公路水泥溷凝土路面材料.pdf

第二篇 公路水泥混凝土 路面材料 第一章 水泥物理化学及力学基础 第一章 水泥物理化学及力学基础 第一节 材料的微观构造与性质 材料的创新促进了现代科学技术的发展，而现代科学技术的发展又使人们更加 清楚地认识了材料微观结构与宏观表现之间的关系。近年来，随着我国国民经济及 交通事业的飞速发展，路用材料科学技术水平不断提高，科研成果层出不穷。由于新 结构、新技术、新工艺的不断涌现和发展，对水泥及水泥混凝土的品种及质量的要求 不断提高。因此，必须从微观上研究水泥的内部结构及成分对其性能的影响，探求水 泥的结构、物性和反应三者的规律以及它们之间的有机联系，并通过水泥的化学组成 和内部结构来认识及改善材料的性能。因而有必要掌握水泥的一些物理化学及力学 基础知识。 近代水泥科学的核心是结构与性能之间的关系，而各种水泥的技术性质又取决 于其内部结构。换句话说，通过改变水泥的微观结构可使其性能得到改善。水泥石 的微观结构较为复杂，涉及到晶体、非晶体、玻璃体、固溶体、胶体等概念。在使用阶 段，还与其表面及界面性能、力学性能、物理性能有关。因而有必要了解上述各概念 的定义、含义及计算公式。 一、晶体与非晶体 固体材料通常是排列成晶体结构的原子聚合体，因此，固体材料的性质不仅取决 于原子本性，同时也取决于原子聚合方式。 原子之间的作用力有引力和斥力两种。固体材料在一定的温度和压力下，这两 种方向相反的力是相互平衡的，而由于这种平衡也就使原子间保持着一定的平衡距 离。固体中，由原子、分子或离子作三向规则排列成有序的结构，称为晶体。而原子、 · · ! 第二篇 公路水泥混凝土路面材料 分子或离子本身沿三维空间作不规则排列的，称为非晶体。例如铝、锌等金属以及组 成岩石的各种矿物等均属于晶体，而玻璃、塑料等均属于非晶体。 晶体的体质因其组成的原子、分子或离子等的结合形式不同而有差异。根据结合 形式不同可将晶体分为：离子键晶体，如 、 等；共价键晶体，如金刚石、碳化硅等； !#$ %’ 金属键晶体，如各种金属和合金；分子键晶体，如萘、蒽等；氢键晶体，如冰（ ）等。 ( * ) 实际上，很多晶体都是按上述理想状态组合而成的。 （一）晶体结合 离子晶体的结合力大部分来自离子间的静电引力（库仑引力）。在离子晶体中， 电子受到各个离子的约束，一般处于极难活动的状态。 共价键晶体的结合力主要靠各个原子都共用某一数量的电子而产生的。这种晶 体，其结合能很大，强度和硬度非常大。 在金属晶体中，是由电子与阳离子之间的静电引力，以及离子与离子之间、电子 与电子之间的排斥力相互平衡而产生结合力。自由电子能使金属具有良好的导电性 和导热性。在金属结合中，其结合力不像共价结合那样具有方向性。 分子晶体的结合力是由于电荷非对称分布而产生分子的极化，或者由于电子的 运动而发生瞬时的极化，亦即由于分散效应而产生所谓范德华力的微弱引力。这种 分子结合力不论属于何种结合形式都是经常存在的，但是在分子晶体中，这种力是起 支配作用的。分子晶体的大部分属于有机化合物。 氢键结合晶体的形成是由于在某种条件下，氢原子将它的一个电子给予分子中 其它一个原子，这时，因质子很小，接近质子的原子会夹紧质子而非常靠近，成为一个 氢原子被两个其它原子吸引着的状态，使氢原子介于两个原子之间而构成氢键结合。 各种晶体结合形式不同，其材料的性质也有所差异。但是，要严格区分晶体结合 的形式是困难的，表) + , + , 说明各晶体的大致区别。