建筑功能材料

1哈尔滨工业大学土木学院张松榆2绪论一、建筑材料的定义及按功能的分类(一)建筑材料的定义：定义一：建筑工程中用到的所有材料定义二：构成建筑物本身的材料(二)建筑材料的分类：1、按化学成分：无机材料金属材料非金属材料黑色金属有色金属烧土材料石材胶凝材料混凝土有机材料复合材料天然材料合成高分子材料沥青材料无机基复合材料有机基复合材料无机－有机基复合材料32．按使用功能分：结构材料围护及隔断材料保温材料声学材料(吸声及隔声材料)防水材料嵌缝及密封材料耐腐蚀防腐蚀材料耐磨材料防火耐火材料防辐射材料装饰材料生态功能材料(三)功能材料与建筑材料的关系：1、功能材料是建筑材料的一部分2、功能材料的品种多，作用大3、功能材料发展快，更新快4、功能材料的综合作用远超过普通建筑材料4二、建筑材料及建筑功能材料在人类生活中的地位及在建筑工程中的作用能源、信息、材料是人类社会现代文明的三大支柱，材料是一切技术发展的物质基础。也是人类社会发展的物质基础1、建筑功能材料的发展是现代建筑业迅速发展的重要因素.高效保温材料可以使墙体减薄，自重减轻，可建高层建筑物高效防水材料可以使施工方法简单，使建筑物的维修期延长。材料能源储存、转化利用信息系统设备建筑技术建筑材料提出要求促进和推动52、建筑功能材料与人们的生活休戚相关好的装饰材料可以使居住环境优美、清洁；良好的吸声材料可以使居住环境安静舒适；好的保温材料可以使室内温度适宜，又能节约能源；减薄了墙体可以使居住面积更加宽敞。长6米(外墙用61CM砖)宽4米(隔墙用37CM砖长6米(内隔墙用24CM砖)原墙体占用的面积为6×0.31+8×0.19+6×0.12=4.1M2现墙体占用的面积为6×0.13+8×0.09+6×0.09=2.04M2长6米(外墙用26CM复合墙体)宽4米隔墙隔用18CM墙板长6米(内隔墙用18CM板)如果使用新型的墙体材料：二者比较后者增加的面积为2.06M26三、建筑功能材料的发展趋势1、品种增多2、多种功能集于一种材料或者说一种材料有多种功能。如保温吸声材料板、防水保温屋面材料、防水装饰屋面，防火保温板、装饰保温板、保温承重墙、装饰吸声板等3、高性能材料不断出现：高保温、高吸声、高防火、高防水、高耐磨等4、充分利用地方资源生产功能材料------降低成本四、建筑功能材料课程学习目的、学习方法、学习任务及基本要求考试方法：平时成绩，专题报告，试卷综合评定7第0章建筑功能材料的基本性质0.1建筑功能材料的常用参数一、密度、体积密度、孔隙率(一)密度定义：材料在绝对密实状态下(不含任何孔隙)单位体积的质量计算公式：ρ=m/vg/cm3(二)体积密度：定义：材料在自然状态下单位体积的质量计算公式：ρ0=m’w/v0kg/m3或g/cm3m’w-—任意含水状态下材料的质量(kg或g)8(三)孔隙率1、孔隙率定义：材料内部所有孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率。表示方法：%100)1(00dpVVp2、开口孔隙率定义：材料内部开孔孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率。表示方法：%1001)'(000wswswkkVmmVVVVp93、闭口孔隙率定义：材料内部闭口孔隙的体积占材料在自然状态下体积的百分率。表示方法：KKPbbPPVVVVVp)(003、孔隙率对材料性能的影响(1)P↑：体积密度↓强度↓耐磨性↓耐水性↓(2)P↓：吸水性↑吸湿性↑吸声性↑保温性？抗冻性？体积密度↑耐磨性↑耐水性↑强度↑吸水性↓吸湿性↓吸声性↓保温性？抗冻性？(3)Pk↑：保温、抗冻性↓(4)Pb↑：保温、抗冻性↑100.2材料与水有关的性质(一)吸水性与吸湿性1、吸水性：是指材料在水中吸收水分的性质。表示方法：(1)质量吸水率Wm：材料在吸水饱和状态下，所吸水的质量占材料绝干质量的百分率。%100'%100mmmmmWswswm%1001'%100woswoswvVmmVVW(2)体积吸水率Wv：材料在吸水饱和状态下，吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率。质量吸水率和体积吸水率之间的关系：mwodvWW112、吸湿性(1)定义：材料在空气中吸收水蒸气的性质。(2)表示方法：含水率：指材料所含水的质量与材料绝干质量的百分比%100'''mmmmmww平衡含水率：材料吸湿或干燥至与空气湿度相平衡时的含水率。3、含水对材料性质的影响材料吸水或吸湿后，强度下降，体积密度和导热性增加，材料的保温性、吸声性下降，抗冻性下降，耐腐蚀性下降。12(二)耐水性1、定义：材料长期在饱和水的作用下，保持其原有性质的能力。2、表示方法：软化系数Kp，dswpffKKp≥0.85耐水性材料Kp≥0.75可用于潮湿环境中。(三)抗冻性：1、定义：材料在饱和水作用下，抵抗冻融循环作用，保持其原有性质的能力。2、表示方法：(1)抗冻标号Fnn=25,50,75……300等(2)耐快速冻融循环次数：3、影响材料抗冻性的因素：主要是材料的组成结构，重点是材料的孔隙率和孔隙状态和材料的饱水程度—材料的开放孔隙越多，饱水程度越大，抗冻性越差。13pwsVVKPPPWVVVVKkvpkpsws对于受冻材料，吸水饱和状态是最不利的状态，因其水饱和度Ks最大。可以用下述关系式来估计或粗略评价多数材料抗冻性的好坏。水饱和度Ks：141、含水率为10%的500g湿砂，其中干砂的质量为多少克?•材料含水时对材料的性质有何影响?2、某岩石在气于、绝于、吸水饱和情况下测得的抗压强度分别为172、178、168MPa。求该岩石的软化系数，并指出该岩石可否用于水池的内壁?3、现有一块53×115×240mm的墙砖，气干质量为2570g，其吸水饱和后的质量为2900g，将其烘干后的质量为2550g。将此砖磨细烘干后取50g，其排开水的体积为18.62cm3。求此砖的体积吸水率、质量吸水率、含水率、体积密度、孔隙率及开口孔隙率，并估计其抗冻性如何？4、现有甲、乙两相同组成的墙砖，密度为2.7g/cm3。甲墙砖的绝干体积密度为1400kg/m3，质量吸水率为17%；乙材料吸水饱和后的体积密度为1862kg／m3，体积吸水率为46.2%。试求：(1)甲墙砖的孔隙率和体积吸水率?(2)乙墙砖的绝干体积密度和孔隙率?(3)评价甲、乙两墙砖。指出哪种材料更宜作为外墙材料。为什么?15第一章建筑节能及建筑绝热保温材料1.1建筑节能1.1.1节约能源迫在眉睫•2006年发布《中国节能技术政策大纲》。在大纲中指出：能源是人类赖以生存的物质基础。•我国的基本国情：人均能源资源占有量少、国内保障程度低，从长远和总量上看能源供给不足。•我国能源资源的相对含量：总量较为丰富，人均量极少。煤炭、石油、天然气人均剩余可采储量分别只有世界平均水平的58.6%、7.69%和7.05%。1.1.2建筑节能•建筑节能含义的三个发展阶段：•第一阶段：就叫“建筑节能”（Energyefficiencyinbuildings）；•第二阶段叫“在建筑中保持能源”（Energyconservationinbuildings），意思是减少建筑中能源的散失；•第三阶段(近来)称为“提高建筑中的能源利用效率”。也就是说，建筑节能并不是消极意义上的节省，而是从积极意义上提高利用效率。161.1.2.1我国建筑能耗的特点•(1)建筑能耗约占社会总能耗的1/3我国建筑能耗的总量逐年上升，上世纪70年代末是10%，近几年是27.45%。最终还将上升至35％•(2)高耗能建筑比例大，加剧能源危机北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨，直接经济损失达70亿元，多排二氧化碳52万吨。到2020年，我国建筑耗能将达到1089亿吨标准煤；空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷发电能力。我国单位建筑面积采暖能耗是发达国家标准的3倍以上，•(3)建筑能耗较大的原因。技术落后，供暖设计不科学，管理不当，采暖收费不合理，缺乏节能意识等。尤其突出的表现在过分强调降低建筑物的一次性投资和对某些建材制品的要求不严，结果节省了一次性投资，却造成了长久的能源浪费，得不偿失。如不采取坚决有效的措施来控制建筑能耗的浪费，用不了多久，我们就会受到大自然的惩罚。171.1.2.2外国建筑节能的措施•美国联邦政府1998年用于建筑节能研发的费用达9740万美元。具体项目有真空超级隔热围护结构，无机高效泡沫隔热保温材料，先进的充气多层窗，低发射率和热反射窗玻璃，耐久反射涂层，先进的蓄热材料，屋顶光伏电池板，热水、采暖、空调热泵系统，先进照明技术，阳光集光和分配系统，燃料电池、微型燃气轮机等分散式发电技术，可按需调节能源，水供应和空调的智能控制系统。这些高新技术的推出使得美国的建筑节能有了很强的技术支持。•美国联邦政府1999年13123号总统行政令规定：2005年，所有联邦机构建筑的单位面积能耗，应比1985年减少30％，到2010年要减少35％；新建建筑必须达到联邦或当地能源性能标准；联邦机构必须采购有“能源之星”标识的用能产品，或能效在同类产品中领先的25％范围内的产品；到2010年，联邦建筑应安装2万套太阳能系统；每个机构必须有一幢节能示范建筑，一年内新建5幢以上建筑的，要有一幢节能示范建筑。建筑节能从政府机构做起，促进全国的建筑节能。18•德国能源匮乏．石油几乎100％进口，天然气80％进口。节约能源和保护环境是德国政府开发利用能源的一贯政策。由于纬度较高，德国冬季较长，建筑供暖能耗．能成为德国政府着力解决的一个关键领域。德国《能源节约法》于2002年2月生效，按照新法规，建筑的允许能耗要比2002年前的能耗水平下降30％左右。德国建筑保温节能技术新规范的一大特点，是从控制单项建筑维护结构(如外墙、外窗和屋顶)的最低保温隔热指标，转化为控制建筑物的实际能耗。建筑的总能耗包括供暖、通风和热水供应。德国还有大批老建筑，新法规鼓励企业和个人对老建筑进行现代化的节能技术改造，并实行强制报废措施。•英国政府从1986年开始制订国家节能计划，将建筑节能由低到高分为10个等级。该计划执行的初期遇到的最大障碍是开发商和建造商因节能而增加住宅的造价，从而影响普通购房者，尤其是低收入家庭的购房。但是这部分增加的造价，换来的却是长远的经济效益。按新标准设计的节能型建筑比传统建筑在能量消耗上的花销要减少75％。政府在强制执行节能计划时，一方面考虑不同阶层购房者的心态，另一方面强调就地取材解决节能材料，减少运输费用，尽可能降低建筑成本。191.1.3我国的建筑节能目标总体目标：到2013年末5年内的建筑节能目标：实现节约1.1亿吨标准煤节能计划：以1981年颁布的建筑设计规范为基准，1988年节能30%，1998年节能50%，2008年开始节能65%。如：北京市1981年每平方米采暖面积一个采暖季烧标准煤25公斤为100%；第一步：1988年的设计标准为节能30%，规定为17.5公斤。第二步：1998年的设计标准为节能50%，每平方米采暖的煤耗降低到12.5公斤以下。2008年实施的第三步节能达到65%，平方米采暖的煤耗降低到8.75公斤。所谓节能65%是与以前实行的建筑设计规范相对照，耗能要降低65%。201.1.4建筑节能的主要途径(1)门窗的保温隔热。在建筑围护结构中，与墙体、屋面相比，门窗的保温隔热能力较差。我们可以通过提高门窗的气密性，采用适当的窗墙面积比，增加窗玻璃层数，采用百叶窗帘、窗板等措施来提高门窗的保温隔热性能。(2)墙体的保温隔热：加气混凝土砌块。也可以采用复合墙体的形式，如内保温复合墙体、外保温复合墙体、夹芯复合墙体等。但内保温复合墙体由于热桥对保温的影响较大，国家已经开始限制使用内保温复合墙体使用。而且从长远来看，外墙外保温的效果明显高于内保温。由于复合墙体能满足围护结构各种功能的要求，因此这种采用高效保温材料与砖砌的复合墙体，有着更多的优越性。(3)屋面的保温隔热:我们可以采用高效保温材料作为屋面的保温层，也可采用架空型保温屋面或倒置式屋面等