土木工程材料第页共NUMPAGES24页第一章土木工程材料的基本性质一、材料的结构材料结构层次：宏观结构材料宏观结构是指宏观的组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10-3m以上，肉眼可分辨。如：材料内部的孔隙特征和孔结构；混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；纤维增强复合材料中的纤维分布状态等。介观结构材料是由多物相和多晶体构成的。介观结构的尺度范围为10-3~10-9m，它是指材料内部组织结构和各物相的堆积结构。介观结构根据尺度范围可以分为显微结构（10-3~10-7m）和纳米结构（10-7~10-9m）如：岩石、陶瓷、水泥石中各矿物相的堆积结构等；高分子材料中晶相与非晶相的堆积结构。微观结构微观结构—指尺寸范围在10-6~10-10m内，组成材料的化合物或矿物的组织状态，是分子、原子与离子排列、连接的结构状态。根据排列有序与无序，微观结构分为：晶体（有序、重复排列）结构特点：晶体结构中，质点（离子、原子或分子）作三维空间有序堆积、并呈周期重复，由此构成点阵格子结构（晶格）。晶体类型：根据质点（离子、原子或分子）间结合键的不同分为：HYPERLINK"file:///D:\\学习\\动画\\离子键.swf"\t"_parent"离子晶体离子键结合，如:亚硝酸钠、硫酸铝等；HYPERLINK"file:///D:\\学习\\动画\\共价键.swf"\t"_parent"共价晶体共价键结合，如：HYPERLINK"file:///D:\\学习\\动画\\碳晶体.swf"\t"_parent"金刚石、碳化硅等；HYPERLINK"file:///D:\\学习\\动画\\共价键.swf"\t"_parent"分子晶体分子键结合，如：减水剂、液晶等；HYPERLINK"file:///D:\\学习\\动画\\金属键.swf"\t"_parent"金属晶体金属键结合，如：金属材料等。非晶体（无序连接）玻璃体胶体二、密度密度ρ——绝对密实状态下，m/V表观密度ρ’——自然堆聚状态下，m/V’毛体积密度ρ0——自然状态下，m/V0堆积密度ρ0’——松散堆积状态下，m/V0’密度＞表观密度＞毛体积密度＞堆积密度自然状态下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积；堆积体积＝密实体积＋孔隙体积＋空隙体积三、孔隙率（P）与密实度（D）的计算1)孔隙率定义：材料中的孔隙体积与总体积的百分比称为孔隙率PP=如果材料处于干燥状态：P=[1－]×100%2)开口孔隙率定义：材料内部开口孔隙体积与总体积的百分比称为开口孔隙率PkPk=如果材料处于干燥状态：Pk=[1－]×100%3)闭口孔隙率定义：材料内部闭口孔隙体积与总体积的百分比称为闭口孔隙率PbPb=4)密实度定义：材料体积中被固体物质充实的程度D，D=×100%=1－P材料的密实度越大，则强度越高、吸水率越小、导热性越大。1）.空隙率定义：散粒材料固体颗粒间的空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率。公式：2）.填充率定义：颗粒的自然状态体积占堆积体积的百分率。公式：3）.间隙率定义：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。公式：四、材料与水有关的性质1、吸水性材料在水中吸收水分的能力质量吸水率是材料吸收水分的质量与材料在干燥状态下的质量比。体积吸水率是材料吸收的水分的体积与材料在自然状态下的体积之比。质量吸水率与体积吸水率有如下关系：2、吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质。含水量3、耐水性材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示。4、抗冻性材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。通常采用-15℃的温度（水在微小的毛细管中低于—15℃才能冻结）冻结后，再在20℃的水中融化，这样的过程为一次冻融循环第二章无机胶凝材料胶凝材料的种类按其化学组成：有机胶凝材料：沥青、树脂等。无机胶凝材料：水泥、石膏、石灰等。复合胶凝材料：牙齿水泥、酸－碱水泥。按其硬化条件：气硬性胶凝材料石膏、石灰等；水硬性胶凝材料各种水泥等。石灰煅烧温度较低，时间较短时，欠火石灰危害：欠火石灰中的碳酸钙未完全分解，使用时缺乏粘结力煅烧温度较高，时间较长时，过火石灰危害：过火石灰结构密实，表面常包覆一层熔融物，其颜色较深，块体致密。“过火石灰”与水反应很慢，石灰硬化后再与水反应发生体积膨胀而引起开裂。陈伏：石灰膏制备过程中，消除过火石灰的膨胀危害石灰在熟化后，还应陈伏2周左右硅酸盐水泥1、硅酸盐水泥熟