9-第九章-建筑材料

1、第四章 建筑材料41 建筑材料的种类及其根本性质 一、筑材料的种类 建筑材料是建筑工程不可缺少的原材料，是建筑事业的物质基础。它直接关系到建筑形式、建筑质量和建筑造价，影响国民经济的开展、城乡建筑面貌的变化和人民住居条件的改善。 建筑材料的品种多，用量大，从建筑物的主体结构，直至每一个细部和零件，无一不由各种建筑材料，经适当的设计、施工而成。建筑材料的数量、质量、品种、规格、以及外观、色彩等，都在很大程度上影响建筑物的功能和质量，影响建筑物的实用性、艺术性和耐久性。1 建筑、材料、结构、施工，四者是密切相关的。从根本上来说，材料是基础，材料决定了建筑形式和施工方法。新材料的出现，促使建筑形式的

2、变化、结构设计方法的改进和施工技术的革新。 为了使建筑物满足实用、巩固、耐久、美观等根本要求，材料在建筑物的各个部位，应充分发挥各自的功能和作用，分别满足各种不同的要求。如高层或大跨度建筑中的结构材料，要求是质轻、高强的；冷藏库建筑必须采用高效能的节热材料；防水材料要求致密不透水；影剧院、音乐厅为了到达良好的音响效果需要采用优质的吸声材料，而大型的公共建筑及纪念建筑的立面材料，要求较高的装饰性和耐久性。2 建筑材料的品种繁多，组分各异，用途不一，按照根本成分，建筑材料的分类如表一。 建筑材料按其在建筑中的主要用途可分为：结构材料、构造材料、防水材料、地面材料、饰面材料、绝热材料、吸声材料、卫生

3、材料及其他特殊材料。3二、材料的根本物理性质、材料的强度 强度：材料在力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。根据外力作用方式的不同，材料的强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯（抗折）强度等。、弹性和塑性 弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，变形即行消失，材料能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。 塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，仍保持变形后的尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。4(三)、脆性和韧性 脆性：当材料受力到达一定程度后，突然破坏，而破坏时并无明显的塑性变形，材料的这种性质称为脆性。 韧性：在冲击或动力荷载的作用下，材料能吸收较大的能量，同时也产生较大的变形而不致被破坏

4、的性质称为韧性。 脆性材料的冲击韧性很低。如砖、石、陶瓷等。 韧性材料抗拉、抗弯、抗压强度都很高。如建筑钢、木材等。5、硬度和耐磨性 硬度：是材料外表能抵抗其他较硬的物体压入或刻画的能力。 不同材料的硬度测定方法不同按刻划法，矿物硬度分为十级，即。滑石；石膏；方解石；萤石，磷灰石，正长石；石英；黄玉；刚玉；金刚石。钢材、木材和混凝土的硬度用钢球压入法测定此外，材料的硬度还可用钻孔、射击等方法测定。 一般说，硬度大的材料耐磨性较强，但不易加工在工程中，有时可用硬度间接推算材料的强度。6耐磨性 耐磨性是材料外表抵抗磨损的能力材料的耐磨性用磨损率表示磨损率按下式计算：式中N材料的磨损率(gcm。)，

5、 G1试件磨损前的质量(g)， G2试件磨损后的质量(g)， F试件受磨面积(cm。)。 材料的耐磨性与硬度、强度及内部构造有关 建筑中，用于地面、楼梯踏步、人行道路等处的材料，必须考虑其硬度和耐磨性。7四、材料与水有关的性质、亲水性和憎水性 材料与水接触时，根据材料外表被水润湿的情况，分为亲水性材料和憎水性材料两类吸水性和吸湿性吸水性 材料能在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示 吸湿性。 材料不但能在水中吸收水分，也能在空气中吸收水分，所吸水分随空气中温度的大小而变化。 8、耐水性 材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也无显著降低的件质称为耐水性。随着含水量的增加，由于材料

6、内局部子间的结合力减弱，强度会有不同程度的降低。如花岗岩长期浸泡在水中，强度将降低8左右，而普通粘土砖和木材所受的影响更为明显，材料的耐水性用软化系数表示： 软化系数的范围波动在01之间位于水中和经常处于潮湿环境中的重要构件，须选用软化系数不低于0.75的材料软化系数大于0.8的材料，通常认为是耐水的。 9、抗渗性 在压力水作用下，材料抵抗水渗透的性能称为抗渗性(或不透水性)抗渗性的上下与材料的孔隙率及孔隙特征有关绝对密实或具有封闭孔隙的材料，实际上是不透水的。此外，材料毛细管壁是亲水的或憎水的，耐抗渗性也有一定的影响、抗冻性 抗冻性是材料在吸水饱和状态下，能经受屡次冻结和融化作用(冻融循环)

7、而不破坏，强度也无显著降低的性质。以试件能经受的冻融循环次数表示材料的抗冻标号。 10五、材料的耐久性 材料的耐久性，是往使用条件下，在各种因素作用下，在规定使用期限内不破坏,也不失去原有性能的性质耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学侵蚀性等均属于耐久性的范围此外，材料的强度、抗渗、耐磨性等性能也与材料的耐久性有密切关系。 为提高材料的耐久性，可根据使用情况和材料特点采取相应的措施，如设法减轻大气或周围的介质对材料的破坏作用，提高材料本身对外界作用的抵抗性。(提高材料的密实度、采取防腐措施等)，也可用其他材料保护主体材料免受破坏（覆盖、抹灰、油漆涂料等）。 11六

8、、 材料的装饰性能 建筑装饰材料，一般是指内、外墙面、地面和顶棚等的饰面材料。用装饰材料修饰主体结构的面层，能大大地改善建筑物的艺术形象，使人们得到舒适和美的感受，到达一定的艺术效果。装饰材料常兼有绝热、防火、防潮、吸声、隔声等功能，并起到保护主体结构材料的作用，多方面地满足建筑物的使用要求。因此，装饰材料在房屋建筑中是一种不可缺少的材料。对装饰要求较高的大型公共建筑，用于建筑装饰上的费用甚至高达建筑总造价的30或更高。12、对装饰材料的根本要求: (1)颜色 ; (2)光泽; (3)透明性 ; (4)外表组织及形状尺寸。 、装饰材料的选用原则:在选用装饰材料时，首先应从建筑物的使用要求出发，

9、不仅要求表层的美观，而且要求它具有多种功能，使装饰材料能长期保持它的特征，保持适宜的环境，并能有效地保护主体结构材料。装饰材料用于不同的环境、不同的部位时，对它的要求也不同。 13七、材料的组成、结构和构造 材料的组成是指材料的化学成分和矿物组成。当材料与外界自然环境以及各类物质接触时，它们之间必然要按照物理和化学变化规律发生作用，导致材性、材质发生变化，甚至破坏。材料的组成、结构、构造发生变化时，材料的性质也随之而变。 1442 几种常用的建筑材料 建造房屋所用的材料，主要的有砖、瓦、石灰、水泥、砂子、石子、钢材、木材等，其中钢材、水泥和木材(简称三大材料)是根本建设与战备施工都需大量使用的

10、重要物资源由国家统一管理调拨，称为“国拨材料，砖、瓦、石灰、砂、石一般称为“地方材料。本章仅把几种常用建筑材料的性能和应用，作一一简要的介绍。15一、砖 石 粘土砖 粘土砖是由粘土制成砖坯，经过枯燥，然后入窑烧至9001000而成。烧制粘土砖在我国已有数千年的历史。由于粘土砖具有取材和制作方便，抗压强度较高，抗冻融和耐久性都较好的特点，所以当前仍为砌筑墙体使用广泛而又价廉的一种地方性材料。但它还存在着一些缺点，如自重较大(容重约为1800公斤/立方米)，施工效率低(因砖块较小，施工中多沿用手工操作方法)，而且制作时要耗用大量粘土，毁用农田。 16粘土砖的标准尺寸为240(长)115(宽)53(

11、厚)毫米。这些尺寸加上灰缝(长度、宽度方面的灰缝为10毫米，厚度方面的灰缝为9.5毫米)以后，形成长：宽：厚=4：2：1，这样就给砌墙时有规律的“错缝搭接创造了条件。砖的质量标准，以其抗压强度(公斤/平方厘米)为主要标志，称为“标号。砖的标号有50、75、100、150、200号等数种，常用的是75号和100号。 1718二、其它砌墙材料 为了解决粘土砖与农田争土的矛盾，在有条件的地方，可利用其它材料制砖，尤其工业城市的大量工业废料，如粉煤灰、电石灰、矿渣等，这些墙体材料在耐久或耐水等性能方面还存在一定的缺点，须进一步研究改进。 1灰砂砖 灰砂砖是将磨细的石灰与细砂混合，压制成型，用饱和蒸汽蒸

12、压养护而成。灰砂砖不可用在长期受热高于200受激冷激热或有酸性介质侵蚀的建筑部位，位于防潮层以下的建筑部位时，其标号应150号。2碳化灰砂砖;3粉煤灰砖;4硅酸盐砌块 19 瓦1土瓦 土经制坯，枯燥、焙烧而成。因为它的主要功能是屋面防水和排水，所以要求质轻密实，吸水率小。 粘土瓦的规格全国尚未统一，其长、宽、厚约为400560、240220、2015毫米(图2-2)。屋脊处应铺设脊瓦，其长、宽、厚约为455240、280190、2015毫米(图2-2 b)。20212水泥瓦 水泥、砂加水拌合后注入钢模，压成瓦坯，经养护而成。因它不需焙烧，所以外形较整齐，且可节约燃料，不用粘土。形状与规格同粘土

13、瓦。3石棉水泥瓦 石棉纤维加水泥压制而成，分为大波、中波、小波三种瓦型。大波瓦的长、宽、厚为28001650、994、86毫米，波数为6；中波瓦的长、宽、厚为2400900、745、6.56毫米、波数为5.5；小波瓦的长、宽、厚为1800、720、8毫米，波数为11.5、另有脊瓦。 2223 石 石材包括自天然石材中开采所得的毛石及经加工制成之碎石或块状、板状石材。建筑常用天然石材有下面几种：1花岗石 主要成分为长石、石英和云母。容重约25002700公斤/立方米。抗压强度12002500公斤/平方厘米。耐用年限约75200年，质地坚硬，琢磨费工，多用于建筑物的基础，地面、外墙等处。2石灰岩

14、主要成分为碳酸钙或白云石质，容重约10002600公斤/立方米。24 抗压强度约220400公斤平方厘米。耐用年限约2040年，质地较硬，易干琢磨，多用于建筑物的基础、墙身、台阶等处。 3砂岩 主要成分为石英颗粒与粘结物质二氧化硅等组成,容重约22002590公斤立方米。抗压强度约4701400公斤/平方厘米，耐用年限约20200年，其品质好坏随粘结物质的种类而异。多用于基础、墙身、台阶、纪念碑及其他装饰处。 4大理岩 石灰岩经高温、高压变质而成。容重约26002700公斤/立方米，抗压强度约7001100公斤/平方厘米，耐用年限约40100年，颜色多样，纹理美丽，易于雕琢磨光，建筑上主要用于

15、装饰工程。 25二、水泥、石灰 水泥 水泥在建筑上应用很广，是重要建筑材料之一。目前我国生产的水泥有二十余种，各有其特点，其中以普通硅酸盐水泥应用最为广泛。 1硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥 灰质原料(如石灰岩)和粘土质原料，经磨细，按一定比例配成“生料，在窑中经13001450的高温煅烧后，生成以硅酸钙为主要成分的 “熟料，冷却后参加35的石膏，再经磨细成粉末状材料，即为硅酸盐水泥。26 凡由硅酸盐水泥熟料、少量混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)。 水泥加水拌合成为水泥浆，开始它是一种可塑性的胶体物质，可以流动、变形，并可制造成任意形状，具有粘结能力。

16、但随时间的增长，由于一系列复杂的物理、化学反应，水泥浆逐渐失去塑性，最后硬化成为固体。水泥浆不但能在潮湿环境中结硬，并可更好地在水中结硬，因此，我们称水泥为“水硬性胶结材料。27 水泥浆，由水泥加水拌合起，到初步凝结的时间称为“初凝时间，到完全变硬的时间称为“终凝时间，这些时间都是由试验测定的。国家标准规定，初凝时间不得早干45分钟，终凝时间不得迟于12小时。我国一般水泥的初凝时间约为12小时，终凝时间约为36小时。水泥浆在初凝以后，如再行操作将增加困难，在终凝以后，如再受振动将产生质量事故。 水泥的标号是按标准方法做成试件在养护期28天时的抗压强度(公斤/平方厘米)来确定的，硅酸盐水泥分42

17、5、525、625三种标号。普通水泥分225、275、325、 425、525、625六种标号。28 2其他各种水泥 火山灰质硅酸盐水泥它是在硅酸盐水泥熟料中掺人火山灰质混合材料到达成品重量的2050，并参加适量石膏共同磨细而成，简称火山灰质水泥。 矿渣硅酸盐水泥它是在硅酸盐水泥熟料中掺入粒化高炉矿渣到达成品重量的207O，并参加适量石膏共同磨细而成，简称矿渣水泥。29 粉煤灰硅酸盐水泥它是在硅酸盐水泥熟料中掺入粉煤灰到达成品重量2040，并参加适量石膏共同磨细而成，简称粉煤灰水泥。 以上三种水泥的用途也较广。因混合材料掺入量很大，所以它们的性质与普通水泥有所不同。 矿渣水泥还具有耐热性较好的

18、特点，故适用于冶炼车间，锅炉间等受热工程，也可配制耐热混凝土。 上述三种水泥的标号分225、275、325、425、525五种。30 石灰 石灰是用含有大量碳酸钙的岩石(如石灰岩)，经900左右高温煅烧而得的一种块状材料，其主要成分是氧化钙，称为“生石灰或“块灰。 石灰在使用前必须先将生石灰块加水，使其消解成为“熟石灰。加水量少时，可消解成为松散的粉末，称为“熟石灰粉，多用于拌合“灰土。加水量多时，则消解成为“石灰膏，可与其他材料拌合制成各种灰浆，用于砌墙体和抹墙面。 石灰为气硬性胶结材料。 31三、砂浆、混凝土、砂浆 砂浆是由胶结材料(水泥、石灰等)、细骨料(砂)和水拌合而成。由水泥、砂、水

19、拌合而成的称为水泥砂浆；由石灰、砂、水拌合而成的称为石灰砂浆；由水泥、石灰、砂、水一起拌合而成的称为混合砂浆。 砂是岩石风化形成的产物，按其产源有河砂，海砂和山砂几种。砂颗粒的粒径为0.155毫米。平均粒径大于0.5毫米的为粗砂，在0.3505毫米间的为中砂，在0250.35毫米间的为细砂。 32 砂浆的标号是以砂浆试块养护28天时的抗压强度(公斤/平方厘米)而定的，分为4、10、25、50、75、100等号。砂浆的标号与材料的性质及配合比均有关系。 水泥砂浆和混合砂浆宜用于砌筑潮湿环境以及强度要求较高的砌体，但对于湿土中的砖石基础不宜用混合砂浆。石灰砂浆只宜用于砌筑强度要求不高的，枯燥环境中

20、的砌体和干土中的基础，而不宜用于潮湿环境中的砌体和湿土中的砖石基础。33 混凝土 混凝土是由胶结材料、细骨料、粗骨料和水按一定的比例配合，经搅拌、浇筑、养护、然后凝结硬化而成的坚硬固体。 普通混凝土的胶结材料是水泥，细骨料用砂，粗骨料用碎石或卵石，容重为22002500公斤/立方米。也可用轻骨料陶粒(陶粒是用易熔粘土经焙烧膨胀制得)浮石、炉渣，膨胀矿渣珠等代替碎石、卵石，容重为12001800公斤/立方米，重量轻，并兼有保温效果，称为轻骨料混凝土或轻混凝土。 34 混凝土的强度标号为标准试件经养护28天时的抗压强度(公斤/平方厘米)，其标号分为50、75、100、150、200、300、400

21、、500和600等号。对不同要求的工程，选用不同标号的混凝土。不同标号的混凝土，有不同的配合比例。 混凝土的性质和岩石相似，其抗压强度很高，但抗拉和抗剪强度则很低，只适于制做受压的构件，而不适于做受拉或受弯构件。35四、钢材、钢筋混凝土 在金属材料中，用于建筑方面的以黑色金属钢、铁及其合金为最多。 生铁经冶炼即可成碳素钢，它的强度很大，富于延展性，根据其含碳量的多少，分为高碳钢(含碳量一般0.6)，中碳钢(含碳量0.250.6)和低碳钢(含碳量0.2。钢的强度和硬度与含碳最成正比。在钢中参加一定量的合金元素(镍、铬、铝等)或提高某种化学元素(硅、锰等)的含量，就可改变它的性能。如低合金钢具有较

22、高的强度、塑性和韧性，冷弯性及可焊性好。36 建筑工程中多用普通碳素钢或低合金钢制作钢筋、型钢、钢板和钢管。 普通钢筋是把钢锭加热后，用轧钢机轧成，常见的直径有4、5、6、8、10、12、14、16、18、20、22、25、28、30、32毫米数种，外观形状分光圆钢筋和螺纹钢筋两类(图24)。 型钢截面分工字钢、槽钢和角钢几种形式(图2-5)，根据各向尺度的不同，每种型钢又分为若干不同的规格。这些型钢多用作承重构件如屋架、梁、柱等。37 钢管分焊接钢管和无缝钢管，根据管径大小，各分为若干种，可用作钢结构的构件或水、煤气、暖气等管道。 钢板按其厚度分为薄钢板(厚度4毫米)，中厚钢板(厚度425毫

23、米)，和厚钢板(厚度2660毫米)。多用作结构构件、建筑配件及建筑设备如贮水箱等。3839 钢筋混凝土 在混凝土构件中的受拉局部，放入钢筋，称为钢筋混凝土构件。由钢筋承担拉力，混凝土承担压力，二者分工负责。钢筋混凝土的优点很多，巩固、耐久、耐火、抗震能力强，在建筑工程上用途甚广，常用它制做基础、柱、梁、屋架、屋面板、楼板、楼梯等。 钢筋混凝土构件的构造和施工方法，现以过梁为例，说明如下。 钢筋混凝土构件的制做，按施工方法可分为现浇的和预制的两种。其施工程序都是支模，架筋，浇筑，养护，拆模。 40 钢筋混凝土梁内的钢筋，因受力情况不同，分为受力钢筋(也称主钢筋)，架立钢筋和钢箍三种。图26所示，

24、是用受力钢筋三根，架立钢筋二根和许多钢箍绑扎在一起组成的骨架。图2-7为其结构设计。 钢筋的外边缘，须留有一层混凝土，叫做“保护层，用以保护钢筋不使锈蚀和防火，由于各种构件用途的不同，对受力钢筋保护层的厚度要求也不同，梁的受力钢筋保护层厚度要求为25毫米。4142 预应力混凝土 普通钢筋混凝土构件是采用3号钢筋或16锰钢筋(3号钢筋的抗拉强度为2000公斤/平方厘米，16锰钢筋的抗拉强度为3400公斤/平方厘米)和150号或200号混凝土制成的，由于上述钢筋抗拉能力较小，所以构件的钢材耗用量较大，但如采用高强度钢筋，也是不经济的，原因是混凝土和钢筋的抗拉能力相差太大了。当构件下部受拉区的混凝土

25、超越它的抗拉强度而出现裂缝时，钢筋实际受到的拉力仅为其抗拉能力的1/20l/50。43 如果继续增加荷载，裂缝将显著增加，以致因裂缝处钢筋外露锈蚀而不能继续使用，此时，高强钢筋的抗拉能力不能充分发挥，所以在普通钢筋混凝土构件中，不能使用高强钢筋以到达节约钢材的目的。 怎样解决钢筋与混凝土这两种材料在力学性能上不相适应的矛盾呢？行之有效的方法就是采用预应力混凝土，即用300400号混凝土及高强钢筋做成。预应力就是在构件制做时，预先给混凝土施加种压力，使混凝土产生预压应力(构件在制做时，预先施加的压力或拉力产生预压应力或预拉应力)。 4445 预应力混凝土构件能充分利用钢筋的抗拉性能，可以有效的来

26、用高强度的钢筋(其抗拉强度为600014500公斤/平方厘米)和高标号水泥(300号和400号)，从而减小了构件的截面尺寸，减轻了构件的自重，节约了钢材和水泥。因此，预应力混凝土在建筑工程中已被广泛采用。 46五、木材 在建筑工程中，无论是承重构件的屋架，建筑配件的门窗、墙裙、暖气罩和施工时用的脚手架、模板等，都可用木材制作。用于建筑工程的树种，主要有以下两类：1针叶树 针叶树的一般性质是材质轻软，纹理直，易加工，强度中等，如红松、白松、落叶松和杉。多用作承重构件如屋架、梁，以及混凝土模板、门窗、脚手架等。472阔叶树 阔叶树中有的木质坚韧，强度较高，不易加工，纹理明显，如榆、柞、水曲柳等，有的木质较软，强度中等，加工较易，纹理明显程度不等，如桦、杨、椴等。可用作门窗，地板及室内装修等。 把多层薄木片，按纹理垂直交错胶合在一起即成胶合板。它的特点是不易翘曲，平面上各向强度几乎相等。将碎木破碎，经处理成纤维，施胶热压，可得纤维板。 在两层面板中间夹木质碎料心，经胶拼加压，可得贴面碎木板。48六、沥青防水材料 沥青材料具有良好的防水性能和粘结力，故在屋顶和地下室都常用它作为防水材料。常用的沥青有石油沥青和煤沥青，它们的制品有防水卷材。现分述于下： 沥青 1石油沥青 石油沥青是石油工业提炼各种燃料油及润滑油后的副产品，外观呈黑褐色，性较柔软并略