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1、建筑材料 第一章建筑材料概述 建筑材料的分类及发展趋势 建筑材料的分类按材料的化学成分分类按材料在建筑物中的功能分类按使用部位分类按来源分类无论按什么方式分 建筑材料应同时满足两个基本要求 技术性能要求和经久耐用 按化学组成分类 建筑材料 金属材料 非金属材料 植物材料 无机非金属材料与有机材料复合 黑色金属 有色金属 天然石材 烧土制品 胶凝材料 金属材料与无机非金属材料复合 金属材料与有机材料复合 无机材料 有机材料 复合材料 钢 铁 不锈钢 铝 铜及其合金 混凝土类 熔融制品 毛石 料石 烧结砖 瓦 陶瓷 石灰 石膏 各种水泥 混凝土 砂浆 玻璃 铸石 岩棉 沥青材料 高分子材料 按功能
2、分类 结构材料 功能材料 墙体材料 构成梁 板 柱等承重系统材料 混凝土 砖 钢材 石材 构成建筑物或构筑物承重或非承重墙体材料 砖 砌块 墙板 不用于承重但具有某种特殊功能的材料 装饰材料 光学材料 声学材料 保温隔热材料 按使用部位分类 基础材料 毛石 料石 混凝土结构材料 砖 石 木材 混凝土等墙体材料 墙板 砖 石等屋面材料 沥青材料 膨胀珍珠岩等地面材料 地砖 混凝土 水磨石等饰面材料 玻璃 铝合金等其他 按材料来源分类 天然材料人工材料 万里长城 胡夫金字塔 上海金茂大厦 三峡大坝 建筑材料的发展趋势 建筑材料的发展趋势是 减少结构尺寸 降低结构自重具有多功能性高强适应于机械化施工
3、 建筑材料的技术标准中国技术标准国家标准 GB行业标准 建工行业标准 JG 建材行业标准 JC 交通行业标准 JT 地方标准 DB企业标准 QB例 GB175 2007 普通硅酸盐水泥 标准代号编号批准年份标准名称 外国技术标准国际标准 ISO InternationalStandardOrganization 美国国家标准 ANS AmericanNationalStandard美国材料与试验学会标准 ASTM AmericanSocietyforTestingandMaterials 英国标准 BS BritishStandard 学习方法着重学好主要内容 材料的技术性质和应用 原料 生产
4、 组成 构造 性质 应用 检验 运输 验收 储存 第二节建筑材料的基本性质 本节内容 与质量有关的性质与水有关的性质与热有关的性质 一 与质量有关的性质 一 密度1 密度2 表观密度3 堆积密度 二 材料的密实度与孔隙率1 密实度2 孔隙率 三 材料的填充率与空隙率1 填充率2 空隙率 二 与水有关的性质 一 亲水性与憎水性 二 吸湿性与吸水性 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 三 与热有关的性质 一 导热性 二 热容量 三 热变形性 一 密度 定义 1 密度是指材料在绝对密实状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 材料的密度 g cm3 m 材料的质量 干燥至恒重 g V 材料在绝对密实状态下
5、不含任何孔 的体积 cm3 一 与质量有关的性质 一 密度 密度测定方法在测定有孔隙材料 如砖 石等 的密度时 应把材料磨成细粉 干燥后 用李氏瓶测定其绝对密实体积 材料磨得越细 测得的密实体积数值就越精确 相对密度相对密度又称比重 是用材料的质量与同体积水 4 的质量的比值表示 无单位 一 密度 定义 2 表观密度是指材料在自然状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 0 材料的表观密度 kg m3或g cm3 m 材料的质量 kg或g V0 材料在自然状态下 含内部所有孔 体积 m3或cm3 注 同种材料 由于含水状态不同 而有不同的表观密度值 a 材料的自然体积构成材料的体积构成 一 密
6、度 定义 3 堆积密度是指散粒材料 如粉状 颗粒状材料等 在堆积状态下 单位体积的质量 按下式计算 式中 0 材料的堆积密度 g m3 m 材料的质量 kg V0 材料的堆积体积 m3 a 材料的堆放体积构成材料的体积构成 几种密度的比较 几种密度的测定方法比较 附表1 1 常用建筑材料的密度 表观密度与堆积密度 二 材料的密实度与孔隙率 定义 1 密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度 即材料的密实体积与总体积之比 按下式计算 二 材料的密实度与孔隙率 定义 1 孔隙率是指材料体积内孔隙体积所占的比例 即材料的密实体积与总体积之比 按下式计算 孔隙特征a 孔尺寸 细孔 微孔 大孔b 连通性
7、 连通孔 孤立孔c 孔种类 开口孔 闭口孔孔隙率 或密实度 孔隙特征在工程中的作用 a 影响材料的性质b 通过改变孔隙率和孔物征改善材料性能 三 材料的填充率与空隙率 定义 1 填充率是指散粒材料在堆积状态下被固体颗粒所填充的程度 按下式计算 三 材料的填充率与空隙率 定义 2 空隙率是指散粒状材料在堆积体积状态中 颗粒之间的空隙体积所占的比例 按下式计算 孔隙率与空隙率的比较 二 与水有关的性质 一 亲水性与憎水性 二 吸湿性与吸水性 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 一 亲水性与憎水性 亲水性材料是指当润湿边角 90 时 水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子间的相互吸引力 这种材料称为亲水性材
8、料 例 水泥制品 玻璃 陶瓷 金属材料 石材等无机材料和部分木材 憎水性材料是指当润湿边角 90 时 水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子间的吸引力 则材料表面不会表面不会被水浸润 这种材料称为憎水性材料 例 沥青 油漆 塑料 防水油膏等 润湿边角 指气 液 固三相的交点沿液面切线与固相和液相相接触的方向所成的夹角 在亲水性材料表面涂刷憎水性材料可达到防水的目的如 屋面涂刷防水涂料和家具表面刷油漆 二 吸水性与吸湿性 绝干 气干 饱和面干 湿润 材料含水状态 二 吸水性与吸湿性 二 吸水性与吸湿性 1 吸水性是指材料在水中吸入水分的能力 材料吸水性的大小用吸水率表示 吸水率是指材料中所含水的
9、质量与绝干状态下材料的质量之比 吸水率按下式计算 式中 材料的吸水率 m0 材料在绝干状态下的质量 g m1 材料含水状态下的质量 g 二 吸水性与吸湿性 2 吸湿性是指材料在空气中吸入水分的能力 材料吸湿性的大小用含水率表示 含水率是指材料中所含水的质量与绝干状态下材料的质量之比 含水率按下式计算 式中 材料的含水率 m0 材料在绝干状态下的质量 g m1 材料潮湿状态下的质量 g 吸水率与含水率的比较 材料的吸水率与孔隙率有关 更与孔隙特征有关 因为水分是通过材料是通过开口孔吸入病通过连通孔渗入到内部的 材料的吸湿性因素 除材料自身性质外还与环境的温湿度有关 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 1
10、 耐水性是指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能 材料的耐水性用软化系数表示 软化系数按下式计算 耐水材料是指软化系数大于0 80的材料 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 2 抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质 用渗透系数或抗渗等级表示 渗透系数Ks按式计算 式中KS 渗透系数 cm h Q 透水量 cm3 d 试件厚度 cm A 透水面积 cm2 t 时间 h H 水头高度 水压 cm 渗透系数Ks越小 抗渗性就越强 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 对于混凝土 抗渗性常用抗渗等级P表示 共有P4 P6 P8 P10 P12 表示混凝土能抵抗0 4Mpa 0 6Mpa 0 8Mpa 1
11、 0Mpa 1 2Mpa的静水压力而不渗漏 影响抗渗性的因素 3 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 强度又不显著降低的性质 常用抗冻等级Fn表示 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 抗冻等级也是衡量材料耐久性的指标 混凝土的抗冻等级以符号F表示 后面带一表示可经受冻融循环次数的数字 记为F10 F15 F25 F100等 如 F15表示所能承受的最大冻融循环 在 15 的温度下冻结后 再在20 的水中融化 为一次冻融循环 次数不少于15次 这时强度损失率不超过25 质量损失不超过5 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 抗冻性影响因素强度材料强度越高 抗冻性越好 孔隙特征开口孔隙越多材
12、料的抗冻性能越差 冻融循环对材料的损害材料表面将出现裂纹 剥落等现象 造成重量损失 强度降低 原因 材料内部孔隙中的水分结冰时体积增大对孔壁产生很大的压力 冰融化时压力又骤然消失所致 孔隙大小封闭大孔材料的抗冻性较小孔材料的抗冻性好 因材料孔隙中有一定的空间 可缓解冰冻的破坏作用 材料的耐水性耐水性越好 抗冻性越强 材料的吸水量大小材料吸入的水量越大 抗冻性就越差 三 耐水性 抗渗性和抗冻性 三 与热有关的性质 一 导热性 二 热容量 三 热变形性 一 导热性 导热性是指材料传递热量的能力 材料的导热能力用导热系数 表示 导热系数的物理意义在稳定传热条件下 当材料层单位厚度内的温差为1 时 在
13、1h内通过1m2表面积的热量 绝热材料通常将导热系数 0 175W m K的材料称为绝热材料 一 导热性 影响材料导热系数的因素有 1 材料组成金属材料最大 无机非金属材料次之 有机材料最小 2 孔隙率 3 孔隙特征孔径 孔隙间连通 4 含水率由于水的导热系数 0 58W m K 远大于空气 所以材料含水率增加后其导热系数将明显增加 若受冻 冰 能力该系数更大 混凝土 砂浆 普通烧结砖和泡沫塑料的导热系数分别为1 80 0 55 0 03 W m k 混凝土结构中常用烧结砖做填充墙 砖表面泡沫塑料面层处理 增强保温效果 已测得陶粒混凝土的 0 35W m K 而普通混凝土的 1 40W m K
14、 若在传热面积为0 4m2 温差为20 传热时间为1小时的情况下 请问要使水泥混凝土墙与厚20cm的陶粒混凝土墙所传导的热量相等 则水泥混凝土墙需要多厚 二 热容量 热容量是指材料受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 热容量的大小用比热容C表示 单位为kJ kg K 式中Q 材料吸收或放出的热量 kJ m 材料的质量 kg T2 T1 材料受热或冷却前后的温差 K 对建筑物内部温度稳定有很大意义 三 热变形性 材料的热变形性是指材料在温度变化时其尺寸的变化常用长度方向变化的线膨胀系数表示 第三节建筑材料的力学性质 材料力学性能 一 强度与比强度 二 弹性和塑性 三 脆性和韧性 四 硬度和耐磨性
15、 应力与应变的概念 应力 作用于材料单位面积上的力 应变 沿外力作用方向上 单位长度所发生的变形 一 强度与比强度 1 强度是指材料抵抗外力 荷载 破坏的能力 不同材料的破坏可能出现两种情况 1 应力达到一定值时出现较大的不可恢复变形而导致破坏 如钢材的屈服 2 应力达到其极限值而出现断裂 几乎所有的脆性材料都属于这种 类型抗压强度 抗拉强度 抗弯强度及抗剪强度 一 强度与比强度 抗压 抗拉及抗剪强度按下式计算 式中 f 材料强度 MPa P 破坏时最大荷载 N F 受力截面面积 mm2 一 强度与比强度 抗弯强度 中央集中荷载 按下式计算 式中 fm 材料抗弯强度 MPa P 材料所受的荷载
16、 N L 两支点间距离 mm b 试件截面的宽度 mm h 试件截面高度 mm 一 强度与比强度 抗弯强度 两个集中荷载 按下式计算 式中 fm 材料抗弯强度 MPa P 材料所受的荷载 N L 两支点间距离 mm b 试件截面的宽度 mm h 试件截面高度 mm 常用材料强度 一 强度与比强度 2 比强度比强度是指材料强度与其表观密度之比 它是评价材料轻质高强的指标 下表列出常见几种建筑材料的比强度 二 弹性和塑性 1 弹性是指材料在外力作用下产生变形 当外力取消后 能够完全恢复原来形状的性质 这种可完全恢复的变形称为弹性变形 见图 二 弹性和塑性 弹性模量E弹性变形的变形量与对应的应力大小成正比 其比例系数用弹性模量E来表示 按下式计算 式中 材料所受的应力 MPa 材料在应力 作用下产生的应变 无单位 弹性模量越大 材料在荷载作用下越不易变形 二 弹性和塑性 2 塑性是指在外力作用下材料产生变形 不破坏 当外力取消后 仍保持变形后的形状和尺寸的性质 这种不能恢复的变形称为塑性变形 右图 二 弹性和塑性 钢材受力变形在受力不大的情况下 表现为弹性变形 但受力超过一定限度后 则表现为
