建筑材料是一门重要的专业基础课

建筑材料教案第1页共68页第一章绪论建筑材料是一门重要的专业基础课，对于土木工程专业的学生来说是一门必修课，对于其他专业的学生来说是一门选修课，而对于其他工程技术人员来说，学习这门课程也是有用的。1建筑材料的定义及其分类1）定义：任何建构筑物都是用材料按一定的要求构筑而成，建筑工程中所使用的所有材料通称为建筑材料。知识点滴：万里成城：（体现我国古代建筑工程的高度成就，表现我国古代劳动人民的聪明才智）总长度大约有十万里以上！所用建筑材料：土、石、木料、砖、石灰。关外有关、城外有城，其材料运输量之浩大、工程之艰巨世所罕见。知识点滴：河北赵州石桥建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m），建造该桥的石材为青白色石灰岩。比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥面间设计“敞肩拱”，比外国早了1200多年。2）分类：⑴按化学组成分类⑵按使用功能分类2土木工程与材料的关系（1）材料是保证土木工程质量的基础。材料是构成土木工程建（构）筑物的物质基础，当然也是其质量基础。在一般土木建筑工程的总造价中，与材料有关的费用占50%以上（2）在实际工程中，材料的选择、使用及管理，对工程成本影响很大。比如广东某跨海桥，其桥面原来使用的钢纤维混凝土，使用一年以后出现了许多裂纹，后来要铲去重新铺沥青混凝土，从而大大增加了工程的造价。（3）材料对土木建筑工程技术进步起了一个促进作用。例如钢材及水泥的大量应用和性能改进，取代了过去的砖、石、土木，使得钢筋混凝土结构已占领了土木工程结构材料的主导地位。现代玻璃、陶瓷、塑料、涂料等新型材料的大量应用，又把许多建筑物装扮得绚丽多彩。3建筑材料的技术标准国家标准有三大类：（1）国家标准如GB175-1999硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥建筑材料教案第2页共68页其中“GB”为国家标准的代号，“175”为标准编号，“1999”为标准颁布年代号，“硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥”为该标准的技术（产品）名称，上述标准为强制性国家标准，任何技术（产品）不得低于此标准。此外，以“GB/T”为推荐性国家标准代号，它表示也可以执行其他标准，是非强制性的。（2）行业标准如JC/T479-92建筑生石灰其中“JC”为建材行业的标准代号，“T”表示推荐标准；“479”为此类技术标准的二类类目顺序号；“92”为标准颁发年代号。（3）地方标准（DBJ）和企业标准（QB）:国际标准大致有以下几类：①团体标准和公司标准。指国际上有影响的团体和公司的标准。如美国材料与实验协会标准（ASTM）等。②区域性标准。如德国工业标准(DIN)等。③国际标准化组织标准，代号ISO。4建筑材料的发展趋势最早使用的建筑材料是石材、木材和泥土，后来发展为使用石灰、砖瓦等，再到后来就到钢筋混凝土，还发展了各种新型的墙体材料等。（1）轻质、高强；（2）发展多功能材料；（3）廉价、低耗能；（4）由单一材料向复合材料及制品发展；（5）扩大装配式预制构件的工厂化生产；（6）用工农业废料、废渣等代替自然资源为原料，向环保方向发展；（7）发展更多花色品种的装饰材料。5，本课程的学习任务：《建筑材料》是土木工程类专业的一门技术基础课。本课程的任务是使学生具有建筑材料的基本知识,在进行建筑工程设计、施工和工程监理时能正确认识和利用建筑材料的物理、化学和力学性质，并掌握各类建筑材料所具有的使用功能，也为以后相关课程的学习打下基础。；建筑材料教案第3页共68页第2章建筑材料的基本性质【教学重点与难点】重点：材料的强度等力学性质。难点：孔隙率对材料性能的影响。第一节材料的化学组成、结构及构造一材料的组成对性质的影响1）材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。材料组成是材料性质的基础，它对材料的性质起着决定性的作用。材料化学组成相同但矿物组成不同也会导致性质的巨大差异。例如：钢材中的C元素对钢材性质的影响.2）材料的矿物组成是指元素组成相同，但分子团形成形式各异的现象。例：水泥中各矿物组成不同，对强度、水化热、凝结速度等的影响也不同。二材料的结构对性质的影响（1）宏观结构：材料的宏观结构是指可用肉眼能观察到的外部和内部的结构。常见的有：1，致密结构：钢材、有色金属、玻璃、天然的致密石材和铝合金等；2，多孔结构：加气混凝土、泡沫塑料、刨花板等；3，微孔结构：石膏、烧土制品；4，纤维结构：木材、玻璃纤维、矿棉等；5，层状或片状结构：胶合板、复合木地板、纸面石膏板等；6，散粒结构：石子、砂等；7,纹理构造:花岗岩、大理石等。（2）细观结构：用光学显微镜可以观察到的微米级组织结构称为细观结构。如混凝土中可以观察到的粗细颗粒、水泥石以及孔隙等。（3）微观结构用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究的原子、离子、分子层次上的组成形式。土木工程材料的使用状态均为固体，固体材料的微观结构基本上可分为晶体、玻璃体、胶体三类，不同结构的材料，各具不同特性。晶体结构：具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性能各异的共性，建筑材料中的金属材料何非金属材料中的石膏都是典型的晶体结构。玻璃体微观结构的特点：是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序混沌状态.胶体：是建筑材料中常见的一种微观结构形式。如水玻璃等.建筑材料教案第4页共68页第二节材料的物理性质一密度根据体积的表现形式不一样，有密度、体积密度和堆积密度三种概念。1，密度：是指材料的在绝对密实状态下，单位体积的干质量。计算公式：Vm密度的测定办法：1）测质量：烘干（烘箱）-干燥（干燥器）-称量（天平）；2）测体积：（a）外观规则的材料，直接用游标卡尺测量尺寸求体积，如钢材、玻璃等（b）外观不规则的坚硬颗粒，如砂、石等，可由排水法测得；（c）可研磨的非密实材料，如砌块、石膏等，V可采用密度瓶测定。2，表观密度：是指材料的在自然状态下，单位体积的干质量。计算公式：00Vm表观密度的测定：（1）外形规则的材料，如砖，可直接测量体积得到；（2）外形不规则的，可采用封腊排水法测定体积；思考题：对同种物质，试比较密度和表观密度的大小？【例题】、烧结普通砖的尺寸为240mm×115mm×53mm，已知其孔隙率为37%，干燥质量为2487g，浸水饱和后质量为2984g。试求该砖的体积密度、密度、吸水率。解：1）表观密度：ρo=m1/Vo=2487/1462.8=1.7g/cm3孔隙率P=V孔/Vo×100%=37%V孔/1462.8×100%=37%故孔的体积：V孔=541.236cm3，求密实物质的体积：V=Vo-V孔=1462.8-541.236=921.6cm32）求密度：ρ=m1/V=2487/921.6=2.7g/cm33）求含水率：W=(m2-m1)/m1×100%=(2984-2487)/2487×100%=20%3，堆积密度：是指粉末状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量。计算公式：'0'0Vm一般采用容积筒测定容量升的大小视颗粒的大小而定，一般砂子采用1L的容量升，石子采用10L，20L，30L的容量升。常用材料的密度、表观密度和堆积密度值参见教材建筑材料教案第5页共68页二材料的密实度和孔隙率、填充率和空隙率1，材料的密实度：是指材料的体积内，被固体物质充满的程度，用D表示，%100%100%100000mmVVD2，材料的孔隙率P：是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。材料的孔隙可分为闭口孔和开口孔。材料内部孔隙示意计算公式：%100)1(%100)1(%1000000VVVVVP3，材料的填充率D‘：它是指散粒状材料堆积体积中，颗粒体积所占的百分率。%100%100%1000'0'00'00'mmVVD4，空隙率P’：它是指散粒状材料堆积体积中，颗粒间空隙体积所占的百分率。%100)1(%100)1(0'0'00'VVP三材料与水有关的性质1，亲水性和憎水性：材料与水接触时由于水在固体表面润湿状态不同，表现为亲水与憎水两种不同的性质；常见的憎水性材料有：沥青、石蜡和塑料等，常用做防水、防潮材料。2，吸水性：材料在水中吸收水分的性质，称为吸水性，有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法：建筑材料教案第6页共68页（1）质量吸水率：%100ggbmmmmW（2）体积吸水率：%1000VmmWWgbV3，吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质，称为吸湿性；%100ggshmmmW4，耐水性：材料耐水性指材料长期在水的作用下不破坏、强度不明显下降的性质。gbRffK一般用软化系数KR表示，KR0.85的为耐水材料5，抗渗性，指抵抗压力水渗透的性质。用抗渗等级P表示，如P6表示材料的最大渗水压力为0.6MPa;6，抗冻性，指材料在含水状态下能忍受多次冻融循环而不破坏,强度也不显著下降的性质。一般用抗冻等级F表示，如F10，表示在标准试验条件下，材料强度下降不大于25％，质量损失不大于5％，所能经受的冻融循环次数最多为10次。四材料与热量有关的性质1，导热性：导热性指当材料两侧有温度差时热量由高温侧向低温侧传递的能力，用导热系数来表示。思考题1：影响材料导热系数的主要因素有哪些？答：（1）材料的化学组成和物理结构：如金属比非金属导热系数大（2）孔隙状况：孔隙率越大，导热系数越小；（3）含水率：受潮后导热系数较大；（4）环境的温度：温度越高，导热系数越大。思考题2：为什么保温隔热材料使用过程中一定要注意防潮防冻？答：因为空气、水和冰的导热系数依次增加，故保温材料在受潮、受冻后，导热系数可增大100倍左右。2，材料的热容量：指材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。3，耐燃性和耐火性：材料在空气中遇火燃烧的性能称为耐燃性。（1）非燃烧材料：砖、天然石材、混凝土、砂浆、金属材料等；建筑材料教案第7页共68页（2）难燃烧材料：石膏板、水泥石棉板等；（3）燃烧材料：胶合板、纤维板、木材等。第三节材料的力学性质一强度、比强度和强度等级1，强度：材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化的性质。在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。(ａ)抗压(ｂ)抗拉(ｃ)抗折(ｄ)抗剪课堂例题：用直径为10mm的钢筋做抗拉强度实验，测得破坏时的拉力为31.5kN,求此钢筋的抗拉强度？2，比强度：指材料强度与其表观密度之比。3，强度等级：强度等级是按照强度的大小进行分级；塑性材料一般按照材料的抗拉极限强度进行分级，如钢材分为Q195,215,235,255,275等；脆性材料一般按照材料的极限抗压强度进行分级的，如水泥一般分为42.5，52.5，62.5等二弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状的性质称为弹性。（弹性模量的定义）材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复，这种性质称为材料的塑性。如：钢材的应力应变曲线；建筑材料教案第8页共68页三韧性与脆性1，脆性：材料受外力作用，当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形，这种性质称为脆性。如砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土和铸铁等；2，韧性：材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏，这种性质称为韧性。如建筑钢材、木材和塑料等；四硬度和耐磨性1，硬度：是指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。金属材料等的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。工程中有时用硬度来间接推算材料的强度，如回弹法用于测定混凝土表面硬度，间接推算混凝土强度。2，耐磨性：是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性与材料的组成结构及强度、硬度有关。在土木工程中，道路路面、工业地面等受磨损的部位，选择材料需考虑其耐磨性。第四节材料的耐久性材料的耐久性：材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，统称之为耐久性，它是一种复杂的、综合的性质,包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性