1、 绪论 重庆大学材料学院白冷 建筑材料 广义 人类建造活动所用一切材料的总称 狭义 构成工程实体的材料Eg 粘土砖 石材 石灰 木材 水泥 混凝土 钢材 陶瓷砖 沥青卷材 玻璃 各种油漆 涂料 PVC管等等 建筑材料的分类 按化学成分按使用功能按工程部位 按化学成分 无机材料 有机材料 植物材料 非金属材料 金属材料 复合材料 天然石材 花岗岩 大理石等烧土制品 粘土砖 瓦 陶瓷胶凝材料 石灰 石膏 水泥玻璃 平板玻璃 玻璃砖无机纤维材料 玻璃 碳纤维 黑色金属 钢铁 不锈钢有色金属 铝 铜 铝合金 合成高分子材料 沥青材料 按使用功能分类 结构材料 构成建筑物受力构件 梁 板 柱 基础 框架
2、 和结构所用的材料 常用石材 混凝土 钢材 钢筋混凝土等 墙体材料 构成建筑物内外和分隔室内空间所用的材料 砖 砌块 复合板材等 功能材料 具有某种特殊功能的非承重材料 如防水材料 吸声材料 装饰材料等等 建筑材料与建筑 结构 施工的关系 建筑材料的更新是新型建筑 结构出现与发展的基础新的轻质高强材料的不断涌现 为结构向大跨度 轻型化和新型结构形式发展提供了前提条件 材料的性质是结构设计取值的依据材料性能的改善对施工工艺 效率 可靠性的促进 建筑材料的结构 性能 组成 核心 揭示材料组成 工艺 结构 性能的关联 结构决定性能 组成与工艺决定结构的形成 建筑材料标准 产品标准工程建设标准类别 1
3、 国家标准GBGB1499 1998GB T1499 20042 行业标准 JC建材 YB冶金 JT交通JG建工 3 地方标准 DB4 其他 国际标准化组织ISO 美国材料与试验协会ASTM 欧洲EN 标准用词严格程度 1 很严格 非做不可 必须 严禁2 严格 正常情况下应做 应 不应 不得3 允许稍有选择 条件许可时首先应这样做 宜 不宜 常用的基本参数 0 材料的组成 结构和构造 0 1化学组成元素组成 矿物组成 0 2结构 构造 微观结构 晶体 玻璃体 胶体宏观构造 致密 多孔 微孔 颗粒 纤维 层状 0 3孔隙和空隙 孔隙 材料内部形成原因 水分占据 火山作用 外加剂作用 焙烧作用表示
4、 孔隙率 孔隙连通性 开口 闭口 孔隙直径建筑材料的许多性能如强度 吸水性 耐久性 导热性等均与材料的孔隙有关 孔隙按其尺寸大小又可分为微孔 细孔和大孔 空隙 材料之间 0 4材料的体积 自然体积V0 绝对密实体积V 孔隙V孔 开口孔隙VK 闭口孔隙VB 空隙V空 堆积体积Vl0 1物理参数 绝对密实状态下 内部不含任何孔隙 密度不变 1 1与质量有关的 1 1 1密度 自然状态下 单位体积所具有的质量 其计算式为 随材料含水率变化 一般以干燥状态下的测定值为准 1 1 2表观密度 粉状 粒状或纤维状材料在自然堆积状态下单位体积 包含了颗粒内部的孔隙即颗粒之间的空隙 所具有的质量 其计算式为
5、1 1 3堆积密度 1 密实度指材料体积内被固体物质所充实的程度 也就是固体物质的体积占总体积的比例 以D表示 其计算式为 1 1 4密实度与孔隙率 干燥状态下 2 孔隙率指材料体积内孔隙体积占材料总体积的百分率 以P表示 其计算式为 干燥状态下 1 填充率指散粒状材料在其堆积体积内 被其颗粒填充的程度 以D 表示 计算式为 1 1 5填充率与空隙率 2 空隙率指散粒状材料在堆积体积中 颗粒之间的空隙体积占堆积体积的百分率 以P 表示 计算式为 空隙率的大小反映了散粒状材料的颗粒之间相互填充的致密程度 填充率与空隙率的关系为 润湿是水在材料表面被吸附的过程 材料被水润湿的程度可用润湿角 表示
6、1 2与水有关的参数 1 2 1亲水性与憎水性 a 亲水性材料 b 憎水性材料 原因 引力 材料分子对水分子的引力水分子间的引力 1 吸水性材料在浸水状态下吸入水分的能力以吸水率表示 有两种表示方法 质量吸水率体积吸水率 质量吸水率吸水饱和时 其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率 可表示为 1 2 2吸水性与吸湿性 体积吸水率材料吸水达饱和时 所吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率 质量吸水率与体积吸水率有如下的关系 2 吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质用含水率表示 材料所含水的质量占材料干燥质量的百分率 称为材料的含水率 可用下式计算 影响含水率的因素 内因 孔隙率 孔隙直径
7、连通性外因 环境温度 湿度平衡含水率 极限含水率 材料长期在饱和水作用下而不破坏 其强度也不显著降低的性质原因 一般材料随着含水量的增加 会减弱其内部的结合力 强度也会不同程度地降低 用软化系数表示 1 2 3耐水性 0 800 850 75 材料抵抗压力水渗透的性质 或不透水性 用渗透系数K表示 达西定律 在一定时间内 透水材料试件的水量与试件的断面积及水头差 液压 成正比 与试件的厚度成反比 1 2 4抗渗性 渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的性质 渗透系数越大 材料的抗渗性越差 对于混凝土和砂浆材料 抗渗性常用抗渗等级S表示 材料抗渗性的好坏与材料的孔隙率和孔隙特征有关 材料抵抗冻融循环
8、作用 保持其原有性能的能力 对结构材料 主要指保持强度的能力 并以抗冻标号来表示 抗冻等级用材料在吸水饱和状态下 最不利状态 经冻融循环作用 强度损失和质量损失均不超过规定值时 所能抵抗的最多冻融循环次数来表示 记作F25 F50 F100 F150等 1 2 5抗冻性 材料抗冻性的高低决定于 材料的吸水饱和程度材料对结冰体积膨胀所产生的压力的抵抗能力 抗冻性常作为考查材料耐久性的一个指标 材料的强度愈高 耐水性愈好 其抗冻性愈好 材料传导热量的能力用导热系数 表示 导热系数在数值上等于厚度为1m的材料 当其相对两侧表面的温度差为1K时 经单位面积 1m2 单位时间 1s 所通过的热量 1 3
9、热工参数 1 1 3 1导热性 材料的导热系数除与其本身的性质 结构 密度有关外 还与材料的含水率及环境温度等有关 W m K 可用下式表示 传热系数指在稳定传热条件下 围护结构两侧空气温差为1度 K 1小时内通过1平方米面积传递的热量 单位是瓦 平方米 度 W K 此处K可用 代替 热容材料加热或冷却时 吸收或放出热量的性质用热容量表示热容量 C m 1 3 2热容 比热是反映材料的吸热或放热能力大小的物理量 比热容表示1g材料 温度升高1K时所吸收的热量 或降低1K时放出的热量 材料的热阻常把1 或d 称为 用R表示 导热系数和热阻都是评定建筑材料保温隔热性能的重要指标 材料的导热系数越小
10、 其热阻越大 则材料的保温隔热性能越好 常将 0 175W m K 的材料称为绝热材料 1 3 3材料的保温隔热性 1 4声学参数 声能的传递 入射能 热能 反射能 透射能 材料的吸声性声能穿透材料和被材料消耗的性质用吸声系数 吸收声功率与入射声功率之比 表示 吸声系数 越大 材料的吸声性越好 吸声系数与声音的频率和入射方向有关 通常使用的六个频率为125Hz 250Hz 500Hz 1000Hz 2000Hz和4000Hz 1 4 1吸声性 一般将上述6个频率的平均吸声系数 0 20的材料称为吸声材料 最常用的吸声材料大多为多孔材料 影响材料吸声效果的主要因素有 材料的孔隙率和体积密度材料的
11、孔隙特征材料的厚度 1 隔空气声 透射声功率与入射声功率的比值称为声透射系数 用 表示 该值越大则材料的隔声性越差 材料的隔声能力用隔声量R R 10lg 1 来表示 单位为dB 与声透射系数 相反 隔声量越大 材料的隔声性能越好 1 1 4 2隔声性 2 隔固体声 固体声是由于振源撞击固体材料 引起固体材料受迫振动而发声 并向四周辐射声能 固体声在传播过程中 声能的衰减极少 弹性材料如地毯 木板 橡胶片等具有较高的隔固体声的能力 2材料的力学性质 材料的力学性能 就是指材料在外力 荷载 作用下 抵抗破坏和变形的能力 1 2 1材料的强度 抵抗外力 荷载 作用而引起破坏的最大能力以材料受力破坏
12、时单位面积上所承受的力表示 计算式为 主要有拉力 压力 弯曲力及剪应力等 大部分建筑材料 根据极限强度的大小 可划分为若干不同的强度等级 材料的强度与材料本身的组成 结构和构造等有很大关系 钢材的抗拉 抗压强度都很高 表1 3静力强度分类 影响强度的因素 试件形状 大小 表面状况加荷速率温度材料的含水率 强度等级和比强度 强度等级 比强度 衡量材料轻质高强的指标 为强度与体积密度之比 钢材 木材和混凝土的强度比较 弹性材料在外力作用下产生变形 当外力取消后 材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质弹性变形这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形这种变形属于可逆变形 其数值的大小与外力成正比 其
13、比例系数E称为弹性模量 1 2 2材料的弹性和塑性 在弹性变形范围内 弹性模量E为常数 其值等于应力 与应变 的比值 即 塑性材料在外力作用下产生变形 但不破坏 并且当外力停止作用后 不能自动恢复原来形状的性质塑性变形不可恢复变形 不能消失的变形 脆性在外力作用下 当外力达到一定限度后 材料突然破坏而又无明显的塑性变形的性质 韧性在冲击 震动荷载作用下 材料能吸收较大的能量 产生一定的变形而不致破坏的性质韧性值用材料受荷载达到破坏时所吸收的能量来表示 2 3材料的脆性和韧性 硬度材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力 硬度的测定方法 刻划法压入法莫氏硬度 布氏硬度HB耐磨性材料表面抵抗磨损的能力 常用磨损率表示 2 4材料的硬度和耐磨性 3材料的耐久性 材料长期抵抗各种内外破坏因素或腐蚀介质的作用 保持其原有性质的能力材料的一项综合性质包括耐水性 抗渗性 抗冻性 耐腐蚀性 抗老化性 耐热性 耐溶蚀性 耐磨性等多项性能 破坏作用一般可分为 物理作用 化学作用 生物作用等 物理作用包括干湿交替 冻融循环 光 电 热 温度差 湿度差等 这些都将引起材料的膨胀 收缩或产生内应力 化学作用包括各种酸 碱 盐及其水溶液以及各种腐蚀性气体对材料产生的破坏作用 生物作用是指昆虫 菌类等对材料所产生的蛀蚀 腐朽等破坏作用
