第一节  材料的组成、结构和构造

一、材料的组成

材料的组成是指材料的化学成分、矿物成分和相组成。它不仅影响着材料的化学性质，而且也是决定材料物理力学性质的重要因素。

（一）化学组成：

各种土木工程材料都具有一定的化学成分。材料所含的化学成分及其含量的多少既影响材料的物理力学性质，也影响材料抵抗外界侵蚀作用的化学稳定性。

（二）矿物组成

将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。一般具有相对固定的化学成分，矿物是组成岩石和矿石的基本单元。某些土木工程材料如天然石材、无机胶凝材料等，其矿物组成是决定其材料性质的主要因素。例如硅酸盐水泥中，熟科矿物硅酸三钙含量高的，其硬化速度就较快，强度也较高。

（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。自然界中的物质可分为气相、液相和固相。土木工程材料大多数是多相固体。凡由两相或两相以上的物质组成的材料称为复合材料。土木工程材料大多数可看成复合材料。混凝土材料可认为是集料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相复合材料。

复合材料的性质与材料的相组成和界面特性有密切关系。所谓界面是指多相材料中相与相之间的分界面，在实际材料中，界面是一个薄区，它的成分和结构与相内是不一样的，它们之间是不均匀的，可将其作为“界面相”来处理。因此，通过改变和控制材料的相组成，可改善和提高材料的技术性能。

二、材料的结构

(一)宏观结构

指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。

可按孔隙特征分为：（1） 致密结构（2） 多孔结构（3） 微孔结构

按存在状态分：（1） 堆聚结构（2） 纤维结构（3） 层状结构

(二)  细观结构

是指用光学显微镜所能观察到的材料结构。其尺寸在10-3­10-6m级。

  材料的细观结构层次上的各种组织性质各不相同，这些组织的特征、数量和分布和界面性质对材料性能有重要影响。

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《土木工程材料》考试总结  2014/5/30

一．名词解释：

1、软化系数：指材料在吸水饱和状态下的抗压强度和干燥状态下的抗压强度的比值 。

2.、.二次水化：水泥熟料水化生成的氢氧化钙与活性二氧化硅、三氧化铝反应，生成新的水化产物的过程。

3.、初凝时间：是指自加水起至水泥浆开始失去塑性所需的时间。

4、.普通硅酸盐水泥：由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。

5.、混凝土立方体抗压强度：制作150mm×150mm×150mm的立方体试件，在标准条件下[温度为（20±2）℃，相对湿度为95%以上]，养护到28d,按规定施加压力，直至破坏，所测得的抗压强度。

6、.合理砂率：在用水泥用量和水灰比一定的条件下，能保持良好粘聚性及保水性，且能使混凝土拌合物获得最大流动性的砂率，称其为合理砂率。

7、.碱骨料反应：水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅发生反应，在骨料表面生成复杂的碱-硅酸凝胶，凝胶吸水膨胀从而导致混凝土产生膨胀开裂而破坏的现象称为混凝土的碱-骨料反应

8、.和易性：是指拌合物易于施工操作（如拌合、运输、浇灌、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能，包括流动性、粘聚性和保水性。

9、.平衡含水率：材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的含水率。

   （木材的平衡含水率：当木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，则会达到相对稳定的含水率，亦即水分的蒸发和吸收趋于平衡，这时的含水率称为平衡含水率。）     

10.、纤维饱和点：是木材仅细胞壁中的吸附水达饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水存在时的含水率。

11.、沥青的老化：沥青在光、热、氧、水等因素的综合条件下，产生不可逆的化学变化，导致技术性能的逐渐劣化。

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第一单元

比热：单位质量的材料吸引或释放热量的能力

表观密度：单位体积（包括实体体积和闭口孔体积）的质量。

体积密度：单位体积（包括材料内部所有孔隙体积）的质量。

含水率：是指材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比.

软化系数：饱和吸水状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比。

耐热性：是指材料长期在高温作用下，不失去使用功能的性质。

耐燃性：是指在发生火灾时，材料抵抗和延缓燃烧的性质，又称防火性。

硬度：是指材料表面抵抗其它物体压入或刻划的能力。

第二单元

2—1胶凝材料：是指土木工程材料中，经过一系列物理作用、化学作用，能将散粒状或块状材料粘结城整体。

水硬性胶凝材料：是既能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化、保持并发展其强度的无机胶材料。

过火石灰：是指石灰生产时局部煅烧温度过高，在表面有熔融物的石灰。

欠火石灰：是指由于生产石灰的原料尺寸过大、煅烧温度偏低或煅烧时间不充足，石灰石中的碳酸钙未完全分解的石灰。

安定性：是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。

活性混合材料：混合材料磨成细粉，与石灰或与石灰和石膏拌合，加水后在常温下能生成具有水硬性的产物，这种混合材料就叫

非活性混合材料：是指在水泥中主要起填充作用而又不损害水泥性能的矿物质材料。 2—12石灰的技术性质有那些？为何水泥砂浆中掺入石灰膏会提高可塑性？

答：技术性质:：1）可塑性好、2）硬化较慢、强度低、3）硬化时体积收缩大4）耐水性差

5）生石灰吸湿性强

提高可塑性：由于石灰膏和消石灰分中氢氧化钙颗粒非常小，调水后具有较好的可塑性。 2—16简述硅酸盐水泥熟料的主要矿物成分单独水化的产物及其特性.p40

2---19j简述硅酸盐水泥的凝结硬化过程与特点？

过程：水泥加水拌合后，成为塑性的水泥浆，水泥颗粒表面的矿物开始与水发生水化反应。随着化学反应的进行，水泥浆逐渐变稠失去塑性。随着水化的进一步进行，浆体开始产生明显的强度并逐渐发展成为坚硬的水泥石。

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1. 弹性模量：用E表示。材料在弹性变形阶段内，应力和对应的应变的比值。反映材料抵抗弹性变形能力。其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小，抵抗变形能力越强

2. 韧性：在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大能量产生一定变形而不致破坏的性质。

3. 耐水性：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质，表示方法——软化系数：材料在吸水饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比K_R = f_b/f_g    软化系数大于0.8的材料通常可以认为是耐水材料；对于经常位于水中或处于潮湿环境中的材料，软化系数不得低于0.85；对于受潮较轻或次要结构所用的材料，软化系数不宜小于0.75

4. 导热性：传导热量的能力，表示方式——导热系数,材料的导热系数越小，材料的绝热性能就越好。影响导热性的因素:材料的表观密度越小，其孔隙率越大，导热系数越小,导热性越差。由于水与冰的导热系数较空气大，当材料受潮或受冻时会使导热系数急剧增大，导致材料保温隔热方式变差。所以隔热材料要注意防潮防冻。

5. 建筑石膏的化学分子式：β-CaSO₄˙½H₂O  石膏水化硬化后的化学成分：CaSO₄˙2H₂O

6. 高强石膏与建筑石膏相比水化速度慢,水化热低,需水量小,硬化体的强度高。这是由于高强石膏为α型半水石膏，建筑石膏为β型半水石膏。β型半水石膏结晶较差，常为细小的纤维状或片状聚集体，内比表面积较大；α型半水石膏结晶完整，常是短柱状，晶粒较粗大，聚集体的内比表面积较小。

7. 石灰的熟化，是生石灰与水作用生成熟石灰的过程。特点：石灰熟化时释放出大量热，体积增大1~2.5倍。应用：石灰使用时，一般要变成石灰膏再使用。CaO+H₂O       Ca(OH)₂+64kJ

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（一）密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

表观密度是指材料在包含内部闭口孔的条件下单位体积的质量。

体积密度是指材料在自然状态下单位体积的质量。

堆积密度是指散粒状材料在堆积状态下单位体积的质量。

孔隙率是指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。

空隙率是指松散颗粒材料在堆积状态下，颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。

亲水性当θ≤90°时，材料易于被水润湿，为亲水性材料，此时材料分子与水分子之间的亲和力大于水分子之间的内聚力

憎水性当θ≥90°时，材料不易被水润湿，为憎水性材料，此时材料分子与水分子之间的亲和力小于水分子之间的内聚力

吸水性是指材料在浸水状态下，吸收水分的性能。材料吸水饱和时的含水率称为吸水率。 吸湿性是指材料在潮湿的空气中吸收水分的性能。吸湿性用含水率来表示。

强度是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏的能力。

材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来的形状和尺寸的性质，称为弹性。

材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，仍保持变形后形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。

脆性是指材料受力达到一定限度后，不发生明显的塑性变形而突然破坏的性质。

材料在冲击和振动荷载作用下，能吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性。具有此性质的材料称为韧性材料。

耐久性是指材料在长期使用过程中，抵抗环境中各种不利因素的破坏作用，保持原有性能不变质、不破坏的能力。环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用、机械作用和生物作用。

材料的组成：1. 化学组成2. 矿物组成

材料的结构：1. 宏观结构（构造）2. 亚微观结构3. 微观结构

（二）钢材按冶炼时脱氧程度分 ：沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。

拉伸过程分四个阶段：OA：弹性阶段AB：屈服阶段BC：强化阶段CD：颈缩阶段 冲击韧性 ——指钢材抵抗冲击荷载的能力。

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l   土木工程材料可分为广义土木工程材料和狭义土木工程材料。广义：是指用于建筑工程中所有材料（1构成建筑物，构筑物的材料，如石灰，水泥2是施工过程中所需要的辅助材料，如脚手架，模板3是各种建筑器材，如消防设备，给水排水设备）。狭义土木工程材料是直接构成土木工程实体的材料。

l   土木工程材料分类：1.按化学成分，无机材料，有机材料和复合材料2.按使用功能，承重结构材料，非承重结构材料和功能材料。

l   土木工程与材料的关系：1.材料是保证土木工程质量的基础2.材料对土木工程造价的影响3.材料对土木建筑工程技术进步起促进作用

l   密度：是指材料在绝对密度状态下单位体积的质量。（v材料在绝对密实状态下的体积）

l   表观密度：是指单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度。（V0材料在包含闭口孔隙条件下的体积（只含内部闭口孔，不含开口孔））

l   体积密度：是指材料在自然状态下单位体积(含开口，闭口孔隙）

l   堆积密度：是指散粒状材料单位堆积体积（含开口，闭口）

l   孔隙率：是指材料中的孔隙体积占材料自然状态下总体积的百分率，以p表示，，密实度是与孔隙率相对应的概念，指材料体积内被固体物质充实的程度，用D表示D=1—P

l   空隙率指散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质空隙体积占堆积体积的百分率

l   吸水性:指材料在吸收水分的性质。（材料吸水饱和时的含水率为吸水率，分质量吸水率和体积吸水率）材料含水后，自重增加，强度降低，保温性能下降，抗冻性能变差，有时还会发生明显体积膨胀。

l   吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，一含水率表示。吸湿作用一般是可逆的，及材料可吸放空气中的水分。

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建筑材料

第一章绪言

1.1土木工程材料的分类

⒈按材料的化学成分分类：

⑴无机材料。①金属材料。钢、铁、铝等。

            ②非金属材料。石、玻璃、水泥、混凝土等。

            ③金属-非金属复合材料。钢筋混凝土等。

⑵有机材料。木材、石油沥青、塑料等。

⑶有机-无机复合材料。①无机非金属-有机复合材料。

                     ②金属-有机复合材料。

⒉按功能分类;

⑴结构材料—主要作用承重的材料，如梁、板、柱所用材料。

⑵功能材料—主要利用材料的某些特殊功能，如用于防水、保温、装饰等的材料。

1.2材料的基本状态参数

1.2.1材料的密度、表观密度和堆积密度

1.2.1.1密度

材料在绝对密实状态下单位体积的质量，称为密度。ρ=m/V。

ρ—材料的密度，g/cm²；

m—材料在干燥状态下的质量，g；

V—材料在绝对密实状态下的体积，cm³。

绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体积。

常用的土木工程材料中，除了钢、玻璃、沥青等认为不含孔隙外，绝大多数都含有孔隙。测定含孔材料绝对密实体积的简单方法，是将该材料磨成细粉，干燥后用排液法测得的粉末体积，即为绝对密实体积。一般要求细粉的粒径至少小于0.20mm。

1.2.1.2表观密度

材料在自然状态下单位体积的质量称为表观密度。ρ_o=m／V_o。

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