上课2---建筑材料

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1、建筑工程材料,第一节 概述,一 建筑材料的定义：建筑材料是指用于土木建筑结构物的所有材料的总称，是建筑物与构筑物的重要物质基础。,二.建筑材料的分类用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工程材料。 1.按化学成分分类： 1.1 无机材料：金属材料：黑色金属材料钢、铁有色金属材料铝、铜、 合金非金属材料：天然石材大理石、花岗石、陶瓷和玻璃砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃无机胶凝材料石灰、石膏、水玻璃砂浆、混凝土水泥、砂浆、混凝土,1.2 有机材料： 木材、沥青、塑料、涂料、油漆,1.3 复合材料：金属与非金属复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机与无机复合玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土,2. 按用途分类 结构

2、材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土 防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、 聚乙烯胶泥 饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、 彩色混凝土 吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、 膨胀珍珠岩 绝热材料: 塑料、橡胶、泡沫混凝土 卫生工程材料：金属管道、塑料、陶瓷,三. 建筑材料在国民经济中的地位和作用 1.建筑材料是发展建筑业的物质基础材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%； 建筑材料工业在国民经济建设中意义重大 2.必须恰当选择和合理使用原材料材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量,四.建筑材料的发展： 随生产力发展而发展 原始时代天然材料：木材、岩石、竹、粘土 石器、铁器时代

3、金字塔（2000-3000 BC)：石材、石灰、石膏万里长城 （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫 ：石材、石灰砂浆罗马园剧场 ：石材、石灰砂浆18世纪中叶钢材、水泥 (J.Aspdin,1824）19世纪钢筋混凝土（1890-1892）；中国，189820世纪预应力混凝土、高分子材料21世纪轻质、高强、节能、高性能绿色建材,胡夫金字塔，高146.59m, 底部232m建方，用 230多万块、每块重2.5T的岩石砌成，,万里长城 （200 BC):条石、大砖、石灰砂浆,布达拉宫 ：石材、石灰砂浆,罗 马斗兽场 （70-80 AC):石材、石灰砂浆,建筑料的技术标准:国家标准、行业标

4、准、企业标准 GB-国家标准 GBJ-建筑工程国家标准 JGJ-建设部行业标准 JC-国家建材局行业标准 YB-冶金部行业标准 JTJ-交通部行业标准 SD-水电行业标准 ZB-国家级专业标准 例：国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB175-1999 标准名称部门代号编号批准年份,五、 建筑材料的基本性质 建筑工程材料的基本性质，是指材料处于不同的使用条件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。因为建筑材料所处建（构）筑物的部位不同、使用环境不同、人们对材料的使用功能要求不同，所起的作用就不同，要求的性质也就有所不同。,材料的物理性质 1. 材料的密度 材料的密度是指材料在绝对密实

5、状态下单位体积的质量，按下式计算：=m/v 式中：密度, g/cm3 或 kg/m3 m材料的质量，g 或 kg V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 测试时，材料必须是绝对干燥状态。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积。,2. 材料的表观密度（体积密度）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, g/cm3 或 kg/m3 m 材料的质量，g 或 kg V0材料的表观体积，cm3 或 m3,材料的表观体积是指包括内部孔隙在内的体积。因为大多数材料的表观体积中包含有内部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影响其总质量

6、（有时还影响其表观体积）。因此，材料的表观密度除了与其微观结构和组成有关外，还与其内部构成状态及含水状态有关,3. 材料的堆积密度 堆积密度是指粉状或粒状材料，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/cm3 或 kg/m3 m 材料的质量，g 或 kg V0，材料的堆积体积，cm3 或 m3,粉状或粒状材料的质量是指填充在一定容器内的材料质量，其堆积体积是指所用容器的容积而言。因此，材料的堆积体积包含了颗粒之间的空隙。在建筑工程中，计算材料用量、构件的自重，配料计算以及确定堆放空间时经常要用到材料的密度、表观密度和堆积密度等数据。,4 . 材料的密实度 密实

7、度是指材料体积内被固体物质充实的程度。密实度的计算式如下：对于绝对密实材料， 因 0 = ，故密实度D =1 或 100%。对于大多数建筑工程材料， 因 0 ，故密实度D 1 或 D 100%。 密度；0材料的表观密度,5. 孔隙率 材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率P按下式计算：V材料的绝对密实体积，cm3 或 m3 V0材料的表观体积，cm3 或 m3 0材料的表观密度, g/cm3 或 kg/m3 密度, g/cm3 或 kg/m3,6. 空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆集体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空隙率P， 按下式计算： 0材料的表观密度;0，

8、材料的堆积密度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。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。,材料与水有关的性质一. 材料的亲水性与憎水性 与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。 材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子亲合力，大于水分子本身之间的内聚力；反之，憎水性材料与水分子之间的亲合力，小于水分子本身之间的内聚力。,工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角

9、愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角 时，为亲水性材料；当材料的润湿角 时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中，见图,图1 材料润湿示意图 （）亲水性材料；（）憎水性材料,二.材料的吸水性 材料能吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。 质量吸水率 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以m 表示。质量吸水率m 的计算公式为：,式中 mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg） mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。,体积吸水

10、率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以W表示。体积吸水率W的计算公式为：,式中 mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg） mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。 V0 材料在自然状态下的体积，（cm3 或 m3） w 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常温下取 w =1.0 g/cm3,材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。,三. 材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的

11、水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。,材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：,式中 ms材料吸湿状态下的质量（或kg） mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。,显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。,四. 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水

12、性的指标是材料的软化系数KR：,式中 KR 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。 fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）,软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。,材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将0.8的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。

13、用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75 。,五. 材料的抗渗性 抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。,6. 抗冻性 材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨涨所产生的冻胀压力造成材料的内应力，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。 抗冻性

14、是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。,抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。 材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。,材料的力学性质 1.材料的强度 材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下，材料内部的应力多由外力（或荷载）作用而引起，随着外力增加，应力也随之增大，直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限，即强度极

15、限，材料发生破坏。在工程上，通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上，施加外力（荷载）直至破坏，根据试件尺寸和破坏时的荷载值，计算材料的强度。,根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。材料的抗拉、抗压、抗剪强度的计算式如下：,式中 f-材料强度， MPa Fmax-材料破坏时的最大荷载，N A-试件受力面积，mm2,2. 弹性和塑性 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称为弹性。这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。材料在外力作用下产生变形，如果外力取消后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。,3. 脆性和韧性 材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的另一特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时，应注意发挥这类材料的特性。,材料的热工性质 导热性 当材料两面存在温度差时，热量从材料一面通过材料传导至另一面的性质，称为材料的导热性。,