土木工程材料 教学课件 作者 蔡丽朋 赵磊 主编第二章 土木工程材料的基本性质.ppt

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1、第二章土木工程材料的基本性质第一节材料的组成、结构及构造一、材料的组成（一）化学组成化学组成是指构成材料的化学元素或化合物的种类与数量。不同的化学成分构成了不同的材料，因而也表现出不同的性质。例如，木材质轻高强，但易于燃烧和腐朽；钢材密度大，强度较高，但易于锈蚀。材料的这些特性都与其化学组成密切相关。第二章土木工程材料的基本性质（二）矿物组成矿物组成是指组成材料的矿物种类和数量。矿物是指无机非金属材料中具有特定化学成分和特定的晶体结构及物理力学性能的单质或化合物。矿物是构成岩石及各类无机非金属材料的基本单元。材料中的天然石材、无机胶凝材料，其矿

2、物组成是决定其性质的主要因素。例如天然石材，由于其矿物组成不同，所以构成了不同的岩石品种。水泥也因其熟料的矿物组成不同而表现出不同的性能，水泥熟料中硅酸三钙含量高，则水泥强度较高。第二章土木工程材料的基本性质（三）相组成材料中具有相同物理、化学性质的均匀部分称为相。凡有两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。自然界中的物质可分为气相、液相和固相，土木工程复合材料大多是多相固体。例如混凝土可以认为是骨料颗粒（骨料相）分散在水泥浆基体（基相）中所组成的复合材料。复合材料取各组成材料之长，避免了单一材料的某些缺陷，一般综合性能较好。第二章土木工程材

3、料的基本性质二、材料的结构（一）宏观结构1．密实结构2．多孔结构3．纤维结构4．层状结构5．散粒结构6．聚集结构第二章土木工程材料的基本性质（二）亚微观结构亚微观结构又称显微结构，一般是指用光学显微镜所能观察到的微米级的组织结构。土木工程材料的显微结构，应根据具体材料分类研究。对于水泥混凝土，通常是研究水泥石的孔隙结构和界面特性等结构；对于金属材料，通常是研究其金相组织，即晶体组织及晶粒尺寸等；对于木材，通常是研究木纤维、管胞、髓线等组织的结构。材料在显微结构层次上的差异对材料的性能有着显著的影响。第二章土木工程材料的基本性质（三）微观结构1．

4、晶体晶体是物质中的质点（原子、离子、分子）在空间呈周期性规则排列的结构。2．玻璃体将熔融的物质进行迅速冷却（急冷），使其内部质点来不及作有规则的排列就凝固了，这时形成的物质结构即为玻璃体，又称为非晶体或无定形体。3．胶体胶体是指粒径为10-6~10-4mm的颗粒分散在连续相介质中（水或油）形成的分散体系结构。胶体具有很大的表面能，具有很强的吸附力和粘接力，常利用胶体材料来粘结其他材料。第二章土木工程材料的基本性质三、材料的构造材料的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。材料的性质与其构造有密切关系。构造致密的材料，强度高；疏松

5、多孔的材料密度小，强度也较低；层状或纤维状构造的材料，是各向异性的。构造概念与结构概念相比，更强调了相同材料或不同材料间的搭配组合关系。如具有特定构造的节能墙板，就是利用不同性质的材料组合搭配而成的一种复合材料。这种构造赋予了墙板良好的保温隔热、吸声隔声、防火抗震、坚固耐久等综合性能。第二章土木工程材料的基本性质第二节材料的基本物理性质一、密度、表观密度与堆积密度（一）密度密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。材料在绝对密实状态下的体积是指不包括孔隙在内的体积。材料磨得越细，测得的密度值越精确。第二章土木工程材料的基本性质（二）表观密度

6、表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。材料在自然状态下的体积又称表观体积，是指包含材料内部孔隙在内的体积。当材料含有水分时，其质量和体积将发生变化，影响材料的表观密度。一般情况下，材料的表观密度是指在气干状态（长期在空气中干燥）下的表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。第二章土木工程材料的基本性质（三）堆积密度堆积密度是指粉状（水泥、石灰等）或散粒材料（砂子、石子等）在堆积状态下，单位体积的质量。材料的堆积体积包含了颗粒内部的孔隙和颗粒之间的空隙。第二章土木工程材料的基本性质二、孔隙率与密实度、空隙率与填充率（一）孔隙率与密

7、实度1．孔隙率孔隙率是指在材料体积内，孔隙体积所占的比例。第二章土木工程材料的基本性质孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。孔隙率越小，说明材料越密实。材料内部孔隙可分为连通孔隙和封闭孔隙两种构造。连通孔隙不仅彼此连通而且与外界相通，封闭孔隙不仅彼此封闭且与外界相隔绝。孔隙按其孔径尺寸大小可分为细小孔隙和粗大孔隙。材料的许多性能（如强度、吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性、抗冻性、导热性等）都与孔隙率的大小和孔隙特征有关。第二章土木工程材料的基本性质2．密实度密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度。材料的密实度和孔隙率之和等于1，即：D+P=1。

8、第二章土木工程材料的基本性质（二）空隙率与填充率1．空隙率空隙率是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的百分率。空隙率的大小反映了散粒材