建筑材料课程简介及课程辅导教案DOC31(1)

山东大学课程情况登记表课程编号2005812021课程名称建筑材料英文课程名称BuildingMaterials课程类别技术基础课开课系所号20开课学期(上、下)本研标志本科生课程学时54学分3考试类型(笔试考试无口试)开设日期2002.9结束日期2003.1课程分类必修课必修主课名称建筑材料先修课程力学、数学、物理、化学课内总学时54实验总学时讲课总学时38上机总学时0CAD总学时0CAI总学时0讨论辅导总学时0设计作业总学时0课外总学时0课外学分0课程负责人孙纪正师资队伍孙纪正基本面向二年级各专业教学方式讲课教材《建筑材料》参考书《建筑材料》《土木工程材料》《道路建筑材料》课程说明本课程属于土建类专业的技术基础课。利用前期学过的力学、数学、物理、化学知识，通过本课程的学习，为学习建筑、结构、施工等后续专业课提供建材基本知识，同时它还为今后从事工程实践和科学研究打下必要的专业基础。内容简介(200字左右)主要介绍土建工程中常用的各种建筑材料。各种建筑材料的主要性能，质量检验和评定的标准及方法，如何合理地选用和应用各种建筑材料以及几种建筑材料的配合比设计方法等。备注建筑材料课程简介及课程辅导教案第1章建筑材料的基本性质本章主要讲述：材料的组成、结构与性质、材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料的耐久性本章重点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料与水有关的性质、材料的力学性质、材料的耐久性本章难点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料的力学性质本章要点：材料的基本物理性质、材料的力学性质、材料的耐久性本章基本概念：材料的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率、空隙率、耐水性、抗渗性、抗冻性、强度、弹性、塑性、硬度、耐久性本章基本要求：掌握材料的基本物理性质、力学性质及与水有关的性质；了解材料与热有关的性质。本章学时安排：与绪论一起共7学时本章基本内容：一、材料的组成、结构与性质１．材料的组成(1)化学组成：无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物的含量表示。金属材料以元素含量来表示。化学组成决定着材料的化学性质,影响着物理性质和力学性质。(2)矿物组成：材料中的元素或化合物是以特定的结合形式存在着,并决定着材料的许多重要性质。矿物组成,是无机非金属建筑材料中化合物存在的基本形式。化学组成不同,有不同的矿物。既使相同的化学组成,在不同条件下,结合成的矿物往往也是不同的。金属材料和有机材料也与无机非金属材料一样,有其各自的基本组成,决定着同一种类材料的主要性质。所以说,认识各类材料的基本组成,是了解材料本质的基础。2.材料的结构：材料的结构决定着材料的许多性质。一般从三个层次来观察材料的结构及其与性质的关系。(1)宏观结构(亦称构造)用放大镜或肉眼即可分辨的毫米级组织称为宏观结构。材料的宏观结构中常含有孔隙或裂纹等缺陷,对材料性能有较大影响。材料的宏观结构较易改变。(2)亚微观结构（显微或细观结构)由光学显微镜所看到的微米级组织结构。该结构主要涉及到材料内部的晶粒等的大小和形态、晶界或界面、孔隙、微裂纹等。一般而言,材料内部的晶粒越细小、分布越均匀,则材料的强度越高、脆性越小、耐久性越好;不同组成间的界面粘结或接触越好,则材料的强度、耐久性等越好。材料的亚微观结构相对较易改变。(3)微观结构利用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究的原子或分子级的结构。无机非金属材料中的晶体(或非晶体),其键的构成往往不是单一的,而是由共价键和离子键等共同联结,如方解石、长石及硅酸盐类材料等。这类材料的性质相差较大。非晶体,又称玻璃体,是熔融物在急速冷却时,质点来不及按特定规律排列,所形成的内部质点无序排列(短程有序,长程无序)的固体或固态液体。因其大量的化学能未能释放出,故其化学稳定性较晶体差,容易和其它物质反应或自行缓慢向晶体转换。如在水泥、混凝土等材料中使用的粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等材料。孔隙大多数材料在宏观结构层次或亚微观结构层次上均含有一定大小和数量的孔隙,甚至是相当大的孔洞。这些孔隙几乎对材料的所有性质都有相当大的影响。(1)孔隙的分类材料内部的孔隙按尺寸大小,可分为微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙、粗大孔隙。按常压下水能否进入孔隙中,又可分为开口孔隙(或连通孔隙)和闭口孔隙(或封闭孔隙)。当然压力很高的水可能会进入到部分闭口孔隙中。(2)孔隙对材料性质的影响通常材料内部的孔隙含量（即孔隙率)越多,则材料的体积密度、堆积密度、强度越小,耐磨性、抗冻性、抗渗性、耐腐蚀性及其耐久性越差,而保温性、吸声性、吸水性和吸湿性等越强。人造材料内部的孔隙是生产材料时,在各工艺过程中留在材料内部的气孔。绝大多数的建筑材料的生产过程中均使用水做为-个组成成分。为达到生产工艺所要求的工艺性质,用水量往往远远超过理论需水量(如水泥、石膏等的化学反应所需的水量),多余的水即形成了材料内部的毛细孔隙,即绝大多数人造建筑材料中的孔隙基本上是由水所造成的。由此可以说,凡是影响人造建筑材料内部孔隙数量、孔隙形状、孔隙状态或用水量的因素,均是影响材料性能的因素。在确定改善材料性能的措施和途径时,必须考虑这些因素。二、材料的基本物理性质1.与材料结构状态有关的基本参数(1)不同状态下的密度1)密度：材料在绝对密实状态下(不含内部所有孔隙体积)单位体积的质量,用下式表示。Vm测试时,材料必须是绝对干燥的。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。2)表观密度：材料在自然状态下单位体积的质量,用下式表示。00Vm测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的,不加说明时,是指气干状态下的质量。形状不规则的材料,须涂蜡后采用排水法测定其体积。3)堆积密度散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量,用下式表示。00Vm测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的。无说明时,指气干状态下的。(2)孔隙率：孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分数,分为开口孔隙率、闭口孔隙率、总孔隙率〈简称孔隙率)。孔隙率的计算100110000odPVVVVVVVP%(3)空隙率：散粒材料颗粒间空隙体积占整个堆积体积的百分率。空隙率的计算10011000000ododVVVVVVVVP%对于致密材料,如普通天然砂、石,可用视密度替代体积密度。在大量配制混凝土、砂浆等材料时,宜选用空隙率（P）小的砂、石。2.材料与水有关的性质：(1)材料的亲水性与憎水性：水可以在材料表面铺展开,即材料表面可以被水浸润,此种性质称为亲水性,具备此种性质的材料称为亲水性材料。若水不能在材料表面上铺展开,即不能被浸润，则称为憎水性，该材料称为憎水性材料。含毛细孔的亲水性材料可自动将水吸入孔隙内。大多数建筑材料属于亲水性材料。孔隙率较小的亲水性材料仍可做防水或防潮材料使用,如混凝土、砂浆等。(2)吸水性与吸湿性：1)吸水性吸水性是材料吸收水分的性质,用材料在吸水饱和状态下的吸水率来表示。分有质量吸水率(所吸收水的质量占绝干材料质量的百分率)、体积吸水率(所吸收水的体积占自然状态下材料体积的百分率),计算式分别如下：100ggbmmmmW%10010WgbVVmmW%二者的关系为：0mVWW吸水率主要与材料的开口孔隙率、亲水性与憎水性等有关。2）吸湿性吸湿性是材料在空气中吸收水蒸汽的性质，用含水率表示。即材料中所含水的质量与材料绝干质量的百分比称为含水率。材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率称为平衡含水率。建筑材料在正常使用状态下,均处平衡含水状态。吸湿性主要与材料的组成、微细孔隙的含量及材料的微观结构有关。3)吸水与吸湿对材料性质的影响材料吸水或吸湿后,可削弱内部质点间的结合力,引起强度下降。同时也使材料的表观密度、导热性增加,几何尺寸略有增加,使材料的保温性、吸声性下降,并使材料受到的冻害、腐蚀等加剧。由此可见含水使材料的绝大多数性质变差。(3)耐水性材料长期在水作用下,保持其原有性质的能力。对于结构材料,耐水性主要指强度,对装饰材料则主要指颜色的变化、是否起泡、起层等,即材料不同,耐水性表示方法也不同。对于结构材料,用软化系数(PK)来表示,计算式如下。干燥状态下的抗压强度强度吸水饱和状态下的抗压PK材料的软化系数PK=0～1.0，PK0.85的称为耐水性材料。长期处于潮湿或经常遇水的结构,需选用PK0.75的材料,重要结构需选用PK0.85的材料。材料的耐水性主要与其组成成分在水中的溶解度和材料的孔隙率有关。溶解度很小或不溶的材料,则软化系数(PK)一般较大。若材料可微溶于水且含有较大的孔隙率,则其软化系数(PK)较小或很小。(4)抗渗性：抗渗性是材料抵抗压力水渗透的性质。常用抗渗等级来表示,即材料所能抵抗的最大水压力。材料的抗渗性与其内部的孔隙率,特别是开口孔隙率有关,与材料的亲、憎水性也有一定关系。(5)抗冻性：材料抵抗冻融循环作用,保持其原有性质的能力。对结构材料主要指保持强度的能力,并多以抗冻等级来表示。即以材料在吸水饱和状态下(最不利状态)所能抵抗的最多冻融循环次数来表示。3.热工性质：（1）导热系数：材料传递热量的性质称为材料的导热性,以导热系数来表示。导热系数越小,材料的保温性越好。影响材料导热系数的因素有:1)材料的组成与结构。一般地说,金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别大于非金属材料、有机材料、非晶体材料。2)孔隙率越大,即材料越轻(0小〉,导热系数越小。细小孔隙、闭口孔隙比粗大孔隙、开口孔隙对降低导热系数更为有利,因为避免了对流传热。3）含水或含冰时,会使导热系数急剧增加。4)温度越高,导热系数越大(金属材料除外)。上述因素一定时,导热系数为常数。保温材料在存放、施工、使用过程中,需保证为干燥状态。(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材料的热容量,该值等于材料的比热(c)与质量(m)的乘积。材料的热容量越大,则建筑物室内的温度越稳定。三、材料的力学性质1.材料的强度(1)理论强度固体材料的强度决定于结构中各质点间的结合力,即化学键力。材料的破坏实际上是质点化学键的断裂。实际上材料结构中含有大量缺陷,如晶格缺陷、孔隙、裂纹等。材料受力时,在缺陷处形成应力集中。减小材料内部的缺陷(孔隙、裂纹等)可大幅度提高材料的强度。(2)材料的强度材料的实际强度,常采用破坏性试验来测定,根据受力形式分有抗压强度、抗拉强度抗弯强度、抗剪强度等。材料的强度除与前述的内部因素(组成、结构)有关外,还与外部因素,即测试条件也有相当大的关系。2.材料的弹性与塑性：(1)弹性,是指受到外力作用产生的变形,能随外力撤消而完全恢复原状的性质。将发生的这种变形称为弹性变形。明显具有这种特征的材料称为弹性材料。受力后材料的应力与应变的比值即为弹性模量。(2)塑性,是指受到外力作用产生的变形,不能随外力撤消而自行恢复的性质。所发生的这种变形称塑性变形。具有这种明显特征的材料称塑性材料。大多数材料受力初期表现为弹性,达到一定程度表现出塑性特征,称之为弹塑性材料。3.材料的脆性与冲击韧性：材料在破坏时,未出现明显的塑性变形,而表现为突发性破坏,此种性质称为材料的脆性。脆性材料的特点是塑性变形小,且抗压强度与抗拉强度的比值较大(5～50倍)。无机非金属材料多属脆性材料。材料抵抗冲击振动作用,而不发生突发性破坏的性质称为材料的冲击韧性或韧性,或在冲击振动作用下,吸收能量、抵抗破坏的能力称为冲击韧性。韧性材料的特点是变形大、特别是塑性变形大、抗拉强度接近或高于抗压强度。术材、建筑钢材、橡胶等属于韧性材料。有冲击、振动荷载时需考虑材料的韧性。四、材料的耐久性材料抵抗各种破坏因素或腐蚀介质的长期作用,保持其原有的主要性质的能力称为材料的耐久性。材料的组成、结构、性质和用途不同,对耐久性的要求也不同。耐久性一般包括材料的抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗老化性、耐溶蚀性、耐光性、耐磨性等等许多项。不同材料所要求保持的主要性质也不相同,如对于结构