建筑工程材料

5建筑工程材料本章主要介绍建筑工程材料的基本性质、砌筑材料、气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、建筑钢材、木材和建筑功能材料。要求重点掌握各种(类)材料的性质、功能并学会正确、合理选择与应用建筑材料。本章中石灰、石膏、水泥、混凝土、砂浆、建筑钢材和防水材料等因用量大、用途广泛，应注意重点学习和掌握，其他材料可作一般了解。本章提要本章内容5.1建筑工程材料5.2砌筑材料5.3气硬性胶凝材料5.4水泥5.5混凝土5.6建筑砂浆5.7建筑钢材5.8木材5.9建筑功能材料5.1建筑工程材料建筑工程材料是建筑结构物中使用的各种材料及制品，它是一切建筑工程的物质基础。建筑工程材料有不同的分类方法。按功能与用途分类，可以分为结构材料、防水材料、保温材料、吸声材料、装饰材料、地面材料、屋面材料等。按化学成分分类时，可将建筑材料分为无机材料、有机材料和复合材料，如图5.1所示5.1.1建筑工程材料的分类图5.1建筑工程材料按化学成分分类目前我国绝大多数建筑材料都有相应的技术标准，它包括产品规格、分类、技术要求、验收规则、建筑材料生产企业必须按照标准生产，并控制其质量。建筑材料使用部门则按照标准选用、设计、我国的建筑材料标准分为国家标准、部委行业标准、地方标准和企业标准。5.1.2建筑工程材料的标准化国家标准和部委行业标准都是全国通用标准，是国家指令性文件，各级生产、设计、施工等部门均必须严格遵照执行。按要求执行的程度分为强制性标准和推荐标准（以/T表示）。建筑材料有关的标准及其代号主要有：国家标准GB；建筑工程国家标准GBJ；建设部行业标准JGJ；建筑工业行业标准JG；国家建筑材料工业协会标准JC；石油化学工业部或中国石油化学总公司标准SH；冶金部标准YB；化工部标准HG；林业部标准LY；国家级专业标准ZB；中国工程建设标准化协会标准CECS；地方标准DB；企业标准Q等。标准的表示方法由标准名称、部门代号、标准编号、批准年份四部分组成。如《低合金高强度结构钢》（GB/T1591—94）、《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）等。工程中使用的建筑材料除必须满足产品标准外，有时还必须满足有关的设计规范、施工及验收规范（或规程）等的规定。工程中有时还会涉及到国外的标准。(1)密度材料在绝对密实状态下，单位体积的质量称为材料的密度。材料的密度大小取决于材料的组成与材料的微观结构。当材料的组成与微观结构一定时，除少数材料如钢、铝合金、玻璃等外，大多数建筑材料均含有一定数量的孔隙。为测得含孔材料的绝对密实体积，须将材料磨成细粉末，使材料内部的所有孔隙外露，用排开液体的方法来测定。5.1.3建筑工程材料基本物理性质5.1.3.1不同状态下材料的密度(2)视密度材料在自然状态下不含开口孔隙时，单位体积的质量称为材料的视密度测定材料的视密度时，直接采用排水法测定材(3)体积密度材料在自然状态下，单位体积的质量称为材料的体积密度测定材料的体积密度时，材料的质量可以是任意含水状态下的，但必须说明含水情况。另外，通常所指的体积密度是材料在气干状态下的，称为气干体积密度，简称体积密度。材料在绝干状态时，则称为绝干体积密度材料的孔隙率越大，含水率越小，则材料的体积密度越小。(4)堆积密度散粒材料或粉末状材料在自然堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度测定材料的堆积密度时，材料的质量可以是任意含水状态下的，但须说明材料的含水率。通常所指的堆积密度是在气干状态下的，称为气干堆积密度，简称堆积密度。材料在绝干状态时，称为绝干堆积密度材料的堆积密度与材料的体积密度、含水率、堆积的紧密程度等有关。在建筑工程中，计算材料的用量、构件及建筑物的自重、材料的配合比以及材料的运输量与储存量时经常要用到材料的密度、视密度、体积密度和堆积密度等（表5.1）（详见P125)(1)密实度材料体积（自然状态）内固体物质的充实程度称为材料的密实度。密实度反映材料的密实程度，(2)孔隙率孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料在自然状态下体积的百分率，分为总孔隙率（简称孔隙率）、开口孔隙率和闭口孔隙率5.1.3.2材料的密实度和孔隙率①孔隙率材料内部所有孔隙的体积与材料②开口孔隙率材料内部开口孔隙的体积与材料在自然状态下体积的百分率称为材料的开口孔③闭口孔隙率材料内部闭口孔隙的体积与材料在自然状态下体积的百分率，称为材料的闭口④空隙率散粒材料在堆积状态下，颗粒间空隙的体积占堆积体积的百分率，称为空隙率。（1）水分子与不同固体材料表面之间相互作用的情况不同。一般认为当润湿边角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料之间的相互吸引力，这种材料称为亲水材料。当润湿边角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料之间的相互吸引力，材料表面不会被水浸润，这种材料称为憎水材料5.1.3.3材料与水有关的性质（2）材料中所含水的质量与干燥状态下材料的质量之比，称为材料的含水率(3)材料与水接触吸收水分的性质，称为材料的吸水性。当材料吸水饱和时，其含水率称为吸水率。材料的吸水率与材料的孔隙特征有关。材料中的孔隙细微而连通，其吸水率较大；粗大的封闭的孔隙，其吸水率较低。(4)吸湿性材料在潮湿的空气中吸收水分的性质称为材料的吸湿性。例如，木材的吸湿性较大，这不仅增加其重量，而且还会降低材料的强度。保温材料吸湿(5)耐水性材料抵抗水破坏作用的能力称为材料的耐水性。一般情况下，材料随含水量的增加其强度都有不同程度的降低。材料的耐水性用软化系数表示，即材料在吸水饱和状态下的抗压强度与材料在干燥状态下抗压强度之比。软化系数的范围一般在0～1之间波动。(6)抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为材料的抗渗性。材料的抗渗性一般用抗渗系数表示。抗渗系数越小的材料表示其抗渗性越小。材料的抗渗性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。孔隙率低而且是封闭孔隙(7)抗冻性材料在水饱和状态下，能够经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质称为材料的抗冻性材料的抗冻性用抗冻等级表示。即以规定的试件，在规定的试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数，以此作为抗冻等级，用符号Dn表示。（1）材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为材料的强度。材料受外力作用时，其内部产生应力。外力增加，应力相应增大，直至材料内部质点间结合力不足以抵抗所承受的外力时，材料即发生破坏。材料破坏时，应力达到极限值，这个极限应力即为材料的强度。材料的强度根据所受外力作用形式不同分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度5.1.3.4材料的基本力学性质材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后能完全恢复到原始状态的性质称为材料的弹性。这种可恢复的变形称为弹性变形。衡量材料抵抗变形能力的指标是弹性模量。弹性模量越大，材料越不容易变形，即材料的刚度好。另外，材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后有部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。（2）硬度和耐磨性材料的硬度是材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。材料的硬度越大，其耐磨性越好。工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度。材料的耐磨性与材料的组成成分、结构、强度、硬度等有关。在建筑工程中，对于用作踏步、台阶、地面、路面等的材料，一般都应具备较高的耐磨性。（3）脆性和韧性材料在外力作用下，当外力达到一定数值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为材料的脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生较大的变形而不破坏的性质，称为材料的韧性。建筑工程中对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构。（1）材料的耐久性是指用于建筑工程的材料，在环境的多种因素作用下，经久不变质、不破坏，长久材料在建筑物使用过程中，除其内在原因使其组成、构造发生变化以外，还要长期受到使用条件及各种自然因素的作用。材料的耐久性是一项综合性质，各种材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异。5.1.3.5材料的耐久性和装饰性（2）装饰性建筑是技术与艺术相结合的产物，而建筑艺术的发挥，除建筑设计外，在很大程度上取决于建筑材料的装饰性通常通过材料的色彩、透明性、光泽、表面质感和形状尺寸等装饰功能达到美化建5.2砌筑材料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。粘土砖的标准尺寸为240mm×115mm×53mm。粘土砖的主要强度指标是它的抗压强度。粘土砖的强度等级有MU30、MU25、MU20、MU15和MU10。MU表示砌体中的块体，后面的数值表示粘土砖的强度大小，单位为MPa。5.2.1烧结砖5.2.1.1粘土砖(1)蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。蒸压灰砂砖的强度等级有MU25、MU20、MU15和MU105.2.1.2其他砖(2)蒸压粉煤灰砖蒸压粉煤灰砖是以粉煤灰、石灰为主要原料，掺加适量石膏和集料，经坯料制备、压制成型、高压蒸汽养护而成的实心砖，简称粉煤灰砖。灰砂砖和粉煤灰砖的规格尺寸与普通烧结砖相同。蒸压粉煤灰砖的强度等级有MU25、MU20、MU15和MU10(3)硅酸盐砌块是以炉渣为骨料，以粉煤灰、碎石灰、磷石膏等工业废料为胶结料，加水搅拌、振动成型、蒸养而成。这种砌块不能用于防潮层以下的部位，一般情况下只作填充物使用。硅酸盐砌块的强度等级有MU20、MU15、MU10、MU7.5和MU5石材包括由天然石材中开采所得的毛石及经加工制成板状、块状或特定形状的石材。建筑工程常用天然石材有以下几种：(1)石灰岩石灰岩主要成分为碳酸钙或白云石。容重为960～2500kg/m3，抗压强度为220～1400kg/cm2，耐用年限为20～40年。质地较硬，易于琢磨，多用于建筑物的基础、墙身、台阶等处，石灰岩还是制造5.2.2石材(2)砂岩主要成分为二氧化硅和石英颗粒等。容重为220～2500kg/m3，抗压强度为480～1400kg/cm2，耐用年限为20～180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(3)大理石大理石由石灰岩或白云岩变质而成。容重为2600～2700kg/m3，抗压强度为700～1200kg/cm2，耐用年限为40～100年。颜色多样，纹理美丽、自然，易于雕琢磨光，建筑上主要用于建筑装饰工程。(4)花岗岩花岗岩是岩浆岩中分布最广的一种岩石。其主要造岩矿物有石英、长石、云母和少量暗色矿物。花岗岩坚硬致密，抗压强度高，在120～250MPa之间，表观密度在2600～2700kg/m3之间。耐磨性好，5.3气硬性胶凝材料将建筑上凡是经过一系列物理、化学作用，把能够将散状材料或块状材料粘结成整体的材料称为胶凝材料。按化学成分分，胶凝材料有有机胶凝材料和无机胶凝材料。有机胶凝材料如各种沥青、树脂、橡胶等。无机胶凝材料按硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。生产石灰所用的原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石，常用的是石灰石和白垩等。石灰一般是天然岩石在立窑中进行煅烧而成。煅烧后生成生石灰，其主要成分为氧化钙（CaO）。5.3.1石灰5.3.1.1石灰的生成（1）石灰的熟化石灰的熟化，又称消解。它是生石灰（CaO）与水作用生成熟石灰（Ca(OH)2）的过程。在熟化过程中，放出大量的热，体积迅速增加1～2.5倍。建筑工程中常用经熟化后的熟石灰，如石灰膏等。5.3.1.2石灰的熟化和硬化（2）石灰的硬化石灰的硬化包括干燥硬化和碳化硬化①干燥硬化干燥硬化是石灰浆体在干燥过程中，毛细孔隙失水。由于水的表面张力的作用，毛细孔隙中的水面呈弯月面，从而产生毛细管压力，使得Ca(OH)2颗粒间的接触紧密，产生一定的强度。②碳化硬化碳化硬化是Ca(OH)2与空气中的CO2化合生成CaCO3晶体称为碳化。生成的CaCO3具有相当高的强度。(1)石灰的性质①保水性、可塑性好石灰熟化生成的Ca(OH)2颗粒极其细小，比表面积（材料的总表面积与其质量的比值）很大，使得氢氧化钙颗粒表面吸附有一层较厚水膜，即石灰的保水性好。②