《建筑材料》讲义

《建筑材料》讲义第一章绪论本章主要了解建筑材料的分类和建筑材料技术标准、建筑材料特点。一、建筑材料的定义和分类人类赖以生存的总环境中，所有构筑物或建筑物所用材料及制品统称为建筑材料。本课程的建筑材料是指用于建筑物地基、基础、地面、墙体、梁、板、柱、屋顶和建筑装饰的所有材料。建筑材料的分类：1、按材料的化学成分分类，可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类：无机材料又分为金属材料（钢、铁、铝、铜、各类合金等）、非金属材料（天然石材、水泥、混凝土、玻璃、烧土制品等）、金属—非金属复合材料（钢筋混凝土等）；有机材料有木材、塑料、合成橡胶、石油沥青等；复合材料又分为无机非金属—有机复合材料（聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等）、金属—有机复合材料（轻质金属夹芯板等）。2、按材料的使用功能，可分为结构材料和功能材料两大类：结构材料——用作承重构件的材料，如梁、板、柱所用材料；功能材料——所用材料在建筑上具有某些特殊功能，如防水、装饰、隔热等功能。二、建筑材料的特点建筑材料在工程中的使用必须有以下特点：具有工程要求的使用功能；具有与使用环境条件相适应的耐久性；具有丰富的资源，满足建筑工程对材料量的需求；材料价廉。建筑环境中，理想的建筑材料应具有轻质、高强、美观、保温、吸声、防水、防震、防火、无毒和高效节能等特点。三、技术材料的类型我国常用的标准有如下三大类：1、国家标准国家标准有强制性标准（代号GB）、推荐性标准（代号GB/T）。2、行业标准如建筑工程行业标准（代号JGJ）、建筑材料行业标准（代号JC）等。3、地方标准（代号DBJ）和企业标准（代号QB）。标准的表示方法为：标准名称、部门代号、编号和批准年份。第二章建筑材料的基本性质本章主要了解材料的组成、结构和构造对性质的影响；重点掌握材料的物理性质和力学性质。一、材料的组成、结构及构造对性质的影响材料的组成：包括化学组成和矿物组成。它是决定材料各种性质的重要因素。材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。它是决定材料各种性质的最重要因素。1、宏观结构（构造）：用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构，可分为：（1）致密结构—如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等，其特点是强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好。（2）多孔结构—如加气混凝土、泡沫塑料等，其特点是强度较低，吸水性大，抗渗和抗冻性较差，绝缘性较好。（3）微孔结构—如普通烧结砖、建筑石膏制品等，其特点与多孔结构材料特点相同。（4）纤维结构—如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等，其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。（5）片状或层状结构—如胶合板、纸面石膏板、各种夹心板等，其特点是平面各向同性，同时提高了材料的强度、硬度等，综合性能好。（6）散粒结构—如砂子、石子、膨胀珍珠岩等，其特点是颗粒之间存在大量空隙，其空隙率大小主要取决于颗粒级配、颗粒形状及大小等。2、细观结构：用光学显微镜所观察到的微米级组织结构称为细观结构。材料的细观结构对其力学性质、耐久性等影响很大。3、微观结构：用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究材料原子、分子级的微观组织称为微观结构，分为晶体与非晶体。二、材料的物理性质（一）密度、表观密度与堆积密度1、密度（ρ）：是指材料在绝对密实状态下，单位体积的干质量。2、表观密度（ρo）：是指材料在自然状态下，单位体积的干质量。3、堆积密度（ρoˊ）：是指粒状或粉状材料在堆积状态下，单位体积的质量。重点比较三者之间的区别。（二）材料的密实度与孔隙率1、密实度（D）：是指材料体积内被固体物质充实的程度，也就是固体体积占总体积的比例。2、孔隙率（P）：指材料体积内，孔隙体积占总体积的百分率。D+P=1（三）材料的填充率与空隙率1、填充率（Dˊ）：是指散粒材料在堆积体积中，被其颗粒填充的程度。2、空隙率（Pˊ）：是指散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。Dˊ+Pˊ=1（四）材料与水有关的性质1、材料的亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，能被水湿润者为亲水性，具有亲水性的材料称为亲水材料；否则为憎水性，具有憎水性的材料称为憎水性材料。2、材料的吸水性与吸湿性（1）含水率（Wh）：指材料中所含水的质量占其干质量的百分率。（2）吸水性：指材料与水接触吸收水分的性质，其大小用吸水率表示，分为体积吸水率和体积吸水率。一般材料的孔隙率愈大，吸水性愈强；开口而连通的细小孔隙愈多，吸水性愈强；闭口孔隙，水分不易进入；开口的粗大孔隙，水分容易进入，但不能存留，故吸水性较小。材料的吸水性会对其性质产生不利影响。如材料吸水后，使其质量增加，体积膨胀，导热性增加，强度和耐久性下降。3、材料的耐水性耐水性是指材料长期在水作用下，保持其原有性质的能力。结构材料的耐水性主要指强度的变化，用软化系数（KR）来表示。KR的大小，说明材料吸水饱和后其强度下降的程度。KR越大，表明材料吸水饱和后其强度下降越少，其耐水性越强；反之则耐水性越差。一般认为KR≥0.85的材料，称为耐水性材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构物，应选用KR≥0.85的材料；受潮较轻的或次要结构物，应选用KR≥0.75的材料。4、材料的抗渗性抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性能。用抗渗系数K表示。5、材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，其强度也不严重降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下，经冻融循环作用，质量损失和强度下降均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。（五）材料的热性质1、导热性材料传递热量的性质称为材料的导热性。用导热系数λ表示。导热系数越小，材料的隔热保温性能越好。2、热容量材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，称为热容量。用Q表示3、热变形性材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质，称为材料的热变形性。用线膨胀系数α表示。线膨胀系数α越大，表明材料的热变形量越大。4、耐燃性材料在空气中遇火不着火燃烧的性能，称为材料的耐燃性。按照遇火时的反应将材料分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。三、材料的力学性质1、强度：是指材料在外力（荷载）作用下不破坏时能承受的最大应力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗弯（抗折）、抗剪强度等。2、强度等级：根据其极限强度的大小，划分成若干不同的等级，称为材料的强度等级。脆性材料主要根据其抗压强度来划分；塑性材料和韧性材料主要根据其抗拉强度来划分。3、比强度：材料的强度与其表观密度的比值，称为比强度。它是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好。4、弹性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，能完全恢复到原形状的性质。5、塑性：材料在外力作用下产生变形，当取消外力后，仍保持变形后的形状和尺寸的性质。6、脆性：材料在外力作用下，直到破坏前并无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质。7、韧性：材料在冲击或震动荷载的作用下，能吸收较大能量，并产生较大变形而不发生破坏的性质。四、材料的装饰性建筑装饰材料的作用主要起装饰作用、保护作用和其他特殊作用（绝热、防潮、防火、吸声、隔音等），而装饰效果主要取决于装饰材料的色彩、质感和线型。五、材料的耐久性材料在使用过程中，能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不失去其原有性能的性质。第三章气硬性胶凝材料本章主要了解石灰、石膏、菱苦土、水玻璃的特性、技术性能要求和应用。一、胶凝材料概念和分类在建筑工程中，将散粒材料（如砂子、石子）或块状材料（如砖或石块）粘合为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。有机胶凝材料又分为沥青类、天然树脂类、合成树脂类；无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料（如石膏、石灰、水玻璃、菱苦土）、水硬性胶凝材料（如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥及其他水泥）二、建筑石膏的特性及应用特性：1、凝结硬化快；2、微膨胀性；3、孔隙率大；4、耐水性差；5、抗火性好；6、塑性变形大。应用：一般用于室内抹灰及粉刷、装饰制品、石膏板等。三、石灰的特性1、石灰的熟化：生石灰（CaO）加水生成氢氧化钙的过程，称为石灰的熟化或消解过程。生石灰中常含有过火石灰，过火石灰表面有一层深褐色熔融物，熟化很慢，当石灰已经硬化后，其中过火颗粒才开始熟化，体积膨胀，引起隆起和开裂。为了消除过火石灰的危害，石灰浆应在储灰池中“陈伏“两周以上，”“陈伏”期间，石灰浆表面应留有一层水，与空气隔绝，以免石灰碳化。2、石灰特性：石灰具有良好的保水性，凝结硬化慢、强度低，耐水性差；体积收缩大的特性。四、菱苦土的应用菱苦土地板具有保温、无尘土、耐磨、防火、表面光滑和弹性好等特性，若掺入耐碱矿物颜料，可将地面着色，是良好的地面材料。菱苦土板有较高的紧密度与强度，而且具有吸音、隔热的效果，可做内墙板和其他建筑材料之用。加筋的菱苦土具有较高的强度，可以代替木材制成垫木、柱子等构件。菱苦土耐水性较差，故这类制品不宜用于长期潮湿的地方，菱苦土制品中不宜配置钢筋。五、水玻璃1、特性：水玻璃溶液可与水按任意比例混合，不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度；水玻璃具有很强的酸腐蚀性，能抵抗多数无机酸、有机酸和侵蚀性气体的腐蚀；水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶能堵塞材料的毛细孔隙，起到阻止水分渗透的作用；水玻璃具有良好的耐热性能；水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用，使用时应注意安全防护。2、应用：用于配制耐酸材料、耐热材料、涂料、灌浆材料、防水堵漏材料。第四章水泥本章主要了解六种常用水泥的组成、特性及选用。一、硅酸盐水泥1、概念：由硅酸盐水泥熟料，0%~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分为不渗加混合材料的Ⅰ型硅酸盐水泥（代号P•Ⅰ）和掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的Ⅱ型硅酸盐水泥（代号P•Ⅱ）2、主要熟料矿物：硅酸三钙（3CaO•SiO2，简写为C3S），含量37%~60%；硅酸二钙（2CaO•SiO2，简写为C2S），含量15%~37%；铝酸三钙（3CaO•Al2O3，简写为C3A），含量7%~15%；铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3，简写为C4AF），含量10%~18%。3、水泥熟料矿物的水化特性硅酸三钙（C3S）硅酸二钙（C2S）铝酸三钙（C3A）铁铝酸四钙（C4AF）水化、凝结硬化速度快慢最快快28d水化热多少最多中强度高早期低、后期高低低4、水泥的凝结硬化：水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，随着时间的增长，失去可塑性（但无强度），这一过程称为初凝，开始具有强度时称为终凝。由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。此后，产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的石状物—水泥石，这一过程称为水泥的硬化。影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素：（1）水泥组成成分；（2）石膏掺量；（3）水泥细度；（4）养护条件（温度、湿度）；（5）养护龄期；（6）拌和用水量；（7）外加剂；（8）贮存条件。5、硅酸盐水泥的技术性质：（1）细度：指水泥颗粒的粗细程度，它直接影响着水泥的性能和使用。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。（2）凝结时间：分初凝时间和终凝时间。从加入拌和用水至水泥浆开始失去塑性所需的时间，称为初凝时间。自加入拌和用水至水泥将完全失去塑性，并开始有一定结构强度所需的时间，称为终凝时间。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于6.5h。凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。（3）体积安定性：是指水泥在凝结硬化过程中，水泥体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥作废品处理。（4）强度及强度等级：水泥强度是表明水泥质量的重要技术指标，也是划分水泥强度等级的依据。按标准方法制作的一组试件，分别测定3d和28d的抗压强度和抗折强度，根据测定结果，查表确定硅酸盐水泥的强度等级。（5）碱含量：指水泥中Na2O和K2O的含量。国家标准规定：水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定.国家标准中还规定：凡氧化镁、三