土木工程材料 第一章 基本性质课件.ppt

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1、第一章土木工程材料基本性质三问：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）?土木工程的功能要求的材料性能承受荷载长期可靠性防水、隔热隔声、防火采光、绝缘不污染环境强度、刚度耐久性物理性能安全性土木工程要求材料具备哪些性能？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性能组成结构材料的组成—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材料组成、结构与性能间的关系§1.

2、1土木工程材料的组成与结构CompositionandStructureofCivilEngineeringMaterials组成化学组成相组成结构微观结构细观结构宏观结构一、材料的组成材料均由各种物相组成每种物相由化合物组成化合物由分子组成分子由原子组成材料的物相组成：固相气相液相材料的化学组成：元素化合物物相组成固相连续相分散相：纤维与颗粒气相液相矿物化合物分布的孔隙及其含量包含的液体种类与含量矿物具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然矿物的物相或化合物。矿物组成土木工程材料中的矿物种类及其含量。例

3、如：矿物组成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矿物相有：奥氏体铁素体渗碳体珠光体化学组成化学组成——化学成分是指材料中各物相所含元素或单质与化合物的种类和总含量。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；水泥中四种矿物相所含的化合物是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。聚氯乙烯塑料的化学组成有：PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。化学组成与矿物组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相

4、同；例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、-、-等3种矿物相。不同的矿物相，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。矿物组成相同，其化学组成一定相同。材料组成与性能的关系土木工程材料的组成不同，其性能可完全不同。例如：生石膏CaSO4·2H2O与熟石膏CaSO4·0.5H2O的差别在所含H2O的数量不同，因而，后者有水化活性，而前者没有；纯铁强度不高且较柔软，而钢较强韧，生铁较硬脆，其主要原因是它们的含C量百分之几的微小差别；聚氯乙烯树脂[-CH2-CHCl-]n与聚乙

5、烯醇[-CH2-CHOH-]n，在组成上,前者的大分子链上含Cl¯离子，而后者含OH¯离子，因而，后者是水溶性的，而前者不是。……等等。Summary材料物相化合物或元素物相组成：固相、液相、气相化学组成：化合物、元素矿物组成与化学组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同不同的矿物相，其化学组成可能相同矿物组成相同，其化学组成一定相同材料组成与性能的关系材料组成微小差别就可引起材料性能根本的改变材料中物相含量的变化就可导致材料质的突变两条基本原则：在选用材料时，必须了解材料的化学组成和物相组成；可以通过改变材料的组成来改善材料的性能。二、材料的结构材料

6、的结构材料中所含各物相的类型、尺寸、形状、数量及其分布。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式和几何形状，以及纤维的排布等。材料结构层次：宏观构造细观结构微观结构尺寸为～10-3m(肉眼可分辩)尺寸为10-6~10-3m(光学显微镜可辩)尺寸为＜10-6m(电子显微镜)尺寸为10-10~10-8m(高倍电镜)Summary材料的结构——材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况；构成各物相的质点的堆积方式和分布情况；根据分辨率的大小，材料结构分为宏观、细观和微观三个层次；材料的结构取决其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等

7、)；相同组成的材料可以有不同的结构；相同结构的材料可以有不同的组成。以混凝土为例混凝土内部的宏观结构：由大小不等、形状各异的砂、石颗粒与孔隙以及水分布在水泥浆体中而构成硬化水泥浆体的细观结构：孔隙、水分布于由水泥矿物水化物、未水化的水泥颗粒构成的固体连续相组成水泥浆体的微观结构：由晶体态水化物、非晶态水化物和微小孔隙及孔隙中的水构成1.宏观构造材料构造是指宏观的组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10-3m以上，肉眼可分辨。如：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。混凝土的宏

8、观结构天然石膏晶体颗粒的堆积结构—纤维