【正文】 緒論 一 .建筑材料的分類 用于土建工程的材料總稱為建筑材料或土木工程材料。 ： 無機(jī)材料：金屬材料： 黑色金屬材料 —— 鋼、鐵 有色金屬材料 —— 鋁、銅、 合金 非金屬材 料：天然石材 —— 大理石、花崗石 陶瓷和玻璃 —— 磚、瓦、衛(wèi)生陶瓷、 玻璃 無機(jī)膠凝材料 —— 石灰、石膏、水玻璃 砂漿、混凝土 —— 水泥、砂漿、混凝土 有機(jī)材料： 木材、瀝青、塑料、涂料、油漆 復(fù)合材料：金屬與非金屬復(fù)合 —— 鋼筋混凝土、鋼纖維混凝土 有機(jī)與無機(jī)復(fù)合 —— 玻璃鋼、瀝青混凝土、聚合物混凝土 2. 按用途分類 結(jié)構(gòu)材料：磚、石材、砌塊、鋼材、混凝土 防水材料：瀝青、塑料、橡膠、金屬、 聚乙烯膠泥 飾面材 料：墻面磚、石材、彩鋼板、 彩色混凝土 吸音材料：多孔石膏板、塑料吸音板、 膨脹珍珠巖 絕熱材料 : 塑料、橡膠、泡沫混凝土 衛(wèi)生工程材料：金屬管道、塑料、陶瓷 二 .建筑材料的發(fā)展： 隨生產(chǎn)力發(fā)展而發(fā)展 原始時(shí)代 —— 天然材料：木材、巖石、竹、粘土 石器、鐵器時(shí)代 —— 金字塔（ 20203000 BC)：石材、石灰、石膏 萬里長城 （ 200 BC):條石、大磚、石灰砂漿 布達(dá)拉宮 ：石材、石灰砂漿 羅馬園劇場 （ 7080 AC):石材、石灰砂漿 18 世紀(jì)中葉 —— 鋼材、水泥 (,1824） 19 世紀(jì) —— 鋼筋混凝土（ 18901892）； 中國， 1898 20 世紀(jì) —— 預(yù)應(yīng)力混凝土、高分子材料 21 世紀(jì) —— 輕質(zhì)、高強(qiáng)、節(jié)能、高性能綠色建材 三 . 建筑材料在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 材料費(fèi)用一般占建筑工程總造價(jià)的 5070%； “十五”期間我國全社會(huì)固定資產(chǎn)投資總規(guī)模為 22～ 24萬億元。固定資產(chǎn)投資的 60％～ 70％將用于建筑設(shè)施建設(shè)或工程安裝，從而轉(zhuǎn)化為建筑業(yè)的產(chǎn)值，而建筑業(yè)產(chǎn)值中的 30％～ 40％又要轉(zhuǎn)化為對(duì)建 材業(yè)的需求，尤其是對(duì)水泥產(chǎn)品的需求。 2020 年，我國共生產(chǎn)水泥約 70000 萬噸，比 2020 年大幅增長了 12. 7%，占世界產(chǎn)量的三分之一左右，超過亞洲產(chǎn)量的 50%強(qiáng)。我國水泥行業(yè)，為我國 經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。 2020 年水泥產(chǎn)量的大幅度增長與我國持續(xù)快速穩(wěn)定增長的宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)密切相關(guān)。今年我國經(jīng)濟(jì)增長速度將達(dá)到 8％， GDP 將突破 10 萬億元大關(guān)。建筑材料工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中意義重大 材料質(zhì)量的優(yōu)劣，配制是否合理，選用是否恰當(dāng)直接影響建筑工程質(zhì)量 綠色建材 四 .建筑材料課程的作用、任務(wù)和學(xué)習(xí)方法 為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供必要的知識(shí) 為今后從事專業(yè)技術(shù)工作時(shí)，合理選擇和使用建筑材料打下基礎(chǔ) 了解材料在建筑物上所起的作用和要求 了解常用材料的生產(chǎn)、成分和構(gòu)造 掌握常用材料的技術(shù)性質(zhì)， 以及影響材料性質(zhì)的主要因素及其相互關(guān)系 掌握常用材料的標(biāo)準(zhǔn)，熟悉其分類、分等和規(guī)格 熟悉常用材料的測試儀器，掌握測試方法和技術(shù)。 掌握常用材料的選用原則和方法。 掌握工地配 置材料的配置原理及方法，了解這些材 料的施工注意事項(xiàng) 重點(diǎn)掌握材料的基本理論、基本知識(shí)、基本技能 常用材料 —— 水泥、砼、石灰、石膏、玻璃、鋼材、木材、瀝青、高分子材料 主要的 —— 水泥、砼、鋼材 每種材料：原料 —— 生產(chǎn)工藝 —— 組成成分 —— 構(gòu)造 —— 性質(zhì) —— 應(yīng)用 —— 檢驗(yàn) —— 儲(chǔ)存以及它們之間的相互關(guān)系 重點(diǎn)：性質(zhì)和應(yīng)用， 質(zhì)檢的基本原理（引起材性變化的內(nèi)因和外因） 學(xué)習(xí)材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) :國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) GB國家標(biāo)準(zhǔn) GBJ建筑工程國家標(biāo)準(zhǔn) JGJ建設(shè)部行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JC國家建材局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) YB冶金部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTJ交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SD水電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZB國家級(jí)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 例：國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》 GB1751999 標(biāo)準(zhǔn)名稱 —— 部門代號(hào) —— 編號(hào) —— 批準(zhǔn)年份 ASA American Standard Association 美國標(biāo)準(zhǔn) ASTM – American Society for Testing Materials BS British Standard 英國標(biāo)準(zhǔn) DIN – Deutsch Industrie Normen 德國標(biāo)準(zhǔn) ISOInternational Standard Organization 國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì) 重視學(xué)好試驗(yàn) 學(xué)習(xí)常用建筑材料的檢驗(yàn)方法 —— 合格性判斷和驗(yàn)收 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判別 培養(yǎng)從事科學(xué)研究的能力 參考書 范文昭 主編． 建筑材料 中國建筑工業(yè)出版社 ．土木工程材料， 中國建筑工業(yè)出版社 主編 . 土木工程材料典型題解析及自測試題 西北工業(yè)大學(xué)出版社 第一章 建筑材料的基本性質(zhì) 第一節(jié) 材料的組成與結(jié)構(gòu) ?材料的組成 化學(xué)組成 無機(jī)非金屬建筑材料的化學(xué)組成以各種氧化物含量來表示。 金屬材料以元素含量來表示。 化學(xué)組成決定著材料的化學(xué)性質(zhì)，影響其物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。 礦物組成 材料中的元素和化合物以特定的礦物形式存在并決定著材料的許多重要性質(zhì)。 礦物組成是無機(jī)非金屬材料中化合物存在的基本形式。 相組成 材料中結(jié)構(gòu)相近性質(zhì)相同的均勻部分。 2. 材 料的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 宏觀結(jié)構(gòu)（構(gòu)造） 材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼和放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸約為毫米級(jí)大小，以及更大尺寸的構(gòu)造情況。宏觀構(gòu)造，按孔隙尺寸可以分為： （ 1）致密結(jié)構(gòu)，基本上是無孔隙存在的材料。例如鋼鐵、有色金屬、致密天然石材、玻璃、玻璃鋼、塑料等。 （ 2）多孔結(jié)構(gòu)，是指具有粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造輕質(zhì)材料等。 (3）微孔結(jié)構(gòu)，是指微細(xì)的孔隙結(jié)構(gòu)。如石膏制品、粘土磚瓦等。 (4）纖維結(jié)構(gòu)，是指木材纖維、玻璃纖維、礦物棉纖維所具有的結(jié)構(gòu)。 （ 5）層狀結(jié)構(gòu)， 采用粘結(jié)或其他方法將材料迭合成層狀的結(jié)構(gòu)。如膠合板、迭合人造板、蜂窩夾芯板、以及某些具有層狀填充料的塑料制品等。 (6）散粒結(jié)構(gòu)，是指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。比如混凝土骨料、用作絕熱材料的粉狀和和粒狀的添充料。 微觀結(jié)構(gòu) 微觀結(jié)構(gòu)是指材料在原子、分子層次的結(jié)構(gòu)。材料的微觀結(jié)構(gòu)，基本上可分為晶體與非晶體。 晶體結(jié)構(gòu)的特征是其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（離子、原子、分子）按照特定的規(guī)則在空間周期性排列。非晶體也稱玻璃體或無定形體，如無機(jī)玻璃。玻璃體是化學(xué)不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，容易與其它物體起化學(xué)作用。 亞微觀結(jié)構(gòu) 亞 微觀結(jié)構(gòu)也稱作細(xì)觀結(jié)構(gòu)，是介于微觀結(jié)構(gòu)和宏觀結(jié)構(gòu)之間的結(jié)構(gòu)形式。如金屬材料晶粒的粗細(xì)及其金相組織，木材的木纖維，混凝土中的孔隙及界面等。 從宏觀、亞微觀和微觀三個(gè)不同層次的結(jié)構(gòu)上來研究土木工程材料的性質(zhì)，才能深入其本質(zhì)，對(duì)改進(jìn)與提高材料性能以及創(chuàng)制新型材料都有著重要的意義。 第二節(jié) 材料的狀態(tài)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特征 1 . 材料的體積 體積是材料占有的空間尺寸。由于材料具有不同的物理狀態(tài)，因而表現(xiàn)出不同的體積。 材料的絕對(duì)密實(shí)體積：干材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下的體積。即材料內(nèi)部沒有孔隙時(shí)的體積，或不包括內(nèi)部孔 隙的材料體積。一般以Ｖ表示材料的絕對(duì)密實(shí)體積 材料的表觀體積：材料在自然狀態(tài)下的體積，即整體材料的外觀體積（含內(nèi)部孔隙和水分）。一般以 V0 表示材料的表觀體積。 材料的堆積體積： 粉狀或粒狀材料，在堆集狀態(tài)下的總體外觀體積。根據(jù)其堆積狀態(tài)不同，同一材料表現(xiàn)的體積大小可能不同，松散堆積下的體積較大，密實(shí)堆積狀態(tài)下的體積較小。材料的堆集體積一般以 來表示。 2. 材料的密度 材料的密度是指材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，按下式計(jì)算： 式中： ρ —密度 , g/cm3 或 kg/m3 m—材料的質(zhì)量， g 或 kg V—材料的絕對(duì)密實(shí)體積， cm3 或 m3 測試時(shí)，材料必須是絕對(duì)干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來測定其體積。 3. 材料的表觀密度 表觀密度（俗稱 “容重 ”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。 按下式計(jì)算： 材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的表觀體積中包含有內(nèi)部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可 能影響其總質(zhì)量（有時(shí)還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)外，還與其內(nèi)部構(gòu)成狀態(tài)及含水狀態(tài)有關(guān) 4. 材料的堆積密度 堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。 按下式計(jì)算： 式中 ρ 0， —材料的堆積密度 , g/cm3 或 kg/m3 m —材料的質(zhì)量， g 或 kg V0， —材料的堆積體積， cm3 或 m3 粉狀或粒狀材料的質(zhì)量是指填充在一定容器內(nèi)的材料質(zhì)量，其堆積體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。 在 土木建筑工程中，計(jì)算材料用量、構(gòu)件的自重，配料計(jì)算以及確定堆放空間時(shí)經(jīng)常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。 5 . 材料的密實(shí)度 密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。密實(shí)度的計(jì)算式如下： 對(duì)于絕對(duì)密實(shí)材料， 因 ρ 0 =ρ ，故密實(shí)度 D =1 或 100%。對(duì)于大多數(shù)土木工程材料， 因 ρVm??00 Vm????00 ??VVD39。039。0 Vm??0 〈 ρ ，故密實(shí)度 D ? 1 或 D ? 100%。 ρ —密度； ρ 0—材料的表觀密度 6. 孔隙率 材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率 P 按下式計(jì)算： 7. 空隙率 空隙率是指散粒材料在其堆集體積中 , 顆粒之間的空隙體積所占的比例。空隙率 P， 按下式計(jì)算： ρ 0—材料的表觀密度 。ρ 0， —材料的堆積密度 空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭取？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞?jí)配與計(jì)算含砂率的依據(jù)。 第三節(jié) 材料的物理性質(zhì) 一、材料與水有關(guān)的性質(zhì) 1. 材料的親水性與憎水性 與水接觸時(shí)，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對(duì)這兩種現(xiàn)象來說，前者為親水性，后者為憎水性。 材料具有親水性或憎水性的根本原因在于 材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。 工程實(shí)際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤濕角的大小劃分，潤濕角為在材料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤濕角 θ 愈小，表明材料愈易被水潤濕。當(dāng)材料的潤濕角 θ ＜９０ ? 時(shí)，為親水性材料；當(dāng)材料的潤濕角 θ ＞９０ ? 時(shí)，為憎水性材料。水在親水性材料表面可以鋪展開，且能通過毛細(xì)管作用自動(dòng)將水吸入材料內(nèi)部；水在憎水性材料表面不僅不能鋪展 開，而且水分不能滲入材料的毛細(xì)管中，見圖 11 圖 1－ 1 材料潤濕示意圖 （ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料 材料能吸收水分的能力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來表示。 質(zhì)量吸水率 質(zhì)量吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水量占材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量百分比，并以ｗ m 表示。質(zhì)量吸水率ｗ m 的計(jì)算公式為： 體積吸水率 39。039。0 Vm???? 000 1 ???? V VVP%100???ggbm m mmW%1 0 010 ???? Wgbv V mmW ? 體積吸水率是指材料在吸水飽和時(shí)，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以 WＶ 表示。體積吸水率 WＶ 的計(jì)算公式為 材料的吸水 率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^材料的開口孔吸入并經(jīng)過連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。 3. 材料的吸濕性 材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時(shí)，便會(huì)吸收空氣中的水分；而當(dāng)較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時(shí)，便會(huì)向空氣中放出水分。前者是材料的吸濕過程，后者是材料的干燥過程。由此可見，在空氣中，某一材料的含水多少是隨空氣