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第一章 土木工程材料的基本性质 §1.1 材料科学的基本理论 一 材料科学与工程 二 材料的组成 1、化学组成 2、矿物组成 3、相组成 三 材料的结构和构造 材料的结构： 宏观结构 指用肉眼或放大镜能够分辨的粗大组织。 (1)致密结构：石材、金属材料等 孔隙特征 (2)多孔结构：加气混凝土等 (3)微孔结构：石膏板等 (1)堆聚结构：混凝土、砂浆等 组织构造 (2)纤维结构：木材、玻璃等 (3)层状结构：稻草板等 (4)散粒结构：粉煤灰、细砂等 细观结构(亚微观结构) 指可用光学显微镜观察到的结构。 不同工程材料，其分类是不相同的 天然岩石可分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织 木材可分为木纤维、导管髓线、树脂道 钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体 微观结构 指原子、分子层次的结构。 可以分为晶体、玻璃体、胶体三大类 1、晶体：质点(离子、原子、分子)在空间上按特定的 规则，呈周期性排列时所形成的结构 1)原子晶体：方石英(SiO2) 2)离子晶体：NaCl、CaCl2 3)分子晶体：CO2 4)金属晶体： 原子晶体[方石英(SiO2) ] 离子晶体 分子晶体（CO2） 2、玻璃体 质点在空间上呈非周期性排列，其结合键为共价键及离子键。 对玻璃体结构的认识，目前有如下三种观点（1）构成玻璃体的质点呈无规则空间网络结 构。此为无规则网络结构学说。（2）构成玻璃体的微观组织为微晶子，微晶 子之间，通过变形和扭曲的界面彼此相连。此为 微晶子学说。（3）构成玻璃体的微观结构为近程有序、远 程无序。此为近程有序、远程无序学说。 3、胶体 以胶粒(粒径为10-7一10-10m的固体颗粒)作 为分散相，分散在连续相介质(如水、气、溶剂) 中，形成的分散体系称为胶体。 溶胶结构 凝胶结构 溶胶—凝胶结构 一 材料的密度、表观密度和堆积密度 (一) 密 度（Density） 1、定义 材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： ρ－实际密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V－材料在绝对密实状态下的体积(cm3) 2、密度的测量 绝对密实状态下的体积－是指不包括材料内部孔隙在内的体积。 实际密度的测量： (1)对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等。量测几何体积－称重－代入公式 (2)对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材等。 磨成细粉－ 李氏比重瓶法测试 (二) 表观密度(Apparent density) 1、定义：在自然状态下，单位体积材料的干质量 公式： —体积密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V0－材料在包含闭口孔条件下体积(cm3) 2、表观密度的测量 自然状态下的体积是指包含材料内部孔隙在内的体积。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况表观密度的测量： (1)对形状规则的材料：砖、混凝土、石材。烘干－量测几何体积－称重－代入公式 (2)对形状不规则的材料： 烘干－蜡封－浮力天平 （三）堆积密度(Bulk density) 1、定义 散粒状材料在自然堆积状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。 公式： ρ‘0－堆积密度（ g/cm3 ） m－材料的质量（g） V‘0－材料的堆积体积（cm3） 2、堆积密度的测量 堆积体积－是指包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。 堆积密度的测量： (1)容器法：散粒材料装入容器－量测体积－称净重－代入公式 (2)自然堆积法：堆积成一定形状－量测几何体积－称重－代入公式 砂堆积密度的测定 密度、表观密度、堆积密度之间的关系 二 材料的孔隙和空隙 （一）密实度（Solidity）：指材料体积内被 固体物质所充实的程度。反映材料的致