第一篇：蘇州大學材化部2014年843材料結構與性能(回憶版)

2014年843材料結構與性能 回憶版

一、名詞解釋（12*3分=36分）

鏈增長劑 增容劑 表觀粘度 反應程度 競聚率 巴拉斯效應

化學計量聚合橡膠自組裝全同立構 旋光異構 凍膠

二、簡答題（15分）

1、說明下列單體能否聚合，寫出聚合反應，并說明什么聚合。（一共五個單體、都是常見的）

三、綜述題（54分）

1、環氧丙烷開環聚合的各種異構類型，試分析性能。

2、聚合物溶解特點，分析原因，為什么聚合物溶解比較慢。

3、什么是多分散系，怎么樣測量多分散系，為什么會出現多分散系。

4、試分析自由基聚合和離子聚合。

5、畫出非晶態聚合物的應力-應變曲線，并標出斷裂強度、斷裂伸長率、斷裂功、屈服強度與初始模量。

四、計算題（45分）

1、求第二維里系數A2、Huggins 參數的題（新命題以后注意）（10分）

2、WLF方程的題。。常規題（10分）

3、苯乙烯（M1）與丁二烯（M2）在5℃下進行自由共聚時，其中r1=0.64,r2=1.38，已知苯乙烯和丁二烯的均聚增長速率常數分別為49L·mol-1·s-1和25L·mol-1·s-1。試求：（1）計算共聚時的速率常數；（2）比較兩種單體和兩種鏈自由基地反應活性的大小；（3）畫出f1-F1（4）要制備組成均一的共聚物需要采取什么措施？(15分)

4、2011年真題的計算題第四題，原題。（10分）

注意：有時間的同學可以看看以下兩本書

高分子物理學習指導 董炎明 主編

高分子化學習題及解答 焦書科 主編

這兩本書上有近幾年真題大量原題，特殊是高分子物理學習指導。

第二篇：材料結構與性能

材料結構與性能報告(1)

論文題目：塊狀非晶合金材料的研究進展

姓名： 學號： 學科專業： 指導教師： 入學日期： 報告日期： 報告地點：

王楚 31605051 材料工程 林莉 2016.11

研究生院制表

材料結構與性能報告(1)1概述

一般認為，凝聚態的物質大致可以分為三類：晶態物質、準晶態物質和非晶態物質。非晶態合金是指固態時其原子的三維空間呈拓撲無序排列，并在一定溫度范圍保持這種狀態相對穩定的合金。最早有關非晶態合金的文獻是由融Kamer于1934年首次報道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用噴槍法在Au．Si合金中獲得非晶態合金，從而開創了材料研究的新領域一非晶態合金材料。非晶合金具有優異的物理性能、化學性能和力學性能，特別是優良的軟磁性能，在許多領域中己得到應用。一般說來，非晶態合金均需要通過熔體快淬的方法來獲得，它需要非常高的冷卻速率(10 6 /s 以上)。由于臨界冷卻速率的限制，非晶態合金的三維尺寸受到很大的限制，只能獲得很薄或很細的片、絲和粉末狀非晶合金。

大塊非晶合金材料是近年來采用現代冶金技術合成的一種具有特殊性能的新型先進金屬材料。對大塊非晶的研究無論在理論上還是在應用上都有重要意義。首先，大塊非晶體系是一些全新的多組元體系，其合金熔體具有極大的熱力學過冷度，過冷液體的動力學行為類似于氧化物玻璃，這使得人們重新思考傳統的非晶形成理論。另外，大塊非晶合金大都具有明顯的玻璃轉變和寬的過冷液相區，這為深人研究非晶合金的玻璃轉變特征和過冷液態的結構和物性提供了理想材料。在應用上，由于具有奇特的物理、力學及化學性能, 適合于用來制造電子器件、磁性器件、精密光學器件、精密機械結構件、電池材料、體育用品、生物醫學植人物以及軍工先進武器構件(如穿甲武器、飛行器的構件、裝甲板等)等。塊狀非晶合金的發展歷程

非晶合金的發展大致經歷了兩個階段。第l階段為1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄帶)-1989年。這段時期，人們主要通過提高冷卻速率(>104列s)來獲得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄帶或粉末。所研究和制備的主要是二元合金。主要研究體系可分為3大合金系：第l類合金系由過渡族金屬或貴金屬與類金屬組成，如Pd2Si、Fe2B等。；類金屬的含量為10%-30%,恰好在低共晶點組分附近。2類合金系是以LTM-ETM為基的體系，其中ETM和LTM分別代表前、后過渡族金屬，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，該體系可以在非常寬的低共晶組分范圍內形成非晶，這類非晶合金發現得比較晚，1977年才首次發現屬于這一類的合金,以后又逐步發現了在Ca或Sr中加入AI、Zn等組成的非晶合金[2,3]。第3類為以A族金屬元素(Mg、Ca、Sr)為基體，B族金屬元素(Al、Zn、Ga)為溶質的

塊狀非晶合金的研究進展

少冷卻過程中的非均勻形核, 因而各種制備方法都有以下兩個共同持征：(1)對合金母材反復熔煉, 以提高熔體的純度, 消除非均勻形核點。(2)采用高純惰性氣體保護，盡量減少氧含量。目前，大塊非晶態合金的制備方法主要有以下幾類：

(l)懸浮熔煉： 將試樣置于特定的線圈中，線圈中的電磁場使試樣產生與外界相反的感生電動勢，該感生電動勢與外磁場間的斥力與重力相抵消，從而使試樣懸浮在線圈中。同時, 試樣中的渦流使自身加熱熔化。再向試樣吹人惰性氣體，使其冷卻、凝固；或利用通電極板間的靜電場使試樣懸浮，用激光加熱熔化，當激光停止照射時，試樣于原位冷卻。試樣溫度可用非接觸法測量。懸浮熔煉的優點是試樣沒有在容器中熔煉，避免了容器壁引起的非均質形核，可減小臨界冷卻速度。其缺點是，試驗的懸浮與加熱是同時通過試樣中的渦流實現的，當試樣冷卻時也必須處于懸浮狀態，即試樣在冷卻時還必須克服懸浮渦流帶來的熱量，所以冷卻速度不可能很快, 增加了制備難度，制備的塊狀非晶合金尺寸較小。

(2)深過冷液淬法：此方法是將試樣用低熔點氧化物(如B2O3)包裹起來，在石英管中感應加熱熔化，最后淬入水中得到非晶態合金試樣。低熔點氧化物的作用一是用來吸取合金冶煉中的雜質顆粒，避免這些顆粒成為形核的核心，二是將合金熔液與容器壁隔離開來。由于包裹物始點低于熔體熔點，因而可避免合金母材與容器壁直接接觸，最大限度地避免了非均質形核。

(3)高壓模鑄法：該方法是將母合金放人套筒內，在高頻感應線圈中熔化，再用高 壓快速將合金液壓人銅模內，銅模外通水使試樣快速冷卻。由于該方法的冷卻速率很大，可以獲得較大體積的非晶態合金。

此外還有定向凝固、射流成形、壓實成型等多種大塊非晶合金制備工藝。國內關于大塊非晶合金的研究開展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁懸浮、射流成形及水淬 等技術制備大塊非晶合金。國內制備的大塊非晶合金的最大直徑為90mm。由于目前制備的非晶合金的尺寸較小，影響了非晶合金作為結構材料的使用范圍。塊狀非晶合金的微觀結構

非晶合金的原子在三維空間呈拓撲無序狀排列，不存在長程周期性，但在幾個原子間距的范圍內，原子的排列仍然有著一定的規律，因此可以認為非晶態合金的原子結構為“長程無序，短程有”。通常定義非晶態合金的短程有序區小于1.5nm，即不超過4-5個原子間距，從而與納米晶或微晶相區別，短程有序可分為化學短程有序和拓撲短程有序兩類。

材料結構與性能報告(1)4.1化學短程有序

非晶態金屬至少含有兩個組元，除了不同類原子的尺度差別、穩定相結構和原子長程遷移率等因素以外，不同類原子之間的原子作用力在非晶態合金的形成過程中起著重要作用。化學短程有序的影響通常只局限于近鄰原子，因此一般用近鄰組分與平均值之差作為化學短程有序參數，對于二元A-B體系為：

up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分別代表A(或B)原子近鄰的B(或A)原子配位數，Z是原子總配位數。cA和cu分別是A與B原子在合金中的平均濃度。當A和B兩種原子直徑明顯不同時，A原子的總本位數ZA與B原子的總配位數Zi3不再相同，ZA≠Ze，這時短程有序另一種定義。

4.2拓撲短程有序

指圍繞某一原子的局域結構的短程有序。常用幾種不同的結構參數描述非晶態與合金的結構特征，主要有原子分布函數、干涉函數、近鄰原子距離與配位數和質量密度。原子分布函數，設非晶態結構是各向同性的均勻結構，其平均原子密度Po為--定體積y中包含的原子數N:

Po=N/V 描述某一原子附近的密度變化可用徑向分布函數RDF(r):

RDF(r)=4*3.14xr2p(r)

其中r是距某中心原子的距離，p(r)是距離r處的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某個原子為中心，在半徑r處、厚度為dr的球殼內的原子數，從而RDF(r)=dN/dr表示原子數目(密度)隨距離增加的變化。

定義約化徑向分布函數G(r)為:

G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 幾種過渡金屬-類金屬非晶態合金的約化徑向分布函數如圖8-1所示，函數值隨著與中心原子的距離增大而呈有規律的起伏。此外，還定義雙體分布函數g(r): z(r)=p(r)/p。

當合金中包含幾種不同類原子時，引入偏徑向密度函數pii(r)、偏雙體分布函數gii(r)、偏約化徑向分布函數GO(r)等參數描述原子之間的結構關系。例如，pji(r)指與某個第i類踩子的距離為r處，單位體積中第j類原子的數目。上述各個原子分布函數中，原子密度p(r)和原子徑向分布函數RDF(r)有明確物理意義，G(r)的物理意義雖然不明確，但它同RDF(r)一樣能反映非晶態結構特征，對體系作x射線衍射測量得到結構因數S(Q)，塊狀非晶合金的研究進展

外殼等商業產品由于大塊非晶中不存在晶體中的滑移位錯，在較低溫度下具有很好的粘滯流動性，可以較好地發生超塑應變利用這個特性，可以把大塊非晶合金進行各種塑性加工，制成所需的各種形狀由于其優異的力學性能和較好的熱穩定性，大塊非晶合金在軍事方面也得到了應用，可以用來制造反坦克的動能穿甲彈。

Zr基大塊非晶合金具有很高的彈性實驗表明,用其做成的小球與同樣大小的鋼球在量筒中從相同高度(15m左右)自由落下后做彈性來回運動，前者比后者的彈動時間足足長了大塊非晶合金具有很高的強度和強度-密度比，以及很好的彈性能，因而具有很好的應用潛力。基大塊非晶合金由于抗拉強度高、延展性好、彈性能高、沖擊斷裂性能高和抗腐蝕性高，且具有非常好的能量傳遞性能，已被用來制作高爾夫球桿和其擊球部位(球頭)，使用該材料做成的高爾夫球頭能夠將99％的能量傳遞到球上。

在化學方面，由于大塊非晶具有抗腐蝕、儲存能量(吸氫和析氫)和高催化特性，將有可能在海洋業和能源方面得到應用。塊體非晶合金在結構上是原子長程無序而近程有序排列的亞穩材料，每個短程有序的原子團可以視為一個高活性點，而這種高活性、高耐蝕性材料是最理想的電極催化材料。如果使用這種材料制作電極, 其催化活性將提高以上，可大大提高制堿工業的生產效率，降低生產成本，由此所產生的經濟效益是十分巨大的。

由于新型基非晶合金具有低飽和磁致伸縮，使得它們的軟磁性能可與傳統的Fe-Si-B非晶合金相比擬，甚至更優。日本研制的Fe基大塊非晶合金軟磁材料的磁導率，比硅鋼片材料及傳統晶體結構的磁性材料15倍，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室也已經制備出了直徑達到以上的低磁能損耗的大塊基軟磁產品專家預測,大塊非晶合金軟磁材料制品將很快應用于電子信息，如計算機、通訊設備和工業自動化等高技術產業和電力等傳統產業另外，硬磁性大塊非晶合金也將是一種很有潛力的永磁材料。

6結束語

非晶合金，因特殊的結構和優異的性能自產生以來一直是材料學界的熱點研究領域之一。近年來對非晶合金進行了廣泛的研究，取得了很大的進展，已突破昔日貴金屬的限制, 許多日常重要的工程合金系統如Fe、Co、NiCu 等都可制備出塊體非晶合金，這為其實際應用創造了條件，如今工程應用也已逐步興起。但作為一類新型的材料, 非晶合金仍處于研究探索階段，在基礎理論、制備工藝和實際應用中還有許多問題亟待解決，主要體現在以下幾個方面。

還沒有一套完整的理論或成熟的物理模型用來指導塊體非晶的研制，目前對于合金系統組元的選擇還只能憑經驗規律，但這些規律都不具備普適性。這主要是由于還沒有充分理解非晶合金形成的本質, 因此需要加強對非晶合金物理轉變過程的研究。

材料結構與性能報告(1)(2)目前所制備的塊體非晶尺寸還不夠大，只有Zr基、Pd基等少數幾種合金體系可達較大尺寸，這在很大程度上限制了這種新型結構材料的廣泛應用，因而需要我們在理解非晶合金形成本質的基礎上，改進目前塊體非晶制備所需的苛刻工藝條件。因機械合金化在制備非晶合金上的獨特優勢，目前可以優先發展機械合金化工藝。

(3)提高塊體非晶的熱穩定性。由于塊體非晶屬亞穩態材料，在熱力學上是不穩定的, 只有把這類材料加熱到一定溫度以上才會使其變為晶態材料。因此，必須設法提高塊體非晶的熱穩定性，以拓寬其應用范圍。

(4)任何材料都有其自身的缺陷，雖然發現了一系列具有大塑性的塊體非晶合金，但總體來說其塑性都還有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性幾乎為零。長期以來，探索同時具有高強度和大塑性的金屬合金材料一直是材料領域追求的目標，非晶合金塑性的進一步提高，必將為非晶合金的應用開辟更廣闊的空間。

參考文獻

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第三篇：材料結構與性能試題-答案

材料結構與性能試題

1、高分子結構特點：包括近程結構和遠程結構。

近程包括原子種類和排列、結構單元鏈接方式、支化與交聯、序列結構和構型。

原子種類和排列：碳鏈高分子、雜鏈高分子、元素有機高分子、梯形和雙螺旋形高分子、端基。

結構單元鏈接方式：是指結構單元在高分子鏈中的聯結方式，如頭—尾、頭—頭、尾—尾等。支化與交聯：支化破壞了分子的規整性，故結晶度大大降低。交聯是指高分子鏈之間通過支鏈連接成一個空間三維網狀結構。

序列結構：以A、B兩種單體單元所構成的共聚物為例，按連接方式可分為：交替共聚物、無規共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。

構型：指分子中由化學鍵所固定的原子在空間的幾何排列。

遠程結構包括高分子鏈的大小和形態。

高分子鏈的大小（質量）包括相對分子質量(分子量)和相對分子質量分布(分子量分布)。高分子鏈的形態(構象)：由于單鍵內旋轉而產生的分子在空間的不同形態。

工程塑料ABS：由丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三種組分的特性：質硬、耐腐蝕、提高制品的拉伸強度和硬度。

SBS嵌段共聚物：由陰離子聚合法制得的苯乙烯與丁二烯的共聚物。聚丁二烯（PB）常溫下是橡膠，聚苯乙烯（PS）則是硬性塑料，二者不相容，因此是兩相結構。PB相形成連續的橡膠相，PS則形成微區分散于樹脂中對PB起交聯作用.丁苯橡膠SBR：是由苯乙烯與丁二烯在BPO或氧化還原引發劑作用下，按照自由基聚合機理得到的無規共聚物。

2、答:非晶態聚合物典型的熱--機械曲線如下圖，存在兩個斜率突變區，這兩個突變區把熱-機械曲線分為三個區域，分別對應于三種不同的力學狀態，三種狀態的性能與分子運動特征各有不同。

III II 形變I

在區域I，溫度低，鏈段運動被凍結，只有側基、鏈節、鏈長、鍵角等的局部運動，因此聚合物在外力作用下的形變小，具有胡克彈性行為：形變在瞬間完成，當外力除去后，形變又立即恢復，表現為質硬而脆，這種力學狀態與無機玻 溫度 璃相似，稱為玻璃態。

隨著溫度的升高，鏈段運動逐漸“解凍”，形變逐漸增大，當溫度升高到某一程度時，鏈段運動得以充分發展，形變發生突變，進入區域II，這時即使在較小的外力作用下，也能迅速產生很大的形變，并且當外力除去后，形變又可逐漸恢復。這種受力能產生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學狀態稱高彈態。

由玻璃態向高彈態發生突變的區域叫玻璃化轉變區，玻璃態開始向高彈態轉變的溫度稱為玻璃化轉變溫度（glass temperature)，以Tg表示。

當溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運動劇烈，導致整個分子鏈質量中心發生相對位移，聚合物完全變為粘性流體，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態。高彈態開始向粘流態轉變的溫度稱為粘流溫度，以Tf表示，其間的形變突變區域稱為粘彈態轉變區。分子量越大，Tf越高。交聯聚合物由于分子鏈間有化學鍵連接，不能發生相對位移，不出現粘流態。

因此玻璃態、高彈態和粘流態稱為無定形聚合物的力學三態。

3、答：高彈性的特點：

①彈性模量小，比其它固體物質小得多，如：鋼：20000MPa(2×10）;（１公斤／m㎡=9.807MPa)，PE: 200MPa 結晶物； PS:2500MPa;橡膠: 0.2-8MPa.②形變量大。可達1000%,一般在500%左右,而普通金屬材料的形變量＜1％。③彈性模量隨溫度上升而增大，溫度升高，鏈段運動加劇，回縮力增大，抵抗變形的能力升高。

④高彈形變有時間依賴性——力學松弛特性，高彈形變時分子運動需要時間 ⑤形變過程有明顯的熱效應，橡膠：拉伸——放熱；回縮——吸熱

高彈性的本質：高彈性是由熵變引起的，在外力作用下，橡膠分子鏈由卷曲狀態變為伸展狀態，熵減小，當外力移去后，由于熱運動，分子鏈自發地趨向熵增大的狀態，分子鏈由伸展再回復卷曲狀態，因而形變可逆。

高彈性的熱力學分析： ⑴高彈形變的熱力學方程

外力下發生高彈形變，除去外力后又可恢復原狀，即形變是可逆的，因此可用熱力學第一定律和第二定律進行分析。對輕度交聯橡膠在等溫（dT=0）下拉伸。物理意義:外力作用在橡膠上使橡膠的內能隨伸長變化、使橡膠的熵變隨伸長變化。

⑵熵彈性的分析。橡膠拉伸時，內能幾乎不變，主要引起熵變，因此稱高彈性為熵彈性。熱力學分析得到的一條重要的結論：彈性力主要來自熵的貢獻，故稱橡膠彈性——熵彈性。

⑶交聯橡膠的統計理論。橡膠不交聯，幾乎沒有使用價值，因此研究交聯橡膠的高彈形變具有重要的實際意義。統計理論討論的是橡膠彈性問題的核心——形變過程中突出的熵效應，而忽略內能的貢獻。

4、答：⑴室溫下介電常數氯丁橡膠幾乎是聚氯乙烯的3倍，因此室溫下氯丁橡膠的介電常數大。⑵這些主鏈含極性基團或極性基團與主鏈硬鏈接的聚合物，當溫度提高到玻璃化溫度Tg以上時，其介電常數將大幅度地升高，聚氯乙烯的介電常數將從3.5增加到15，因此PVC的介電常數會增大。

5、答：⑴小尺寸效應：隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性質的質變。由于顆粒尺寸變小所引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。當粒子的尺度與光波波長、德波羅意波長及超導態的相干長度或透射深度等物理特性尺寸相當或更小時晶體周期性的邊界條件將被破壞，非晶態納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導致聲、光、電磁、熱力學等均呈現新的尺寸效應。

對超微顆粒而言，尺寸變小，同時其比表面積亦顯著增加，從而產生如下一系列新奇的性質。①特殊的光學性質②特殊的熱學性質③特殊的磁學性質④特殊的力學性質。

⑵表面效應：球狀顆粒的表面積與直徑的平方成正比，體積與直徑的立方成正比，故其比表面積與直徑成反比。對半徑為r的球狀超微顆粒而言，設原子直徑為a，則表面原子所占的百分比例大體上為a／r。對于普通物質，a＜＜r，表面原子所占比例很小，其呈現的性質對整個物質的性質沒多大影響。而對于納米顆粒，不能忽視表面性質。在更一般的情況下，納米顆粒不可能是理想的球形，表面原子的影響就會更大，這就是人們所稱的表面效應。

⑶量子尺寸效應（久保效應）：當粒子的尺寸降到一定值時金屬費米能級附近的電子能級由準連續變為分立（離散）能級的現象、納米半導體微粒存在不連續的最高被占據分子軌道和最低未被占據的分子軌道能級和能隙變寬現象均稱為量子尺寸效應。

⑷宏觀量子隧道效應：微觀粒子具有粒子性又具有波動性，因此具有貫穿勢壘的能力，稱之為隧道效應。近年來科學家們發現，一些宏觀量如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量以及電荷等也具有隧道效應，它們可以貫穿宏觀系統的勢壘而產生變化，故稱為宏觀量子隧道效應。

6、陶瓷材料加工主要分粉體合成、成型和燒結三步。

制備粉體的方法主要有液相法、固相法和氣相法三種。液相法的缺點是：存在硬團聚、粒徑大小不均勻、純度低以及性能不穩定。固相法的缺點是：反應只在相界面進行，隨后擴散過程困難；難得到純相體系；反應容器污染容器。

成型方法分干法成型、塑性成型和料漿成型。干法又分為干壓和等靜壓成型。干壓的缺點是：各向異性；不適于尺寸大、形狀復雜制品的設計；設備、模具費用較高。等靜壓成型缺點是：工藝效率較低，設備昂貴。先進陶瓷塑性成型方法主要有注射成型和擠出成型兩種。注射成型缺點是：生產周期長、金屬模具設計困難、費用昂貴等。擠出成型缺點是：物料強度低、容易變形；表面凹坑和起泡；開裂及內部裂紋；模具制造成本高；導致燒結收縮大。料漿成型主要分為注漿成型和流延成型兩種。注漿成型缺點是：成型形狀粗糙；注漿時間較長，勞動強度大；不易實現自動化；缺陷多，外觀尺寸精度低。流延成型缺點是：有機溶劑具有一定的毒性，使生產條件惡化并造成環境污染；生產成本較高。

燒結方法主要有無壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結、微波燒結、SPS和反應燒結。熱壓燒結缺點是：熱壓爐非常昂貴，而且難以實現連續化大批量生產。微波燒結的缺點是：設備昂貴，需要專門設計；難于維持某個精確溫度；有時會與不希望的雜質反應或與絕熱層相污染；微波透明型材料很難被加熱，不良熱導體內部會形成大的溫度梯度導致非均勻加熱。SPS和熱等靜壓燒結的缺點都是成本太高。反應燒結的缺點是：工藝過程復雜；成本高；素坯易開裂。

7、答：高分子不是由單一分子量的化合物所組成，即使是一種“純粹”的高分子，也是由化學組成相同、分子量不等、結構不同的同系聚合物的混合物所組成。這種高分子的分子量不均一(即分子量大小不

一、參差不齊）的特性，就稱為分子量的多分散性。

高分子分子量多分散性的表示方法：

①以分子量分布指數表示，即質均分子量與數均分子量的比值，Mw / Mn

Mw / Mn 分子量分布情況 1 均一分布

接近1(1.5-2）分布較窄

遠離 1(20-50)分布較寬 ②以分子量分布曲線表示。以被分離的各級分的質量分率對平均分子量作圖，得到分子量質量分率分布曲線。可通過曲線形狀，直觀判斷分子量分布的寬窄。綠線：分子量分布較寬，即分散程度大；紅線：分子量分布較窄，即分散程度小。影響：分子量分布是影響聚合物性能的因素之一，分子量過高的部分使聚合物強度增加，但加工成型時塑化困難;低分子量部分使聚合物強度降低，但易于加工;不同用途的聚合物應有其合適的分子量分布:合成纖維是分子量分布易窄，而塑料薄膜和橡膠則分子量分布較寬。

第四篇：鉭金屬的結構與性能研究

鉭金屬的結構與性能研究

摘 要：鉭是電子工業和空間技術發展不可缺少的戰略原料，鉭以其獨特的結構和性質，在骨科醫學、電子工業、化學工業和冶金工業有很大的應用。這篇論文主要介紹鉭金屬的資源、鉭金屬的制備和鉭金屬的結構和性質及其應用。

關鍵字：鉭金屬；戰略原料；資源；制備；結構；應用

0 引言

鉭是由瑞典化學家埃克貝里在1802年發現的，按希臘神話人物Tantalus（坦塔羅斯）的名字命名tantalum。1903年德國化學家博爾頓（W.von Bolton)首次制備了塑性金屬鉭,用作燈絲材料。1940年大容量的鉭電容器出現，并在軍用通信中廣泛應用。第二次世界大戰期間，鉭的需要量劇增。50年代以后，由于鉭在電容器、高溫合金、化工和原子能工業中的應用不斷擴大，需要量逐年上升，促進了鉭的提取工藝的研究和生產的發展。中國于60年代初期建立了鉭的冶金工業。美國是鉭消費量最大的國家，1997年消費量達500噸，其中60%用于生產鉭電容器。日本是鉭消費的第二大國，消費量為334噸。21世紀初，隨著電容器生產的發展迅速，市場供不應求。預計，世界鉭電容器的生產量達2.50億件，需消費鉭1000噸。據美國地質調查局的統計，世界鉭探明儲量14000噸。其中，澳大利亞4500噸、尼日利亞3200噸、民主剛果1800噸、加拿大1800噸、巴西1400噸。中國資源量，主要分布在江西、福建、新疆、廣西、湖南等省。從未來發展的需求看，電容器仍是鉭的主要應用領域。如果按儲量基礎24000噸計算，也只能保證24年的需求。盡管如此，鉭資源的前景仍然是看好的。首先，在世界十分豐富的鈮礦床中，伴生有大量的鉭資源。其中，格陵蘭南部加達爾鈮、鉭礦的鉭資源量就達100萬噸。其次，西方已開始利用含Ta2O53%以下的大量錫爐渣。此外，代用品的研究和利用也有了很快的發展，如鋁和陶瓷在電容器領域代替鉭；硅、鍺、銫可在電子儀器用途上，代替鉭制造整流器等。

在鄭州大學先進靶材料實驗室的李慶奎老師的團隊主要做的是高純鉭金屬靶材，做出的金屬靶材通過磁控濺射等工藝形成的薄膜廣泛應用于電子信息產業。為了更深層次的探究談金屬，我對鉭金屬的資源、制備、結構、性能和應用進行了探究。鉭金屬的資源

資源鉭和鈮的物理化學性質相似，因此共生于自然界的礦物中。劃分鉭礦或鈮礦主要是根據礦物中鉭和鈮的含量。鉭鈮礦物的賦存形式和化學成分復雜,其中除鉭、鈮外，往往還含有稀土金屬、鈦、鋯、鎢、鈾、釷和錫等。鉭的主要礦物有：鉭鐵礦[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭鐵礦、細晶石和黑稀金礦等。煉錫的廢渣中含有鉭，也是鉭的重要資源。已查明世界的鉭儲量(以鉭計)約為134000短噸，扎伊爾占首位。1979年世界鉭礦物的產量(以鉭計)為 788短噸(1短噸＝907.2公斤)。中國從含鉭比較低的礦物中提取鉭的工藝，并且取得了巨大的成就。鉭金屬的制備

冶煉方法：鉭鈮礦中常伴有多種金屬，鉭冶煉的主要步驟是分解精礦，凈化和分離鉭、鈮，以制取鉭、鈮的純化合物，最后制取金屬。礦石分解可采用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。鉭鈮分離可采用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步結晶法和離子交換法。分離：首先將鉭鈮鐵礦的精礦用氫氟酸和硫酸分解鉭和鈮呈氟鉭酸和氟鈮酸溶于浸出液中，同時鐵、錳、鈦、鎢、硅等伴生元素也溶于浸出液中，形成成分很復雜的強酸性溶液。鉭鈮浸出液用甲基異丁基酮萃取鉭鈮同時萃入有機相中,用硫酸溶液洗滌有機相中的微量雜質，得到純的含鉭鈮的有機相洗液和萃余液合并,其中含有微量鉭鈮和雜質元素，是強酸性溶液，可綜合回收。純的含鉭鈮的有機相用稀硫酸溶液反萃取鈮得到含鉭的有機相。鈮和少量的鉭進入水溶液相中然后再用甲基異丁基酮萃取其中的鉭,得到純的含鈮溶液。純的含鉭的有機相用水反萃取就得到純的含鉭溶液。反萃取鉭后的有機相返回萃取循環使用。純的氟鉭酸溶液或純的氟鈮酸溶液同氟化鉀或氯化鉀反應分別生成氟鉭酸鉀(K2TaF7)和氟鈮酸鉀(K2NbF7)結晶，也可與氫氧化銨反應生成氫氧化鉭或氫氧化鈮沉淀。鉭或鈮的氫氧化物在900～1000℃下煅燒生成鉭或鈮的氧化物。

鉭的制取：①金屬鉭粉可采用金屬熱還原（鈉熱還原）法制取。

在惰性氣氛下用金屬鈉還原氟鉭酸鉀：K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應在不銹鋼罐中進行，溫度加熱到900℃時,還原反應迅速完成。此法制取的鉭粉，粒形不規則，粒度細，適用于制作鉭電容器。金屬鉭粉亦可用熔鹽電解法制取：用氟鉭酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質把五氧化二鉭(Ta2O5)溶于其中，在750℃下電解,可得到純度為99.8～99.9%的鉭粉。②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬鉭。還原一般分兩步進行:首先將一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氫氣氛中于1800～2000℃下制成碳化鉭(TaC)，然后再將TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空還原成金屬鉭。金屬鉭還可采用熱分解或氫還原鉭的氯化物的方法制取。致密的金屬鉭可用真空電弧、電子束、等離子束熔煉或粉末冶金法制備。高純度鉭單晶用無坩堝電子束區域熔煉法制取。鉭金屬的結構與性質

晶體結構：晶胞為體心立方晶胞，每個晶胞含有2個金屬原子。晶胞參數： a=330.13pm，b=330.13pm，c=330.13pm，α= 90°，β = 90°，γ = 90°，莫氏硬度：6.5，熔點：2996℃。鉭的質地十分堅硬，硬度可以達到6-6.5。它的熔點高達2996℃，僅次于碳，鎢，錸和鋨，位居第五。鉭富有延展性，可以拉成細絲式制薄箔。其熱膨脹系數很小，每升高一攝氏度只膨脹百萬分之六點六。除此之外，它的韌性很強，比銅還要優異。

物理性質：質地十分堅硬、富有延展性。化學性質：鉭還有非常出色的化學性質，具有極高的抗腐蝕性，無論是在冷和熱的條件下，對鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應。但鉭在熱的濃硫酸中能被腐蝕，在150℃以下，鉭不會被濃硫酸腐蝕，只有在高于此溫度才會有反應，在175度的濃硫酸中1年，被腐蝕的厚度為0.0004毫米，將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。在250度時，腐蝕速度有所增加，為每年被腐蝕的厚度為SDS毫米，在300度時，被腐蝕的速度則更加快，浸泡1年，表面被腐蝕1.368毫米。在發煙硫酸（含15%的SO3）腐蝕速度比濃硫酸中更加嚴重，在130度的該溶液里浸泡1年，表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。鉭在高溫下也會被磷酸腐蝕，但該反應一般在150度以上才發生，在250度的85%的磷酸中，浸泡1年SS，表面被腐蝕20毫米，另外，鉭在

氫氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解，在氫氟酸中也能被溶解。但是鉭更害怕強堿，在110度40%濃度的燒堿溶液里，鉭會被迅速溶解，在同樣濃度的氫氧化鉀溶液中，只要100度就會被迅速溶解。除上面所述情況外，一般的無機鹽在150度以下一般不能腐蝕鉭。實驗證明，鉭在常溫下，對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用，僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中是比F較罕見的。元素用途

鉭在酸性電解液中形成穩定的陽極氧化膜，用鉭制成的電解電容器，具有容量大、體積小和可靠性好等優點，制電容器是鉭的最重要用途，70年代末的用量占鉭總用2/3以上。鉭也是制作電子發射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設備用于生產強酸、溴、氨等化學工業。金屬鉭可作飛機發動機的燃燒室的結構材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導彈和噴氣發動機的耐熱高強材料以及控制和調節裝備的零件等。鉭易加工成形，在高溫真空爐中作支撐附件、熱屏蔽、加熱器和散熱片等。鉭可作骨科和外科手術材料。碳化鉭用在250℃于制造硬質合金。鉭的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工業中的釋熱元件和液態金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級光學玻璃和催化劑。1981年鉭在美國各部門的消費比例約為:電子元件73%,機械工業19%，交通運輸6%，其他2%。性質用途

鉭的線脹系數在0～100℃之間為6.5×10-6K-1，超導轉變臨界溫度為4.38K,原子的熱中子吸收截面為21.3靶恩。

在低于150℃的條件下鉭是化學性質最穩定的金屬之一。與鉭能起反應的只有氟、氫氟酸、含氟離子的酸性溶液和三氧化硫。在室溫下與濃堿溶液反應，并且溶于熔融堿中。致密的鉭在200℃開始輕微氧化，在280℃時明顯氧化。鉭有多種氧化物，最穩定的是五氧化二鉭(Ta2O5)。

鉭和氫以上生成脆性固溶體和金屬氫化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800～1200℃的真空下，氫從鉭中析出鉭又恢復塑性。鉭和氮在300℃左右開始反應生成固溶體和氮化合物；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又從鉭中析出。鉭與碳在高于2800℃下以三種物相存在:碳鉭固溶體、低價碳化物和高價碳化物。鉭在室溫下能與氟反應,在高于250℃時能與其他鹵素反應，生成鹵化物。

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450001 China)Abstract: Tantalum is indispensable strategic raw materials to electronic industry and space technology development.with its unique structure and properties ,tantalum in the orthopedic medical, electronic industry, chemical industry and metallurgical industry has a great application.This paper mainly introduces the preparation of tantalum metal resources, tantalum metal and the structure and properties of tantalum metal and its application.Keywords: tantalum metal;Strategic raw materials;Resources;Preparation;Structure;application 參考文獻

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The Structure And Performance Study Of Tantalum Metal

第五篇：水泥與混凝土結構與性能 考試總結

一、水泥誘導期研究的意義，C3S誘導期的形成及結束的主要機理。

（C3S）水化分五個階段：誘導前期（15min)、誘導期、加速期、衰退期、穩定期。誘導前期：加水后立即發生急劇化學反應，但持續時間較短，在15min.內結束。

誘導期：反應速率極其緩慢，持續2~4h（水泥漿體保持塑性）。初凝時間基本相當于誘導期的結束。加速期：反應重新加快，反應速率隨時間而增大，出現第二個放熱峰。在達到峰頂時本階段即告結束（4~8h），此時終凝時間已過，水泥石開始硬化。

減速期：水化衰減期，反應速率隨時間下降的階段（12~24h），水化作用逐漸受擴散速率控制。穩定期：反應速率很低，反應過程基本趨于穩定，水化完全受擴散速率控制。1屏蔽水化物理論（保護膜假說）

C3S在水化初期形成的水化物的Ca/Si高，逐漸在未水化的C3S周圍形成一個致密的保護膜層，從而阻礙了C3S的進一步水化，使放熱速率變慢，Ca2+向液相中溶出的速率降低，并導致誘導期開始（進入誘導期）。當初始水化物由于相變等原因轉化為滲透性較好的二次水化物時(C/S為0.8～1.5、呈薄片狀），保護層區的滲透率提高，因而水及溶出離子又逐漸通過膜層而使水化速率加快，導致誘導期結束而進入加速期。

2富硅雙電層和Zeta電位理論(Skalny&Young)當C3S與水接觸后在C3S表面有晶格缺陷的部位即發生水解，使Ca2+和OH-進入溶液，溶液中的Ca2+被該表面吸附而形成雙電層，它導致C3S溶解受阻而出現，在C3S粒子表面形成一個缺鈣的富硅層。但由于C3S仍在緩慢水化而使溶液中CH濃度繼續增高，當達到一定的過飽和度時，CH析晶，雙電層作用減弱和消失，因而促進了C3S的溶解，這時誘導期結束，加速期開始。3CH核晶延遲理論

重要理論之一.Young把Ca 2+濃度隨時間的變化與C3S的水化放熱曲線相聯系，Ca 2+濃度最大值出現時誘導期結束，并和CH 最初發生核晶作用時間一致；當溶液中Ca 2+過飽和時CH結晶，此時Ca 2+ 濃度為飽和時的1.5~2倍。誘導期的產生是由于SｉO4-對CH結晶的干擾，使CH結晶延遲,只有當高度過飽和下才形成CH核晶，此時誘導期結束． 4晶格缺陷理論

Ｍaycok認為水化速率及誘導期長短取決于晶格缺陷的數目（與C3S的活性有關）：即晶格錯位，空位等不規則狀態，它是活化點并決定了誘導期的長短。5 CSH核晶理論

Fierens認為水在C3S表面進行化學吸附,首先在活化點生成水化核(CSH)并溶解出部分少量C3S，CSH生長并放熱，CSH核達到臨界尺寸時,誘導期結束.6滲透壓理論

Double等認為：C3S加水后生成一半透膜,水可滲入, Ca 2+可滲出,而SｉO4-離子不能透過.因此在膜兩邊形成濃度差即產生滲透壓,當滲透壓達一定值時,膜脹破,誘導期結束.半透膜脹破的時間決定誘導期的長短。誘導期研究的爭議及焦點

C3S及水泥水化誘導期研究的爭議及焦點在于一致溶解和非一致溶解。一致溶解認為C3S 表面的CaO和SiO2溶解一樣多，而非一致溶解則CaO多，近來研究認為C3S及水泥水化是非一致溶解。

研究誘導期的意義

C3S及水泥水化誘導期的存在對實際應用有十分重要得意義，因為只有保持一定水化誘導期，漿體才具有流動性，砂漿和混凝土才能成型。

二、水泥主要水化產物種類及其對水泥石或混凝土性能的影響。

水化產物：CH、Aft、Afm、C3S、C2S與C3A（自愿背）【第一階段：從水泥拌水到初凝為止, C3S與水迅速反應生成飽和CH溶液, 并析出晶體, 與此同時石膏也進入溶液與C3A反應生成細小的鈣礬石晶體, 這一階段水泥漿體呈塑性狀態。水產物尺寸細小，數量又少。

第二階段：初凝到24小時，水泥水化加速，生成較多CH、AFt，同時水泥顆粒上長出纖維狀CSH凝膠體，將各顆粒初步聯接成網，水泥漿凝結。網狀結構不斷加強，強度相應增長。

第三階段：24小時以后，石膏耗盡，AFt轉化成AFm，還形成C4(A,F)H13。CSH、CH、AFm、C4(A,F)H13數量不斷增加，水化產物數量不斷增加,結構更致密，強度提高。】 C-S-H凝膠：纖維狀體系，是水泥石強度的主要來源。C-S-H凝膠的凝膠孔結構影響對水的吸收，對水泥石干燥收縮產生影響。水化開始時，C-S-H凝膠形成的覆蓋層會減緩水泥的水化作用，一定程度上影響凝結時間。

CH晶體：結晶完好、六方板狀、層狀晶體，水泥石中最易受侵蝕物質．對水泥石的強度貢獻很少。其層間較弱的聯結，可能是水泥石受力時裂縫的發源地和侵蝕離子的快速通道。

CH的有利作用：是水泥石的主要組成，是維持水泥石堿度的重要組成，是其他水泥水化產物穩定存在的重要前提。

CH的不利影響：屬于層狀結構，易于產生層狀解理，大量存在于集料與水泥石的界面，影響混凝土的強度和耐侵蝕性能(抗鋼筋銹蝕性能、抗碳化性能、抗溶蝕性能、體積變形性能等密切相關)，被視為混凝土中的“薄弱環節”。水化硫鋁酸鹽

AFt晶體: 六方棱柱狀、針棒狀晶體、棱面清晰，主要出現在水化早期。AFm晶體: 六方板狀、片狀晶體，成簇或呈花朵狀生成，水化后期。

AFt的形成常常伴隨著明顯的體積膨脹，水化期間，控制AFt的形成，由此產生的膨脹是補償收縮水泥的基本原理

水化速度：C3A＞C4AF＞C3S＞C2S(24h：大約有65%的C3A水化，C3S水化50%左右)放熱量：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S(特別是早期)抗壓強度： C3S＞C2S＞C3A＞C4AF 在水泥混凝土中作用：C3S早期強度來源；C2S后期強度來源。耐化學侵蝕性：C4AF＞C2S＞C3S＞C3A 體積收縮：C3A＞C3S＞C4AF＞C2S

三、描述C-S-H凝膠的主要形態、模型及其結構。

形態

Ⅰ型纖維狀凝膠粒子：水化早期，刺狀、針狀、柱狀等，典型粒子長約0.5~2 μ m，寬一般小于0.2μm。

Ⅱ網絡狀凝膠粒子：與Ⅰ型纖維狀凝膠粒子同時出現，截面與Ⅰ型纖維狀

凝膠粒子相同的長條形粒子，通過端頭交叉而連接成三度空間網絡。但這種粒子在純C3S和C2S水化時很少出現。

Ⅲ型不規則等大粒子狀凝膠粒子：粒子尺寸一般不大于0.2 μ m，它在水泥石中常以集合態存在，但由于特征不明顯而被忽略。

Ⅳ型內部產物的凝膠粒子：在水泥粒子原來邊緣形成的內部水化產物，它與其他水化產物保持緊密接觸，外觀為緊密集合的約0.1 μ m的等大粒子組成的縐皮狀集合體。其他人的觀點：

Taylor認為：在短齡的水泥石中Ⅰ型纖維狀凝膠粒子占主要地位，Ⅱ型網絡狀凝膠粒子也常有發現，Ⅲ型不規則等大粒子狀凝膠粒子要在水化到一定程度后才出現，占重要地位，Ⅳ型內部產物的凝膠粒子則不易見到。C-S-H凝膠模型

①Powers-Brunauer模型 ：C-S-H是粒徑大約為14nm的剛性顆粒，形成層狀的托勃莫來石凝膠，具有很高的比表面，顆粒間的凝膠空隙率為28%。孔隙口徑小于4埃，所以凝膠孔只能容水分子進入。任何沒有被凝膠填充的空間稱為毛細孔。凝膠粒子由范德華力結合，C-S-H凝膠在水中的膨脹性是由 于單個粒子間存在水分子層而導致粒子的分離。

②Feldman-Sereda模型：微觀結構視為硅酸鹽不完整層狀晶體結構，與Powers-Brunaue模型比較，該模型認為水的作用更加復雜，其中的一部分水在凝膠結構的表面上形成氫鍵，另一部分則物理吸附于表面上。③Pratt等人采用帶濕樣池的TEM觀察未經干燥的原始試樣，建立了早期，中期和后期產物的概念。早期產物又稱Ｅ型C-S-H，是薄片形態 ；中期產物又稱Ｏ型C-S-H，是無定型凝膠，它可能發展成Ⅰ型纖維狀凝膠粒子，也可在以后發展為Ⅲ型不規則等大粒子狀凝膠粒子；后期產物是致密凝膠物質，由于此時粒子周圍空間已經填滿，主要在粒子原來占據的空間生長（它與Ⅳ型內部產物的凝膠粒子接近）。

④C-S-H結構模型：Jenning提出了C-S-H 納米結構的凝膠模型，該模型認為C-S-H 凝膠最小結構單元(globue 膠束)近似為直徑小于5 nm 的球狀體。這些球狀體堆積在一起形成2 種不同堆積密度的結構，稱作高密度水化硅酸鈣凝膠(HD C-S-H)和低密度(LD)水化硅酸鈣凝膠(LD C-S-H)。這兩種堆積形態大體上與 “內部水化產物”和 “外部水化產物”形貌相對應。在C-S-H 中含水的區域包括層間空間、膠粒內孔(intra globule pores，IG，尺寸≤1nm)、小凝膠孔(small gel pores，SGP，尺寸為1～3 nm)和大凝膠孔(larger gel pores，LGP，尺寸為 3～12 nm)。

四、混凝土中孔的作用，孔與混凝土強度、收縮、抗凍性、滲透性的關系。

1孔的作用

有利作用: 水化通道、水化產物空間;特殊形狀的孔對抗滲、抗凍有利;特殊環境需要孔，如保溫、吸聲、隔熱、輕質等;為某些工藝提供條件。

不利作用: 孔隙率提高，強度下降;孔中水運動，產生干縮或濕脹;粗大的孔容易產生碳化、抗滲性下降;大孔中水飽和，抗凍性下降;孔多鋼筋易銹蝕;孔中進水，熱工性能下降等。—孔是混凝土性能劣化的主要內因之一。

2孔結構與性能的關系

強度：不同孔徑的影響略有差別，總的來說，孔結構的存在使混凝土的強度降低。收縮：孔徑分布的不同對混凝土收縮影響程度不同，小孔徑比例增大，收縮會有相應的增加

抗凍性：孔結構能很好的改善混凝土的抗凍性，引入微小球形氣孔是提高混凝土抗凍性的重要技術途徑。滲透性：孔的類型決定了不同孔結構的影響不同，對于通孔，會使混凝土的滲透性增加，對于閉孔，孔隙率高低不影響滲透性。

測孔方法：光學顯微鏡、壓汞法、吸附法、SEM,小角度X衍射，氦流法、核磁共振等。引入的氣孔作用機理：

a水壓很高，可使毛細孔間的水泥石破壞； b引入的氣孔可以釋放水壓，避免高壓水的產生； c大量的空氣泡減小了水釋放的平均距離； d引入的微小球形氣孔有利于抗凍害性能的改善。

五、水泥石與集料界面區的特征、形成機理、改善措施。水泥石與集料界面區的特征：1）水泥石-集料界面并不一個“面”，而是一個有一定厚度的層（0~100μm）。2）由于從水泥石向集料表面方向形成水灰比梯度而產生；3）從水泥石本體向集料表面，水灰比逐漸變大，有利于結晶體形成、長大。

過渡區典型特征：1）W/C高；2）孔隙率大；3）CH和鈣礬石結晶顆粒大、含量多；4）CH、AFt取向生長。界面區形成機理：

1）集料表面帶電使漿體中的水分子強烈定向，并使集料表面附近水膜變厚；

2）只有陽離子Ca2+受電場作用，活動度較大，易遷移到集料表面附近，故此處的Ca(OH)2達到飽和濃度，首先在集料表面上結晶，形成Ca(OH)2結晶——產生取向排列。

3）由于在集料與水泥漿體接觸區水灰比局部升高，擴散到這里的Ca 2+濃度較低，因此晶體生長速度大于成核速度，所以晶體粗大。AFt相和Ca(OH)2晶體的富集現象出現—孔隙率增加。改善措施

1）調整配合比：其一是調整用水量，盡可能降低水灰比，減少用水量。其二是調整水泥用量。

2）選擇合適的集料：集料與水泥的相容性考慮：相近為好。集料的幾何性質對界面性質的影響不容忽視：一是集料的粒徑。二是集料的表面形狀。

3）水泥裹砂（石）工藝；預熱集料工藝；壓蒸工藝；摻加聚合物；摻入火山灰質混合材；加晶種；摻入膨脹組份；超塑化劑的影響

一、新拌性能：主要內涵、相關流變概念、影響因素及改善措施； 主要內涵：

混凝土的工作性，也成和易性，是指混凝土混合料易于各工序施工操作，并獲得質量均勻、結構密實的混凝土的性能。包括流動性、粘聚性和保水性。

流動性：混合料在自重或機械振搗作用下，能流動并均勻密實地填滿模板的功能。它主要反映混凝土混合料的稠度，關系施工振搗的難易和澆筑的質量。

粘聚性：混合料各組分材料之間具有一定的凝聚力，在運輸和澆筑過程中不致發生分層離析現象，使混凝土保持整體均勻的性能。

保水性：混凝土混合材具有一定的保持內部水分的能力，在施工過程中不致產生嚴重的泌水現象。保水性差，混凝土內部易形成泌水通道，降低混凝土的密實度和抗滲性，使硬化混凝土的強度和耐久性受到影響。

綜合來看，上述三種性能在某種程度上是相互矛盾的。通常情況下，粘聚性好則混凝土在保水方面表現較好，但如流動性增大，則其保水性和粘聚性往往變差，反之亦然。工作性良好的混凝土指既具有滿足施工要求的流動性，又具有良好的粘聚性和保水性。良好的工作性既是施工的要求也是獲得質量均勻密實混凝土的基本保證。

1、變形與流動

變形—實際包含三種含義：對彈性體—稱為應變；對塑性體—稱為永久變形；對液體—稱為流動。

流動—在不變剪切應力下，材料隨時間產生的連續變形。

流動：塑性流動（塑流）-材料內部的抗剪應力與流速無關的流動。

粘性流動（粘流）-應力隨流速增加的流動。

固體“流動”—其產生應變的大小。不決定于作用力大小，而決定于作用時間長短產生的應變。

變形的產生只有在剪切力的作用下才有可能-才會使不同物體產生不同的變形（彈性應變、塑性永久變形或粘性流動）。

2、彈性、塑性與粘性

彈性：當超過物質彈性極限時，物質就失去彈性，產生的若不是斷裂，就是塑性變形。

塑性：為非可逆變形。從微觀結構分析-是由沿晶體滑移面發生剪切應力而引起的。發生塑性變形的條件是不同時出現斷裂現象。

粘性：是包括氣體和液體在內的流體，其內部結構阻礙相對流動的一種性能。

在流動的液體中，若在平行于流動方向分成不同流速的若干層，則相鄰兩層間所產生的與平面平行而與流向相反的阻力即為粘性，或稱為摩擦。

粘性對溫度敏感。液體升溫時粘度減小，而氣體升溫時粘性增大。

3、強度：在應力作用下，當符合胡克定律的固體物質的應變無限增加時，會出現兩種可能：

如該物體具有塑性，則在超過屈服值后呈圣維南體變形，即在應力不變下，塑性變形無限制地發展；

如該物體屬于脆性體，則在達到某一應力值時，即出現脆性斷裂。

出現以上兩種后果時的應力，都稱為該物質的強度。常稱其力學強度（以區別其他光、聲等強度）。

所謂破壞強度-是物體承受變形的極限。它決定于物體吸收彈性勢能的能力，即彈性極限。

強度與彈性同樣與荷載速度及持續時間存在密切關系。

4、脆性：在外力作用下，直到破碎前不出現塑性變形而僅出現彈性變形，或在出現塑性變形前即告斷裂的性能。脆性材料的強度不可能超過彈性極限。

5、延性：是與脆性相反的性能。是材料在破碎前所能承受塑性變形的能力。

6、韌性：在外力作用下，材料在塑性變形的過程中吸收能量的能力。或者說，材料在達到斷裂前，單位體積內所需消耗功的總量；韌性實際是強度和延性的綜合。水泥混凝土從結構改性來說，主要目的是從脆性改向韌性（既是提高其“斷裂功”）。

7、結構粘性：一種懸浮分散系統的粘性液體，靜止狀態下形成的是比較致密的復雜結構，顯示有較大粘度。當加以攪動時，結構隨剪切力的增加而變得松弛，阻力減小，粘度降低。但攪動停止后就很快恢復致密結構。這種可變粘度的現象稱為結構粘性。

8、觸變性：材料經歷“在剪切力作用下表面粘性降低，緊接著當剪切力移開時逐漸恢復；其影響是隨時間變化的”。真正的觸變性流體顯示一個完全可逆的過程。

其與結構粘性的主要不同是：可逆轉變極慢，而前者是瞬間互變。

水泥漿體結構形成的初期具有觸變性，但在一定階段后即告消失。因此，觸變性可作為水泥漿體結構形成和發展的標志之一。

9、彈性后效：某些材料在外力持續作用下會產生發展十分緩慢的變形，當外力移走后，變形消失也十分遲緩，這種現象稱為彈性后效（或彈性滯后）。

一般彈性變形在物體中的傳遞都是按聲速發展或消失的，而彈性后效則已非常慢的速度傳遞。一般高分子材料（如橡膠等）具有極大的彈性后效，故常稱其為高彈性材料。

10、徐變（蠕變）：從流變學考慮，混凝土的徐變主要是一種彈性后效的表現。

11、應力松弛：在外力持續作用下發生著變形的材料，在總變形值保持不變下，由于徐變漸增，彈性變形相對漸減而引起材料內部應力隨時間延續而逐漸減少。從熱力學觀點分析，材料受外力作用而長期保持著一定的變形，則貯存在材料中的彈性勢能必將逐漸轉變為熱能。這種從勢能轉變為熱能的過程，即能量消散過程，就是應力松弛現象。影響因素：拌合物的水含量、水膠比、集料性質（數量、粗細集料相對比、外形與特征、內部孔隙率等）、時間和溫度、水泥的性質、外加劑、混合材料

改善措施：

二、離析與泌水的現象、影響因素及改善措施；

1、離析：新拌混凝土成分的析出-形成不均勻拌合物。通常指砂漿和粗集料產生分離。影響因素：

集料顆粒尺寸，較大的最大顆粒尺寸（大于25mm）和大顆粒比例 粗集料的密度，粗集料的密度比細集料高

粗細集料比例，混凝土中較細集料數量的減少（砂或水泥）

集料形狀及表面特征，不是光滑、勻稱的顆粒，而是形狀不規則，粗糙的顆粒 混合物的濕度，太干或太濕的混合物

改善：摻加引氣劑和級配好的混合材料—可降低混凝土的離析

2、泌水：混凝土體積已固定，但還未凝結前，水分的向上運動。泌水是混凝土離析的一種特殊形式。影響因素：同離析。或：http://wenku.baidu.com/link?url=z9_TmAA3zWWzmjXvKPzjt2olcDJrAFdcMbjgkOwWQIlf8OUCp3cG76oVhkO7AIVzwZGzisfYncMAaQuf-6oIAMD9C9UULVTIs3VmvceeJCm

改善措施：

增加水泥細度或使用火山灰和微細礦物外加劑； 增加水泥的水化速度，或是使用含有高堿成分和高C3A成分的水泥（可能會產生其他不好影響）。或使用CaCl2（可能會有不好影響）； 使用引氣劑（非常有效）；

保證滿意工作性前提下，減少水含量。

三、正常及反常凝結的表現與影響。

正常凝結：混凝土的凝結是新拌混凝土具有硬度的開端。凝結是真正的流質態到真正的固化態之間的狀態過渡期。

反常的凝結行為：

假凝結：混凝土可能會在混合完成后的短時間里快速變硬。重新攪拌又恢復流動性，且混凝土會繼續進行正常的凝結。該現象通常是由石膏結晶引起的，也稱石膏凝結。是無害的。也可能是混合完成不久形成過量鈣礬石引起的。表面電荷反常集中可能引起漿體絮凝和高度的觸變性。瞬間凝結（閃凝）：若水泥中C3A活性很高-可能發生閃凝（也稱快速凝結）；是由于單硫型水化硫鋁酸鈣大量形成和其他的鋁酸鈣的水化引起的。其是不能被進一步混合所終斷的快速凝結，意味著混凝土已產生了一定的強度。因此，閃凝是一種比假凝結更嚴重的情況。目前，閃凝對硅酸鹽水泥來說，已通過使用石膏控制C3A水化而消除了。偶爾使用外加劑可能會增加C3A水化而發生閃凝。C3A和石膏含量高時，鈣礬石的形成也可能引起閃凝。

*反常凝結的防止：改用另一種適當的外加劑；不使用外加劑；改變水泥中石膏含量；外加劑加入前少量水泥的預水化（主要是C3A）

四、力學性能：界面過渡區與力學性能的關系；

目前還沒有標準試驗方法測量ITZ強度及更為重要的集料顆粒與ITZ間的粘結強度。漿體-集料粘結強度增大，混凝土抗壓、抗拉、抗折強度也增大，增加幅度約為5%~40%，且抗拉強度的改善程度大于抗壓強度。目前改善界面過渡區最有效的方法—加入硅灰（水泥質量的10%~15%）。其他技術包括加化學試劑（表面活性劑或水玻璃）也開始研究。

對于普通混凝土：界面過渡區的改善不一定導致混凝土行為較大的改變。質量較好的漿體-集料粘結使混凝土強度少許的增加在很大程度上會被所獲得的材料脆性增大所抵消。

對高性能體系：改善界面過渡區而獲得高粘結強度是比較重要的。

五、抗壓強度的相關概念、破壞機理、影響因素及改善措施； 抗壓強度的相關概念：混凝土

立方體抗壓強度標準值：以150mm邊長的混凝土立方體試件在20±2℃，相對濕度為95%以上的標準養護室中養護28天，用標準實驗方法測得具有在95%保證率的抗壓強度，用fcu，k表示。C30表示混凝土立方體抗壓強度標準值fcu,k＝30N/㎜2.破壞機理：混凝土的破壞過程大致認為有5個階段：Ⅰ-界面裂紋無明顯變化；Ⅱ-界面裂紋增長，無明顯砂漿裂紋；Ⅲ-出現砂漿裂紋和連續裂紋；Ⅳ-連續裂紋迅速擴展,匯合,貫通； Ⅴ-裂紋緩慢增長；Ⅵ-裂紋迅速增長

影響因素：材料：水泥、集（骨）料、水、外加劑、摻合料等;配合比：水灰比、單位水泥用量、骨料用量、漿骨比等;施工和養護：攪拌、運輸、澆灌、搗固等方法,養護溫度、濕度、齡期等;試件形狀和尺寸、加荷速度、試驗方法等

改善措施：采用干硬性混凝土或較小的水灰比；采用高強度等級水泥或快硬早強型水泥；采用級配好、質量高、粒徑適宜的骨料 ；采用機械攪拌和機械振動成型；加強養護；摻加外加劑；摻加混凝土摻合料。

六、其它力學性質評定的主要目的；

抗拉強度：因為在拉伸荷載下裂縫容易擴展。在路面、水槽等設計中抗拉強度是重要參數，為減少因主拉應力、干縮和溫度變化而發生的裂縫，增大抗拉強度是行之有效的。對于拱壩等產生復合應力的結構物，抗拉強度也是重要參數。

抗彎強度：是道路、飛機跑道等混凝土工程設計中的重要參數。

抗剪強度：工程實踐中，混凝土單純因剪應力使其發生破壞的情形幾乎是不存在的，一般是由剪切應力和正應力合成的主應力使其產生裂縫而破壞。

支壓強度：橋墩、構件錨固部分的混凝土等，在整個結構斷面上，只有一部分支承壓力。

組合應力下的強度：但實際結構物中的應力狀態是非常復雜的，不單是在一個方向上有應力，而是處于二向應力或三向應力的組合狀態。當各種主應力彼此都相當大，對于混凝土強度又有相當大的影響時，應當考慮組合應力狀態的強度才比較合理。

疲勞強度：混凝土受到反復應力作用時，即使在較小的應力（低于靜力強度）下也會發生破壞。

沖擊強度：混凝土的破壞強度受到加荷速度的影響，沖擊作用下加荷比靜止狀態下加荷反應出的強度有所增大。

粘結強度：埋入混凝土中的鋼筋，抵抗其拉出滑動量。

七、強度預測的目的及加速測定主要方法。

目的：隨建筑技術的改善，混凝土結構的澆筑施工更為迅速，就要求對早期強度和質量進行檢測。因此，混凝土強度和質量的早期評估對經濟安全的建筑施工是絕對安全必要的。

方法：已有標準用于混凝土加速測定的方法：1）基于高溫養護條件下強度加速增長的圓柱體試件的測定：加速養護法：熱水法養護，自養護，蒸煮法養護。2）通過成熟度由早期強度預測后強度：成熟度法。

7、混凝土塑性收縮的基本特征機理、影響因素以及預防措施。

在混凝土澆筑數小時后，其表面開始沉降，常出現水平的小裂縫，這種在塑性階段出現的體積收縮常稱為塑性收縮。

機理：塑性收縮只要是由于兩個方面的作用：一方面，混凝土澆筑密實后，由于混凝土原材料存在的密度、質量、形狀等差異，沉降和泌水同哦你是進行，對于大水灰比或明顯泌水的混凝土，上表面的水分蒸發后，混凝土的體積比發生沉降和泌水前的體積有所減少；另一方面，混凝土表面失水速率過快，形成凹液面，產生毛細管負壓力，混凝土尚未硬化，彈性模量很低，開始出現塑性收縮。同時若混凝土表面的抗拉強度低于限制收縮導致的拉應力時，開始出現塑性收縮。影響因素：導致塑性收縮的原因很多，包括泌水或沉降、基礎或模板或骨料吸水、水分的快速蒸發、水泥漿體積的減小、模板的腫脹或沉陷等。

預防措施：可通過遮擋混凝土表面等措施降低其表面的蒸發量，達到控制塑性收縮的作用。防止塑性收縮的方法就是對混凝土進行養護，覆蓋濕布、灑水、包裹塑料薄膜、噴灑養護劑等。

8、干燥收縮（包括自收縮、碳化收縮）

影響收縮的因素：①集料對混凝土收縮的抑制取決于：集料的數量、集料的剛性、粗集料的最大尺寸。

②試件幾何形狀，由于其決定試件失水速率，因此也將決定干燥收縮的速率和數量。

（1）自收縮及影響因素。

當水灰比w/c（﹤0.3）時，拌合時加的水用于水化，水化放熱，溫度升高，體積收縮，且由于摻入活性火山灰而收縮增大。該現象稱為自干燥并以自收縮的形式出現。

影響因素：

①水泥：水泥水化是混凝土產生自收縮的最根本原因，水泥水化產生化學減縮，而水化反應消耗水分產生自干燥收縮。

②礦物摻和料：一般硅灰摻量越大，自收縮越大；粉煤灰、石灰石粉、憎水石英粉，隨其摻量的增大，自收縮減小。

③膠凝材料含量：單位體積水泥用量越多，混凝土各齡期的自收縮就越大。④水膠比：混凝土自收縮隨水膠比的減小和水泥石微結構的致密而增加。⑤養護條件：養護溫度和濕度。（2）碳化收縮及影響因素。

碳化收縮：已硬化的水泥漿體與二氧化碳發生化學反應。空氣中所含CO2的數量（約0.04%）只有在一段很長的時間內才足以與水泥漿體起顯著反應，然而，此反應伴有不可逆收縮，故稱為碳化收縮。

影響因素：碳化速度取決于混凝土結構的密實度、孔洞溶液pH值和混凝土的含水量，以及周圍介質的相對濕度與二氧化碳的濃度。

在高濕度下，由于孔隙大部分被水充滿，CO2不能很好地滲透到降體中，所以碳化很少； 在50%RH左右時碳化收縮最大。

在很低濕度下，由于沒有水膜，故碳化速度較低； 若干燥以后發生碳化，則碳化收縮最大

9、硬化混凝土在長期荷載作用下的變形特征（徐變）、產生原因、影響因素及主要作用。徐變：恒定荷載作用下與時間有關的非彈性形變。

（1）產生原因：水泥石中凝膠粘性流動向毛細孔移動的結果，以及凝膠體內吸附水在荷載作用下向毛細孔遷移的結果。

（2）影響徐變的因素：

1）施加的應力：加載齡期愈小，水泥的水化愈不充分，混凝土的強度愈低，混凝土的徐變也愈大。2）水灰比：水灰比越大，水泥石含量及毛細孔數量越多，徐變越大。3）養護條件：養護溫度提高，基本徐變和干縮徐變都減小。

4）溫度：如在荷載作用期間，混凝土保持在較高的溫度下，則其徐變量會增加到超過保持在室溫下混凝土的徐變。

5）濕度：自由水的存在是發生徐變的必然條件。徐變是混凝土中可蒸發水量的函數，當不存在可蒸發水時，徐變為零。

6）基體成分：水泥用量與成分；化學外加劑；集料。

7）試件幾何形狀。隨構件體表比的增大，混凝土的收縮和徐變較小（3）在混凝土中的作用：

1）有利作用：可消除應力集中，使應力重分布，從而使局部應力集中得到緩解；對大體積混凝土工程，可降低或消除一部分由于溫度變形所產生的破壞應力。

2）不利作用：在預應力混凝土中，將會使鋼筋預應力值受到損失。

11、與普通混凝土比較，高性能混凝土的變形特點？

1）自收縮大-主要發生在早期；

2）溫度收縮大-出現時間提前； 3）化學收縮、干燥收縮相對較小-但其實測值（包括部分自收縮值）并不一定小，即其自收縮與溫度收縮較大。

4）高性能混凝土早期收縮大、早期彈性模量增長快、抗拉強度并無顯著提高、比徐變變小等因素—導致高性能混凝土（特別是高強混凝土）的早期抗裂性差。

5）高性能混凝上的徐變較普通混凝土要小，因為水膠比低，硬化漿體剛性大。

12、耐久性：主要包括內容及其評價目的

混凝土結構耐久性：混凝土結構及其構件在自然環境、使用環境及材料內部因素的作用下，在設計要求的目標使用期內，不需要花費大量資金加固處理而能夠長期維持其所需功能的能力。

包括：混凝土抗滲性；混凝土抗凍性；鋼筋銹蝕與防護；混凝土碳化；混凝土堿-集料反應 評價目的：

對已有結構物進行耐久性和剩余壽命評定，以選擇正確合理的處理維修、加固方法； 對新建結構進行耐久性和使用壽命設計，確保工程結構在設計壽命期內正常工作。

13、堿集料反應的主要類型、條件、破壞特征及預防措施。

主要類型：（1）堿－硅酸反應（2）堿－硅酸鹽反應（3）堿－碳酸鹽反應

（1）堿— 硅酸反應(ASR）：骨料中的活性二氧化硅與堿發生化學反應生成膨脹性堿硅酸凝膠，導致混凝土膨脹性開裂。

（2）堿－硅酸鹽反應:反應機理與堿－硅酸反應機理類似，只是反應速度較緩慢。

（3）堿— 碳酸鹽反應(ACR）：某些骨料中的碳酸鹽礦物與堿發生的化學反應引起混凝土的地圖狀開裂。堿骨料反應的基本條件：1）（堿）活性礦物集料；2）堿性溶液（KOH、NaOH）；3）足夠的潮濕度（RH>80％）。破壞的主要特征：①時間范圍：5~10年；②體積變形：整體膨脹 ；③表面裂縫：網狀開裂；④表面析出物：透明或淡黃色凝膠；⑤內部特征：內部凝膠，沿界面開裂，骨料周圍反應環 ；⑥外界條件：潮濕環境 預防措施：1）采用低堿水泥 ；2）使用非活性集料；構的施工及使用條件．5）其它方法）使用摻合料降低混凝土的堿性；4）改善混凝土結