工程常用材料基础知识

材料与设备环境工程系王丽芸主讲教学参考书《建筑设备工程》于宗保主编，化学工业出版社，2005年7月第一版；《建筑环境与设备工程概论》卢军主编，重庆大学出版社，2003年8月第1版；《建设工程技术与计量》（土建工程部分）李慧民贾宏俊主编，中国计划出版社，2003年4月第3版；《建设工程技术与计量》（安装工程部分）杨志生主编，中国计划出版社，2003年4月第3版；《建筑材料》李业兰主编，中国建筑工业出版社，1998年1月第1版。《材料和设备》第一章绪论第二章室外给排水工程概论第三章管材及卫生器具第四章建筑给水排水工程第五章供暖工程、热水及煤气供应第六章建筑内通风、空气调节第七章建筑暖卫工程施工技术第八章建筑电气、供配电、电气照明及建筑防雷第一章绪论第一节《材料与设备》课程的目的和作用第二节工程常用材料基础知识第一节本课程的目的和作用本课程含义——《材料与设备》是为了给人们营造一个安全，合理，舒适的生活与生产环境而设置的一门课程。建筑材料和建筑设备的发展是随生产力的发展而发展的。一、建筑材料的发展历史原始时代——天然材料：木材、岩石、竹、粘土石器、铁器时代—— 金字塔（2000-3000BC)：石材、石灰、石膏 万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆 布达拉宫：石材、石灰砂浆 罗马园剧场（70-80AC):石材、石灰砂浆18世纪中叶——钢材、水泥(J.Aspdin,1824）19世纪——钢筋混凝土（1890-1892）；中国，189820世纪——预应力混凝土、高分子材料21世纪——轻质、高强、环保节能、高性能绿色建材

胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用230多万块、每块重2.5T的岩石砌成，万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆布达拉宫：石材、石灰砂浆罗 马斗斗兽场（（70-80AC):石石材、石石灰砂浆浆二、建筑筑设备的的发展历历史1、古代代的建筑筑设备①.人类类出现以以来，就就择溪而而居，这这是因为为水是各各种生物物（包括括人类））赖以生生存的、、不可缺缺少的物物质。当我们游游览、参参观各种种遗址、、文物古古迹时，，我们会会发现人人类居住住的建筑筑物是这这样逐渐渐演变为为我们今今天居住住的房子子的：即即山洞———土穴穴/地窖窖）———茅草房房——土土石，砖砖瓦房———现代代建筑。。例如：古古猿人时时代，他他们以崖崖洞，山山穴为居居。像170万万年前的的元谋猿猿人，80～120万万年前的的蓝田猿猿人，40～50万年年前的北北京猿人人都是选选择天然然的、附附近有河河水的山山洞作为为居住的的场所。。山洞———遮雨雨②.到了了母系社会会，开始利利用土崖崖为壁体体，建造造穴居。。再发展展为用树树木、草草泥建造造简单的的穴居或或浅穴居居，后来来发展为为地面建建筑。例如:6000～7000年前的的浙江余余姚的河河姆渡文文化5000～7000年年前的西西安半坡坡文化4000～6000年年前的山山东泰安安的大汶汶口文化化中国自奴隶社会会开始，已已经出现现了大规规模的建建筑群，，有了完完善的供供水、排排水系统统。取排排水方面面：经历历了陶罐罐、陶制制水槽，，较完善善的水系系统的历历程。这种建筑筑结构的的发展，，是人们们生存条条件不断断改善的的过程。。2．现代代的建筑筑设备①十九世纪纪爱迪生发发明电灯灯以来，，人们的的生活越越来越便便利。如如今人们们可以尽尽情的享享受现代代文明带带给我们们的各种种便利。。自来水、、电灯、、冰箱、、空调、、天然气气所有这些些用具、、设备的的安装与与使用都都与《建建筑设备备》这门门课密切切相关。。②了了解大自自然，利利用大自自然，为为人类造造福。如如若将来来能对四四季进行行人工调调节，冬冬季蓄冷冷，夏季季贮热；；进一步步开发、、利用太太阳能，，风能等等自然能能源；改改进采光光方式，，减少电电能的消消耗。发发挥我们们的优势势。我们们的生活活居住环环境将会会变得更更加安全全、合理理和舒适适。三、建筑筑材料在在国民经经济中的的地位和和作用1.建筑筑材料是是发展建建筑业的的物质基基础材料费用用一般占占建筑工工程总造造价的50-70%；；2.必须须恰当选选择和合合理使用用原材料料材料质量量的优劣劣，配制制是否合合理，选选用是否否恰当直直接影响响建筑工工程质量量。3.发展展绿色建建材自1999年以以来，国国家已陆陆续淘汰汰和限制制使用了了四批建建筑材料料。21世纪，，材料逐逐渐向轻质、高高强、节节能环保保、高性性能的绿色建材材方面发展展。四、建筑筑设备在在现代建建筑中的的作用1．建筑筑设备的的含义现代建筑筑为了满满足人们们生活和和生产的的需要，，提供舒舒适、卫卫生及安安全方便便的生活活和工作作环境，，要求在在建筑内内设置完完善的设设施，如如给水、、排水、、供热、、消防、、采暖、、通风、、空气调调节、燃燃气、供供电、照照明、通通讯等设设备系统统，这些些设备系系统装设设在建筑筑物内，，统称为为建筑设备备。2．充分分发挥建建筑设备备的功能能建筑设备备的建设设，在建建筑总投投资比中中，占有有举足轻轻重的地地位。不不仅关系系到建筑筑物的使使用性能能，而且且更影响响到建筑筑物的经经济性。。建筑设备备系统装装设于建建筑物内内，要求求它们与与建筑、、结构和和装饰等等协调一一致，既既不影响响建筑的的美观，，又达到到理想的的使用效效果。全全盘规划划，合理理地设计计、安装装和施工工才能发发挥建筑筑设备应应有的功功能。科技进步步使建筑筑设备不不断更新新换代，，涌现出出越来越越多的新新材料、、新技术术、新工工艺于一一体的、、时尚而而又智能能化的建建筑设备备。五、《材材料和设设备》课课程的目目的和作作用1．为后后续课程程的学习习提供必必要的知知识2．为今今后从事事专业技技术工作作，合理理选择和和使用建建筑材料料和设备备打下基基础。第二节工程常用用材料基基础知识识一、工程程材料的的分类工程材料料有各种种不同的的分类方方法。一一般都将将工程材材料按化学成分分分为金属材料料、非金属材材料、高分子材材料和复合材料料四大类。。（一）金金属材料料金属材料料是最重重要的工工程材料料，包括括金属和和以金属属为基的的合金。。工业上上把金属属和其合合金分为为两大部部分：1．黑色金属属材料——铁和和以铁为为基的合合金（钢钢、铸铁铁和铁合合金）。。2．有色色金属材材料——黑色色金属以以外的所所有金属属及其合合金。应用最广广泛的是黑色色金属。。以铁为为基的合合金材料料占整个个结构材材料和工工具材料料的90%以上上。黑色色金属材材料的工工程性能能比较优优越，价价格也较较便宜，，是最重重要的工工程金属属材料。。有色金属属按照性性能和特特点可分分为：轻轻金属、、易熔金金属、难难熔金属属、贵重重金属、、稀土金金属和碱碱土金属属。它们们是重要要的有特特殊用途途的材料料。（二）非非金属材材料非金金属属材材料料也也是是重重要要的的工工程程材材料料。。它它包包括括耐耐火火材材料料、、耐耐火火隔隔热热材材料料、、耐耐蚀蚀（（酸酸））非非金金属属材材料料和和陶陶瓷瓷材材料料等等。。1．．耐耐火火材材料料。。耐火火材材料料是是指指能能承承受受高高温温下下作作用用而而不不易易损损坏坏的的材材料料，，它它是是炼炼钢钢、、炼炼铁铁、、熔熔化化铁铁及及其其他他冶冶炼炼炉炉和和热热加加炉炉炉炉衬衬的的基基础础材材料料之之一一。。常用用的的耐耐火火材材料料有有耐耐火火砌砌体体材材料料、、耐耐火火水水泥泥及及耐耐火火混混凝凝土土。。2．．耐耐火火隔隔热热材材料料。。耐火火隔隔热热材材料料又又称称为为耐耐热热保保温温材材料料。。它它是是各各种种工工业业用用炉炉（（冶冶炼炼炉炉、、加加热热炉炉、、锅锅炉炉炉炉膛膛））的的重重要要筑筑炉炉材材料料。。常用用的的隔隔热热材材料料有有硅硅藻藻土土、、蛭蛭石石、、玻玻璃璃纤纤维维（（又又称称矿矿渣渣棉棉））、、石石棉棉以以及及它它们们的的制制品品。。3．．耐耐蚀蚀（（酸酸））非非金金属属材材料料。。耐蚀蚀（（酸酸））非非金金属属材材料料的的组组成成主主要要是是金金属属氧氧化化物物、、氧氧化化硅硅和和硅硅酸酸盐盐等等，，它它们们的的耐耐蚀蚀性性能能优优于于金金属属材材料料（（包包括括耐耐酸酸钢钢和和耐耐蚀蚀合合金金）），，并并具具有有较较好好的的耐耐磨磨性性和和耐耐热热性性能能，，在在某某些些情情况况下下它它们们是是不不锈锈钢钢和和耐耐蚀蚀合合金金的的理理想想代代用用品品。。常常用用的的非非金金属属耐耐蚀蚀材材料料有有铸铸石石、、石石墨墨、、耐耐酸酸水水泥泥、、天天然然耐耐酸酸石石材材和和玻玻璃璃等等。。4．．陶陶瓷瓷材材料料。。耐酸酸陶陶瓷瓷材材料料主主要要是是以以粘粘土土为为主主要要成成分分的的烧烧结结制制品品，，它它具具有有结结构构致致密密、、表表面面平平整整光光洁洁，，耐耐酸酸性性能能良良好好等等特特点点，，常常用用的的有有日日用用陶陶瓷瓷、、电电器器绝绝缘缘陶陶瓷瓷、、化化工工陶陶瓷瓷、、结结构构陶陶瓷瓷和和耐耐酸酸陶陶瓷瓷等等。。（三三））高高分分子子材材料料高分分子子材材料料为为有有机机合合成成材材料料，，亦亦称称聚聚合合物物。。它它具具有有较较高高的的强强度度，，良良好好的的塑塑性性，，较较强强的的耐耐腐腐蚀蚀性性能能，，很很好好的的绝绝缘缘性性和和重重量量轻轻等等优优良良性性能能，，在在工工程程上上是是发发展展最最快快的的一一类类新新型型结结构构材材料料。。高分分子子材材料料种种类类很很多多，，工工程程上上通通常常根根据据机机械械性性能能和和使使用用状状态态将将其其分分为为塑塑料料、、橡橡胶胶、、合合成成纤纤维维三三大大类类：：1．．塑塑料料主要要指指强强度度、、韧韧性性和和耐耐磨磨较较好好的的、、可可制制造造某某些些机机器器零零件件或或构构件件的的工工程程塑塑料料，，分分热热塑塑性性塑塑料料和和热热固固性性塑塑两两种种。。2．．橡橡胶胶通常常指指经经硫硫化化处处理理的的、、弹弹性性特特别别优优良良的的聚聚合合物物，，有有通通用用橡橡胶胶和和特特种种橡橡胶胶两两种种。。3．．合合成成纤纤维维指由由单单体体聚聚合合而而成成的的、、强强度度很很高高的的聚聚合合物物，，通通过过机机械械处处理理所所获获得得的的纤纤维维材材料料。。（四四））复复合合材材料料复合合材材料料就是是用用两两种种或或两两种种以以上上不不同同材材料料组组合合的的材材料料，，其其性性能能是是其其他他单单材材料料所所不不具具备备的的。。复复合合材材料料可可以以由由各各种种不不同同种种类类的的材材料料复复合合组组成成。。它它在在强强度度、、刚刚度度和和耐耐蚀蚀性性方方面面比比单单纯纯的的金金属属、、陶陶瓷瓷和和聚聚合合物物都都优优越越，，是是特特殊殊的的工工程程材材料料，，具具有有广广阔阔的的发发展展前前景景。。当前前常常用用的的工工程程材材料料分分类类如如表表1.1.1所所示示。。二、建筑筑安装工工程常用用材料（一）、、建筑工工程材料料常用分分类方法法1.按化学成分分分类分为为三种：：1.1无机材料料：金属材料料：黑色金属属材料———钢、、铁有色金属属材料———铝、、铜、合合金非金属材材料：天然石材材——大大理石、、花岗石石陶瓷和玻玻璃———砖、瓦瓦、卫生生陶瓷、、玻璃璃无机胶凝凝材料———石灰灰、石膏膏、水玻玻璃砂浆、混混凝土———水泥泥、砂浆浆、混凝凝土1.2有机材料料：木材、、沥青、、塑料、、涂料、、油漆1.3复合材料料：金属与非非金属复复合———钢钢筋混凝凝土、钢钢纤维混混凝土有机与无无机复合合——玻玻璃璃钢、沥沥青混凝凝土、聚聚合物混混凝土2.按按用途分分类按用途分分类,分分为如下下几种:结构材料料：砖、石石材、砌砌块、钢钢材、混混凝土防水材料料：沥青、、塑料、、橡胶、、金属、、聚乙烯烯胶泥饰面材料料：墙面砖砖、石材材、彩钢钢板、彩彩色混凝凝土吸音材料料：多孔石石膏板、、塑料吸吸音板、、膨胀珍珍珠岩绝热材料料：塑料、、橡胶、、泡沫混混凝土卫生工程程材料：金属管管道、塑塑料管道道、复合合管道、、塑料、、陶瓷（二）建建筑安装装工程常常用材料料种类1．建筑筑工程材材料种类类：1．1钢钢材1．2木木材1．3水水泥1．4石石灰和石石膏1．5砖砖与石1．6防防水材料料1．7混混凝土材材料1．8装装饰材料料1.1钢钢材1．1．．1钢材材的分类类：介绍三种种分类方方法(按按化学成成分、按按脱氧程程度、按按有害物物质含量量)1）.按按化学学成分分分为两大大类（碳碳素钢、、合金钢钢）（１）碳碳素钢。。碳素钢的的化学成成分主要要是铁，，其次是是碳，故故也称铁铁一碳合合金。其其含碳量量为0.02％％～2.06％％。此外外尚含有有极少量量的硅、、锰和微微量的硫硫、磷等等元素。。碳素钢按按含碳量量又可分分为：低碳钢（（含碳量量小于0.25％）中碳钢（（含碳量量为0.25％％～0.60％％）高碳钢（（含碳量量大于0.60％）（２）合合金钢。。在炼钢过过程中，，有意识识地加入入一种或或多种能能改善钢钢材性能能的合金金元素而而制得的的钢种。。常用合合金元素素有：硅硅、锰、、钛、钒钒、铌、、铬等。。按合金元元素总含含量的不不同，合合金钢可可分为：：低合金钢钢（合金金元素总总含量小小于５％％）中合金钢钢（合金金元素总总含量为为５％～～10％％）高合金钢钢（合金金元素总总含量大大于10％）2）.按按冶炼炼时脱氧氧程度分分为四类类（１）沸沸腾钢（（F）炼钢时仅仅加入锰锰铁进行行脱氧，，则脱氧氧不完全全。这种种钢水浇浇入锭模模时，会会有大量量的ＣＯＯ气体从从钢水中中外逸，，引起钢钢水呈沸沸腾状，，故称沸沸腾钢，，代号为为“Ｆ““。沸腾腾钢组织织不够致致密，成成分不太太均匀，，硫、磷磷等杂质质偏析较较严重，，故质量量较差。。但因其其成本低低、产量量高，故故被广泛泛用于一一般建筑筑工程。。（２）镇镇静钢（（Z）炼钢时采采用锰铁铁、硅铁铁和铝锭锭等作脱脱氧剂，，脱氧完完全，且且同时能能起去硫硫作用。。这种钢钢水铸锭锭时能平平静地充充满锭模模并冷却却凝固，，故称镇镇静钢，，代号为为“Ｚ””。镇静静钢虽成成本较高高，但其其组织致致密，成成分均匀匀，性能能稳定，，故质量量好。适适用于预预应力混混凝土等等重要的的结构工工程。（３）半半镇静钢钢（B））脱氧程度度介于沸沸腾钢和和镇静钢钢之间，，为质量量较好的的钢，其其代号为为“B””。（４）特特殊镇静静钢（TZ）比镇静钢钢脱氧程程度还要要充分彻彻底的钢钢，故其其质量最最好，适适用于特特别重要要的结构构工程，，代号为为“TZ”。3）.按按有害害杂质含含量分类类按钢中有有害杂质质磷（ＰＰ）和硫硫（S））含量的的多少，，钢材可可分为以以下四类类：（１）普普通钢。。磷含量不不大于0.045％；；硫含量量不大于于0.050%。（２）优优质钢。。磷含量不不大于0.035%；；硫含量量不大于于0.035%。（３）高高级优质质钢。磷含量不不大于0.025%；；硫含量量不大于于0.015%。（４）特特级优质质钢。磷含量不不大于0.025%；；硫含量量不大于于0.015%。1.1.2钢钢筋混凝凝土结构构用钢（1）热热轧钢钢筋根据表面面特征不不同，热热轧钢筋筋分为光光圆钢筋筋和带肋肋钢筋。。根据强强度的高高低，热热轧钢筋筋又分为为不同的的强度等等级（I、II、III三个个等级））。（2）冷冷加工钢钢筋在常温下下对钢筋筋进行机机械加工工（冷拉拉、冷拔拔、冷轧轧），使使其产生生塑性变变形，从从而达到到提高强强度、节节约钢材材的目的的，这种种方法称称为冷加加工。常常用的有有冷拉钢钢筋、冷冷轧带肋肋钢筋、、冷拔低低碳钢丝丝（3）热热处理钢钢筋热处理钢钢筋是用用热轧带带肋钢筋筋经淬火火和回火火等调质质处理而而成，即即以热处处理状态态交货，，成盘供供应，每每盘长约约200m。预预应力砼砼用热处处理钢筋筋强度高高，可代代替高强强钢丝使使用。（4）碳碳素钢丝丝及钢绞绞线钢丝和钢钢绞线主主要用于于大跨度度、大负负荷的桥桥梁、电电杆、枕枕轨、屋屋架、大大跨度吊吊车梁等等，安全全可靠，，节约钢钢材，且且不需冷冷拉、焊焊接接头头等加工工，因此此在土木木建筑工工程中得得到广泛泛应用。。1．2木木材土木建筑筑工程用用木材，，通常以以三种材材型供货货，即：：原木：伐伐倒后经经修枝并并截成一一定长度度的木材材。板材：宽宽度为厚厚度的三三倍或三三倍以上上的型材材。枋材：宽宽度不及及厚度三三倍的型型材。板材及枋枋材，统统称锯材。锯材按按国家标标准分为为特种锯锯材和普普通锯材材两个级级别。普普通锯材材根据其其缺陷又又分为一一等、二二等、三三等三个个等级。。人造板材材综合利用用木材的的途径之之一是充充分利用用小规格格的碎材材、废料料，生产产各种人人造板材材。常用用的有以以下四类类：（1））细木木工工板板：芯芯板板用用木木板板条条拼拼接接而而成成，，两两个个表表面面为为胶胶贴贴木木质质单单板板的的实实心心板板材材。。（2））胶合合板板：一一般般多多用用单单数数层层（（3、、5、、7层层数数））由由原原木木镟镟切切成成的的单单板板按按木木材材纹纹理理纵纵横横向向交交错错重重叠叠粘粘合合而而成成。。（3））硬质质纤纤维维板板：以以植植物物纤纤维维为为原原料料，，加加工工成成密密度度大大于于0.8g/Cm3的纤纤维维板板，，称称为为硬硬质质纤纤维维板板。。（4））刨花板板、木木丝板板*刨刨花花板：：利用用施加加或未未施加加胶料料的木木质刨刨花或或木质质纤维维材料料（如如木片片、锯锯屑和和亚麻麻等））压制制的板板材。。*木木丝丝板：：利用用木材材的短短残料料刨成成木丝丝，再再与水水泥、、水玻玻璃等等搅拌拌在一一起，，加压压凝固固成型型。**上上述两两种板板均具具有隔隔声、、绝热热、防防蛀及及耐火火等优优点，，可用用作隔隔墙板板、顶顶棚板板等。。1．3水水泥水泥呈呈粉末末状，，与水水混合合后，，经过过物理理化学学反应应过程程能由由塑性性浆体体变成成坚硬硬的石石状体体，并并能将将散粒粒状材材料胶胶结成成为整整体，，所有有水泥泥是一一种良良好的的矿物物胶凝凝材料料。就硬化化条件件而言言，水水泥浆浆体不不但能能在空空气中中硬化化，还还能更更好地地在水水中硬硬化，，保持持并继继续增增长其其强度度，故故水泥泥属于于水硬硬性胶胶凝材材料。。水泥品品种很很多，，工程程中最常用用的是硅酸盐盐系水水泥。不同品品种的的水泥泥，其其特性和适用范范围不同。。常用的的水泥泥品种种有：硅硅酸盐盐水泥泥、普普通硅硅酸盐盐水泥泥、矿矿渣硅硅酸盐盐水泥泥、火火山灰灰质硅硅酸盐盐水泥泥、粉粉煤灰灰硅酸酸盐水水泥、、道路路硅酸酸盐水水泥、、中低低热硅硅酸盐盐水泥泥、白白色硅硅酸盐盐水泥泥、快快硬水水泥、、砌筑筑水泥泥等。。它们们都有有各自自的特特性和和适用用范围围，国国家也也有相相应的的标准准。1．4石石灰和石石膏1．4．．1石灰（生石灰灰CaO）：是是在土木木建筑工工程中使使用较早早的矿物物胶凝材材料之一一。石灰在土土木建筑筑工程中中的应用用表现在在以下三三个方面面：（1）配配制水泥泥石灰混混合砂浆浆、石灰灰砂浆等等；（2）拌拌制灰土土或三合合土；灰土———消石灰灰粉+粘粘土；三三合土———消石石灰粉+粘土+骨料（（砂、碎碎砖块、、炉渣等等）。（3）生生产硅酸酸盐制品品。1．4．．2石石膏石膏是以硫酸酸钙为主主要成分分的气硬硬性胶凝凝材料。。石膏胶胶凝材料料及其制制品具有有许多优优良的性性质，原原料来源源丰富，，生产能能耗低，，因而在在土木建建筑工程程中得到到广泛应应用。根据建筑筑石膏的的性能特特点，它它在土木木建筑工工程中的的主要用途途有：制成成石膏抹抹灰材料料、各种种墙体材材料（如如纸面石石膏板、、石膏空空心条板板、石膏膏砌块等等），各各种装饰饰石膏板板、石膏膏浮雕花花饰、雕雕塑制品品等。1．5砖砖与石石1．5．．1砖砖的种种类：1．5．．2天天然石石材天然石材材资源丰丰富、强强度高、、耐久性性好、色色泽自然然，在土土木建筑筑工程中中常用作作砌体材材料、装装饰材料料、混凝凝土的集集料。常常见的有有：毛石石、料石石、石板板、以及及广场地地坪、路路面、庭庭院小径径用石材材。1．6防防水材材料防水材料料具有品品种多、、发展快快的特点点，有传传统使用用的沥青青基防水水材料，，也有正正在发展展的改性性沥青防防水材料料和合成成高分子子防水材材料，由由多层防防水向单单层防水水发展，，由单一一材料向向复合型型多功能能材料发发展，施施工方法法也由热热熔法向向冷粘法法或自粘粘贴法发发展。防水材料料主要分分为三大大类：（1）防防水卷材材：沥青防水水卷材，，聚合物物改性沥沥青防水水卷材，，合成高高分子防防水卷材材。（2）防防水涂料料：沥青基防防水涂料料，高聚聚物改性性沥青防防水涂料料，合成成高分子子防水涂涂料。（3）建建筑密封封材料：：不定型密密封材料料(各类类密封膏膏)，定定型密封封材料(密封条条带和止止水带)。1．7混混凝土土材料混凝土———是由由胶凝材材料、水水和粗、、细骨料料按适当当比例配配合、拌拌制成拌拌合物，，经一定定时间硬硬化而成成的人造造石材。。土木建筑筑工程对对混凝土土质量的的基本要求求：具有符符合设计计要求的的强度；具有与与施工条条件相适适应的和易性；具有与与工程环环境相适适应的耐久性。材料组组成经济济合理、、生产制制作节