土木工程材料的细观结构及微观结构

1．细观结构
细观结构，又称为亚微观结构，是指在光学显微镜下能观察到的结构，其尺寸范围为10-3～10-6m。建筑材料的细观结构，只能针对某种具体的建筑材料来进行分类研究，如木材可分为木纤维、导管髓线、树脂道；混凝土可分为基相、集料相、界面相；天然岩石可分为矿物、晶体颗粒、非晶体组织；钢铁可分为铁素体、渗碳体、珠光体。材料细观结构层次上的各种组织的特征、数量、分布及界面性质对建筑材料的性能有着重要的影响。

2．微观结构
材料微观结构是指用电子显微镜或X射线来分析研究材料的原子、分子层次的结构的特征，其尺寸范围为10-6～10-10m。材料的微结构决定着材料的许多基本性质，如强度、硬度、熔点、导热性、导电性等。根据质点在空间中分布状态不同，材料微观结构可分为晶体、玻璃体和胶体。
（1）晶体
晶体是指质点（离子、原子、分子）在空间上，按特定的规则、呈周期性排列的固体。晶体结构的特点：具有特定的几何外形、固定的熔点、各向异性及化学稳定性。按组成晶体的质点及化学键的不同。晶体可分为以下几种：原子晶体：中性原子以共价键结合而形成的晶体，如石英等。离子晶体：正负离子以离子键结合而形成的晶体，如NaCl等。分子晶体：以分子间的范德华力即分子键结合而成的晶体，如有机化合物。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的金属键结合而成的晶体，如钢材等。从键的结合力来看，共价键和离子键最强，金属键较强，分子键最弱。如纤维状矿物材料石棉，纤维与纤维之间的分子键结合力要比纤维内链状结构方向上的共价键力弱得多，这类材料易分散成纤维状，强度具有方向性；如云母、黏土、滑石等结构层状材料的层间键力是分子力，结合力较弱，这类材料容易剥成薄片；岛状材料如石英，硅、氧原子以共价键结合成四面体，四面体在三维空间形成立体空间网架结构，故其结构强度较大、质地坚硬。
（2）玻璃体
玻璃体是指熔融物质在急速冷却时，质点来不及或因某种原因不能按规则排列就产生凝固所形成的结构。玻璃体亦称为无定形体或非晶体，其结构特征为质点在空间上呈非周期性排列。玻璃体是化学不稳定结构，易与其他物质起化学反应，具有良好的化学活性。如生产水泥熟料时，硅酸盐从高温水泥回转窑急速落入空气中，急冷过程使它来不及作定向排列，质点间的能量只能以内能的形式储存起来，具有化学不稳定性，能与水反应产生水硬性；火山灰、粉煤灰、水淬粒化高炉矿渣等玻璃体材料，能与石膏、石灰在有水的条件下水化和硬化，常被大量用作硅酸盐水泥的掺和料，以改善水泥性质。
（3）胶体
胶体是指由固体颗粒（粒径为10-7～10-10m）分散在连续介质中所形成的分散体系。在胶体结构中，若胶粒数量较少，液体性质对胶体结构的强度及变形性质影响较大，这种结构称为溶胶结构。若胶粒数量较多，胶粒在表面能作用下发生凝聚，或者由于物理化学作用而使胶粒彼此相连，形成空间网络结构，从而使胶体的强度增大，变形性减小，形成固体状态或半固体状态，这种结构称为凝胶结构。胶体在建筑材料中有广泛的应用，如液体沥青、涂料、硬化水泥浆体就是胶体结构。胶体结构与晶体和玻璃体结构相比，强度较低，变形较大。

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