第1章 材料的基本性质
第一节 材料的组成、结构和构造 一、材料的组成 化学组成：
------化学组成是指构成材料的化学元素及化合物的种类及数量。 ----------金属材料常以各无机非金属材料常
化以
学元素含量表各氧化物含量表
示 示
-----有机材料常以各化合物的含量表示 矿物组成：
矿物是具有一定化学成分和结构特征的单质或化合物。
矿物组成是指构成材料的矿物的种类和数量，它是决定无机非金属材料化学、物理、力学等性质的重要因素。
相组成：材料中结构相近、性质相同的均匀部分。 二、材料的结构与构造
宏观结构 亚微观结构（显微或细观结构） 微观结构 1、宏观结构（构造）
指用肉眼或放大镜能分辨的粗大组织。其尺寸在10-3m级以上。 材料的宏观结构及其相应的主要特征
按孔隙特征分
致密结构 多孔结构 微孔结构
按孔径分
粗大孔隙结构 细小孔隙结构 极微细孔隙结构 按构成形态分
聚集结构 纤维结构 层状结构 散粒结构 2、亚微观结构（显微或细观结构）
指用光学显微镜所看到的结构。其尺寸范围在10-3~10-6m。
该结构主要研究材料内部的晶粒、颗粒等的大小和形态、晶界或界面，孔隙与微裂纹的大小和分布。
3、微 观 结 构
指通过用电子显微镜、X-射线衍射仪等手段来研究的原子级或分子级结构。尺寸范围在
1
10-6-10-10m。
微 观 结 构 晶体 微观材料 原子、离子或分子按一 定规律排列 非晶体 原子、离子或分子以共价键、离子键或分子键结合，但为无序排列（短程有序，长程无序） 胶体 1溶胶结构 2凝胶结构：干凝胶 材料的构造：材料结构单元的搭配与组合 第二节 材料的基本物理性质
一、材料的密度、表观密度、堆积密度 材料的密度
材料在绝对密实状态下单位体积的重量。
m V （kg/m3）
式中：—— 密度
m—— 材料的质量，kg。
v—— 材料在绝对密实状态下的体积，m3。 测定方法：李氏瓶法、排水法、几何法。 表 观 密 度
材料在自然状态下单位体积的重量。
m0V
0常见材料 主要特征 金刚石、石英、石膏、有固定的几何外形和石灰岩、钢、铁及部熔点，部分晶体的硬分有机化合物。 度、强度较高 玻璃、粒化高炉矿渣、无固定的几何外形和火山灰、粉煤灰 熔点，强度、化学稳 定性、导热性较差 式中：
。— 表观密度，kg/m3。
m—材料的质量，kg。
V。—材料在自然状态下的体积，m3。 视 密 度
散粒材料包括封闭孔在内的单位体积的重量。
/Vm/
式中：
`—— 表观密度，kg/m3。
m—— 材料的质量，kg。
v`——包括封闭孔在内的体积，m3。 堆 积 密 度
散粒材料在堆积状态下单位体积的重量。
/ 0 Vm （kg/m3） 式中：
。`—堆积密度
/0 m—材料的质量，kg。
2
v。`—材料在堆积状态下的体积，m3。
二、密实度、孔隙率
1、密实度：是指材料体积内被固体物质充实的程度。 D = v/v。100% = 。/ 100%
2、孔隙率：是指材料体积内孔隙体积所占的比例。 P =（ v。- v）/v。100% = （1- 。/ ） 100% 关系： D + P = 1 三、填充率、空隙率
1、填充率：是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度。 D` = v。/v。`100%
= 。`/ 。 100%
2、空隙率：是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒间的空隙体积所占的比例 P` =（ v。`- v。）/v。`100% = (1- 。`/ 。） 100% 关系： D` +P` = 1 四、与水有关的性质 1、亲水性和憎水性
a、亲水性材料 b、憎水性材料 90 º 亲水性 > 90 º 憎水性
= 0 º 完全润湿 =18 0 º 完全不润
产生的原因：是由水分子和固体材料表面之间的相互作用不同引起的。
a、当水分子的内聚力 < 水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为亲水性。 b、当水分子的内聚力 > 水分子与固体分子间的吸引力时,材料表现为憎水性。 2、吸水性和吸湿性
⑴吸水性：材料与水接触吸收水分的性质。
含水率：材料中含水的质量与干燥状态下质量之比。 质量吸水率：材料在水中吸水达到饱和时的含水率。
体积吸水率：材料吸水达到饱和时，吸入水的体积占材料自然状态下体积的百分率。 ⑵吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。
平衡含水率：材料与空气湿度达到平衡时的含水率。
3、材料的耐水性
是指材料长期在饱和水作用下，而不破坏，其强度也不显著降低的性质。用软化系数K表示。
材料吸水饱和状态下的抗压强度(MPa) K=———————————————— 材料干燥状态下的抗压强度(MPa)
通常，K=0-1，当K>0.80时，为耐水性材料；
受水浸泡或处于潮湿环境的建筑物，则必须选用K>0.85的材料建造.
3
4、材料的抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数表示： 式中
Qd K —渗透系数，cm/h； A —透水面积，cm2；
K = —— Q —透水量，cm3； t—时间，h； AtH d —试件厚度，cm； H —静水压力水头，cm。
对混凝土和砂浆，常用抗渗等级来表示： S = 10H - 1 式中：S — 抗渗等级；
H — 试件开始渗水时的水压力。
5、材料的抗冻性
指材料在水饱和状态下，能经反复冻融而不破坏的能力,同时也不严重降低强度的性质 。用冻融循环次数表示.
（1）试件在规定的标准试验条件下，经过一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻标号。 有些建筑材料，如砼常用抗冻等级（记为Fn）表示。
（2）冻融循环次数越多，抗冻标号越高，则材料抗冻性越好。
（3）材料抗冻等级的选择是根据结构物的种类，使用条件及气候条件来决定的，烧结普通砖、陶瓷面砖、轻砼等墙体材料，一般要求F15或F25 用在道路和桥梁的砼应为F50、F100或F200 水工砼要求F500~~F1000
（六）材料的导热性：指建筑材料传导热量的性质称为材料的导热性。
当材料两面存在温差时，热量从材料的一面通过材料传导到材料的另一面的性质。用导热系数表示。
（1）以导热率或导热系数λ表示。
（2）导热系数的物理意义：面积为1平方米，厚度为1m的单层材料，当两侧温
差为1k时，经1s所传递的热量。
（3）导热系数愈小，材料的绝热性能愈好
（4）无机材料必有机材料的λ大（金属材料的比非金属材料的λ大） （5）密闭空气的导热系数很小为0.023，一般材料的孔隙率大，λ小。 细小而封闭的孔，孔隙率大，λ小。
粗大、开口且连通的孔隙，容易形成对流传热，导致λ大。
第三节 材料的基本力学性质 一、材料的理论强度
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材料的理论抗压强度可表示为： E ft = — d 式中：
ft--理论抗压强度；E--纵向弹性模量； --单位表面能； d--原子间的 二、材料的强度
强度：指材料受外力作用下，抵抗破坏的能力。有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、
抗剪强度。 影响因素：
1、内因。指组成、结构的影响。
2、外因。包括试件尺寸和形状、加荷速度、环境温湿度等因素。
三、弹性和塑性
1、弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性
质。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。
2、塑性：材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和
尺寸，并且不产生裂缝的性质。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。 四、脆性和韧性
1、脆性：当外力达到一定限度后，材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形的
性质。
2、韧性（冲击韧性）：在冲击、震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时
也能产生一定的变形而不致破坏的性质。
第四节 材料的耐久性 指材料在长期使用过程中，抵抗其自身环境因素长期破坏作用，保持其原有的性能而不变质、不破坏的能力。
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