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建筑材料第一节建筑材料概述一、建筑材料的分类（了解）(p55图2--1)按化学成分有：有机材料、无机材料和复合材料按在建筑物中的功能分为：承重材料、自承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料和装饰材料。按用途分为：结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料和其他用途的材料。二、发展趋势建筑工程中，材料费一般占建筑总造价的50%甚至70%，因此是研制和开发高性能复合型和绿色环保型建筑材料是建筑材料的发展趋势。第二节常用建筑材料一、水泥（掌握）水泥呈粉末状，与水混合后，经物理化学作用能由可塑性浆体变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体，所以水泥是一种良好的矿物胶凝材料。水泥浆体不但能在空气中硬化，还能更好地在水中硬化、保持并继续增长其强度，故水泥属于水硬性胶凝材料。常用来制造各种混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土构件和建筑物，也常用于配制砂浆，以及用作灌浆材料等。(一)水泥的生产和种类水泥的生产是以石灰质原料(如石灰石)与粘土质原料(如粘土、页岩)为主要原料，加少量铁矿粉按一定比例配合、磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生产)，经均化后煅烧到部分熔融，生成以硅酸钙为主要成分的粒块状熟料，冷却后加入适量的石膏，共同研磨成粉末状，即制成硅酸盐水泥。硅酸盐水泥是一种最基本的水泥。水泥的品种：1.硅酸盐水泥----水泥熟料+0％一5％的石灰石或粒化高炉矿渣+石膏2.普通硅酸盐水泥-----水泥熟料+6%~15％混合材料+石膏3.矿渣硅酸盐水泥(矿渣水泥)-------水泥熟料+粒化高炉矿渣+石膏4.火山灰质硅酸盐水泥(火山灰水泥)----水泥熟料+火山灰质混合材料+石膏5.粉煤灰硅酸盐水泥------水泥熟料+粉煤灰+适量石膏(二)水泥的性质1.水泥硬化过程是水泥水化反应的过程，需在潮湿条件下或在水中进行-水硬性材料2.水泥硬化过程可产生大量水化热。3.水泥凝结时间硬化速度与水泥颗粒细度、温度及用水量有关.颗粒越细硬化越快.温度越高，硬化越快，加水适量硬化快。4.普通水泥硬化过程中，在空气中体积收缩，在水中体积略有增大。5.水泥凝固过程可分为初凝和终凝。初凝：自水泥加水拌合时起，到水泥浆(标准稠度)开始失去可塑性为止所需的时间。终凝：水泥加水拌合到水泥浆完全失去可塑性，开始产生强度所需的时间。初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。硅酸盐水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；普通水泥初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于600min。6.水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀程度。(三)水泥强度等级及应用范围1.水泥强度等级（标号）是表示水泥强度的重要指标。水泥强度是指采用水泥胶砂的测定来检验强度，而不是水泥净浆的强度。将水泥、标准砂及水按规定比例（水泥：标准砂：水=1：3：0.5）制成标准试件(40mm×40mm×160mm)，在标准条件下养护，测定其3天和28天时的抗折强度和抗压强度，划分其强度等级。按3天强度的大小分为普遍型和早强型(用R表示)。品种强度等级（MPA）硅酸盐水泥42.552.562.542.5R52.5R62.5R普通水泥32.542.552.532.5R42.5R52.5R矿渣、火山灰、粉煤灰水泥32.542.552.532.5R42.5R52.5R2.水泥特性与适用范围(主要内容)p---59硅酸盐水泥-------凝结硬化快早期强度高、水化热大、抗冻性好，适用重要结构、预应力构件、冬-季施工，不适于大体积混凝土、海水等作用工程普通水泥---------早期强度高、水化热大、抗冻性好，应用最广、用量大，不适于大体积混凝土矿渣、火山灰、粉煤灰水泥------抗渗、耐蚀、水化热小，适用地下、水下、厚大体积混凝土二、木材（了解）木材美观，富于装饰性，但由于受天然生长中产生的木节、斜纹、质地不均匀等因素限制，力学性能变化较大。木材易燃，故防火性能差。(一)分类按树种分：1.针叶树种，纹理顺直、材质均匀、耐腐蚀、易加工，主要工程用材2.阔叶树材，树质坚硬，纹理美观，多用于装饰工程按建筑型材分类：1.原木：伐倒后经修枝后按一定长度锯断的木材。2.板材：断面宽度为厚度的3倍及3倍以上的型材。3.枋材：断面宽度不及厚度3倍的型材。按木材综合利用分为：胶合板、刨花板、硬质纤维板和贴面碎木板等。(二)物理力学性质1.物理性质(1)含水率当木材中细胞壁内被吸附水充满而细胞腔与细胞间隙中没有自由水时，该木材含水率被称为纤维饱和点，一般为25％～35％。纤维饱和点是木材物理力学性质发生改变的转折点，是木材含水率是否影响其强度和湿胀干缩的临界点。2.力学性质木材的抗拉、抗压、抗弯和抗剪四种强度均具有明显的方向性。P--63影响木材强度的因素：(1)含水率----含水率在纤维饱和点以下时，其强度随含水率增加而降低(2)负荷时间---持久强度低于短期强度(3)温度---长期高温环境中引起缓慢碳化使强度降(4)缺陷(疵病)-----会导致木材强度的降低(三)在工程中的应用1.结构----------屋架、梁柱、檩椽、门窗、临时支护结构、模板等。2.装饰装修----室内装饰与装修中得以广泛应用。地板、护墙板、木花格、木制装饰三、建筑钢材（掌握）建筑钢材是指用于建筑结构中的钢结构和钢筋混凝土结构的钢材。建筑钢材：型钢、钢板、钢管、钢筋、钢丝和钢绞线等。钢材特点：材质均匀、性能可靠、强度高而结构自重轻；具有良好的塑性和韧性，能承受较大的冲击荷载和振动荷载，既可以采用焊缝连接，又可以采用螺栓和铆钉连接，便于装配，易于拆卸。适用于重型工业厂房、大跨度结构、可装配移动的结构以及高耸结构和高层建筑。但易锈蚀，需经常进行维护，维护费高.且耐火性差。在钢筋混凝土中，钢材能弥补混凝土抗拉、抗弯、抗剪和抗裂性能低的缺点。(一)钢材的分类1.按冶炼方法分类：平炉钢、氧气转炉钢和电炉钢建筑用钢一般采用的是平炉钢和氧气转炉钢。2.按脱氧程度分类：镇静钢特殊镇静钢(代号Z及TZ)、半镇静钢(B)和沸腾钢(F)3.按化学成分分类：（1）碳素钢：低碳钢(C：0.25％)、中碳钢(C：0.25％～0.6％)和高碳钢（C：0.6%~1.3%）（2）合金钢：低合金钢：合金含量小于5％中合金钢：合金含量5％～10％高合金钢：合金含量大于10％钢的含碳量越高，钢材的硬度、强度越高，但其塑性、韧性越差。硫(S)、磷(P)是钢材中的有害物质，含量越高，其脆性越大。加入少量合金元素(锰,钛,硅,矾等),使钢材强度增大,弹性,韧性以及可焊性提高。4.按用途分类根据用途不同：结构钢、工具钢和特殊钢(如不锈钢、耐酸钢、耐热钢等)。建筑工程常用的钢材多为普通碳素钢中的结构钢和低合金钢，轧材占绝大部分。(二)钢材的技术性能钢材的主要技术性能包括：抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度、硬度、冷弯性能、时效反应、焊接性能等。1.抗拉性能抗拉性能是建筑钢材最重要和最常用的性能。通过拉伸试验可以测出弹性极限(或比例极限)、屈服强度、抗拉强度及伸长率等技术指标。抗拉性能：应力-应变曲线的四阶段：（1）弹性阶段O------A、（2）屈服阶段A------B、（3）强化阶段B------C、（4）颈缩阶段C-----D屈服强度fy是钢材的重要指标，是钢材弹性变形转变为塑性变形的转折点。如果钢材在超过屈服强度下工作，将会引起塑性变形。钢材在正常使用情况下，不允许超过屈服点。设计中通常是以屈服点作为强度取值的依据。屈服强度与抗拉强度的比值称屈强比。在一定范围内，屈强比小，则表明钢材在超过屈服点工作时结构的可靠性较高，较为安全。2.冲击韧性：冲击韧性是指在冲击荷载作用下，钢材抵抗破坏的能力。3.疲劳强度：钢材承受规定次数交变荷载发生破坏时所能承受的最大应力称为疲劳强度。钢材在交变荷载的作用下，在远低于抗拉强度时突然发生断裂破坏，称为疲劳破坏。4.硬度：材料表面抵抗变形的能力。5.冷弯性能：钢材在常温下承受弯曲变形的能力。承受弯曲变形程度越大，说明钢材冷弯性能越好。6.钢材的冷加工强化与时效反应将钢材在常温下进行冷拉、冷拔或冷轧，使之产生一定的塑性变形，强度明显提高，塑性和韧性有所降低，这个过程称为钢材的冷加工强化。时效分自然时效和人工时效，通过时效处理钢筋强度进一步提高。工程中常对钢筋进行冷拉或冷拔加工，以期达到提高钢材强度和节约钢材的目的。7.焊接性能：可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件下，在焊缝及甚附近过热区不产生裂缝及硬脆倾向.焊接后的力学性能，特别是强度不得低于原材料。(三)建筑常用钢材（熟悉）建筑工程用钢有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类，前者主要用型钢和钢板，后者主要采用钢筋和钢丝，二类钢制品所用的原料钢钢种多为碳素钢和低合金钢。1.钢筋混凝土、预应力混凝土用钢(1)钢筋钢筋混凝土用常用的钢筋为热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋等，一般按外形可分为光面筋及变形钢筋(螺纹筋、月牙纹筋等)。钢筋混凝土用钢筋要有足够的强度，还要有一定的塑性，要求钢筋在断裂前应有足够的变形。钢筋直径：6、8、10、12.14、16、18、20、22.25、28、32.36、40mm等不同规格。钢筋按强度Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个等级，屈服及抗拉强度逐级增加，塑性逐级降低。(2)钢丝及钢铰线。预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、无接头等优点。主要用于大跨度屋架及薄腹梁、大跨度吊车梁、桥梁、电杆、轨枕等的预应力构件。钢铰线直径有9.0mm、12.0mm和15.0mm三种，主要用于大跨度、大负荷的后张法预应力屋架、桥梁和薄腹梁等结构的预应力筋。2.钢结构用钢(1)型钢：角钢、工字钢、槽钢和薄壁型钢(2)钢板：厚钢板、薄钢板和扁钢(带钢)(3)钢管：无缝钢管、焊接钢管四、气硬性胶凝材料（熟悉）(一)建筑石膏生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然二水石膏，将其在107℃～170℃干燥条件下加热，脱去部分水分即得熟石膏，也称半水石膏。2.建筑石膏的主要性能(1)凝结硬化快浆体在几分钟内便开始失去可塑性，30min内完全失去可塑性而产生强度。(2)凝结硬化时体积微膨胀使石膏制品的表面光滑、细腻、尺寸精确、形体饱满、装饰性好。(3)孔隙率大导热系数小，吸声性较好，属于轻质保温材料。(4)具有一定的调湿性(5)防火性好，但耐久性、耐水性、抗渗性、抗冻性差3.建筑石膏的应用：（1）室内抹灰和粉刷（2）石膏板制品：纸面石膏板、纤维石膏板、装饰石膏板和空心石膏板(二)石灰石灰(生石灰CaO)是建筑工程上使用较广的矿物胶凝材料之一。其原料分布很广，生产工艺简单，成本低廉，性能良好，所以应用广泛。石灰的主要成分是氧化钙，呈白色或灰色块状，是一种气硬性胶凝材料。熟化：CaO（生石灰）+H2O-→Ca（OH）2（熟石灰）+大量水化热熟石灰和易性好，且后期在空气中硬化又有较高的强度，所以熟石灰作为胶结材料被广泛使用在工程建设中(如石灰浆、石灰膏就属于熟石灰)。石灰在熟化过程中会吸水膨胀(约为原体积3-3.5倍)，因此，未完全熟化的石灰不得用于拌制砂浆，以防止抹灰后爆灰起鼓。硬化：Ca（OH）2+CO2----→CaCO3+H2O熟石灰[Ca(OH)2]与空气中的二氧化碳化合后生成碳酸钙和水的过程称为石灰的硬化。石灰的硬化过程是在空气中进行的，因此，称其为气硬性材料。由于空气中二氧化碳较少，故熟石灰的硬化过程比较缓慢。石灰中粉末越多，质量越次，在储运过程中应当注意防潮。应用：（1）室内墙面抹灰--------在石灰膏中加入砂、麻刀、纸筋等。（2）砌墙--------------------白灰砂浆、水泥石灰混合砂浆（3）基础--------------------灰土或三合土（4）硅酸盐制品（5）碳化石灰板五、砌墙砖（熟悉）按所用材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、灰砂砖、炉渣砖制作工艺：烧结砖、非烧结砖有无穿孔：空心砖、实心砖1.烧结砖凡是通过焙烧而制得的砖称为烧结砖，包括普通粘土砖、烧结多孔砖、烧结空心砖等。(1)普通粘土砖生成：粘土经配料、调制成型、干燥、高温焙烧而制成。标准尺寸：240×11