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1第一章建筑材料的基本性质了解主要建筑材料的种类、特性、基本用途和发展趋势等。第一节建筑材料概述一、建筑材料的分类（了解）1．按建筑材料化学成分分类，通常可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类。2．按建筑材料在建筑物中的功能分类。可分为承重材料、自承重材料、保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料、装饰材料等。3．按用途分类。可分为结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料，以及其他用途的材料等。二、建筑材料的发展趋势（了解）1．在建筑工程中，建筑材料费用一般占建筑总造价的50％左右，有的高达70％2．建筑材料工业的发展趋向是研制和开发高性能建筑材料和绿色建筑材料（环保节能）第二节材料的基本物理性质一、材料的基本物理参数1．实际密度（简称密度）：是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量：（磨细排水法）。有些材料如卵石、砂等，常直接用排水法测其绝对体积的近似值（因颗粒内部的封闭孔隙体积没有排除），这时所求得的实际密度为近似密度（旧称视密度）。22．表观密度，是指材料在自然状态下单位体积的质量：。包含孔隙，故测定表观密度时，须注明含水情况，一般是以气干状态下的测定值为准。3．堆积密度：（旧称松散容重），是指散粒（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆放状态下，单位体积（包含了颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）的质量：。34．密实度：是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即材料的绝对密实体积占外观体积的比例。密实度反映了材料的致密程度，以D表示：5．孔隙率：指材料体积内孔隙体积所占的比例，即孔隙体积占外观体积的百分率。【D＋P=1】，孔隙又可分为：1）、连通的孔（彼此贯通且与外界相通）和封闭的孔（与外界隔绝）。2）、微孔、细孔和大孔。孔隙率的大小及孔隙本身的特征与材料的许多重要性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性和导热性等都有密切关系。一般而言，孔隙率较小，且连通孔较少的材料，其吸水性较小，强度较高，抗渗性和抗冻性较好。6．填充率：是指粒状材料在堆积体积中，被其颗粒填充的程度，用D，表示。7．空隙率：是指散粒材料在堆积体积内，颗粒之间空隙体积占堆积体积的百分率，以P，表示。4P，可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。二、材料与水有关的性质1．亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时，根据其能否被水润湿，可分为亲水性和憎水性两大类。润湿角θ≤90°的材料为亲水性材料。反之，θ＞90°时，表明该材料不能被水润湿，称为憎水性材料。52．吸水性：是指材料在浸水状态下吸入水分的能力。吸水性的大小用吸水率表示，有质量吸水率和体积吸水率之分。3．材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质，称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示，即所含水的质量占材料干燥质量的百分率。4．耐水性：材料长期在饱和水作用下不破坏，其强度也不显著降低的性质。材料的耐水性用软化系数表示。5．抗渗性（或不透水性）：材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数K表示。对于混凝土和砂浆材料，抗渗性常用抗渗等级（P）表示。6．抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质。如混凝土常用抗冻等级表示。试件在规定的标准试验条件下，经一定次数的冻融循环后，强度降低不超过规定数值，也无明显损坏和剥落，则此冻融循环次数即为抗冻等级。如严寒地区路面混凝土抗冻等级不宜小于F250，寒冷地区不宜小于F200。6三、材料的热性质1．导热性：材料传导热量的能力，用导热系数λ表示。导热系数与材料内部孔隙构造有密切关系。由于密闭空气的导热系数很小[λ=0.023W/m·K]，所以，材料的孔隙率较大者其导热系数较小，但如孔隙粗大而贯通，由于对流作用的影响，材料的导热系数反而增高。材料受潮或受冻后，其导热系数会大大提高。这是由于水[λ=0.58W/m·K]和冰[λ=2.20W/m·K]的导热系数比空气的导热系数高很多，因此，绝热材料应经常处于干燥状态〖保温屋面设置排气孔〗，以利于发挥材料的绝热效能。72．比热容：材料加热时吸收热量，冷却时放出热量的性质，称为热容量。热容量大小用比热容（也称热容量系数，简称比热）表示。不同材料的比热不同，即使是同一种材料，由于所处物态不同，比热也不同。例如，水的比热为[4.186J/g.K]，而结冰后比热则是[2.093J/g.K]。材料的比热，对保持建筑物内部温度稳定有很大意义，比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。3．热变形性：是指材料在温度变化时其尺寸的变化，一般材料均会热胀冷缩，常用线膨胀系数表示。四、材料的力学性质主要是指材料在外力（荷载）作用下，有关抵抗破坏〖强度〗和变形的〖刚度〗能力的性质。1．材料的强度、比强度材料在建筑物上所受的外力，主要有压力、拉力、弯曲及剪力〖压、拉、弯、剪、扭〗等。材料抵抗这些外力破坏的能力，分别称为抗压、抗拉、抗弯（抗折）和抗剪等强度。这些强度一般是通过静力试验来测定的，因而总称为静力强度。1）．抗压、抗拉或抗剪强度：f=F/A82）．抗折强度等于试件所受最大弯矩除以该截面的抗弯模量，当跨距为L、两端简支、跨中受一集中荷载F时，抗折强度计算：ftm=3FL/2bh2。为了对不同的材料强度进行比较，可以采用比强度。比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料的强度与其表观密度之比，它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。2．材料的弹性与塑性材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质，称为弹性。这种能够完全恢复的变形称为弹性变形，具有这种性质的材料称为弹性体。这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比。其比例系数E称为弹性模量。在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，即：E=σ/ε材料在外力作用下产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质，称为塑性。这种不能消失的变形，称为塑性变形（或永久变形）。许多材料受力不大时，仅产生弹性变形；受力超过一定限度后，即产生塑性变形（如建筑钢材）。有的材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生，如果取消外力，则弹性变形可以消失，而其塑性变形则不能消失（如混凝土）。3．材料的脆性和韧性材料受外力作用时不产生塑性变形，当外力达到一定限度后突然破坏，材料的这种性质称为脆性，具有这种性质的材料称为脆性材料〖生铁、砖、石、素砼等〗。9材料在冲击、振动荷载作用下，能够吸收较大的能量，同时能产生一定的变形而不致破坏的性质称为韧性（或冲击韧性）。4．材料的硬度、耐磨性硬度是材料表面能抵抗其他较硬物体压入或刻划的能力。常用的硬度测量方法有刻划法和压入法。刻划法即用硬度不同的材料对被测材料的表面进行刻划，按刻划材料的硬度递增分为10个等级，该方法用于测定天然矿物的硬度。压入法测得的是布氏硬度值，将硬物压入材料表面，用压力除以压痕面积所得到的值为布氏硬度值。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。常用磨损率表示，N=（m1－m2）/A5．材料的耐久性耐久性指材料在长期使用过程中，在环境因素作用下，能保持不变质（如生锈）、不破坏（开裂），能长久地保持原有性能的性质。诸如抗冻性、抗风化性、耐化学腐蚀性能，均属于耐久性的范围。1）物理作用包括材料的干湿变化、温度变化及冻融变化等。2）化学作用包括酸、碱、盐等物质的水溶液及气体对材料产生的侵蚀作用。3）生物作用是昆虫、菌类等对材料所产生的蛀蚀、腐朽等破坏作用。如木材及植物纤维材料的腐烂。为了提高材料的耐久性，以利于延长建筑物的使用寿命和减少维修费用，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介质对材料的破坏作用（降低湿度，排除侵蚀性物质等），提10高材料本身对外界作用的抵抗能力（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（覆面、抹灰、刷涂料等）。【2010-1-16】【THEEND】11第二章常用建筑材料水泥、木材、建筑钢材称为三大建筑材料。常用的还有气硬性胶凝材料、砌墙砖、建筑砌块等。第一节气硬性无机胶凝材料胶凝材料：凡在一定条件下，经过自身的一系列物理、化学作用后，能将散粒或块状材料粘结成为具有一定强度的整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料根据化学成分分为无机胶凝材料和有机胶凝材料两大类。有机胶凝材料如沥青；无机胶凝材料根据硬化条件不同，分为气硬性无机胶凝材料和水硬性无机胶凝材料。气硬性无机胶凝材料只能在空气中凝结硬化，保持并发展其强度，如石灰、石膏、菱苦土、水玻璃等。在水中不能硬化，也就不具有强度。其已硬化并具有强度的制品在水的长期作用下，强度会显著下降以至破坏。这类材料一般只适用于地上或干燥环境中，而不宜用于潮湿环境中，更不可用于水中。水硬性胶凝材料既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度，如各种水泥，它们既适用于地上工程，也适用于地下或水中工程。一、石膏石膏是一种以硫酸钙〖CaSO4〗为主要成分的气硬性胶凝材料，具有良好的建筑性能（如质轻、耐火、隔声、绝热等），常用的石膏胶凝材料种类有建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等。121、石膏胶凝材料的生产生产石膏胶凝材料的原料主要是天然二水石膏（CaS04·2H20，又称软石膏或生石膏），还有天然无水石膏（CaS04，又称硬石膏）等在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成的。1）将天然二水石膏在常压下加热至65～75℃时，CaS04·2H20开始脱水，在107～170℃时，成为β型半水石膏CaS04·1/2H20（即建筑石膏，又称熟石膏）。2）若在具有0.13MPa、124℃过饱和蒸汽条件下的蒸压釜中蒸炼，得到的是α型半水石膏（即高强石膏），它比β型半水石膏晶体要粗，调制成可塑性浆体的需水量少〖水分蒸发孔隙少〗，其制品硬化后密实度大，强度较高。3）当加热温度为170～200℃时，脱水加速，半水石膏变为结构基本相同的脱水半水石膏，而后成为可溶性硬石膏，它与水调和后仍能很快凝结硬化；当温度升至200～350℃时，石膏中只残留很少的水分；当温度超过400～750℃时，完全失去水分，形成不溶性硬石膏，也称死烧石膏，它难溶与水，失去凝结硬化的能力；温度继续升高超过800℃时，部分石膏分解出氧化钙起催化作用，使产物又具有凝结硬化的能力，这种产品称为地板石膏。2、建筑石膏的凝结硬化13半水石膏在水中发生溶解，并很快形成饱和溶液，溶液中的半水石膏与水化合，生成二水石膏。由于二水石膏在水中的溶解度比半水石膏小得多（仅为半水石膏溶解度的1/5），所以半水石膏的饱和溶液对二水石膏来说，就成了过饱和溶液，因此，二水石膏从饱和溶液中以胶体微粒析出，这样，促进了半水石膏不断地溶解和水化，直到半水石膏完全溶解“凝结”“硬化”。3、建筑石膏的技术性质建筑石膏是一种白色粉末状的气硬性胶凝材料，密度为2.60～2.75g/cm3，堆积密度为800～1100Kg/m3。建筑石膏的技术性质包括如下几个方面：1）．凝结硬化快。它的凝结时间随煅烧温度、磨细程度和杂质含量等情况的不同而不同。一般与水拌合后，在常温下数分钟即可初凝，30min以内即可达终凝。在室内自然干燥条件下，约一周时间可完全硬化。若要延缓凝结时间，可掺入缓凝剂，以降低半水石膏的溶解度和溶解速度，如亚硫酸盐酒精废液、硼砂等；若要加速建筑石膏的凝结，则可掺入促凝剂，如氯化钠、氯化镁、硫酸钠、硫酸镁、氟硅酸钠等。2）．硬化时体积微膨胀，硬化时不出现裂缝。3）．硬化后孔隙率较大，表观密度和强度较低。石膏浆体多余的水分在硬化过程中逐渐蒸发，使硬化后的石膏留有大量的孔隙，一般孔隙率约为50～60%，因此，建筑石膏硬化后，强度较低，表观密度较小，导热性较低，吸声性较好。4）．防火性能良好。14石膏硬化后的结晶物CaS04·2H20遇到火烧时，结晶水蒸发，吸收热量并在表面生成具有良好绝热性的无水物，起到阻止火焰蔓延和温度升高的作用。5）．建筑石膏的热容量大，吸湿性强，故对室内具有一定的调温、调湿作用。6）．耐水性、抗冻性和耐热性差。建筑石膏硬化后，具有很强的吸湿性和吸水性，在潮湿的环境中，晶体间的粘结力削弱，强度明