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1、土木工程材料 Civil engineering materials,前言,建筑材料是一切建筑工程的物质基础。建筑材料工业推动着建筑业的发展，是国民经济的重要基础工业之一。建筑材料是房屋建筑工程专业的一门专业基础课。本课程主要讲解建筑材料的品种、组成、性能与应用及技术标准、检验方法等知识。理论联系实际，重点突出水泥、普通混凝土及材料基本性质的基础上，广泛地介绍目前国内已有的各种建筑材料及发展中的新材料、新技术，合理选择建筑材料。尽量引用了最新技术标准和规范。,前言,目录,1.绪论 2.建筑材料的基本性质 3.气硬性胶凝材料 4.水泥 5.混凝土 6.建筑砂浆 7.砌筑材料 8.沥青及沥青混合物
2、 9.金属材料 10.木材及其制品 11.建筑功能材料 12.土木工程材料试验,绪论,一.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 结构材料：砖、石材、砌块、钢
3、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,二.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 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 罗马圆形剧场 （70-80 AC):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（1890-189
4、2）； 中国，1898 20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,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%； “十五”期间我国全社会固定资产投资总规模为2224万亿元。固定资产投资的6070将用于建筑设施建设或工程安装，从而转化为建筑业的产值，而建筑业产值中的3
5、040又要转化为对建材业的需求，尤其是对水泥产品的需求。2002年，我国共生产水泥约70000万吨，比2001年大幅增长了12. 7%，占世界产量的三分之一左右，超过亚洲产量的50%强。我国水泥行业，为我国 经济持续、快速发展做出了重要贡献。,2002年水泥产量的大幅度增长与我国持续快速稳定增长的宏观经济形势密切 相关。今年我国经济增长速度将达到 8，GDP将突破10万亿元大关。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 3.发展绿色建材,四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法 1.作用 1.1 为后续
6、课程的学习提供必要的知识 1.2 为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打下基础 2.任务 2.1 了解材料在建筑物上所起的作用和要求 2.2 了解常用材料的生产、成分和构造 2.3 掌握常用材料的技术性质， 以及影响材料性质的主要因素及其相互关系 2.4 掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格,2.5 熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术。 2.6 掌握常用材料的选用原则和方法。 2.7 掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材 料的施工注意事项 3.学习方法 3.1 重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能 常用材料水泥、砼、石灰、石膏、砂石、玻璃、钢材、木材、沥
7、青、高分子材料 主要的水泥、（混凝土）砼、钢材、砂石,每种材料：原料生产工艺组成成分构造性质应用检验储存以及它们之间的相互关系 重点：性质和应用， 质检的基本原理（引起材性变化的内因和外因） 3.2 学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、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 ASA- American Standard Association 美国标准
8、ASTM American Society for Testing Materials BS- British Standard 英国标准 DIN Deutsch Industrie Normen 德国标准 ISO-International Standard Organization 国际标准协会,3.2 重视学好试验 学习常用建筑材料的检验方法合格性判断和验收 对实验数据、试验结果进行分析判别 培养从事科学研究的能力,2019/9/14,22,第1章材料的基本性质,一、材料与质量有关的性质,材料的体积构成 体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。,材 料
9、 内 部 体 积 构 成,闭口孔隙（体积为Vb ）,开口孔隙 (体积为Vk),材料内部固体物质体积（V）,材料单位总体积V0 = V + VP （VP为材料孔隙总体积）（VP = Vb + Vk）,干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物 质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以 表 示。 一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得 到其体积。 实际工程中所使用的钢材、玻璃等材料一般情况下认为 是绝对密实状态。,绝对密实体积,一、材料与质量有关的性质,材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观 体积（含内部孔隙）。一般以V0 表示。 形状规则的材料可根据其尺寸计算其自然体 积；
10、形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然 后用排开液体的方法得到其自然体积。,材料的自然体积,一、材料与质量有关的性质,材料的堆积体积 定义：粉状或粒状材 料，在堆积状态下的 总体外观体积。 特征：松散堆积状态 下的体积较大，密实 堆积状态下的体积较 小。一般以 V1 表示。,一、材料与质量有关的性质,几种密度的比较,一、材料与质量有关的性质,二、材料的孔隙率和空隙率,孔隙对材料性能的影响,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。 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 计算砂率的依据。,二、材料的孔隙率和空隙率,孔隙率与空隙率的
11、区别,三、材料与水有关的性质,1、材料的亲水性与憎水性 与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性； 材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。,（）亲水性材料 （）憎水性材料,三、材料与水有关的性质,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 作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性 材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之 间的内聚力。,三、材料与水有关的性质,2、材料的吸水性 材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。 吸水性的大小以吸水率来表示。 （1） 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，
12、并以Wm表示。,三、材料与水有关的性质,（2） 体积吸水率 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WV表示。,三、材料与水有关的性质,（3）影响材料吸水性的因素 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔隙特征有关。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。,3、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。用含水率h表示,三、材料与水有关的性质,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，其含水率称为平衡含水率。,吸水率与含水率的区别
13、,三、材料与水有关的性质,4、 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。材料耐水性的指标用软化系数 KR表示： 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）。,三、材料与水有关的性质,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。,三、材料与水有关的性质,软化系
14、数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR0.85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。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 。,三、材料与水有关的性质,5、抗冻性 （1）抗冻性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。 （2）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，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力 增大，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。,三、材料与水有关的性质,（3）抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时
15、所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。 （4）材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200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。,三、材料与水有关的性质,影响抗冻性的因素 1、密实度（孔隙率） 密实度越高则其抗冻性越好。 2、孔隙特征 开口孔隙越多则其抗冻性越差。 3、材料的强度 强度越高则其抗冻性越好。 4、材料的耐水性 耐水性越好则其抗冻性也越好。 5、材料的吸水量大小 吸水量越大则其抗冻性越差。,三、材料与水有关的性质,6、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。用渗 透系数或抗渗等级表示。 （1）渗透系
16、数K : 式中：K渗透系数（cm / h）; Q渗水量（cm3 ）; A渗水面积(cm2)； H材料两侧的水压差（cm） d试件厚度 （cm）；t渗水时间 （h）。 材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。,三、材料与水有关的性质,（2） 抗渗等级 材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材 料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母 P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等 级。如P4、P6、P8、P10等，表示试件能承受逐步增 高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水压而 不渗透。,三、材料与水有关的性质,（3）影响材料抗渗性的因素 材料亲水性和憎水性 通常憎水性材料其抗渗性优 于亲水性材料； 材料的密实度 密实度高的材料其抗渗性
