土木工程材料的基本质.pptVIP

建 筑 材 料 主讲：张玉稳 山东农业大学水土学院 联系电话E-mail：zywsdta64@163.com 第 1 章 土木工程材料的基本性质 刘家峡水电站  【学习指导】 学习目标： （1）了解土木工程材料的基本组成、结构和构造及其与材料基本性质的关系； （2）熟练掌握土木工程材料的基本力学性质； （3）掌握土木工程材料的基本物理性质； （4）掌握土木工程材料耐久性的基本概念。 本章的难点： 材料的组成及其对材料性质的影响。 概 述 建筑材料用在不同的建筑物中，处于不同的环境，起着各种不同的作用，要求具有相应的性质。如： 承重结构构件要求材料具有足够的强度、刚度； 功能材料要求具有相应的功能性要求； 建筑物还应具有与环境相适应的耐久性。 合理选用材料是保证建筑物经久耐用的关键，而材料的性质是选用材料的重要依据。 所谓材料的性质是指在负荷与环境因素联合作用下材料所具有的属性。 建筑材料的基本性质是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。 §1.1 材料的组成、结构及构造 一、材料的组成 材料的组成是指材料的化学成分，包括材料的化学组成、矿物组成、相组成。 （一）化学组成 化学组成是指构成材料的基本化学元素或化合物的种类和数量。 当材料在使用过程中与周围环境及各类物质接触时，将按照化学变化规律发生作用。 （二）矿物组成 矿物是指在无机非金属材料中，某些元素或化合物以特定的组合形式存在，并具有特定的物理、化学性质的组织结构。 矿物组成是指组成材料的矿物种类和数量。 矿物组成是决定材料性质的主要因素。 （三）相组成 相：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、固相。 凡由两相或两相以上物质组成的材料称为复合材料。 界面（界面相）：两相之间的分界面称为界面，在实际工程材料中，界面是一个很薄的薄弱区，可称为界面相。 许多材料的破坏往往首先发生在界面。界面强度往往决定复合材料的强度 。 二、材料的结构、构造 （一）材料的结构 材料的结构是指材料的微观组织状况，可分为宏观结构、细观结构、微观结构。 1、宏观结构 材料的宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。 土木工程材料的宏观结构按其孔隙特征分为三种： 致密结构、多孔结构、微孔结构。 1）致密结构：指具有无可吸水、透气孔隙的结构。 2）多孔结构：指具有粗大孔隙的结构。 3）微孔结构：指具有微细孔隙的结构。 材料的宏观结构按其组织构造特征分为四种： 堆聚结构、纤维结构、层状结构、散粒结构。 1）堆聚结构：指由集料与具有胶凝性或粘结性物质胶结而成的结构。如水泥砼 。 2）纤维结构：指由天然或人工合成纤维物质构成的结构。如木材 。 3）层状结构：指由天然形成或人工粘结等方法而将材料叠合而成的双层或多层结构。如胶合板。 4）散粒结构：指由松散粒状物质形成的结构。如砼集料、粉煤灰 。 2、细观结构（亚微观结构） 细观结构是指用光学显微镜可以观察到的材料内部结构。一般可分辨范围是1 ～ 10-3mm。 根据其尺度范围，还可分为显微结构和纳米结构： 显微结构是指用光学显微镜所能观察到的结构，其尺度范围在10-3～10-7m。 纳米结构是指用一般扫描透视电子显微镜所能观察到的结构，其尺度范围在10-7～10-9m 。 纳米结构材料具有许多奇异的物理和化学性能，发展迅速，在土木工程中也得到应用，如磁性液体、纳米涂料等。 3、微观结构 微观结构是指组成材料原子、分子的排列方式、结合状况等。可分辨尺寸范围在纳米（10-6mm）以上。 材料在微观结构层次上可分为晶体、非晶体、胶体。 （1）、晶 体 1）晶体、晶格、晶胞： 晶体是由离子、原子或分子等质点，在三维空间按一定方式重复排列而成的固体，具有特定的外形。 这种有规则的排列称为晶体的空间格子(晶格)； 构成晶格的最基本单元（平行六面体单元 ）称为晶胞。 晶体颗粒具有各向异性。但晶体材料可能是各向同性。 2）晶体的物理力学性质，除与晶格形态有关外，还与质点间结合力有关。这种结合力称为化学键，可分为共价键、离子键、分子键、金属键。 3）晶体分类： 按组成材料的晶体质点及化学键的不同，晶体可分为原子晶体、离子晶体、分子晶体、金属晶体。 晶体、晶格、晶胞结构示意图： 在实际材料中，晶体结构往往都有各种晶格缺陷。主要有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。 1）点缺陷：是指晶格中有空位和填隙原子。 晶格空位削弱了晶体材料的强度，但它是材料发生固相反应的介质。 填隙原子造成晶格畸变，使晶体强度增加、塑性降低。 2）线缺陷