V / V0 ×100% P＝1－D 三）注意
孔隙率与密度及表观密度的关系 孔隙率与密实度的关系 几种常用材料的密度、表观密度及孔隙率(P8 表1-1)
一、密度
一）定义 材料在绝对密实状态下单位体积的质量。
二）公式 ρ＝m / V ρ—g/cm3，密度 m—g，绝对密实状态下的质量 V—cm3 ，绝对密实状态下的体积
三）注意 必须强调材料绝对密实状态的概念 必须强调密度是材料自身固有的性质，与外 界条件变化与否无关
二、表观密度
一）定义 在自然状态下（包含孔隙）单位体积的质量。
三）链节 合成高分子材料常以其链节表示，链节是一种或几
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C2H4等。 四）组成与材料性能的关系
组成决定性能→高铝水泥与硅酸盐水泥。
组成相同时，结构决定性能→金刚石与石墨的成分均 为C，但由于C原子排列不同，前者为无色极坚硬的晶 体，后者为黑色光滑的无定型粉末。
材料的孔 多孔材料的性质除与材料孔隙率的大小有关外，还与孔 隙的构造特征有关。
孔特征参数
✓ 孔隙多少（孔隙率P） 随着孔隙率的增大，材料表观密度减小，强度下降。 ✓ 孔隙大小（孔半径r） 对于开口孔隙，粗大孔隙易于水分透过，但不易被水 充满；极细孔隙，水分易被吸入，但不易在其中流动； 介于两者之间的毛细孔隙，既易被水充满，水分又易 在其中渗透，对材料的抗渗性、抗冻性及抗侵蚀性能 不利。
结构，其尺度范围在0.001～1mm，对材料性 质有重要影响。例如水泥混凝土材料可分为水 泥基相、集料分散相、界面过渡区及孔隙等， 它们的状态、数量及性质将决定水泥混凝土的 物理力学性能。钢材的晶粒尺寸直接影响钢材 的强度。 对于土木工程材料而言，从显微结构层次上研 究并改善材料的性能十分重要。
三）微粉、超微颗粒及胶体 1）微粉 粒径在0.0001~0.1mm间的各种矿物或金属粉末。 2）超微颗粒（纳米微粒） 粒径在10-6~10-4 mm间的各种微粒。 由于纳米微粒有小尺寸效应、表面界面效应等 基本特性，使由纳米微粒组成的纳米材料具有 许多奇异的物理化学性能，在土木工程中也得 到了应用。例如磁性液体、纳米涂料等。
非金属→元素氧化物含量，如水泥的SiO2、Al2O3含 量。
有机高分子材料→低分子化合物，如乙烯。
二）矿物组成
指组成材料的矿物种类和数量，矿物是具有一定化 学成分和一定结构及物理力学性质的物质和单质的总 称，是构成岩石和无机非金属材料的基本单元。例如 硅酸盐水泥熟料的矿物组成：C3S、C2S、C3A、C4AF。
3）胶体 超微颗粒在介质中形成的分散体系。按其物理 力学性质取决于介质还是微粒，将胶体分为溶 胶和凝胶。 溶胶—凝胶互变的性质称为触变性。
三、材料的构造
指材料的宏观组织状况，材料的性质与其构造有密切 联系。
构造致密的材料强度高→如钢材；疏松多孔的材料密 度和强度低→如无机非金属材料；层状或纤维状的材料 各项异性→木材。
二、材料的结构
材料的结构是指材料的微观组织状况，可分为 微观结构和显微结构。
一）微观结构 能用显微镜观察到的组成材料的原子、分子
的排列方式、结合状况等。材料的微观结构可 分为晶体、非晶体。
1）晶体 晶体是质点(原子、分子、离子)在三维空间作
有规律的周期性重复排列（远程有序）而形成 的固体。 按晶体质点间键能的大小以及结合键的特性， 可将晶体分为：原子晶体、离子晶体、金属晶 体、分子晶体。其性能如下表 ：