建筑材料基础知识

一、概述建筑材料是基本建设工程的物质基础。建筑材料的规格、质量、性能，决定着工程的结构、质量和施工方法。建筑材料在土建工程建设总造价中约占60~70%的费用，从建筑材料的生产、选择和使用等各个环节中，尽量降低材料费用、延长使用寿命，是节约建设资金的重要途径。施工生产过程中，大量的工作是材料的搬运、储存与加工。因此，了解和掌握建筑材料的基本性能和使用方法，对于加强概预算管理、提高投资经济效益具有重要意义。建筑材料可归纳分类如下：二、材料的基本性质1.材料的物理性质⑴密度是材料在绝对密实状态下单位体积的重量，γ＝G/V。材料的密度在数值上与比重相同。⑵容重是材料在自然状态下单位体积的重量，γ0＝G/V0，松散容重是砂、石等松散材料在自然堆积状态下单位体积的重量，干容重是材料在烘干状态下单位体积的重量⑶比重是材料的重量与同体积的水的重量的比值，此时水的比重取1。⑷密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度D=V/V0，空隙率是指材料体积内空隙体积所占的比例，P＝（V-V0）/V0，空隙率与密实度一般均用百分率表示,二者之间具有：P+D=1的关系。有色金属：铜、锌、铅、铝、锡及其合金天然石材（砂石）胶结材料（石膏、石灰、水玻璃、水泥等）混凝土、砂浆黑色金属：生铁、碳钢、合金钢陶瓷材料（砖、瓦、陶器）隔热、耐磨材料玻璃及其制品木材、竹材胶结材料：（沥青、树脂）隔热材料（有机纤维等）油漆金属材料无机材料有机材料非金属材料建筑材料图1.1.8建筑材料分类混凝土、砂浆2.材料的力学性质⑴材料的强度是材料承受压、拉、剪和弯曲力的能力，用单位面积上承受力的大小（Mpa）表示⑵弹性是材料在外力作用下产生的变形当外力取消后能够完全恢复原来形状的性质；塑性是材料在外力作用下产生的变形当外力取消后仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质。⑶脆性是材料受外力达到一定限度后突然破坏，而破坏时并无明显变形的性质；韧性是材料在冲击、震动荷载作用下，能承受较大的变形而不破坏的性质。3.材料与水有关的性质⑵吸水性是材料能吸收水分的性质，常用吸水率表示吸水能力的大小，W=(G1-G)*100%/G,G1、G分别为材料干燥、吸水状态的重量。⑶吸湿性是材料在潮湿空气中吸收水分并与空气中的水分达到平衡时吸收水分多少的性质。⑷耐水性是材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。一般用软化系数表示，软化系数＝（材料在吸水饱和状态下的抗压极限强度）/（材料在干燥状态下的极限强度）⑸抗渗性（或不透水性）是材料抵抗压力水渗透的性质。材料抵抗其他液体渗透的性质也称抗渗性。⑹抗冻性是材料在吸水饱和的状态下抵抗多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。4.材料的热工性能⑴导热性是材料传导热量的性质。导热性的大小用导热系数（也称热导率）表示。⑵比热及热容量是材料受热时吸收热量、冷却时释放热量的性质，热容量的大小称比热，比热与材料重量的乘积称热容量值。⑶耐火性与防火性：材料在遇火时，能经受高温的作用而不破坏、不严重降低强度的性质称耐火性。利用材料的耐火性制成防火材料时的性质称为防火性。材料根据耐火性分为不燃烧类、难燃类、燃烧类。不燃烧材料的防火性一般用防护结构在火灾时的耐火时间来表示。⑷耐熔性是材料在较长时间高温作用下不熔化、并能承受一定荷重的性能。耐熔性以⑴材料的亲水性与憎水性是材料被水浸润程度的性质。固体材料表面在遇水或水蒸气作用时会形成水滴，在材料、空气、水滴的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所形成的夹角（润湿角）θ愈小，其浸润性即亲水性愈好，愈大憎水性愈好。一般认为θ≤900时的材料为亲水性材料，θ≮900的材料称为憎水性材料。θθa-亲水性材料b-憎水性材料图1.1.9材料润湿角耐火度来表示。根据耐熔性将材料分为三类：在1580℃以上高温下不破坏、不变形的称耐熔材料；能经得住1350℃~1580℃高温的称难熔材料；熔化温度在1350℃以下的称易熔材料。三、砖与瓦素有“秦砖汉瓦”之称的粘土砖瓦是我国很早发明的建筑材料，虽然由于其重量大、强度低、劳动强度高，以及大量使用对环境造成的破坏等原因，国家已经发出了禁用或少用和推广其代用品的政策，但当前仍然是我国大部分地区墙体和屋面的主要建筑材料之一。1.砖⑴普通粘土砖用普通粘土烧制而成的砖称普通粘土砖。它的生产工艺过程为：普通粘土砖制作方式分为机制砖与手工制砖，颜色分红砖和青砖，机制红砖生产使用较普遍。机制砖标准尺寸为240×115×53mm,考虑灰缝的厚度10mm，则4块砖长、8块砖宽和16块砖厚均为1米，每立方米512块。普通粘土砖具有一定的强度和保温隔热性能，因此大量用于墙体和柱、拱、烟囱、沟及基础的砌筑。其标号依据其抗压强度和抗折强度划分如表3.2.1表1.1.3普通粘土砖分号标准表标号抗压强度（N/mm2）抗折强度（N/mm2）五块平均值不小于单块最小值不小于五块平均值不小于单块最小值不小于200150100755020.015.010.07.55.014.010.06.04.53.54.03.12.31.81.62.62.01.31.10.8⑵粘土空心砖将原有单一实心粘土砖尺寸放大或缩小、中间留孔制成的粘土砖称粘土空心砖。通过对其形状用途的改变可以制作竖孔空心砖、水平孔空心砖、拱壳空心砖、花格空心砖等，统称为粘土空心砖或空心砖。空心砖生产工艺与普通粘土砖基本相同，但具有原料消耗减少20~30%；缩短干燥和焙烧时间，并焙烧均匀、烧成率高，可减少焙烧燃料消耗20~30%；自重减轻30~35%，砌筑砂浆用量减少约35%，提高工效约40%，降低墙体造价约20%；改善墙体隔热吸声性能。用于承重的空心砖，根据外观优劣分为一等、二等两个等级，并仍然以抗折和抗压强度划分标号，如表1.1.4。表1.1.4承重粘土空心砖分号标准表采土配料调制制坯成品焙烧干燥标号抗压强度（N/mm2）抗折强度（N/mm2）五块平均值不小于单块最小值不小于五块平均值不小于单块最小值不小于2001501007520.015.010.07.514.010.06.04.594.573.553.043.061.547.531.026.0⑶烧结煤矸石砖与烧结粉煤灰砖此两种砖都是利用现代工业生产过程中排除的工业废料作为主要原料生产加工，是综合利用工业废料的途径之一。煤矸石砖是将从煤矿中挖出的煤矸石经粉碎、配料，调整可塑性与发热量后，与普通粘土砖基本相同的工艺生产。粉煤灰砖是将火力发电厂排除的煤粉燃料渣经粉碎、掺入1:1或4:6的粘土作粘合剂，与普通粘土砖基本相同的工艺生产。这两种砖一般制成与粘土空心砖基本相同的空心砖，其容重一般为1400～1650Kg/m3,抗压强度10.0~15.0N/mm2抗折强度2.3~5.0N/mm2，抗冻性一般达到15次冻融循环不破坏。⑷耐火隔热砖是采用隔热耐火材料经成型培烧，用于炉窑砌筑的特种砖，在筑炉衬里部分中介绍。⑸钢渣砖是近年为充分利用炼钢高炉炉渣研制的一种新型材料，具有强度高、耐磨性好、吸水率低，辅以颜料和模型可以制成各种颜色、花纹，用以铺设城市人行道或广场，具有较好的使用和美化效果。⑹蒸压灰砂砖和蒸压粉煤灰砖是在成型后不烧焙，而采用蒸汽加热快速完成水泥强度增长的砖。2.瓦瓦用于铺设在钢筋混凝土或木基层上作为防水层，适用于防水等级为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级的屋面防水。分脊瓦和平瓦，平瓦种类较多，主要用粘土、水泥、炉渣、水泥炉渣、硅酸盐、炭化灰砂、煤矸石等材料制成，其规格尺寸参表1.1.5。表1.1.5粘土瓦的规格项次名称规格（ｍｍ）每块重量（Kg）每块有效面积（ｍ2）每平方米块12345粘土平瓦水泥平瓦硅酸盐平瓦炉渣平瓦水泥炉渣平（360～400）×（220～240）×（14～16）（385～400）×（235～250）×（15～16）400×240×163.13.33.23.03.20.053～0.0670.062～0.0700.0670.0620.06718.9～15.016.1～14.315.06瓦炭化灰砂瓦390×230×12400×240×（13～15）380×215×15－0.05516.115.018.27煤矸石平瓦390×240×（14～15）350×250×20－－0.0650.06015.416.78水泥大平瓦700×500×15690×430×（12～15）14.00.260.223.84.59粘土脊瓦455×165×203.02.4块/米10水泥脊瓦455×165×15455×170×15465×175×153.3－2.4块/米3.砌块大型砌块与板材推动了建筑业向工厂化、机械化的发展，目前正向高强、薄壁、轻质、防水、隔音保温等多功能方向发展，有助于减轻建筑物自重、提高劳动生产率。其生产工艺简单、成本较低、质量稳定，可以制成1185×380×200~285×385×200的大、中、小系列砌块，以中、小型应用较广。⑴硅酸盐砌块：由粉煤灰、石灰、石膏作胶结材料，煤渣作轻骨料，经搅拌、振动成型、蒸汽养护、硬化而成的砌块。⑵混凝土空心砌块：是采用普通硅酸盐水泥作、中砂和粒径不大于20mm的石料作原料利用机械或手工成型的一种墙体材料。采用轻质骨料时可以制成轻质混凝土砌块。⑶加气混凝土砌块：利用水泥作胶结材料，经加入发泡剂生产的轻质混凝土砌块。⑷无熟料水泥煤渣混凝土空心砌块：是由化铁炉渣和煤渣等骨料配置而成的半干硬性混凝土，经立式成型机成型、养护而成的一种新型墙体材料。⑸煤矸石空心砌块：以煤矸石无熟料水泥作胶结材料，用自然煤矸石作骨料，配制成半干性混凝土，经平模振动成型、蒸汽养护而成的一种新型墙体材料。⑹炭化石灰板：用磨细生石灰粉加入少量的玻璃纤维和水，拌成粘稠的混合物装到模型中，待石灰硬化后脱模干燥，再送入密闭窑内经二氧化碳气炭化，生成具有一定强度的炭化石灰板。具有自重轻、施工方便、可锯、可钉、可粘结的特点。⑺石膏板：用石膏、废纸浆纤维加粘结剂就适量的水，混合搅拌均匀倒入铺底纸的模型中刮平再碾压上一层表面纸，经硬化而制成的，板内留有许多微孔。⑻外墙外保温板：由水泥聚合物砂浆、玻璃纤维和阻燃型聚苯乙稀泡沫板等材料复合而成，具有集保温、防水、饰面等功能的新型外墙外保温材料。四、胶凝材料在建筑工程上，用来将散状材料（如砂、石）或块状材料（如砖、石块）粘结成整体的材料称为胶凝材料。它可分为有机和无机两大类，沥青及树脂属于有机类，无机胶凝材料根据其硬化条件又分为气硬性和水硬性两大类。分别简述如下：1.气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料是指只能在空气中硬化，也只能在空气中保持与发展其强度的材料。⑴石膏是以天然二水石膏（又称生石膏）或无水石膏（又称硬石膏），或以硫酸钙为主要成份的工业废料为原料，经煅烧后磨细而成的粉末状胶凝材料。建筑石膏是由二水石膏在107~170℃的温度下煅烧磨细而成，具有重量轻、强度高、导热性能低、防火性能好、表面光滑、成型尺寸准确、膨胀系数小等优点，但存有耐水性能差、受潮后颜色由白变黄、强度降低的缺点。石膏掺加轻质填料、纤维材料、防水材料、加气起泡、表面处理等措施，可以制成多种建筑材料，广泛用作各种高级花饰、隔热板、隔墙板、天棚板、外墙板、防水板及建筑零件等。⑵石灰是将以碳酸钙为主要成份的石灰石，在900℃以上高温下煅烧生成的，称生石灰；生石灰直接磨细称生石灰粉，加水消解则生成熟石灰，控制加水至石灰重量60~80%时生成熟石灰粉、过量加水熟化沉淀成膏状时称石灰膏。电石制乙炔产生的电石渣与熟石灰成份相同。生石灰熟化成熟石灰为放热反应，并伴随体积膨胀1~2.5倍，一公斤生石灰可生成1.5~3升熟化石灰膏。生石灰中常掺有过火石灰和欠火石灰，过火石灰熟化很慢，常在石灰硬化后熟化、膨胀，引起开裂或隆起，因此熟化时应“沉伏”两星期以上使其完全熟化；欠火石灰不能熟化应过筛滤去，降低利用率。磨细生石灰和石灰膏均可用于拌制砌筑或抹面砂浆，只是使用方法略有不同。熟石灰粉用于拌制石灰土（石灰＋粘土）和三合土（石灰＋粘土＋炉渣等）。石灰加入其他材料和进行不同工艺的加工可制成多种建筑石灰制品，如碳化石灰