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第四章建筑材料•§4—1建筑材料的种类及其基本性质一、筑材料的种类建筑材料是建筑工程不可缺少的原材料，是建筑事业的物质基础。它直接关系到建筑形式、建筑质量和建筑造价，影响国民经济的发展、城乡建筑面貌的变化和人民住居条件的改善。建筑材料的品种多，用量大，从建筑物的主体结构，直至每一个细部和零件，无一不由各种建筑材料，经适当的设计、施工而成。建筑材料的数量、质量、品种、规格、以及外观、色彩等，都在很大程度上影响建筑物的功能和质量，影响建筑物的实用性、艺术性和耐久性。•建筑、材料、结构、施工，四者是密切相关的。从根本上来说，材料是基础，材料决定了建筑形式和施工方法。新材料的出现，促使建筑形式的变化、结构设计方法的改进和施工技术的革新。•为了使建筑物满足实用、坚固、耐久、美观等基本要求，材料在建筑物的各个部位，应充分发挥各自的功能和作用，分别满足各种不同的要求。如高层或大跨度建筑中的结构材料，要求是质轻、高强的；冷藏库建筑必须采用高效能的节热材料；防水材料要求致密不透水；影剧院、音乐厅为了达到良好的音响效果需要采用优质的吸声材料，而大型的公共建筑及纪念建筑的立面材料，要求较高的装饰性和耐久性。•建筑材料的品种繁多，组分各异，用途不一，按照基本成分，建筑材料的分类如表一。•建筑材料按其在建筑中的主要用途可分为：结构材料、构造材料、防水材料、地面材料、饰面材料、绝热材料、吸声材料、卫生材料及其他特殊材料。•二、材料的基本物理性质•㈠、材料的强度•强度：材料在力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。•㈡、弹性和塑性•弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，变形即行消失，材料能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。•塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。•(三)、脆性和韧性•脆性：当材料受力达到一定程度后，突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。•韧性：在冲击或动力荷载的作用下，材料能吸收较大的能量，同时也产生较大的变形而不致被破坏的性质称为韧性。•脆性材料的冲击韧性很低。如砖、石、陶瓷等。•韧性材料抗拉、抗弯、抗压强度都很高。如建筑钢、木材等。•㈣、硬度和耐磨性•⒈硬度：是材料表面能抵抗其他较硬的物体压入或刻画的能力。•不同材料的硬度测定方法不同．按刻划法，矿物硬度分为十级，即。①滑石；②石膏；③方解石；④萤石，⑤磷灰石，⑥正长石；⑦石英；⑧黄玉；⑨刚玉；⑩金刚石。钢材、木材和混凝土的硬度用钢球压入法测定．此外，材料的硬度还可用钻孔、射击等方法测定。•一般说，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工．在工程中，有时可用硬度间接推算材料的强度。•⒉耐磨性•耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力．材料的耐磨性用磨损率表示．磨损率按下式计算：•式中N——材料的磨损率(g／cm。)，•G1——试件磨损前的质量(g)，•G2——试件磨损后的质量(g)，•F——试件受磨面积(cm。)。•材料的耐磨性与硬度、强度及内部构造有关．•建筑中，用于地面、楼梯踏步、人行道路等处的材料，必须考虑其硬度和耐磨性。FGGN21•四、材料与水有关的性质•㈠、亲水性和憎水性•材料与水接触时，根据材料表面被水润湿的情况，分为亲水性材料和憎水性材料两类．•㈡吸水性和吸湿性•①吸水性•材料能在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示．•②吸湿性。•材料不但能在水中吸收水分，也能在空气中吸收水分，所吸水分随空气中温度的大小而变化。•㈢、耐水性•材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也无显著降低的件质称为耐水性。随着含水量的增加，由于材料内部分子间的结合力减弱，强度会有不同程度的降低。如花岗岩长期浸泡在水中，强度将降低8％左右，而普通粘土砖和木材所受的影响更为明显，材料的耐水性用软化系数表示：•软化系数的范围波动在0～1之间．位于水中和经常处于潮湿环境中的重要构件，须选用软化系数不低于0.75的材料．软化系数大于0.8的材料，通常认为是耐水的。•㈣、抗渗性•在压力水作用下，材料抵抗水渗透的性能称为抗渗性(或不透水性)．抗渗性的高低与材料的孔隙率及孔隙特征有关．绝对密实或具有封闭孔隙的材料，实际上是不透水的。此外，材料毛细管壁是亲水的或憎水的，耐抗渗性也有一定的影响．•㈤、抗冻性•抗冻性是材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用(冻融循环)而不破坏，强度也无显著降低的性质。以试件能经受的冻融循环次数表示材料的抗冻标号。•五、材料的耐久性•材料的耐久性，是往使用条件下，在各种因素作用下，在规定使用期限内不破坏,也不失去原有性能的性质．耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学侵蚀性等均属于耐久性的范围．此外，材料的强度、抗渗、耐磨性等性能也与材料的耐久性有密切关系。•为提高材料的耐久性，可根据使用情况和材料特点采取相应的措施，如设法减轻大气或周围的介质对材料的破坏作用，提高材料本身对外界作用的抵抗性。(提高材料的密实度、采取防腐措施等)，也可用其他材料保护主体材料免受破坏（覆盖、抹灰、油漆涂料等）。•六、材料的装饰性能•建筑装饰材料，一般是指内、外墙面、地面和顶棚等的饰面材料。用装饰材料修饰主体结构的面层，能大大地改善建筑物的艺术形象，使人们得到舒适和美的感受，达到一定的艺术效果。装饰材料常兼有绝热、防火、防潮、吸声、隔声等功能，并起到保护主体结构材料的作用，多方面地满足建筑物的使用要求。因此，装饰材料在房屋建筑中是一种不可缺少的材料。对装饰要求较高的大型公共建筑，用于建筑装饰上的费用甚至高达建筑总造价的30％或更高。•㈠、对装饰材料的基本要求:(1)颜色;(2)光泽;(3)透明性;(4)表面组织及形状尺寸。•㈡、装饰材料的选用原则:在选用装饰材料时，首先应从建筑物的使用要求出发，不仅要求表层的美观，而且要求它具有多种功能，使装饰材料能长期保持它的特征，保持适宜的环境，并能有效地保护主体结构材料。装饰材料用于不同的环境、不同的部位时，对它的要求也不同。•七、材料的组成、结构和构造•材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。当材料与外界自然环境以及各类物质接触时，它们之间必然要按照物理和化学变化规律发生作用，导致材性、材质发生变化，甚至破坏。材料的组成、结构、构造发生变化时，材料的性质也随之而变。•§4—2几种常用的建筑材料•建造房屋所用的材料，主要的有砖、瓦、石灰、水泥、砂子、石子、钢材、木材等，其中钢材、水泥和木材(简称三大材料)是基本建设与战备施工都需大量使用的重要物资源由国家统一管理调拨，称为“国拨材料”，砖、瓦、石灰、砂、石一般称为“地方材料”。本章仅把几种常用建筑材料的性能和应用，作一一简要的介绍。•一、砖石•㈠粘土砖•粘土砖是由粘土制成砖坯，经过干燥，然后入窑烧至900～1000℃而成。烧制粘土砖在我国已有数千年的历史。由于粘土砖具有取材和制作方便，抗压强度较高，抗冻融和耐久性都较好的特点，所以当前仍为砌筑墙体使用广泛而又价廉的一种地方性材料。但它还存在着一些缺点，如自重较大(容重约为1800公斤/立方米)，施工效率低(因砖块较小，施工中多沿用手工操作方法)，而且制作时要耗用大量粘土，毁用农田。•粘土砖的标准尺寸为240(长)×115(宽)×53(厚)毫米。这些尺寸加上灰缝(长度、宽度方面的灰缝为10毫米，厚度方面的灰缝为9.5毫米)以后，形成长：宽：厚=4：2：1，这样就给砌墙时有规律的“错缝搭接”创造了条件。•砖的质量标准，以其抗压强度(公斤/平方厘米)为主要标志，称为“标号”。砖的标号有50、75、100、150、200号等数种，常用的是75号和100号。•二、其它砌墙材料•为了解决粘土砖与农田争土的矛盾，在有条件的地方，可利用其它材料制砖，尤其工业城市的大量工业废料，如粉煤灰、电石灰、矿渣等，这些墙体材料在耐久或耐水等性能方面还存在一定的缺点，须进一步研究改进。•1．灰砂砖灰砂砖是将磨细的石灰与细砂混合，压制成型，用饱和蒸汽蒸压养护而成。灰砂砖不可用在长期受热高于200℃受激冷激热或有酸性介质侵蚀的建筑部位，位于防潮层以下的建筑部位时，其标号应≥150号。•2．碳化灰砂砖;3．粉煤灰砖;4．硅酸盐砌块•㈢瓦•1．土瓦•土经制坯，干燥、焙烧而成。因为它的主要功能是屋面防水和排水，所以要求质轻密实，吸水率小。•粘土瓦的规格全国尚未统一，其长、宽、厚约为400～560、240～220、20～15毫米(图2-2)。屋脊处应铺设脊瓦，其长、宽、厚约为455～240、280～190、20～15毫米(图2-2b)。•2．水泥瓦•水泥、砂加水拌合后注入钢模，压成瓦坯，经养护而成。因它不需焙烧，所以外形较整齐，且可节约燃料，不用粘土。形状与规格同粘土瓦。•3．石棉水泥瓦•石棉纤维加水泥压制而成，分为大波、中波、小波三种瓦型。大波瓦的长、宽、厚为2800～1650、994、8～6毫米，波数为6；中波瓦的长、宽、厚为2400～900、745、6.5～6毫米、波数为5.5；小波瓦的长、宽、厚为1800、、720、8毫米，波数为11.5、另有脊瓦。•㈣石•石材包括自天然石材中开采所得的毛石及经加工制成之碎石或块状、板状石材。•建筑常用天然石材有下面几种：•1．花岗石主要成分为长石、石英和云母。容重约2500～2700公斤/立方米。抗压强度1200～2500公斤/平方厘米。耐用年限约75～200年，质地坚硬，琢磨费工，多用于建筑物的基础，地面、外墙等处。•2．石灰岩主要成分为碳酸钙或白云石质，容重约1000～2600公斤/立方米。•抗压强度约220～400公斤／平方厘米。耐用年限约20～40年，质地较硬，易干琢磨，多用于建筑物的基础、墙身、台阶等处。•3．砂岩主要成分为石英颗粒与粘结物质二氧化硅等组成,容重约2200～2590公斤／立方米。抗压强度约470～1400公斤/平方厘米，耐用年限约20～200年，其品质好坏随粘结物质的种类而异。多用于基础、墙身、台阶、纪念碑及其他装饰处。•4．大理岩石灰岩经高温、高压变质而成。容重约2600～2700公斤/立方米，抗压强度约700～1100公斤/平方厘米，耐用年限约40～100年，颜色多样，纹理美丽，易于雕琢磨光，建筑上主要用于装饰工程。•二、水泥、石灰•㈠水泥•水泥在建筑上应用很广，是重要建筑材料之一。目前我国生产的水泥有二十余种，各有其特点，其中以普通硅酸盐水泥应用最为广泛。•1．硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥•灰质原料(如石灰岩)和粘土质原料，经磨细，按一定比例配成“生料”，在窑中经1300～1450℃的高温煅烧后，生成以硅酸钙为主要成分的“熟料”，冷却后加入3～5％的石膏，再经磨细成粉末状材料，即为硅酸盐水泥。•凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。•水泥加水拌合成为水泥浆，开始它是一种可塑性的胶体物质，可以流动、变形，并可制造成任意形状，具有粘结能力。但随时间的增长，由于一系列复杂的物理、化学反应，水泥浆逐渐失去塑性，最后硬化成为固体。水泥浆不但能在潮湿环境中结硬，并可更好地在水中结硬，因此，我们称水泥为“水硬性胶结材料”。•水泥浆，由水泥加水拌合起，到初步凝结的时间称为“初凝时间”，到完全变硬的时间称为“终凝时间”，这些时间都是由试验测定的。国家标准规定，初凝时间不得早干45分钟，终凝时间不得迟于12小时。我国一般水泥的初凝时间约为1～2小时，终凝时间约为3～6小时。水泥浆在初凝以后，如再行操作将增加困难，在终凝以后，如再受振动将产生质量事故。•水泥的标号是按标准方法做成试件在养护期28天时的抗压强度(公斤/平方厘米)来确定的，硅酸盐水泥分425、525、625三种标号。普通水泥分225、275、325、425、525、625六种标号。•2．其他各种水泥•火山灰质硅酸盐水泥——它是在硅酸盐水泥熟料中掺人火山灰质混合材料达到成品重量的20～50％，并加入适量石膏共同磨细而成，简称火