第二章建筑材料2.1建筑材料概述1.定義：建筑材料是指各類建筑工程中應用的各種材料及其制品。它是一切工程建設的物質基礎。2.分類：

（1）按使用性能：建筑材料

第二章建筑材料建筑材料1（2）按成分劃分建筑材料

（2）按成分劃分建筑材料23.建筑材料在建筑工程中的地位1）建筑材料是各項基本建設的重要物質基礎，一般工程總投資的60%以上。2）建材品種、質量及規格，直接影響工程的堅固、耐久、適用、美觀和經濟性，并在一定程度上影響工程結構形式與施工方法。3）建筑工程許多技術問題的突破，往往依賴于建材問題的解決。4）新材料的出現，又將促進結構設計及施工技術的革新。3.建筑材料在建筑工程中的地位34.建筑材料的發展趨勢1）在原材料上，利用再生資源、工農業廢渣、廢料，保護土地資源。2）在工藝上，引進新技術，改造淘汰舊設備，降低原材料與能耗，減少環境污染，維護社會可持續發展。3）在性能上，力求產品輕質、高強、耐久、美觀，并高性能化和多功能化。4）在形式上，發展預制裝配技術，提高構件尺寸和單元化水平。5）在研究方向上，研究和開發化學建材和復合材料，促進新型建材的發展。4.建筑材料的發展趨勢42.2建筑材料基本性質1.建筑材料的物理參數（1）密度—TrueDensity材料在絕對密實狀態下、單位體積干材料的質量稱為材料的密度。按照下式進行計算。

式中：ρ—材料的密度，g／cm3；m—材料在絕對干燥狀態下的質量，g；v—材料在絕對密實狀態下的體積，cm3。2.2建筑材料基本性質5（2）表觀密度---ApparentDensity材料在自然狀態下，單位體積材料的質量稱為材料的表觀密度（原稱容重，道路工程中稱為體積密度）。按照下式進行計算。

式中：—材料的表觀密度，g／cm-3或kg／m3；—材料在自然狀態下的重量，g或㎏；—材料在自然狀態下的體積，cm3或m3。（2）表觀密度---ApparentDensity6（3）堆積密度---BulkDensity散粒材料(粉狀或粒狀材料)在堆積狀態下，單位體積材料的質量稱為材料的堆積密度。按照下式進行計算。式中：—散粒材料的堆積密度，kg／m3；—散粒材料在堆積狀態下的質量，㎏；—散粒材料在堆積狀態下的體積，m3。（3）堆積密度---BulkDensity7（4）孔隙率與密實度①孔隙率材料內部孔隙體積占材料自然狀態下體積的百分率稱為材料的孔隙率。按照下式進行計算。材料孔隙率的大小直接反映材料的密實程度，孔隙率小，則密實程度高。②密實度材料的固體物質體積占自然狀態下體積的百分率稱為材料的密實度。密實度反映了材料體積內被固體物質所填充的程度。按照下式進行計算：密實度與孔隙率之間的關系為：（4）孔隙率與密實度8

（4）空隙率與填充率①空隙率散粒材料顆粒之間的空隙體積占材料堆積體積的百分率稱為材料的空隙率。按下式進行計算：空隙率的大小反映了散粒材料的顆粒相互填充的程度②填充率材料在自然狀態下的體積占堆積體積的百分率稱為材料的填充率。填充率反映了材料被顆粒填充的程度。按照式進行計算：密實度與空隙率之間的關系為：

（4）空隙率與填充率92.建筑材料的力學性能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。

2.建筑材料的力學性能102）彈性和塑性

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）。2）彈性和塑性

材料在外力作用下產生變形，當外力取消后能夠完113）脆性和韌性

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。

3）脆性和韌性

材料受力達到一定程度時，突然發生破壞124）硬度和耐磨性

①硬度

材料的硬度是材料表面的堅硬程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其表面的能力。通常用刻劃法，回彈法和壓入法測定材料的硬度。

刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為１０個硬度等級。②耐磨性

耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力。4）硬度和耐磨性

①硬度

材料的硬度是材料表面的堅硬13

3.建筑材料的物理性質1）材料的親水性與憎水性

與水接觸時，有些材料能被水潤濕，而有些材料則不能被水潤濕，對這兩種現象來說，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構。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聚力。3.建筑材料的物理性質142）材料的吸濕性和吸水性①吸濕性材料在潮濕空氣中吸附水分的性質稱為吸濕性。材料的吸濕性大小，用含水率來表示。含水率是指材料內部所含水的質量占干材料質量的百分率。在一定的溫度和濕度條件下，材料中所含水分與周圍空氣濕度達到平衡時的含水率稱為平衡含水率。②材料的吸水性材料在水中(通過毛細孔隙)吸收水分的性質稱為吸水性。土木工程材料吸水性的大小一般用質量吸水率表示。質量吸水率是指材料吸水飽和時，其內部吸收水分的質量占干材料質量的百分率。2）材料的吸濕性和吸水性153）材料的耐水性

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。3）材料的耐水性

材料的耐水性是指材料長期在飽和水的作164）抗凍性

材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細孔內凍結成冰，體積膨漲所產生的凍脹壓力造成材料的內應力，會使材料遭到局部破壞。隨著凍融循環的反復，材料的破壞作用逐步加劇，這種破壞稱為凍融破壞。

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。抗凍性以試件在凍融后的質量損失、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Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200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。4）抗凍性

材料吸水后，在負溫作用條件下，水在材料毛細175）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。土木建筑工程中許多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，當材料兩側的水壓差較高時，水可能從高壓側通過內部的孔隙、孔洞或其它缺陷滲透到低壓側。這種壓力水的滲透，不僅會影響工程的使用，而且滲入的水還會帶入能腐蝕材料的介質，或將材料內的某些成分帶出，造成材料的破壞。

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。5）材料的抗滲性

抗滲性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透184.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。

4.材料的耐久性192.3常用建筑材料性能1.石灰（1）石灰的生產生產石灰的原料主要是石灰石，石灰石的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），其次是碳酸鎂（MgCO3）和少量粘土雜質。將石灰石置于窯內高溫下煅燒，碳酸鈣和碳酸鎂受熱分解，分解出二氧化碳（CO2）氣體后，得到以氧化鈣（CaO）為主要成分的呈白色或灰白色的塊狀成品即為生石灰，又稱塊灰。2.3常用建筑材料性能20（2）熟化

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”：注意:“陳伏”作用。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”。“陳伏”期間，石灰漿表面應保有一層水分，與空氣隔絕，以免碳化。（2）熟化21（3）硬化

石灰漿體在空氣中逐漸硬化，是由下面兩個同時進行的過程來完成的：1）結晶作用：游離水分蒸發，氫氧化鈣逐漸從飽和溶液中結晶。2）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：（3）硬化22（4）石灰的應用1）石灰乳涂料和石灰砂漿2）灰土和三合土3）硅酸鹽制品4）碳化石灰板5）無熟料水泥石灰麻刀灰石灰馬賽克（4）石灰的應用石灰麻刀灰石灰馬賽克232.水泥

按GB4131-84水泥命名原則，用于一般土木工程的水泥為通用水泥，如硅酸鹽水泥、普通水泥、礦渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，又號稱五大水泥；適用專門用途的水泥稱為專用水泥如道路水泥，砌筑水泥，油井水泥等；具有比較突出的某種性能的水泥，稱為特性水泥，如快硬水泥，抗硫酸鹽水泥，低熱水泥等。每種水泥又按其膠砂強度的大小，分為若干強度等級。2.水泥24（1）硅酸鹽水泥定義：凡由硅酸鹽水泥熟料、0～5%石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥,代號P,其又分為兩種，不摻混合材的稱P·Ⅰ，摻5%混合材稱P·Ⅱ（2）普通硅酸鹽水泥

代號P·O，生產特點：硅酸鹽水泥熟料中加入6%～20%的混合材，技術要求：終凝時間小于10h,80um篩余小于10%。（1）硅酸鹽水泥25凝結時間水泥加水開始到水泥漿失去流動性，即從可塑性發展到固體狀態所需要的時間。初凝時間：從水泥加水拌和到水泥漿開始失去可塑性所需的時間；終凝時間：從水泥加水拌和到水泥漿完全失去可塑性，并開始具有強度所需的時間。測定方法：用標準稠度的水泥凈漿，在規定的溫濕度下，用凝結時間測定儀來測定。國標要求：硅酸鹽水泥初凝時間≥45min；終凝時間＜390min凝結時間26國標規定：凡初凝時間不符合規定的水泥為廢品；終凝時間不符合規定的水泥為不合格品。為什么？答：水泥凝結時間的規定是為了有足夠的時間進行施工操作和硬化的混凝土質量；初凝時間太短，來不及施工，水泥石結構疏松、性能差，水泥無使用價值，即為廢品；終凝時間太長，強度增長緩慢，也會影響施工，即為不合格品。國標規定：凡初凝時間不符合規定的水泥為廢品；終凝時27體積安定性基本概念：水泥凝結硬化過程中，體積變化是否均勻適當的性質稱為體積安定性。若水泥石的體積變化均勻適當，則水泥的體積安定性良好；若水泥石發生不均勻體積變化：翹曲、開裂等，則水泥的體積安定性不良。體積安定性不良的水泥為廢品！體積安定性28強度強度等級：根據3天和28天強度測試結果，將水泥強度劃分若干個強度等級強度29水泥強度發展規律：早期增長快，隨后逐漸減慢；28天，基本達到極限強度的80％以上；在合適的溫濕度條件下，強度增長可以持續幾十天乃至幾十年。水泥強度發展規律：30（3）其它水泥1.定義：凡在硅酸鹽水泥熟料中，摻入一定量的混合材料和適量石膏共同磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為混合材水泥。常用活性混合材有礦渣、火山灰、粉煤灰。2.意義：節約水泥熟料，提高產量，降低成本，調節標號，改善性能；還可利用工業廢料，節約粘土和巖石資源。（3）其它水泥31（3）水泥的應用1）水泥品種選擇考慮：（1）環境條件。（2）工程特點。（3）混凝土部位。2）水泥強度等級選擇原則：高標號水泥用于配制高強混凝土，低標號水泥用于配制低標號砼或砌筑砂漿。3）水泥的驗收包括標志驗收、數量驗收、外觀質量驗收。4）水泥的運輸與保管

*注意防潮。*不同品種、標號和出廠日期的水泥應分別儲運，并應考慮先存先用。（3）水泥的應用32用戶需要水泥實驗報告時，水泥廠應在水泥發貨之日起7日內寄發除28d強度以外的各項實驗結果，28d強度應在發貨之日起32日內補報。水泥質量問題仲裁檢驗時，水泥廠同一編號水泥封存樣進行。仲裁檢驗由國家指定的省級以上水泥質量監督檢驗機構進行。用戶需要水泥實驗報告時，水泥廠應在水泥發貨之日起333.混凝土

定義：水泥混凝土是由水泥、水和粗、細骨料按適當比例配合、拌制成拌合物，經一定時間硬化而成的人造石材。優點：使用方便：在凝結前具有良好的塑性，因此可以澆制成各種形狀和大小的構件或結構物；匹配性好：它與鋼筋有牢固的粘結力，能制作鋼筋混凝土結構和構件；高強耐久：經硬化后有抗壓強度高與耐久性良好的特性；成本低廉：其組成材料中砂、石等地方材料占80%以上，符合就地取材和經濟的原則；性能可調：可根據工程要求改變材料的組成配合來滿足要求。3.混凝土34缺點：抗拉強度低；由于干縮容易產生裂縫；自重較大；施工日期長；結構物拆除較困難。改性：采用輕質骨料可以降低混凝土的自重；摻入纖維或聚合物，可提高抗拉強度，大大降低混凝土的脆性；摻入減水劑、早強劑等外加劑，可顯著縮短硬化周期，改善力學性能缺點：改性：35按抗壓強度，水泥混凝土可分為3大類：低強度混凝土抗壓強度小于30MPa；中強度混凝土抗壓強度30—60MPa；高強度混凝土抗壓強度大于60MPa；超高強混凝土抗壓強度大于100MPa。此外，可根據工程的特殊要求，配制各種特種混凝土。如：加氣混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、道路混凝土、水工混凝土、纖維混凝土、補償收縮混凝土等。按抗壓強度，水泥混凝土可分為3大類：36（1）普通混凝土

普通混凝土（簡稱為混凝土）是由水泥、砂、石和水所組成，另外還常加入適量的摻合料和外加劑。在混凝土中，砂、石起骨架作用，稱為骨料；水泥與水形成水泥漿，水泥漿包裹在骨料表面并填充其空隙。在硬化前，水泥漿起潤滑作用，賦予拌合物一定的和易性，便于施工。水泥漿硬化后，則將骨料膠結為一個堅實的整體。混凝土在未凝結硬化以前，稱為混凝土拌合物（也叫新拌混凝土）。它必須具有良好的和易性，便于施工，以保證能獲得良好的澆灌質量；混凝土拌合物凝結硬化以后，應具有足夠的強度，以保證建筑物能安全地承受設計荷載；并應具有必要的耐久性。（1）普通混凝土37和易性的概念和易性是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、運輸、澆灌、搗實）并能獲致質量均勻、成型密實的性能。和易性是一項綜合的技術性質，包括有流動性、粘聚性和保水性等三方面的含義。混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性之間互相聯系又存在矛盾。如粘聚性好則保水性往往也好，但當流動性增大時，粘聚性和保水性往往變差，反之亦然。所謂拌合物的和易性良好，就是要使這三方面的性能在某種具體條件下，達到均為良好，即使矛盾得到統一。和易性的概念混凝土拌合物的流動性、粘聚性、保水性之間互相聯系38（2）其它混凝土

1）高強混凝土定義：強度等級達到或超過C50的混凝土稱為高強混凝土。強度等級：從C50~C80分為七個等級：C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。高強混凝土的早期強度、彈性模量、耐久性等都有所提高和改善，高強混凝土的拉壓比和徐變較小。（2）其它混凝土392）輕骨料混凝土定義：表觀密度不大于1950kg/m的混凝土稱為輕混凝土。種類：輕骨料混凝土（全輕混凝土、砂輕混凝土）；多孔混凝土；大孔混凝土。特性:表觀密度小、自重較輕、保溫隔熱、隔聲和抗震等性能良好。長期以來，國內的輕骨料以粘土、粉煤灰等為原料煅燒的陶粒為主，質輕而強度低，配制出的輕混凝土強度也不高，作為結構工程材料的用途受到很大限制。近年來，國外先進技術及國內新技術，使強度較高、吸水率小的頁巖輕骨料涌現，為配制較高強度的輕混凝土，用于橋梁、高層建筑等