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土木工程材料Civilengineeringmaterials前言建筑材料是一切建筑工程的物质基础。建筑材料工业推动着建筑业的发展，是国民经济的重要基础工业之一。《建筑材料》是房屋建筑工程专业的一门专业基础课。本课程主要讲解建筑材料的品种、组成、性能与应用及技术标准、检验方法等知识。理论联系实际，重点突出水泥、普通混凝土及材料基本性质的基础上，广泛地介绍目前国内已有的各种建筑材料及发展中的新材料、新技术，合理选择建筑材料。尽量引用了最新技术标准和规范。目录1.绪论2.建筑材料的基本性质3.气硬性胶凝材料4.水泥5.混凝土6.建筑砂浆7.砌筑材料8.沥青及沥青混合物9.金属材料10.木材及其制品11.建筑功能材料12.土木工程材料试验绪论一.建筑材料的分类用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工程材料。1.按化学成分分类：1.1无机材料：金属材料：黑色金属材料——钢、铁有色金属材料——铝、铜、合金非金属材料：天然石材——大理石、花岗石陶瓷和玻璃——砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃无机胶凝材料——石灰、石膏、水玻璃砂浆、混凝土——水泥、砂浆、混凝土1.2有机材料：木材、沥青、塑料、涂料、油漆1.3复合材料：金属与非金属复合——钢筋混凝土、钢纤维混凝土有机与无机复合——玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土2.按用途分类结构材料：砖、石材、砌块、钢材、混凝土防水材料：沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥饰面材料：墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩绝热材料:塑料、橡胶、泡沫混凝土卫生工程材料：金属管道、塑料、陶瓷二.建筑材料的发展：随生产力发展而发展原始时代——天然材料：木材、岩石、竹、粘土石器、铁器时代——金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆罗马圆形剧场（70-80AC):石材、石灰砂浆18世纪中叶——钢材、水泥(J.Aspdin,1824）19世纪——钢筋混凝土（1890-1892）；中国，189820世纪——预应力混凝土、高分子材料21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用230多万块、每块重2.5T的岩石砌成，万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆罗马斗兽场（70-80AC):石材、石灰砂浆三.建筑材料在国民经济中的地位和作用1.建筑材料是发展建筑业的物质基础材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%；“十五”期间我国全社会固定资产投资总规模为22～24万亿元。固定资产投资的60％～70％将用于建筑设施建设或工程安装，从而转化为建筑业的产值，而建筑业产值中的30％～40％又要转化为对建材业的需求，尤其是对水泥产品的需求。2002年，我国共生产水泥约70000万吨，比2001年大幅增长了12.7%，占世界产量的三分之一左右，超过亚洲产量的50%强。我国水泥行业，为我国经济持续、快速发展做出了重要贡献。2002年水泥产量的大幅度增长与我国持续快速稳定增长的宏观经济形势密切相关。今年我国经济增长速度将达到8％，GDP将突破10万亿元大关。建筑材料工业在国民经济建设中意义重大2.必须恰当选择和合理使用原材料材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量3.发展绿色建材四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法1.作用1.1为后续课程的学习提供必要的知识1.2为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打下基础2.任务2.1了解材料在建筑物上所起的作用和要求2.2了解常用材料的生产、成分和构造2.3掌握常用材料的技术性质，以及影响材料性质的主要因素及其相互关系2.4掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格2.5熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术。2.6掌握常用材料的选用原则和方法。2.7掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材料的施工注意事项3.学习方法3.1重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能常用材料——水泥、砼、石灰、石膏、砂石、玻璃、钢材、木材、沥青、高分子材料主要的——水泥、（混凝土）砼、钢材、砂石每种材料：原料——生产工艺——组成成分——构造——性质——应用——检验——储存以及它们之间的相互关系重点：性质和应用，质检的基本原理（引起材性变化的内因和外因）3.2学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、企业标准GB-国家标准GBJ-建筑工程国家标准JGJ-建设部行业标准JC-国家建材局行业标准YB-冶金部行业标准JTJ-交通部行业标准SD-水电行业标准ZB-国家级专业标准例：国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999标准名称——部门代号——编号——批准年份ASA-AmericanStandardAssociation美国标准ASTM–AmericanSocietyforTestingMaterialsBS-BritishStandard英国标准DIN–DeutschIndustrieNormen德国标准ISO-InternationalStandardOrganization国际标准协会3.2重视学好试验学习常用建筑材料的检验方法——合格性判断和验收对实验数据、试验结果进行分析判别培养从事科学研究的能力2021/2/722一、材料与质量有关的性质材料的体积构成体积是材料占有的空间尺寸。由于材料具有不同的物理状态，因而表现出不同的体积。材料内部体积构成闭口孔隙（体积为Vb）开口孔隙(体积为Vk)材料内部固体物质体积（V）材料单位总体积V0=V+VP（VP为材料孔隙总体积）（VP=Vb+Vk）干燥材料在绝对密实状态下的体积。即材料内部固体物质的体积，或不包括内部孔隙的材料体积。一般以Ｖ表示。一般将材料磨成规定细度的粉末，用排开液体的方法得到其体积。实际工程中所使用的钢材、玻璃等材料一般情况下认为是绝对密实状态。绝对密实体积一、材料与质量有关的性质材料在自然状态下的体积，即整体材料的外观体积（含内部孔隙）。一般以V0表示。形状规则的材料可根据其尺寸计算其自然体积；形状不规则的材料可先在材料表面涂腊，然后用排开液体的方法得到其自然体积。材料的自然体积一、材料与质量有关的性质材料的堆积体积定义：粉状或粒状材料，在堆积状态下的总体外观体积。特征：松散堆积状态下的体积较大，密实堆积状态下的体积较小。一般以V1表示。一、材料与质量有关的性质几种密度的比较比较项目密度表观密度堆积密度材料状态绝对密实自然状态堆积状态材料体积VV0V1计算公式ρ=m/Vρ0=m/V0ρ1=m/V1应用判断材料性质用量计算、体积计算一、材料与质量有关的性质吸水率强度耐久性表观密度孔隙率二、材料的孔隙率和空隙率孔隙对材料性能的影响材料的孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算砂率的依据。二、材料的孔隙率和空隙率孔隙率与空隙率的区别比较项目孔隙率空隙率适用场合个体材料内部堆积材料之间作用可判断材料性质可进行材料用量计算计算公式三、材料与水有关的性质1、材料的亲水性与憎水性与水接触时，材料表面能被水润湿的性质称为亲水性；材料表面不能被水润湿的性质称为憎水性。（ａ）亲水性材料（ｂ）憎水性材料θθ三、材料与水有关的性质材料具有亲水性或憎水性的根本原因在于材料的分子结构。亲水性材料与水分子之间的分子作用力，大于水分子相互之间的内聚力；憎水性材料与水分子之间的作用力，小于水分子相互之间的内聚力。三、材料与水有关的性质2、材料的吸水性材料在水中吸收水分的能力，称为材料的吸水性。吸水性的大小以吸水率来表示。（1）质量吸水率质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以Wm表示。三、材料与水有关的性质（2）体积吸水率体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率，并以WV表示。三、材料与水有关的性质（3）影响材料吸水性的因素材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔隙特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。3、材料的吸湿性材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。用含水率Ｗh表示三、材料与水有关的性质当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材料的含水率保持不变，其含水率称为平衡含水率。吸水率与含水率的区别比较项目吸水率含水率适用场合在水中吸收水分在空气中吸收水分表示方法吸收水分的质量比或体积比吸收水分的质量比吸收水量达到饱和与空气中水分平衡通常小于吸水率三、材料与水有关的性质4、材料的耐水性材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。材料耐水性的指标用软化系数KR表示：式中：KR——材料的软化系数；fb——材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；fg——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。三、材料与水有关的性质软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。三、材料与水有关的性质软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将KR＞0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.75。三、材料与水有关的性质5、抗冻性（1）抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。（2）材料吸水后，在负温作用条件下，水在材料毛细孔内冻结成冰，体积膨胀所产生的冻胀压力造成材料的内应力增大，会使材料遭到局部破坏。随着冻融循环的反复，材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻融破坏。三、材料与水有关的性质（3）抗冻性以试件在冻融后的质量损失和强度损失不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。（4）材料的抗冻等级可分为F15、F25、F50、F100、F200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。三、材料与水有关的性质影响抗冻性的因素1、密实度（孔隙率）密实度越高则其抗冻性越好。2、孔隙特征开口孔隙越多则其抗冻性越差。3、材料的强度强度越高则其抗冻性越好。4、材料的耐水性耐水性越好则其抗冻性也越好。5、材料的吸水量大小吸水量越大则其抗冻性越差。三、材料与水有关的性质6、材料的抗渗性抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。用渗透系数或抗渗等级表示。（1）渗透系数K:式中：K——渗透系数（cm/h）;Q——渗水量（cm3）;A——渗水面积(cm2)；H——材料两侧的水压差（cm）d——试件厚度（cm）；t——渗水时间（h）。材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。三、材料与水有关的性质（2）抗渗等级材料的抗渗等级是指用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力，并以字母P及可承受的水压力（以0.1MPa为单位）来表示抗渗等级。如P4、P6、P8、P10…等，表示试件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水压而不渗透。三、材料与水有关的性质（3）影响材料抗渗性的因素材料亲水性和憎水性通常憎水性材料其抗渗性优于亲水性材料；材料的密实度密实度高的材料其抗渗性也较高；材料的孔隙特征具有开口孔隙的材料其抗渗性较差。三、材料与水有关的性质四、材料的热工性质1、导热性当材料两面存在温度差时，热量通过建筑材料传递的性质，称为材料的导热性。导热性用导热系数λ表示：式中：λ——导热系数，W/（m·K）；Q——传导的热量，J；a——材料厚度，m；Z——热传导时间，h；（t2－t1）——材料两面温度差，K；A——材料传热面积，m²导热系数的物理意义：单位厚