生活中的建筑材料

第五章

生活中的建筑材料1第一节绪论一、定义建筑材料是用于土木建筑结构物的所有材料的总称。二、分类2

按化学成分分类金属材料非金属材料复合材料黑色金属：钢有色金属：铜、铝、锌植物：木材、竹材沥青：煤沥青、石油沥青合成高分子：塑料、合成橡胶、涂料有机与无机非金属结合：聚合物砼金属与无机非金属结合：钢筋砼、钢纤维砼金属与有机材料结合：PVC钢板无机材料：砖、玻璃、水泥、石灰3承重材料围护材料建筑功能材料承重：砖非承重：加气砼砌块砖、石、砼、钢材防水、绝热采光、装饰按功能分类4三.建筑材料的发展：随生产力发展而发展原始时代——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518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、节能、高性能绿色建材

6胡夫金字塔，高146.59m,底部232m见方，用230多万块、每块重2.5T的岩石砌成。7万里长城（200BC):条石、大砖、石灰砂浆8罗马斗兽场（70-80AC):石材、石灰砂浆9三峡大坝（钢筋混凝土）10大坝闸门11第2节气硬性胶凝材料

一、胶凝材料概述1、胶凝材料：在一定条件下，经自身一系列的物理、化学作用后，能将散粒材料或块状材料粘结成具有一定强度的整体的材料，统称胶凝材料。2、胶凝材料分类胶凝材料无机胶凝材料有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶气硬性胶凝材料：石膏、石灰水硬性胶凝材料：各种水泥123、气硬和水硬性胶凝材料的概念（1）气硬性胶凝材料：只能在空气中凝结硬化，保持和继续发展其强度，在水中不能硬化，也不具有强度。（2）水硬性胶凝材料：既能在空气中硬化，又能更好地在水中硬化，保持并继续发展其强度。13二、石灰1、石灰的生产过程

天然碳酸岩类岩石——（石灰石、白云石）经高温煅烧，其主要成分CaCO3分解为以CaO为主要成分的生石灰，其化学反应可表示如下：生石灰（堆积密度为800~1000kg/m3)一般为白色或黄灰色块灰，块灰碾碎磨细即为生石灰粉。142、石灰的消化（熟化和“陈伏）（1）石灰的熟化工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为熟石灰—氢氧化钙，这个过程称为石灰的“熟化”：生石灰烧制过程中，往往由于石灰石原料的尺寸过大或窑中温度不均匀等原因，生石灰中残留有未烧透的的内核，这种石灰称为“欠火石灰”。15第二种情况是由于烧制的温度过高或时间过长，使得石灰表面出现裂缝或玻璃状的外壳，体积收缩明显，颜色呈灰黑色，这种石灰称为“过火石灰”。过火石灰表面常被粘土杂质融化形成的玻璃釉状物包覆，熟化很慢。当石灰已经硬化后，过火石灰才开始熟化，并产生体积膨涨，引起隆起鼓包和开裂。16（2）石灰的陈伏：为了消除过火石灰的危害，生石灰熟化形成的石灰浆，应在储灰坑中放置两周以上，这一过程称为石灰的“陈伏”。“陈伏”期间，石灰浆表面应保有一层水分，与空气隔绝，以免碳化。173、石灰的硬化石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的：（１）干燥作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（２）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：18碳化作用实际是二氧化碳与水形成碳酸，然后与氢氧化钙反应生成碳酸钙。所以这个作用不能在没有水分的全干状态下进行。194、

石灰的性质与应用【1】性质(1)石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。(2)受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。(3)硬化时体积收缩大(4)耐水性差，不易贮存20【2】应用（1）将消石灰粉或熟化好的石灰膏加入多量的水搅拌稀释，成为石灰乳，是一种廉价的涂料，主要用于内墙和天棚刷白，增加室内美观和亮度。我国农村也用于外墙。石灰乳可加入各种耐碱颜料。调入少量水泥、粒化高炉矿渣或粉煤灰，可提高其耐水性，调入氯化钙或明矾，可减少涂层粉化现象。（2）石灰砂浆是将石灰膏、砂加水拌制而成，按其用途，分为砌筑砂浆和抹面砂浆。21（3）石灰土（灰土）和三合土石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用，制成石灰土或石灰与工业废料的混合料，加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧化硅或氧化铝反应，生成具有水硬性的水化硅酸钙或水化铝酸钙，适于在潮湿环境中使用。如建筑物或道路基础中使用的石灰土，三合土，二灰土（石灰、粉煤灰或炉灰），二灰碎石（石灰、粉煤灰或炉灰、级配碎石）等。22（4）灰砂砖和硅酸盐制品石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀，加水搅拌,经压振或压制，形成硅酸盐制品。为使其获早期强度，往往采用高温高压养护或蒸压，使石灰与硅铝质材料反应速度显著加快，使制品产生较高的早期强度。如灰砂砖、硅酸盐砖、硅酸盐混凝土制品等。23三、石膏1、石膏胶凝材料的生产生产方法：将原料（二水石膏）在不同压力和温度下煅烧、脱水，再经磨细而成的。在不同的煅烧条件下，所得产品的结构、性质、用途也各不相同。24CaSO4·2H2O二水石膏β-CaSO4·1/2H2O（β型半水石膏）建筑石膏α-CaSO4·1/2H2O（α型半水石膏）高强石膏CaSO4Ⅲ

可溶性石膏CaSO4Ⅱ

不可溶性石膏CaSO4Ⅰ

高温煅烧石膏107-170℃125℃170-360℃400-750℃800℃加热、脱水0.13MP蒸压条件加热、脱水252、建筑石膏的水化与硬化建筑石膏与适量水拌合后，能形成可塑性良好的浆体，随着石膏与水的反应，浆体的可塑性很快消失而发生凝结，此后进一步产生和发展强度而硬化。建筑石膏与水之间产生化学反应的反应式为：

263、建筑石膏的技术性质（１）凝结硬化速度快建筑石膏的浆体，凝结硬化速度很快。一般石膏的初凝时间仅为10min左右，终凝时间不超过30min，这对于普通工程施工操作十分方便。有时需要操作时间较长，可加入适量的缓凝剂，如硼砂、动物胶、亚硫酸盐酒精废液等。27（２）凝结硬化时的膨胀性建筑石膏凝结硬化是石膏吸收结晶水后的结晶过程，其体积不仅不会收缩，而且还稍有膨胀（0.2%~1.5%），这种膨胀不会对石膏造成危害，还能使石膏的表面较为光滑饱满，棱角清晰完整、避免了普通材料干燥时的开裂。28（３）硬化后的多孔性，重量轻，但强度低建筑石膏在使用时，为获得良好的流动性，常加入的水分要比水化所需的水量多，因此，石膏在硬化过程中由于水分的蒸发，使原来的充水部分空间形成孔隙，造成石膏内部的大量微孔，使其重量减轻，但是抗压强度也因此下降。通常石膏硬化后的表观密度约为８00kg／ｍ3～1000kg／ｍ3，抗压强度约为３ＭPa～5ＭPa。29（４）良好的隔热和吸音和“呼吸”功能石膏硬化体中大量的微孔，使其传热性显著下降，因此具有良好的绝热能力；石膏的大量微孔，特别是表面微孔对声音传导或反射的能力也显著下降，使其具有较强的吸声能力。大热容量和大的孔隙率及开口孔结构，使石膏具有呼吸水蒸气的功能。30（５）防火性好，但耐水性差硬化后石膏的主要成分是二水石膏，当受到高温作用时或遇火后会脱出21%左右的结晶水，并能在表面蒸发形成水蒸气幕，可有效地阻止火势的蔓延，具有良好的防火效果。由于硬化石膏的强度来自于晶体粒子间的粘结力，遇水后粒子间连接点的粘结力可能被削弱。部分二水石膏溶解而产生局部溃散，所以建筑石膏硬化体的耐水性较差。31（6）有良好的装饰性和可加工性石膏表面光滑饱满，颜色洁白，质地细腻，具有良好的装饰性。微孔结构使其脆性有所改善，硬度也较低，所以硬化石膏可锯、可刨、可钉。具有良好的可加工性。324、建筑石膏的应用（1）

石膏砂浆及粉刷石膏（2）

建筑石膏制品：石膏板、石膏砌块等

(3）制作建筑雕塑和模型33第3节水泥3.1概述1、水泥概念：水泥，指加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气和水中硬化的粉状水硬性胶凝材料。土木建筑工程通常采用的水泥主要有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等品种。2、水硬性：材料磨成细粉并加水半合成浆后，能在空气中硬化，并形成具有强度的稳定性化合物的能力。3435363、水泥的作用：与水拌和成塑料浆体后，能胶结砂石等适当材料，并能在空气和水中硬化成具有强度的石状固体。4、水泥的用途：主要的建筑材料。向快硬，高强，低热，低膨胀，油井水泥发展。5、水泥的命名：通用水泥：硅酸盐，矿渣硅酸盐水泥。专用水泥：砌筑、道路水泥373.2硅酸盐水泥一、硅酸盐水泥的定义及类型1、硅酸盐水泥的定义：凡由硅酸盐水泥熟料、０～５％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。2、硅酸盐水泥的类型：硅酸盐水泥在国际上分为两种类型：（1）不掺混合材的称I型硅酸盐水泥，其代号为P.I；（2）在硅酸盐水泥熟料粉磨时掺入不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称II型硅酸盐水泥，其代号为Ｐ．II。38二、硅酸盐水泥的生产1、硅酸盐水泥的生产工艺（1）生产硅酸盐水泥的原料，主要是石灰质和粘土质两类原料。为了补充铁质及改善煅烧条件，还可加入适量铁粉、萤石等。（3）生产水泥的基本工序可以概括为：“两磨一烧”：先将原材料破碎并按其化学成分配料后，在球磨机中研磨为生料。然后入窑锻烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的水泥熟料，配以适量的石膏及混合材料在球磨机中研磨至一定细度，即得到硅酸盐水泥。3940414243444546474849502、硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成为:（ｌ）硅酸三钙硅酸三钙的化学成分为３ＣaＯ·ＳiＯ2，其简写为Ｃ3S。它是硅酸盐水泥熟料中最主要的矿物成分，约占水泥熟料总量的３６％～６０％。硅酸三钙遇水后能够很快与水产生水化反应，并产生较多的水化热。它对促进水泥的凝结硬化，特别是对水泥３～７天内的早期强度以及后期强度都起主要作用。51（２）硅酸二钙硅酸二钙的化学成分为2ＣaＯ·ＳiＯ2，其简写为C2S，约占水泥熟料总量的15％～37％。硅酸二钙遇水后反应较慢，水化热也较低。它不影响水泥的凝结，对水泥的后期强度起主要作用。52（３）铝酸三钙铝酸三钙的化学成分是３CaO·Al2O3，其简写为C3Ａ，约占水泥熟料总量的7～15％。铝酸三钙遇水后反应极快，产生的热量大而且很集中。铝酸三钙对水泥的凝结起主导作用，但其水化产物强度较低，主要对水泥的早期强度有所贡献。53（４）铁铝酸四钙铁铝酸四钙的化学成分为:４CaO·Al2O3·Fe2O3，其简写为Ｃ4AF，约占水泥熟料总量的10％～18％。铁铝酸四钙遇水时水化反应也很快，水化热较低，水化产物的强度不高，对水泥石的抗压强度贡献不大，主要对抗折强度贡献较大。54三、硅酸盐水泥的水化与凝结硬化

硅酸盐水泥遇水后，水泥中的各种矿物成分会很快发生水化反应，生成各种水化物。硅酸三钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙硅酸二钙 水 水化硅酸钙 氢氧化钙铝酸三钙水水化铝酸三钙铁铝酸四钙水水化铝酸三钙 水化铁酸钙55水泥中的石膏也很快与水化铝酸钙反应生成难溶的水化硫铝酸钙针状结晶体，也称为钙矾石晶体：

水化硫铝酸钙（钙矾石）经过上述水化反应后，水泥浆中不断增加的水化产物主要有：水化硅酸钙(50%)、氢氧化钙(25%)、水化铝酸钙、水化铁酸钙及水化硫铝酸钙等新生矿物。56四、硅酸盐水泥的凝结和硬化机理1、水泥的初凝：水泥加水拌合后的剧烈水化反应，一方面使水泥浆中起润滑作用的自由水分逐渐减少；另一方面，水化产物在溶液中很快达饱和或过饱和状态而不断析出，水泥颗粒表面的新生物厚度逐渐增大，使水泥浆中固体颗粒间的间距逐渐减小，越来越多的颗粒相互连接形成了骨架结构。此时，水泥浆便开始慢慢失去可塑性，表现为水泥的初凝。572、水泥的缓凝：由于铝酸三钙水化极快，会使水泥很快凝结，为使工程使用时有足够的操作时间，水泥中加入了适量的石膏。水泥加入石膏后，一旦铝酸三钙开始水化，石膏会与水化铝酸三钙反应生成针状的钙矾石。钙矾石很难溶解于水，可以形成一层保护膜覆盖在水泥颗粒的表面，从而阻碍了铝酸三钙的水化，阻止了水泥颗粒表面水化产物的向外扩散，降低了水泥的水化速度，使水泥的初凝时间得以延缓。583、水泥的终凝：当掺入水泥的石膏消耗殆尽时，水泥颗粒表面的钙矾石覆盖层一旦被水泥水化物的积聚物所胀破，铝酸三钙等矿物的再次快速水化得以继续进行，水泥颗粒间逐渐相互靠近，直至连接形成骨架。水泥浆的塑性逐渐消失，直到终凝。59五、普通硅酸盐水泥1、普通硅酸盐水泥的定义：凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主的水泥熟料加入6～1５％的混合材料和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），代号P.O.2、普通硅酸盐水泥的分类：普通硅酸盐水泥分为32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六个强度等级。603、普通硅酸盐水泥的主要性能特点如下：（1）早期强度略低，后期强度高。（2）水化热略低。（3）抗渗性好，抗冻性好，抗碳化能力强。（4）抗侵蚀、抗腐蚀能力稍好。（5）耐磨性较好；耐热性能较好。614、硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的区别（1）普通硅酸盐水泥与硅酸盐水泥性质相近，但普通硅酸盐水泥早期硬化速度稍慢、强度稍低，抗冻性、耐磨性稍差。（2）普通硅酸盐水泥的初凝时间不得早于45min，硅酸盐水泥的初凝时间是30min，终凝时间不得迟于10h。（3）普通硅酸盐水泥的应用范围和硅酸盐水泥相同，在一般建筑工程中使用最广。62六、水泥的应用1、水泥品种的选择（1）在正常条件下，一般水利工程可选用普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥及粉煤灰水泥。（2）有抗冻、抗冲、抗磨蚀要求的工程。如水位变化区外部混凝土、水工建筑物的溢流面，宜选用硅酸盐水泥、中热水泥、普通水泥，不得使用火山灰水泥及粉煤灰水泥。63（3）有抗渗要求的混凝土工程，如挡水建筑物的防渗层，宜选用普通水泥、火山灰水泥，不宜使用矿渣水泥。大体积（结构断面最小尺寸大于3米）建筑物内部混凝土，如大坝内部混凝土以及建筑物的基础，宜选用低热矿渣水泥、粉煤灰水泥、矿渣水泥、火山灰水泥，以适应低热性的要求。64（4）高强度砼（＞C40），如预应力钢筋砼，宜选用硅酸盐水泥、普通水泥和中热水泥。（5）有抗侵蚀作用的混凝土，如位于水中和地下的混凝土，应根据水质调查和分析，确定侵蚀水类型和侵蚀物质的离子浓度等具体条件，按专门规定选用水泥品种。652、水泥强度的选用（1）在一般情况下，水泥强度为砼强度的1.5-2.5倍。（2）有抗冻、抗冲、耐磨要求的混凝土，选取水泥的强度不应低于42.5。（3）灌浆用的水泥，其强度不应低于42.5。663、水泥的贮存水泥的贮存有效期从出厂日期起不超过三个月。超过六个月必须重新检测，按实际强度使用。67练习题：为什么水泥必须具有一定的细度？解：在矿物组成相同的条件下，水泥磨得愈细，水泥颗粒平均粒径愈小，比表面积越大，水泥水化时与水的接触面越大，水化速度越快，水化反应越彻底。相应地水泥凝结硬化速度就越快，早期强度和后期强度就越高。但其28d水化热也越大，硬化后的干燥收缩值也越大。另外要把水泥磨得更细，也需要消耗更多的能量，造成成本提高。因此水泥应具有一定的细度。68第4节水泥混凝土4.1概述1、混凝土的定义：混凝土是由胶凝材料、骨料、水及其它材料按适当比例配制并经硬化而成的具有所需的形体、强度和耐久性的人造石材。通常使用最普通的是以水泥为胶凝材料的水泥混凝土。692、混凝土的优点和发展发展方向：集中、工业化生产和管理（商品混凝土）高性能混凝土（高强度、良好的工作、稳定、耐久性）703、混凝土分类【1】混凝土按照表观密度分类(1)特重混凝土：容重大于2800kg／m3，采用重晶石、重的集料制成，具有防御X等射线的性能。(2)普通混凝土：简称混凝土。容重在2000一2800kg／m3之间。一般在2400kg／m3左右。用于建筑物承重结构材料。(3)轻混凝土：容重小于1950kg／m3

，可用作结构材料和保温绝热材料。71【2】按用途分类：结构、装饰、防水、道路、防辐射、耐热、大体积、膨胀混凝土等。【3】按强度等级分类（1）普通混凝土C60以下。<C30低强度混凝土；Ｃ30-C60中强度混凝土（2）高强混凝土C60以上（>60MPa）（3）超高强混凝土C100以上(>100MP)【4】按生产和施工方法分类泵送混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、预拌混凝土、压力灌浆混凝土等。724、混凝土的特点【1】优点:(1)占材料用量80％以上的砂、石集料资源丰富，易于就地取材。(2)混合料具有可塑性，可以按工程结构要求浇筑成不同形状和尺寸的整体结构或预制构件。(3)匹配性好。与钢筋、钢纤维等，与钢材有基本相同的线膨胀系数，相互粘结牢固，工作整体性强。(4)可调整性强。改变组分品种和数量时可以制得不同物理力学性质的混凝土。(5)节省钢材、木材。(6)强度高，耐久性较好，在一般环境中使用时维护费用低。【2】缺点:自重大、比强度小、抗拉强度低、变形能力差、易开裂。735、普通混凝土的组成材料

基本组成材料：水泥、水、天然砂和石子、外加剂和掺合料。水、水泥形成水泥浆包裹在砂粒表面，填充砂粒间的空隙再形成水泥砂浆包裹住石子，填充石子间空隙砂和石起骨架作用普通混凝土结构示意图746、工程中对混凝土的基本要求（1）具有和易性（2）能达到设计的强度（3）耐久性良好（4）经济合理，成本较低757.影响砼和易性的主要因素（1）水泥浆的用量（用水量及水灰比）：在水灰比（W/C）不变的情况下，水泥浆越多，拌合物流动性越大。但太多会造成流浆、泌水、离析、分层（粘聚性差），影响砼的强度和耐久性。所以，水泥浆用量以满足砼流动性和强度为宜，不易过量。76（2）水泥浆的稠度

a、水泥用量不变，减小水灰比，水泥浆变稠，流动性变小，太稠会造成施工困难，影响砼的密实。

b、水泥用量不变，增大水灰比，流动性增大，但过大会使粘聚性、保水性不良，产生流浆离析，影响砼的强度。77(3)砂率的影响砂率定义：混凝土中砂的质量占砂石总重量的百分比。砂率改变，由于改变了骨料的空隙率、骨料的总表面积较大，对和易性有显著影响。砂率过大，空隙率、比表面积增大，水泥浆相对少了，降低了流动性。砂率过小，空隙率、比表面积减小，水泥浆相对增加，流动性增强。78(4)组成材料的性质影响A、水泥对和易性的影响水泥品种不同，需水量不同。普通水泥——流动、保水性好矿渣水泥——流动性大，粘聚性差，易泌水火山灰水泥——流动性显著降低，粘聚性、保水性好。79B、骨料对和易性的影响骨料性质对和易性影响较大

a、级配良好的骨料。空隙率小，和易性好。

b、表面越粗糙，和易性越差。（碎石比卵石和易性差。）

c、细度越细，比表面积越大，流动性变小。（细砂比粗砂流动性小。）80（5）外加剂

在不增加水泥用量的情况下，可改善砼拌和物和易性。不仅可增加流动性，而且改善粘聚、保水性。（6）时间、温度

a、随时间延长——拌和物变得干稠——和易性差

b、温度升高——水分蒸发快——流动性降低818、影响砼强度的主要因素

在骨料与砂浆界面由于化学、物理收缩产生许多微细裂缝。砼成型后的泌水作用形成界面裂缝砼受力时，会在界面裂缝扩大，最后汇合连通而破坏。因此，砼的强度取决于水泥石的强度即：水泥的强度等级；水灰比；骨料的性质有关还与骨料的粘结强度；施工质量、养护方法、龄期影响82第四节木材1、木材的性能与用途【1】木材的优点：轻质高强，即比强度高；有较高的弹性和韧性；耐冲击和振动；易于加工；保温性好；长期保持干燥或长期置于水中，均有很高的耐久性；装饰性好等。83【2】木材缺点：内部结构不均匀，各向异性，对电、热的传导极小；易随周围环境湿度变化而改变含水量，引起较大的湿胀干缩变形；易腐朽及虫蛀；易燃烧；天然疵病较多等。84【3】用途：（1）在建筑工程中，屋架、梁、柱、支撑、门窗、地板、桥梁、混凝土模板、脚手架以及室内装。（2）水利工程中的木桩、闸门，及隧洞支护的坑木等，都需要使用大量木材。852、木材的分类按树种的不同，可分为针叶树和阔叶树两大类：86（1）针叶树针叶树树叶细长如针，多为常绿树，树干通直和高大，纹理平顺，材质均匀，木质较软而易于加工，故又称为“软木材”。针叶树强度较高，表观密度和胀缩变形较小，常含有较多的树脂，耐腐蚀性较强。针叶树树材是主要的建筑用材，主要用作承重构件、装修和装饰部件。常用的树种有：红松、落叶松、云杉、冷杉、杉木、柏木。87（2）阔叶树阔叶树树叶宽大，叶脉成网状，大部都为落叶树，树干驝直部分一般较短，大部分树种的表观密度大，材质较硬，较难加工，故又称为“硬木材”。阔叶树材一般较重，强度高，胀缩和翘曲变形大，易开裂。在建筑中常用作尺寸较小的装修和装饰等构件，对于具有美丽天然纹理的树种，特别适于作室内装修、家具及胶合板等。常用的树种有榉木、柞木、水曲柳、榆木以及质地较软的榫木、椴木等。883、木材的构造（1）木材的宏观构造木材的宏观构造是指用肉眼和放大镜能观察到的组织，通常从树干的横切面（垂直于树轴的面）、径切面（通过树轴的纵切面）和弦切面（平行于树轴的纵切面）三个切面上来进行剖析。木材的宏观构造如图61所示。89图

6.1木材三个切面一、横切面二、弦切面三、径切面

1、树皮

2、木质部

3、年轮

4、髓线

5、髓心904、木材的综合利用【1】常用的人造板材（1）胶合板胶合板是用原木沿年轮旋切成大张薄片，再用胶粘剂按奇数层数，以各层纤维互相垂直的方向，粘合热压而成的人造板材。一般为3-13层，所用胶料有动植物胶和耐水性好的酚醛、脲醛等合成树脂胶。91（2）特点和应用1)特点：A、由小直径的原木就能制得宽幅的板材，且板面外观美丽。B、无各向异性，得到纵横一样的均匀强度；C、收缩率小，没有木节和裂纹等缺陷。D、产品规格化，便于使用。2）应用：胶合板用途很广，通常用作隔墙、天花板、门面板、家具及室内装修等。耐水胶合板可作混凝土模板。92（2）纤维板1）纤维板的定义：纤维板是将木材加工下来的板皮、刨花、树枝等废料，经破碎浸泡、研磨成木浆，再加入一定的胶料，经热压成型、干燥处理而成的人造板材。2）纤维板的分类：分硬质纤维板、半硬质纤维板和软质纤维板三种。3）纤维板的特点：材质构造均匀，各向强度一致，抗弯强度高，可达55MPa，耐磨，绝热性好，不易胀缩和翘曲变形，不腐朽、无木节、虫眼等缺陷。93（3）细木工板1）定义：细木工板属于特种胶合板的一种，为芯板用木板拼接而成，两个表面为胶贴木质单板的实心板材。2）特点：细木工板具有质坚、吸声、绝热等特点。3）用途：适用于家具、车厢和建筑物内装修等。94长度宽度(mm)厚度(mm)技术性能91512201520183021352440915－－18302135－91516192225含水率：10%±3%；静曲强度（MPa）；厚度为16mm,不低于15；厚度＜16mm,不低于12；胶层剪切强度不低于1－1220－18302135244012204）细木工板的尺寸规格和技术性能

95（4）刨花板、木丝板、木屑板1）定义：刨花板、木丝板和木屑板是利用刨花碎片、短小废料加工刨制的木丝、木屑等，经过干燥、拌以胶料、热压而成的板材。2）胶结材料：这些板材所用的胶结材料可有多种，如动物胶、合成树脂、水泥、氯镁氧水泥等。3）性能及用途：这类板材一般表观密度较小，强度低，主要用作吸音和绝热材料，但热压树脂刨花板和木屑板，表面粘贴塑料贴面或胶合板作饰面层后，可用作吊顶、隔墙、家具等材料。96第五节建筑钢材钢材是建筑工程中的重要材料，具有许多优良的特性。钢材的组织结构均匀密实，性能稳定，并且强度高，塑性、韧性好，可以冷弯、焊接或铆接，易于加工和装配。钢材也存在着能耗大，成本高，易锈蚀，维护费用高，耐火性差等缺点。977.1钢的冶炼及分类7.1.1钢的冶炼及其对质量的影响1．钢的冶炼钢由生铁冶炼而成。钢的冶炼将生铁在熔融状态下进行氧化，将含碳量降低到2.06%以下，使磷、硫等其他杂质也减少到某一规定数值，再加入脱氧剂（锰铁、硅铁、铝等）进行脱氧冶炼而成的。98生铁是将将铁矿石、焦碳及熔剂（石灰石）在炼铁炉中，经高温冶炼，铁矿石内氧化铁还原成碳铁合金，其中碳的含量为2.06~6.67%，磷、硫等杂质的含量也较高。生铁按断口颜色分为白口铁和灰口铁。白口铁用于炼钢，也称炼钢生铁；灰口铁也称铸铁，用于铸造承受静荷载的次要构件（管材、机座）等。99常用的炼钢方法（1）转炉炼钢法转炉炼钢法又分空气转炉炼钢法和氧气转炉炼钢法两种。空气转炉法：由转炉底部或侧面吹入高压热空气至熔融状态的铁水中，铁水中的杂质与空气中的氧起氧化作用而被除去。空气转炉法已淘汰，逐渐被氧气转炉法所取代。100氧气转炉法：以纯氧代替空气吹入炼钢炉内铁水中，克服了空气转炉法的一些缺点，能有效地除去磷、硫等杂质，使钢的质量显著提高，可以炼制优质的碳素钢和合金钢。氧气转炉法是现代炼钢的主流方法。101（2）平炉炼钢法平炉钢的冶炼：以固体或液体生铁、废钢铁或铁矿石作原料，用煤气或重油为燃料在平炉中加热冶炼，杂质靠铁矿石或废钢中的氧起氧化作用而除去。平炉熔炼时间长，有利于化学成分的精确控制，杂质含量少，成品质量高，可用来炼制优质碳素钢、合金钢或有特殊要求的专用钢。缺点是能耗大、冶炼时间长、成本高。102（3）电炉炼钢法以生铁和废钢为原料，用电力作能源的冶炼方法。其熔炼温度高，温度可以控制，清除杂质容易彻底。电炉钢的质量最好，但成本高。它适合产冶炼优质特殊质量的特种钢。1037.1.2钢的分类1．按照化学成分分类（1）碳素钢低碳钢：含碳量小于0.25%。中碳钢：含碳量在0.25%~0.60%之间。高碳钢：含碳量大于0.60%。优质碳素结构钢：保证钢的化学成分和力学性能。104（2）合金钢低合金钢：合金元素总含量小于5%。中合金钢：合金元素总含量在5%~10%之间。高合金钢：合金元素总含量在10%以上。1052．按照质量分类普通碳素钢：含硫量≤0.045%~0.050%；含磷量≤0.045%。优质碳素钢：含硫量≤0.035%；含磷量≤0.035%。高级优质钢：含硫量≤0.025%，高级优质钢的钢号后加“高”字或“A”；含磷量≤0.025%。特级优质钢：含硫量≤0.015%，特级优质钢后加“E”；含磷量≤0.025%。建筑上常用的主要钢种是普通碳素钢中的低碳钢和合金钢中的低合金高强度结构钢。1067.2.2钢材的工艺性能1．冷弯性能冷弯性能，指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，是建筑钢材的重要工艺性能。建筑钢材的冷弯，一般用弯曲角度（及弯心直径d相对于钢材厚度a的比值）来表示。试验时采用的弯曲角度愈大，弯心直径对试件厚度（或直径）的比值愈小，表示对冷弯性能的要求愈高。107钢材冷弯试验（a）试件安装（b）弯曲90°（c）弯曲180°（d）弯曲至两面重合108按规定的弯曲角和弯心直径进行试验，试件的弯曲处不发生裂缝、裂断或起层，即认为冷弯性能合格。2．焊接性能保证焊接质量，要求焊缝及附近过热区不产生裂缝及变脆倾向，焊接后的力学性能，特别是强度不低于原钢材的性能叫可焊性。可焊性与钢材所含化学成分及含量有关，含碳量高，或含较多的硫，钢材的可焊性都变差。1093．钢材的热处理将钢材按一定规则加热、保温和冷却，以改变其组织结构，从而获得需要性能的加工工艺，总称为钢的热处理。热处理方法有：（1）淬火将钢材加热至基本组织转变温度（如当含碳量大于0.8％时，为723℃）以上30一50℃，保温使组织完全转变。随即故人冷却介质（盐水、冷水或矿物油）中急冷的处理过程称为淬火。淬火使钢的硬度、强度、耐磨性提高。110（2）回火经淬火处理的钢，再加热、冷却的处理过程称为回火。回火的温度低于723℃。回火处理可消除淬火产生的内应力，适当降低淬火钢件的硬度并提高其韧性。（3）退火将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50℃，保温后以适当的速度缓慢冷却的处理过程称为退火。退火可降低钢材原有的硬度，改善其塑性及韧性。111（4）正火将钢材加热至基本组织转变温度以上30一50℃，保温后在空气中冷却的处理过程称为正火。正火后的钢材，硬度较退火处理者高，塑性也差，但由于正火后钢的结晶较韧且均匀，故强度有所提高。1127.2.3钢的化学成分对钢材性能的影响①碳（C）：当含碳量小于0.8%

的碳素钢，随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（σb）和硬度（HB）增加，而塑性和韧性则相应降低。当含碳量大于0.8%

时（如高碳钢），随着含碳量的增加，钢的抗拉强度（σb）反而下降。113②硅（Si）：炼钢时为了脱氧去硫而加入硅，少量的硅对钢是有益的。当含硅量小于1%时，能显著提高钢的强度，对塑性和韧性影响不大，还可提高抗腐蚀能力，改善钢的质量。当硅含量大于1%时，可焊性变差，冷脆性增加。114③锰（Mn）：锰加入钢中起脱氧和去硫作用，加入锰能显著提高钢材的强度和硬度，消除钢的热脆性，改善热加工性，几乎不降低塑性和韧性。但含锰量大于1.0％时，将降低钢的塑性、韧性和可焊性。115④磷（P）：磷是钢中的有害元素。对钢材起强化作用，可使钢的屈服点和抗拉强度提高，但塑性和韧性显著降低，特别在低温下的增大钢的冷脆性，并降低可焊性。磷的含量应严格控制，一般不超过0.085%。⑤硫（S）：硫也是钢中的有害元素。硫使钢材在热加工过程中引起断裂，形成热脆现象，称为热脆性，硫将大大降低钢的热加工性、可焊性、冲击韧性、疲劳强度和抗腐蚀性。硫是极有害的杂质，含量应严格控制，一般不得超过0.065%。116⑥氧（O）：氧常以FeO

的形式存在于钢中，它将降低钢的塑性、韧性、冷弯性能和焊接性能以及强度，并显著降低疲劳强度，增加热脆性。氧是钢中有害杂质，在钢中其一般不得超过0.05%。但氧有促进时效性的作用。⑦氮（N）：氮虽可以提高钢的屈服点、抗拉强度和硬度，但使塑性，特别是韧性显著下降，并增大钢的时效敏感性和冷脆性，降低焊接性能，冷弯性能。故钢的含氮量不应超过0.008％。117⑧钛（Ti）、钒（V）：都是较强的脱氧剂。是加入钢中的合金元素，可改善组织结构，使晶体细化，显著提高钢的强度，改善钢的韧性。1187.3建筑常用的钢及钢材7.3.1钢结构用钢材1．普通碳素结构钢普通碳素结构钢简称为普通碳素钢，包括一般结构钢和工程用热轧用型钢、钢板、钢带。建筑钢材可分为钢结构用钢材和钢筋混凝土结构用钢筋、钢丝等，水工钢结构主要有钢闸门和压力管道等。119（1）牌号的表示方法普通碳素结构钢的牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等四个部分按顺序组成。Q是钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母；其中屈服点数值共分195、215、235、255和275（MPa）共五种；质量等级按有害成分硫、磷含量由多到少的规律，分别由A、B、C、D四个质量等级由低到高表示，A最差，D等级质量最好；按脱氧程度不同分为：沸腾钢（F）、半镇静钢（b）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。牌号中Z、TZ可以省略。120普通碳素结构钢的牌号表示：

Q屈服点等级—质量等级·脱氧程度例：Q215—Bb表示屈服点为215Mpa的B级半镇静钢。Q235—A表示屈服点为235Mpa的A级镇静钢。121牌号等级化学成分（%）脱氧方法CMnSiSP≤Q195—0.06~0.120.25~0.500.300.0500.045F、b、ZQ215A0.09~0.150.25~0.550.300.0500.045F、b、ZB0.045Q235A0.14~0.220.30~0.65①0.0350.0500.045F、b、ZB0.12~0.200.30~0.70②0.045C≤0.180.3