第一章 材料与设备 绪论

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、石灰砂浆罗马马斗兽兽场（（70-80AC):石石材、、石灰灰砂浆浆二、建建筑设设备的的发展展历史史1、古古代的的建筑筑设备备①.人人类出出现以以来，，就择择溪而而居，，这是是因为为水是是各种种生物物（包包括人人类））赖以以生存存的、、不可可缺少少的物物质。。当我们们游览览、参参观各各种遗遗址、、文物物古迹迹时，，我们们会发发现人人类居居住的的建筑筑物是是这样样逐渐渐演变变为我我们今今天居居住的的房子子的：：即山山洞———土土穴/地窖窖）———茅茅草房房———土石石，砖砖瓦房房———现代代建筑筑。例如：古猿猿人时代，，他们以崖崖洞，山穴穴为居。像像170万万年前的元元谋猿人，，80～120万年年前的蓝田田猿人，40～50万年前的的北京猿人人都是选择择天然的、、附近有河河水的山洞洞作为居住住的场所。。山洞———遮雨②.到了母系社会，开始利用用土崖为壁壁体，建造造穴居。再再发展为用用树木、草草泥建造简简单的穴居居或浅穴居居，后来发发展为地面面建筑。例如:6000～～7000年前的浙浙江余姚的的河姆渡文文化5000～～7000年前的西西安半坡文文化4000～～6000年前的山山东泰安的的大汶口文文化中国自奴隶社会开始，已经经出现了大大规模的建建筑群，有有了完善的的供水、排排水系统。。取排水方方面：经历历了陶罐、、陶制水槽槽，较完善善的水系统统的历程。。这种建筑结结构的发展展，是人们们生存条件件不断改善善的过程。。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费用一一般占占建筑筑工程程总造造价的的50-70%；2.必必须恰恰当选选择和和合理理使用用原材材料材料质质量的的优劣劣，配配制是是否合合理，，选用用是否否恰当当直接接影响响建筑筑工程程质量量。3.发发展绿绿色建建材自1999年以以来，，国家家已陆陆续淘淘汰和和限制制使用用了四四批建建筑材材料。。21世纪纪，材材料逐逐渐向向轻质、、高强强、节节能环环保、、高性性能的绿色建建材方面发发展。。四、建建筑设设备在在现代代建筑筑中的的作用用1．建建筑设设备的的含义义现代建建筑为为了满满足人人们生生活和和生产产的需需要，，提供供舒适适、卫卫生及及安全全方便便的生生活和和工作作环境境，要要求在在建筑筑内设设置完完善的的设施施，如如给水水、排排水、、供热热、消消防、、采暖暖、通通风、、空气气调节节、燃燃气、、供电电、照照明、、通讯讯等设设备系系统，，这些些设备备系统统装设设在建建筑物物内，，统称称为建筑设设备。。2．充充分发发挥建建筑设设备的的功能能建筑设设备的的建设设，在在建筑筑总投投资比比中，，占有有举足足轻重重的地地位。。不仅仅关系系到建建筑物物的使使用性性能，，而且且更影影响到到建筑筑物的的经济济性。。建筑筑设设备备系系统统装装设设于于建建筑筑物物内内，，要要求求它它们们与与建建筑筑、、结结构构和和装装饰饰等等协协调调一一致致，，既既不不影影响响建建筑筑的的美美观观，，又又达达到到理理想想的的使使用用效效果果。。全全盘盘规规划划，，合合理理地地设设计计、、安安装装和和施施工工才才能能发发挥挥建建筑筑设设备备应应有有的的功功能能。。科技技进进步步使使建建筑筑设设备备不不断断更更新新换换代代，，涌涌现现出出越越来来越越多多的的新新材材料料、、新新技技术术、、新新工工艺艺于于一一体体的的、、时时尚尚而而又又智智能能化化的的建建筑筑设设备备。。五、、《《材材料料和和设设备备》》课课程程的的目目的的和和作作用用1．．为为后后续续课课程程的的学学习习提提供供必必要要的的知知识识2．．为为今今后后从从事事专专业业技技术术工工作作，，合合理理选选择择和和使使用用建建筑筑材材料料和和设设备备打打下下基基础础。。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属材材料也是是重要的的工程材材料。它它包括耐耐火材料料、耐火火隔热材材料、耐耐蚀（酸酸）非金金属材料料和陶瓷瓷材料等等。1．耐火火材料。。耐火材料料是指能能承受高高温下作作用而不不易损坏坏的材料料，它是是炼钢、、炼铁、、熔化铁铁及其他他冶炼炉炉和热加加炉炉衬衬的基础础材料之之一。常用的耐耐火材料料有耐火火砌体材材料、耐耐火水泥泥及耐火火混凝土土。2．耐火火隔热材材料。耐火隔热热材料又又称为耐耐热保温温材料。。它是各各种工业业用炉（（冶炼炉炉、加热热炉、锅锅炉炉膛膛）的重重要筑炉炉材料。。常用的隔隔热材料料有硅藻藻土、蛭蛭石、玻玻璃纤维维（又称称矿渣棉棉）、石石棉以及及它们的的制品。。3．耐蚀蚀（酸））非金属属材料。。耐蚀（酸酸）非金金属材料料的组成成主要是是金属氧氧化物、、氧化硅硅和硅酸酸盐等，，它们的的耐蚀性性能优于于金属材材料（包包括耐酸酸钢和耐耐蚀合金金），并并具有较较好的耐耐磨性和和耐热性性能，在在某些情情况下它它们是是不锈钢钢和耐蚀蚀合金的的理想代代用品。。常用的的非金属属耐蚀材材料有铸铸石、石石墨、耐耐酸水泥泥、天然然耐酸石石材和玻玻璃等。。4．陶瓷瓷材料。。耐酸陶瓷瓷材料主主要是以以粘土为为主要成成分的烧烧结制品品，它具具有结构构致密、、表面平平整光洁洁，耐酸酸性能良良好等特特点，常常用的有有日用陶陶瓷、电电器绝缘缘陶瓷、、化工陶陶瓷、结结构陶瓷瓷和耐酸酸陶瓷等等。（三）高高分子材材料高分子材材料为有有机合成成材料，，亦称聚聚合物。。它具有有较高的的强度，，良好的的塑性，，较强的的耐腐蚀蚀性能，，很好的的绝缘性性和重量量轻等优优良性能能，在工工程上是是发展最最快的一一类新型型结构材材料。高分子材材料种类类很多，，工程上上通常根根据机械械性能和和使用状状态将其其分为塑塑料、橡橡胶、合合成纤维维三大类类：1．塑料料主要指强强度、韧韧性和耐耐磨较好好的、可可制造某某些机器器零件或或构件的的工程塑塑料，分分热塑性性塑料和和热固性性塑两种种。2．橡胶胶通常指经经硫化处处理的、、弹性特特别优良良的聚合合物，有有通用橡橡胶和特特种橡胶胶两种。。3．合成成纤维指由单体体聚合而而成的、、强度很很高的聚聚合物，，通过机机械处理理所获得得的纤维维材料。。（四）复复合材料料复合材料料就是用两两种或两两种以上上不同材材料组合合的材料料，其性性能是其其他单材材料所不不具备的的。复合合材料可可以由各各种不同同种类的的材料复复合组成成。它在在强度、、刚度和和耐蚀性性方面比比单纯的的金属、、陶瓷和和聚合物物都优越越，是特特殊的工工程材料料，具有有广阔的的发展前前景。当前常用用的工程程材料分分类如表表1.1.1所所示。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钢材的分分类：介绍三种分分类方法(按化学成成分、按脱脱氧程度、、按有害物物质含量)1）.按按化学成分分分为两大大类（碳素素钢、合金金钢）（１）碳素素钢。碳素钢的化化学成分主主要是铁，，其次是碳碳，故也称称铁一碳合合金。其含含碳量为0.02％％～2.06％。此此外尚含有有极少量的的硅、锰和和微量的硫硫、磷等元元素。碳素钢按含含碳量又可可分为：低碳钢（含含碳量小于于0.25％）中碳钢（含含碳量为0.25％％～0.60％）高碳钢（含含碳量大于于0.60％）（２）合金金钢。在炼钢过程程中，有意意识地加入入一种或多多种能改善善钢材性能能的合金元元素而制得得的钢种。。常用合金金元素有：：硅、锰、、钛、钒、、铌、铬等等。按合金元素总总含量的不同同，合金钢可可分为：低合金钢（合合金元素总含含量小于５％％）中合金钢（合合金元素总含含量为５％～～10％）高合金钢（合合金元素总含含量大于10％）2）.按冶冶炼时脱氧程程度分为四类类（１）沸腾钢钢（F）炼钢时仅加入入锰铁进行脱脱氧，则脱氧氧不完全。这这种钢水浇入入锭模时，会会有大量的ＣＣＯ气体从钢钢水中外逸，，引起钢水呈呈沸腾状，故故称沸腾钢，，代号为“ＦＦ“。沸腾钢钢组织不够致致密，成分不不太均匀，硫硫、磷等杂质质偏析较严重重，故质量较较差。但因其其成本低、产产量高，故被被广泛用于一一般建筑工程程。（２）镇静钢钢（Z）炼钢时采用锰锰铁、硅铁和和铝锭等作脱脱氧剂，脱氧氧完全，且同同时能起去硫硫作用。这种种钢水铸锭时时能平静地充充满锭模并冷冷却凝固，故故称镇静钢，，代号为“ＺＺ”。镇静钢钢虽成本较高高，但其组织织致密，成分分均匀，性能能稳定，故质质量好。适用用于预应力混混凝土等重要要的结构工程程。（３）半镇静静钢（B）脱氧程度介于于沸腾钢和镇镇静钢之间，，为质量较好好的钢，其代代号为“B””。（４）特殊镇镇静钢（TZ）比镇静钢脱氧氧程度还要充充分彻底的钢钢，故其质量量最好，适用用于特别重要要的结构工程程，代号为““TZ”。3）.按有有害杂质含量量分类按钢中有害杂杂质磷（Ｐ））和硫（S））含量的多少少，钢材可分分为以下四类类：（１）普通钢钢。磷含量不大于于0.045％；硫含量量不大于0.050%。。（２）优质钢钢。磷含量不大于于0.035%；硫含量量不大于0.035%。。（３）高级优优质钢。磷含量不大于于0.025%；硫含量量不大于0.015%。。（４）特级优优质钢。磷含量不大于于0.025%；硫含量量不大于0.015%。。1.1.2钢钢筋混凝土土结构用钢（1）热轧轧钢筋根据表面特征征不同，热轧轧钢筋分为光光圆钢筋和带带肋钢筋。根根据强度的高高低，热轧钢钢筋又分为不不同的强度等等级（I、II、III三个等级））。（2）冷加工工钢筋在常温下对钢钢筋进行机械械加工（冷拉拉、冷拔、冷冷轧），使其其产生塑性变变形，从而达达到提高强度度、节约钢材材的目的，这这种方法称为为冷加工。常常用的有冷拉拉钢筋、冷轧轧带肋钢筋、、冷拔低碳钢钢丝（3）热处理理钢筋热处理钢筋是是用热轧带肋肋钢筋经淬火火和回火等调调质处理而成成，即以热处处理状态交货货，成盘供应应，每盘长约约200m。。预应力砼用用热处理钢筋筋强度高，可可代替高强钢钢丝使用。（4））碳碳素素钢钢丝丝及及钢钢绞绞线线钢丝丝和和钢钢绞绞线线主主要要用用于于大大跨跨度度、、大大负负荷荷的的桥桥梁梁、、电电杆杆、、枕枕轨轨、、屋屋架架、、大大跨跨度度吊吊车车梁梁等等，，安安全全可可靠靠，，节节约约钢钢材材，，且且不不需需冷冷拉拉、、焊焊接接接接头头等等加加工工，，因因此此在在土土木木建建筑筑工工程程中中得得到到广广泛泛应应用用。。1．．2木木材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）细木工板板：芯板用用木板条条拼接而而成，两两个表面面为胶贴贴木质单单板的实实心板材材。（2）胶合板：一般多多用单数数层（3、5、、7层数数）由原原木镟切切成的单单板按木木材纹理理纵横向向交错重重叠粘合合而成。。（3）硬质纤维维板：以植物物纤维为为原料，，加工成成密度大大于0.8g/Cm3的纤维维板，，称为为硬质质纤维维板。。（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。就硬化条件件而言，水水泥浆体不不但能在空空气中硬化化，还能更更好地在水水中硬化，，保持并继继续增长其其强度，故故水泥属于于水硬性胶胶凝材料。。水泥品种很很多，工程程中最常用的是硅酸盐系水水泥。不同品种的的水泥，其其特性和适用范围不同。常用的水泥泥品种有：硅酸盐盐水泥、普普通硅酸盐盐水泥、矿矿渣硅酸盐盐水泥、火火山灰质硅硅酸盐水泥泥、粉煤灰灰硅酸盐水水泥、道路路硅酸盐水水泥、中低低热硅酸盐盐水泥、白白色硅酸盐盐水泥、快快硬水泥、、砌筑水泥泥等。它们们都有各自自的特性和和适用范围围，国家也也有相应的的标准。1．4石石灰和和石膏1．4．1石灰（生石灰CaO）：：是在土木木建筑工程程中使用较较早的矿物物胶凝材料料之一。石灰灰在在土土木木建建筑筑工工程程中中的的应应用用表表现现在在以以下下三三个个方方面面：：（1））配配制制水水泥泥石石灰灰混混合合砂砂浆浆、、石石灰灰砂砂浆浆等等；；（2））拌拌制制灰灰土土或或三三合合土土；；灰土土————消消石石灰灰粉粉+粘粘土土；；三三合合土土————消消石石灰灰粉粉+粘粘土土+骨骨料料（（砂砂、、碎碎砖砖块块、、炉炉渣渣等等））。。（3））生生产产硅硅酸酸盐盐制制品品。。1．．4．．2石石膏膏石膏膏是以以硫硫酸酸钙钙为为主主要要成成分分的的气气硬硬性性胶胶凝凝材材料料。。石石膏膏胶胶凝凝材材料料及及其其制制品品具具有有许许多多优优良良的的性性质质，，原原料料来来源源丰丰富富，，生生产产能能耗耗低低，，因因而而在在土土木木建建筑筑工工程程中中得得到到广广泛泛应应用用。。根据建建筑石石膏的的性能能特点点，它它在土土木建建筑工工程中中的主要用用途有：制制成石石膏抹抹灰材材料、、各种种墙体体材料料（如如纸面面石膏膏板、、石膏膏空心心条板板、石石膏砌砌块等等），，各种种装饰饰石膏膏板、、石膏膏浮雕雕花饰饰、雕雕塑制制品等等。1．5砖砖与与石1．5．1砖砖的的种类类：1．5．2天天然然石材材天然石石材资资源丰丰富、、强度度高、、耐久久性好好、色色泽自自然，，在土土木建建筑工工程中中常用用作砌砌体材材料、、装饰饰材料料、混混凝土土的集集料。。常见见的有有：毛毛石、、料石石、石石板、、以及及广场场地坪坪、路路面、、庭院院小径径用石石材。。1．6防防水水材料料防水材材料具具有品品种多多、发发展快快的特特点，，有传传统使使用的的沥青青基防防水材材料，，也有有正在在发展展的改改性沥沥青防防水材材料和和合成成高分分子防防水材材料，，由多多层防防水向向单层层防水水发展展，由由单一一材料料向复复合型型多功功能材材料发发展，，施工工方法法也由由热熔熔法向向冷粘粘法或或自粘粘贴法法发展展。防水材材料主主要分分为三三大类类：（1））防水水卷材材：沥青防防水卷卷材，，聚合合物改改性沥沥青防防水卷卷材，，合成成高分分子防防水卷卷材。。（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）建筑密密封材料：不定型密封材材料(各类密密封膏)，定定型密封材料料(密封条带带和止水带)。1．7混混凝土材材料混凝土——是是由胶凝材料料、水和粗、、细骨料按适适当比例配合合、拌制成拌拌合物，经一一定时间硬化化而成的人造造石材。土木建筑工工程对混凝凝土质量的的基本要求：具有符合合设计要求求的强度；具有与施施工条件相相适应的和易性；具有与工工程环境相相适应的耐久性。材料组成成经济合理理、生产制制作节约能能源。按所使用的的胶凝材料料划分，混混凝土分为为：水泥混混凝土、沥沥青混凝土土、聚合物物混凝土等等。按用途划分分，混凝土土分为：防防水混凝土土、防射线线混凝土、、耐酸混凝凝土、装饰饰混凝土、、耐火混凝凝土、补偿偿收缩混凝凝土、水下下浇筑混凝凝土等。1．．8装装饰饰材材料料按建建筑筑物物的的装装饰饰部部位位来来划划分分成成以以下下五五类类：：（1））外外墙墙