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土木工程材料土木工程材料 Civil Engineering Materials Civil Engineering Materials School of Civil Engineering & Architecture Nanchang University 王王信信刚刚( WANG Xin -gang )第一章第一章土木工程材料的基本性质土木工程材料的基本性质 Chapter 1 Chapter 1 Fundamental Properties of Fundamental Properties of Civil Engineering Materials Civil Engineering Materials 主要内容主要内容??材料的组成、结构与构造材料的组成、position, Microstructure & position, Microstructure & Macrostructure ??材料的密度、表观密度和孔隙率材料的密度、表观密度和孔隙率 Density, Apparent Density & Porosity Density, Apparent Density & Porosity ??材料与水有关的性质材料与水有关的性质 Properties Relevant Action of Water Properties Relevant Action of Water ??材料的力学性质材料的力学性质 M M echanical Properties echanical Properties ??材料的耐久性材料的耐久性 Durability Durability 材料的组成材料的组成??材料是由分子、原子组成的材料是由分子、原子组成的??化学组成化学组成:构成材料化学元素的种类和数量:构成材料化学元素的种类和数量??表示方法:金属-元素含量百分数表示方法:金属-元素含量百分数 25Mn 25Mn 非金属-元素氧化物含量非金属-元素氧化物含量 Clinker Clinker 25Mn 25Mn : : C=% C=% , , Mn Mn =~% =~% ,镇静钢,镇静钢 Clinker Clinker : : CaO CaO , , SiO SiO 2 2, , Al Al 2 2O O 3 3, , Fe Fe 2 2O O 3 3 ??矿物组成矿物组成:各化学元素形成的矿物结构形式:各化学元素形成的矿物结构形式??相组成相组成:气相、液相、固相:气相、液相、固相+ +界面相界面相(例如:混凝土是多相复合材料) (例如:混凝土是多相复合材料) 材料的组成与材料的组成与结构的关系结构的关系??材料的化学组成决定材料的性能材料的化学组成决定材料的性能无机金属材料、非金属材料、有机高分子材料无机金属材料、非金属材料、有机高分子材料??材料的矿物组成决定材料的性能材料的矿物组成决定材料的性能硅酸盐水泥与铝酸盐水泥性能的差异是由其组硅酸盐水泥与铝酸盐水泥性能的差异是由其组成决定的成决定的??材料的结构形式决定材料的性能材料的结构形式决定材料的性能金刚石与石墨的成分均为金刚石与石墨的成分均为 C C,但由于,但由于 C C原子排原子排列不同,前者为无色极坚硬的晶体,后者为黑列不同,前者为无色极坚硬的晶体,后者为黑色光滑的无定型粉末色光滑的无定型粉末材料的结构材料的结构??材料的宏观性能是由其组成和其内部结构所材料的宏观性能是由其组成和其内部结构所决定的,材料的结构可分为: 决定的,材料的结构可分为: ??微观结构( 微观结构( Microstructure Microstructure ) ) ??亚微观结构( 亚微观结构( Sub-Microstructure Sub-Microstructure ) ) 微观结构微观结构??微观结构:构成材料基本微粒的排列方式, 微观结构:构成材料基本微粒的排列方式, 分为晶体、非晶体、胶体分为晶体、非晶体、胶体晶体晶体 Crystal Crystal : : 原子晶体、离子晶体、金属晶体、原子晶体、离子晶体、金属晶体、分子晶体分子晶体非晶体非晶体 Non-Crystal Non-Crystal : : 无定形结构或玻璃体结构, 无定形结构或玻璃体结构, 具有不稳定的结构形式,如硅酸盐水泥熟料具有不稳定的结构形式,如硅酸盐水泥熟料??水泥熟料水化产物的微观结构水泥熟料水化产物的微观结构 Microstructure Microstructure SEM photograph of Ettringite (AFt) SEM photograph of Ettringite (AFt) needle s