《建筑材料》绪论

1、绪 论建筑材料发展历史还有其它一些建筑材料，如：彩板 建筑膜粘 土最早天然胶凝材料，用来加水铺筑地坪，胶结石块，填洞抹面等。陕西半坡遗址：粘土胶结卵石作为木柱基础，草筋增强泥土(复合材料思想)甘肃故居遗址：火焙烧过的草筋泥墙和坑台，又称陶质墙面(红砖的先驱)石 灰最早记载见于左传，汉代起大量使用，曹操将植物油掺入石灰中建造铜雀台。宋代用糯米汁石灰砌筑了安徽和州城墙。明代南京城墙采用糯米汁石灰，并用桐油石灰封顶以增强防水抗渗能力。清代乾隆年间用糯米、石灰加牛血建造了永定河河堤。石灰+其它材料石灰+黏土：古罗马人、亚述人和巴比伦人使用过石灰+火山灰：罗马周围维苏威火山附近的波佐利(pozzuoli

2、)的沙土，称为火山灰。用石灰和火山灰以1:2的比例建造了那不勒斯海港英国的Smeaton在Cornish海湾用石灰火山灰砂浆建造了耐海水的Eddystone灯塔。石 膏水 泥1796年英国人Parker用泥灰岩(含粘土较多的石灰石)和石灰。1824年英国人Aspdin发明了波特兰水泥。建筑材料在国民经济中的作用和地位 建筑材料是一切土建工程的物质基础，在基建费用中占60%左右；新材料的研制导致了设计和施工技术的革命，促进人类文明的进步；如：泵送混凝土建筑材料的研究为设计、施工技术提供依据。建筑材料的分类与发展建筑材料的分类 按化学组成分类按来源分类按建筑功能分类按用途分类有三大类：无机材料：金

3、属、非金属有机材料：植物、高分子、沥青复合材料：有机无机 金属非金属有两大类：天然材料：石材、粘土、植物等；人工材料：金属、水泥、陶瓷、玻璃 塑料、橡胶、纤维等有：承重材料、防水材料、隔热保温材料、防护材料、装饰材料、吸声隔音材料、粘结密封材料、智能材料等。有：结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、吊顶材料、墙面材料等。 建筑材料的发展趋势 高性能化 高强、高耐久、高抗渗、高保温等新型高性能建筑材料。 多功能化 具有多种功能或智能的建筑材料。工业规模化 建筑材料的生产要实现现代化、工业化，而且为了降低成本、控制质量、便于机械化施工，生产要标准化、大型化、商品化等。 生态化 为了降低环境污染、

4、节约资源、维护生态平衡，生产节能型、环保型和保健型的生态建材。 材料的组成材料均由各种物相组成每种物相由化合物组成化合物由分子组成分子由原子组成物相组成固相连续相分散相：纤维与颗粒气相液相矿物 具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然矿物的物相或化合物。矿物组成 建筑材料中的矿物种类及其含量。例如：矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有： 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙钢材中的矿物相有： 奥氏体 铁素体 渗碳体 珠光体化学组成 化学组成化学成分是指材料中各物相所含元素或单质与化合物的种类和总含量。例如： 钢材中四种矿物相所含的化

5、学元素是： Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）； 生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2； 水泥中四种矿物相所含的化合物是： CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。 聚氯乙烯塑料的化学组成有： PVC树脂（-CHCHCl-n）、二丁酯、CaCO3等。化学组成与矿物组成的关系化学组成相同，其矿物组成不一定相同；例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、等2种矿物相。不同的矿物相，其化学组成可能相同。例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。矿物组成相同，其化学组成一定相同。材料结构材料的结构是指物质内部质

6、点所处的状态特征，一般可分为微观结构(10-1010-6m)、细观结构(10-610-3m)和宏观结构(10-3m以上)。一、材料的微观尺度物相材料在微观结构层次上的物相可分：晶态和非晶体两大类，而非晶体又可分为玻璃体、无定形态和胶体三类。材料的结构材料中所含各物相的类型、尺寸、形状、数量及其分布。物相或化合物中各离子、原子、分子与超细颗粒等质点的堆积方式和几何形状，以及纤维的排布等。材料结构层次：宏观构造细观结构微观结构材料的结构材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况；构成各物相的质点的堆积方式和分布情况；根据分辨率的大小，材料结构分为宏观、细观和微观三个层次；材料的结

7、构取决其组成和制造工艺及其条件(温度、压力等)；相同组成的材料可以有不同的结构；相同结构的材料可以有不同的组成。二、微观结构微观结构指尺寸范围在10-1010-6m内，组成材料的化合物或 矿物的组织状态，是分子、原子与离子排列、连接的结构状态。根据排列有序与无序，微观结构分为 晶 体（有序、重复排列） 非晶体（无序连接） 玻璃体 胶 体 晶 体结构特点 晶体结构中，质点（离子、原子或分子）作三维空间有序堆积、并呈周期重复，由此构成点阵格子结构（晶格）。 晶体类型 根据质点（离子、原子或分子）间结合键的不同分为：1）离子晶体 离子键结合，如: 亚硝酸钠、硫酸铝等；2）共价晶体 共价键结合，如：金

8、刚石、碳化硅等；3）分子晶体 分子键结合，如：减水剂、液晶等；4）金属晶体 金属键结合，如：金属材料等。 金属的三种主要晶体结构体心结构 (BCC)面心结构 (FCC)六方紧密结构 (HCP)晶体中原子排列的作用原子排列 研究固态物质的内部结构，即原子排列和分布规律是了解掌握材料性能的基础，才能从内部找到改善和发展新材料的途径；才能根据工程结构要求，选择合适的材料。组织性能 非晶态结构 也称无定型结构。结构特点：质点排列无序，且无周期性；没有固定的几何外形。种类：玻璃体结构胶体结构 胶体结构只由微细的固体粒子和分散介质（液体）组成的结构当固体粒子含量较少，并分散在介质中则构成溶胶结构；当固体粒

9、子含量较多，并形成连续相则构成凝胶结构。如：CSH凝胶、沥青、塑料、密封材料材料中的气相材料中均或多或少地含有气相；气相以各种尺寸和形态的孔(缝)隙存在于材料中，因此孔隙有一定的结构孔结构；孔 (缝)隙对材料性能有很大影响：有害孔，如：孔径较大的孔、连通缝等；无害孔，如：孔径很小的孔、凝胶孔等；有益孔，如：孔径很小的封闭孔等。晶态的特点物质中的质点在空间规则排列的结构形态。晶态(单晶态)材料的特点：自范性(自限性)：在适当的条件下可以自发的形成几何多面体的性质；均一性：同一晶体的各个不同部分具有相同的性质；各向异性：因方向不同而有差异的特性；对称性：在相等的晶面、晶棱和角顶，以及晶体的物理化学

10、性质在不同方向和位置上作有规律的重复出现。由晶体构造对称性所决定。最小内能：与非晶体相比，内能最小；稳定性：具有最小内能，因而是稳定的。非晶态的特点非晶态特点：近程有序、远程无序玻璃态化学不稳定结构，具有较大的内能和化学活性。如：粒化高炉矿渣、粉煤灰。无定形态无定形态的特点：完全无序胶体的特点：由粒径为0.11m大小的固体粒子组成的分散体系。可分为溶胶、凝胶和溶凝胶。一般凝胶中含有凝胶水，在长期荷载作用下会发生粘性流动。胶体粒子可能是无定形态的，也可能是发育不完全的微晶。如CSH凝胶。宏观结构宏观结构可用肉眼或显微镜观察到。按孔隙特征可分为致密结构、多孔结构和微孔结构；按存在状态或结构特征可分

11、为：堆聚结构、纤维结构、层状结构和散粒结构。1.致密结构无宏观层次缺陷存在。如：钢铁、玻璃、陶瓷等。2.纤维结构由纤维状物质构成的材料结构。如：木材、玻璃钢、钢纤维增强混凝土等。3.多孔结构具有粗大孔隙的结构。如：加气混凝土、泡沫混凝土等。4.复合结构由两种或两种以上不同结构的材料或不同组成的材料机械地组合在一起，发挥各自的优点而共同工作的材料。分为分散复合结构和层压复合结构。分散复合结构粒状、块状、纤维状等分散材料均匀分布在具有胶结能力的基材中的结构。层压复合结构用粘结或其它的方法把层状结构的材料积压为一起成为整体。三、建筑材料的规范 规范和标准是在总结前人大量实践的基础上制订的，需要尊重，

12、但是并不等于照抄、照搬。伴随着工程实践的创新和发展，规范和标准也需要不断更新、不断完善。从这个角度来说，与设计、施工相结合的科研工作，目的就在于将规范和标准不断地推进，反过来促进工程实践与理论的发展，这也是培养高层次的结构工程师和设计人才的需要。GB、GBJ、JGJ、JC、TB等ASTM、BS、JIS、ISOGB/T17671-1999四、建筑材料的检测试验1.原材料检测水泥、砂石、外加剂、粉煤灰、矿渣等2、力学性能检测水泥净浆和胶砂抗压和抗折强度混凝土抗压、抗折、劈拉、轴心抗压强度、弹性模量等3、长期性能和耐久性能抗冻、抗渗、氯离子渗透、碳化等4、其它测试方法水化热、温升等材料密度测试通常先

13、将材料磨细过筛去掉粗颗粒，再用李氏密度瓶测出一定质量材料的体积。一般采用排液法。粉体材料比表面积测试参照水泥比表面积测试方法，采用勃氏比表面积测试仪。GB/T8074-2008 水泥比表面积测定方法 勃氏法试验步骤：1.测定水泥密度；2.仪器漏气检查3.空隙率确定PP型水泥的空隙率采用0.5000.005，其它水泥的空隙率选用0.5300.005。4.试样量确定按m=V（1-）计算，式中：m需要试样量；试样的密度V试样层的体积，可按JC/T956测定试样层的孔隙率5.试样层制备将穿孔板放入透气筒的突缘上，上加一片滤纸，放入称好重量的试样，再放入一片滤纸，用捣实器捣实。6.透气试验把透气筒下锥面

14、涂一薄层活塞油脂，然后插入压力计顶端磨口出，要保证不漏气。打开微型电磁泵慢慢从压力计一臂中抽出空气，直到压力计内液面上升到扩大部下端时关闭阀门。当液体的凹月面下降到第一条刻线时开始 计时，当液体的凹月面下降到第二条刻线时停止计时，记录液面从第一条刻线到第二条刻线所需时间，以秒记录，并记下试验时的温度。7.计算根据被测样和标准样的密度、空隙率以及测试时温度差来计算被测样品的比表面积。水泥试验1. 细 度定义 细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛分析法 以80m方孔筛的筛余量表示；比表面积法 以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。 国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。掺混合材水

15、泥80m方孔筛的筛余量不大于10%或45m方孔筛的筛余量不大于30% 。2. 标准稠度用水量 标准稠度： 按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试杆距底板（61）mm时的水泥净浆的稠度。 标准稠度用水量： 是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%28%。 3. 凝结时间 概念： 凝结时间水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间 从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法： 用标准稠度的水泥净

16、浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥初凝时间不小于45min；终凝时间不大于390min。掺混合材水泥初凝时间不小于45min；终凝时间不大于600min。4. 体积安定性 基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则水泥的体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生

17、不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀 。检测方法：试饼法 雷氏夹法 试饼法雷氏夹法合格标准：5mm。肉眼观察表面有无裂纹用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法 用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法 测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。5. 强 度 检验方法软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：4040160mm棱柱体；胶砂配比： 水泥 :

18、 ISO标准砂 : 水= 1 : 3 : 0.5；振动成型： 在频率为28003000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。试件养护： 在20 C 1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20C 1 C的水中养护至测试龄期；强度测量： 将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。 结果计算： 抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。砂石试验1）砂子的颗粒级配与粗细程度细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度，可以理解为质均粒径，由筛分法测定。细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将

19、砂分为：细砂（2.21.6）；中砂（3.02.3）；粗砂（3.73.1）。级配曲线级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配情况；根据级配曲线分为三个区：、；级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。颗粒级配与细度模数的测定筛分法 ：砂子标准筛：9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 共七个孔径的筛。方法：将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。 则：累计筛余Ai = ai （i = 1i） 然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线。 并用下式计算细度模

20、数： Mx = (A2+A3+A4+A5+A6)-5A1 /(100A1) 拌合物试验和易性的测定与评价 和易性是一项综合性的技术指标，确切评定较困难，具有不确定性。测定：以测定其流动性为主，辅以对其粘聚性和保水性的观察，然后根据测定和观察结果，综合评价其和易性。 混凝土拌合物的和易性用两种流动性指标评价： 塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表示； 干硬性混凝土用为维勃稠度表示。 坍落度试验Slump Test标准圆锥筒将拌和物等体积地分三层填入圆锥筒中每一层用捣棒插捣25下用灰刀将表面抹平垂直提起圆锥筒，拌和物将在自重作用下向下坍落量出坍落的毫米数坍落度200mm100mm300mm坍落

21、度测量结果的评定坍落度值(mm) 混凝土的和易性 1040 低塑性混凝土 5090 塑性混凝土 100150 流动性混凝土 160 大流动性混凝土 如坍落度值大于220mm，应用钢尺测量混凝土扩展后的最大和最小直径，取平均值为扩展度。坍落度试验测出坍落度后，用捣棒轻轻敲击混凝土锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的出然崩落，由此判断其粘聚性是否合格；观察混凝土锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。由此两方面观察和坍落度测量即可判断混凝土拌和物和易性是否合格。混凝土强度试验抗压强度试验混凝土试件几何形状有立方体、棱柱体和圆柱体，我国以立方体试件为主；立方体试件的边长有100

22、mm、150mm、200mm三种；当混凝土中骨料的Dmax20mm 时，可采用100mm立方体；当混凝土中骨料的Dmax40mm 时，可采用150mm立方体或200mm。试件的养护条件标准条件： 202C，相对湿度95%；工程现场条件。混凝土抗压强度的几个基本概念立方体抗压强度立方体强度标准值强度等级实际强度国家标准规定：制作边长为150mm的立方体试件，在标准条件(202C，相对湿度95%)下，养护到28天龄期，测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度，以“fcu”表示。 用标准试验方法测得的一组若干个立方体抗压强度值的总体分布中的某一个值，低于该值的百分率不超过5%,该抗压强度值称为立方体

23、抗压强度标准值。以“fcu,k”表示 根据混凝土立方体强度标准值(MPa)划分的等级，以符号C+混凝土立方体强度标准值(fcu,k)表示。 将试件在实际工程的温湿度条件下养护28天，测得的立方体试件强度，作为混凝土施工质量控制和验收依据。轴心抗压强度国家规范规定：用尺寸为150 mm 150 mm 300mm的标准棱柱体试件，按规定方法成型、标准条件下养护28天，测得的抗压强度为轴心抗压强度，以fcp表示；工程结构设计的依据；轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系： fcp = (0.70.8)fcu换算系数与混凝土强度有关，强度越高，系数越小。 抗拉强度试验直接轴心抗拉试验很困难荷载作用线难以与

24、试件轴线保持重合，发生偏心；难以保证试件在受拉区断裂。劈裂抗拉试验试件：边长为150mm的立方体试件或圆柱体试件原理：在试件的相对的表面素线上作用均匀分布的压应力，从而在竖向平面内产生均匀拉伸应力四点弯拉试验试件：150150600(或550)mm3的梁式试件按三分点加荷进行弯曲试验，在试件下方产生拉伸应力氯离子渗透性试验非稳态氯离子电迁移快速试验法(RCM)电通量法RCM 法RCM法是基于试件内部氯离子非稳态电迁移的一种试验方法，通过试验期间测得氯离子渗透深度来计算氯离子的扩散性。试验步骤试件准备：试件标准尺寸为直径(1001)mm，高(502) mm的圆柱体试件。实体结构混凝土可钻取芯样，切割成标准尺寸试件，再在标准养护室水池中浸泡4d，然后才能进行试验。试验准备：试验室温度控制在(205)。RCM测定仪的试验槽在试验前需用(402)水冲洗干净，然后将试件装入橡皮筒内，置于筒底部。在试件齐高50mm的橡胶筒体外侧安装2个环箍使试件处于密封状态。电迁移试验过程：把装有试件的橡胶筒安装到试验槽中，安装好阳极板，然后在橡胶筒中注入约300mL的0.2mol/L浓度的KOH溶液，使阳极板和试件表面均浸没于溶液。将密封好的试件放置在浸没在含5%NaCl的 0.2mol/L 浓度的KOH溶液中的塑料支撑上。在无负荷状态下，给试件两端加上(301)V的