《建筑材料》 教案

1、建筑材料 教案第一章 绪论【教学目的与要求】掌握建筑材料的定义、分类、技术标准，了解其与人类、自然的关系及发展过程及今后的发展方向，了解本课程的任务。【教学重点与难点】重点：掌握建筑材料的定义、分类、技术标准难点：建筑材料的分类和技术标准【教学方法】讲授法【教学时数】 1学时【考试或考查方式】闭卷考查【教学内容】1.了解建筑材料和人类、自然的关系2.了解建筑材料的发展过程及今后的发展方向3.了解本课程的主要内容及建筑材料分类4.建筑材料的技术标准5.本课程的研究任务 6.课程的基本要求建筑材料，是指在建筑工程中所使用的各种材料及其制品的总称。如：单一的材料（水泥，石膏）；多种材料复合制成（混凝

2、土，砂浆.）一、 建筑材料与人类、自然的关系人类从大自然中提取各种原材料，经过加工制造，生产出我们所需要的建筑材料，同时消耗了大量的能源、资源，并产生各种废物（废水、废渣）及污染（噪音、灰尘）；生产的建筑材料通过合理的设计、施工成为我们所用的各种建筑物、构筑物，在这一过程中也伴随着消耗能源、资源，产生废物、污染的发生；而通过一系列过程造就的建筑物、构筑物和大自然以及我们自己消耗能源、产生废物和污染共同组成了我们所处的环境。我们可以看出人类和自然、环境的关系：首先，生产建筑材料的原料都直接或间接来自自然。如人类对天然木材、石材的利用，以及烧结砖、混凝土、钢材的出现.其次，材料的产生和发展，都是为

3、了人类的各种需要。人类为了自身生产、生活的需要，促使材料不断的发展，同时材料的品种、质量不断发展也使我们的生产生活水平有了大幅的提高。比如黏土砖、混凝土和钢材的出现，是因为人类的生产生活区域不断扩大，要求建筑物、构筑物的规模越来越大而逐渐发展起来的。再次，在材料的生产、制造、使用过程中如果以合理的方式、方法，不仅可以节约各种能源、资源，还可以大大减少废物的排放，使我们的环境得到改善，并更加安全、舒适。否则人类就将深受其害。在这方面，人类有过很多教训和经验：l 烧结粘土砖的生产需要耗费大量土地资源和烧制所用的能源，每年因烧结黏土砖而毁农田80万m2；l 因天然木材的使用使森林每年减少246万m2

4、 ；l 前几年刚刚兴起专修热时，由于装饰装修材料质量的良莠不齐，以及质量监督等方面的相对落后，使很多人不恰当的使用了很多装修材料，如放射量超标的天然石材、有害气体超标的胶粘剂、漆导致也正鉴于此，随着人们环保意识的提高，质量监督、检查的完善，人类正有意识的改用一些新兴的建筑材料来取代传统材料：l 如用以废木材或下脚料再加工制成的人造复合木材l 全面禁止烧结普通砖的使用l 以及采用绿色、环保、健康的新型装饰材料l 新型墙体屋面材料的使用l 塑料管材全面替代镀锌铁管二、 材料的发展过程及今后的发展方向人类对材料的使用，主要有以下几个阶段：第一阶段 对天然材料直接使用或经过简单加工 如在山洞或树上居住

5、、使用简单磨制的石斧第二阶段 对天然材料进行了精细的加工，并制造出一些自然界没有的新材料：如黏土砖的出现（公元前5000年），黏土瓦（公元前3000年），玻璃（公元前2000年）这些新材料使人类的生产、居住环境有了很大的改善，居住面积、坚固程度、美观程度都有很大提高第三阶段 近代，伴随着产业革命的发展，为适应急剧扩张的工业化大生产的需要，钢材、水泥等新的建筑材料才出现并大量应用。如：钢铁：1890年英国修建了真正的钢铁大桥水泥：1824年，英国人首先工业化制造出水泥，称为“波特兰”水泥（因为水泥的颜色和波特兰岛上泥土的颜色一样）。钢筋混凝土：做为钢材和水泥共同使用，于1855年在法国首先出现减

6、水剂：1934年美国人发明第四阶段 现代社会，随着世界人口的急剧膨胀，土地相对减少，因此一些发达国家开始建造高层建筑。此时的建筑材料。一方面对常规的钢铁、混凝土等材料的大量应用，并且技术水平不断提高；如：1997年全世界钢产量7.7亿吨；水泥产量11.5亿吨混凝土年使用量90亿吨2002年中国产钢2亿吨，美国、日本总和，占世界1/5混凝土强度由过去的20、30MPa发展到60、80，甚至100MPa以上，品种也日益多样化，从而使建筑物规模有了更大的提高。国外加拿大CN电视塔（553m）；英吉利海底隧道；日本明石海峡大桥（1991m）国内也有上海金茂大厦、黄河小浪底工程、三峡工程等其中三峡工程主

7、体混凝土总量2800万m3。日浇筑约2万m3建筑材料未来发展趋势为了人类长远的发展，要更加合理的创造、使用各种材料，并同时保护环境，保证自然不被破坏，因此，我们要对建筑材料在以下几个方面重点发展：1) 高性能 2）环保、绿色材料 3）智能化建筑材料 如可调湿的涂料、可自动调光的玻璃、自解体材料三、本课程的主要内容及建筑材料分类 无机材料 金属材料：钢，铁，铝等 非金属材料：石材，砖及砌块、瓦、玻璃制品、水泥、石灰、石膏、混凝土、砂浆、硅酸盐制品等 植物材料：木材、植物纤维等按化学成分 有机材料 合成高分子：塑料、涂料、胶黏剂等 沥青材料:：石油沥青、煤沥青等 无机非金属与有机材料的复合：沥青混

8、凝土等 复合材料 金属材料与非金属材料复合：钢筋混凝土等 其他复合材料：人造大理石、人造花岗岩等四、建筑材料的技术标准建筑材料技术标准是生产和使用单位检验、确认产品质量是否合格的技术文件1、技术标准是产品质量的技术依据2、建筑材料标准的种类：国家标准、行业标准、企业标准、地方标准等GB国标，JC国家建材局标准 GBJ建筑工程国家标准 JGJ建设部行业标准 YB-冶金部行业标准 JTJ-交通部行业标准SD-水电行业标准ZB-国家级专业标准 ISO-国际标准编号表示标准的顺序号和颁布年份号,用阿拉伯数字表示；名称以汉字表达,它反映该标准的主要内容。例如:（1）GB 1499 1998 钢筋混凝土用

9、热轧带肋钢筋代号 顺序号 批准年份 名称 编号表示国家标准（强制性）1499号,1998年批准执行的钢筋混凝土用热轧带肋钢筋标准。（2）GB/T 14684 2001 建筑用砂代号 顺序号 批准年份 名称 编号表示国家标准（推荐性）14684号，2001年批准执行的建筑用砂标准。DB地方标准，QB企业标准。国际上还有国际标准。如“ISO”、“ ANSI”、 “ JIS”、“ BS”、“ DIN”等。五、学习建筑材料的目的和任务目的：为房屋建筑、结构设计、建筑施工等专业课提供必要的基础知识。任务：使学习者掌握原材料、组成、构造、性质、生产、检验、运输、保存的基础知识和在实践中合理选择与使用建筑材

10、料的能力，并获得主要建筑材料试验的基本技能训练。六、课程的基本要求1.密切联系实际，深入实践、用所学的理论解决实际问题，或经常深入实际观察已建工程或正建工程，在实践中验证和补充书本知识2.认真完成作业、上好实验课第二章 材料的基本性质【教学目的与要求】了解建筑材料基本性质的分类，掌握各性质的含义、表示方法及影响因素，熟悉表示材料基本性质的术语。【教学重点与难点】重点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料与水有关的性质、材料的力学性质、材料的耐久性难点：与材料结构状态有关的基本参数的计算、材料的力学性质【教学方法】讲授法、讨论法【教学时数】 4学时【考试或考查方式】闭卷考查【教学内容】讲授材

11、料的基本物理性质1. 材料的基本物性参数：几种密度的概念密实度与孔隙率材料的填充率与空隙率2. 材料力学性质；材料的热性质与保温性能的关系材料的耐久性3课堂讨论材料受潮时为什么其保温隔热性能会降低？为什么冬天修的房子其保温隔热性能较差？2.1 材料物理性质2.1.1 材料的密度，表观密度和堆积密度1.与材料结构状态有关的基本参数(1)不同状态下的密度密度：材料在绝对密实状态下(不含内部所有孔隙体积)单位体积的质量，用下式表示。 测试时,材料必须是绝对干燥的。含孔材料则必须磨细后采用排开液体的方法来测定其体积，以消除由于孔隙的存在对测定材料密度的影响。（详见试验一）表观密度：材料在自然状态下单位

12、体积的质量,用下式表示。 V0：包括材料的绝对体积（固体部分）V和孔隙体积（液、气）VpM：材料的质量（任意含水状态下）测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的,故一般在表示表观密度时要说明含水率，不加说明时,是指气干状态下的质量。形状不规则的材料，须涂蜡后采用排水法测定其体积。堆积密度：散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，用下式表示。 V0：堆积体积，包括材料绝对体积V，颗粒内部孔隙体积Vp、颗粒间的空隙体积测试时,材料的质量可以是任意含水状态下的。无说明时,指气干状态下的。显然，堆积密度不但和材料的含水状态有关，还和材料堆积的紧密程度有关。一般在测材料堆积密度时采用一个规定容积的容器，

13、装满材料，测其质量，再根据容器的容积确定堆积体积，从而测出颗粒状材料的堆积密度。*注意： 1三个概念的联系与区别，尤其是三个体积的区别。2孔隙与空隙的区别。 (2)孔隙率、密实度： 孔隙率P：是指材料内部孔隙体积占材料自然状态下体积的百分数。分为开口孔隙率、闭口孔隙率、总孔隙率（简称孔隙率)。孔隙率的计算： % （0d：材料的干表观密度（烘干后测得）密实度D：是指固体体积占材料总体积的比例 DV/V0 X100%一般情况下，D1。密度 D 的大小影响材料的很多性能，如强度、吸水性、耐久性、导热性等。密实度与孔隙率的关系 ：D+P=1， 密实度和孔隙率是从两个不同的角度反映材料的同一事实，都说明

14、了材料的疏松致密程度。 孔隙特征：仅孔隙率的大小，孔隙特征也影响着材料的性质。（课堂讨论：材料的孔隙率及孔的特征与材料各种性能之间的关系？）(3)空隙率、填充率： 空隙率P：散粒材料颗粒间空隙体积占整个堆积体积的百分率。空隙率的计算： % 填充率D：散粒状材料的堆积体积中被固体颗粒填充的程度D V0/V0 100%对于致密材料，如普通天然砂、石可用视密度替代体积密度。在大量配制混凝土、砂浆等材料时，宜选用空隙率（）小的砂、石，可节约水泥，降低成本。需要搞清上面四个概念之间的关系：孔隙率，密实度：反应的是材料内部的致密程度。D+P=1空隙率、填充率：反映了对于散粒状材料的堆积体积，被固体颗粒填充

15、的程度。孔隙率是衡量材料内部的致密程度空隙率是衡量颗粒材料之间紧密程度【概念比较】定义计算公式（单位）测定方法实际密度在绝对密实状态下，单位体积的质量（g/cm3）先磨细，再采用排水法视密度'（g/cm3）直接排水法表观密度在自然状态下，单位体积的质量o（g/cm3或kg/m3）1、 具有规则外观的材料2、 外观不规则的材料堆积密度在自然堆积状态下，单位体积的质量o（kg/m3）采用一个已知容积的容器来检测 提问：表观密度的概念？课题导入：与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。2.2 材料与水有关的性质一、材料的亲水性与

16、憎水性 与水接触时，有些材料能被水润湿，而有些材料则不能被水润湿，对这两种现象来说，前者为亲水性，后者为憎水性。工程实际中，材料是亲水性或憎水性，通常以润湿角的大小划分，润湿角为在材料、水和空气的交点处，沿水滴表面的切线与水和固体接触面所成的夹角。其中润湿角愈小，表明材料愈易被水润湿。当材料的润湿角 时，为亲水性材料；当材料的润湿角 时，为憎水性材料。水在亲水性材料表面可以铺展开，且能通过毛细管作用自动将水吸入材料内部；水在憎水性材料表面不仅不能铺展开，而且水分不能渗入材料的毛细管中。二、材料的吸水性材料在水中吸收水分的性质，称为材料的吸水性。吸水的大小以吸水率来表示。1 质量吸水率：质量吸水

17、率是指材料在吸水饱和时，所吸水量占材料在干燥状态下的质量百分比，并以Wm 表示。质量吸水率Wm 的计算公式为： 质量吸水率：式中 mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg）mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。2. 体积吸水率: 是指材料在吸水饱和时，所吸水的体积占材料自然体积的百分率。体积吸水率：式中mb材料吸水饱和状态下的质量（或kg）；mg材料在干燥状态下的质量（或kg）；V0 材料在自然状态下的体积，（cm3或m3）； w水的密度,（g/cm3或kg/m3）常温下取 w =1.0 g/cm3 材料的吸水率与其孔隙率有关，更与其孔特征有关。因为水分是通过材料的开口孔吸入并经过连通孔渗入内部的

18、。材料内与外界连通的细微孔隙愈多，其吸水率就愈大。三、材料的吸湿性 材料的吸湿性是指材料在潮湿空气中吸收水分的性质。干燥的材料处在较潮湿的空气中时，便会吸收空气中的水分；而当较潮湿的材料处在较干燥的空气中时，便会向空气中放出水分。前者是材料的吸湿过程，后者是材料的干燥过程。由此可见，在空气中，某一材料的含水多少是随空气的湿度变化的。材料在任一条件下含水的多少称为材料的含水率，并以h表示，其计算公式为：式中mg材料在干燥状态下的质量（或kg）。ms材料吸湿状态下的质量（或kg） 显然，材料的含水率受所处环境中空气湿度的影响。当空气中湿度在较长时间内稳定时，材料的吸湿和干燥过程处于平衡状态，此时材

19、料的含水率保持不变，其含水率叫作材料的平衡含水率。四、 材料的耐水性 材料的耐水性是指材料长期在饱和水的作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。衡量材料耐水性的指标是材料的软化系数KR：式中 材料的软化系数 fb 材料吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）。fg 材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）软化系数反映了材料饱水后强度降低的程度，是材料吸水后性质变化的重要特征之一。一般材料吸水后，水分会分散在材料内微粒的表面，削弱其内部结合力，强度则有不同程度的降低。当材料内含有可溶性物质时（如石膏、石灰等），吸入的水还可能溶解部分物质，造成强度的严重降低。 材料耐水性限制了材料的使用环境，软化系数小的材料

20、耐水性差，其使用环境尤其受到限制。软化系数的波动范围在0至1之间。工程中通常将0.85的材料称为耐水性材料，可以用于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要的工程部位时，材料软化系数也不得小于0.70 。五、抗冻性 定义：抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受反复冻融循环作用而不破坏，强度也不显著降低的性能。抗冻性以试件在冻融后的质量损失、外形变化或强度降低不超过一定限度时所能经受的冻融循环次数来表示，或称为抗冻等级。材料的抗冻等级可分为15、25、50、100、200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水

21、性和吸水饱和程度有关。六、材料的抗渗性 定义：抗渗性是材料在压力水作用下抵抗水渗透的性能。土木建筑工程中许多材料常含有孔隙、孔洞或其它缺陷，当材料两侧的水压差较高时，水可能从高压侧通过内部的孔隙、孔洞或其它缺陷渗透到低压侧。这种压力水的渗透，不仅会影响工程的使用，而且渗入的水还会带入能腐蚀材料的介质，或将材料内的某些成分带出，造成材料的破坏。 材料的渗透系数越小，说明材料的抗渗性越强。【分析与讨论】1.石膏能否用于砌筑桥墩、大坝？2.建筑红砖能否用作防水材料？3.长期与水接触的建筑部位和潮湿部位对建筑材料有哪些要求？【例题】 已知某建筑材料试样的孔隙率为24%，此试样在自然状态下的体积为40c

22、m2，质量为 85.50g，吸水饱和后的质量为89.77g，烘干后的质量为82.30g，试求该材料的密度，开口孔隙率，闭口孔隙率，表观密度及含水率。解：密度： 开口孔隙率：闭口孔隙率：表观密度：含水率： 2.3 材料的力学性能2.3.1 理论强度2.3.2 强度、比强度1.定义：材料在外力作用下抵抗破坏的能力。2.强度常用“f”表示，由于所受外力不同，常用强度有以下几种：计算公式（单位）适用对象抗压强度= （MPa）混凝土、砂浆、砖、水泥抗拉强度= （MPa）钢材抗弯或抗折强度t=（MPa）混凝土、水泥抗剪强度= （MPa）木材影响因素：组成与构造、试件大小、试验时的加荷速、含水状况、表面状况

23、、温度等等3.强度等级强度等级是材料按强度大小划分的强度级别，不同的建筑材料其强度等级采用不同的符号表示。如：C30混凝土、MU15砖、M7.5砂浆、32.5普通水泥4.比强度比强度强度/表观密度 比强度是判断材料是否是轻质高强材料的指标。木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。2.3.3材料的变形一、弹性与塑性外力作用在材料上，材料会产生变形，当外力释放掉，根据所产生的变形是否能恢复来判断材料的弹塑性。弹性材料在外力作用下发生变形，当外力解除后，能完全恢复到变形前形状的性质。产生的是可恢复的变形（又称弹性变形）塑性材料在外力作用下发生变形

24、，当外力解除后，不能完全恢复到原来形状的性质。产生的是不可恢复的变形（又称塑性变形）二、脆性与韧性1.韧性：材料在冲击、振动荷载作用下，可吸收较大的能量产生一定的变形而不破坏的性质。建筑钢材、木材、塑料等是较典型的韧性材料。路面、桥梁、吊车梁以及有抗震要求的结构都要考虑材料的韧性。2.脆性：当外力达到一定限度时，材料发生无先兆的突然朴厚，且破坏时无明显塑性变形的性质。砖、石材、玻璃、混凝土等都是脆性材料。三、硬度与耐磨性2.4 材料的热学性质2.4.1导热性1.定义：材料传导热量的性质（冬季材料保持热量不传递出去；夏季材料阻碍热量传入室内）。用导热系数表示。2.在建筑工程中的作用：判断材料的保

25、温隔热性能。3.几种特殊材料的导热系数：静止空气（0.023）、水（0.58）、冰（2.33）4.影响导热性的因素： （1）材料的化学组成与结构 化学组成不同的材料，其导热系数不同，所以不同材料的导热系数也不同，如：金属材料高于非金属材料；泡沫塑料0.035W/(m·K)，大理石3.5W/m·K）。 （2）孔隙率和空隙构造特征 一般来说，P，导热性； P一定时，随着连通孔和粗孔的增多，。 原因是静止空气的0.023一般材料的。但若孔隙粗大或贯通，对流作用加强，。 （3）材料的湿度和温度 材料受潮后，导热性，保温隔热性（水空气）。材料受潮后再受冻，进一步，保温隔热性进一步(冰

26、水)。【分析与讨论】1.材料受潮时为什么其保温隔热性能会降低？2.为什么冬天修的房子其保温隔热性能较差？3.保温材料在施工和使用过程中为什么需要防潮防水？2.4.2热容量1.定义：材料受热时吸收热量，冷却时放出热量的性质。用比热容C表示。2.在建筑工程中的作用：大比热容的材料对保持室内温度的相对稳定有很大影响。【工程实例】在设计建筑物围护结构(墙体、屋面)时，应选用导热系数小而热容量大的建筑材料，以利于保证建筑物室内温度的稳定。2.5材料的耐久性1.定义： 材料在使用过程中能抵抗周围各种介质的侵蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质。2.环境对材料的破坏 （1）物理作用主要有干湿交替、温度变化、

27、冻融循环等等，这些变化会使材料体积产生膨胀或收缩，或导致内部裂缝的扩展，长久作用后会使材料 产生破坏。 （2）化学作用主要是指材料受到酸、碱、盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用，使材料的组成成分发生质的变化，而引起材料的破坏。如钢材的锈蚀等等。 （3）生物作用主要是指材料受到虫蛀或菌类的腐朽作用而产生的破坏。如木材等一类的有机质材料，常会受到这种破坏作用的影响。 【注意】耐久性是一种综合性质，包括抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀等，但不同的材料其侧重方面不同。如材料处于严重地区，主要受冻融破坏；沥青易老化；金属材料易锈蚀等。 3.提高耐久性的措施： （1）设法减轻大气或其他介质对材料的

28、破坏作用， 如降低温度、排除侵蚀性物质等。 （2）提高材料本身的密实度，改变材料的孔隙构造。 （3）适当改变成分，进行憎水处理及防腐处理。（4）在材料表面设置保护层，如抹灰、做饰面、刷涂料等。例1：生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性？解：（1）降低材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。降低材料内部裂纹的数量和长度；使材料的内部结构均质化。（2）对多相复合材料应增加相界面间的粘结力。如对混凝土材料，应增加砂、石与水泥石间的粘结力。讨论：生产材料时，在组成一定的情况下，可采取什么措施来提高材料的强度和耐久性？解：（1）降低材料内部的孔隙率，特别是开口孔隙率。降低材

29、料内部裂纹的数量和长度；使材料的内部结构均质化。（2）对多相复合材料应增加相界面间的粘结力。如对混凝土材料，应增加砂、石与水泥石间的粘结力。第三章 石材【教学目的与要求】掌握建筑中常用石材品种，了解建筑中常用天然岩石种类、性能特点、用途及选用原则；了解人造石材的种类和特点。【教学重点与难点】重点：建筑装饰石材的分类、重点了解性质与技术要求难点：建筑装饰石材的分类、性能特点、用途及选用原则【教学方法】讲授法【教学时数】 1学时【考试或考查方式】闭卷考查【教学内容】1.回顾上节课的内容并导入新课2.讲授建筑装饰石材的分类性质与技术要求用途及选用原则3.人造石材由天然岩石开采，并经过或不经过加工而制

30、得的材料，称为天然石材。石材应用广泛，其重质密实的块体石材，常用于砌筑基础、桥涵、挡土墙、护坡、沟渠等，是主要的石砌体材料；散粒石料，如碎石、砾石、砂等，则广泛用作混凝土骨料和铺路材料等。3.1 天然岩石的分类岩石是由各种不同地质作用所形成的天然固态矿物组成的集合体。根据岩石的成因，按地质分类法，天然岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三类。一、岩浆岩1.形成：是地壳内的熔融岩浆在地下或喷出地面后冷凝而成的岩石。2.种类：根据不同形成条件可分为三种。深成岩地壳深处的岩浆，在受上部覆盖层压力作用下，经缓慢冷凝而成岩。喷出岩岩浆冲破覆盖层喷出地表而形成的岩石。火山碎屑岩火山爆发时，岩浆被喷到空气中急速

31、冷却后形成的岩石。3.建筑中常用岩浆岩：花岗岩、玄武岩、辉绿岩、火山灰、浮石、凝灰岩二、沉积岩 常用品种：石灰岩、砂岩三、变质岩 常用品种：大理岩、石英岩、片麻岩3.2 天然石材的主要技术性质1.吸水性：吸水率低于1.5的岩石称为低吸水性岩石，介于1.53.0的称为中吸水性岩石，吸水率高于3.0的称为高吸水性岩石。2.耐水性3.强度：制作3个立方体试件，检测其抗压强度。石材根据其抗压强度的大小，可分为9个强度等级，分别用以下符号表示：MU100、MU80、MU60、MU5、MU40、MU30、MU20、MU15、MU104.硬度：取决于岩石的矿物组成与构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度

32、就高。5.耐磨性：石材的使用条件下抵抗摩擦、边缘剪切以及冲击等复杂作用的能力。6.加工性：主要是指对岩石进行开采、锯解、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。一般强度、硬度较高的石材，都不易加工；质脆而粗糙，有颗粒交错结构，或含有层状片状构造，或已风化的岩石，都难以满足加工要求。7.磨光性：石材表面能否磨称平整光滑表面的性质。3.4 建筑中常用石材加工类型与选用原则一、加工类型1.砌筑用石材石料（毛石、料石）2.拌合混凝土用石材集料（碎石、砾石、砂）3.装饰用石材天然花岗石板材、天然大理石板材二、天然石材的选用原则适用性 积极性 安全性3.5 人造石材第四章 气硬性胶凝材料【教学目的与要求】掌握建筑

33、胶凝材料的定义及分类，掌握气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别，熟悉石灰、石膏的主要品种及其特点和应用，了解其他气硬性胶凝材料水玻璃和菱苦土。【教学重点与难点】重点：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料的区别、石灰的技术特性及要求、石膏的特性及要求难点：石灰、石膏的主要品种及其特点。【教学方法讲授法、案例分析法【教学时数】 4学时【考试或考查方式】闭卷考查【教学内容】1.复习上节课内容并导入新课2.讲述胶凝材料定义及分类、石灰、石膏的技术性质和特点胶凝材料的定义石膏分类、凝结硬化、特性及技术要求石灰的生产、特点、分类及应用【分析讨论】分析石灰中过烧石灰对其性能的影响？其他胶凝材料3.案例分析石灰和石

34、膏因质量问题或使用不当引起的工程质量问题案例分析。4.总结、布置作业复习思考题1、4课前提问：1 平衡含水率？2.耐久性？课题导入：凡能在物理、化学作用下，能胶结散粒或块状材料，并使其具有一定的强度的物质，称为胶凝材料或胶结材料，应用十分广泛。胶凝材料按化学成分的分类：无机胶凝材料(按硬化条件)气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，并保持和发展强度的胶凝材料。（如：石灰、石膏、水玻璃等）水硬性胶凝材料既能在空气中凝结硬化，更能在水中硬化，并保持和发展强度的胶凝材料。（如：水泥）有机胶凝材料如：沥青、树脂、橡胶等4.1 石灰4.1.1原料与生产（一）石灰的原材料石灰最主要的原材料是含碳酸钙（CaC

35、O3）的石灰石、白云石和白垩。其次，为MgCO3，其他还有粘土等杂质。原材料的品种和产地不同，对石灰性质影响较大，一般要求原材料中粘土杂质含量小于8%。 某些工业副产品也可作为生产石灰的原材料或直接使用。如：用碳化钙（CaC2）制取乙炔时产生的电石渣，主要成分为氢氧化钙Ca（OH）2，可直接使用，但性能不尽理想。又如氨碱法制碱的残渣，主要成分为碳酸钙。本节主要介绍土木工程中最常用的以石灰石为原料生产的石灰。（二）石灰的生产1生石灰石灰的生产，实际上就是将石灰石在高温下煅烧，使碳酸钙分解成为CaO和CO2，CO2以气体逸出。反应式如下： 生产所得的CaO称为生石灰，是一种白色或灰色的块状物质。（

36、生石灰的主要成分是什么？）生石灰的特性：遇水快速产生水化反应，体积膨胀，并放出大量热。煅烧良好的生石灰能在几秒钟内与水反应完毕，体积膨胀两倍左右。 由于原料中常含有碳酸镁（MgCO3），煅烧后生成MgO，根据标准规定（JC/T47992建筑生石灰），将MgO含量5%的称为钙质生石灰；MgO含量5%的称为镁质生石灰。同等级的钙质石灰质量优于镁质石灰。4.1.2石灰的熟化（消化）和凝结硬化1.石灰的熟化和“陈伏”工地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解为消（熟）石灰氢氧化钙，这个过程称为石灰的“消化”，又称“熟化”： 一种情况是煅烧温度过低，煅烧时间不足，或块料过大，碳酸钙不能完全分解，石灰中

37、含有未烧透的内核，这种石灰称为“欠火石灰”， 欠火石灰的产浆量较低，有效氧化钙和氧化镁含量低，使用时粘结力不足，质量较差。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。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。（石灰熟化成石灰浆使用为何要陈伏？）熟石灰有两种使

38、用形式：（1）石灰膏（2）消石灰粉2. 石灰的凝结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：（）结晶作用：游离水分蒸发，氢氧化钙逐渐从饱和溶液中结晶。（）碳化作用：氢氧化钙与空气中的二氧化碳生成碳酸钙结晶，释出水分并被蒸发：4.1.3建筑石灰的技术要求及特性（一）石灰的技术要求建筑石灰的技术指标有：1. CaO+MgO含量：含量决定了石灰粘结能力的大小。2. 细度：现行标准以0.900nm和0.125nm的筛余百分率控制。3. CO2含量：CO2含量越高，表示未分解的碳酸盐含量越高，则有效成分CaO+MgO含量相对降低。4. 生石灰产浆量和未消化残渣含量5. 消石灰粉游

39、离水含量按技术指标分为优等品、一等品和合格品三个等级。具体技术要求见教材。 JC/T479-1992 建筑生石灰；JC/T480-1992 建筑生石灰粉；JC/T481-1992 建筑消石灰粉钙质生石灰： MgO5%；钙质消石灰粉： MgO4%（二）石灰的特性（1）保水性和可塑性好：使可塑性显著提高。（2）凝结硬化慢、强度低由于空气中二氧化碳稀薄，碳化甚为缓慢。而且表面碳化后，形成紧密外壳，不利于碳化作用的深入，也不利于内部水分的蒸发，因此石灰是硬化缓慢的材料。同时，石灰的硬化只能在空气中进行，硬化后的强度也不高。受潮后石灰溶解，强度更低，在水中还会溃散。如石灰砂浆（1：3）28天强度仅为0.

40、2-0.5MPa。所以，石灰不宜在潮湿的环境下作用，也不宜用于重要建筑物基础。（3）耐水性差，不易贮存 块状类石灰放置太久，会吸收空气中的水分而自动熟化成消石灰粉，再与空气中二氧化碳作用而还原为碳酸钙，失去胶结能力。所以贮存生石灰，不但要防止受潮，而且不宜贮存过久。最好运到后即熟化成石灰浆，将贮存期变为陈伏期。由于生石灰受潮熟化时放出大量的热，而且体积膨胀，所以，储存和运输生石灰时，还要注意安全。（4）硬化时体积收缩大石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起显著的收缩，所以除调成石灰乳作薄层涂刷外，不宜单独使用。常在其中掺入砂、纸筋等以减少收缩和节约石灰。4.1.4 石灰的应用与储存1. 石灰

41、粉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。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。2石灰膏将消石

42、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。3. 石灰砂浆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。4.储存防潮防水、不应与易爆易燃及液体物品共存、同运，以免发生火灾引起爆炸。例题:1. 某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。试分析上述现象产生的原因。解：石灰砂浆抹面的墙面上出现不

43、规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因在于石灰在硬化过程中，蒸发大量的游离水而引起体积收缩的结果。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰。这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以致于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸汽继续熟化，造成体积膨胀。从而出现上述现象。2. 既然石灰不耐水，为什么由它配制的灰土或三合土却可以 用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位？解：石灰土或三合土是由消石灰粉和粘土等按比例配制而成的。加适量的水充分拌合后，经碾压或夯实，在潮湿环境中石灰与粘土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

44、酸钙，所以灰土或三合土的强度和耐水性会随使用时间的延长而逐渐提高，适于在潮湿环境中使用。再者，由于石灰的可塑性好，与粘土等拌合后经压实或夯实，使灰土或三合土的密实度大大提高，降低了孔隙率，使水的侵入大为减少。因此灰土或三合土可以用于基础的垫层、道路的基层等潮湿部位。课堂总结：掌握气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料的概念；熟悉石灰的特性、技术要求；掌握建筑石膏的凝结硬化课前提问：1 气硬性胶凝材料？2 石灰的凝结硬化过程。课前导入：石膏是以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不同的石膏。4.2 石膏 (提问：知道石膏的应用吗？)4.2.1 建筑石膏的原料及生产将生石膏在10

45、7170条件下煅烧脱去部分结晶水而制得的半水石膏，称为建筑石膏，又称为熟石膏，分子式为。其反应式如下：生石膏在加热过程中，随着温度和压力不同，其产品的性能也随之变化。上述条件下生产的为型半水石膏，也是最常用的建筑石膏。若将生石膏在125、0.13MPa压力的蒸压锅内蒸炼，则生成型半水石膏，其晶粒较粗，拌制石膏浆体时的需水量较小，因此，硬化后强度较高，故称为高强石膏。当煅烧温度升高到170300时，半水石膏继续脱水，生成可溶性硬石膏（CaSO4-），凝结速度比半水石膏快，但需水量大，强度低。温度继续升高到4001000，则生成慢溶性硬石膏（CaSO4-）。这种石膏难溶于水，只有当加入某些激发剂后

46、，才具有水化硬化能力，但强度较高，耐磨性能较好。将CaSO4-与激发剂混磨后的产品称为硬石膏水泥。4.2.2建筑石膏的凝结与硬化 （一）建筑石膏的水化建筑石膏加水拌合后，与水发生水化反应生成二水硫酸钙的过程称为水化。反应式如下： 生成的二水硫酸钙与生石膏分子式相同，但由于结晶度和结晶型态不同，物理力学性能有了差异。其水化和凝结硬化机理可简单描述为：由于二水石膏的溶解度比半水石膏小，故二水石膏首先从饱和溶液中析晶沉淀，促使半水石膏继续溶解，这一反应过程连续不断进行，直至半水石膏全部水化生成二水石膏。（难点）（二）建筑石膏的凝结硬化随着水化反应的不断进行，自由水分被水化和蒸发而不断减少，加之生成的

47、二水石膏微粒比半水石膏细，比表面积大，吸附更多的水，从而使石膏浆体很快失去塑性而凝结；又随着二水石膏微粒结晶长大，晶体颗粒逐渐互相搭接、交错、共生，从而产生强度，即硬化。实际上，上述水化和凝结硬化过程是相互交叉而连续进行的。建筑石膏凝结硬化过程最显著的特点为：1速度快。水化过程一般为712min，整个凝结硬化过程只需2030min。2体积微膨胀。建筑石膏凝结硬化过程产生约1%左右的体积膨胀。这是其它胶凝材料所不具有的特性。4.2.3建筑石膏的技术要求（重点知道指标）建筑石膏为粉状胶凝材料，堆积密度8001000kg/m3，密度约为2.52.8g/cm3。根据GB97761988规定，建筑石膏按

48、照强度、细度和凝结时间划分为优等品、一等品和合格品。见表3-4。其中各等级建筑石膏的初凝时间均不得小于6min；终凝时间不得大于30min。表中所列强度指标为2h的强度值。 表3-4建筑石膏的质量指标等级优等品一等品合格品抗折强度2.52.11.8抗压强度4.93.92.0-2.9细度0.2mm方孔筛筛余（%），不大于5.010.015.04.2.4建筑石膏的特性（一）凝结硬化快建筑石膏加水拌合后10min内便失去塑性而初凝，30min内即终凝硬化，并产生强度。由于初凝时间短不便施工操作，使用时一般均加入缓凝剂以延长凝结时间。常用的缓凝剂有：经石灰处理的动物胶（掺量0.1%0.2%）、亚硫酸酒

49、精废液（掺量1%）、硼砂、柠檬酸、聚乙烯醇等等。掺缓凝剂后，石膏制品的强度将有所降低。（二）体积微膨胀建筑石膏凝结硬化过程的体积微膨胀特性，使得石膏制品表面光滑、体形饱满、无收缩裂纹，特别适用于刷面和制作建筑装饰制品。（三）保温性能好由于石膏制品生产时往往加入过量的水，蒸发后形成大量的内部毛细孔，孔隙率达50%60%，表观密度小（8001000kg/m3），导热系数小，故具有良好的保温绝热性能，常用作保温材料，并具有一定的吸声效果。（四）耐水性差但具有一定的调湿功能建筑石膏制品的软化系数只有0.20.3，不耐水。但由于毛细孔隙较多，比表面积大，当空气过于潮湿时能吸收水分；而当空气过于干燥时则能

50、释放出水分，从而调节空气中的相对湿度。提高石膏耐水性的主要措施有掺加矿渣、粉煤灰等活性混合材，或者掺加防水剂、表面防水处理等。（五）防火性好建筑石膏制品的导热系数小，传热慢，比热又大，更重要的是二水石膏遇火脱水，产生的水蒸汽能有效阻止火势蔓延，起到防火作用。但脱水后制品强度要下降。提问：你知道石膏哪些用途？4.2.5建筑石膏的应用建筑石膏在土木工程中用作室内抹灰、粉刷，建筑装饰制品和石膏板。（一）室内抹灰及粉刷（二）建筑装饰制品（三）石膏板 （四）其他用途:建筑石膏可作为生产某些硅酸盐制品时的增强剂。如粉煤灰砖、炉渣制品等。也可用作油漆或粘贴墙纸等的基层找平。建筑石膏在运输和储存时要注意防潮，

51、储存期一般不宜超过3个月，否则将使石膏制品的质量下降。4.3水玻璃（先自学了解本节内容，然后就重点提问）水玻璃俗称泡花碱，由碱金属氧化物和二氧化硅组成，属可溶性的硅酸盐类。 一、 水玻璃的生产生产水玻璃的方法分为湿法和干法两种。 湿法生产硅酸水玻璃是将石英砂和苛性钠溶液在压蒸锅内用蒸汽加热。直接反应生液体水玻璃。 干法生产硅酸钠水玻璃是将石英砂和碳酸钠磨细拌匀，在熔炉中于13001400C温度下熔化。固体水玻璃于水中加热溶解而生成液体水玻璃。二、水玻璃的硬化液体水玻璃在空气中吸收二氧化碳，形成无定形硅酸凝胶，并逐渐干燥而硬化：三、水玻璃的特性1粘结力强。 水玻璃硬化后具有较高的粘结强度、抗拉强

52、度和抗压强度。另外，水玻璃硬化析出的硅酸凝胶还有堵塞毛细孔隙而防止水分渗透的作用。2耐酸性好。 硬化后的水玻璃，其主要成分是SiO2，具有高度的耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸的作用。但其不耐碱性介质侵蚀。3耐热性高 水玻璃不燃烧，硬化后形成iO2空间网状骨架，在高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低，甚至有所增加。四、水玻璃的应用1配制耐酸砂浆、耐酸混凝土、耐热混凝土 2. 涂料 3. 灌浆材料 4.防水堵漏材料例 水玻璃的化学组成是什么？水玻璃的模数、密度（浓度）对水玻璃的性能的影响？解：(1)通常使用的水玻璃都是Na2O·nSiO2的水溶液，即液体水玻璃。 一般而言，水

53、玻璃的模数n越大时，水玻璃的粘度越大。硬化速度越快、干缩越大，硬化后的粘结强度、抗压强度等越高、耐水性越好、抗渗性及耐酸性越好。其主要原因是硬化时析出的硅酸凝胶SiO2·mH2O较多。(2)水玻璃的模数n为氧化硅和氧化钠的分子比。同一模数的水玻璃，密度越大，则其有效成分Na2O·nSiO2的含量越多，硬化时析出的硅酸凝胶也多，粘结力愈强。课堂总结：掌握建筑石膏的技术特性和要求；了解水玻璃的性质和应用。第五章 水泥【教学目的与要求】了解水泥的特点与分类情况，掌握硅酸盐水泥的主要基本知识硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及其特点，以及其对水泥性能的影响，认识水泥石的结构情况，理解水泥

54、的凝结硬化过程。【教学重点与难点】重点：硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成、特点、硅酸盐类水泥的技术性质、质量标准及应用。难点：水泥的凝结硬化过程，水泥的细度、凝结时间、体积安定性、强度。【教学方法】讲授法【教学时数】 6学时【考试或考查方式】闭卷考查【教学内容】1.介绍水泥工业发展概况，导入新课2.讲授硅酸盐水泥的生产、组成、技术性质、质量标准及应用硅酸盐水泥生产及技术性质硅酸盐水泥的定义硅酸盐水泥的生产硅酸盐水泥熟料的组成六大通用水泥的特性及应用其他特性水泥【分析讨论】：组成对水泥性能的影响 水化硬化及影响因素硅酸盐水泥的技术性质及质量标准及应用水泥的凝结硬化过程水泥的细度、凝结时间、体积安定性、强度3. 课堂总结，布置作业复习思考题2，5，11课前提问：1建筑石膏的特性。2建筑石膏的技术指标。课前