2.1.3　材料的结构

1.材料的宏观结构

宏观结构是指用放大镜或直接用肉眼即可分辨的结构层次，其分类层次如下：

（1）按构成形态进行分类。

1）颗粒状构造。颗粒状构造为固体颗粒的聚集体，如石子、砂和蛭石等。该种构造的材料性质除了与颗粒本身的性质有关外，还与颗粒间的接触程度、黏结性质等有关。建筑工程中常用的颗粒状构造材料有水泥混凝土、沥青混凝土、膨胀珍珠岩制品、炉渣砌块、陶粒砌块及其他颗粒黏结材料等。

2）纤维状构造。纤维状构造材料某一断面方向上表现为平行纤维间的相互黏结所构成的结构，木材、矿棉、玻璃纤维都是纤维状构造材料的代表。该种构造通常呈力学各向异性，其性质与纤维走向有关，一般具有较好的保温和吸声性能。

3）层状构造。层状构造材料是以不同薄层间的相互黏结而构成的结构：在层状结构材料中，同一层中的质点之间连接紧密，其连接强度及传导性较强；而相邻层间的连接疏松，其连接强度及传导性较弱，性能往往呈各向异性。该种构造形式最适合于制造复合材料，因为此构造可以综合各层材料的性能优势。如胶合板、复合木地板、铝塑复合板、纸面石膏板、夹层玻璃都是层状构造。

4）聚积结构。如水泥混凝土、沥青混凝土、砂浆、塑料等这类材料是由填充性的集料被胶结材料胶结聚集在一起而形成。其性质主要取决于集料及胶结材料的性质以及结合程度。

（2）按其孔隙尺寸进行分类。

1）致密状构造。致密状构造没有或基本没有孔隙。具有该种构造的材料一般密度较大，导热性较高。工程中常用的致密状构造材料主要有钢材、铝合金、沥青、玻璃、密实塑料、花岗岩和瓷器等。

2）微孔状构造。微孔状构造具有众多直径微小的孔隙，通常密度和热导率较小，隔声吸声性能和吸水性良好，抗渗性差。如烧结砖、石膏制品等。

3）多孔状构造。多孔状构造具有较多的孔隙，孔隙直径较大。这种材料内孔隙的多少、孔尺寸大小及分布均匀程度等结构状态，对其性质具有重要的影响。具有该种构造的材料一般都为轻质材料，保温隔热性和隔声吸声性能较好，吸水性较高。如加气混凝土、刨花板、泡沫塑料、天然浮石、各种烧结膨胀材料等。

2.材料的微观结构

微观结构是指从原子、离子、分子层次上的结构，常用电子显微镜及X射线衍射分析手段来研究。根据质点在空间中分布状态不同，分为晶体和非晶体。

（1）晶体。晶体是指质点在空间中作周期性排列的固体。如纯铝为面心立方体晶格结构，而液态纯铁在温度降至1535℃时，可形成体心立方体晶格。晶体具有固定的几何外形、各向异性及最小内能。然而，晶体材料是由众多晶粒不规则排列而成，因此晶体材料失去了一定几何外形和各向异性的特点，表现出各向同性。又由于晶体具有最小内能，使晶体材料表现出良好的化学稳定性。一般来说，晶体结构的物质具有强度高、硬度较大、有确定熔点的特征。有的材料因晶体结构形式不同，而形成了性质上的巨大反差。如强度极高的金刚石和强度极低的石墨。

（2）非晶体。非晶体是一种不具有明显晶体结构的结构状态。又称为玻璃体。熔融状态的物质经急冷后即可得到质点无序排列的玻璃体。具有玻璃体结构的材料具有各向同性、无一定的熔点，加热时只能逐渐软化等特点。由于玻璃体物质的质点未能处于最小内能状态，因此它有向晶体转变的趋势，是一种化学不稳定结构，具有良好的化学活性。粉煤灰、普通玻璃都是典型的玻璃体结构。

亚微观结构是指用光学显微镜观察研究的结构层次，它包括晶体粒子的粗细、形态、分布状态；金属的晶体组织；玻璃体、胶体及材料内孔隙的形态、大小、分布等结构状态。由于所有晶体都是由众多不规则排列的晶粒组成，因此晶体材料的性质往往取决于晶粒的组成、形状、大小以及各种晶粒间的比例关系。

3.材料的孔隙

材料的孔隙一般由自然形成或生产过程中各种内、外界因素所致。其中形成原因有水的占据作用（如混凝土、石膏制品等）、火山作用（如浮石、火山渣等）、外加剂作用（如泡沫塑料、加气混凝土等）和焙烧作用（如陶粒、烧结砖等）等。

孔隙状况对建筑材料的各种基本性质具有重要的影响。材料的孔隙状况可由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来表达。

（1）孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。一般孔隙率越大，密度越小，强度越低，保温隔热性越好、吸声隔声能力越高。

（2）孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。连通孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙（如木材、矿渣）；封闭孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都不连通的孔隙（如陶粒、发泡聚苯乙烯）；介于两者之间的称为半连通孔或半封闭孔。一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大，封闭孔对材料的保温隔热性能影响较大。

（3）孔隙按其直径的大小可分为粗大孔、毛细孔、极细微孔三类。粗大孔指直径大于mm级的孔隙，这类孔隙对材料的密度、强度等性能影响较大。毛细孔指直径在μm～mm级的孔隙，对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔的直径在μm以下，其直径微小，对材料的性能反而影响不大。矿渣、石膏制品、陶瓷锦砖分别以粗大孔、毛细孔、极细微孔为主。