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1、建筑材料与构造笔记第二十章 建 筑 材 料1、建筑工程的三大材料：水泥、钢材、木材。其费用常占建筑总造价的50%左右。2、建筑材料按化学组成分类：有机材料、无机材料、复合材料。3、建筑材料按使用功能分类：建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料、建筑器材。第一节 建筑材料的基本性质1、建筑材料的物理性质：（1）材料的密度、表观密度、堆积密度密度：材料在绝对密度状态下单位体积的重量。不包括孔隙体积，测定体积时需将材料磨成细粉，干燥后用李氏瓶测定。表观密度：材料在自然状态下单位体体积的质量。包含内部孔隙体积，通常指气干状态下的表观密度堆积密度：散粒材料（粉状或粒状）在堆积状态下单位体体积的质量。与材料
2、内部孔隙和颗粒之间的空隙都有关。（2）材料的孔隙率空隙率孔隙率：材料体积内空隙体积所占的比例。与空隙率相对应的是密实度，一般孔隙率越大，强度越低。空隙率：散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。在混凝土中，可作为控制砂石级配及计算混凝土砂率的依据。（3）材料的亲水性和憎水性材料能被水润湿的性质称为亲水性，不能被水润湿的性质称为憎水性，一般可按润湿边角的大小将材料分为亲水性材料（如混凝土、木材、砖等）和憎水性材料（如沥青、石蜡等）。（4）材料的吸水性和吸湿性吸水性：在水中能吸收水分的性质。工程用建筑材料一般采用质量吸水率。吸水
3、性与材料的亲水性、憎水性、孔隙率、孔隙特征有关。具有很多微小孔隙的亲水性材料吸水性特别强。吸湿性：材料吸收空气中水分的性质。常用含水率表示。含水率随空气湿度和环境温度变化而变化，与空气湿度平衡时称为平衡含水率。（5）材料的耐水性：材料长期在饱和水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质。采用软化系数表示。对于经常处于水中或受潮严重的重要结构物的材料，软化系数0.85；受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数0.75。（6）材料的抗渗性：材料抵抗压力水渗透的性质。一般用渗透系数k或抗渗等级Pn表示，n表示最大水压力的0.1Mpa的倍数。抗渗性是决定材料耐久性的主要因素。（7）抗冻性：材料在吸水饱和
4、状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度又不明显降低的性质，常用抗冻等级Fn表示。Fn指材料在经受n次冻融循环后，质量损失不超过5%，强度损失不超过25%时，抗冻性合格。孔隙率小及具有封闭孔的材料有较高的抗渗性和抗冻性；具有细微而连通的空隙对材料的抗渗性和抗冻性不利。抗冻性还包括抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用。抗冻性常作为考查材料耐久性的一项指标。（8）材料的导热性：材料传倒热量的性质。用导热系数表示。导热系数的因素：材料的组成与结构；孔隙率；孔隙特征；含水情况。2、建筑材料的力学性能强度与比强度强度是材料抵抗外力破坏的能力。强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。孔隙率越大
5、，强度越低。比强度是按单位重量计算的材料强度，等于材料的强度与其表观密度之比。弹性与塑性弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能完全恢复原来形状的性质。塑性：当外力去除后，材料仍保持变形后的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质。徐变：材料受到某一载荷的长期作用，其变形会随时间延长而增加。普通混凝土在长期载荷下会产生徐变。脆性与韧性脆性：材料在外力作用下，无明显变形而突然破坏的性质。具有这种性质的材料为脆性材料，如砖、石材、玻璃、陶瓷、铸铁等。韧性：材料在冲击或震动载荷下能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。钢材和木材等均属于韧性材料。3、建筑材料的耐久性材料在长期使用过程中，能保持
6、其原有性能而不变质、不破坏的性质统称材料的耐久性，受到物理作用、化学作用、生物作用等影响，是一种复杂、综合的性质。4、材料的结构微观结构：物质的原子、分子层次的微观结构。材料的结构可以分为晶体、玻璃体和胶体。晶体分为原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体。亚微观结构： 用光学显微镜所能观察的材料结构。宏观结构：用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。第二节 气硬性无机胶凝材料建筑上凡是经过一系列物理、化学作用，能将松散物质粘结成整体的材料为胶凝材料。无机胶凝材料按照硬化条件分为气硬性和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料可在空气和水
7、中硬化，并保持和继续发展强度，如水泥。1、石灰石灰的生产石灰的原材料是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰石、白云石、白垩/转自考易网/等。将石灰石在适当温度下煅烧，碳酸钙分解，释放二氧化碳，得到氧化钙。MgO含量5%为钙质生石灰，MgO5%为镁质生石灰。石灰的熟化：石灰使用前，一般先 加入水，使之消解为熟石灰，其主要成分为氢氧化钙。在熟化过程中，放出大量的热，而且体积增大1-2倍。石灰的硬化包括结晶作用和碳化作用两个同时进行的过程，是一个相当缓慢的过程。石灰的技术性质：生石灰熟化后形成的石灰浆具有良好的可塑性，用于配制建筑砂浆可显著提高砂浆的和易性；石灰不宜长期在潮湿环境中或有水的环境中使用
8、；石灰在使用过程中一般要掺入砂、麻刀等材料，可限制收缩，并节约石灰。石灰的应用：石灰乳涂料、石灰土、硅酸盐制品、碳化石灰板材等。建筑工程中所用石灰为建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。产品各项技术指标需达到相应要求，一项低于合格产品则为不合格产品。2、石膏石膏具有凝结、硬化速度快，导热性低、吸声性强等特点。石膏胶凝材料的生产原料是天然二水石膏CaSO4.2H2O，还有天然无水石膏等。生产石膏胶凝材料的主要工序是破碎、加热与磨细，生产原理是二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏。根据加热方式不同可得到型和型两种形态的半水石膏，建筑工程常用的是型半水石膏。建筑石膏的硬化机理：建筑石膏的凝结和硬化主
9、要是由于半水石膏与水相互作用还原成二水石膏。建筑石膏的技术性质：密度、品种、强度测试条件、产品标记、储存等。建筑石膏的应用：用装饰、保温绝热、吸声、阻燃等，石膏 具有长期徐/转自考易网/变的性质，在潮湿的环境中更严重，不宜用于承重结构。其他品种的石膏材料：高强度石膏；无水石膏水泥；高温煅烧石膏3、水玻璃水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细空隙而防止水渗透的作用，可涂刷于粘土砖及混凝土等制品表面，提高其表层密实度与抗风化能力。硬化后的水玻璃耐碱性差。4、菱苦土菱苦土地面保温性好，无噪声、不起灰、弹性良好、防火、耐磨，宜用于纺织车间及民用建筑等，但不适用于经常受潮、遇水和遭受酸类
10、侵蚀的地方。第三节 水 泥常用水泥主要品种有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。1、水泥基本组成熟料基本组成：主要包括硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AFC3S含量通常为50%左右。28天或一年后的强度，在四种矿物中最高。水化凝结时间正常，水化热较高。C2S在熟料中以型存在，含量为20%左右。-C2S水化热较小，水化较慢，在一年后强度可以超过C3S。C3A含量7-15%。水化迅速，放热量大，凝结时间很快，需加石膏作缓凝剂，防止水泥的急凝。硬化块，强度3天就发挥出来。C3A含量高的水泥浆体干缩变形大，抗
11、硫酸盐性能差。C4AF含量10-18%，水化速度介于C3A和C3S。C4AF抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好，水化热较C3A低。水泥混合材活性混合材：粒化高炉矿渣（化学成分主要为CaO、Al2O3、SiO2，含量达90%）、火山灰质混合材（分为天然和人工两类，天然的含有大量的酸性氧化物，SiO2+Al2O3含量占75-85%）/转自考易网/、粉煤灰（主要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，其中CaO10%为低钙粉煤灰，CaO15-30%为高钙粉煤灰）非活性混合材：磨细的石英砂、石灰石等石膏：用于水泥的石膏一般是二水石膏或无水石膏。2、水泥的水化硬化水泥加水拌合后，随着水化反应的进行
12、，水泥浆逐渐变稠失去流动性而具有一定的塑性强度，称为水泥的凝结。随着水化进程的推移，水泥浆凝固具有一定的机械强度并逐渐发展而成为坚固的水泥石，这过程称为硬化。硅酸盐水泥的水化硬化；矿渣水泥的水化硬化；火山灰水泥的水化硬化3、水泥品质的要求凝结时间：分为初凝和终凝初凝时间：水泥加水拌合始至标准稠度净浆开始，失去可塑性所经历的时间。终凝时间：浆体完全失去可塑性并开始产生强度所经历的时间国家标准规定：常用水泥的初凝时间不得早于45min；终凝时间硅酸盐水泥不得迟于6h30min，复合水泥不得迟于12h，其他品种不得迟于10h。一般要求混泥土搅拌、运输、浇捣应在初凝之前完成。因此初凝时间不宜过短；当施
13、工完毕则要求尽快硬化并具有强度，故终凝时间不宜过长。强度：由按质量计的一份水泥、三份中国ISO标准砂，用0.5的水灰比拌制的一组4cm4cm16cm塑性胶砂，在201水中养护，再测定3d和28d的强度。体积安定性：已硬化水泥石产生不均匀的体积变化现象。引起体积安定性的因素：过量f-CaO、过量f-MgO和过多石膏掺量。细度：水泥颗粒粒径越细，与水起反应得表面积越大，水化越快，其早期强度和后期强度都较高。水化热：水泥水化过程放出的热。水化热对大体积混凝土是有害的因素。水泥的水化放热量大部分在3-7d放出，以后逐渐减少，水化热和放热率为C3AC3SC4AFC2S水泥化学品质指标不溶物；烧失量；氧化
14、镁；SO3；碱含量抗蚀性：对水泥石耐久性有害的环境介质主要为：淡水，主要考虑Ca（OH）2的溶解；酸与酸性水；硫酸盐（硫酸钡除外）；含碱溶液二、常用水泥的基本特性与用途1、硅酸盐水泥与普通水泥：用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程；适用于要求早期强度高、凝结快的工程、有抗冻融要求和冬季施工的工程。不宜用于水工和海港工程、大体积混凝土工程。2、矿渣水泥：宜用于水工和海港工程、耐热混凝土工程。其抗冻性、抗渗性等均不及硅酸盐水泥与普通水泥。3、火山水泥：适宜地下或水下工程、适用于地面工程、宜用于浇筑大体积混凝土工程、宜蒸汽养护、不宜低温（冬季）施工。4、粉煤灰水泥：适宜承受载荷较迟的工程、适用大体积混凝土工程、适用于水工和海港工程。其抗碳化能力差，抗冻性较差。5、复合水泥：性能取决于其所掺两种混合材的种类、掺量及相对比列等。6、白色硅酸盐水泥：主要用于建筑物的内外装饰工程。第四节 混 凝 土普通混凝土的组成材料由胶凝材料将粗、细骨料胶结而成的固体材料为混凝土。按表观密度可分为重混凝土、普通混凝土、轻混凝土。普通混凝土是以水泥为胶结材料，以天然砂、石为骨料，加水拌合，经浇筑成型，凝结硬化形成的
