第一章緒言

1、第二章 材料的基本性質(zhì),第一節(jié) 材料的物理性質(zhì)第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì)第三節(jié) 材料的耐久性第四節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造及其與材料性質(zhì)的關(guān)系,第一節(jié) 材料的物理性質(zhì),一、材料的基本狀態(tài)參數(shù) 二、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 三、材料的熱工性質(zhì) 四、材料的聲學(xué)性質(zhì),,一、材料的基本狀態(tài)參數(shù),1、材料體積組成示意圖2、材料的密度、表觀密度和堆積密度3、材料的孔隙率與密實(shí)度4、材料的空隙率與填隙率,1、材料體積組成示意圖,,密實(shí)材料體積

2、組成示意圖,含孔材料體積組成示意圖V—實(shí)體體積V開(kāi)—開(kāi)口孔隙V閉—閉口孔隙,,V—,2、材料的密度、表觀密度和堆積密度,密度——材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為密度(g/cm3)表觀密度——材料在自然狀 態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為表觀密度(g/cm3),,m—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，gmp—材料孔隙部分的質(zhì)量，gV—材料實(shí)體的體積，cm3Vp—材料孔隙的體積，cm3,2、材料的密度、表觀密度和堆積密度,堆積密度——

3、散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度(kg/m3),3、材料的孔隙率與密實(shí)度,（1）材料的孔隙率孔隙的數(shù)量：以孔隙率表示，它對(duì)材料的性質(zhì)有顯著影響?？紫堵剩≒）——材料內(nèi)部孔隙體積（Vp）占材料總體積（Vo）的百分率孔隙的特征 按孔隙尺寸大小，可把孔隙分為微孔、細(xì)孔和大孔三種．按孔隙之間是否相互貫通，把孔隙分為孤立孔，或連通孔。按孔隙與外界之間是否連通，把孔隙分為開(kāi)口孔，或封閉孔.,3、材料的孔隙率與密實(shí)

4、度,（2）材料的密實(shí)度——材料內(nèi)部固體物質(zhì)的體積 （V）總體積（Vo）的百分率稱為密實(shí)度。密實(shí)度以D表示： D + P = 1 D和P是反映材料內(nèi)部構(gòu)造狀態(tài)和密實(shí)程度的重要參數(shù)。,4、材料的空隙率和填充率,（1）材料的空隙率 空隙數(shù)量以空隙率（P’）表示空隙率——散粒材料顆粒之間空隙體積

5、（Vs）占堆積總體積（V0’）的百分率V0’—堆積體積（顆?？傮w積+空隙體積）V0—顆?？傮w積,,4、材料的空隙率和填充率,（2）填充率（ D′）——散粒材料的顆?？傮w積 （ Vo ）占堆積體積（ V0’ ）的百分率 D′+P′=1空隙率和填充率反映堆積狀態(tài)下固體顆粒的充實(shí)程度。,,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),1、材料的親水性和憎水性2、材料的含水狀態(tài)3、

6、材料的吸濕性和吸水性4、耐水性5、抗?jié)B性6、抗凍性,,1、材料的親水性與憎水性,材料表面能被水潤(rùn)濕的性質(zhì)稱為親水性，反之為憎水性。潤(rùn)濕邊角 當(dāng)固體材料與水接觸時(shí)，由于水分與材料表面之間的相互作用不同，會(huì)產(chǎn)生a和b所示的兩種情況。在材料、水和空氣的三相交叉點(diǎn)沿水滴表面做切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ， 稱為潤(rùn)濕邊角。親水性材料 當(dāng)θ ≤90時(shí)，材料能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出親水性，這種材料稱為親水性材料。 憎水性材

7、料當(dāng)θ 〉90時(shí)，材料不能被水潤(rùn)濕而表現(xiàn)出憎水性，這種材料稱為憎水性材料。,2、材料的含水狀態(tài),材料的四種含水狀態(tài) (a)干燥狀態(tài) (b)氣干狀態(tài) (c)飽和面干狀態(tài) (d)潤(rùn)濕狀態(tài),3. 材料的吸濕性和吸水性,（1）吸濕性——親水性材料在空氣中吸收水份的性質(zhì)稱為吸濕性。用含水率（Wh）表示：式中：Wh——材料含水率（％）； ms——材料吸濕狀

8、態(tài)下的質(zhì)量（g）； mg——材料干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（g）。 材料的吸濕作用是可逆的，在潮濕的空氣中可以吸收水分，也可以釋放水分。當(dāng)材料吸收的水分與釋放的水分達(dá)到平衡時(shí)的含水率稱為平衡含水率。平衡含水率的大小隨環(huán)境溫度、濕度的變化而變化。,3. 材料的吸濕性和吸水性,（2）吸水性——在水中吸水的性質(zhì)。表示方法：1）質(zhì)量吸水率（ Wm ）：式中：mb——材料吸水飽和狀態(tài)下的質(zhì)量（g）； mg——材料干燥狀態(tài)

9、下的質(zhì)量（g）。2）體積吸水率（ Wv ）：ρw=1 g/cm3，水在常溫下的密度。 Wv=Wm·ρ0/ ρw 或 Wv=Wm·ρ0,4、耐水性,耐水性——材料長(zhǎng)期在水作用下不破壞、強(qiáng)度也不明顯下降的性質(zhì)，以軟化系數(shù)KR 表示： fb——吸水達(dá)飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa；fg——干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度，MPa； 材料的KR在

10、0～1之間。工程中將KR＞0.85的材料看作是耐水材料。 對(duì)長(zhǎng)期處于水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)，所用材料必須保證KR >0.85，用于受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)的材料，其值也不宜小于0.75。,5、抗?jié)B性,抗?jié)B性——材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。表示方法：（a）用滲透系數(shù) K 表示式中：K——滲透系數(shù)（cm/h）；Q——透水量（cm3）； d——試件厚度（cm）；A——透水面積（cm2）；

11、 t——透水時(shí)間（h）；H——水頭高度（cm）。 滲透系數(shù)K 的物理意義為：在單位時(shí)間內(nèi)，在單位水頭高度的壓力水作用下，滲透過(guò)單位厚度和單位透水面積材料的透水量。K越小，表明材料的抗?jié)B性越好。,5、抗?jié)B性,（b）用抗?jié)B等級(jí)表示（P）——對(duì)有些材料（如混凝土）以規(guī)定的試件在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下所能承受的最大水壓力（MPa）來(lái)確定。如P4、P6、P8、P10、P12等分別表示材料能承受0.4、0.6、0.8、1.0、1.2MPa的水壓力而不

12、滲水。材料的抗?jié)B等級(jí)越高，表明材料的抗?jié)B性越好。 對(duì)于地下建筑、屋面、壓力管道及水工構(gòu)筑物等，因經(jīng)常受水的作用，在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料的抗?jié)B性。對(duì)于專門用于防水的材料，則要求有較高的抗?jié)B性。,6、抗凍性,抗凍性——指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融循環(huán)作用而不破壞．強(qiáng)度又不顯著降低的性質(zhì)，常用抗凍等級(jí)D表示。 抗凍等級(jí)——規(guī)定的試件，在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下，經(jīng)一定次數(shù)的凍融循環(huán)后，強(qiáng)度降低不超過(guò)規(guī)定數(shù)值，也無(wú)明顯損壞和剝落，則此

13、凍融循環(huán)次數(shù)即為抗凍等級(jí)。,,三、材料的熱工性質(zhì),1、材料的導(dǎo)熱性2、材料的熱容性3、材料的熱變形性4、材料的耐燃性4、材料的耐火性,1、材料的導(dǎo)熱性,導(dǎo)熱性——材料兩側(cè)有溫差時(shí)，熱量由高溫側(cè)向低溫側(cè)傳遞的性質(zhì)。用導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）表示： λ—導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m.K)Q——傳導(dǎo)熱量（J）d——厚度（m） A——傳熱面積（m2）Z——傳熱時(shí)間（S） T1-T2——兩側(cè)溫差（

14、K）材料的導(dǎo)熱系數(shù)愈小，表示其絕熱能力愈好。 影響因素：①孔隙率和孔隙特征：封閉孔、孤立孔越多，導(dǎo)熱性越??；②材料的成分和結(jié)構(gòu)；③含水量。,2、熱容性,熱容性——材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱量的能力。公式：同種材料用熱容量 C 表示： 不同材料用比熱 c 表示：Q——材料在溫度變化時(shí)吸收或放出的熱量（J） ； m——質(zhì)量（kg）；t1-t2——兩側(cè)溫差（k）,3. 熱變形性,熱變形

15、性——材料的尺寸隨溫度變化而變化的性質(zhì)。一般都是熱脹冷縮。用線膨脹系數(shù)表示： ——線膨脹系數(shù)（1/K）  L——試件原長(zhǎng)（mm）；ΔL——線變形量（mm）；t2-t1——升降溫前后的溫差（K）。,4. 耐燃性,耐燃性——材料對(duì)火焰和高溫的抵抗能力。（1）非燃燒材料：在空氣中受到火燒或高溫高熱作用不起火、不碳化、不微燃的材料。如鋼鐵、磚、石等，但它們?cè)诨馃蚋邷刈饔孟聲?huì)發(fā)生變形、熔融，所以雖然是非燃

16、燒材料，但不是耐火材料。（2）難燃材料：在空氣中受到火燒或高溫高熱作用時(shí)難起火、難微燃、難碳化，當(dāng)火源移走后，已有的燃燒或微燃立即停止的材料，如經(jīng)過(guò)防火處理的木材和人造板等。（3）可燃材料：在空氣中受到火燒或高溫高熱作用立即起火或微燃，且火源移走后仍繼續(xù)燃燒的材料。如木材等。用這種材料制作的構(gòu)件稱為燃燒體，使用時(shí)應(yīng)作防燃處理。,5. 耐火性,耐火性——材料在長(zhǎng)期高溫作用下，保持不熔性并能正常工作的性能。具有耐火性的材料稱為耐火材料。

17、耐火材料是指耐火度不低于1580℃的無(wú)機(jī)非金屬材料。耐火性的衡量指標(biāo)：（1）耐火度：耐火材料在無(wú)荷重作用時(shí)抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)稱耐火度，一般用溫度表示。耐火度與熔點(diǎn)不同。（2）高溫荷重軟化溫度：這是耐火材料重要的質(zhì)量指標(biāo)，它表示耐火材料對(duì)高溫和荷重同時(shí)作用的抵抗能力，也表示耐火材料呈現(xiàn)明顯塑性變形的軟化溫度范圍。（3）高溫體積穩(wěn)定性;（4）熱穩(wěn)定性;（5）抗渣性。,,四、材料的聲學(xué)性質(zhì),1、材料的吸聲性2、材料的隔聲性,,

18、1、材料的吸聲性,吸聲性——聲能穿透材料和被材料吸收的性質(zhì)，用吸聲系數(shù)α來(lái)評(píng)定材料吸聲性能的好壞，其定義式為： 式中：α——吸聲系數(shù)（％）；Ea +Et——材料吸收和透過(guò)的聲能之和；E0——入射到材料表面的總聲能。由上式可以看出，吸聲系數(shù)α表示當(dāng)聲波遇到材料表面時(shí)，被材料吸收的和透過(guò)材料的聲能之和與入射聲能之比。吸聲系數(shù)α越大，材料的吸聲效果就越好。,1、材料的吸聲性,材料的吸聲特

19、性與聲波的頻率和入射方向有關(guān)。同一材料用不同頻率的聲波，從不同方向射向材料時(shí)，有不同的α值。通常規(guī)定以125，250，500，1000，2000，4000Hz等六個(gè)特定頻率的聲波從不同方向入射時(shí)測(cè)得的平均吸聲系數(shù)的平均值來(lái)表示材料的吸聲特性。并將六個(gè)頻率下平均吸聲系數(shù)α≥0.2的材料稱為吸聲材料。 材料的吸聲特性還與其孔隙構(gòu)造有關(guān)。另外，材料的構(gòu)造形態(tài)、厚度、使用環(huán)境等因素也對(duì)其吸聲性能有影響。,2、材料的隔聲性 隔聲性——材

20、料隔絕聲音的性質(zhì)。,對(duì)于要隔絕的聲音，按聲波的傳播途徑可分為空氣聲（通過(guò)空氣傳播）和固體聲（通過(guò)固體傳播）兩種。 材料隔絕空氣聲的能力，可以用材料對(duì)聲波的透射系數(shù)τ或材料的隔聲量R來(lái)評(píng)定：式中：τ——聲波透射系數(shù)；Et——透過(guò)材料的聲能； E0——入射到材料表面的總聲能； R——材料的隔聲量（dB）。材料的τ愈小，則R愈大，說(shuō)明材料的隔聲性能越好。材料的隔聲性能與入射聲波的頻率有關(guān)，常用125～400

21、0Hz六個(gè)倍頻帶的隔聲量來(lái)表示材料的隔聲性能。,,,2、材料的隔聲性,材料隔絕固體聲的能力，可以用材料按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定的撞擊聲壓級(jí)來(lái)評(píng)定。撞擊聲壓級(jí)愈大，隔絕固體聲的能力就愈低。對(duì)空氣聲的隔絕，通常是增加聲波的反射，減少聲波的透射。根據(jù)聲學(xué)中的“質(zhì)量定律”，即隔聲能力的大小主要取決于材料單位面積質(zhì)量的大小，質(zhì)量越大，材料愈不易振動(dòng)，則隔聲效果愈好，因此應(yīng)選擇密實(shí)、沉重的材料作為隔聲材料。 隔絕固體聲的最有效措施是在結(jié)構(gòu)上采用彈性材料進(jìn)

22、行不連續(xù)的處理，例如在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和墻板之間加彈性襯墊，如毛氈、軟木、橡皮等材料，或在樓板上加彈性地毯、木地板等。,,第二節(jié) 材料的力學(xué)性質(zhì),一、材料的強(qiáng)度二、材料的彈性和塑性三、材料的脆性和韌性四、材料的硬度和耐磨性,,一、材料的強(qiáng)度,強(qiáng)度——材料在外力作用下不破壞時(shí)所能承受的最大應(yīng)力稱為強(qiáng)度（材料在外力作用下抵抗外力引起破壞的能力）材料的抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度：P——材料破壞時(shí)的最大荷載（N） A——材料受

23、力面積（mm2）,,,一、材料的強(qiáng)度,材料的抗彎強(qiáng)度：?jiǎn)吸c(diǎn)加荷 時(shí)： 雙點(diǎn)加荷時(shí)：,,,,,一、材料的強(qiáng)度,影響材料強(qiáng)度的主要因素：材料的組成和結(jié)構(gòu)、孔隙率、試驗(yàn)條件（試件的形狀、尺寸、加荷速度、試件表面狀況、含水狀態(tài)、環(huán)境溫度等）。 比強(qiáng)度——單位體積質(zhì)量的材料強(qiáng)度，它等于材料的強(qiáng)度與其表觀密度之比：用于對(duì)不同材料的強(qiáng)度進(jìn)行比較，是衡量輕質(zhì)、高強(qiáng)的一個(gè)指標(biāo)。,,,二、材料的彈性和塑性,

24、1、彈性：材料因外力作用而產(chǎn)生的變形，在外力去除后變形能自動(dòng)消失，完全恢復(fù)原來(lái)形狀和尺寸的性質(zhì)。 表示公式：σ=Eε E—常數(shù)，稱為彈性模量（MPa），反映材料抵抗變形的能力。2、塑性：材料因外力作用而產(chǎn)生的變形，在外力去除后變形不能自動(dòng)消除，仍保持變形后的形狀和尺寸，且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。 表示公式：σ=σoσo——產(chǎn)生塑性變形的最小應(yīng)力（MPa）,材料的彈

25、性和塑性變形曲線,,,三、脆性和韌性,1、脆性：材料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)到一定值時(shí)，材料突然破壞，而無(wú)明顯的塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。,2、韌性：,材料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收一定的能量，產(chǎn)生一定的變形而不破壞的性質(zhì)。 用沖擊韌性 表示： Ak——試件破壞時(shí)的 消耗的功（J）; A——受力凈截面積， (㎜2) 。,,四、硬度和耐磨性,1、硬度：材料表面抵抗

26、較硬物質(zhì)刻劃或壓入的能力。 表示方法有多種：①非金屬礦物材料：采用莫氏硬度（采用刻劃法）,1、硬度,②對(duì)鋼材、木材及混凝土等材料的硬度，常用壓入法測(cè)定。壓入法是以一定的壓力作用于一定規(guī)格的鋼球（或鋼錐）或金剛石制成的尖端，使其壓入試件表面，根據(jù)壓痕的面積或深度來(lái)確定其硬度。常見(jiàn)的壓入法為布氏法、洛氏法等，布氏法所測(cè)硬度為布氏硬度，洛氏法所測(cè)硬度為洛氏硬度。 如布氏硬度HB：每單位壓痕球面積所承受的荷載值，即布氏硬度值(HB)，在使

27、用時(shí)， HB是以10 MPa計(jì)的數(shù)字表示， 如HB：150，即表示所承受的荷載值 為1500MPa。,2、耐磨性,耐磨性——材料表面抵抗外力引起磨損的能力。以磨損率或耐磨率N（g/cm2）表示： m0——磨損前質(zhì)量（g） ，m1——磨損后質(zhì)量（g） A——受磨面積（cm2）在土木工程中，對(duì)于一些受磨損部位，比如踏步、臺(tái)階、地面、路面，其材料應(yīng)要求有較高的耐磨性。一般來(lái)說(shuō)，強(qiáng)度較高且密實(shí)的材料，其硬度較大，

28、耐磨性較好。,,,第三節(jié) 材料的耐久性,材料的耐久性——材料在使用過(guò)程中，抵抗各種內(nèi)在或外部因素的破壞作用，長(zhǎng)期保持其原有性能，不變質(zhì)，不破壞的性質(zhì)稱為耐久性。主要影響因素及破壞作用有：①物理作用：環(huán)境溫濕度的變化造成膨脹和收縮、水的滲透作用、凍融作用等。②化學(xué)作用：環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)（酸、堿、鹽等）與材料反應(yīng)，使材料的組成發(fā)生變化，性能惡化；如紫外線使瀝青和塑料老化；鋼材的銹蝕等。③荷載（力學(xué)）作用：長(zhǎng)期交替荷載、沖擊荷載、震動(dòng)荷

29、載、磨損等；④生物作用：菌類造成腐朽，昆蟲(chóng)造成蛀蝕等。耐久性是一項(xiàng)綜合性質(zhì)。不同材料因其組成、結(jié)構(gòu)、用途和破壞作用的不同，其耐久性的具體指標(biāo)也有所不同。,,樓面板鋼筋嚴(yán)重腐蝕、混凝土脫落,,耐久性破壞的大壩細(xì)部,,耐久性破壞的橋梁細(xì)部,第三節(jié) 材料的耐久性,在實(shí)際工程中，土木工程材料往往是受到多種因素的共同作用而產(chǎn)生破壞。只是材料不同，使用環(huán)境不同其耐久性的主要影響因素有所不同。 提高材料的耐久性，對(duì)保證構(gòu)筑物的長(zhǎng)期正常使用、減少

30、維修費(fèi)用、延長(zhǎng)使用年限、節(jié)約材料等具有十分重要的意義。因此在設(shè)計(jì)選用土木工程材料時(shí)，必須慎重考慮材料的耐久性問(wèn)題，要根據(jù)材料所處的結(jié)構(gòu)部位和使用環(huán)境等因素，并根據(jù)材料的耐久性特點(diǎn)，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和選用。,,第四節(jié) 材料的組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 及其與材料性質(zhì)的關(guān)系,一、材料的組成與性質(zhì)二、材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì),,一、材料的組成與性質(zhì),1. 化學(xué)組成化學(xué)組成是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類與數(shù)量。習(xí)慣上，金屬材料的化學(xué)組成以主

31、要元素的含量來(lái)表示；無(wú)機(jī)非金屬材料則以各種氧化物含量來(lái)表示?；瘜W(xué)組成對(duì)材料的性質(zhì)有很大的影響。如低碳鋼強(qiáng)度低，塑性好；而高碳鋼強(qiáng)度較高，塑性較差。合金鋼強(qiáng)度高，塑性較好。當(dāng)材料與自然環(huán)境或各類物質(zhì)接觸時(shí)，它們之間必定按化學(xué)規(guī)律發(fā)生作用。如混凝土受到酸、堿、鹽類物質(zhì)的侵蝕作用，鋼材的銹蝕、木材的燃燒等都屬于化學(xué)作用。材料在各種化學(xué)作用下表現(xiàn)出來(lái)的性質(zhì)是由其化學(xué)組成決定的。,一、材料的組成與性質(zhì),2. 礦物組成礦物——在無(wú)機(jī)非金屬材料

32、中具有特定的晶體結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)。礦物組成——構(gòu)成材料的礦物種類和數(shù)量。化學(xué)組成相同的材料其礦物組成可以不同。對(duì)某些土木工程材料，其礦物組成是決定其性質(zhì)的主要因素。例如硅酸鹽水泥中硅酸三鈣含量高，則其凝結(jié)硬化速度較快，水化放熱較大，強(qiáng)度較高。,一、材料的組成與性質(zhì),3.相組成相——材料中具有相同的物理、力學(xué)性質(zhì)的均勻部分。自然界中的物質(zhì)有氣相、液相、固相之分。材料的相組成——組成材料的相種類、數(shù)量及分布狀況。土木工程

33、材料大多數(shù)是多相固體，可看成復(fù)合材料。如混凝土就是固、液、氣三相多孔體。復(fù)合材料不同相之間存在界面，材料的性質(zhì)與材料的相組成和界面特性有密切關(guān)系。實(shí)際材料中，相與相之間的這一過(guò)渡面是一個(gè)薄弱區(qū)，它的成分與結(jié)構(gòu)與其兩側(cè)的相都不相同，是不均勻的 ，可將其作為“界面相”來(lái)處理。因此，通過(guò)改變和控制材料的相組成，可改善和提高材料的技術(shù)性能。,如混凝土中的粗集料與水泥砂漿的界面。,,二、材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì),土木工程材料的性質(zhì)與其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有

34、著密切關(guān)系。也可以說(shuō)材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是決定其性質(zhì)的極其重要的因素。土木工程材料的結(jié)構(gòu)可分為：（一）宏觀結(jié)構(gòu)（二）亞微觀結(jié)構(gòu)（或稱細(xì)觀結(jié)構(gòu)）（三）微觀結(jié)構(gòu),（一）材料的宏觀結(jié)構(gòu),材料的宏觀結(jié)構(gòu)——用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織（其尺寸約為毫米級(jí)大?。约案蟪叽绲臉?gòu)造情況。因此，這個(gè)層次的結(jié)構(gòu)也可以稱為宏觀構(gòu)造。宏觀結(jié)構(gòu)有如下類型： （1）散粒結(jié)構(gòu)；（2）聚集結(jié)構(gòu)； （3）多孔結(jié)構(gòu)； (4) 致密結(jié)構(gòu)； (5) 纖維

35、結(jié)構(gòu)； (6) 層狀結(jié)構(gòu)。,（一）材料的宏觀結(jié)構(gòu),（1）散粒結(jié)構(gòu) 散粒結(jié)構(gòu)是由單獨(dú)的顆粒組成，不與其他顆粒相結(jié)合，如砂、石子以及用于涂料及塑料中的粉狀填料。（2）聚集結(jié)構(gòu)聚集結(jié)構(gòu)材料中的顆粒通過(guò)膠結(jié)材料彼此牢固地結(jié)合在一起，如各種混凝土。,（一）材料的宏觀結(jié)構(gòu),（3）多孔結(jié)構(gòu) 多孔材料中含有大量的、粗大或微小的（10-3mm ~ 1mm）、均勻分布的孔隙，這些孔隙或者連通，或者封閉。這是加氣混凝土、泡沫混凝土、發(fā)泡塑

36、料、石膏制品等材料所特有的結(jié)構(gòu)。(4)致密結(jié)構(gòu)具有致密結(jié)構(gòu)的材料在外觀上和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上都是致密的(無(wú)孔隙的)，金屬、玻璃等材料即具有這種結(jié)構(gòu)特性。這種材料的體積密度大，導(dǎo)熱性強(qiáng)，強(qiáng)度硬度大，抗?jié)B性和抗凍性好。,大理巖的致密表面,加氣混凝土砌塊的多孔構(gòu)造,（一）材料的宏觀結(jié)構(gòu),(5)纖維結(jié)構(gòu) 纖維結(jié)構(gòu)是木材、纖維制品所特有的結(jié)構(gòu)，其在平行纖維和垂直纖維方向上的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性及其他一些性質(zhì)明顯不同，即具有各向異性。 (

37、6)層狀結(jié)構(gòu) 層狀結(jié)構(gòu)或稱疊合結(jié)構(gòu)，是板材常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)。它是將材料疊合成層狀，用膠結(jié)材料或其他方法將它們結(jié)合成整體，如木材膠合板等。疊合結(jié)構(gòu)可以改善單層材料的性質(zhì)。,膠合板結(jié)構(gòu),（二）亞微觀結(jié)構(gòu)（或稱細(xì)觀結(jié)構(gòu)）,亞微觀結(jié)構(gòu)——用光學(xué)顯微鏡所能觀察到的、具有微米級(jí)的材料組織結(jié)構(gòu)。儀器的放大倍數(shù)可達(dá)一千倍左右，能有幾千分之一毫米的分辨能力，可仔細(xì)分析天然巖石的礦物組織、金屬材料晶粒的粗細(xì)及其金相組織，如鋼材中的鐵素體、珠光體、滲

38、碳體等組織；混凝土中的孔隙及裂縫、木材的木纖維、導(dǎo)管、髓線等組織也屬于亞微觀結(jié)構(gòu)層次。 材料內(nèi)部各種組織的性質(zhì)是各不相同的，這些組織的特征、數(shù)量、分布以及界面之間的結(jié)合情況都對(duì)材料的整體性質(zhì)起著重要的影響作用。,層片狀珠光體是一種雙相結(jié)構(gòu)的組織，是一層鐵素體和一層滲碳體的混合物,（三）微觀結(jié)構(gòu),微觀結(jié)構(gòu)——材料分子、原子層次的結(jié)構(gòu)?？捎秒娮语@微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射儀等手段分析研究。其尺寸范圍為10-6～10-10m。材

39、料的許多物理、力學(xué)性質(zhì)，如強(qiáng)度、硬度、彈塑性、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等都是由其微觀結(jié)構(gòu)所決定的。 材料的微觀結(jié)構(gòu)基本上可分為晶體和非晶體（包括玻璃體、固溶體）。 固體中，由原子、分子或離子作三向規(guī)則排列成有序的結(jié)構(gòu)，稱為晶體。而原子、分子或離子本身沿三維空間作不規(guī)則排列的，稱為非晶體。,1、晶體,（1）晶體的類型 晶體的性質(zhì)因其組成的原子、分子或離子等的結(jié)合形式不同而有差異。根據(jù)結(jié)合形式不同可將晶體分為：1）離

40、子鍵晶體，如NaCl、LiF等；2）共價(jià)鍵晶體，如金鋼石、碳化硅等；3）金屬鍵晶體，如各種金屬和合金；4）分子鍵晶體，如萘、蒽等；5）氫鍵晶體，如冰（H2O）等。,（1）晶體的類型,（1）離子晶體 離子晶體的結(jié)合力大部分來(lái)自離子間的靜電引力（庫(kù)侖引力）。在離子晶體中，電子受各個(gè)離子的約束，一般處于極難活動(dòng)的狀態(tài)。（2）共價(jià)鍵晶體 共價(jià)鍵晶體的結(jié)合力主要靠各個(gè)原子都共用某一數(shù)量的電子而產(chǎn)生的。這種晶體，其

41、結(jié)合能很大，強(qiáng)度和硬度非常大。（3）金屬晶體 在金屬晶體中，是由電子與陽(yáng)離子之間的靜電引力，以及離子與離子之間、電子與電子之間的排斥力相互平衡而產(chǎn)生結(jié)合力。自由電子能使金屬具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。在金屬晶體中，其結(jié)合力不像共價(jià)鍵結(jié)合那樣具有方向性。,（1）晶體的結(jié)合,（4）分子晶體 分子晶體的結(jié)合力是由于電荷非對(duì)稱分布而產(chǎn)生分子的極化，或者由于電子的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生瞬時(shí)的極化，亦即由于分散效應(yīng)而產(chǎn)生所謂范德華力的微弱引力

42、。這種分子結(jié)合力不論屬于何種結(jié)合形式都是經(jīng)常存在的，但是在分子晶體中，這種力是起支配作用的。大部分分子晶體屬于有機(jī)化合物。（5）氫鍵結(jié)合晶體 氫鍵結(jié)合晶體的形成是由于在某種條件下，氫原子將它的一個(gè)電子給予分子中其它一個(gè)原子，這時(shí)，因質(zhì)子很小，接近質(zhì)子的原子會(huì)夾緊質(zhì)子而非常靠近，成為一個(gè)氫被兩個(gè)其它原子吸引著的狀態(tài)，使氫原子介于兩個(gè)原子之間而構(gòu)成氫鍵結(jié)合。,晶體結(jié)合形式與材料性質(zhì),（2）晶體結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,晶體的結(jié)構(gòu)形式采用X射線

43、衍射或電子射線掃描等方法來(lái)確定。 在晶體內(nèi)部，可細(xì)分為完全相等單位的構(gòu)造在三維空間重復(fù)著，如右圖所示。,晶體結(jié)構(gòu)立方晶系中的點(diǎn)陣常數(shù)a在三個(gè)坐標(biāo)方向上都是相同的,（2）晶體結(jié)構(gòu)（構(gòu)造）,正方晶系和正交晶系的幾何特征見(jiàn)下圖。a)正方晶系：a1=a2≠c；各個(gè)夾角都為900；b)正交晶系：a≠b≠c；各個(gè)夾角都是900；c)六方晶系：a1=a2≠c；夾角為900及1200,七種晶系的幾何特征,（2）晶體結(jié)構(gòu)（構(gòu)造

44、）,以巖石礦物為主的硅酸鹽有很多種類，其晶體構(gòu)造也是多種多樣的，見(jiàn)下圖所示。其中Si4+與O2-的結(jié)合是半離子性、半共價(jià)性的。,c）二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),a）基本單位；,b）鏈狀連結(jié)；,,2、非晶體,（1）玻璃體（2）固溶體（3）膠體,（1）玻璃體,玻璃體是由于熔融物冷卻較快而形成的。玻璃是無(wú)機(jī)非晶態(tài)固體中最重要的一族。當(dāng)達(dá)到凝固溫度時(shí)，它還具有很大的粘度，致使原子來(lái)不及按照一定的規(guī)則排列起來(lái)，就已經(jīng)凝固成固體，從而形成玻璃體結(jié)構(gòu)。玻璃體

45、具有以下物理通性：①各向同性；②介穩(wěn)性；③由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的過(guò)程是可逆的與漸變的常見(jiàn)的玻璃體有硅酸鹽玻璃，還有合成樹(shù)脂和橡膠等。,（2）固溶體,固溶體——含有外來(lái)雜質(zhì)原子的晶體稱為固體溶液。 固溶體普遍存在于無(wú)機(jī)固體材料中，材料的物理化學(xué)性質(zhì)，會(huì)隨著固溶體的生成，在一個(gè)更大范圍內(nèi)變化。因此，無(wú)論對(duì)功能材料，還是結(jié)構(gòu)材料，都可通過(guò)生成固溶體的條件，提高材料的性能。 當(dāng)溶劑和溶質(zhì)的原子大小相近，電子結(jié)構(gòu)相仿時(shí)，便容

46、易形成固溶體。固溶體按其溶劑原子被溶質(zhì)原子所取代的情況不同，又分為置換固溶體、有序固溶體和間隙固溶體。,化合物中的置換固溶體（Fe+離子置換了MgO結(jié)構(gòu)中的Mg2+ ),有序固溶體,間隙固溶體（碳在面心立方體鐵中）,（3）膠體,膠體是由物質(zhì)三態(tài)（固、液、氣）所組成的，由高分散度的粒子作為分散相，分散于分散介質(zhì)中所形成的系統(tǒng)。高度分散性和多相性是膠體系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)。膠體是一個(gè)高度分散體系，其總表面積非常大，因而膠體具有高度的吸附能