2020年岩土工程师基础知识高频考点：材料科学与物质结构基础知识

　　材料科学与物质结构基础知识

　　建筑材料的组成、结构及其对材料性能的影响

　　(一)建筑材料的组成

　　材料的成分组成是决定其性能与结构的基础。这里所说的成分组成主要指化学成分与矿物成分两个方面。

　　1.化学成分

　　化学成分对建筑材料的性能影响极大。

　　由于化学成分对建筑材料起本质的影响，所以，建筑材料的主要分类方法之一是以化学成分作为划分标准。按此标准，建筑材料分为无机材料、有机材料及复合材料三大类。详见表 12-1。

　　2.矿物成分

　　某些建筑材料，其性质主要取决于矿物组成。例如，天然石材中的花岗岩，其矿物组成主要是石英和长石，因此，它的强度高，抗风化性能好。又如，对于硅酸盐水泥来说，构成熟料的矿物成分中硅酸三钙含量较高，因此，硬化速度快，强度也较高。

　　(二)材料的微观结构及其对性质的影响建筑材料的结构按尺度可划分为三个层次：

　　(1)微观结构：原子-分子尺度;

　　(2)亚微观(细观)结构：光学显微镜尺度;

　　(3)宏观结构：目测或放大镜尺度。

　　固态物质可划分为晶体与非晶体两种结构。

　　1.晶体结构

　　晶体结构的基本特征在于其内部质点(原子、分子等)按一定的规则排列，形成晶格构造。具体来说，内部质点具有长程有序(即沿特定的长度方向规则排布)以及平移有序(即晶格构形可以周期式平移)。

　　晶格构造使晶体具有一定的几何外形及各向异性，但因实际使用的晶体材料通常由众多细小晶粒杂乱排布而成(晶格随机取向)，故在宏观上多呈现各向同性。晶体材料受外力可以发生弹性变形，但

　　达到一定值时，则材料会沿内部的滑移面产生塑性变形。另外，晶体具有一定的熔点且多具良好的导电性与导热性，这也是与非晶体的主要差异。

　　晶体材料种类很多，金属材料、石英矿物、花岗石等石材都是晶体结构材料。

　　2.非晶体结构

　　非晶体物质的主体有玻璃体和胶体两类。

　　玻璃体的特点之一是各向同性，如导热性无方向差异。但一般来说，其导热性较晶体材料为低，故有良好的保温隔热性能。玻璃体无固定的熔点，但化学活性较高。

　　胶体由众多细小固体粒子(粒径约在 1～100um)分散在连续介质中而成。建材中的固体沥青、固化后的水玻璃、水泥石中的水化硅酸钙等都属胶体。

　　胶体多具有良好的吸附力和较强的粘结力，这是由于胶体的质点微小，总表面积很大，因而表面能很大的缘故。

　　(三)材料的亚微观结构及其对性质的影响材料在亚微观尺度上的结构同样值得重视。

　　(四)材料的宏观结构及其对性质的影响宏观结构一般用肉眼或放大镜可以观察。在建筑材料中多注重观察密实性、多孔性、构造 形式(如层状、粒状、纤维状等)。

　　材料的密实性好是指其结构致密，如钢材、天然石材等。其特点是强度高、硬度大、吸水性小、耐磨、抗渗、抗冻，但隔热性能差。

　　材料的孔隙特征包括内部孔隙的分布状况和连通状况。多孔材料的例子有加气混凝土、烧结普通砖、石膏制品等。多孔材料绝热性能好，但吸水性大、抗冻性较差，一般说来其强度较低。

　　建筑材料宏观构造形式与其性能有密切的关系。

　　有许多建筑材料其宏观结构具有纹理形式，如大理石、木材、花岗石板材及人造板材等，它们的表面有自然形成或人工形成的各种条纹，因而作为装饰材料在建筑结构中被广泛使用。

　　由本节的简要综述，可以看出，建筑材料的性质，就根本来说，取决于其内部(或自身)的组成与结构。

　　例 1：下列关于晶体性质的叙述，不合理的是( )。

　　(A)晶体具有各向异性的性质

　　(B)有些晶体材料整体具有各向同性的性质

　　(C)石英、金属属于晶体结构

　　(D)晶体的质点排列为近程有序，远程无序

　　答案：(D)

　　例 2：下列关于玻璃体的叙述，不合理的是( )。

　　(A)质点排列无规律，各向同性

　　(B)具有固定的熔点

　　(C)具有潜在的化学活性

　　(D)粒化高炉矿渣中含有大量玻璃体

　　答案：(B)