建筑材料详尽总结.doc
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1、建筑材料:绪 论一、建筑材料的定义与分类1、定义广义上建筑材料是指用于建筑工程中所有材料的总称。不仅包括构成建筑物的材料,而且包括在建筑工程施工中的一些辅助性材料。 建筑工程是指一般的工业与民用建筑的房屋建筑工程,以及与房屋建筑工程构造形式类似的构筑物。狭义上建筑材料是指组成建筑物的材料。2、分类按化学成分分: 无机非金属材料 非金属材料 有机非金属材料 黑色金属 建筑材料 金属材料 有色金属 复合材料按使用功能分: 建筑结构材料 钢筋、混凝土等建筑材料 墙体材料 砖、砌块、板材等 建筑结构材料 防水、装饰、绝热材料等二、建筑材料在建筑工程中的地位和作用1.建筑材料是建筑业的物质基础。2.在建
2、筑工程总投资中,建筑材料投资占60%以上。3.建筑艺术的发挥,建筑功能的实现,必须有品种多样质量良好的建筑材料。4.建筑材料的质量直接关系到建筑工程的质量。三、建材及建材工业的发展1.建筑材料的发展历程天然山洞或树巢(18000年前)木骨泥墙、陶器(西安半坡遗址,6000年前)土瓦,三合土(石灰、黄砂、粘土混合)抹面的土坯墙,石灰、砖瓦(3000年前的西周)大块空心砖和墙壁装修砖(2500-2000年前的战国)铁器(战国)现代水泥混凝土、钢筋、预应力钢筋混凝土。(1)历史上我国建筑材料的应用我国的建筑材料主要是天然石材、木材、砖、石灰等一些材料。古代劳动人民在建筑材料的生产和使用方面,取得了许
3、多重大成就。 建成于公元前7世纪的万里长城; 福建泉州的洛阳桥; 山西五台山木结构的佛光寺大殿; 河北赵州桥。 建国以来建材及建材工业的发展(2)建国以来建材及建材工业的发展水泥、钢材、建筑陶瓷、普通玻璃 (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2224万亿元。固定资产投资的6070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3040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
4、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。)四、建筑材料技术标准1、建筑材料的标准及其作用按技术标准: 建材工业企业必须严格按技术标准进行设计、生产,以确保产品质量,生产出合格的产品。 建筑材料的使用者必须按技术标准选择、使用质量合格的材料,使设计、施工标准化,以确保工程质量,加快施工进度,降低工程造价。 供需双方,必须按技术标准规定进行材料的验收,以确保双方的合法权益。2、 建筑材料的技术标准分类国家标准、行业标准、地方标准、企业标准等,分别由相应的标准化管理部门批准并颁布。3、各级标准均有相应的代号,其表示方法由标准名称、标准代号、发布顺序号和发布年号组
5、成。例如: 各级标准的相应代号 五、本课程的作用、内容和学习方法1、本课程的作用建筑材料科学与工程,本身是一门科学技术,是学好其它专业课的基础。2、本课程的内容 本课程主要讲述建筑工程中常用建筑材料的原材料及生产工艺、品种与规格、主要技术性质、质量标准、检验方法、应用和保管等基本知识。 掌握建筑材料的性能和应用,是学习本课程的重点。必须懂得如何选择和使用建筑材料。第一章 材料的基本性质一、材料与质量有关的性质(1)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。(2) 绝对密实体积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
6、孔隙的材料体积。(实体体积)(3) 表观体积V0包含材料内部孔隙在内的体积。其封闭孔隙的多少,孔隙中是否含有水及含水的多少,均可能影响其总质量或体积。(实体体积+闭口体积)(4)材料的堆积体积粉状或粒状材料,在堆积状态下的总体外观体积。 包含颗粒内部孔隙和颗粒之间的空隙在内的体积。 松散堆积状态下的体积较大,密实堆积状态下的体积较小。堆积体积(开口+闭口+实体+间隙)(一)材料的密度1.实际密度:指材料在绝对密实状态下单位体积的质量 实际密度的测量: 1)对近于绝对密实的材料:金属、玻璃等: 量测几何体积称重代入公式 2)对有孔隙的材料:砖、混凝土、石材等: 磨成细粉 李氏比重瓶法测试 2.表
7、观密度:材料单位表观体积的质量。材料的表观密度与其内部构成状态及含水状态有关。表观体积的测量:工程中砂石材料,直接用排水法测定例:砂表观密度s的测定(kg/m3)式中: m0砂试样的烘干质量,g; m1砂试样、水及容量瓶总质量,g; m2水及容量瓶总质量,g。3. 堆积密度例1-1 材料的密度、表观密度、堆积密度有何区别?如何测定?材料含水后对三者有什么影响?解:密度: 表观密度: 堆积密度:V为材料的绝对密实体积; V0为材料的表观体积 (固、液、气);,为材料的堆积体积对于含孔材料,三者的测试方法要点如下:测定密度时,需先将材料磨细,之后采用排出液体或水的方法来测定体积。测定表观密度时,直
8、接将材料放入水中,即直接采用排开水的方法来测体积;测定堆积密度时,将材料直接装入已知体积的容量筒中,直接测试其自然堆积状态下体积。含水与否对密度、表观密度无影响,因密度、表观密度均是对干燥状态而言的。含水对堆积密度的影响则较复杂一般来说是使堆积密度增大。(二) 材料的密实度 密实度是指材料体积内固体物质填充的程度。对于绝对密实材料, 因 0 = ,故密实度D =1 或100%。对于大多数土木工程材料, 因 0 ,故密实度D 1 或 D 100%。 (三)孔隙率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。(四)空隙率空隙率是指散粒材料在其堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积所占的比例。空
9、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。 孔隙率与空隙率的区别例1-2 某工地所用卵石材料的密度为2.65g/cm3、表观密度为2.61g/cm3、堆积密度为1680 kg/m3,计算此石子的孔隙率与空隙率?解: 石子的孔隙率P为:石子的空隙率为:例1-3 有一块烧结普通砖,在吸水饱和状态下重2900g,其绝干质量为2550g。砖的尺寸为25011553mm,经干燥并磨成细粉后取50g,用排水法测得绝对密实体积为18.62 cm3 。试计算该砖的吸水率、密度、孔隙率、饱水系数。解: 该砖的吸水率为该砖的密度为表观密度为孔隙率为二、材料的
10、力学性质1.材料的强度材料的强度是材料在应力作用下抵抗破坏的能力。通常情况下,材料内部的应力多由外力(或荷载)作用而引起,随着外力增加,应力也随之增大,直至应力超过材料内部质点所能抵抗的极限,即强度极限,材料发生破坏。在工程上,通常采用破坏试验法对材料的强度进行实测。将预先制作的试件放置在材料试验机上,施加外力(荷载)直至破坏,根据试件尺寸和破坏时的荷载值,计算材料的强度。 根据外力作用方式的不同,材料强度有、抗压、抗剪、抗弯(抗折)强度等。 抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算: 抗弯强度的计算:2.弹性和塑性(1)弹性 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
11、。这种完全恢复的变形称为弹性变形(或瞬时变形)。(2)塑性 材料在外力作用下产生变形,如果外力取消后,仍能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)。3.脆性和韧性脆性:材料受力达到一定程度时,突然发生破坏,并无明显的变形,材料的这种性质称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料,如天然石材,烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。特点是抗压强度高而抗拉、抗折强度低。在工程中使用时,应注意发挥这类材料的特性。韧性:材料在冲击或动力荷载作用下,能吸收较大能量而不破坏的性能,称为韧性或冲击韧性。韧性以试件破坏时单位面积所消耗的功表示。计算
12、公式如下:a k -材料的冲击韧性, J/mm2 k-试件破坏时所消耗的功,J; A-材料受力截面积。(mm2)4.硬度和耐磨性(1)硬度材料的硬度是材料表面的坚硬程度,是抵抗其它硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法,回弹法和压入法测定材料的硬度。刻划法用于天然矿物硬度的划分,按滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄晶、刚玉、金刚石的顺序,分为10个硬度等级。回弹法用于测定混凝土表面硬度,并间接推算混凝土的强度;也用于测定陶瓷、砖。砂浆、塑料、橡胶、金属等的表面硬度并间接推算其强度。(2)耐磨性 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。材料的耐磨性用磨耗率表示, 式中: G 材料的磨耗率
13、, (g/cm2); m1材料磨损前的质量,(g); m2 材料磨损后的质量,(g); A材料试件的受磨面积 (cm2)。例1-4 影响材料强度测试结果的试验条件有那些?解答: 影响材料强度测试结果的因素很多。如小尺寸试件测试的强度值高于大尺寸试件;加载速度快时测得的强度值高于加载速度慢的;立方体试件的测得值高于棱柱体试件;受压试件与加压钢板间无润滑作用的(如未涂石蜡等润滑物时),测得的强度值高于有润滑作用;表面平整试件的测得值高于表面不平整的等。 三、材料与水有关的性质1.材料的亲水性与憎水性定义: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。工程实际
14、中,材料是亲水性或憎水性,通常以润湿角的大小划分,润湿角为在材料、水和空气的交点处,沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角愈小,表明材料愈易被水润湿。亲水性材料:润湿角90 水分子间内聚力材料分子间吸引力憎水性材料:润湿角90 水分子间内聚力材料分子间吸引力2.材料的吸水性定义: 材料在水中吸收水分的能力,称为材料的吸水性。(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m 表示。式中: mb材料吸水饱和状态下的质量(g或kg); mg材料在干燥状态下的质量(g或kg)。(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
15、体积占材料自然体积的百分率,并以WV表示。式中:mb材料吸水饱和状态下的质量(g或kg); mg材料在干燥状态下的质量(g或kg)。 V0 材料表观体积,(cm3 或 m3); w 水的密度,(g/cm3 或 kg/m3), 常温下取w =1.0 g/cm3。(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h表示式中: ms材料吸湿状态下的质量(g或kg) mg材料在干燥状态下的质量(g或kg
16、)。 平衡含水率: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 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)。 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
17、(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。 软化系数的波动范围在0至1之间。 KR0.85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0.7 5 。例1-5 某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165 MPa,求该石材的软化系数,并判断该石材可否用于水下工程。解:该石材的软化系数为: 由于该石材的软化系数为0.93,大于0.85,故该石材可用于水下工程。5.抗冻性 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。 材料吸水后
18、,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,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。 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。 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。影响抗冻性的因素(1).材料的密实度(孔隙率) 密实度越高则其抗冻性越好。(2).材料的孔隙特征 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).
19、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。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。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷,当材料两侧的水压差较高时,水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透,不仅会影响工程的使用,而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质,或将材料内的某些成分带出,造成材料的破坏。用渗透系数或抗渗等级表示。(1)渗透系数 材料的渗透系数越小,说明材料的抗渗性越强(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
20、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。(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。四、材料的耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用条件下,受各种内在或外来自然因素及有害介质的作用,能长久地保持其使用性能的性质。 材料在建筑物之中,除要受到各种外力的作用之外,还经常要受到环境中许多自然因素的破坏作用。这些破坏作用包括
21、物理、化学、机械及生物的作用。物理作用可有干湿变化、温度变化及冻融变化等。化学作用包括大气、环境水以及使用条件下酸、碱、盐等液体或有害气体对材料的侵蚀作用。机械作用包括使用荷载的持续作用,交变荷载引起材料疲劳,冲击、磨损、磨耗等。生物作用包括菌类、昆虫等的作用而使材料腐朽、蛀蚀而破坏。砖、石料、混凝土等矿物材料,多是由于物理作用而破坏,也可能同时会受到化学作用的破坏。金属材料主要是由于化学作用引起的腐蚀。木材等有机质材料常因生物作用而破坏。沥青材料、高分子材料在阳光、空气和热的作用下,会逐渐老化而使材料变脆或开裂。五、材料的热工性质1.导热性 当材料两面存在温度差时,热量提高建筑材料传递的性质
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