1《建筑材料》教案绪论本章主要了解建筑材料的分类和建筑材料技术标准、建筑材料特点。一、建筑材料的定义和分类人类赖以生存的总环境中,所有构筑物或建筑物所用材料及制品统称为建筑材料。本课程的建筑材料是指用于建筑物地基、基础、地面、墙体、梁、板、柱、屋顶和建筑装饰的所有材料。建筑材料的分类:1、按材料的化学成分分类,可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类:无机材料又分为金属材料(钢、铁、铝、铜、各类合金等)、非金属材料(天然石材、水泥、混凝土、玻璃、烧土制品等)、金属—非金属复合材料(钢筋混凝土等);有机材料有木材、塑料、合成橡胶、石油沥青等;复合材料又分为无机非金属—有机复合材料(聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料等)、金属—有机复合材料(轻质金属夹芯板等)。2、按材料的使用功能,可分为结构材料和功能材料两大类:结构材料——用作承重构件的材料,如梁、板、柱所用材料;功能材料——所用材料在建筑上具有某些特殊功能,如防水、装饰、隔热等功能。二、建筑材料的特点建筑材料在工程中的使用必须有以下特点:具有工程要求的使用功能;具有与使用环境条件相适应的耐久性;具有丰富的资源,满足建筑工程对材料量的需求;材料价廉。建筑环境中,理想的建筑材料应具有轻质、高强、美观、保温、吸声、防水、防震、防火、无毒和高效节能等特点。三、技术标准的类型我国常用的标准有如下三大类:1、国家标准国家标准有强制性标准(代号GB)、推荐性标准(代号GB/T)。2、行业标准如建筑工程行业标准(代号JGJ)、建筑材料行业标准(代号JC)等。3、地方标准(代号DBJ)和企业标准(代号QB)。标准的表示方法为:标准名称、部门代号、编号和批准年份。第1章土木工程材料的基本性质本章主要了解材料的组成、结构和构造对性质的影响;重点掌握材料的物理性质和力学性质。一、材料的组成、结构及构造对性质的影响材料的组成:包括化学组成和矿物组成。它是决定材料各种性质的重要因素。材料的结构可分为宏观结构、细观结构和微观结构。它是决定材料各种性质的最重要因素。1、宏观结构(构造):用肉眼或放大镜能够分辨的毫米级以上的粗大组织称为宏观结构,可分为:2(1)致密结构—如钢材、有色金属、玻璃、塑料、致密的天然石材等,其特点是强度和硬度较高,吸水性小,抗渗和抗冻性较好。(2)多孔结构—如加气混凝土、泡沫塑料等,其特点是强度较低,吸水性大,抗渗和抗冻性较差,绝缘性较好。(3)微孔结构—如普通烧结砖、建筑石膏制品等,其特点与多孔结构材料特点相同。(4)纤维结构—如木材、竹材、玻璃纤维增强塑料、石棉制品等,其特点是平行纤维方向与垂直纤维方向的各种性质具有明显差异。(5)片状或层状结构—如胶合板、纸面石膏板、各种夹心板等,其特点是平面各向同性,同时提高了材料的强度、硬度等,综合性能好。(6)散粒结构—如砂子、石子、膨胀珍珠岩等,其特点是颗粒之间存在大量空隙,其空隙率大小主要取决于颗粒级配、颗粒形状及大小等。2、细观结构:用光学显微镜所观察到的微米级组织结构称为细观结构。材料的细观结构对其力学性质、耐久性等影响很大。3、微观结构:用电子显微镜、X射线衍射仪等手段来研究材料原子、分子级的微观组织称为微观结构,分为晶体与非晶体。二、材料的物理性质(一)密度、表观密度与堆积密度1、密度(ρ):是指材料在绝对密实状态下,单位体积的干质量。2、表观密度(ρo):是指材料在自然状态下,单位体积的干质量。3、堆积密度(ρoˊ):是指粒状或粉状材料在堆积状态下,单位体积的质量。重点比较三者之间的区别。(二)材料的密实度与孔隙率1、密实度(D):是指材料体积内被固体物质充实的程度,也就是固体体积占总体积的比例。2、孔隙率(P):指材料体积内,孔隙体积占总体积的百分率。D+P=1(三)材料的空隙率空隙率(Pˊ):是指散粒材料在堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率。Dˊ+Pˊ=1(四)材料与水有关的性质1、材料的亲水性与憎水性材料在空气中与水接触时,能被水湿润者为亲水性,具有亲水性的材料称为亲水材料;否则为憎水性,具有憎水性的材料称为憎水性材料。2、材料的吸水性与吸湿性(1)含水率(Wh):指材料中所含水的质量占其干质量的百分率。(2)吸水性:指材料与水接触吸收水分的性质,其大小用吸水率表示,分为体积吸水率和体积吸水率。一般材料的孔隙率愈大,吸水性愈强;开口而连通的细小孔隙愈多,吸水性愈强;闭口孔隙,水分3不易进入;开口的粗大孔隙,水分容易进入,但不能存留,故吸水性较小。材料的吸水性会对其性质产生不利影响。如材料吸水后,使其质量增加,体积膨胀,导热性增加,强度和耐久性下降。3、材料的耐水性耐水性是指材料长期在水作用下,保持其原有性质的能力。结构材料的耐水性主要指强度的变化,用软化系数(KR)来表示。KR的大小,说明材料吸水饱和后其强度下降的程度。KR越大,表明材料吸水饱和后其强度下降越少,其耐水性越强;反之则耐水性越差。一般认为KR≥0.85的材料,称为耐水性材料。经常位于水中或受潮严重的重要结构物,应选用KR≥0.85的材料;受潮较轻的或次要结构物,应选用KR≥0.75的材料。4、材料的抗渗性抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性能。用抗渗系数K表示。5、材料的抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下,能经受多次冻融循环而不破坏,其强度也不严重降低的性质。用抗冻等级表示。抗冻等级是以试件在吸水饱和状态下,经冻融循环作用,质量损失和强度下降均不超过规定数值的最大冻融循环次数来表示。(五)材料的热性质1、导热性材料传递热量的性质称为材料的导热性。用导热系数λ表示。导热系数越小,材料的隔热保温性能越好。2、热容量材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质,称为热容量。用Q表示。3、热变形性材料随温度的升降而产生热胀冷缩变形的性质,称为材料的热变形性。用线膨胀系数α表示。线膨胀系数α越大,表明材料的热变形量越大。4、耐燃性材料在空气中遇火不着火燃烧的性能,称为材料的耐燃性。按照遇火时的反应将材料分为非燃烧材料、难燃烧材料和燃烧材料三类。三、材料的力学性质1、强度:是指材料在外力(荷载)作用下不破坏时能承受的最大应力。根据外力作用方式的不同,材料强度有抗拉、抗压、抗弯(抗折)、抗剪强度等。2、强度等级:根据其极限强度的大小,划分成若干不同的等级,称为材料的强度等级。脆性材料主要根据其抗压强度来划分;塑性材料和韧性材料主要根据其抗拉强度来划分。3、比强度:材料的强度与其表观密度的比值,称为比强度。它是衡量材料轻质高强性能的一项重要指标。比强度越大,则材料的轻质高强性能越好。4、弹性:材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,能完全恢复到原形状的性质。5、塑性:材料在外力作用下产生变形,当取消外力后,仍保持变形后的形状和尺寸的性质。46、脆性:材料在外力作用下,直到破坏前并无明显的塑性变形而发生突然破坏的性质。7、韧性:材料在冲击或震动荷载的作用下,能吸收较大能量,并产生较大变形而不发生破坏的性质。四、材料的装饰性建筑装饰材料的作用主要起装饰作用、保护作用和其他特殊作用(绝热、防潮、防火、吸声、隔音等),而装饰效果主要取决于装饰材料的色彩、质感和线型。五、材料的耐久性材料在使用过程中,能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏,也不失去其原有性能的性质。第2章气硬性胶凝材料本章主要了解石灰、石膏、菱苦土、水玻璃的特性、技术性能要求和应用。一、胶凝材料概念和分类在建筑工程中,将散粒材料(如砂子、石子)或块状材料(如砖或石块)粘合为一个整体的材料,统称为胶凝材料。胶凝材料可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料。有机胶凝材料又分为沥青类、天然树脂类、合成树脂类;无机胶凝材料又分为气硬性胶凝材料(如石膏、石灰、水玻璃、菱苦土)、水硬性胶凝材料(如硅酸盐水泥、铝酸盐水泥及其他水泥)二、建筑石膏的特性及应用特性:1、凝结硬化快;2、微膨胀性;3、孔隙率大;4、耐水性差;5、抗火性好;6、塑性变形大。应用:一般用于室内抹灰及粉刷、装饰制品、石膏板等。三、石灰的特性1、石灰的熟化:生石灰(CaO)加水生成氢氧化钙的过程,称为石灰的熟化或消解过程。生石灰中常含有过火石灰,过火石灰表面有一层深褐色熔融物,熟化很慢,当石灰已经硬化后,其中过火颗粒才开始熟化,体积膨胀,引起隆起和开裂。为了消除过火石灰的危害,石灰浆应在储灰池中“陈伏”两周以上,“陈伏”期间,石灰浆表面应留有一层水,与空气隔绝,以免石灰碳化。2、石灰特性:石灰具有良好的保水性,凝结硬化慢、强度低,耐水性差;体积收缩大的特性。四、菱苦土的应用菱苦土地板具有保温、无尘土、耐磨、防火、表面光滑和弹性好等特性,若掺入耐碱矿物颜料,可将地面着色,是良好的地面材料。菱苦土板有较高的紧密度与强度,而且具有吸音、隔热的效果,可做内墙板和其他建筑材料之用。加筋的菱苦土具有较高的强度,可以代替木材制成垫木、柱子等构件。菱苦土耐水性较差,故这类制品不宜用于长期潮湿的地方,菱苦土制品中不宜配置钢筋。五、水玻璃1、特性:水玻璃溶液可与水按任意比例混合,不同的用水量可使溶液具有不同的密度和粘度;水玻璃具有很强的酸腐蚀性,能抵抗多数无机酸、有机酸和侵蚀性气体的腐蚀;水玻璃硬化时析出的硅酸凝胶能堵塞材料的毛细孔隙,起到阻止水分渗透的作用;水玻璃具有良好的耐热性能;水玻璃对眼睛和皮肤有一定的灼伤作用,使用时应注意安全防护。52、应用:用于配制耐酸材料、耐热材料、涂料、灌浆材料、防水堵漏材料。第3章水泥本章主要了解六种常用水泥的组成、特性及选用。一、硅酸盐水泥1、概念:由硅酸盐水泥熟料,0%~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料,称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分为不渗加混合材料的Ⅰ型硅酸盐水泥(代号P•Ⅰ)和掺加不超过水泥质量5%石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的Ⅱ型硅酸盐水泥(代号P•Ⅱ)2、主要熟料矿物硅酸三钙(3CaO•SiO2,简写为C3S),含量37%~60%;硅酸二钙(2CaO•SiO2,简写为C2S),含量15%~37%;铝酸三钙(3CaO•Al2O3,简写为C3A),含量7%~15%;铁铝酸四钙(4CaO•Al2O3•Fe2O3,简写为C4AF),含量10%~18%。3、水泥熟料矿物的水化特性硅酸三钙(C3S)硅酸二钙(C2S)铝酸三钙(C3A)铁铝酸四钙(C4AF)水化、凝结硬化速度快慢最快快28d水化热多少最多中强度高早期低、后期高低低4、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,随着时间的增长,失去可塑性(但无强度),这一过程称为初凝,开始具有强度时称为终凝。由初凝到终凝的过程称为水泥的凝结。此后,产生明显的强度并逐渐发展而成为坚硬的石状物—水泥石,这一过程称为水泥的硬化。影响硅酸盐水泥凝结硬化的主要因素:(1)水泥组成成分;(2)石膏掺量;(3)水泥细度;(4)养护条件(温度、湿度);(5)养护龄期;(6)拌和用水量;(7)外加剂;(8)贮存条件。5、硅酸盐水泥的技术性质(1)细度:指水泥颗粒的粗细程度,它直接影响着水泥的性能和使用。凡水泥细度不符合规定者为不合格品。(2)凝结时间:分初凝时间和终凝时间。从加入拌和用水至水泥浆开始失去塑性所需的时间,称为初凝时间。自加入拌和用水至水泥将完全失去塑性,并开始有一定结构强度所需的时间,称为终凝时间。国家标准规定硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min,终凝时间不得迟于6.5h。凡初凝时间不符合规定者为废品,终凝时间不符合规定者为不合格品。(3)体积安定性:是指水泥在凝结硬化过程中,水泥体积变化的均匀性。体积安定性不良的水泥作废品处理。6(4)强度及强度等级:水泥强度是表明水泥质量的重要技术指标,也是划分水泥强度等级的依据。按标准方法制作的一组试件,分别测定3d和28d的抗压强度和抗折强度,根据测定结果,查表确定硅酸盐水泥的强度等级。(5)碱含量:指水泥中Na2O和K2O的含量。国家标准规定:水泥中碱含量不得大于0.60%或由供需双方商定.国家标准中还规定:凡氧化镁、三氧化硫、安定性、初凝时间中任一项不符合标准规定时,均为废品。凡细度、终凝时