1、建筑学基础基本建筑材料分析一、混凝土 二、钢材 三、砂浆、木材 掌握以上几种建筑材料的基本性质一、混凝土定义：混凝土，简称为“砼（tng） ”。 是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程 复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是 指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与 水（加或不加外加剂和掺合料）按一定比 例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥 混凝土 。胶凝材料-通过物理、化学作用，能从浆体变成坚固的固体，并 能胶结其他物料，形成有一定机械强度的固体物质。混凝土的分类按表观密度分：重混凝土、普通混凝土、 轻混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨 料的不同。 重混凝土：用特别密实和特别重的集料制 成的。如重晶
2、石混凝土、钢屑混凝土等， 它们具有不透 x 射线和 射线的性能。主要作 为核工程的屏蔽结构材料?轻质混凝土可以分为三类： 1.轻集料混凝土，其表观密度在 8001950Kg/m3，轻集料 包括浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。 2.多孔混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土） ，其表观密度是 3001000Kg/m3 。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳 定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。 3.大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土） ，其 组成中无细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为 15001900Kg/m3;，是用碎石、软石、重矿渣作集料配制 的。 主
3、要用於工业与民用建筑的大型外墙板和小型空心砌块，少 量用於高层和桥梁建筑的承重结构和热工构筑物。混凝土的分类? ?按胶凝材料分： 水混凝土 石膏混凝土（提高孔隙率、减少水泥、减轻自重， 但耐水性较差） 聚合物混凝土（又称人造大理石，可做桌面、浴 缸等，用合成树脂代替水泥，具有耐腐蚀作用， 缺点耐久性差、树脂造价高） 、水玻璃混凝土 （耐酸性强、耐高温、抗渗能力好，但硬化时间 慢，用于酸洗车间、电解车间。 ）石膏（CaSo4）技术性质：凝结硬化快；硬化时体积膨胀；硬化后孔隙率高；耐水性差。?按施工工艺分类 离心混凝土-做法：通过离心机的高速转动，使得混凝土成 型密实的方法。用途：通常用于混凝土管
4、道构件空心混凝土 管桩构件、混凝土电杆的制作。 碾压混凝土- 做法：采用自动倾卸式混凝土罐车和改性沥青 摊铺机输送和铺设，经碾压后获得所要求的密实度。特征： 完工后的路面看起来有点粗糙，但与普通的混凝土相比，碾 压混凝土具有更高的强度。用途：由于其表面不象普通混凝 土那么光滑，因此，碾压混凝土主要用于工业区道路、停车 场或是低速行驶区域道路的面层。优缺点：施工快、价格低、耐久性更好，很难产生裂纹。 挤压混凝土-做法：在盾构开挖隧道过程中，随着盾构机的 向前掘进，用一套衬砌施工设备在盾尾同步灌注的混凝土或 钢筋混凝土整体式衬砌，因其灌注后即承受盾构千斤顶推力 的挤压作用，故称为挤压混凝土衬砌。
5、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土 泵送混凝土灌浆混凝土混凝土的分类按配筋方式分有：素(即无筋 )混凝土、钢筋 混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土（用于 盖板、管件等） 、预应力混凝土混凝土的分类?按使用功能分类 结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝 土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝 土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混 凝土等混凝土的性能混凝土一般由水、水泥、砂、石组成。在混 凝土中，砂、石起骨架作用，称为骨料；水 泥与水形成水泥浆，包裹在骨料的表面并填 充其空隙。在混凝土硬化前，水泥浆、外加 剂起润滑作用，赋予拌合物一定的流动性， 便于施工和成任何形状。水泥浆硬化后，将 砂、石骨料胶结成一个结
6、实的整体。砂、石 一般不参与水泥与水的化学反应，其主要作 用是节约水泥、承担荷载和限制硬化水泥的 收缩。外加剂、掺和料除了起改善混凝土性 能作用外，还有节约水泥的作用。混凝土的特点? ?良好的塑性，可以浇筑任意形状； 取材丰富，价格低廉； 与钢筋有良好的黏结性，可以互补优劣。组成混凝土的材料?水泥 水泥强度等级一般为混凝土强度等级的 1.52.0 倍为宜。用低强度的水泥拌合高强 度的混凝土，水泥你用量过大，不经济， 而且影响混凝土的其他技术性质。用高强 度等级水泥拌合低强度等级混凝土，使水 泥用量偏少，影响和易性和密实度，导致 混凝土耐久性差。组成混凝土的材料?细骨料（砂） 主要采用河砂，禁止
7、采用未经处理的海砂。由于 海砂中含有氯离子成分，这个成分如果超标的话， 在经混凝土搅拌后用在工程建设中会对钢筋有严 重的腐蚀作用。 为此，在 2004 年 8 月份，国家建 设部就出台了一个关于严格建筑用海砂管理的 意见 ，意见中提到，海砂的开采、除盐处理、 混凝土拌制等过程都有严格的规定，而且建筑工 程中采用的海砂必须是经过专门的淡化处理 。组成混凝土的材料?粗骨料（碎石或碎卵石） 要注意颗粒级配，针、片状颗粒不宜过多，影响 和易性降低强度。 当骨料颗粒粒径增大时，其接触表面积减少，混 凝土的水泥用量也减少，所以在满足技术要求的 前提下，粗骨料的粒径尽量大。 粗骨料的最大直径不能超过结构截面
8、尺寸的 1/4， 不能大于钢筋间距的 3/4。组成混凝土的材料?水 多数采用自来水，禁止采用未经处理的海 水。由于海水中氯离子含量高，会腐蚀钢 筋，禁止使用。但在无法获取水源的情况 下，海水可用于素混凝土。组成混凝土的材料?外加剂 外加剂是在混凝土拌合前或拌合时掺入， 掺量不超过水泥质量的 5%，并能按要求改 善混凝土性能的物质。 如减水剂（改善和易性） 快强剂（硬化时间）? ?外加剂的功能? ? ? ? ? ? ? ? ? ?改善和易性 提高混凝土强度 节约水泥 加上混凝土早期强度发展 调节混凝土或者砂浆硬化速度 调节砂浆的含气量 降低水泥初期水化热 改善拌合物的泌水性 提高混凝土耐腐蚀性
9、减弱碱骨料的化学反应 改善混凝土毛细孔结构 改善混凝土泵送性 提高钢筋抗腐蚀性 提高骨料与砂浆粘结力，提高与钢筋握裹力 提高新老混凝土界面的粘结力组成混凝土的材料?掺合料 改善混凝土性能、节约水泥、调节混凝土 强度等级。 如粉煤灰是当前使用量最大、使用范围最 广的掺合料。混凝土的技术性能和易性- 指混凝土拌合物易于施工操作（搅 拌、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均 匀、成型密实的性能。包括流动性、黏聚 性、保水性（在施工中不致产生严重泌水 现象的性能）等三方面含义。 用坍落度来测定。用水量是决定和易性的 最主要因素。混凝土的技术性能?混凝土的强度 用 fcu（MPa 或者 N/mm2)表示混凝
10、土立方体试件抗 压强度。150mm边长立方体养护 28d 龄期测得的 抗压强度。 用 fcu，k 表示混凝土立方体抗压强度标准值（或称 抗压标准强度） 。试件在 28d 龄期，用标准方法 测得的抗压强度总体分布中不低于95%保证率的 抗压强度值。 C30 表示 30MPafcu，k 35MPa混凝土的技术性能?混凝土的轴心抗压强度（ fc ） 在 fcu =1055MPa 的范围内，fc =（0.70.8 ） fcu 结构设计中混凝土受压构件的计算采用轴 心抗压强度更符合工程实际。混凝土的技术性能?混凝土的轴心抗拉强度（ ft ） 轴心抗拉强度约为抗压强度的 1/201/10, 且随着混凝土强
11、度等级的提高，比例有所 降低。抗拉强度是确定混凝土抗裂度的重 要指标混凝土的技术性能?影响混凝土强度的因素 有水泥强度、水灰比、骨料的种类和质量 数量、外加剂、掺合料、搅拌、振捣，养 护的温度湿度、龄期。混凝土的技术性能混 凝 土 的 变 形 性 能干缩水分流失、毛细张力（路 面、桥面板）非荷载变形温度变形热胀冷缩（大体积砼 温差大、内外膨胀不均匀） 化学收缩水泥水化物化学反应 体积变化造成内部产生裂纹（砼 硬化前 40d 较明显，之后变化很小）荷载变形徐变（在持续力作用下，砼随时 间产生的变形徐变的影响：不利：徐变会引起混凝土构件的预应力损失，据统计，我国几 十年来生产的构件预应力损失达 3
12、050%；混凝土构件会产生随时间变化的挠度或变形。有利徐变会使温度或其他收缩变形受约束时产生的应力减小；降低结构应力集中区和因基础不均匀沉陷引起局部应力 的结构中的应力峰值。西太平洋 Caroline 群岛上的一座桥梁(主跨为 241m)，由于徐变 使跨中向下挠曲，加铺的桥面板进一步加剧徐变，使该桥在建成 不到 20 年后坍塌 (1996 年) 。混凝土的技术性能? ? ? ?混凝土的耐久性抗渗性 抗冻性 抗侵蚀性 混凝土的碳化-二氧化碳与水泥中的氢氧化钙作用生成碳酸 钙与水，使混凝土碱度降低，削弱混凝土对钢筋的保护作用， 导致钢筋锈蚀；碳化增加混凝土的收缩，使混凝土强度增大， 同时可能产生裂
13、纹，反而倒是混凝土抗压、抗拉强度降低。 碱骨料反应-指水泥中的碱化物含量较高时，会与骨料发生 化学反应，在骨料表面生成碱-硅酸凝胶，吸水后体积膨胀， 导致混凝土胀裂。混凝土的养护护的目的在于创造适当的温湿度条件，保证或加 速混凝土的正常硬化。不同的养护方法对混凝土 性能有不同影响。常用的养护方法有自然养护、 蒸汽养护、干湿热养护、蒸压养护、电热养护、 红外线养护和太阳能养护等。养护经历的时间称 养护周期。为了便于比较，规定测定混凝土性能 的试件必须在标准条件下进行养护。中国采用的 标准养护条件是：温度为 202C；湿度不低于 95%。混凝土的配合比普通混凝土配合比是指单位体积混凝土中 水泥、砂
14、、石所占的质量比例。 水灰比：水与水泥质量的比值 配合比影响（混凝土强度、和易性）二、钢材钢材以铁为主要元素，含碳量为 0.02%2.6%，并含 有其他元素的合金材料。钢材按化学成分分为碳素 钢和合金钢两大类，碳素钢较便宜，用途较广，合 金钢是为了达到性能为目的而加入其他元素的钢。 1.碳素钢根据含碳量又分为低碳钢、中碳钢、高碳钢。 2.合金钢在炼钢过程中加入一种或多种合金元素，如 硅（Si） 、锰（Mn） 、钛（Ti）等而得到的钢种。 含碳量增高、强度硬度增高、但塑性降低。钢材包括型钢、钢板、钢筋、钢丝、钢绞线。圆钢-直径较小一般 10mm 以下螺纹钢-10mm 以上钢丝与钢绞线钢结构用钢的
15、类型型钢- 工字钢、 H 型钢、槽钢、T 型钢、角钢。主 要在钢结构中使用。 钢板- 普通钢板、花纹钢板、涂层钢板等。主要 用于屋面板、楼板、墙板。 钢管-矩形钢管、圆形钢管。用于柱、桥墩、拱 架等。钢筋混凝土结构用钢类型- 热轧钢筋、预应力混凝土用热处理钢筋、 预应力混凝土用的钢丝和钢绞线。 ? 特点：伸长率大、强度高。1、钢筋的标示HPB235：（工程符号 ）H：热轧的意思，P ：光圆的意思，B：钢筋，235：表示屈服点 为 235Mpa，HPB235 的意思就是热轧一级圆 钢，一般为盘条状。是一种低碳钢，外形为光 面圆形，又称为光面钢筋，直径分布范围：6 、8、10、12mm 。钢筋的标
16、示HRB335:(工程符号 )工程符号 H 表示热轧，R 表示带肋，B 表示钢筋；数字为钢筋屈服强度， 单位 MPA。直径范围 10、12、14、16、18、 20、22、25、28mm 意思是 Hot -rolled Ribbed -steel Bar 为普通低合金钢，带肋型式 ? HRB400 ：三级钢筋：普通低合金钢，带肋形 式：月牙肋和等高肋，直径范围：16、18、 20、25、28mm 。2、光圆钢筋与带肋钢筋（螺纹钢筋）热轧光滑钢筋强度较低，与混凝土粘结强度较 低，主要用作板的受力钢筋、箍筋以及构造钢 筋。 ? 热轧带肋钢筋与混凝土握裹力大，共同工作性 能较好，其中 HRB335
17、和HRB400 级钢筋是钢 筋混凝土用的主要受力钢筋。HRB400 又常称 为新级钢，是我国规范提倡使用的钢筋品种。光圆钢筋与带肋钢筋的区别1）外形不同、强度不同 ? 2）化学成份不同：圆钢（HPB235）属碳素 钢，钢种是Q235；螺纹钢属低合金钢。 ? 3）物理力学性能不同 由于钢筋的化学成份 和强度的不同。圆钢的冷弯性能较好，可以作 180 度的弯钩，螺纹钢只能作 90 度的直钩；螺 纹钢在韧性、抗疲劳性能方面较圆钢好。4）冷轧带肋钢筋与混凝土之间的粘结锚固性 能良好。用于构件中，从根本上杜绝了冷拔钢 丝的沾油滑丝问题，且提高了构件端部的承载 能力和抗裂能力；在挤压机成型空心板时，避 免
18、了构件端部预应力冷拔钢丝的回缩现象。3、钢材的力学性能拉伸性能 冲击能力 疲劳性能1）拉伸性能反映建筑钢材拉伸性能的指标包括屈服强度、 抗拉强度和伸长率。 ? 抗拉强度- 在拉断前承受最大的应力值。 ? 屈服强度-开始丧失对变形的抵抗能力，是材 料屈服的临界应力值。 ? 抗拉强度与屈服强度之比（强屈比）愈 大，钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越大 ，安全性越高，但是太大造成材料浪费。 ? 伸长率-试件断裂时，试件伸长的长度与原来 长度的百分比。2）冲击性能冲击性能是指钢材抵抗冲击荷载的能力。 ? 除了化学成分、冶炼、加工质量等影响，冲击 性能随温度的下降而减少；当降到一定温度时 ，冲击值急剧下
19、降，从而使钢材出现脆性断裂3）疲劳性能受荷载的反复作用时，钢材突然发生脆性断裂 破坏的现象，称为疲劳破坏。疲劳破坏是在地 应力状态下突然发生的，所以危害性极大，往 往也造成灾难性的事故。4、钢材的拉伸（教材 P28）拉伸是建筑钢材主要的受力形式，所以拉伸性 能是表示钢材性能和选用钢材的重要依据。 ? 弹性阶段-此阶段若卸去外力，试件能原状。 ? 屈服阶段-开始丧失对变形的抵抗能力，此阶 段产生明显的塑性变形。 ? 强化阶段-抵抗塑性变形的能力又重新提高。 是由于钢材内部组织中晶格发生畸变，阻止了 晶格进一步滑移，钢材得到了强化。钢材的拉伸颈缩阶段-试件受力达到最高点后，其抵抗变 形的能力明显降
20、低，变形迅速发展，应力逐渐 下降，试件被拉长，在有杂质或者缺陷处，断 面急剧缩小，直至断裂。钢材受拉应变图5、钢材的工艺性能工艺性能是指钢材在加工过程中表现的性能， 它直接影响钢材的加工质量。 ? 1）冷弯性能- 指钢材在常温下承受弯曲变形 的能力。 ? 冷弯性能的判断：按规定弯曲 90 或者180 度和 弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂纹 、裂痕或起层，即冷弯性能合格。? 对于重要结构和需要加工的钢材，其冷弯性能 必须合格。2）焊接性能-焊接是钢材重要的连接方式。 ? 影响因素：焊接工艺、焊接材料、钢材的可焊 性能。 ? 钢材可焊性：其好坏取决于化学成分及含量。 低碳钢具有良好的可焊性
21、。3）冷加工强化和时效 ? 冷加工强化-经过冷拉后，产生塑性变形，屈 服强度、硬度提高，但塑性、韧性及弹性模量 降低。预应力钢筋就是利用这一性能 ? 时效- 经冷拉后经过 1520d，屈服强度、硬 度进一步提高，屈服能力也得到提高，但是塑 性和韧性进一步降低。钢筋经冷拉时效后应力变化图冷加工在建筑工程中的应用拉长从而节约钢材 ? 经过冷拉后屈服强度可以提高 15%20%，盘 条经过冷拔后可提高更多。 ? 起到开盘、矫直、除锈的作用。 ? 注意：承受冲击、振动荷载的钢材，不得采用 冷加工钢材。因焊接的热影响会降低钢材的性 能，因此冷加工钢材的焊接必须在冷加工前进 行，不得在冷加工后进行焊接。钢的
22、化学成分对钢材性能的影响碳（C）-决定钢材性能最主要元素。随含碳 量增加，钢的强度、硬度提高，塑性、韧性降 低。但是当含碳量大于 1.0%时，由于钢材变 脆，抗拉强度反而下降。含碳量的提高，还会 使焊接性能、耐锈蚀性能下降，并增加了钢的 冷脆性和时效敏感性。钢的化学成分对钢材性能的影响硅（Si） 、锰（Mn）-含量常在 1%内，可提 高强度和硬度，几乎不影响塑性和韧性，但是 可焊性变差。 ? 硫（S） 、磷（P） 、氧（O） 、氮（N）-由 炼钢时原料带入，是有害元素。 ? 铝、钛、钒等 -有益元素，也是合金钢中常有 合金元素。可提高强度和改善韧性。钢材的锈蚀锈蚀造成钢材受力截面减少、降低钢材
23、承载能 力、降低钢材疲劳强度，显著降低钢材的冲击 韧性，使钢材出现脆性断裂。在钢筋混凝土中 的钢筋锈蚀后，体积膨胀，使混凝土顺筋开裂 。防止钢筋锈蚀的措施保护层法 ? 在钢材表面镀膜作为保护 ? 加入稀有元素制成不锈钢，提高钢材的耐锈蚀 能力。 ? 对于钢筋混凝土中的钢筋，保证混凝土的密实 度，保证有足够保护层，防止开裂，从而防止 空气和水分进入产生锈蚀。三、其他建筑材料1、建筑砂浆 ? 建筑砂浆由胶凝材料、细集料和水按一定比例 搅拌而成。与混凝土的主要区别是组成材料中 没有粗集料。 ? 用途：砌筑、抹灰、镶贴石材、瓷砖等。1）砌筑砂浆 ? 作用：将块状材料胶结成坚固的整体，提高砌 体强度、稳
24、定性；使上层的荷载能均匀地传递 到下层；填充块状材料的缝隙，提高建筑物的 保温、隔声功能。 ? 注意：保水性要良好，因为保水性差的砂浆， 在施工中容易泌水、分层离析，使流动性变差 ，同时水分易被吸收，影响胶凝材料的硬化， 降低砂浆的黏结强度。泌水性砂浆的强度等级M2.5、M5、M7.5 、M10 、M15、M20 ? 一般用 M5M10，特别重要砌体采用 M10 以上砌筑砂浆的黏结力和耐久性一般来讲，砂浆的抗压强度越高，黏结力越强 ? 砌筑前，保持基层材料有一定的湿润度，并保 持砖石表面干净无尘。 ? 影响耐久性的有：砂浆的密实度、内部孔隙特 征等。2、抹面砂浆抹面砂浆也称抹灰砂浆，以薄层涂在
25、建筑物内 外表面，既可保护墙体不受侵蚀，提高建筑物 耐久性；同时也使建筑物表面平整、光滑、美 观。抹面砂浆要求的不是抗压强度，是与基底 材料的黏结力和和易性。 ? 底层砂浆主要起基层黏结作用。 ? 中层砂浆（经常省去）主要起找平作用。 ? 面层砂浆起保护装饰作用。3、其他砂浆防水砂浆：又叫刚性防水层，适用于不受振动 和具有一定刚度的混凝土或砖石砌体钢材。多层抹面防 水 砂 浆掺入防水剂膨胀水泥防水砂浆防水砂浆水泥：砂配合比为 1:2.5（体积比） 水灰比为 0.40.5，常温下的砂浆 1h 内用完。 ? 涂抹时，每层厚度约 5mm 左右，共涂抹 45 层 ，厚 20mm30mm。在涂抹前先在湿
26、润的底 面抹一层水泥浆，然后抹一层 5mm 厚的防水 砂浆，在初凝前用木抹子压实一遍，第二、三 、四层同样做法，最后一层压光。二、木材木材是最古老的建筑材料之一，现代已经用钢 筋混凝土代替木材成为承重构件，但是仿古建 筑和一般建筑的门窗、装修中依然大量使用。木材的优缺点优点：自重轻、弹性、吸收振动、抗冲击性 能好，木纹自然悦目，表面易于油漆，容易 加工。 缺点：材质不均匀、吸水性高而且胀缩明显 ，容易变形、容易虫蛀、燃烧等问题，但是 经过加工处理，这些缺点可以得到减轻。木材的性能影响木材物理性质和应用的含水率指标是：纤 维饱和点和平衡含水率。 ? 纤维饱和点与树种有关。 ? 平衡含水率是指木材
27、中的水分与周围空气中的 水分达到吸收与挥发动态平衡时的含水率。平 衡含水率是木材使用时避免变形或者开裂而控 制的含水率指标。木材的缩胀与变形干缩会使木材，翘曲、开裂。湿胀可造成表面 鼓凸，所以木材在加工或使用前应预先进行干 燥，使其接近于与环境湿度相适应的平衡含水 率。由蒸煮软化的 原木，旋切成 大张薄片，然 后将各张木纤 维方向相互垂 直放置，用合 成树脂胶粘结 ，再加压、干 燥、锯边、休 整而成。用于 隔墙、顶棚、 门面板、墙裙 等。胶合板（层压板）是由树皮、刨 花、树枝等废 料经过破碎、 浸泡、研磨成 木浆，再经加 压成型、干燥 处理而制成的 板材。用于隔 墙板、家具、 橱柜等。纤维板是利用施加或 者未施加胶料 的木刨花或木 质纤维料压制 的板材。易吸 湿，强度不高 。可用于保温 、吸声或室内 装饰。刨花板刨花板 整理 千斤顶 http:/
