第1章土木工程材料的基本性质.ppt

材料的耐久性是指其在长期的使用过程中，能抵抗环境的破坏作用，并保持原有性质不变、不破坏的一项综合性质。由于环境作用因素复杂，耐久性也难以用一个参数来衡量。工程上通常用材料抵抗使用环境中主要影响因素的能力来评价耐久性，如抗渗性、抗冻性、抗老化和抗碳化等性质。 环境对材料的破坏作用，可分为物理作用、化学作用和生物作用，不同材料受到的环境作用及程度也不相同。影响材料耐久性的内在因素很多，除了材料本身的组成结构、强度等因素外，材料的致密程度、表面状态和孔隙特征对耐久性影响很大。一般来说，材料的内在结构密实、强度高、孔隙率小、连通孔隙少、表面致密，则抵抗环境破坏能力强，材料的耐久性好。工程上常用提高密实度、改善表面状态和孔隙结构的方法来提高耐久性。土木工程中材料的耐久性与破坏因素的关系如表1-4所示。 材料的耐久性 　　表1-4 材料的耐久性与破坏因素的关系 注：＊表示可参考强度变化率、开裂情况、变形情况等进行评定。 混凝土 膨胀率 R2O、H2O、SiO2 物理、化学 碱－骨料反应 木材、棉、毛 ＊ 昆虫 生物 虫蛀 木材、棉、毛 ＊ H2O、O2、菌类 生物 腐朽 钢材 电位锈蚀率 H2O、O2、Cl－ 物理、化学 锈蚀 塑料、沥青 ＊ 阳光、空气、水、温度 化学 老化 混凝土、 ＊ 酸、碱、盐 化学 化学侵蚀 混凝土 碳化深度 CO2、H2O 化学 碳化 防火板 ＊ 高温、火焰 物理、化学 燃烧 耐火砖 ＊ 冷热交替、晶型转变 物理、化学 热环境 混凝土、石材 磨蚀率 机械力、流水、泥砂 物理 磨损 混凝土、砖 抗冻等级 水、冻融作用 物理 冻融 混凝土、砂浆 渗透系数、抗渗等级 压力水 物理 渗透 常用材料 评定指标 破坏因素 破坏作用 破坏原因 材料的耐久性 材料的组成、结构、构造与性质 一、材料的组成 材料的组成指组成材料的化学成分或矿物成分。它是决定材料性质的本质因素。 1. 化学组成 化学组成即化学成分，是构成材料的化学元素及化合物的种类和数量。无机非金属材料常用组成其的各氧化物的含量来表示；金属材料常用组成其的各化学元素的含量来表示；有机材料则常用组成其的各化合物含量来表示。化学组成是决定材料化学性质、物理性质、力学性质的主要因素。 2. 矿物组成 矿物是具有一定化学成分和结构特征的稳定单质或化合物。无机非金属材料是由各种矿物组成的。材料的化学组成不同，其矿物组成不同；相同的化学组成，可组成多种不同的矿物。矿物组成不同的材料，其性质也不同。如硅酸盐水泥中，CaO和SiO2是其主要的化学成分，它们组成的主要矿物是硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)，这二者的性质相差很大，其组成比例是决定水泥性质的主要因素。 材料的组成、结构、构造与性质 二、材料的结构 1. 微观结构 指材料物质的原子级或分子级的结构，需要用电子显微镜、Ｘ射线衍射等技术手段来观察研究，包括材料物质的种类、形态、大小及其分布特征。土木工程材料的使用状态一般为固体，固体的微观结构可分为晶体和非晶体两大类。 1) 晶体 晶体是质点(原子、离子、分子)按一定规律在空间重复排列的固体，具有特定的几何外形和固定的熔点。由于质点在各方向上的排列的规律和数量不同，单晶体具有各向异性的性质；但实际应用的材料，是由细小的晶粒杂乱排列组成的，其宏观性质常表现为各向同性。无机非金属材料的晶体，其键的构成不是单一的，往往是由共价键、离子键等共同联结，其性质差异较大。材料的微观结构形式与主要特征如表1-5所示。 材料的组成、结构、构造与性质 表1-5 材料的微观结构形式与主要特征 无固定的熔点和几何形状，与同组成的晶体相比，强度、化学稳定性、导热性、导电性较差，各向同性 玻璃、矿渣、火山灰、粉煤灰 原子、离子、分子以共价键、离子键或分子键结合，但为无序排列 非晶体(玻璃体) 强度、硬度变化大，密度大 铁、钢、铜、铝及合金 金属晶体(库仑引力) 强度、硬度、熔点较低，大部分可溶，密度小 蜡、斜方硫、萘 分子晶体(分子键) 强度、硬度、熔点较高，但波动大。部分可溶，密度中等 氯化钠、石膏、石灰岩 离子晶体(离子键) 强度、硬度、熔点高，密度较小 金刚石、石英 原子晶体(共价键) 原子、离子、分子按一定规律排列 晶体 主要特征 常见材料 微观结构 2) 非晶体 非晶体是相对晶体而言的，又称玻璃体、无定形体，是熔融物在急速冷却时，质点来不及按特定规律排列所形成的质点无序排列的固体或固态液体。非晶体没有固定的熔点和几何外形，各向同性，其强度、导热性和导电性等低于晶体。非晶体的质点无排列规律，即质点未到达能量最低的稳定位置，保留了高温下的高能量状态，内部还有大量的化学能未能释放出来，而以内能的形式储存起来。故玻璃体具有化