东南大学土木工程材料第2次基本性质详解

1.1 材料的组成、结构和构造
• 晶体 质点在空间上按特定的规则呈周期性排列。 特征：几何外形、各向异性、熔点和化学稳定 性、结晶接触点和晶面。
• 玻璃体 无定形体或非晶体，结构质点在在空间上呈非 周期性排列。 特征：非金属玻璃化学不稳定；而金属玻璃则 化学稳定性更好。
1.1 材料的组成、结构和构造
素层次。
1.1 材料的组成、结构和构造
• 宏观结构： 尺度：10-3m级以上。 分类：多孔结构、微孔结构、堆聚结构、纤维结构、层 状结构、散粒结构。
• 细观结构： 尺度： 10-3～ 10-6 m.
• 微观结构： 尺度：原子分子层次。 分类：在微观层次上，材料可分为晶体、玻璃体、胶体。
纳米结构： 10-7～ 10-9 m。
（2）不耐水材料能否用于外墙、屋面和地室？
1.2.7 材料的抗渗性
• 概念： • 渗透系数K：
• 孔隙率：
P
V
Vs V
1
a
100%
• 问题：
DP 1
（1）如何测试和计算砂的空隙率？
（2）如何测试混凝土的孔隙率？
（3）孔隙率对材料性能有哪些影响？
1.2 材料的基本物理性质
1.2.3 材料的亲水性与憎水性
• 概念：在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切
线与水和固体接触面三成的夹角（润湿边角）θ 愈小，
W含＝
m含－m干 m干
100％
• 意义：测试原理就是上述定义。
• 问题：
（1）导致材料吸水和吸湿的原因？哪些材料吸水、吸 湿？
（2）测定砂、石集料的含水率的意义？
1.2.6 材料的耐水性
•软化系数：
K软＝
f饱 f干
•耐水材料：
K软 > 0.85
•问题：
（1）下列材料中哪些属于耐水材料？哪些属于 不耐水材料？石灰、石膏、硅酸盐水泥？
浸润性愈好。
• θ ≤ 900，亲水性材料； • θ ＞ 900，憎水性材料。
• 材料润湿边角示意图见Fig 1. • 问题：下列材料中哪些是亲水性材料？哪些是
疏水性材料？水泥、玻璃、砂、石；沥青、塑 料。
1.2.4 材料的吸水性与吸湿性
•吸水性： •吸湿性： •含水率：
W质＝
m湿－m干 m干
100％
土木工程材料
（2） 2011年9月15日
第 一 章 建筑材料基本性质
1.1 材料的组成、结构和构造 1.2 材料的基本物理性质 1.3 材料的基本力学性能 1.4 材料的耐久性
上述四点的关系：组成结构决定材料 的性质；耐久性决定了材料使用寿命。
问题一：实际问题 如何正确选择土木工程材料？
1、性能选择正确
1.1 材料的组成、结构和构造
• 构造：是指具有特定性质的材料结构单元间的 相互组合搭配情况。与结构概念相比，更强调 了相同材料或不同材料间的搭配组合关系。如 木材的宏观构造和微观构造，就是指具有相同 材料结构单元－－木纤维管胞按不同的形态和 方式在宏观和微观层次上的组合和搭配情况。 如外墙外保温体系。
问题二：理论问题
1、如何正确选择土木工程材料？ 2、材料的性能取决于哪些因素？ 3、材料的基本物理性能有哪些？各项性能
如何表征？ 4、材料的力学性能有哪些？各项性能如何
表征？ 5、材料各项性能之间有何关系？
1.1 材料的组成、结构和构造
1.1.1 材料的组成 （1）概念： 化学组成、矿物组成、相组
• 胶体结构： 胶粒尺度：10-7～10-9m。 胶体结构：分散在连续相介质中形成的分散体系。
• 溶胶结构：胶粒数量较少，液体性质对胶体结构的强 度及变形影响较大。
• 凝胶结构：胶粒数量较多，在表面能的作用下形成凝 聚结构，形成空间网络结构，使胶体结构的强度增大、 变形减小，形成半固体或固体状态。
• 与晶体及玻璃体结构相比，胶体结构强度较低、变形 较大。
1.2 材料的基本物理性质
• 方法要点：概念、表征和实际意义。 1.2.1 材料的密度、表观密度与堆积密度 1.2.2 表观的密实度与孔隙率 1.2.3 材料的填充率与空隙率 1.2.4 材料的亲水性与憎水性 1.2.5 材料的吸水性与吸湿性 1.2.6 材料的耐水性（抗渗性、抗冻性） 1.2.7 材料的热工性质（导热系数、比热容、热容
1.1 材料的组成、结构和构造
• 相组成： 材料中具有相同物理化学性质的均匀部 分成为相。 建筑材料大多数是多相固体。 凡由两相或两相以上的物质组成的材料 成为复合材料。
1.1 材料的组成、结构和构造
1.1.2 材料的结构和构造 • 概念：宏观结构、细观结构、微观结构、
构造。 • 意义：按照尺度划分影响材料的结构因
成。 （2）意义：决定材料性能的组成和结构可
以分为不同层次和方面。
1.1 材料的组成、结构和构造
• 化学组成： 材料的化学元素、化合物的种类及数量。
影响：材料的化学性能、物理性能、耐腐蚀性、 耐火耐燃性能等。
• 矿物组成： 无机非金属材料中具有特定的晶体结构、
特定的物理力学性能的组织结构称为矿物。矿 物组成是指构成材料的矿物的种类和数量。某 些天然石材、无机胶凝材料等，其矿物组成是 决定其材料性能的主要因素。
（1）建筑部位对材料性能要求：结构要求，功 能要求。
（2）施工要求：现有施工条件是否可以实现。 如高层建筑Βιβλιοθήκη Baidu屋面材料，混凝土等。
（3）建筑物使用要求：如保温隔热要求；如室 内装饰材料，是否沾灰，自洁功能如何。
问题一：实际问题 如何正确选择土木工程材料？
（4）环境要求：室内环境要求、室外环境要求。 2、经济实用：（1）制造成本；（2）使用成本
（建筑耗能等）；（3）维护成本和使用寿命。 3、保健效果：室内环境对人体健康影响。 4、社会效益：尽量使用不给环境带来较大负荷
的材料。
问题一：实际问题 如何正确选择土木工程材料？
5、选用建材时常要考虑：
• 表观密度轻； • 强度； • 尺寸稳定性； • 耐久性； • 保温隔热性； • 隔声性好； • 防火耐火； • 与其它材料的相容性。
量）
1.2.1 材料的密度、表观密度与堆积密度
• 真实密度：
ms
Vs
•
表观密度：
a
ms Vs Vn
• •
堆积密度： 问题：
' 0
m V0
（1）如何测试水泥的密度？
（2）如何测试砂的表观密度、堆积密度？
1.2.2 材料的密实度与孔隙率
• 密实度：
D Vs 100% V
D a 100 %