1、 第一章 建筑材料緒論建筑材料指建筑結(jié)構(gòu)物中使用的各種材料及制品。建筑材料是建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。 一、建筑材料在建筑工程中的地位建筑材料是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。對建筑材料的基本要求是： （1）必須具備足夠的強(qiáng)度，能安全地承受設(shè)計(jì)荷載； （2）材料自身的質(zhì)量以輕為宜，以減小建筑下部結(jié)構(gòu)和地基的負(fù)荷； （3）具有與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性，以減小維修費(fèi)用； （4）具有一定的裝飾性，美化建筑；（5）具有相應(yīng)的功能性，如隔熱、防水，隔聲等。建筑材料費(fèi)用一般占建筑總造價(jià)的50%左右，有的高達(dá)70%。二、建筑材料的分類（1）建筑材料按化學(xué)成分可分為有機(jī)材料、無機(jī)材料和復(fù)合材料三大類：無機(jī)材料：金屬材料：黑

2、色金屬：鋼、鐵、不銹鋼等；有色金屬：鋁、銅等及其合金非金屬材料：天然石材：花崗石、大理石、石灰石等燒土制品：磚、瓦、陶瓷、玻璃等無機(jī)膠凝材料：石膏、石灰、水泥、水玻璃等砂漿、混凝土及硅酸檢制品植物材料：木材、竹材等有機(jī)材料：瀝青材料：石由瀝青、煤瀝青、瀝青制品高分子材料：塑料、涂料、膠粘劑、合成橡膠勻復(fù)合材料：金屬與無機(jī)非金屬復(fù)合一一一如鋼纖維增強(qiáng)混凝土等有機(jī)與無機(jī)非金屬復(fù)合一一如聚合物混凝土、瀝青混凝土、玻璃鋼等金屬與有機(jī)復(fù)合輕質(zhì)金屬夾心板（2）按在建筑物中的功能分為承重和非承重材料、保溫和隔熱材料、吸聲和隔聲材料、防水材料、裝飾材料等。（3）按用途分為結(jié)構(gòu)材料、墻體材料、屋面材料、地面材料

3、、飾面材料，以及其他用途的材料等。三、建筑材料的發(fā)展趨勢建筑材料是隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐步發(fā)展起來的。建筑材料的發(fā) 展趨勢是：（1）研制高性能材料。例如研制輕質(zhì)、高強(qiáng)、高耐久性、優(yōu)異裝飾性和多功能的材 料，以及充分利用和發(fā)揮各種材料的特性，采用復(fù)合技術(shù)制造出具有特殊功能的復(fù)合 .材料。（2）充分利用地方材料。大力開發(fā)利用工業(yè)廢渣作為建筑材料的資源，以保護(hù)自然資 源和維護(hù)生態(tài)環(huán)境的平衡。（3）節(jié)約能源。優(yōu)先開發(fā)、生產(chǎn)低能耗的建筑材料以及降低建筑使用能耗的節(jié)能型建筑材料。（4）提高經(jīng)濟(jì)效益。大力發(fā)展和使用不僅能給建筑物帶來優(yōu)良的技術(shù)效果，還同時(shí)具有良好經(jīng)濟(jì)效益的建筑材料。四、建筑材

4、料的標(biāo)準(zhǔn)化我國標(biāo)準(zhǔn)分為四級：國家標(biāo)準(zhǔn)（GB）部標(biāo)準(zhǔn)（JC、JG）地方標(biāo)準(zhǔn)（DB）企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（QB）國際標(biāo)準(zhǔn)ISO；美國材料試驗(yàn)學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)ASTM；日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一JIS；德國 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN；英國標(biāo)準(zhǔn)BS；法國標(biāo)準(zhǔn)NF等。例如建筑水磨石制品JC507-93，部門代號為JC，表示建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，編號為507，批準(zhǔn)年份為1993年。第一節(jié) 建筑材料的基本性質(zhì)本節(jié)主要介紹建筑材料各種基本性質(zhì)的概念、表示方法及有關(guān)的影響因素。通過學(xué) 習(xí)，掌握表示材料性質(zhì)的術(shù)語，能較熟練地運(yùn)用。一、材料的組成與結(jié)構(gòu)（一）材料的組成材料的組成不僅影響材料的化學(xué)性質(zhì)，也是決定材料物理、力學(xué)性質(zhì)的重要因素。 1.化學(xué)組成化學(xué)組成是指

5、構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類和數(shù)量。如水泥的化學(xué)組成： CaO 62%67%、SiO2 20%24%、Al2O3 4%7%、MgO<5%、Fe2O3 2.5%6.0%。根 據(jù)化學(xué)組成可大致地判斷出材料的一些性質(zhì)，如耐久性、化學(xué)穩(wěn)定性等。 2.礦物組成將無機(jī)非金屬材料中具有特定的晶體結(jié)構(gòu)、特定的物理力學(xué)性能的組成結(jié)構(gòu)稱為礦物。礦物組成是指構(gòu)成材料的礦物的種類和數(shù)量。例如水泥熟料的礦物組成為： 3CaO·SiO2 37%60%、2CaO· SiO2 l5%37%、3CaO·Al2 O37 % l5S%、4CaO·Al2 O· Fe2O3

6、10%18%。若其中硅酸三鈣（3CaO·SiO2）含量高，則水泥硬化速度較快，強(qiáng)度較高。3.相組成材料中具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻部分稱為相。自然界中的物質(zhì)可分為氣相、液 相和固相。建筑材料大多數(shù)是多相固體。凡由兩相或兩相以上物質(zhì)組成的材料稱為復(fù)合材 料。例如，混凝土可認(rèn)為是骨料顆粒（骨料相）分散在水泥漿基體（基相）中所組成的兩相復(fù) 合材料。（二）材料的結(jié)構(gòu)1.宏觀結(jié)構(gòu)建筑材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸在10-3 m級 以上。按其孔隙特征可分為： （1）致密結(jié)構(gòu)：如鋼鐵、有色金屬、致密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑料等。 （2）多孔結(jié)構(gòu)：如加氣混凝土、泡沫混

7、凝土、泡沫塑料等。（3）微孔結(jié)構(gòu)：如石膏制品、燒黏土制品等。按存在狀態(tài)或構(gòu)造特征分為：（1）堆聚結(jié)構(gòu)：如水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料等。（2）纖維結(jié)構(gòu)：如木材、玻璃鋼、巖棉等。 （3）層狀結(jié)構(gòu)：如膠合板、紙面石膏板等。（4）散粒結(jié)構(gòu)：如混凝土骨料、膨脹珍珠巖等。2.細(xì)觀結(jié)構(gòu)細(xì)觀結(jié)構(gòu)（原稱亞微觀結(jié)構(gòu)）是指用光學(xué)顯微鏡所能觀察到的材料結(jié)構(gòu)。其尺寸范圍在10-3 10-6 m。如對天然巖石可分為礦物、晶體顆粒、非晶體組織；對鋼鐵可分為鐵素 體、滲碳體、珠光體。3.微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)是指原子分子層次的結(jié)構(gòu)。可用電子顯微鏡或X射線來分析研究該層次上 的結(jié)構(gòu)特征。微觀結(jié)構(gòu)的尺寸范圍在10-6 -1010m。

8、在微觀結(jié)構(gòu)層次上，材料可分為晶體、玻璃體、膠體。二、材料的基本物理性質(zhì)（一）材料的密度、表觀密度與堆積密度（表1-1）常用建筑材料的密度、表觀密度及堆積密度表1-1材 料密度（kg/m3 ）表觀密度0（kg/m3 ）堆積密度0 （kg/m3 ）石灰?guī)r花崗石碎石（石灰?guī)r）砂黏土普通黏土磚黏土空心磚水泥普通混凝土輕骨料混凝土木 材鋼材泡沫塑料26002800260026002600250025003100155078501800260025002900160018001000 140021002600800 1900400800785020501400 17001450 1650160018001

9、200 13001.密度（俗稱比重）密度是指材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計(jì)算：m/V式中密度， kg/m3；m一一材料的質(zhì)量， kg；V一一材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下的體積， m3。 在測定有孔隙材料的密度時(shí)，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，干燥后，用李氏瓶測定其密實(shí)體積。在測量某些致密材料（如卵石等）的密度時(shí)，直接以塊狀材料為試 樣，以排液置換法測量其體積，材料中部分與外部不連通的封閉孔隙無法排除，這時(shí)所求得的密度稱為近似密度（a）。 2.表觀密度（俗稱容重）表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算： 0m/V0式中：0表觀密度， kg/m3；m材料的質(zhì)量， kg；V0一一材料在

10、自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積m3 a測定表觀密度時(shí)，須注明其含水情況。一般是指材料在氣干狀態(tài)（長期在空氣中干燥） 下的表觀密度。在烘干狀態(tài)下的表觀密度，稱為干表觀密度。 3.堆積密度（俗稱松散容重）堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算：0m/V0式中0堆積密度， kg/m3；m一一材料的質(zhì)量， kg；V0材料的堆積體積m3。例：顆粒材料的密度，表觀密度與堆積密度之間，下列關(guān)系中何者是正確的？（B）A.B.C.D.（二）材料的密實(shí)度與孔隙率1.密實(shí)度密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度，按下式計(jì)算： 密實(shí)度D= V/V0×100%或D= 0/

11、15;100%2.孔隙率孔隙率P是指材料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例即D+P=l或密實(shí)度+孔隙率=1材料內(nèi)部孔隙的構(gòu)造，可分為連通的與封閉的兩種。孔隙按尺寸大小又分為極微細(xì)孔 隙、細(xì)小孔隙和較粗孔隙。孔隙的大小及其分布對材料的性能影響較大。 （三）材料的填充率與空隙率1.填充率填充率是指散粒材料在某堆積體積中，被其顆粒填充的程度，按下式計(jì)算D= V/V0×100% （1-4 ）2.空隙率空隙率P是指散粒材料在某堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例.空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒互相填充的致密程度。空隙率可作為控制混凝土 骨料級配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。例：1.一種材料孔隙率增大時(shí)，以

12、下性質(zhì)密度、表觀密度、吸水率、強(qiáng)度、抗凍性，其中哪些一定下降？（C）A. ；B. ；C. ；D. 2. 某棟普通樓房建筑造價(jià)1000萬元，據(jù)此估計(jì)建筑材料費(fèi)用大約為下列哪一項(xiàng)? A. 250萬元；B. 350萬元C. 450萬元D. 500600萬元提示：在土木工程中，材料費(fèi)用一般要占工程總造價(jià)的50%左右，有的可高達(dá)70%。 答案：D（四）材料的親水性和憎水性材料與水接觸，首先遇到的問題就是材料是否能被水潤濕。潤濕是水被材料表面吸附的過程。當(dāng)水與材料在空氣中接觸時(shí)，在材料、水和空氣的交界處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角（潤濕邊角）愈小，浸潤性愈好。（1）如果潤濕邊角為零，則表示

13、該材料完全被水所浸潤； （2）當(dāng)潤濕邊角900時(shí)，水分子之間的教聚力小于水分子與材料 分子間的相互吸引力，此種材料稱為親水性材料； （3）當(dāng)>900時(shí)，水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與材料分子間的 吸引力，則材料表面不會被浸潤，此種材料稱為憎水性材料。這一概念也可應(yīng)用到其他液體對固體材料的浸潤情況，相應(yīng)地稱為親液性材料或憎液 性材料。（五）材料的吸水性與吸濕性1.吸水性材料在水中能吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。（1）質(zhì)量吸水率Wm（2）體積吸水率Wv質(zhì)量吸水率與體積吸水率存在下列關(guān)系。Wv=Wm×o/l000 （1-12） 式中。一一材料在干燥狀態(tài)下的表觀密度， kg/m2。材料的吸

14、水性與材料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)。對于細(xì)微連通孔隙，孔隙率愈大，則 吸水率愈大，閉口孔隙水分不能進(jìn)去，而開口大孔雖然水分易進(jìn)入，但不能存留，只能潤 濕孔壁，所以吸水率仍然較小。各種材料的吸水率很不相同，差異很大，如花崗石的吸水 率只有0. 5%0. 7%，混凝土的吸水率為2%3%，勃土磚的吸水率達(dá)8%20%，而木材的吸水率可超過100%。2.吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。潮濕材料在干燥的空氣中也會放出水 分，此稱吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示。Wh=（msmg）/mg×100% 式中Wh一一一材料的含水率， %；ms材料在吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量， kg；mg一一材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量， kg。材料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率。具有微小開口孔 隙的材料，吸濕性特別強(qiáng)。如木材及某些絕熱材料，在潮濕空氣中能吸收很多水分。這是 由于這類材料的內(nèi)表面積大，吸附水的能力強(qiáng)所致。材料的吸水性和吸濕性均會對材料的性能產(chǎn)生不利影響。材料吸水后會導(dǎo)致其自身質(zhì) 量增大，絕熱性降低，強(qiáng)度和耐久性將產(chǎn)生不同程度的下降。材料吸濕和還濕還會引起其 體積變形，影響使用。不過利用材料的吸濕可起降濕作用，常用于保持環(huán)境的干燥。 （六）材料的耐水性材料長期在水作用下不被破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性 用軟化系數(shù)表示，如下式：KR=f