土木工程材料 教学课件 作者 程云虹 陈四利 主编 丛树民 副主编第1章 土木工程材料的基本性质.ppt

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1、第一章土木工程材料的基本性质一、材料的组成、结构和构造1.材料的组成（1）化学组成化学组成是指材料的化学成分，即指构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。一些土木工程材料与环境中物质接触时，按化学变化规律发生作用。2011-091（2）矿物组成材料中具有特定的晶体结构和特定物理力学性能的组织结构称为矿物。矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量。矿物组成是决定某些材料性质的重要因素。（3）相组成材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相。构成材料的相的种类和数量。2011-0922.材料的结构（1）宏观结构用肉眼或放大镜能够分辨的

2、粗大组织。按宏观结构不同，材料有密实、多孔、纤维、层状、散粒和纹理等结构。各种结构都有其各自的特点，宏观结构不同的材料具有不同的性质。2011-093密实结构的材料内部基本上无孔隙，结构致密。多孔结构的材料内部存在大体上呈均匀分布的独立或部分连通的孔隙，孔隙率较高。纤维结构的材料由纤维状物质构成，其内部组成具有方向性，纵向较紧密而横向较疏松，纤维之间存在相当多的孔隙。2011-094层状结构的材料具有叠合结构，即胶结料将不同的片状材料胶合成整体。散粒结构是指呈松散颗粒状的材料。纹理结构是指天然材料在生长或形成过程中，自然形成

3、有天然纹理的结构。2011-095（2）细观结构细观结构是指在光学显微镜下能观察到的结构。土木工程材料的细观结构，应根据具体材料分类研究。（3）微观结构微观结构是指用电子显微镜或X射线来分析研究的原子、分子层次的结构。按微观结构材料可分为晶体、玻璃体和胶体。2011-096①晶体质点（离子、原子、分子）在空间上按特定的规则，呈周期性排列的固体称为晶体。根据组成晶体的质点及化学键的不同，晶体可分为，原子晶体、金属晶体、离子晶体和分子晶体。2011-097原子晶体：中性原子以共价键结合而成的晶体。金属晶体：金属阳离子排列成一定形

4、式的晶格，由自由电子与金属阳离子间的金属键结合而成的晶体。离子晶体：正负离子以离子键结合而成的晶体。分子晶体：以分子间的范德化力即分子键结合而成的晶体。2011-098②玻璃体玻璃体是熔融的物质经急冷而形成的无定形体。（a）（b）图1.1晶体与非晶体的原子排列示意图（a）晶体；（b）非晶体2011-099③胶体胶体是指以粒径为10-7～10-10m的固体颗粒作为分散相（称为胶粒），分散在连续相介质中，形成的分散体系。依胶粒多少，胶体结构可分为：溶胶结构，凝胶结构，溶-凝胶结构。胶体的分散相（胶粒）很小，比表面积很大。与晶体及

5、玻璃体结构相比，胶体结构的强度较低，变形较大。2011-09103.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的相互搭配情况。构造与结构相比，更强调相同材料或不同材料间的搭配组合关系。2011-0911二、材料的基本物理性质1.材料的密度、表观密度与堆积密度（1）密度密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：ρ=m/V2011-0912（2）表观密度表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：ρ0=m/V02011-0913（3）堆积密度堆积密度是指散粒状材料（如粉状、颗粒状材料等）在堆

6、积状态下，单位体积的质量。按下式计算：ρ’0=m/V’02011-09142.材料的密实度与孔隙率（1）密实度密实度是指材料的体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：D=V/V0×100%或D=ρ0/ρ×100%2011-0915（2）孔隙率孔隙率是指材料的体积内孔隙体积所占的比例。按下式计算：P=(V0－V)/V0×100%或P=(1－ρ0/ρ.)×100%D+P=1孔隙率或密实度大小反映了材料的密实程度。2011-09163.材料的填充率与空隙率（1）填充率填充率是指散粒状材料在自然堆积状态下，颗粒体积占自然堆积状态下体

7、积的百分率。按下式计算：D’=V0/V’0×100%或D’=ρ’0/ρ0.×100%2011-0917（2）空隙率空隙率是指散粒状材料在自然堆积状态下，颗粒之间的空隙占自然堆积状态下体积的百分率。按下式计算：P’=(V’0－V0)/V’0×100%或P=(1－ρ’0/ρ0.)×100%P’+D’=1填充率或空隙率反映了散粒材料颗粒之间互相填充的程度。2011-09184.材料与水相关的性质（1）材料的亲水性与憎水性材料与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性。材料与水接触时，材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。201

8、1-0919润湿边角：在材料、水和空气的交点处，沿水的表面的切线与水和固体接触面所成的夹角(θ)称为润湿边角。2011-0920一般认为，当θ≤90°时，此种材料称为亲水性材料；当θ>90°时，此种材料称为憎水性材料。（a）（b）图1.2材料的润湿边角（a）亲水性材料；（b）憎水性材料20