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1、建筑概论,Introduction to Architecture,主讲 郝志军,第三章 建筑材料,一、材料基本性质二、传统建筑工程材料三、近代建筑工程材料四、现代建筑工程材料五、建筑工程材料展望,本章学习 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下基础,本章的任务: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。,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。,2、在材料应用方面：根据工程要求
2、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；,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。,第一节.建筑材料概述,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
3、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。,第二 节 建筑材料的分类,按材料的化学成分分类1.无机材料(金属黑色与有色；非金属天然石材、烧结与熔融制品、胶凝材料、混凝土及砂浆等、硅酸盐制品)；2.有机材料（天然、合成的、沥青等）；3.复合材料（有机-无机等）。按功能分类1.结构材料2.功能材料按材料的产出方式分类1.天然材料2.产品材料,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
4、、建筑功能材料,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。常用木材、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。,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,表1建筑材料按
5、化学成分分类,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,(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、空心结构,第三节 材料基本性质,（一）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7、空心结构,（二）显维结构和微观结构,显维结构
6、 指借助光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、材料基本性质,（一）物理性质（基本状态参数）密度、表观密度（表观体积）、体积密度和堆积密度孔隙率与空隙率憎水性与亲水性,（二）力学性质强度抗压（拉、剪、弯）强度，MPa，比强度弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，能否恢复原来形状韧性与脆性硬度与耐磨性,(一)孔隙形成的原因（多类型）(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
7、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,（一）材料的孔隙,（一）材料的孔隙,(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)导热系数和热容减小 (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,（一）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
8、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 材料在自然状态下的体积 又由于P=(Vo V)/ Vo *100% =(1-V/Vo )*100% =(1-o/)*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)/V0 w 100% 式中： m2干燥状态下材料的质量, g m1水饱和状态下材料的质量,g w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,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
9、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： /o = m/V0式中 /o堆积密度（ g/cm3 ） m 材料的质量（g） V/o 材料的堆积体积（cm3）,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- /o / o)*100% P散粒材料的空隙率 /o散粒材料的堆积密度 o-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。常用润湿角表示。 亲水性材料 90 憎水性材料 90,2. 吸
10、 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 水 率,公式：W0=(m2-m1)/V0* w *100%式中：W0 -体积吸水率 m2材料在自然状态下的密度 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* o 一般来说孔隙率愈大,吸水率也愈大,吸水率增大对材料的性质有不良影响,如体积密度增加,体积膨胀,导热性增大,强度及抗冻性下降等.,(3) .水 饱 和 度,公式： KB=W0/P KB 水饱和度
11、 W0 材料的体积吸水率，% P材料的孔隙率，% KB可在01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,3、耐 水 性,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
12、、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。,4、抗 渗 性,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 数 (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,5、抗 冻 性,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）材料与热有关的性质,1、导热性材料传导热量的能力称为导
13、热性。其大小用热导率（）表示。 公式:=Q*a/A(t1-t2)Z 式中 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）,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(T2T1) 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） (T2T1) 材料受热或冷却前后的温差（K),影响导热系数的因数,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导热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减小而增大,则导热系数随体积密度的减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,(四)材料的力学性质,材料在外力作用下的变形性质 试验条件对强度结果的影响 强度标号与等级,1.材料在外力作用下的变形性质,弹性材料在外力的作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。 塑性材料在外力的作用下产生变形而不出现裂缝,并且外力停止后,不能自动恢复原来形状的性.遗留的变形称为塑性变形. 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性变形。,
