材料科學(xué)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識

　　建筑材料的組成、結(jié)構(gòu)及其對材料性能的影響

　　(一)建筑材料的組成

　　材料的成分組成是決定其性能與結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。這里所說的成分組成主要指化學(xué)成分與礦物成分兩個方面。

　　1.化學(xué)成分

　　化學(xué)成分對建筑材料的性能影響極大。

　　由于化學(xué)成分對建筑材料起本質(zhì)的影響，所以，建筑材料的主要分類方法之一是以化學(xué)成分作為劃分標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，建筑材料分為無機(jī)材料、有機(jī)材料及復(fù)合材料三大類。詳見表 12-1。

　　2.礦物成分

　　某些建筑材料，其性質(zhì)主要取決于礦物組成。例如，天然石材中的花崗巖，其礦物組成主要是石英和長石，因此，它的強(qiáng)度高，抗風(fēng)化性能好。又如，對于硅酸鹽水泥來說，構(gòu)成熟料的礦物成分中硅酸三鈣含量較高，因此，硬化速度快，強(qiáng)度也較高。

　　(二)材料的微觀結(jié)構(gòu)及其對性質(zhì)的影響建筑材料的結(jié)構(gòu)按尺度可劃分為三個層次：

　　(1)微觀結(jié)構(gòu)：原子-分子尺度;

　　(2)亞微觀(細(xì)觀)結(jié)構(gòu)：光學(xué)顯微鏡尺度;

　　(3)宏觀結(jié)構(gòu)：目測或放大鏡尺度。

　　固態(tài)物質(zhì)可劃分為晶體與非晶體兩種結(jié)構(gòu)。

　　1.晶體結(jié)構(gòu)

　　晶體結(jié)構(gòu)的基本特征在于其內(nèi)部質(zhì)點(原子、分子等)按一定的規(guī)則排列，形成晶格構(gòu)造。具體來說，內(nèi)部質(zhì)點具有長程有序(即沿特定的長度方向規(guī)則排布)以及平移有序(即晶格構(gòu)形可以周期式平移)。

　　晶格構(gòu)造使晶體具有一定的幾何外形及各向異性，但因?qū)嶋H使用的晶體材料通常由眾多細(xì)小晶粒雜亂排布而成(晶格隨機(jī)取向)，故在宏觀上多呈現(xiàn)各向同性。晶體材料受外力可以發(fā)生彈性變形，但

　　達(dá)到一定值時，則材料會沿內(nèi)部的滑移面產(chǎn)生塑性變形。另外，晶體具有一定的熔點且多具良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，這也是與非晶體的主要差異。

　　晶體材料種類很多，金屬材料、石英礦物、花崗石等石材都是晶體結(jié)構(gòu)材料。

　　2.非晶體結(jié)構(gòu)

　　非晶體物質(zhì)的主體有玻璃體和膠體兩類。

　　玻璃體的特點之一是各向同性，如導(dǎo)熱性無方向差異。但一般來說，其導(dǎo)熱性較晶體材料為低，故有良好的保溫隔熱性能。玻璃體無固定的熔點，但化學(xué)活性較高。

　　膠體由眾多細(xì)小固體粒子(粒徑約在 1～100um)分散在連續(xù)介質(zhì)中而成。建材中的固體瀝青、固化后的水玻璃、水泥石中的水化硅酸鈣等都屬膠體。

　　膠體多具有良好的吸附力和較強(qiáng)的粘結(jié)力，這是由于膠體的質(zhì)點微小，總表面積很大，因而表面能很大的緣故。

　　(三)材料的亞微觀結(jié)構(gòu)及其對性質(zhì)的影響材料在亞微觀尺度上的結(jié)構(gòu)同樣值得重視。

　　(四)材料的宏觀結(jié)構(gòu)及其對性質(zhì)的影響宏觀結(jié)構(gòu)一般用肉眼或放大鏡可以觀察。在建筑材料中多注重觀察密實性、多孔性、構(gòu)造 形式(如層狀、粒狀、纖維狀等)。

　　材料的密實性好是指其結(jié)構(gòu)致密，如鋼材、天然石材等。其特點是強(qiáng)度高、硬度大、吸水性小、耐磨、抗?jié)B、抗凍，但隔熱性能差。

　　材料的孔隙特征包括內(nèi)部孔隙的分布狀況和連通狀況。多孔材料的例子有加氣混凝土、燒結(jié)普通磚、石膏制品等。多孔材料絕熱性能好，但吸水性大、抗凍性較差，一般說來其強(qiáng)度較低。

　　建筑材料宏觀構(gòu)造形式與其性能有密切的關(guān)系。

　　有許多建筑材料其宏觀結(jié)構(gòu)具有紋理形式，如大理石、木材、花崗石板材及人造板材等，它們的表面有自然形成或人工形成的各種條紋，因而作為裝飾材料在建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛使用。

　　由本節(jié)的簡要綜述，可以看出，建筑材料的性質(zhì)，就根本來說，取決于其內(nèi)部(或自身)的組成與結(jié)構(gòu)。

　　例 1：下列關(guān)于晶體性質(zhì)的敘述，不合理的是( )。

　　(A)晶體具有各向異性的性質(zhì)

　　(B)有些晶體材料整體具有各向同性的性質(zhì)

　　(C)石英、金屬屬于晶體結(jié)構(gòu)

　　(D)晶體的質(zhì)點排列為近程有序，遠(yuǎn)程無序

　　答案：(D)

　　例 2：下列關(guān)于玻璃體的敘述，不合理的是( )。

　　(A)質(zhì)點排列無規(guī)律，各向同性

　　(B)具有固定的熔點

　　(C)具有潛在的化學(xué)活性

　　(D)�；�高爐礦渣中含有大量玻璃體

　　答案：(B)