第02講第十二章第一節(jié)材料科學知識與土木工程材料的基本性質(zhì)（一）（新版）

朽木易折，金石可鏤。千里之行，始于足下。第頁/共頁土木工程材料第一節(jié)材料科學知識與土木工程材料的基本性質(zhì)一、土木工程材料分類、組成及結(jié)構(gòu)（一）土木工程材料的組成土木工程材料的組成分為化學組成和礦物組成?；瘜W組成影響著材料的化學性質(zhì)，礦物組成影響著材料的物理力學性質(zhì)。通常按照土木工程材料的化學組成將其劃分為無機材料、有機材料和復(fù)合材料三大類，詳見表1。表1土木工程材料的分類分類實例無機材料非金屬材料天然石材花崗巖、大理石、碎石、石板、料石、砂燒土制品黏土磚、陶器、炻器、瓷器熔融制品玻璃、玻璃棉、礦棉、鑄石膠凝材料石灰、建造石膏、水玻璃、水泥砂漿、混凝土砌筑砂漿、抹面砂漿、普通混凝土、輕骨料混凝土硅酸鹽制品灰砂磚、硅酸鹽砌塊金屬材料黑色金屬鋼、鐵有色金屬鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦合金有機材料植物材料木材、竹材瀝青材料石油瀝青、煤瀝青、改性石油瀝青合成高分子材料塑料、橡膠、膠粘劑復(fù)合材料金屬-非金屬鋼纖維混凝土、鋼筋混凝土無機非金屬-有機玻璃鋼、人造石材、聚合物混凝土金屬-有機鋁塑板、輕質(zhì)金屬夾芯板、PVC涂層鋼板（二）土木工程材料的結(jié)構(gòu)土木工程材料的結(jié)構(gòu)有宏觀結(jié)構(gòu)、細觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。1、微觀結(jié)構(gòu)（1）晶體：具有各向異性的性質(zhì)，如鋼材。（2）玻璃體：各向同性的，具有潛在的化學活性，在一定條件下容易與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，如粉煤灰。（3）膠體：屬于非晶體。質(zhì)點很極小，表面積很大，所以表面能很大，吸附能力很強，使膠體具有很強的粘結(jié)力，如水化硅酸鈣。2、宏觀結(jié)構(gòu)又劃分為。（1）按照土木工程材料的構(gòu)造特征，土木工程材料的構(gòu)造分為堆聚結(jié)構(gòu)：由骨料與膠凝材料結(jié)合而成的材料，例如混凝土纖維結(jié)構(gòu)：玻璃纖維及礦物棉等纖維材料所具有的結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)：將材料疊合而成的結(jié)構(gòu)，例如膠合板散粒結(jié)構(gòu)：松散顆粒的結(jié)構(gòu)，例如砂石骨料（2）、按照土木工程材料的孔隙特征分為致密結(jié)構(gòu)：無孔隙存在的材料，例如玻璃、鋼材多孔結(jié)構(gòu)：有粗壯孔隙的結(jié)構(gòu)，例如加氣混凝土微孔結(jié)構(gòu)：有微細的孔隙結(jié)構(gòu)，例如粘土磚、石膏制品二、土木工程材料的物理性質(zhì)（一）密度、表觀密度與堆積密度1、密度：材料的密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，又稱質(zhì)量密度（ρ）?？杀硎緸椋菏街校选牧厦芏龋╧g/m3）；m——材料質(zhì)量（kg）；V——材料體積（m3）。必須強調(diào)材料絕對密實狀態(tài)的概念，密度只與材料中固體物質(zhì)的體積有關(guān)，與孔隙無關(guān)，測定孔隙時材料需磨成細粉以便排除孔隙。2、表觀密度：材料的表觀密度是指材料在天然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，亦稱體積密度（ρ0）。材料在烘干狀態(tài)下的表觀密度稱為干表觀密度。式中，ρ0——材料表觀密度（kg/m3）；m——材料質(zhì)量（kg）；V0——材料在天然狀態(tài)下體積（m3）。包括內(nèi)部孔隙的體積。3、堆積密度：散粒材料在天然堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量稱為堆積密度（）。可表示為：式中，——散粒材料堆積密度（kg/m3）；m——散粒材料質(zhì)量（kg）；——散粒材料在天然堆積狀態(tài)下體積（m3）。不僅包括材料內(nèi)部孔隙體積，還包括顆粒之間的空隙體積。所以可知，密度（）、表觀密度（o）和堆積密度（’o）均指材料單位體積的質(zhì)量，不同之處在于決定單位體積時材料所處的狀態(tài)不同。4、孔隙率與密實度通常材料內(nèi)部總是包括一部分孔隙，材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率，稱為材料的孔隙率（P0）。材料孔隙率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率大，則密實度小?？紫堵屎兔軐嵍葍烧咧蜑?，均反映了材料的致密程度。5、空隙率對于散粒材料，其堆積體積中，顆粒間空隙體積所占的百分率稱為空隙率（）。 空隙率大小反映了散粒材料顆粒互相填充的致密程度。（二）材料與水有關(guān)的性質(zhì)1、材料的親水性和憎水性材料表面與水或空氣中的水汽接觸時，會產(chǎn)生不同程度的潤濕。材料能被水潤濕的性質(zhì)稱為親水性；材料不能被水潤濕的性質(zhì)稱為憎水性。表面能被水潤濕的材料為親水材料，如磚、混凝土、木材等；表面不會被水潤濕的材料為憎水材料，如石蠟、瀝青，憎水材料相宜做防水和防潮材料。材料被水濕潤的情況可用潤濕邊角θ表示。當材料與水接觸時，在材料、水、空氣三相的交點處，作沿水滴表面的切線，此切線與材料和水接觸面的夾角θ，稱為潤濕邊角，如圖1所示。θ角越小，表明材料越容易被水潤濕。θ≤90°時，材料能被水濕潤，稱為親水性材料；θ＞90°時材料表面不易吸附水，稱為憎水性材料。(a)親水材料(b)憎水材料圖1材料潤濕暗示圖2、材料的吸水性和吸濕性（1）吸水性：是指材料在水中吸收水分的性質(zhì)。材料的吸水性以吸水率表示。質(zhì)量吸水率指吸入水的質(zhì)量占材料干燥質(zhì)量的百分率。材料的吸水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。封閉孔隙或粗壯開口孔隙時，吸水率低；細微連通孔隙時吸水率大，這種材料的吸水性強。（2）吸濕性：材料在濕潤空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。濕潤材料在干燥空氣中也會放出水分。材料的吸濕性用含水率表示；含水率系指材料內(nèi)部所含水的質(zhì)量占材料干質(zhì)量的百分率。材料的含水率會隨環(huán)境溫度和濕度變化而異。通常采用平衡含水率。材料吸濕含水后會使材料表觀密度和導(dǎo)熱系數(shù)增大，強度降低、體積膨脹。3、材料的耐水性材料的耐水性：指材料持久在飽和水作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)。材料的耐水性用軟化系數(shù)來表示，即材料在水飽和狀態(tài)下的抗壓強度與材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強度之比?？捎孟率奖硎荆菏街?，K——材料的