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1、 东北农业大学讲义 课程名称：建筑材料（Construction Material）适用专业：农水、水电、农建、工管 主讲教师：刘东 绪 论(Introduction)教学目的与要求：1.掌握建筑材料在国民经济建设中的地位，了解本课程的性质 2.掌握建筑材料的分类，了解我国建筑材料的发展历史和发展方向 3.掌握绿色建材的基本概念 4.了解绿色建材的发展历史和发展概况 重点和难点：1.建筑材料的科技攻关性 2.绿色建材的概念 时间分配：3 学时 一、建筑材料在国民经济建设中的地位 1.物质基础 任何一项建筑工程的落成总是要取决于人力、机具、材料这三大要素。实际上，贯穿在整个施工过程中的人力组织、
2、机具调配，目的多是在合理地组合起各种建材及制品，构成所需要的建筑实体。因此，可以说建筑材料是各项基本建设的重要物质基础。这主要体现在：在任何一项建筑工程中，用于建筑材料的费用都占有相当大的比重。例如：一般工程用于建筑材料的费用往往占工程总造价的 30 50，在有些水利工程中，甚至要占到 70 80。而大部分建筑材料的生产多属于国家的重要原材料工业，因此，建筑材料是否合理选用，不仅关系到工程造价，也影响到整个国民经济。2.技术经济性（1）建筑材料的品种、性能和质量，在很大程度上决定着房屋建筑的坚固、适用和美观，又在很大程度上影响着结构形式和施工进度。因此，建筑设计和施工方法的革新那，建筑材料必须
3、先行。而工程的结构型式和施工方法会对建筑材料提出具体的要求：高层和大跨度建筑物的结构材料要求轻质、高强；屋面或地下防水要求防水材料密实度高、不透水性好；冷库建筑所用的墙体材料应具有较高的绝热效能；礼堂、影剧院、音乐厅堂的建筑，为使其有较好的音响效果就要选用质量好的吸声材料；大型的公共建筑、纪念性建筑要求较高的外墙饰面材料；等等。由此可见，建筑材料的合理选用并最大限度地发挥材料本身的效能是满足各种建筑物功能要求的重要保证。（2）节约能源，已经成为经济建设中日益急迫的问题。建筑业耗能很大，约占国家总能耗的25 40，这包括生产建材用能、施工现场用能以及建成使用中的用能三个方面，这些都与建材的改革及
4、合理选用有关。（3）保护环境、治理污染（Protecting Environment,Improving Pollution）随着工业的发展，越来越多的工业废渣急待利用。如果充分利用工业废渣生产建材，不仅可以有效地保护环境，而且可以节约能耗，改善能源利用状况，降低建材成本，提高工程经济效益。3.科技攻关性（科技：science and technology）（1）建筑工程中许多技术问题的突破，往往依赖于建筑材料问题的解决。例如：建筑工程中建筑物自重大、施工人员劳动强度大等问题，随着新兴材料空心砖 普通粘土砖尺寸：240 115 53；承重粘土空心砖尺寸：290 190 140（90）；240
5、180（175）115、加气混凝土砌块、轻质墙板的出现得到改善。（2）新材料的出现，将促使结构设计及施工技术的革新。例如，轻质墙板的出现，使得一些建筑可以采用装配式结构设计，并且可以采用机械化施工方法，从而可以减轻施工人员的劳动强度，加快施工进度。二、建筑材料的分类（分类：classification）建筑材料是指各类土木建筑工程（水利、房屋、道路、港口）中所使用的材料。建筑工程中使用的材料品种繁多、用途不一，按其基本成分可以分为以下三类，见表 0 1。表 0 1 建筑材料分类 无机材料 金属材料 黑色金属：钢、铁 有色金属：铝、铜等及其合金 非金属材料 天然石材：砂、石及各种岩石制品 烧土制
6、品：粘土砖、瓦、陶瓷等 胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土、水泥等 玻璃：平板玻璃、安全玻璃、装饰玻璃等 以胶凝材料为基料的人造石材：砼、水泥制品、硅酸盐制品 有机材料 植物质材料 木材、竹材 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 复合材料 无机有机复合材料 沥青混凝土、聚合物混凝土 金属非金属复合材料 钢筋混凝土、钢丝网水泥、塑铝复合板 其它复合材料 水泥石棉制品 三、我国建筑材料的发展历史 我国在建筑材料的生产和使用上有着悠久的历史。1.在公元前二百年以前就有了相当发达的砖瓦业（“秦砖汉瓦”），并修建了举世闻名的万里长城；2.公元七世纪隋代李春在河北赵县建
7、造的安济石拱桥以及有着 1100 多年历史的山西五台县佛光寺大殿的木结构至今仍然完好；3.明代宋应星的“天工开物”一书对我国古代劳动人民制造砖瓦、陶瓷、钢铁器具、烧制石灰及颜料生产等成就进行了总结，是我国建筑材料的宝贵历史材料。4.解放以后，党和国家十分重视建筑材料的生产，建筑钢材、水泥、玻璃以及其他建筑材料生产有了大幅度的增长，但与世界先进水平相比，还存在着一定的差距。为此，我们应大力加强新兴建筑材料的研究与应用，以满足经济发展的需要。四、建筑材料的发展方向 为了适应建筑工业化、建筑工程现代化，提高建筑物的工程质量和使用功能要求，建筑材料今后应朝着以下几个方向发展：努力研制轻质高强的材料，提
8、高建筑材料的比强度（材料的抗压强度与表现密度之比），以减小承重结构的截面尺寸，降低构件的自重，从而减轻建筑物的自重，降低运输费用和施工人员的劳动强度。发展高效能的建筑材料，改善建筑物围护结构的质量，提高建筑物的使用功能。积极创造条件，努力发展适合机械化施工的材料和制品，并力求使制品尺寸标准化、大型化，从而便于实现 建筑四化“设计标准化、结构装配化、预制工厂化、施工机械化”。充分利用天然材料和工业废料生产建筑材料，大搞综合利用，化害为利、变皮为宝，改善能源利用状况，为人类造福。五、本课程的性质 建筑材料是一门专业基础课，主要研究工程中常用建材及制品的品种、规格、性能及应用，主要建材及制品的原料和
9、生产工艺对其性能的影响，节约材料、改善性能以及防护处理的有关措施，材料的质量标准（我国标准分类见表 0 2）和检验方法等。它不但为后续的专业课提供必要的基础知识外，也为在工程实践中解决建筑材料的问题提供一定的基本理论知识和基本试验技能。六、本课程的教学环节及要求 教学环节：课堂教学实验课 要求：通过学习，应使学生对工程中常用建筑材料的性能、使用条件、质量控制、检验以及储存保管等方面的基本理论、基本知识有一个系统的了解和掌握。表 0 2 我国标准分类 标准种类 代号 表示顺序（例）国家标准 GB（强制性标准）GB/T（推荐性标准）GBn（内控标准）代号、标准编号、颁布年代（GB12958 91）
10、行业标准（部标准）JC（建材行业强制性标准）JC/T（建材行业推荐性标准）YB（冶金行业强制性标准）YB/T（冶金行业推荐性标准）代号、标准编号、颁布年代（JC/T479 92）专业标准 ZB 代号、专业类号、标准号、颁布年代（ZBQ15002 89）地方标准 DB（地方强制性标准）DB/T（地方推荐性标准）代号、行政区域、标准号、颁布年代（DB14 323 91）企业标准 QB 代号/企业代号、顺序号、发布年代（QB/203 413 92）七、绿色建材（一）基本概念 20 世纪人类社会发展发生了巨大的变化。空间技术方面：1969 年 7 月 20 日，美国的“阿波罗11 号”宇宙飞船首次成功
11、登上月球，在月球上留下了“个人一小步，人类一大步”的蹒跚脚印,人类实现了梦寐以求的遨游太空的理想，这是人类文明进程中的一个里程碑；信息技术方面：国际互联网缩短了时空距离，“天涯若比邻”，将人们的工作、学习、生活以及人际交往方式带入了崭新的天地；生物技术方面：人类基因密码解密，使人类在分子水平上认识自己，开始了由后工业社会、信息社会跨入生物社会的历程。但是，科学技术是一把双刃剑，也正是在以科学技术为名义的乐观主义的煽情下，人类也一步步走向深渊。人类开发宇宙的范围越来越大，而自己赖以生存的领地却越来越小。在人类文明进程加快的同时，人类自身生活环境的危机也日益“凸显”：人口爆炸性增长（populat
12、ion explosion）（人口过度增长会加剧对于资源的消耗和自然环境的破坏，目前世界人口为65 亿，人口专家预测，地球人口承载力是 80 亿，而联合国的低调人口预测数值为到 2050 年世界人口将达到 89 亿，那么，人口超过 80 亿后怎么办？）、资源日益匮乏（resources shortage）（石油和煤炭是全球两大战略性能源，属于不可再生资源，有专家预测，按照目前已探明的储量和开采速度，石油还可以再用 40 年，煤炭还可以烧 230 年，那么，石油和煤炭枯竭了以后怎么办？答案是应大力开发风能、太阳能、生物质能等 可再生能源，有专家预测，到 2050 年，以生物质能为重要组成部分的可
13、再生能源，将提供全球 60的电力和 40的直接燃料，我国于 2005 年月通过了中华人民共和国可再生能源法，并将于 2006 年 1 月 1 日起正式执行，以推动我国可再生能源的发展）、森林锐减（根据联合国粮农组织 2001 年的报告，全球森林面积从 1990 年的 39.6 亿公顷 下降到 2000 年的 38 亿公顷。全球每年消失的森林近 千万公顷，巴西森林资源极为丰富，达到 3 亿多公顷，绝大部分是热带雨林（亚马逊河流域），占世界林木总蓄积量的 21，但是，这些宝贵资源正在遭受毁灭性的破坏，几十个跨国公司在那里大肆采伐，每天至少有 100 万棵树被毁。现在，巴西森林覆盖率已从 400 年
14、前的 80减少到约 60）、土地沙化（desertification of land）（沙丘距离北京仅为 75km，哈尔滨每年频繁的扬沙天气、沙尘暴都说明了土地沙化的严重性。全球由于沙漠化每年失去的土地达 6 万 km2；由于土壤退化，世界每年失去的耕地面积相当于 爱尔兰的国土）、气候变暖异常（专家指出，在过去一个世纪里全球平均气温上升了 0.6，到 2100 年，可能增加 4.3，全球变暖将导致生态系统失衡，气候变暖主要是由于温室效应造成的，由于温室效应和周期性涨潮的双重影响，西太平洋岛国图瓦卢的大部分地方即将被海水淹没，包括首都的机场及部分住宅和办公室。图瓦卢前总理佩鲁曾声称图瓦卢是“地球
15、暖化的第一个受害者”，另外，温室效应还会使得一些史前致命病毒重见天日，严重威胁人类生命）等等。所有这些已成为社会经济持续发展的严重障碍。在经济发展的前提下，在资源环境问题上，一定要避免掠夺性开采（excessive exploitation），我们要为子孙后代留条后路，这是人类面临的严峻问题。材料问题与环境密切相关。1.1988 年第一届国际材料科学研究会上，首次提出了“绿色材料”的概念，绿色已经成为人类环保愿望的标志。2.1992 年 6 月，联合国在巴西里约热内卢召开了环境与发展各国首脑会议，我国李鹏总理参加了此次会议，会议通过了“21 世纪议程”宣言，确认了 21 世纪人类社会的发展思路
16、：战略方针：可持续发展（sustainable development）发展原则：循环再生、协调共生、持续自然 建筑产业作为国家的支柱产业之一，它对资源的利用占据着重要位置，从产值、能耗、环保等方面都是国民经济中的大户。建材行业是建筑产业的基础。近些年来，随着建筑材料科学的不断进步，新型建筑材料不断涌现。为保证工程具有优良的使用功能，避免新型建筑材料发展对环境造成损害，并能源源不断地为工程建设提供质量可靠的材料，我国建筑材料的发展就应不断调整发展思路。“绿色建材”就是依据上述原则所开发研制的新型建材。“绿色建材”也称为生态建材、环保建材、健康建材，它是指采用清洁的生产技术，少用天然资源，大量采
17、用工业或城市固体废弃物以及农植物秸秆，所生产的无毒、无污染、无放射性，有利于环保和人体健康的建材。（二）绿色建材在国外的发展“绿色建材”首先在欧、美、日等工业发达国家发展起来。1.1992 年世界环境与发展大会召开以后，1994 年联合国设立了“可持续产品”开发工作组，对产品制定了一系列绿色标准，大力推行绿色产品标志。2.各国政府相应出台了一些扶持政策和法规，以此来推动“绿色建材”的发展。如德国对于在工程中实际应用并被确认为“绿色建材”的给予一定的财政补贴，以此来推动“绿色建材”的使用。欧洲各国均推行了绿色环保建材的认证，国家明令非绿色建材禁止上市经营，并且制定了各种检测标准。日本早在 198
18、8 年就开始推广“绿色建材”。如秩文小野水泥株式会社已建成日产 50t 的生态水泥生产线；日本东陶公司已成批生产防霉、防菌、保健型陶瓷制品；铃木公司开发生产出可净化空气的预制板。在兵库、九州等地建成一批健康型住宅，为推动“绿色建材”的发展起到了推动作用。（三）绿色建材在国内的发展（改革开放政策：reform and opening policy）我国建材的发展，在改革开放以来有了较大的发展，一些主要建材产品的产量居世界第一位。全国建材总产量年产 37 40 亿 t，同时每年建材工业耗用原材料 50 亿 t 以上，能源消耗 2.3 亿 t 标煤，约占全国耗能总量的 15，同时排出大量废气、废水、
19、废渣。使用了两千多年的粘土实心砖至今仍然是主要墙体材料。1996 年，我国生产粘土实心砖 7000 亿块，代价是毁田 6660ha，能耗 6000万 t 标煤。上述数据表明我国建材工业走的是一条高能耗、高污染、低效益的道路，是一个污染严重，生态破坏较大的产业。因此发展“绿色建材”，是 21 世纪我国建材工业的必然出路。我国非常重视可持续发展战略，1992 年世界环境与发展大会召开之后，1994 年国家环保局设立了中国环境标志产品认证委员会，制定了环境标志的评定标准，上海、北京等地已经开展了对“绿色建材”的研制、认证工作。近几年，我国的绿色建材已经取得初步成果。1.墙体材料 利用工业废渣所生产的
20、空心砖、砌块将逐渐取代粘土实心砖。我国新型墙体材料的应用比例从1990 年的 4.3提高到 1996 年的 16.3，规划 2000 年达到 25，京、津、沪等 10 大城市达到 50。2.人造板材 中国建材研究院开发生产的 HB 彩乐板利用白色污染废弃物，采用刨花板的生产技术生产而成。3.石膏板 以磷石膏、氟石膏、脱硫石膏代替天然石膏。上海已经建成年产 3000 万 m2的脱硫石膏板生产线，采用脱硫石膏生产技术是我国解决若干地区梅（酸）雨问题的措施之一。4.水泥 水泥生产企业在我国属于高能耗、高污染的企业，历来是环保治理的重点。据统计，每生产 1t水泥将排放 1tCO2。目前我国年产水泥约
21、5 亿 t，每年大气中将增加 5 亿 tCO2，到 2010 年将增加到7 亿 t，这个数据是非常惊人的，将会增加温室效应。目前我国年产粉煤灰 1 亿 t，年产矿渣约 8000万 t，所以今后应尽量利用这些工业废渣来生产掺混合材料的硅酸盐水泥，从而控制 CO2排放量，推动绿色建材的发展。八、绪论授课内容总结 介绍了建筑材料在国民经济中的地位、建筑材料在土木工程专业课程体系中的位置、建筑材料的分类，回顾了我国建筑材料的发展历史，分析了我国建筑材料的发展方向，并对绿色建材进行了探讨。第一章 建筑材料的基本性质(basic character of construction materials)教学
22、目的与要求：1.掌握建筑材料的基本物理性质和有关参数 2.掌握建筑材料的基本力学性质和有关参数 重点和难点：1.建筑材料密实度与孔隙率之间的关系 2.建筑材料吸水性能的评价 3.建筑材料耐水性、抗渗性、抗冻性的评价 4.建筑材料弹性、塑性的评价 时间分配：3 学时 由于建筑材料在建筑物中用于各种不同的建筑部位，承受各种不同的荷载及周围环境介质的作用，因此，要求建筑材料应具有相应的不同性质。作为结构物的材料要承受各种外力的作用，因此选用结构物的材料应具有所需的力学性能；屋面防水材料、地下防潮材料则应具有良好的耐水性和抗渗性；建筑物的内墙应具有保温、绝热、吸声、隔声的性能；外墙和屋面则要能长期经受
23、风吹、日晒、雨淋、冰冻的破坏作用；在具有酸、碱、盐类物质腐蚀的部位，材料还应有较高的化学稳定性等。选择、运用、分析、评价建筑材料，都应熟知它们的各种性能。材料品种不同，性能也不一样，归纳起来大体有物理性质、化学性质和力学性质。这里着重介绍物理性质和力学性质，化学性质分解到每章具体材料中去介绍。1.1 材料的物理性质(physical character of material)一、材料与质量有关的性质 1.密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量，计算公式为：Vm 式中：材料的密度，kg m3；m材料的质量，kg；V材料在绝对密实状态下的体积，m3。材料在绝对密实状态下的体积，指的是材料不包含
24、孔隙体积在内的固体物质所占的体积。这种材料实际上是不存在的。为了研究问题方便起见，常将密实度较高的材料，如钢材、玻璃和 4的水看成是绝对密实的，作为绝对密实状态的近似值，此时计算出的密度称为视密度。2.容重（又称表观密度）：材料在自然状态下单位体积的质量，计算公式为：0Vm 式中：材料的表现密度 kg m3；m材料的质量，kg；V0材料在自然状态下的体积，m3。材料在自然状态下的体积是指包括内部孔隙在内的外形体积。材料内部的孔隙可以分为：材料内部的孔隙不与外界连通 封闭孔隙：互相独立，开口孔隙：与外界连通 材料在自然状态下的体积，若只包括孔隙在内而不含有水分，此时计算出来的容重称为干容重（此时
25、材料处于 烘干状态）；材料在自然状态下的体积，若既包括材料内的孔隙，又包括孔隙内的水分，此时计算出来的容重称为湿容重（此时材料处于 气干状态）材料的密度、容重常用来计算材料的密实度、孔（空）隙率、材料和构件自重、运输量以及在一定空间中不同材料的堆放量等。几种常用材料的密度与表观密度值见表 1 1。3.密实度（1）概念 是指固体材料中固体物质的充实程度，即材料的绝对密实体积与其总体积之比，即/0mmVVD 式中：D材料的密实度，常以百分数表示。（2）说明 凡具有孔隙的固体材料，其密实度都小于 l。材料的密度与容重越接近，材料就越密实。材料的密实度大小影响着材料的强度、耐水性和导热性等性质。4.孔
26、隙率（1）概念 是指材料中的孔隙体积占材料总体积的百分数，即 1 1 1 10 00 D P DVVVV VP 式中：P材料的孔隙率，以百分数表示。上式说明材料的密实度和孔隙率是从两个不同的角度说明了材料的同一性质：材料疏松或致密的程度。5.散粒材料、粉状材料的密度、容重、空隙率（1）密度 砂、石子等散粒材料，水泥等粉状材料在测定其密度时，绝对体积是指砂、石子、水泥的颗粒体积（包括颗粒内部的孔隙体积），并非绝对密实状态下的体积，因此，所得的密度，实际上是材料的颗粒容重，也称为颗粒表观密度；（2）容重 测定散粒材料、粉状材料的容重时，其自然状态下的体积，包括颗粒之间的空隙在内。由于散粒材料、粉状
27、材料呈松散状态，故算得的容重称为松散容重或疏松容重，也称为堆积密度；（3）空隙率 是指散粒材料或粉状材料颗粒之间的空隙体积占材料松散状态下总体积的百分数，计算公式为：1 P 注意：公式中的要以颗粒容重代替，要以松散容重代替。二、材料与水有关的性质（一）亲水性与憎水性 固体材料在空气中与水接触时，根据其能否被水润湿，可分为亲水性材料与憎水性材料。当水滴在空气中与固体材料接触并达到平衡后，可出现如图 1 1 所示两种情况：图 1 1 材料润湿示意图（a）亲水性材料；（b）憎水性材料 在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线与材料表面的夹角，称为润湿边角。如果水分子间的作用力（即表面张力）小于
28、水分子与材料分子之间的相互作用力时，90，材料会被水所浸润，这种材料称为亲水性材料。例如：木材、混凝土、砖、砂石等都属于亲水性材料。越小，浸润性越好，0，材料完全被水浸润。如果即表面张力大于水分子与材料分子之间的相互作用力时，90，材料表面不会被水所浸润，这种材料称为憎水性材料。例如：沥青、石蜡等等都属于憎水性材料。增水性材料可以用作防水材料，还可以用于亲水性材料的表面处理。（二）吸水性与吸湿性 1.吸水性（1）概念：材料在水中吸收水的性质称为吸水性。（2）评价指标：吸水率，包括：质量吸水率：材料在水中所能吸足水的质量，占材料干燥时质量的百分率，即 干干 饱质100 mm mW 式中，质W材料
29、的质量吸水率，；饱m材料吸水饱和后的质量，kg；干m材料烘干到恒重时的质量，kg；体积吸水率 一些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于开口孔隙多，饱m可能是干m的若干倍，因此质量吸水率往往超过 100，在这种情况下，可用体积吸水率公式进行计算。体积吸水率是指材料吸水饱和时，所能吸足水的体积材料自然状态下的体积之比，即 干 水干 饱干水体100 Vm mVVW 式中，体W材料的体积吸水率，；水V材料在水中吸水饱和时所能吸入水的体积，cm3；干V材料在自然状态下的体积，cm3；水水的密度，g cm3。水 干 水干质 体VmW W/可见，材料的体积吸水率等于质量吸水率与材料容重的乘积。（注：3/1
30、m g 水）（3）影响因素：材料本身性质、孔隙率及孔隙特征。一般来说，孔隙率越大，吸水性越强。但是封闭孔隙再多，材料也是不吸水的；具有粗大开口孔隙的材料由于水分不易在孔隙中存留，其吸水率反而会降低。只有那些孔隙率较大，具有开口、细小、联通孔隙的材料，才具有较大的吸水能力。2.吸湿性（1）概念：材料在潮湿的空气中吸收水蒸汽的性质，称为吸湿性。（2）评价指标：含水率。含水率：材料所含水的质量与材料干燥状态下的质量之比，即 干干 含含100 mm mW 式中，含W材料的含水率，；含m一一材料含水时的质量，kg；干m材料烘干到桓重时的质员，kg。（3）平衡含水率：材料可以在湿润的空气中吸收水分，也可以
31、在干燥的空气中扩散水分，最终使自身含水率与周围空气湿度相持平，此时材料处于气干状态，材料在气干状态下的含水率称为平衡含水率。（三）耐水性 1.概念：材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。2.评价指标：软化系数（软K）。一般来说，材料在含水后将会削弱内部结合力，使得强度有不同程度的降低，即材料被水软化。)()(MPaMPaffK压强度 材料在干燥状态下的抗压强度 材料在饱水状态下的抗 干饱软 3.说明：（1）软K 0 1，软K越小，说明材料吸水饱和后，强度降低得越多，耐水性越差。（2）长期受水浸泡或处于潮湿环境中的重要建筑物，其结构材料的软K应大于 0.85，次要建筑物或受潮湿较
32、轻情况下材料的软K应 0.75。工程中通常将软K 0.85 的材料称为耐水材料。（四）抗渗性（也称不透水性）1.概念：材料抵抗压力水渗透的性能称为抗渗性（或不透水性）。2.评价指标 有 渗透系数 和 抗渗等级。我国一般采用抗渗等级，用nP表示。例如：12 6 4 2P P P P、等。抗渗等级是指在规定的试验条件下，当压力水不准透过试件厚度，在端面上呈现水珠时，材料所能承受的最大水压值。例如混凝土的抗渗等级有2P12P共 6 个。8P表示混凝土 28d 龄期的标准试件能承受 0.8MPa 的水压而在试件端面无水的渗透现象。3.影响因素：材料抗渗性的好坏主要取决于材料本身的孔隙率及孔隙特征。（五
33、）抗冻性 1.概念：材料在水饱和状态下能够经受多次冻融循环作用不破坏，强度也不显著降低的性质。材料在吸水饱和后，从 15冰冻到 20融化，叫做经受一个冻融循环。2.评价指标：一般用抗冻等级来评价。将 28d 龄期的标准试件在水饱和状态下经受冻融（冰冻温度为 17 20，融化温度为 20 3），当强度损失不超过 25、质量损失不超过 5时材料所能承受的最大冻融循环次数即为抗冻等级，用nF表示。如100 50 25 15 10F F F F F、等，等级中的数字即表示冻融循环次数。3.影响因素：材料的组织、构造、强度、吸水性、耐水性等。4.说明：材料在经受多次冻融循环作用后表面将出现开裂、剥落等现
34、象，材料将有质量损失；与此同时其强度也将会有所下降，这是由于材料内部的孔隙水受冻结冰后，其体积增大约 9，对孔壁产生很大压力（可达 100MPa）的结果。所以严寒地区选用材料，尤其是在冬季气温低于 15的地区，一定要对所用材料进行抗冻试验。1.2 材料的力学性质(mechanical character of material)任何材料在外力作用下都要产生变形，当外力超过一定限度后，材料将被破坏。材料的力学性质就是指材料在外力作用下产生变形的抵抗破坏能力方面的有关性质。一、强度及强度等级(strength and strength grade)（一）强度 1.概念：材料在外力（荷载）作用下抵抗
35、破坏的能力称为强度。2.分类：材料在建筑物上所受的外力主要有拉力、压力、弯曲及剪力等，因而材料抵抗这些外力破坏的能力分别称为抗拉、抗压、抗弯（折）和抗剪强度，图 1 2 为材料承受各种外力的示意图。图 1 2 材料受力示意图（a）拉力；（b）压力；（c）弯曲；（d）剪切 3.计算方法（1）材料的抗拉、抗压、抗剪强度可按下式进行计算：受力面积破坏荷载 AFf 式中：f抗拉、抗压、抗剪强度，MPa；F材料受拉、压、剪破坏时的荷载，N；A材料的受力面积，mm2。（2）材料的抗弯强度（抗折强度）与材料受力情况有关。试验时将试件故在两支点上，中间作用一集中力，对矩形截面的试件，其抗弯强度可按下式进行计算
36、：23bhFLfm 式中：mf材料的抗弯强度，MPa；F 一材料受弯时的破坏荷载，N；L试件受弯时两支点的间距，mm；b、h材料截面宽度、高度，mm。4.说明（1）材料的强度大小主要决定于其本身的成分、构造。一般情况下，材料的容重越小、孔隙率越大、越疏松，其强度就越低。（2）不同材料具有不同的抵抗外力的特性，同一种材料所表现出的各项强度性能也会有很大差异，必须研究和掌握这些规律，才能充分发挥材料的强度效能。例如：混凝土、砖、石材等抗压强度较高，在工程中一般用作受压构件；钢材的抗拉、抗压强度都很高，在工程中可以用作各种构件。（二）强度等级 在工程应用中，许多材料按其本身所具有的强度数值划分档次，
37、确定为若干强度等级，可以作为合理选用以及质量评定的依据。二、弹性与塑性(elasticity and plasticity)（一）概念 1.材料在外力作用下产生变形，外力取消后，变形能够完全恢复的性质称为弹性，这种能够完全恢复的变形称为弹性变形。2.材料在外力作用下产生变形，外力取消后，变形不能完全恢复，而且材料不产生裂缝的性质称为塑性，这种不可恢复的残留变形称为塑性变形。（二）说明：工程材料中，在外力作用下，单存的弹性变形是不存在的。1.一些材料在外力不大的情况下，外力与变形成正比，产生弹性变形；当外力超过一定数值后，接着使出现塑性变形，如建筑钢材中的低碳钢即为此种情况，见图 1-3，图中
38、0A 段为弹性变形，AB段为塑性变形。2.有些材料受到外力作用后，弹性变形和塑性变形同时发生，如混凝土就是如此。图 1-4说明混凝土受力后弹性、塑性变形共生，去掉外力后弹性变形 ab 可以恢复，其塑性变形 ob 则要保留。图 1-3 材料弹性与塑性变形曲线 图 1-4 混凝土的弹性与塑性变形曲线（三）影响因素 1.与材料本身成分有关；2.与外界温度等因素有关，如材料在一定温度和一定外力条件下属于弹性，但当温度升高后也可能转变为塑性。（四）塑性材料与脆性材料 1.划分原则 在规定的加荷速度和一定温度下进行试验，根据材料在破坏前塑性变形的显著与否来进行划分。2.具体分类（1）材料在破坏前有显著塑性
39、变形塑性材料（如低碳钢、有色金属、沥青等）；（2）材料在破坏前无显著塑性变形脆性材料（如石料、混凝土、生铁等）；三、脆性与韧性(brittleness and toughness)（一）脆性 1.概念：材料在外力作用下未发生显著变形就突然破坏的现象称为脆性。如砖、石材、混凝土、陶瓷、玻璃、铸铁等都属于脆性材料。2.适用场合：脆性材料抵抗冲击和震动的能力差，它们的抗压强度比其抗拉强度要高得多，因此它们主要用于基础、墙体、柱等受压的建筑部位（二）韧性 1.概念：材料在动荷载（或冲击荷载）的作用下产生较大的变形尚不致破坏的性质称为韧性，也叫冲击韧性。如钢材、木材等。2.适用场合：用于路面、桥梁、吊车
40、梁以及有抗震要求的结构。四、硬度与耐磨性(hardness and abrasion resistance)（一）硬度 1.概念：材料抵抗其他较硬物体刻划、压入的能力称为硬度。硬度大的材料耐磨性较强，但是不易加工，所以，材料的硬度在一定程度上可以表明材料的耐磨性和加工难易的程度。2.测定方法 混凝土等的强度）：测定钢材、木材、布氏硬度（钢球压入法测定矿物硬度 莫氏硬度（刻划法）：（二）耐磨性 1.概念：材料表面抵抗磨损的能力称为耐磨性。2.评价指标：磨损率（K）Am mK 2 1 式中：1m、2m试件磨损前后的质量，g；A试件受磨的面积，cm2。3.说明：建筑工程中，用于地面、楼梯踏步、人行道
41、路等部位的材料，均应考虑其硬度和耐磨性。一般来说，强度较高的材料，其硬度较大，耐磨性较好。第二章 无机胶凝材料(inorganic cementation materials)教学目的与要求：1.掌握建筑材料的基本力学性质和有关参数 2.掌握石灰的特性、技术性质要求和应用 3.掌握石膏的特性、技术性质要求和应用 4.掌握水玻璃的特性、技术性质要求和应用 5.掌握菱苦土的特性、技术性质要求和应用 6.掌握硅酸盐水泥的概念和生产 7.了解硅酸盐水泥熟料矿物组成及水化性质 8.掌握硅酸盐水泥凝结硬化概念、过程和阶段 9.掌握硅酸盐水泥凝结硬化的影响因素 10.掌握硅酸盐水泥的技术性质及要求 11.了
42、解硅酸盐水泥腐蚀的概念及类型 12.掌握硅酸盐水泥腐蚀的基本原因及相应防腐措施 13.了解普通硅酸盐水泥的概念、技术性质和要求 14.了解掺混合材料硅酸盐水泥的概念、技术性质和要求 15.掌握水泥强度等级、品种的选用依据以及水泥保管的注意事项 重点和难点：1.建筑材料弹性、塑性的评价 2.石灰熟化、硬化的机理、石膏凝结硬化的机理。3.石灰、石膏的性质和应用。4.水玻璃硬化的机理、菱苦土的正确使用 5.水玻璃的性质和应用 6.硅酸盐水泥的锻烧过程 7.硅酸盐水泥凝结、硬化过程 8.硅酸盐水泥的技术性质和要求 9.硅酸盐水泥腐蚀的原因及防腐措施 10.水泥强度等级、品种的选用以及水泥的保管 时间分
43、配：7 学时 胶凝材料又称胶结材料，它能将散粒或块状材料粘结成整体并具有一定的强度，在建筑工程中应用极其广泛。胶凝材科按化学性质不同可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。1.有机胶凝材料：是以天然或合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料，如沥青；2.无机胶凝材料：是以无机化合物为主要成分的一类胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件的不同分为气硬性和水硬性胶凝材料两大类。（1）气硬性无机胶凝材料：只能在空气中凝结、硬化、产生强度，并继续发展和保持其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。气硬性无机胶凝材料只能用于地面上干燥环境的建筑物；（2）水硬性无机胶凝材料：既能在空气中硬化，又能很好地在水中硬化，保持并
44、继续发展其强度，如各种水泥。水硬性无机胶凝材料可用于地上、地下和水下的建筑物。2.1 气硬性无机胶凝材料(air-setting inorganic cementation materials)一、石灰（lime）石灰是人类最早使用的建筑材料之一。由于石灰的原料分布广，生产工艺简单，使用方便，成本不高，且具有良好的技术性能，所以目前仍广泛用于建筑工程中。（一）石灰的生产(production of lime)1.原料（1）以3CaCO为主要成分的矿物和岩石（如方解石、石灰岩、大理岩等）；（2）化工副产品，例如用碳化钙（电石）制取乙炔时产生的电石渣（电石渣的主要成分为2)(OH Ca）2 2 2
45、 2 2)(2 H C OH Ca O H CaC 2.生产过程：将生产石灰的原料经过 1000 1200的高温锻烧，就可以得到生石灰CaO：以上反应是可逆的，反应的方向取决于锻烧温度和反应体系中的2CO分压。锻烧温度为 900左右，2CO的分解压力达到 1 个大气压，通常以这个温度作为3CaCO的分解温度。但是，实际生产中，为了加快分解反应速度，反应温度常控制在 1000 1200。由于石灰岩的致密程度、杂质含量、块体大小、窑中温度不均匀等原因，会生成一部分欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中含有未分解的石灰石，过火石灰则由于温度过高，其结构紧密，且在石灰颗粒表面形成釉状物，以致于熟化十分缓慢，往
46、往在已经硬化的制品中形成崩裂和隆起。3.石灰的主要成分2)(OH CaCaO熟石灰生石灰 生石灰中除了以CaO为主要成分外，还含有少量的MgO（因为生石灰的原料中含有少量的3MgCO）。当生石灰中MgO的含量 5时，称为钙质石灰；当生石灰中MgO的含量 5时，称为镁质石灰（二）石灰的熟化(lime slaking)生石灰是块状的，除了加工成磨细生石灰粉在一定条件下直接使用外，通常是被熟化成熟石灰粉（消石灰粉）和石灰膏。1.概念 建筑施工使用石灰时，通常将生石灰加水使之消解为熟石灰 2)(OH Ca，这个过程称为石灰的“熟化”（或石灰的消解）。其化学反应式为：KJ OH Ca O H CaO 8
47、8.64)(2 2 生石灰的熟化为放热反应，熟化时体积膨胀 1.5 3 倍左右。含有杂质或锻烧不良的生石灰体积增大 1.5 倍左右，锻烧良好质纯的生石灰体积增大 3 倍左右。2.分类 石灰消解作用的快慢有很大的差异。块小多孔的石灰容易与水接触，消解速度较快；钙质石灰比镁质石灰消解速度快；过火石灰消解速度慢；杂质含量多，消解速度也慢。根据石灰 消解速度的快慢，石灰可分为：快熟石灰 熟化速度在 10min 以内；中熟石灰 熟化速度在 10min 30min 慢熟石灰 熟化速度在 30min 以上。3.消解方法 工地上消解石灰是在化灰池内进行的，消解方法视石灰梢解速度不同而不同。（1）快熟石灰：为避
48、免加水石灰过热，表面形成硬壳而影响进一步消解，应先注水入池中，再将生石灰倒入水中；（2）中熟石灰：在石灰上先加一半水，以免因水分过多使石灰冷却，影响熟化速度；（3）慢熟石灰：应逐渐加水至石灰上，使石灰保持一定温度，以加速消解过程。陈伏：为了保证石灰完全消解，石灰浆必须在池中保存两星期以上，这个过程称为“陈伏”。陈伏的目的是为了消除过火石灰的危害。（由于生石灰中的过火石灰结构紧密，所以熟化速度极慢，若熟化不充分，使用后过火石灰在抹灰层中仍能熟化，产生体积膨胀，使抹灰层表面隆起和开裂。）陈伏期间石灰浆表面应保持一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。4.熟化产物（1）熟石灰粉：在生石灰中均匀加入适量
49、水，就得到分散的颗粒细小的熟石灰粉。工地上调制熟石灰粉时常用淋灰方法。（2）石灰膏：在生石灰中加入过量的水（约为块灰质量的 2.5 3 倍），得到的浆体的石灰乳，石灰乳沉淀后除去表层多余水分后，得到的膏状物称为石灰膏。工地上调制石灰是在化灰池中进行的。（三）石灰的硬化(lime hardening)石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。1.结晶硬化：水分蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中逐渐结晶出来；2.碳化硬化：实际上是空气中的二氧化碳与水生成碳酸，然后再与氢氧化钙反应生成3CaCO，析出多余水分并蒸发，其反应式为：O H n CaCO O nH CO OH Ca2 3 2
50、2 2)1()(3.注意（1）碳化硬化过程不能在没有水分的干燥条件下进行，而且只限于在石灰浆体表面缓慢进行（由 于2CO含量有限反应缓慢）；（2）结晶硬化则主要在石灰浆体的内部进行。可见，石灰浆体的硬化是由表里两种作用形成的。（四）石灰的产品(product of lime)目前已经形成标准的有三种产品，即建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉，它们都是按 照所含MgO的含量，划分为钙质、镁质、白云石质。各类石灰产品的分类界限见下表。各类石灰产品的分类界限 石灰产品名称 钙质 镁质 白云石质 MgO含量（）建筑生石灰 建筑生石灰粉 建筑消石灰粉 5 5 4 5 5 4 24 24 30 每类石