结构和构造-土木工程材料4版

材料的结构和构造是决定材料性质的重要因素。材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。

（1）宏观结构

宏观结构是指用肉眼或放大镜就可分辨的毫米级组织。分类及特点如下：

1）致密结构

具有致密结构的材料可以看作为无孔隙的材料，如钢材、玻璃、塑料、致密天然石材等，这类材料强度和硬度高、吸水性小、抗冻性和抗渗性好。

2）多孔结构

多孔结构是指材料内部有分布较均匀的孔隙，孔隙率高。例如，加气混凝土、泡沫塑料、烧土制品、石膏制品等。这类材料质量小、保温隔热、吸声隔声性能好。

3）纤维结构

材料内部质点排列具有方向性，其平行纤维方向、垂直纤维方向的强度和导热性等性质具有明显的方向性，即各向异性，如木材、石棉、玻璃纤维、钢纤维混凝土等。

4）层状结构

天然形成或用人工黏结等方法将材料叠合而成层状的材料结构，如胶合板、纸面石膏板、蜂窝夹心板、各种节能复合墙板等。这类结构能提高材料的强度、硬度、保温及装饰等性能，扩大材料使用范围。

（2）细观结构（亚微观结构）

细观结构是指用光学显微镜能观察到的微米组织，如分析金属材料晶粒的粗细及其金相组织，观察木材的木纤维、导管、髓线、树脂道等组织，以及观察混凝土内的微裂缝等。

材料内部各种组织的性质各不相同，这些组织的特征、数量、分布及界面之间的结合情况等，都对材料性质有重要的影响。

（3）微观结构

微观结构是指用电子显微镜或X射线衍射仪等手段来研究的材料的原子、分子级的结构，其分辨程度可达Å级（1Å=10-10m）。材料的许多物理性质（如强度、硬度、熔点、导热、导电性）都是由微观结构所决定的。

材料在微观结构层次上可分为晶体、玻璃体、胶体。

1）晶体(www.xing528.com)

晶体是质点（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。晶体具有特定的几何外形，各向异性，固定的熔点和化学稳定性等特点。

根据组成晶体的质点及化学键的不同可分为：

①原子晶体。中性原子以共价键结合而成的晶体。其强度、硬度、熔点均较高，而密度小，如石英等。

②离子晶体。正负离子以离子键结合而成的晶体。其强度、硬度、熔点也较高，密度中等，不耐水，如石膏等。

③分子晶体。以分子间的范德华力即分子键结合而成的晶体。其强度、硬度、熔点较低、密度小，如有机化合物等。

④金属晶体。以金属阳离子为晶格，由自由电子与金属阳离子间金属键结合而成的晶体。其强度、硬度变化大，密度大，如钢材等。

晶体材料在外力作用下具有弹性变形的特点，但因质点的密集程度不同而具有许多滑移面，当外力达到一定限度时，则易沿着滑移面产生塑性变形。

晶体内质点的相对密集程度，质点间的结合力和晶粒的大小，对晶体材料的性质有着重要的影响。以碳素钢材为例，因为晶体内的质点相对密集程度高，质点间又以金属键联结，其结合力强，所以钢材具有较高的强度，较大的塑性变形能力。若再经热处理使晶粒更细小、均匀，则钢材的强度还可以提高。又因为其晶格间隙中存在有自由运动的电子，所以使钢材具有良好的导电性和导热性。

2）玻璃体

具有一定的化学成分的熔融物质，经急冷，使质点来不及按一定的规则排列，便凝固成固体，即得玻璃体。

玻璃体的特点：无一定的几何外形，无熔点而只有软化现象，各向同性，化学性质不稳定等，如水淬粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等均属玻璃体。在一定的条件下，具有较大的化学潜能，因此，大量用作硅酸盐水泥的掺合料，改善其性能。

3）胶体

物质以极微小的质点（粒径为1~100μm）分散在连续相介质中形成的分散体系称为胶体。胶体的总表面积很大，因而表面能很大，有很强的吸附力，所以具有较强的黏结力。

胶体由于脱水作用或质点的凝聚而形成凝胶，凝胶具有固体的性质，在长期应力下，又具有黏性液体流动的性质，如水泥水化物中的凝胶体。

（4）构造

材料的构造是指特定性质的材料结构单元间的相互组合搭配情况。构造这一概念与结构相比，更强调了相同材料或不同材料的搭配组合关系。例如，节能墙板就是具有不同性质的材料经特定组合搭配而成的一种复合材料，使其具有良好的保温隔热、吸声隔声、防火抗震等性能。