1、建筑材料第一二章1*第1頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三本課程的任務：以掌握常用建筑材料性能為核心的基本知識進行教學，為其合理應用打下基礎。本課程的主要內容：工業與民用建筑中常用建材及制品的品種、規格、性能及應用，材料的組成、結構和構造與性能的關系，主要建材及制品的原材料和生產工藝對性能的影響，節約材料、改善性能及防護處理的有關措施，材料的質量標準和檢驗方法等。2*第2頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第一章 建筑材料的基本性質要求掌握各項性質的含義,影響(導致)這些性質的因素,它們彼此間的關系,并能聯系工程中的應用去加深理解. 第一節 幾項最基本

2、的物理參數一 材料的密度(一)密度 材料的密度是指材料在絕對密實狀態下單位體積的質量，按下式計算： 式中：密度, g/cm3 或 kg/m3m材料的質量，g 或 kgV材料的絕對密實體積，cm3 或 m3 測試時，材料必須是絕對干燥狀態。含孔材料則必須磨細后采用排開液體的方法來測定其體積。3*第3頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三二(二)材料的表觀密度表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態下單位體積的質量。按下式計算：式中0材料的表觀密度, g/cm3或 kg/m33m 材料的質量，g 或 kgV0材料的表觀體積，cm3 或 m34*第4頁，共49頁，2022年，5月

3、20日，8點43分，星期三材料的表觀體積是指包括內部孔隙在內的體積。因為大多數材料的表觀體積中包含有內部孔隙，其孔隙的多少，孔隙中是否含有水及含水的多少，均可能影響其總質量（有時還影響其表觀體積）。因此，材料的表觀密度除了與其微觀結構和組成有關外，還與其內部構成狀態及含水狀態有關5*第5頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三(三)材料的堆積密度堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態下單位體積的質量。按下式計算：式中0，材料的堆積密度, g/cm3 或 kg/m3m 材料的質量，g 或 kgV0，材料的堆積體積，cm3 或 m36*第6頁，共49頁，2022年，5月20日，8點

4、43分，星期三二 孔隙率和密實度材料的孔隙率是指材料內部孔隙的體積占材料總體積的百分率。孔隙率P按下式計算：V材料的絕對密實體積，cm 3或 m3V0材料的表觀體積，cm 3或 m30材料的表觀密度, g/cm 3或 kg/m3密度, g/cm 3或 kg/m37*第7頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三粉狀或粒狀材料的質量是指填充在一定容器內的材料質量，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，計算材料用量、構件的自重，配料計算以及確定堆放空間時經常要用到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數據。8*第8頁，共49頁，202

5、2年，5月20日，8點43分，星期三密實度是指材料體積內被固體物質充實的程度。密實度的計算式如下：對于絕對密實材料， 因 0 = ，故密實度D =1 或 100%。對于大多數土木工程材料， 因 0 ，故密實度D 1 或 D 100%。 密度；0材料的表觀密度9*第9頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三 三 空隙率和填充度 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?？障堵蔖， 按下式計算： 式中V0/V0即填充度 0材料的表觀密度;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??？障堵士勺鳛榭刂苹炷凉橇霞壟渑c計算含砂率的依據。

6、10*第10頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第 二節 材料的力學性質1. 材料的強度材料的強度是材料在應力作用下抵抗破壞的能力。通常情況下，材料內部的應力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應力也隨之增大，直至應力超過材料內部質點所能抵抗的極限，即強度極限，材料發生破壞。 在工程上，通常采用破壞試驗法對材料的強度進行實測。將預先制作的試件放置在材料試驗機上，施加外力（荷載）直至破壞，根據試件尺寸和破壞時的荷載值，計算材料的強度。 11*第11頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三根據外力作用方式的不同，材料強度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎（抗折）強

7、度等。材料的抗拉、抗壓、抗剪強度的計算式如下： 式中 f-材料強度， MPaP-材料破壞時的荷載，NA-試件受力面積，mm212*第12頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三材料的抗彎強度與受力情況有關，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強度用下式計算：式中 ff-材料的抗彎強度， MPa P-材料受彎破壞時的荷載，NL-兩支點的間距，mmb、h-試件橫截面的寬及高，mm13*第13頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三二 變形性質材料在外力作用下產生變形，當外力取消后能夠完全恢復原來形狀的性質稱為彈性。這種完

8、全恢復的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。材料在外力作用下產生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產生裂縫的性質稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形（或永久變形）。14*第14頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三材料受力達到一定程度時，突然發生破壞，并無明顯的變形，材料的這種性質稱為脆性。大部分無機非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點是抗壓強度高而抗拉、抗折強度低。在工程中使用時，應注意發揮這類材料的特性。材料在沖擊或動力荷載作用下，能吸收較大能量而不破壞的性能，稱為韌性或沖擊韌性。15*第

9、15頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第三節 材料與水有關的性質一 吸水性和吸濕性(一)材料的吸水性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。有質量吸水率和體積吸水率兩種1 .質量吸水率質量吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水量占材料在干燥狀態下的質量百分比，并以m 表示。質量吸水率m 的計算公式為：16*第16頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三式中 m1材料吸水飽和狀態下的質量（或kg） m材料在干燥狀態下的質量（或kg）。2 .體積吸水率體積吸水率是指材料在吸水飽和時，所吸水的體積占材料自然體積的百分率，并以W表示。體積吸水

10、率W的計算公式為：17*第17頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三式中m1材料吸水飽和狀態下的質量（或kg）m材料在干燥狀態下的質量（或kg）。V0 材料在自然狀態下的體積，（cm3 或 m3）W 水的密度,（g/cm3 或 kg/m3）， 常溫下取 w =1.0 g/cm318*第18頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三材料的吸水率與其孔隙率有關，更與其孔特征有關。因為水分是通過材料的開口孔吸入并經過連通孔滲入內部的。材料內與外界連通的細微孔隙愈多，其吸水率就越大.孔隙率大，具有微細、連通、開口空隙的材料,吸水性才是最強的.材料在吸水后,原有的許多性能

11、會發生改變,如強度降低,表觀密度加大,保溫性變差等.甚至有的因吸水發生化學反應而變質.19*第19頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三(二)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。干燥的材料處在較潮濕的空氣中時，便會吸收空氣中的水分；而當較潮濕的材料處在較干燥的空氣中時，便會向空氣中放出水分。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的濕度變化的。20*第20頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以表示，其計算公式為： 式中 m1材料吸濕狀態下

12、的質量（或kg） m材料在干燥狀態下的質量（或kg）。顯然，材料的含水率受所處環境中空氣濕度的影響。當空氣中濕度在較長時間內穩定時，材料的吸濕和干燥過程處于平衡狀態，此時材料的含水率保持不變，其含水率叫作材料的平衡含水率。21*第21頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三二 耐水性、抗滲性和抗凍性(一)耐水性 材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質。衡量材料耐水性的指標是材料的軟化系數K式中 K 材料的軟化系數 f1 材料吸水飽和狀態下的抗壓強度（MPa）。f 材料在干燥狀態下的抗壓強度（MPa）軟化系數的波動范圍在0至1之間。接近于1的說明耐

13、水性好,通常認為,0.8的材料,就具備了相當的耐水性.處于水中和高濕度下的材料尤其要考慮材料的耐水性.22*第22頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三(二)材料的抗滲性抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。通常用抗滲等級提出.材料的抗滲等級是指用標準方法進行透水試驗時，材料標準試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa為單位）來表示抗滲等級。如P4、P6、P8、P10等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa的水壓而不滲透。23*第23頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三(三

14、)抗凍性抗凍性是指材料在吸水飽和狀態下，能經受反復凍融循環作用而不破壞，強度也不顯著降低的性能?？箖鲂砸栽嚰趦鋈诤蟮馁|量損失、外形變化或強度降低不超過一定限度時所能經受的凍融循環次數來表示，或稱為抗凍等級。材料的抗凍等級可分為15、25、50、100、200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環。材料的抗凍性與材料的強度、孔結構、耐水性和吸水飽和程度有關。24*第24頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第四節 材料的熱物理性質 一.導熱性與熱阻 ( 一)導熱性當材料兩面存在溫度差時，熱量從材料一面通過材料傳導至另一面的性質，稱為材料的

15、導熱性。導熱性用導熱系數 表示。導熱系數的定義和計算式如下所示：25*第25頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三式中導熱系數，（）；傳導的熱量，a材料厚度，；A熱傳導面積，m2一熱傳導時間，h；（t2-t1）材料兩面溫度差,K導熱系數越小的材料,說明它的導熱能力越低,即保溫隔熱的性能越好.26*第26頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三(二) 熱阻熱阻是材料層（墻體或其它圍護結構）抵抗熱流通過的能力，熱阻的定義及計算式為： a/式中 材料層熱阻，（m2K）/W； a材料層厚度，； 材料的導熱系數，(K)熱阻的倒數稱為材料層（墻體或其它圍護結構）的傳熱系數

16、。傳熱系數是指材料兩面溫度差為1時，在單位時間內通過單位面積的熱量。導熱系數是評價材料保溫性能的首要指標.27*第27頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三二 .熱容性與均溫性(一) 比熱單位質量材料溫度升高或降低1所吸收或放出的熱量稱為比熱。比熱的計算式如下所示：式中C-材料的比熱，J/（gK）Q-材料吸收或放出的熱量(熱容量)m-材料質量，g（t1 t2）-材料受熱或冷卻前后的溫差，K28*第28頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三材料的比熱是判別其熱容性日指標,也是衡量材料儲蓄熱量能力的重要因子.注重采用高熱容量的材料,對保持建筑物內部溫度穩定有很大

17、意義.(二)導溫系數 指材料在冷卻或加熱過程中,各點達到同樣溫度的速度,表征材料的均穩能力,亦即傳熱量的快慢程度.用公式表示為:29*第29頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三式中 a材料的導溫系數, /s -材料的導熱系數,W/(m.K) c -材料的比熱 ,J/kg.K) 0- 材料的表觀密度kg/m3均溫性差即導溫系數低的脆性材料,特別是處于大面積或大體積使用時,會因產生達到溫差應力而招致破壞.30*第30頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三三.熱變形性材料的熱變形性,是指材料處于溫度變化時導致原有長度或體積發生的改變量,主要包括膨脹或收縮的量值.

18、由于同一材質、同一體形的材料,因溫度所引起的熱脹或冷縮,在單位溫度下,其絕對值是相等的,所以熱膨脹系數作為熱變形性的指標.材料的熱膨脹系數,是在單位溫度下,材料因溫度變化發生脹、縮量的比率,多以長度計,或以 體積計.表達式如下:(公式字母的意義見教材P11頁) 或31*第31頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第 五節 材料的耐久性 材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內在或外來自然因素及有害介質的作用，能長久地保持其使用性能的性質。材料在建筑物之中，除要受到各種外力的作用之外，還經常要受到環境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學、機械及生物的作用。材

19、料的耐久性指標是根據工程所處的環境條件來決定的。例如處于凍融環境的工程，所用材料的耐久性以抗凍性指標來表示。處于暴露環境的有機材料，其耐久性以抗老化能力來表示。32*第32頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三物理作用可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發生體積的脹縮，或導致內部裂縫的擴展。時間長久之后即會使材料逐漸破壞。在寒冷地區，凍融變化對材料會起著顯著的破壞作用。在高溫環境下，經常處于高溫狀態的建筑物或構筑物，所選用的建筑材料要具有耐熱性能。在民用和公共建筑中，考慮安全防火要求，須選用具有抗火性能的難燃或不燃的材料。33*第33頁，共49頁，2022年，

20、5月20日，8點43分，星期三化學作用包括大氣、環境水以及使用條件下酸、堿、鹽等液體或有害氣體對材料的侵蝕作用。機械作用包括使用荷載的持續作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。生物作用包括菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。要根據材料的特點和所處環境的條件,采取相應的措施,確保工程所需要的耐久性.34*第34頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三小結詳見教材 P12作業:P12頁12題全做35*第35頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第二章 氣硬性無機膠凝材料概念:只能在空氣中硬化、保持或繼續發展強度的無機膠凝材料稱為氣硬性無機膠凝材料

21、 第一節 石 灰一.石灰的燒制與品質的關系天然碳酸巖類巖石（石灰石、白云石）經高溫煅燒，其主要成分CaCO3分解為以CaO為主要成分的生石灰，其化學反應可表示如下：36*第36頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三37*第37頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三二.石灰的熟化與硬化1.石灰的熟化和“陳伏”工地上使用石灰時，通常將生石灰加水，使之消解為消（熟）石灰氫氧化鈣，這個過程稱為石灰的“消化”，又稱“熟化”： 生石灰燒制過程中，往往由于石灰石原料的尺寸過大或窯中溫度不均勻等原因，生石灰中殘留有未燒透的的內核，這種石灰稱為“欠火石灰”。38*第38頁，共

22、49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三第二種情況是由于燒制的溫度過高或時間過長，使得石灰表面出現裂縫或玻璃狀的外殼，體積收縮明顯，顏色呈灰黑色，這種石灰稱為“過火石灰”。過火石灰表面常被粘土雜質融化形成的玻璃釉狀物包覆，熟化很慢。當石灰已經硬化后，過火石灰才開始熟化，并產生體積膨漲，引起隆起鼓包和開裂。39*第39頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三為了消除過火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰漿應在儲灰坑中放置兩周以上，這一過程稱為石灰的“陳伏”?！瓣惙逼陂g，石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。2. 石灰的硬化石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個

23、同時進行的過程來完成的：（）結晶作用：游離水分蒸發，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶。（）碳化作用：氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳化合生成碳酸鈣結晶，釋出水分并被蒸發：40*第40頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三碳化作用實際是二氧化碳與水形成碳酸，然后與氫氧化鈣反應生成碳酸鈣。所以這個作用不能在沒有水分的全干狀態下進行。41*第41頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三三.石灰的標準與檢測按技術指標分為優等品、一等品和合格品三個等級。具體技術要求見：JC/T479-1992 建筑生石灰（P15 表2-1）、JC/T480-1992 建筑生石灰粉(P15 表2-

24、2）JC/T481-1992 建筑消石灰粉(P16表2-3） 鈣質生石灰 MgO5%；鈣質消石灰粉 MgO4% 鎂質生石灰 MgO5%；鎂質消石灰粉 MgO4% (表2-4)42*第42頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三四. 石灰的應用及貯運主要有三個途徑:一是工程現場直接使用,如配制石灰土和石灰沙漿;二是作為某些保溫材料無熟料水泥的重要組成材料;三是制造石灰炭化制品和硅酸鹽制品的主要材料.將消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水攪拌稀釋，成為石灰乳，是一種廉價的涂料，主要用于內墻和天棚刷白，增加室內美觀和亮度。我國農村也用于外墻。石灰乳可加入各種耐堿顏料。調入少量水泥、粒

25、化高爐礦渣或粉煤灰，可提高其耐水性，調入氯化鈣或明礬，可減少涂層粉化現象。石灰砂漿是將石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分為砌筑砂漿和抹面砂漿。43*第43頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三石灰與粘土或硅鋁質工業廢料混合使用，制成石灰土或石灰與工業廢料的混合料，加適量的水充分拌合后，經碾壓或夯實，在潮濕環境中使石灰與粘土或硅鋁質工業廢料表面的活性氧化硅或氧化鋁反應，生成具有水硬性的水化硅酸鈣或水化鋁酸鈣，適于在潮濕環境中使用。如建筑物或道路基礎中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或爐灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或爐灰、級配碎石）等。44*第44頁，共49頁，2022年，5月20日，8點43分，星期三石灰與天然砂或硅鋁質工業廢料混合均勻，加水