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1、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
2、材料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） 。2（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
3、率。吸水性与材料的亲水性、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）
4、抗冻性：材料在吸水饱和状态下，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
5、强度、抗弯强度和抗剪强度。孔隙率越大，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
6、的耐久性材料在长期使用过程中，能保持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、
7、水玻璃等。水硬性胶凝材料可在空气和水中硬化，3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
8、；石灰不宜长期在潮湿环境中或有水的环境中使用；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
9、半水石膏。建筑石膏的硬化机理：建筑石膏的凝结和硬化主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
10、车间及民用建筑等，但不适用于经常受潮、遇水和遭受酸类侵蚀的地方。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4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
11、，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 CaO90%或水中养护 28d 龄期，在一定条件下加压至破坏，以试件
12、单位面积承受的压力作为混凝土的抗压强度。分为 C7.5、C10、C15 、C20 、C25、C30、C35 、C40、C45 、C50、C55 和 C60 等十二个等级。试件尺寸越小，测得的抗压强度值越大。轴心抗压强度 比同截面的立方体抗压强度 要小，影响因素：水泥强度等级和水灰比、骨料、龄期、养护混凝土的抗拉强度：为抗压强度的 1/10-1/13。混凝土的变形：化学收缩；干缩湿胀；温度变形；受荷变形：弹塑性变形和徐变，混凝土不论是受压、受拉或受弯，均有徐变现象。混凝土耐久性：抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性的能力为耐久性。包括：混凝土的抗渗性；混凝土的抗冻性三、混凝土外加剂按主要功
13、能分：减水剂、引气剂、泡沫剂、早强剂、缓凝剂、阻锈剂、膨胀剂、速凝剂、防冻剂等。减水剂能使单位用水量减少，如木质素系减水剂掺量为水泥的 0.2-0.3%（减水率10-15%） ，/转自考易网/萘系减水剂掺量为 0.2-0.5%左右（15% ） ，树脂系减水剂掺量为 0.5-1.0（10-24%）四、混凝土配合比设计混凝土配合比设计主要是确定水泥、水、砂子与石子者四项基本组成材料用量之间的三个比例关系，即：水灰比、砂率、用水量。第五节 建 筑 砂 浆1、建筑砂浆由胶凝材料、细骨料、水等材料配制而成。主要用于砌筑砖石或建筑物的内外表面的抹面等。技术性质主要包括新拌砂浆的工作性（流动性和保水性） 、
14、抗压强度与强度等级（砂浆强度等级有 M15.0、M10.0、M7.5、M5.0、M2.5 五个等级） 、粘结力。第六节 墙体材料与屋面材料1、烧结类墙体材料中的烧结普通砖为无孔洞或孔洞率小于 15%的实心砖。有烧结粘土砖 N，烧结页岩砖 Y，烧结煤矸石砖 M，烧结粉煤灰砖 F。砖的标准尺寸为 240mm115 mm53 mm，每立方米砖砌体需砖 512 块。其强度为 10 块砖的抗压强度平均值，分为 MU30、MU25、MU20 、MU15 和 MU10 五个强度等级。2、烧结类墙体材料还包括烧结多空砖、空心砖、空心砌砖。3、非烧结类墙体材料包括蒸养砖（灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖） 、砌块（混凝
15、土小型空心砌砖、粉煤灰硅酸盐中型砌砖、蒸压加气混凝土砌砖） 、墙板（石膏板、纤维增强水泥平板、碳化石灰板、GRC 空心轻质墙板、混凝土空心墙板、钢丝网水泥芯板） 。4、屋面材料主要包括黏土砖、小青瓦、琉璃瓦、混凝土平瓦、石棉水泥瓦等。第七节 建 筑 钢 材1、钢的分类土木工程用钢材包括型钢、钢板、钢筋、钢丝等。按碳含量分：低碳钢（C0.6% ）按掺入合金含量：低合金钢（合金量10%）按品质分：普通钢、优质钢、高级钢按用途分：结构钢、工具钢、特殊钢土木工程上常用的是碳素钢中的低碳钢和低合金钢2、钢材的技术性质力学性能：抗拉性：低碳钢从受拉到断裂经历弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。冲击韧性：钢材抗
16、冲击载荷作用的能力。耐疲劳性：在交变载荷反复作用下，于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。硬度：钢材表面局部体积内，抵抗外物压入产生塑性变形的能力，是衡量钢材软硬程度的一个指标。工艺性能：包括冷弯性能、焊接性能化学成分的碳、硅、锰、磷、硫、氧、氮对钢材性能的影响3、钢材的冷加工强化、时效处理和焊接对土木工程用钢筋在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧，使之产生塑性变形，提高屈服强度，降低塑性和韧性。应变时效、自然时效、人工时效电弧焊、接触对焊4、建筑工程用钢、钢材的标准和选用土木工程结构用钢材低碳素钢：钢的牌号由代表屈服强度的字母、下屈服强度数值、质量等级符号、脱氧程度符号等四个部分组成，如 Q235-A.F。有 Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 ，牌号增加，强度和硬度增加，塑性和韧性和可加工性逐步降低。A 、B、C、D 级钢性能依次增强。同种钢，平炉钢和氧气转炉钢优于空气转炉钢；
