第 一 章 土木工程材料导论优秀课件

固体：与种类相同
土木工程材料中的物相种类及其含量。
例如：
硅酸盐水泥熟料中的主 要矿物相有：
➢ 硅酸三钙 ➢ 硅酸二钙 ➢ 铝酸三钙 ➢ 铁铝酸四钙
钢材中的物相有： 奥氏体 铁素体 渗碳体 珠光体
化学组成与物相组成的关系
化学组成相同，其物相组成不一定相同；
例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、 -、- 等3种物相。
第 一 章 土木工程材料导论
三问：What ? How ? Which ?
土木工程要求材料具备什么性能 （What）?
土木工程材料如何满足工程要求 （How）?
本章学习哪些内容（Which）?
土木工程要求材料具备哪些性能？
土木工程的功能
承受荷载
长期可靠性
防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘
不污染环境
Composition and Structure of Civil Engineering Materials
组成
➢ 化学组成 ➢ 物相组成
结构
➢ 微观结构 ➢ 细观结构 ➢ 宏观结构 ➢ 材料的的构造
矿物
材料的物理状态：
土木工化合程物材料的组成与固连结续态相构
分散相：纤维与颗粒
Composition and Structure of Civil En气gi态neering Materials
要求的材料性能
强度、刚度 耐久性
物理性能
安全性
土木工程材料如何满足性能要求？
材料的组成 材料的结构 材料的构造 材料的复合
组成
结构
性能
材料的组成—结构—性能关系
材料组成、结构与性能之关系 ——现代材料科学的核心
本章主要内容
材料的组成与结构 材料的技术性能及其测试方法
土木工程材料的组成与结构
气
1. 宏观构造
泡
堆
材料构造是指宏观的组织状态和具有特定积性
蜂 窝 结 构
质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在结10-
3m以上，肉眼可分辨。如：
构
材料内部的孔隙特征和孔结构；
混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；
纤维增强复合材料中的纤维分布状态等。
铁
2 . 细观结构
碳 合
材料是由多物相和多晶体构成的。
PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。
物相组成
物相：材料中所含的物理和化学性质完全均匀的组
分称为物相，在指定条件气下体各：不物论相混有间多有少种明气体显，的只有界一面个 ，
在界面上宏观性质发生跳跃物液相体式，：改气按相互变溶程。度可以有一相、两相或
多相共存（水-油）
物相组成
晶体矿物具有规则的几石何英外晶体形
晶体中原子排列的作用
原子排列
组织
性能
研究固态物质的内部结构，即原子排列和分布 规律是了解掌握材料性能的基础，才能从内部找到 改善和发展新材料的途径；才能根据工程结构要求， 选择合适的材料。
非晶态结构
如硅酸钠玻璃是典型的玻璃 体结构，其结构中，Na、Si、
和O离子无序堆积。 也称无定型结构而。石英玻璃是晶体，其结构
材料物相组成的变化可导致材料发生质的突 变 可以通过改变材料的组成来改善材料的性能。
纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆， 原 因是含C量的微小差别导致物相改变，同理，钢——不锈 钢
石墨-金刚石，C的同素异形体
二、 材料的结构
尺寸为～ 10-3m (肉眼可分辩)
材料的结构
➢ 材料中所含各物相的类型、尺寸、尺形寸状为、1数0量-6 及~1其0-3m
分布的孔隙及其含量 液态
组成
结构胶态
材料➢ 均化材由学料各的组种物成理物状相态组可以成互➢相微转观变结构
包 含每的种➢ 液物相体相水组种由（成液类化态与合）含物——量组冰成（固➢ 细态）观结构
化水合晶（物晶由体分SiO子2 ）组—成—玻璃（➢非宏晶观态结SiO构2 ）
材料的化学组成：
分子由沥原青类子材组料成、油漆等 元素
不同的物相，其化学组成可能相同。
例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相 的化学成分均是CaO和SiO2。
物相组成相同，其化学组成一定相同。
材料组成与性能的关系
材料化学组成微小差异，可导致性能很大或
两根条本基性本改原变则：
组聚聚在成氯乙选乙烯；烯醇用树[材-C脂H料[2--时CCHH，2O-C必HH-须]Cn l，了-]n水解，溶不材性溶料于的水化学组成和物相
分布。
(光学显微镜可辩)
➢ 物相或化合物中各离子、原子、分子与超细颗粒等 质点的堆积方百度文库和几何形状，以及纤维的排布等。
材料结构层次：
➢ 宏观构造
尺寸为＜10-6m
(电子显微镜)
➢ 细观结构
➢ 微观结构
尺寸为10-10~10-8m
(高倍电镜)
天混然凝石土膏的晶宏体观颗粒结的构堆积结构—纤维轴向平行
化合物
化学组成
化学组成——指材料中所含化学成分（元素、单 质或化合物）的种类和含量。 例如：
钢材中四种矿物相所含的化学元素是： Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）；
生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2； 硅酸盐水泥所含的化合物是： CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 聚氯乙烯塑料的化学组成有：
结构特点：
中Si、和O离子有序堆积。
金
细观结构的尺寸范围为10-6~10-3m，它是指的材
料内部组织结构和各物相的堆积结构。 细
如：
观
钢材的晶体组织在常温下由铁素体、珠光体和渗碳体组；
岩石、陶瓷、水泥石中各矿物相 的堆积结构等； 织
高分子材料中晶相与非晶相的堆积结构。
结
构
照
木天材然的岩细石观的结细构观结构 片
3. 微观结构
微观结构—指尺寸范围在10-10~10-6m内，组成材 料的化合物或 矿物的组织状态，是分子、原子与 离子排列、连接的结构状态。
根据排列有序与无序，微观结构分为 ➢ 晶 体（有序、重复排列） ➢ 非晶体（无序连接）
✓ 玻璃体 ✓ 胶体
晶体
结构特点
晶体结构中，质点（离子、原子或分子）作三维空间 有序堆积、并呈周期重复，由此构成点阵格子结构（晶 格）。
晶体类型
根据质点（离子、原子或分子）间结合键的不同分为： 1）离子晶体 离子键结合，如: 亚硝酸钠、硫酸铝等； 2）共价晶体 共价键结合，如：金刚石、碳化硅等； 3）分子晶体 分子键结合，如：减水剂、液晶等； 4）金属晶体 金属键结合，如：金属材料等。