材料的组成与结构

红松木
普通玻璃 铝合金
1.55~1.60
2.45~0~2550 2700~2900
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—— ——
土木工程材料的基本性质
1.2.3.1密实度 材料体积（绝干状态）中固体物质的充 实程度，称为材料的密实度，用D表示。 V 0 —V
P= V0 =1—
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1.2.1.3材料的毛体积 指材料在自然状态下的体积，即实体材料的外观体 积（含材料实体和孔隙体积）。一般以V0表示材料的毛 体积。
土木工程材料的基本性质
1.2.1.4材料的堆积体积 指粉状或粒状材料在堆积状态下的总体外观体积。根据 其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同。松散 堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料 的堆积体积一般以 V0′来表示。 1.2.2密度、表观密度、体积密度、堆积密度 1.2.2.1密度（density） 指材料在绝对密实状态下单位体积的绝干质量，称为材料 的“绝对密度”，简称密度。

ρ0 =ρ，故密实度D=1或D=100%。对于大多数土木工 程材料， 因ρ0＜ρ，故密实度D＜1 或D＜100%。 1.2.3.2孔隙率 孔隙率是指材料体积内孔隙体积占总体积 的百分率，用P表示，
P= V 0 —V =1— V0
密实度与孔隙率的关系
D+P=1
土木工程材料的基本性质
土木工程材料的基本性质
（2） 非晶体(amorphous solid) 将具有一定化学成分的 熔融物质迅速冷却，质点来不及按一定的规律排列而形成 的内部质点无序排列的固体或固态液体，又称玻璃体。 非晶体物质的特点是：没有 固定的熔点 和几 何形状， 且各向同性。由于非晶体是急速冷却形成的，大量的化学 能未能释放出来，所以非晶体材料具有化学不稳定性，当 条件允许，可能会与其他物质发生化学反应。如：水泥成分
高等学校土建类专业应用型本科“十二五”规划教材
土木工程材料（第2版）
主编：刘斌 徐珍
土木工程材料的基本性质
1.1材料的组成、 结构及构造对性质的影响 1.1.1材料的组成 1.1.1.1化学组成 （chemical components） 化学组成是指 材料的化学成分。 1.1.1.2物相组成(phase components) 材料的化学组成不同，则材料的矿物组成不同，而相 同的化学组成可以有不同的矿物组成，且材料的性质也 不同。 1.1.2材料的结构和构造 按材料的结构和构造的观察程 度范围，可分为宏观结构、显微结构和微观结构。
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（1） 致密结构 （2） 多孔结构 宏观结构 macrostructure （3） 纤维结构 其尺寸在10-3 m级以上。 （4） 聚集结构 1.1.2.2显微结构(mesostructure) 显微结构是指用光学显 微镜所看到的微米级的组织结构，又称亚微观结构。
填充率与空隙率的关系是： P′+D′=1
土木工程材料的基本性质
1.3材料的力学性质 1.3.1强度及强度等级 1.3.1.1强度（strength） 强度是材料抵抗外力破坏的能 力。


ρ= m/V
材料在绝对密实状态下的体积，是指不包括任何孔隙的 材料固体物质的体积，亦称实体体积。
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1.2.2.2表观密度（apparent density） 表观密度是材料 在包含闭口孔条件下单位体积的绝干质量。 ρ′=m/V′ 1.2.2.3体积密度（bulk density） 体积密度是材料在包含 开口孔隙和闭口孔隙条件下单位体积的质量 ρ0=m/V0
显微结构主要研究材料内部的晶粒、 颗粒等的大小和形态、晶 界或界面，孔隙与微裂纹的大小、形状及分布。

1.1.2.3微观结构(microstructure) 微观结构是指原子、 分子层次的结构，可用电子显微镜和X射线来分析该层次 的结构特征。
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（1） 晶体(crystal) 晶体 具 有 以 下特点：具有特定的几何外形、各向异 性、固 定的熔点和化学稳定性，结晶接触点和晶面是晶 体结构的薄弱环节。根据晶体的质点及化学键的不同， 晶体可分为： ① 原子晶体 ② 离子晶体 ③ 分子晶体 ④ 金属晶体
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1.2.2.4堆积密度（packing density） 指散粒材料或粉状 材料在自然堆积状态下单位体积的质量 ρ0′=mV0
材料名称 钢材 石灰石（碎石） 砂 水泥 粉煤灰（气干） 烧结普通砖 普通水泥混凝土 密度（g/cm3) 7.85 2.48~2.76 2.5~2.6 2.8~3.1 1.95~2.40 2.6~2.7 —— 表观密度（kg/m3) 7800~7850 2300~2700 —— —— 1600~1900 2000~2800 约2500 堆积密度（kg/m3) —— 1400~1700 1500~1700 1600~1800 550~800 —— ——
中的活性矿物材料、粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等。
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1.2材料的状态参数和结构特征 1.2.1体积 指材料占有的空间的大小。由于材料具有不同的物 理状态，因而表现出不同的体积。 1.2.1.1材料的绝对密实体积 指绝干材料在绝对密实状态下的体积，即材料内部没 有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般 以V表示材料的绝对密实体积。 1.2.1.2材料的表观体积 指材料在包括闭口孔条件下的体积。表观体积可以由 排液法测定。一般以V′表示表观体积。
1.2.3.3填充率和空隙率 填充率是指散粒材料在堆积体积 中被其颗粒填充的程度，用D′来表示， 空隙率是指材料在堆积状态下，颗粒间的空隙的体积占堆 积体积的百分率，又称间隙率，计算如下：
V 0 V 0 V0 P= 1— =1— V 0 V
V 0 D= V 0