建筑材料教程

建筑材料ConstructionMaterials主讲：蔡伟Tel:(0871)889650913708453052《建筑材料》课程为建筑工程类专业的技术基础课。本课程的目的是为学习建筑设计、建筑施工、结构设计专业课程提供建筑材料的基本知识，并为今后从事专业技术工作能够合理选择和使用建筑材料打一.课程的性质、目的和任务本课程的任务是使学生获得有关建筑材料的性质与应用的基本知识和必要的基本理论，并获得主要建筑材料试验的基本技能训练。从本课程的目的及任务出以，课程内容着重于材料的性质和应用，对这两方面内容提出如下要求：1、在材料性质方面：掌握材料的组成、性质及技术要求；了解材料组成及结构对材料性质的影响；了解外界因素对材料性质的影响；了解各主要性质间的相互关系；初步学会主要建筑材料的试验方法。2、在材料应用方面：根据工程要求能够合理地选用材料；熟悉有关国家标准或行业标准；了解材料使用方法的要点；学会混凝土配合比设计二.复习与自学复习与自学是掌握教学内容和扩大信息量的重要手段。复习时以主教材为核心，参照听课笔记，按“学习指导”要求进行。首先以节为单元读一遍；其次按“基本内容与要求”重点阅读，不要强记，务求理解；再次按“复习思考题与习题”进行小结，自我检测。三.辅导课这是本课程教学的重要组成部分，按“基本内容与要求”及“复习思考题与习题”进行辅导，并答疑。四.考试限于条件，考试只在期末进行一次。本课程考试的主要题型有：名词解释，填空题，选择填空题(单项选择)，计算题，问答题等最后成绩由平时成绩和考试成绩两部分组成,分别占20%与80%.绪论内容：建筑材料的定义和分类建筑材料—工程结构关系建筑材料组成—结构—性能关系建筑材料—人类—环境关系建筑材料课程的特点与学习内容一.建筑材料的定义建筑材料:是人类建造活动所用一切材料的总称.人类社会的基本活动如衣、食、住、行、无一不直接或间接地和建筑材料密切相关如常见的粘土砖、石材、石灰、木材、水泥、混凝土、钢材、陶瓷砖、沥青卷材、玻璃、各种油漆、涂料、PVC管等等。二.建筑材料的分类一、按化学成分无机材料－金属材料、非金属材料有机材料－植物材料、沥青材料、合成高分子材料复合材料：有机－无机、金属－非金属、金属－有机二、按使用功能分建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料无机材料金属材料：黑色金属－钢铁、不锈钢有色金属－铝、铜、铝合金非金属材料：天然石材－花岗岩、大理石等烧土制品－粘土砖、瓦、陶瓷胶凝材料－石灰、石膏、水泥玻璃－平板玻璃、玻璃砖无机纤维材料－玻璃、碳纤维有机材料植物材料：木材、竹材、植物纤维等沥青材料：煤、石油沥青、各类卷材合成高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂复合材料有机－无机：树脂混凝土、纤维增强塑料等金属－非金属：钢筋混凝土、钢纤维混凝土金属－无机材料：涂覆钢板、涂覆铝合金板、塑铝管、塑钢门窗等按使用功能分类建筑结构材料－构成建筑物受力构件（梁、板、柱、基础、框架）和结构所用的材料。常用石材、混凝土、钢材、钢筋混凝土等。墙体材料－构成建筑物内外和分隔室内空间所用的材料。砖、砌块、复合板材等。建筑功能材料－具有某种特殊功能的非承重材料。如防水材料、吸声材料、装饰材料等等。三、建筑材料与建筑结构的关系建筑材料的更新是新型结构出现与发展的基础新的轻质高强材料的不断涌现，为结构向大跨度、轻型化和新型结构形式发展提供了前提条件。四、建筑材料的结构—性能—组成要合理地选用材料，就必须对不同材料进行比较，了解各种材料的特性，包括强度与破坏特性、变形性能、耐久性能等多方面五、建筑材料—人类—环境关系建筑材料是人类与自然环境之间的重要媒介，直接影响人类的生活与社会环境。人类大量建造的基础设施对生存环境发挥着巨大的积极作用，同时也带来不容忽视的消极作用，即大量地消耗地球的资源和能源，在相当程度上污染了自然环境和破坏生态平衡。从人类社会可持续发展的前景出发，建筑材料也要注意可持续发展的方向。“绿色建筑材料”、“生态建筑材料”、材料的再循环使用。第一章建筑材料的基本性质内容：材料的组成与结构材料的基本物理性质材料的基本力学性质材料的化学性质材料的耐久性内容：材料的组成材料的结构材料的孔隙及其对材料性质的影响1.1材料的组成与结构一.材料的组成一.材料的组成是决定材料的性质的内在因素之(一)化学组成(二)矿物组成二.材料的结构(一).宏观结构指用肉眼或放大镜能观察到的结构,它分为散粒结构,聚集结构,多孔结构,致密结构,纤维结构,层状结构宏观结构1.散粒结构由单独的颗粒组成2.聚集结构材料中的颗粒通过胶结材料彼此牢固地结合在一起3.多孔结构材料中含有大量的,大的,或微小的均匀分布的孔隙4.致密结构材料在外观上和结构上都是致密的5.纤维结构是木材,玻璃纤维制品所特有的结构6.层状结构是板材常见的结构显维结构和微观结构(二).显维结构指借助关学显微镜和电子显微镜观察到的结构,它可分为结晶和无定型两种.结晶和无定型是同一物质的不同状态,晶体呈稳定状态,而无定型则具有化学活性(三).微观结构指原子排列结构,根据质子间键的特性分为原子晶体,离子晶体,分子晶体三.材料的孔隙(一).孔隙形成的原因(1).水分子的占据作用建筑材料加水拌和,用水量通常超过理论上的用水量,多余的水分占据的空间即为孔隙(2).外加的发泡作用如生产加气混泥土等的各种发泡剂,可在材料中形成大量的孔隙(3).火山作用火山爆发时,喷到空中的岩浆,,冷却后在岩石中形成大量的孔隙(4).烧作用孔隙的类型及对材料性质的影响(二)孔隙的类型(1)连通孔隙(2)封闭孔隙(3)半封闭孔隙(三).孔隙对材料性质的影响(孔隙增多)(1).材料的体积密度减小(2).材料受力的有效面积减小,强度降低(3).体积密度减小,导热系数和热容随之减小(4).透气性,透水性,吸水性变大(5).对抗冻性,要试孔隙大小和形态而定,有些能提高抗冻性1.2材料的物理性质内容:材料的各种参数材料与水有关的性质材料与热有关的性质一.状态参数（一）材料的密度1、体积密度－材料在自然状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：ρo=m/Vo式中ρo－表观密度（g/cm3）m－材料的质量（g）Vo－材料在自然状态下的体积（cm3）体积密度的测量自然状态下的体积－是指构成材料的固体物质的体积与全部孔隙体积之和。材料内部孔隙含有水分时，其质量和体积均发生变化。注明含水情况体积密度的测量：1）.对形状规则的材料：砖、混凝土、石材烘干－量测几何体积－称重－代入公式2）.对形状不规则的材料：烘干－蜡封－浮力天平密度2、密度－材料在绝对密实状态下单位体积的质量。单位g/cm3或kg/m3。公式：ρ=m/v式中ρ－实际密度（g/cm3）m－材料的质量（g）V－材料在绝对密实状态下的体积（cm3）密度的测量绝对密实状态下的体积－是指构成材料的固体物质本身的体积，或称实体积孔隙在内的体积。实际密度的测量：1）对近于绝对密实的材料：金属、玻璃等直接以排水法作为密实态体积近似值2）对有孔隙的材料：砖、混凝土、石材磨成细粉－排水法求的体积即为密实态体积表观密度3、表观密度－对密实材料直接以排水法求的体积v’作为密实态体积的近似值。单位g/cm3或kg/m3。公式：ρ’=m/V’式中ρ’－表观密度（g/cm3）m－材料的质量（g）V’－用排水法求的的体积（cm3）（二）.材料的孔隙1.、孔隙率－指材料中孔隙体积与材料在自然状态下的体积之比的百分率。或称总空隙率公式：P=V孔/Vo*100%式中：P—空隙V孔—材料中全部孔隙的体积Vo—材在自然状态下的体积又由于P=(Vo–V)/Vo*100%=(1-V/Vo)*100%=(1-ρo/ρ)*100%2.开口孔隙率与闭口孔隙率开口孔隙率是指材料中能被水所饱和的孔隙体积与材料在自然状态下的体积百分率：PK=(m2-m1)/V0ρw×100%式中：m2—干燥状态下材料的质量,gm1—水饱和状态下材料的质量,gρw—水的密度，常温下可取1g/cm3闭口孔隙率pb为总空隙率与开口孔隙率之差即PB=P-PK×(三）散粒材料的堆积密度及空隙率3、堆积密度－散粒状材料在规定装填条件下（包括散粒材料中颗粒在自然状态下的体积和颗粒之间空隙的体积）的质量称为堆积密度。单位g/cm3或kg/m3。公式：ρ/o=m/V0′式中ρ/o－堆积密度（g/cm3）m－材料的质量（g）V/o－材料的堆积体积（cm3）空隙率4、空隙率－散粒材料在自然堆积状态下，其中的空隙体积与散粒在自然堆积状态下的体积之比的百分率称为空隙率公式：P’=(1-ρ/o/ρo)*100%P’—散粒材料的空隙率ρ/o—散粒材料的堆积密度ρo--材料的体积密度二、材料与水有关的性质1、亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，将材料分为亲水性和憎水性两大类。常用润湿角θ表示。亲水性材料θ≤90°憎水性材料θ＞90°2.吸水性材料吸收水分的能力称为吸水性（1）质量吸水性：W=(m2-m1)/m1*100%式中：W—质量吸水率，%m2—材料在绝对干燥状态下的质量m1—材料在浸水饱和状态下的质量（2）.体积吸率公式：W0=(m2-m1)/V0*ρw*100%式中：W0--体积吸水率m2—材料在自然状态下的体积m1—水的密度，常温下取1=g/cm3体积吸水率与质量吸水率的关系为：W0=W*ρo一般来说孔隙率愈大,吸水率也愈大,吸水率增大对吃的性质有不良影响,如体积密度增加,体积膨胀,导热性增大,强度及抗动性下降等...(3).水饱和度公式：KB=W0/PKB—水饱和度W0—材料的体积吸水率，%P—材料的孔隙率，%KB可在0—1之间波动，当KB=0时即W0=0说明该材料所有的孔隙均未充水，孔隙为闭口孔隙；当KB=1时即W0=P，说明材料所有的孔隙全部充满水，孔隙为开口孔隙耐水性3、耐水性－材料在水作用,保持其原有性质的能力称为耐水性,用软化系数表示。公式:KP=fW/f式中:KP－材料的软化系数f－材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）fW－材料在浸水饱和状态下的抗压强度（MPa）材料软化系数的要求1).软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。2).对经常处于水中或受潮严重的重要结构物（如地下构筑物、基础、水工结构）的材料，其K软≥0.85；3).受潮较轻的或次要结构物的材料，其K软0.85；4).K软≥0.80的材料，一般称为耐水的材料。抗渗性4.、抗渗性－材料抵抗有压介质（水、油、气）渗透的性质称抗渗性。用渗透系数K表示。依达西定律:Q=KHFt/d式中K－材料的渗透系(cm/h)Q－渗透量（cm3）t－透水时间（h）F－渗水面积（cm2）H－水头差（cm）d－试件的厚度（cm）抗渗性用抗渗标号S表示抗冻性5、抗冻性－浸水饱和的材料在冻,融循环作用下保持其原有性质的能力称为抗冻性。用抗冻标号D表示。三.与热有关的性质1、导热性－材料传导热量的能力称为导热性。其大小用热导率（λ）表示。公式:λ=Q*a/A(t1-t2)Z式中λ－导热系数（W/m.K）Q－传导的热量（J）A－平壁面积（m2）a－材料的厚度（m）Z－传热时间（s）(T2-T1)－材料两侧温差（K）影响导热系数的因素无机材料的导热系数大于有机材料晶体的导热系数大于无定形体的热导系数材料的孔隙率愈大,即空气愈多,导热系数愈小同类材料的孔隙率是随体积密度的件小而增大,则导热系数随体积密度的件小而减小导热系数与孔隙形态特征的关系,认为有微细而封闭孔隙组成的材料,导热系数小,反之大材料的含水率增加,导热系数也增加大多数材料的导热系数随温度升高而增加热容2、热容－材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容。大小用比热容（比热）表示公式Q=cm(T2－T1)式中Q－材料吸收或放出的热量（J）c－材料的比热(J/g.K)m－材料的质量（g）(T2－T1)－材料受热或冷却前后