第五章建筑材料

建筑材料ConstructionMaterials第一节建筑材料的基本性质第二节气硬性胶凝材料第三节水泥第四节混凝土第五节建筑砂浆第六节墙体与屋面材料第七节木材第八节防水材料古代人类从铁器时代以后有了简单的工具，建筑材料（木材、砖、石等）才由天然材料进入人工生产阶段，为较大规模的土木工程和人类需要的其他建筑物建立了基本条件。在漫长的封建社会中，生产力停滞不前，建筑材料的发展也极为缓慢，长期限于砖、石、木材作为结构材料。资本主义的兴起，城市的出现，工业的迅速发展，交通的日益发达，需要建造大规模的建筑物构筑物和建筑设施，例如大跨度的工业厂房，高层的公用建筑以及桥梁、港口等，推动了建筑材料的前进，在18~19世纪相继出现了钢材、水泥、混凝土以及钢筋混凝土成为了主要的结构材料。使建筑业的发展进入了一个新阶段。为了适应建筑工业的自动化和建议不提高土木工程质量的要求，建筑材料今后的发展将有以下几个趋势：1.尽可能的提高材料的强度，降低材料的自重；2.研究并生产多功能、高效能的材料；3.由单一材料向复合材料及其制品发展；4.对材料的耐久性将引起更大的重视；5.建筑制品的生产，讲向预制化、单元化发展，构件尺寸日益增大；6.大量利用工农业废料、废渣、生产廉价的、低性能的材料及制品；7.利用现代科学技术及手段，在深入认识材料的内在结构对性能影响的基础上，按指定的要求，设计与制造更新品种的建筑材料。建筑材料种类繁多，根据化学成分建筑材料可分为：无机材料，有机材料和复合材料。建筑材料无机材料非金属材料天然石材：石子，砂，毛石，料石烧土制品：黏土砖，瓦，空心砖，建筑陶瓷玻璃：窗用玻璃，安全玻璃，特种玻璃胶凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各种水泥混凝土及砂浆：普通混凝土，轻混凝土，特种混凝土，各种砂浆硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖，硅酸盐砌块绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩金属材料黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢有色金属：铝，锌，铜及其合金有机材料植物质材料木材，竹材，软木，毛毡沥青材料石油沥青，煤沥青，沥青防水制品高分子材料塑料，橡胶，涂料，胶粘剂复合材料无机非金属材料和有机材料的复合聚合物混凝土、沥青混凝土，水泥刨花板，玻璃钢按功能可以分为建筑结构材料，墙体材料和建筑功能材料。建筑材料建筑结构材料砖混结构：石材，砖，水泥混凝土，钢筋钢木结构：建筑钢材，木材墙体材料砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐及砌块墙板：混凝土墙板、石膏半、复合墙板建筑功能材料防水材料：沥青及其制品绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨胀珍珠岩石吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料采光材料：窗用玻璃装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝材布达拉宫宫体主楼13层，高117.2米,东西长360米，全部为石木结构，宫墙厚达2—5米，墙身全部用花岗岩砌筑,仅五世达赖灵塔就用黄金11万9千两，大小珍珠4000多颗。返回键万里长城返回键悉尼海上歌剧院是悉尼的标志，世界最豪华的文化建筑之一。这座“船帆屋顶剧院”是从66个国家233位设计师的蓝图中，选中丹麦乔恩-厄特宗的作品，从1959年施工到1973年，耗资1.04亿美元才得完成。第一节建筑材料的基本性质土木工程的各个部位都处于不同的环境条件并起一定的作用。如梁、板、柱以及承重的墙体主要承受各种荷载作用；房屋屋面要承受风霜雨雪的作用且能保温、防水；基础除承受建筑物全部荷栽外，还要承受冰冻及地下水的侵蚀；墙体要起到抗冻、隔声、保温隔热等作用。这就要求用于不同工程部位的材料应具有相应的性质。一、材料物理性质二、材料的力学性质一、材料物理性质一)材料的密实度与孔隙率密实度密实度是指材料体积内，被固体物质充实的程度。以D表示，并按下式计算：D=V/V0孔隙率孔隙率是指材料体积内，孔隙体积所占有的比例。以P表示，并按下式计算：P=（V-V0）/V0=1-D=1-ρ/ρ0二）材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性建筑材料中，各种无机胶凝混凝土、石料、砖瓦等均为亲水性材料，它们为极性分子所组成，与极性分子水之间有良好的亲合性。沥青、油漆、塑料等为憎水性材料，这是因为极性分子的水与这些非极性分子组成的材料互相排斥的缘故。憎水性材料常用作为防潮、防水及防腐材料，也可以对亲水性材料进行表面处理，用以降低吸水性。（二）吸湿性与吸水性吸湿性材料在环境中，能自发地吸收空气中水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用含水率表示，即吸入水与干燥材料的质量之比。吸水性材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。吸水性大小用吸水率表示，吸水率常用质量吸水率，即材料吸入水的质量与材料干质量之比表示：W质=（m饱-m干）/m干式中W质—材料的质量吸水率，%；m饱—材料吸水饱和后的质量，g或kg；m干—材料在干燥状态下的质量，g或kg；二、材料的力学性质一.强度及强度等级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，抗压、抗拉、抗剪强度的计算公式如下:f=F/A式中f—材料的强度，Mpa；F—材料破坏时的最大荷载，N；A—材料受力截面积，mm2。材料的抗弯强度用下式计算f弯=3FL/2bh~2材料的孔隙率越大，强度越低，两者有近似直线的比例关系。材料的强度除与组成和结构有关外，其强度值还受试件的形状、尺寸、表面。材料抗压抗拉抗弯花岗岩100~2505~810~14普通黏土砖7.5~30——1.6~4.0普通混凝土7.5~601~9——松木（顺纹）30~5080~12060~100建筑钢材240~1500240~1500——二、脆性与韧性脆性材料在外力作用下，直至断裂前只发生很小的弹性变形，不出现塑性变形而突然破坏的性质称为脆性。具有这种性质的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度比抗拉强度大得多，可达几倍到几十倍。脆性材料抵抗冲击或振动荷载的能力差，故常用于承受静压力作用的工程部位如基础、墙体、柱子、墩座等。属于此类的材料如石材、砖、混凝土、铸铁等。韧性材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时也能产生一定的塑性变形而不致破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。建筑钢材、木材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。材料的韧性用冲击试验来检验。三、硬度和耐磨性硬度是材料抵抗其他物体刻划，压入其表面出现塑性变形的能力，通常，矿物的硬度采用刻划法测定其莫氏硬度，钢材，木材，混凝土采用钢球压入法测定其布氏硬度（HB）。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力，通常用磨损率K表示，即K=M1-M2/A其中M1，M2——表示磨损前后的质量，g；A——受损面积，cm2。返回键第二节气硬性胶凝材料建筑上用来将散粒材料（如砂、石子）或块状材料（如砖、石块）粘结成为整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学成分可分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类，前者如水泥、石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等，后者如沥青、有机高分子聚合物等。所谓气硬性胶凝材料是只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续提高强度的胶凝材料。如石灰、石膏。水玻璃、菱苦土等。所谓水硬性胶凝材料是指不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化保持并继续提高其强度的胶凝材料。如各种水泥。一、石膏二、石灰三、菱苦土四、、水玻璃一、石膏建筑石膏及其制品具有轻质，高强，隔热，吸声，美观及易于加工等优点，因此用途广泛，是一种有发展前途的新型建筑材料之一。自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏CaSO4·2H2O。在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过加工而成的半水石膏CaSO4·1/2H2O，又成熟石膏。一、建筑石膏的凝结硬化建筑石膏与适量水混合后，最初成为可塑的浆体，但很快就失去可塑性产生强度，并发展成为坚硬的固体。发生这种现象的实质，是由于浆体内部经历了一系列的物理化学变化。建筑石膏硬化过程：CaSO4*1/2H2O+3/2H2O→CaSO4*2H2O二、建筑石膏的特性（一）建筑石膏产品标记的顺序为：产品名称、抗折强度、标准号。例如抗折强度为2.1MPa的建筑石膏，其标记为：建筑石膏2.1GB9776。（二）建筑石膏的特性1、凝结硬化快。在自然干燥的条件下，建筑石膏达到完全硬化的时间约需一星期。2、建筑石膏硬化后孔隙率大、强度低。3、建筑石膏硬化体隔热性和吸声性能良好、耐水性较差。4、防火性能良好。5、微膨胀建筑石膏硬化时体积略有膨胀。一般膨胀率约为1%，这可使硬化体表面光滑饱满，干燥时不开裂，且能使制品造型棱角很清晰，有利于制造复杂图案花型的石膏装饰件。三、建筑石膏的应用(一)室内抹灰及粉刷建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这中抹灰墙面具有绝热，阻火，隔音，舒适，美观等特点。抹灰后的墙面和天棚还可以直接涂刷尤其及贴墙纸。建筑石膏加水调成石膏浆体，还可以掺加部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑，细腻，洁白美观。（二）装饰制品以石膏为主要原料，掺加少量的纤维增强材料和胶料，加水搅拌成石膏浆体，利用石膏硬化时体积微膨胀的性能，可制成各种石膏雕塑，饰面板及各种装饰品。（三）石膏板我国目前生产的石膏板，主要有纸面石膏板，石膏空心板，石膏装饰板，纤维石膏板等。（1）纸面石膏板它是石膏作芯材，两面用纸做护面而制成的，主要用于内墙，隔墙，无花板等处。（2）石膏空心条板这种石膏板强度高，可用作住宅和公共建筑的内墙和隔墙等，安装时，不需要龙骨。（3）石膏装饰板石膏装饰板有平板，多孔板，花纹板，浮雕板等多种，它尺寸精确，线条清晰，颜色鲜艳，造型美观，品种多样，施工简单，主要用于公共建筑，可作为墙面和无花板等。（4）纤维石膏板以建筑石膏为主要原料掺加适量的增强材料而制成。这种板的抗弯强度高，可用于内墙和隔墙，也可用来替代木材制作家具。将玻璃纤维、纸筋或矿棉等纤维材料先在水中松解，然后与建筑石膏及适量的浸润剂混合制成浆料，在长网成型机上经铺浆、脱水而制成纤维石膏板。它的抗折强度和弹性模量都高于纸面石膏板。纤维石膏板主要用于建筑物的内隔墙和吊顶。四、建筑石膏的存储在存储建筑石膏时应注意防雨防潮，存储期一般不要超过三个月。石膏制品表面如未做防潮处理则只能在干燥环境中使用，其存储期也不宜超过三个月，在存储运输及施工过程中要严格注意防水防潮。指标\等级优等品一等品合格品强度MPa抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.9细度以0.2mm方孔筛筛余百分数计，不大于5.010.015.0凝结时间min初凝时间不小于6终凝时间不大于30第三节水泥水泥是最主要的建筑材料之一。作为胶凝材料与骨料及增强材料制成混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土构件，也可配制砌筑砂浆、装饰、抹面、防水砂浆用于建筑物砌筑、抹面、装饰等。水泥品种繁多，按其主要水硬性物质，可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等系列，其中以硅酸盐系列水泥生产量最大，应用最为广泛。一、硅酸盐类水泥二、掺混合材料的硅酸盐水泥三、其他品种水泥一、硅酸盐类水泥硅酸盐类水泥是硅酸盐类水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量的石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，即国外统称的波特兰水泥。一、硅酸盐类水泥的生产硅酸盐类水泥的生产过程是“两磨一烧”，即（1）将原料按一定比例配料并磨细成符合成分要求的生料：（2）将生料煅烧使之部分熔融形成熟料；（3）将熟料与适量的石膏共同磨细成为硅酸盐类水泥。硅酸盐水泥的生产过程二、硅酸盐类水泥的凝结硬化水泥用适量的水调和后，最初形成具有可塑性的浆体，然后逐渐变稠失去可塑性，这一过程称为凝结。然后逐渐产生强度不断提高，最后变成坚硬的石状物——水泥石，这一过程称为硬化。1.水泥的水化水泥加水后，水泥颗粒被水包围，熟料矿物颗粒表面立即与水发生化学反应，生成水化产物，并放出一定的能量。为了调节水泥的凝结时间，在熟料磨细时，应掺有适量的（3%左右）石膏，这些石膏与部分水化铝酸钙反应，生成难溶的水化硫铝酸钙的针状晶体并伴有明显的体积膨胀。2