土木工程材料的基本性质.ppt

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1、第1章土木工程材料的基本性质1.1材料的组成与结构1.2材料的物理性质1.3材料的基本力学性质1.4材料的耐久性1.5材料的环境负荷性及其使用的健康安全性11.1材料的组成与结构1.1.1材料的组成1.1.2材料的结构1.1.3结构中的孔隙与材料性质的关系21.化学组成化学组成指构成材料的基本元素与化合物。化学组成是决定材料化学性质（耐腐蚀性、燃烧性等）、物理性质（耐水性、耐热性、保温性等）、力学性质（强度、变形等）的主要因素之一。32.矿物组成许多无机非金属材料是由各种矿物组成的。矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。矿物组成是决定无机非金属材料化学性质、物理性质和力学性质等的重

2、要因素。例如：普通硅酸盐水泥与快硬硅酸盐水泥41.宏观结构（构造）用肉眼或放大镜即可分辨的毫米级以上的组织称为宏观结构。主要研究材料中的大孔隙、裂纹、不同材料的组合与复合方式（或形式）、各组成材料的分布等。5材料的宏观结构常用材料主要特性单一材料致密结构钢材、玻璃、沥青、部分塑料高强，或不透水、耐腐蚀多孔结构泡沫塑料、泡沫玻璃轻质、保温、低强度纤维结构木材、竹材、岩棉、玻璃纤维、钢纤维高抗拉、且大多数轻质、保温、吸声聚集结构陶瓷、砖、某些天然石材强度较高复合材料粒状聚集结构各种混凝土、钢筋混凝土综合性能好、价格较低纤维聚集结构岩棉板、纤维板、纤维增强塑料轻质、保温，或高抗拉多孔结构加气混凝土

3、、泡沫混凝土轻质保温叠合结构纸面石膏板、胶合板、各种加芯板综合性能好62.细观结构也称显微或亚微观结构，是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。尺寸范围在10-3~10-6m。该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。73.微观结构是指材料原子、分子层次的结构。可借助电子显微镜、SEM、XRD等手段来分析研究该层次上的结构特征。10-6~10-10m。材料的许多物理、力学性质，如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等都是由材料内部的微观结构所决定的。8钙钛锆石在不同放大倍数下的SEM照片9粉煤灰在3.0K下的SEM照片矿渣在3.0K下的SEM照片

4、10几种工业废渣的XRD衍射图谱11土木工程材料使用状态均为固体，其微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。晶体：原子与分子的排列具有规则，三维晶格周期性的排列到晶体的表面。具有各向异性。（石墨、金刚石、“足球烯”C60）玻璃体：无定形态（短程有序，长程无序），化学不稳定性，各向同性，无固定熔点。胶体：物质以极微小的质点（粒径为1~100μm）分散在介质中所形成的结构。具有很强的吸附力，在一定条件下可形成凝胶。12金刚石晶胞金刚石三维结构石墨三维结构C60比例模型C60球棍模型13微观结构常见材料主要特性晶体原子、离子、分子有规律排列原子晶体（以共价键结合）金刚石、石英、刚玉强度、硬度、熔点高，密

5、度小离子晶体（以离子键结合）氯化钠、石膏、石灰岩强度、硬度、熔点较高，但波动较大。部分可溶，密度中等分子晶体（以分子键结合）石蜡及部分有机化合物强度、硬度、熔点较低。大部分可溶，密度小金属晶体（以金属键结合）铁、钢、铝及其合金强度、硬度变化大，密度大非晶体质点无规律排列玻璃、火山灰、粉煤灰与同组成晶体比强度、硬度密度化学稳定性、导热性、导电性差，各向同性14材料的宏观结构不同，即使组成与微观结构等相同，材料的性质与用途也不同，如玻璃与泡沫玻璃、密实的灰砂硅酸盐砖与灰砂加气混凝土，它们的许多性质及用途有很大的不同。材料的宏观结构相同或相似，则即使材料的组成或微观结构等不同，材料也具有某些相同或

6、相似的性质与用途，如泡沫玻璃、泡沫塑料、加气混凝土等。151.材料内部孔隙的来源与产生天然材料在生长或形成过程中产生的孔隙。如木材、天然岩石。人造材料在其生产过程中引入的孔隙。如生产中过量水的使用。162.孔隙的分类按孔隙的大小，可将孔隙分为微细孔隙、细小孔隙（毛细孔）、较粗大孔隙、粗大孔隙等。按孔隙的形状，可将孔分为球形孔隙、片状孔隙（即裂纹）、管状孔隙、墨水瓶状孔隙、带尖角的孔隙等。按常压下水能否进入孔隙中，可分为开口孔隙（或称连孔隙）和闭口孔隙（或封闭孔隙）。173.孔隙特征及其对材料性质的影响孔隙特征是指材料内部孔隙的大小、形状、分布、连通与否等构造上的特征，对材料的物理、力学性质均

7、有显著影响。一般工程应用上，孔隙特征主要指孔隙的连通性，按此分为开口孔隙和闭口孔隙。181－固体物质；2－开口孔隙；3－闭口孔隙材料内孔隙示意图开口孔隙对材料性质的影响较闭口孔隙大，往往使材料的大多数性质降低（吸声性除外）。191.2材料的物理性质1.2.1与质量状态有关的物理性质1.2.2与构造状态有关的物理性质1.2.3与水有关的性质1.2.4与热有关的性质1.2.5与声有关的性质201.密度ρ又称真密度