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 按用途分类结构材料：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 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 罗马园剧场 （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（1890-1892）； 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 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总规模为22～24万亿元。固定资产的60％～70％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30％～40％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、玻璃、钢材、木材、沥青、高分子材料 主要的——水泥、砼、钢材 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 ASTM –American Society TestingMaterials 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 参考书 范文昭 主编． 建筑材料 中国建筑工业出版社 2.湖南大学等编．土木工程材料， 中国建筑工业出版社 主编.土木工程材料典型题解析及自测试题 西北工业大学出版社 第一章建筑材料的基本性质第一节 材料的组成与结构 材料的组成 1.1 化学组成 无机非金属建筑材料的化学组成以各种氧化物含量来表示。 金属材料以元素含量来表示。 化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质和力学性质。 1.2 矿物组成 材料中的元素和化合物以特定的矿物形式存在并决定着材料的许多重要性质。 矿物组成是无机非金属材料中化合物存在的基本形式。 1.3 相组成 材料中结构相近性质相同的均匀部分。 材料的结构与构造2.1 宏观结构（构造） 材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫米级大小，以及更大尺寸的构造情况。宏观构造，按孔隙尺寸可以分为： （1）致密结构，基本上是无孔隙存在的材料。例如钢铁、有色金属、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等。 （2）多孔结构，是指具有粗大孔隙的结构。如加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质材料等。 (3）微孔结构，是指微细的孔隙结构。如石膏制品、粘土砖瓦等。 (4）纤维结构，是指木材纤维、玻璃纤维、矿物棉纤维所具有的结构。 （5）层状结构，采用粘结或其他方法将材料迭合成层状的结构。如胶合板、迭合人造板、蜂窝夹芯板、以及某些具有层状填充料的塑料制品等。 (6）散粒结构，是指松散颗粒状结构。比如混凝土骨料、用作绝热材料的粉状和和粒状的添充料。 2.2 微观结构 微观结构是指材料在原子、分子层次的结构。材料的微观结构，基本上可分为晶体与非晶体。 晶体结构的特征是其内部质点（离子、原子、分子）按照特定的规则在空间周期性排列。非晶体也称玻璃体或无定形体，如无机玻璃。玻璃体是化学不稳定结构，容易与其它物体起化学作用。 2.3 亚微观结构 亚微观结构也称作细观结构，是介于微观结构和宏观结构之间的结构形式。如金属材料晶粒的粗细及其金相组织，木材的木纤维，混凝土中的孔隙及界面等。 从宏观、亚微观和微观三个不同层次的结构上来研究土木工程材料的性质，才能深入其本质，对改进与提高材料性能以及创制新型材料都有着重要的意义。 第二节 材料的状态参数和结构特征 材料的体积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。 1.1 材料的绝对密实体积：干材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部没有孔隙时的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示材料的绝对密实体积 1.2 材料的表观体积：材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙和水分）。一般以V0 表示材料的表观体积。 1.3 材料的堆积体积： 粉状或粒状材料，在堆集状态下的总体外观体积。根据其堆积状态不同，同一材料表现的体积大小可能不同，松散堆积下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。材料的堆集体积一般以 来表示。 材料的密度材料的密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算： 式中：ρ—密度, g/cm3 kg/m3m—材料的质量，g kgV—材料的绝对密实体积，cm3 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。 材料的表观密度表观密度（俗称“容重”）是指材料在自然状态下单位体积的质量。 按下式计算： 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（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 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： ρ0，—材料的堆积密度,g/cm3 kgV0，—材料的堆积体积，cm3 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。 在土木建筑工程中，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。 材料的密实度密实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， 100%。ρ—密度；ρ0—材料的表观密度 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： 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： ρ0—材料的表观密度;ρ0，—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。 第三节 材料的物理性质 一、材料与水有关的性质 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θ愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角θ＜９０ 时，为亲水性材料；当材料的润湿角θ＞９０ 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1-1 图1－1 材料润湿示意图 （ａ）亲水性材料；（ｂ）憎水性材料 2.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。 2.1 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，并以ｗm 表示。质量吸水率ｗm 的计算公式为： 2.2 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。体积吸水率WＶ的计算公式为 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。 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Ｗh表示，其计算公式为： 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。 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。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR： 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PP电子 PP电子平台低。 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