第一章  建筑材料

讲课内容： 建筑材料的定义，其在建筑工程中的地位，建筑材料的分类，基本性质等

重点：建筑材料的分类，基本性质

建筑材料指建筑结构物中使用的各种材料及制品。建筑材料是建筑工程的物质基础。

  建筑材料费用一般占建筑总造价的50%左右，有的高达70%。

一  建筑材料的分类

（1）建筑材料按化学成分可分为有机材料、无机材料和复合材料三大类

•        无机材料：金属材料和非金属材料

•        有机材料：植物性材料、沥青材料和合成高分子材料

•        复合材料：金属-非金属复合、无机非金属-有机复合、金属-有机复合

（2）、按材料的使用功能分

•        建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料和建筑器材等

 

  无机材料：金属材料：黑色金属：钢、铁、不锈钢等；

                      有色金属：铝、铜等及其合金

            非金属材料：天然石材：花岗石、大理石、石灰石等

            烧土制品：砖、瓦、陶瓷、玻璃等

            无机胶凝材料：石膏、石灰、水泥、水玻璃等

            砂浆、混凝土及硅酸检制品

有机材料：植物材料：木材、竹材等

            沥青材料：石由沥青、煤沥青、沥青制品

            高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂、合成橡胶匀

  复合材料：金属与无机非金属复合一一一如钢纤维增强混凝土等

            有机与无机非金属复合一一如聚合物混凝土、沥青混凝土、玻璃俐等

            金属与有机复介一轻质金属夹心板

 

            （2）按在建筑物中的功能分为承重和非承重材料、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。

 

 以下建筑材料分类中，属于复合材料的是（　 ）。
a.不锈钢
b.合成橡胶
c.铝塑板
d.水玻璃

答案: ｃ

 

第一节 建筑材料的基本性质

 

本节主要介绍建筑材料各种基本性质的概念、表示方法及有关的影响因素。通过学习，掌握表示材料性质的术语，能较熟练地运用。

一、建筑材料的物理性质

（一）材料的密度、表观密度、堆积密度

1. 密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。按下式计算：

            ρ＝m/v

            式中ρ——密度， kg/m3;

            m——材料的质量， kg;

            v——材料在绝对密实状态下的体积， m3。

在测定有孔隙材料的密度时，应把材料磨成细粉，干燥后，用李氏瓶测定其密实体积。

在测量某些致密材料（如卵石等）的密度时，直接以块状材料为试 样，以排液置换法测量其体积，材料中部分与外部不连通的封闭孔隙

无法排除，这时所求得的密度称为近似密度（ρa）。

 

2.表观密度（俗称容重）

表观密度是指材料在自然状态下，单位体积的质量，按下式计算：

            ρ0＝m/v0

            式中：ρ0表观密度， kg/m3;

            m材料的质量， kg;

            v0——材料在自然状态下的体积，或称表观体积m3 a

 测定表观密度时，须注明其含水情况。一般是指材料在气干状态（长期在空气中干燥） 下的表观密度。在烘干状态下的表观密度，称为干表观密度。

 

 3.堆积密度（俗称松散容重）

堆积密度是指粉状或粒状材料，在堆积状态下，单位体积的质量，按下式计算：

            ρ0‘＝m/v0’

            式中ρ0‘堆积密度， kg/m3;

            m——材料的质量， kg;

            v0’——材料的堆积体积m3。

 

例题：

材料的密度指的是（　 ）。
a.在自然状态下，单位体积的质量
b.在堆积状态下，单位体积的质量
c.在绝对密实状态下，单位体积的质量
d.在材料的体积不考虑开口孔在内时，单位体积的质量
 

标准答案:c

（二）材料的密实度与孔隙率

1.密实度

密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度，按下式计算： 密实度d= v/v0×100%

            或d= ρ0/ρ×100%（固体体积占总体积的比例）

 2.孔隙率

孔隙率p是指材料体积内，孔隙体积所占的比例

            即d+p=l  或  密实度+孔隙率=1

 

（三）材料的填充率与空隙率

1.填充率

填充率是指散粒材料在某堆积体积中，被其颗粒填充的程度，按下式计算

            d’= v/v’0×100%   

2.空隙率

空隙率p’是指散粒材料在某堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例.

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 骨料级配与计算含砂率的依据。

 

例：一种材料孔隙率增大时，以下性质①密度、②表观密度、③吸水率、④强度、⑤抗冻性，其中哪些一定下降？（c）

            a ①②；

            b ①③；

            c ②④；

            d ②③。

 

（四）材料的亲水性和憎水性

 材料与水接触，首先遇到的问题就是材料是否能被水润湿。当水与材料在空气中接触时，在材料、水和空气的交界处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角（润湿边角）愈小，浸润性愈好。

润湿角（a）亲水性材料 θ ≤90º

      （b）完全亲水材料θ＝180º

      （c）憎水性材料 θ> 90º

 

（五）材料的吸水性与吸湿性

  1.吸水性

  材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。

 （1）质量吸水率wm

 （2）体积吸水率wv

  质量吸水率与体积吸水率存在下列关系。

            wv=wm×ρo/l000 （1-12） 式中ρ。——材料在干燥状态下的表观密度， kg/时。

 

（六）材料的耐水性

材料长期在水作用下不被破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。

材料的耐水性 用软化系数表示，如f式：

            kr=fb/fg

            式中kr——材料的软化系数;

            fb——材料在饱水状态下的抗压强度， mpa;

            fg——材料在干燥状态下的抗压强度， mpa。

            kr值愈小，表示材料吸水饱和后强度下降愈大，即耐水性愈差。材料的软化系数

            工程中将 kr>0.85的材料，称为耐水的材料。

 

（七）材料的抗渗性

    材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。材料的抗渗性通常用渗透系数ks表示：ks值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。

材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。

 

（八）材料的抗冻性

     材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质。称为材料的抗冻性。

     材料的抗冻性用抗冻等级表示。用符号"fn"表示，其中n即为最大冻融循环次数， 如f25、f50等。

     材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。

例如烧结普通砖、陶瓷面砖、径混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻等级为f15、f25;

    

（九）材料导热性能

     当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材 料的这种传导热量的能力，称为导热性。

     材料的导热性用导热系数来表示。

材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好

 

三、材料的基本力学性质

 

（一）材料的强度

相同种类的材料，随着其孔隙率及构造特征的不同，使材料的强度也有较大的差异。 一般孔隙率越大的材料强度越低，其强度与孔隙率具有近似直线的比例关系。砖、石材、混凝土和铸铁等材料的抗压强度较高，而其抗拉及抗弯强度很低。木材则抗拉强度高于抗压强度。钢材的抗拉、抗压强度都很高。因此，砖、石材、混凝土等多用在房屋的墙和基础。钢材则适用于承受各种外力的构件。

大部分建筑材料是根据其强度的大小，将材料划分为若干不同的等级（标号）。将建筑

材料划分若干等级，对掌握材料性质，合理选用材料，正确进行设计和控制工程质量都是非常重要的。

（二）弹性与塑性

材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种完全恢复的变形称为弹性变形（或瞬时变形）。

在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变形后的形状和尺寸，并且不产

生裂缝的性质称为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（或永久变形）。

单纯的弹性材料是没有的。建筑钢材在受力不大的情况下，表现为弹性变形，但受力

超过一定限度后，则表现为塑性变形。混凝土在受力后，弹性变形及塑性变形同时产生。

（三）脆性与韧性

当外力达到一定限度后。材料突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种

性质称为脆性。砖、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、铸铁等都属于脆性材料。

在冲击、振动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不

致破坏的性质称为韧性（冲击韧性）。材料的韧性是用冲击试验来检验的。建筑钢材（软

钢）、木材等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑到材料的韧性。

（四）硬度

材料的硬度是指材料抵抗较硬物压入其表面的能力。通过硬度可以大致推知材料的强度。

各种材料的测试方法和表示方式不同。

 

四、材料的化学性质

耐久性是材料在长期使用过程中抵抗其自身及环境因素长期破坏作用,保持其原有性能而不变质、不破坏的能力。

侵蚀破坏作用类型包括:①物理作用;②化学作用;③生物作用。

材料的耐久性是一项重要技术性质。材料的耐久性还具有明确的经济意义。从建筑技术发展角度看,各国工程技术人员已达成共识,由按耐久性进行工程设计取代按强度进行工程设计,更具有科学和实用性。

提高耐久性的措施: (1)提高材料本身的密实度,改变材料的孔隙构造; (2)降低湿度,排除侵蚀性物质; (3)适当改变成分,进行憎水处理,防腐处理; (4)做保护层,如抹灰、刷涂料。