建筑材料课堂笔记

北航《建筑材料》绪论一、建筑材料在国民经济中的地位和作用建筑材料是指土木工程中使用的各种材料和制品，它是一切土木工程的物质基础，是我国国民经济发展的主要支柱。建筑材料要占整个工程造价的30-50%，因此如何选用和合理使用建筑材料对于工程质量具有非常重要的意义。二、建筑材料的分类建筑材料根据组成材料的种类和化学成分，可分为三大类：无机材料大类包括无机非金属材料和金属材料。这是土建工程使用量最大，使用面最广的材料。主要用作结构材料。有机材料大类包括木材、沥青、高分子材料。这类材料除了力学性质较好以外，有较多的功能特性，如防水、保温、耐化学腐蚀等性能，也是土建工程主要使用的材料。黑色金属——钢、铁、不锈钢金属材料有色金属——铅、铜等及其合金无机材料天然石材——砂、石、及石材制品烧土制品——砖、瓦、玻璃等非金属材料胶凝材料——石灰、石膏、水泥、水玻璃等混凝土及硅酸盐制品——混凝土、砂浆及硅酸盐制品植物材料——木材、竹材等有机材料沥青材料——石油沥青、煤沥青、沥青制品高分子材料——塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶等无机非金属与有机材料复合——玻璃水泥增强塑料、水泥混凝土复合材料沥青混合料等金属材料与无机非金属材料复合——钢纤维增强混凝土等金属材料与有机材料复合——轻质金属夹芯板三、建筑材料的发展及其趋势建筑材料的发展与人类社会生产力和科学技术水平是同步前进的。趋势：由使用天然建筑材料向使用人工建筑材料发展；由单一的材料向复合材料发展；单一结构材料向多功能材料发展；由污染环境材料向绿色环保材料发展。四、学习方法各种材料的原材料,生产工艺,应用运输等方面的知识;各类材料的共性和个性,各个材料的应用范围.实践性比较强,与生产和实践密切联系,有很多规范、标准，注意现行的规范。建筑材料的基本物理性质北航《建筑材料》第一章建筑材料的基本性质课堂笔记主要知识点掌握程度掌握材料的密度、表观密度、堆积密度、孔隙率和空隙率；掌握材料与水有关的性质及指标；材料的导热性及导热系数；了解材料的吸声性和隔声性；掌握材料的强度、比强度与强度等级；弹性和塑性、脆性和韧性的概念；了解材料的耐久性及影响因素；理解材料的组成结构。知识点整理一、建筑材料的基本物理性质（一）建筑材料的密度、表观密度和堆积密度密度——材料在绝对密实的状态下，单位体积的质量。mVρ—密度,g/cm3；m—材料的质量，g或Kg；V—材料在绝对密实下的体积，cm3。表观密度——材料在自然状态下，单位体积的质量。00mVρ0—表观密度，Kg/m3；V0—材料在自然状态下的体积，m3。堆积密度——粉状或散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量。00mV'0—堆积密度，Kg/m3；0V—材料的堆积体积，m3。注：材料内部可由实体和虚体两部分组成，实体为物质，虚体为空隙。所谓绝对密实状态下指材料完全由实体构成而没有空隙存在。因此相同组成成分材料的密度应大于其表观密度。粉状或散状材料堆积在容器内，材料的堆积体积由颗粒材料与颗粒材料之间的空间体积之和组成，即容器的体积。（二）材料的孔隙率和空隙率孔隙率—材料的空隙体积占材料体积的比例。0000100%1100%1100%VVVPVV（）（）V0为材料的体积，包括空隙和材料颗粒的体积；V为材料颗粒的体积。密实度—材料的实体体积占材料体积的比例。00100%100%VDV各个符号的意义同上。空隙率—散状材料堆积状态下颗粒之间的空隙体积占堆积体积的比例。填充率—散状材料堆积状态下颗粒体积占堆积体积的比例。注意：孔隙率是存在于材料内部体积的大小，而空隙率则是散状颗粒之间空间体积的大小，二者是不同的。材料的孔隙率或者密实度，对材料的性质有深刻的影响。材料孔隙的大小、分布、数量及构造特征都会对材料性能产生影响。（三）材料与水有关的性质1、亲水性和憎水性当材料与水接触时，会在材料表面形成不同润湿状态：在三相（材料、水、空气）交汇点上形成润湿边角θ，可通过θ的角度来判断材料与水的亲密程度。材料润湿边角小于或等于90度为亲水材料，大于90度小于180度为憎水材料憎水材料具有防水特性。2、材料的吸水性和吸湿性吸水率—材料在水中吸水的比例。00100%mmWm吸W吸—材料的吸水率，%；m0—材料在干燥状态下的重量，g；m—材料在吸水饱和状态下的重量，g。含水率—材料在空气中吸收水分的比例100100%mmWm含W含—材料的含水率，%；m1—材料在含水状态下的重量，g。注：吸水率表示材料吸水性，含水率表示材料吸湿性。材料的吸水性和吸湿性与材料的孔隙有很大关系。孔隙率大的材料易吸收水分；若孔隙微细而连通则吸水就大；封闭的空隙，水分难以进入粗大的空隙，水分虽易进入；粗大的孔隙，水分虽易进入，但再孔内不易保存，吸水量有限。3、材料的耐水性、抗渗性和抗冻性1）材料的耐水性，用软化系数来表示：RKR饱软干R软—为软化系数；R饱—为吸水饱和状态下的抗压强度，Mpa；R干—材料在干燥状态下的抗压强度，Mpa。材料经饱和水作用后，材料的抗压强度由于水的作用通常要下降。因此较之材料的干燥时抗压强度低。软化系数一般为小于或等于1。软化系数大于0.85的材料为耐水材料。2）材料抗渗性是指材料抵抗压力水渗透的性质，一般用渗透系数K或抗渗标号S表示，抗渗标号越高，抗渗系数越小则材料的抗渗性越好，孔隙尺寸小，孔隙率小及具有封闭空隙的材料具有较好的抗渗性。3）材料的抗冻性（了解）材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。表示方法：抗冻标号——材料在一定条件下所能承受的最大冻融循环次数。影响因素：通常有空隙率、空隙特征、空隙冲水程度；材料的强度；冻结温度。4、材料的导热性材料传导热量的性质称为导热性。材料的导热性用导热系数用λ来表示，导热系数λ越小，材料的导热性低。λ小于0.23（w/mk）(或瓦特/密度)的材料成为绝热材料。材料的导热系数与材料孔隙有密切关系。孔隙率大及具有封闭孔的材料导热系数小，孔隙率大及具有连通孔的材料导热系数大。由于空气，水，冰的导热系数不同。冰的导热系数大于水大于空气，因此材料受潮或冰冻后，导热系数会迅速提高。5、材料的吸声性和隔声性声音传播到材料时声音通过反射，吸收和透过方式与材料作用。传播过程如下图所示：如果材料入射总声能为E，那么吸声系数%10001EE隔声量02ER10lgE式中E1—材料吸收的声能E2—透过材料的声能材料吸声系数表示材料吸声性的大小，它与材料的孔隙有关，孔隙尺寸小，孔隙率大空隙连通的材料吸声效果好。材料隔声量表示材料隔声性，材料隔声性与材料的密实程度有关，密度越大，隔声量越大，隔声效果越好。二、建筑材料的力学性质建筑材料的力学性质主要包括材料的强度和变形特性。（一）材料的强度强度—材料抵抗外力破坏的能力。不同外力方式作用下产生不同强度，材料的强度可分为抗压强度，抗拉强度，抗弯强度和抗剪强度。材料的强度与材料孔隙有很大关系。材料的空隙尺寸越大，孔隙率越大，强度就越低，另外材料试验条件等因素（如试件尺寸，加荷速度等）也会影响材料强度。强度往往是结构材料划分等级的依据。比强度是指材料强度与其表观密度之比，比强度是衡量材料轻质高强的指标。（二）材料的变形特性弹性—材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复原来形状的性质。塑性—材料在外力作用下产生变形，外力去除后保持变形的形状和尺寸，且不产生裂缝的性质。脆性—材料在外力作用下发生突然破坏，而没有明显塑性变形的性质。韧性—材料在冲击或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，产生一定的变形而不破坏的性质。脆性材料的破坏没有先兆，常常突发性，不易防备，因此使用脆性材料时要有较高安全系数。韧性材料的破坏有一定先兆，破坏有滞续性，可防备。（三）建筑材料的耐久性材料的耐久性是指材料随着时间保持其原有性能的性质。材料的耐久性是一种综合的性质。材料在使用过程中受到外界和材料内部的物理、化学、生物作用而产生的组成、结构和性能的变化。而外界的环境又是复杂多变的，因此材料耐久性的内容显现出综合、复杂的特点。耐久性主要包括抗渗性，抗冻性，耐风化性及耐磨性等方面。四、建筑材料的组成与结构影响建筑材料性质有材料内部和外部因素，外部因素是外力和环境，而内部因素就是材料的组成和结构。内部因素对材料性质起决定性作用。（一）材料的组成材料的组成是指材料的化学成分或矿物成分。材料的化学成分或矿物成分不同会造成材料性质上很大差异。瓷砖耐酸，因为有二氧化硅成分；木材能燃烧，因为它是碳氢化合物；水泥的矿物成分上差别造成性能上很大差异。（二）材料的结构材料的结构分微观结构和宏观结构。材料微观结构是材料的原子，分子层次的结构，肉眼看不见，只能通过电子显微镜，X衍射仪来观察和分析。材料微观结构可以分为晶体，玻璃体和胶体。晶体结构—质点（原子，分子，离子）按照一定规则排列成晶体。分为原子晶体结构、离子晶体结构、分子晶体结构和金属晶体结构等四种。玻璃体结构—质点之间无规则排列。在化学上是不稳定结构。胶体结构—细小粒子（d=1~100μm）分散在介质中所形成的结构。材料宏观结构（也称构造）是指材料的宏观状态和粗视组织。肉眼或放大镜可以分辨。材料宏观结构可以分紧密状构造、多孔状构造、微孔状构造、纤维状构造、散层状构造等。材料的结构对材料性质影响很大，即使是化学成分和微观结构相同的材料，由于其构造不一，性质上差别很大，例如，玻璃的三种不同构造性能差别：构造强度热性质光性质玻璃紧密状低保温差透光玻璃纤维纤维状高保温最好不透光泡沫玻璃多孔状很低保温好不透光可以看出，材料的性质与材料的组成和结构的关系十分密切。北航《建筑材料》第二章建筑钢材课堂笔记主要知识点掌握程度了解钢的冶炼和分类；掌握建筑钢材的技术性质；掌握钢材的工艺性能；掌握钢材的冷加工强化和时效处理；掌握化学成分对钢材性能的影响；掌握建筑钢材的标准和选用；了解钢筋混凝土结构用钢；了解钢材的腐蚀与防护。知识点整理一、钢的冶炼和分类（一）钢的冶炼钢铁的主要成分是铁和钢。含碳量小于2%的为钢，含碳量大于2%的为生铁。钢铁的冶炼过程：图1钢的冶炼过程示意图铁矿石经高炉熔炼后得到生铁液，再经氧化，取出生铁中的杂质，使碳含量及有害元素（硫、氨、磷等）降低到规定限度就的钢液。钢液浇铸成钢锭前，必须除去钢液中多余的氧方可浇铸钢锭，通常加入脱氧剂，如锰铁、硅铁、铝箔等进行脱氧。按脱氧程度不同，可以把刚分为三类：沸腾钢——用锰铁进行脱氧，脱氧不完全，留在钢液中的氧较多。当钢液注入钢锭模时，有大量CO逸出引钢液沸腾，制成钢的致密度较差，强度冲击韧性较差，但成品效率较高。镇静钢——脱氧完全，钢液注入钢锭模时，钢液稳定，钢的致密度、塑性、韧性较好、强度高，但成品率较低。半镇静钢——介于上述二者之间的钢。钢锭再经热轧或冷轧成材，建筑钢材采用热轧成材。（二）钢的分类钢的分类有以下几种：1、碳素钢按碳含量分低碳钢——含碳量小于0.25%中碳钢——含碳量为0.25%~0.6%高碳钢——含碳量大于0.6%2、合金钢定义：在炼钢过程中加入一种或多种合金元素的钢。按合金元素的总量分：低合金钢——合金元素总含量小于5%中合金钢——合金元素总含量为5%~10%高合金钢——合金元素总含量大于10%建筑钢材常用钢材是低碳钢和低合金。3、按钢材品质（主要是硫、磷、有害杂质的限制不同）分为普通钢、优质钢和高级优质钢。4、按用途可分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。二、建筑钢材的技术性质建筑钢材作为结构材料，应具有一定的力学性能，还应具有易于加工的性能。因此建筑钢材的技术性能包括：抗拉强度，抗冲击性能，耐疲劳性能，硬度，冷弯特性和可焊性等。（一）力学性能1、抗拉性能建筑钢材的抗拉性能有弹性模量，屈服点（屈服强度），抗拉强度和伸长率。以低碳钢为例，它的受拉时的应力—应变图如下：从受拉到拉断可分为四个阶段：（1）弹性阶段（OA阶段）。这个阶段材料的应力和应变成比例增加，卸去荷载，恢复原状。A点的应力称为弹性极限p。用E表示弹性模量E=，它表示钢材的刚度。