混凝土结构与性能.doc

总结
材料结构与性能(无机非金属材料)
第一章 无机材料的前沿研究与发展概况
一、材料学前沿研究现状及发展趋势
材料学定义: 材料学即是研究材料的学科，其研究内容包括材料的性能，材料的组成结构，材料的形成变化过程，材料的研究、制造方法及设备，以及它们之间的相互关系。其核心是材料的性能，其他均是为了材料性能的有效控制。
1、材料的分类及新材料的特点
按材料的组成分 ：
（1）、金属材料：凡以金属键结合的材料均称为金属材料。
（2）、无机非金属材料：是人类最早使用和认识的材料之一。其内部结合力主要为离子键、共价键或离子-共价混合键，有高熔点、高硬度、耐磨、耐腐蚀和抗氧化的基本属性。传统上以陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料为代表。
（3）、有机高分子合成材料：主要指以氢、碳为主要元素的材料。
（4）、复合材料：是为满足新技术对材料性能的综合要求，采取取长补短的方法，用两种或两种以上材料进行有效复合而得到的复合型材料。
2、新型材料研究的热点领域及方向
3、传统材料的改性与有效利用
4、材料制备新方法的进展
二、材料、循环经济与可持续发展
1、前言
2、高效、重复利用自然资源，由循环材料推动循环经济
3、开发材料洁净生产新工艺，变污染为资源
4、开发基于地球丰富资源的材料体系，保证材料工业的可持续性
5、开发先进材料与先进生产工艺是节约资源减少污染的重要途径
三、混凝土科学的发展与未来
1、前言
2、未来社会混凝土的地位和作用
3、混凝土材料存在的问题及其解决办法
4、关于混凝土科学方面的教育问题
第二章 无机材料的结构与性能
一、固体的结合力、结合能与材料性能的关系
1、双原子（离子）间的结合力和结合能
2、晶体中的结合力和结合能
3、结合能与离子晶体性能的关系
4、结合力与离子晶体力学性能的关系
二、晶体结构及其与材料性能的关系
1、结晶学基础
晶体与非晶体；空间点阵；晶向指数与晶面指数；晶带与晶带间距。
2、物质的晶体结构
典型的金属晶体结构；离子晶体结构；共价晶体结构；分子晶体与混合晶体；类质同晶与同质多晶现象；固溶体。
三、非晶体结构及其与材料性能的关系
1、非晶体材料的形成原因及分类
2、玻璃体结构
玻璃体结构的形成特点；径向分布函数；玻璃体结构的模型；几种典型的玻璃结构。
四、晶体缺陷、表面结构与性能的关系
晶体缺陷按几何特征可分为4大类：
缺陷的几何尺度

特征

举例

零维缺陷——点缺陷

其缺陷在XYZ三方向均很小

空位、间隙原子、电子缺陷

一维缺陷——线缺陷

其缺陷在一维方向上延伸存在

各类位错

二维缺陷——面缺陷

其缺陷在二维方向上延伸存在

各种界面，表面、堆垛层错

三维缺陷——体缺陷

其缺陷在三维方向上延伸存在

空位团、二相粒子、气孔

五、固体的表面现象
1、固体表面结构
对固体表面的认识可以包括下列3个方面或3个层次：
(1)表面的电子结构：它研究的是晶体点阵在表面上突然被切断，造成晶体表面上电子分布的特殊性，表面电子的结构影响乃至规定了表面原子的电离、电子发射、电荷迁移、表面原子与吸附、分子间的化学键，以及表面上化学反应等方面的性质。
(2)表面的原子结构：它研究的是表面原子的有序排列及其中的各种缺陷以及它们与表面性质的关系。
(3)表面的热力学：它反映的是表面原子集合的性质，包括表面自由能，表面的吸附、蒸发和生长过程，比表面，表面的浸润性质，这是经典表面化学研究的内容。
2、固体界面行为
固体表面不是孤立存在的，而总是与气相、液相或其他固相接触的，在表面力的作用下，接触界面上将发生一系列物理化学过程，本节主要讨论固-气、固-液、固-固界面上的界面行为。
表面张力、表面能和比表面积；弯曲表面的效应；表面吸附现象；润湿与粘附现象；界面能与晶界构型的关系；固体表面活性与表面活性剂 。
六、材料的力学性能与改性
材料的力学性质是指材料在外力作用下发生变形与断裂的性质。
1、材料的应力、应变与弹性变形
2、塑性变形
3、无机材料的断裂
断裂的形式和特征 ：根据材料的构造、应力、温度、应变速率环境等条件的不同，材料断裂形式可分为脆性断裂、延性断裂，蠕变断裂和疲劳断裂等。
第三章 混凝土材料的结构与性能
一、硬化水泥浆体的结构、性能与改性
水泥基材料是属于多相多层次的复合材料，包括从组成水泥基材料的原子-分子结构，晶粒-胶团-气孔的浆体结构，胶体-细集料的砂浆结构，砂浆-粗骨料组成的素混凝土结构以及混凝土-增强钢筋结构等。研究水泥基材料的组成，结构与性能之间的关系，首先要考虑研究对象所处的层次，不同层次的材料组成与结构，在不同深度与程度上影响着材料的宏观物理力学性能。当然，在研究材料的某一具体性能时，也必须考虑各个层次的综合影响，包括层次交叉和交互作用。
1、水泥石各组分对其力学性能的影响
2、水泥石的改性研究
3、水泥浆连续相的增韧研究
二、界面区的特性及其与物理力学性能关系
界面区的形成原因及特征为：
（1）新捣实混凝土中粗骨料颗粒下侧形成水膜，使得从粗骨料下面沿法线方向进入砂浆时水灰比由大变小；
（2）过渡区的水灰比较大，水化产物晶体发育较完整、粗大，形成的网络骨架比砂浆基体的孔隙率大，且在界面区从骨料表面到浆体由大变小，呈梯度分布；
（3）过渡区板状Ca（OH）2晶体往往容易取向排列，多为C轴垂直于骨料表面，致使过渡区的强度有一定的取向性；
（4）过渡区的显微硬度低于硬化水泥浆本体的显微硬度和骨料的显微硬度；
（5）粗骨料有阻滞密实成型时砂浆中气泡的上浮外排作用，硬化后在粗骨料下表面形成孔穴；
（6）过渡区的组分的梯度变化使得混凝土呈现出非弹性行为。
三、分散相的作用及其作用机理
自水泥混凝土使用以来，人们对分散相的作用、功能及其作用机理的研究就没有停止过。最早是从力学性能及经济性考虑，就分散相（骨料）的含量、级配等进行研究，此后为改善水泥基材料的性能，引入增强组分（如各种增强纤维），接着又针对水泥基材料功能单一的缺陷，又引入了具有附加功能的组分（如保温、轻质、导电，防辐射、屏蔽等），近些年来，为拓宽混凝土的用途和功能及自防护自诊断能力，又开展了机敏混凝土和智能混凝土的研究。这些研究均无一例外的是从分散相组分入手的。