北航《新型建筑材料》 绪论

北航北航 新型建筑材料新型建筑材料 绪论绪论 北航 新型建筑材料 绪论 一 教学目的学习 建筑材料 的目的有以下几点1 掌握建筑材料 所涉及的物理学 力学 化学 甚至生物学等学科诸多性质 2 明 确按照使用目的与使用条件 能安全 合理地选用材料 3 了解材 料的成份 组成 构造及其矿物的形成机理 加深对材料性质的理 解和选用 如能深层次理解 还可选择正确工艺条件和研究方法 改进材料性 能和开发新材料 建筑材料所研究的内容涉及各种不同形态的材料 主要有固态材料 如混凝土 陶瓷 玻璃 钢材 砖瓦等 也有浆状或液态材料 如涂料和液态沥青以及粉末状态材料 如水泥 石膏 石灰等 传统的建筑材料主要包括烧土制品 砖瓦 玻璃陶瓷类 砂石 灰 石灰 石膏 水泥类 以及混凝土 钢材 木材和沥青七大类 实际上 我国建筑结构体系主要有钢筋混凝土结构和砌体结构 因此 为加强 建筑材料 基本教学内容的系统性 重点以混凝土 为主线 包括混凝土及其组成材料的各种性能 为此 应着重掌握胶凝材料与砂石及其组成的混凝土的特性和选用 胶凝材料主要是指硅酸盐系水泥 当然也涉及石灰 石膏等 而钢 材作为混凝土的加强材料也归混凝土研究的内容 砌体结构用建筑材料主要是普通粘土砖 混凝土空心砌块 板材及 砌筑用砂浆等 要正确使用建筑材料 还要考虑与国家和有关部门的法律 法规 规范 标准以及施工方法相吻合 进行综合考虑 二 教学大纲第一章建筑材料的基本性质第二章建筑钢材第三章木 材第四章砌筑材料第五章气硬性无机胶凝材料第六章水泥第七章建 筑砂浆第八章混凝土第九章合成高分子材料第十章防水材料第十一 章绝热材料和吸声隔声材料第十二章建筑装饰材料 三 教材 土木工程材料 吴科如 张雄主编 同济大学出版社xx 6 四 参考书 建筑材料学 王立久 李振荣主编 中国水利水电出 版社1997 2 建筑材料 符芳主编 东南大学出版社 建筑材料 薄遵谚编 中国环境科学出版社1994 12 建设工程技术与计量 土建工程部分 全国造价工程师执业资格考试培训教材编审委员会 中国计划出版社xx 4北航 新型建筑材料 第一章建筑材料的基 本性质课堂笔记 主要知识点掌握程度掌握与质量状态有关的物理性 掌握与构造状态有关的物理性质 掌握材料与水有关的性质 了解材料与热有关的性质 了解材料与声有关的性质 建筑材料的力学性质中 掌握强度与比强度 掌握弹性与塑性 掌 握脆性与韧性 了解硬度与耐磨性 建筑材料的耐久性中 掌握耐水性 掌握抗渗性 掌握抗冻性 了 解耐侯性 知识点 一 建筑材料的物理性质 一 与质量状态有关的物理性质 掌握 1 密度材料在绝对密实状态下单位体积的质量 与材料孔隙无关 计算公式mV m 材料干燥状态下的质量 v 材料在绝对密实状态 下的体积 指不含任何孔隙的体积 材料有孔隙时 测密度 需要先磨成细粉 经过干燥至恒重以后 用李氏瓶测体积 再计算密度 2 表观密度材料在自然状态下单位体积的质量 与材料内部孔隙有 关 计算公式00mV v0 材料在自然状态下的体积 指包含材料内部孔 隙的体积 当材料含水时 质量和体积都会变化 因此表观密度会有不同 在 测量表观密度时 应注明含水情况 没有标明时 一般指气干状态下的表观密度 3 堆积密度粉状或散粒材料在堆积状态下单位体积的质量 与材料 内部孔隙和颗粒之间的空隙都有关 计算公式 0 0mV v0 材料在自然堆积状态下的体积 二 与构造状态有关的物理性质 掌握 1 孔隙率与密实度孔隙率材料体积内孔隙体积所占的比例 与孔隙 率相对应的是密实度 孔隙可分为连通孔和封闭孔 计算公式0000100 1100 1100 VVVPVV 式 中V0为材料的体积 包括空隙和材料颗粒的体积 V为材料颗粒的体 积 密实度材料体积内被固体物质充实的程度 其大小反映了材料的密实程度 孔隙率与密实度之和等1 计算公式00100 100 1VDPV 2 空隙率和填充率空隙率散装粒状材料在其堆积体积中 颗粒之间 的空隙体积所占的比例 计算公式0000 0 00000 111100 VV VmPVVm 填充率散粒材料的堆积体积当中颗粒填充的程度 计算公式0000100 100 1VDPV 表观密度建立了 材料的自然体积与质量之间的关系 在土木工程中可以用来计算材 料的用量 构件自重和确定材料堆放的空间等 孔隙率和孔隙特征 反映了材料的密实程度 并且与材料的许多性质都有密切的关系 比如强度 吸水性 保温性 耐久性等 空隙率在配置混凝土的时 候可以作为控制砂 石砌配与计算配合比时的重要依据 三 材料与水有关的性质 掌握 1 亲水性与憎水性亲水性材料与水接触过程中能被水湿润的性质 具备这种性质的材料称为亲水性材料 多数建筑材料都属于亲水性材料 憎水性材料与水接触过程中不能被水湿润的性质 具备这种性质的 材料称为憎水性材料 如聚氯乙烯管材 沥青基防水材料等 材料的亲水性与憎水性可以用润湿角 来表示 当 900时 表示 水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的吸引力 为亲水 性材料 材料能被水润湿 水能够通过孔隙的毛细作用自动渗入到 材料内部 当 90水分不能渗入到材料毛细管中 憎水性材料一般可作为防水材料 而亲水性材料经过处理后也可以 改善耐水性 0时 表示水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力 为憎水性材料 材料不能被水润湿 2 吸水性与吸湿性吸水性材料在水中能吸收水分的性质 通常用吸 水率表示 计算公式 1 100 Wmmm m其中Wm 材料的质量吸水率 m 材料在干燥状态下的质量 g m1 材料在吸水饱和状态下的质量 g吸水率与孔隙构造有很大关系 如 果材料具有微细连通的孔隙 则吸水率较大 如果具有封闭孔隙 水分就难以渗入进去 吸水率较小 如果是粗大开孔的孔隙 水分 虽然容易进入 但不易在里面保留 仅仅起到润湿孔壁的作用 吸 水率也较小 所以 不同的材料及其内部构造 其吸水率会有很大差别 吸湿性材料吸收空气中水分的性质 通常用含水率表示 计算公式 100 Wmmm 含含其中W含 材料的含水率 m 材料在干燥状态下的质量 g m1 材料在干燥状态下的质量 g含水率表示材料在某一状态下的含水情 况 随湿度的变化而改变 与空气的温度 湿度相平衡时的含水率 称为平衡含水率 或者气干含水率 四 材料与热有关的性质 了解 导热性材料传导热量的性质 当材料两侧面存在温度差时 热量会从温度较高的一侧向温度较低 的一侧传导 这个性质叫做材料的导热性 用导热系数表示 计算公式 12ttZ F Q 式中Q 通过材料传递的热量 J 导热系数 w mk Z 传热时间 s F 传热面积 m2 材料厚度 m 通常将导热系数小于等于0 23的材料称为绝热材料 孔隙率越大 表观密度越小 导热系数越小 热阻材料层厚度与导热系数的比值 表明热量通过材料层时受到的 阻力 热容量材料受热时吸收热量 冷却时放出热量的性质 用比热表示 热容量对保持室温的稳定性及冬季施工等有很重要的作用 五 材料与声有关的性质 了解 吸声性材料吸收声音的性质 通常用吸声系数表示 吸声系数越大 表示材料吸声效果越好 一 般具有细微连通的孔隙而且孔隙率较大的材料吸声效果较好 如果 具有粗大或封闭的孔隙 吸声效果则较差 另外 材料的构造形态 厚度 使用环境等因素也对吸声性能产生 一定的影响 隔声性材料隔绝声音的性质 用隔声量表示 一般材料越密实 材 料隔声量就越大 隔声效果就越好 因此 应该采用密实沉重的材 料作为各隔声材料 如钢板 钢筋混凝土等 二 建筑材料的力学性质 一 强度与比强度 掌握 强度指材料 在外力作用下抵抗破坏的能力 一般情况下表观密度大强度大 强度还与其含水状态与温度有关 含有水分的材料强度比干燥时低 一般情况下 温度高 强度会降 低 比如沥青 另外 强度还与测试条件与方法等外部因素有关 根据外力作用形式的不同 材料的强度有抗压强度 抗拉强度 抗 弯强度及抗剪强度等 均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的 力的大小来表示 材料的这些强度是通过静力试验来测定的 故总称为静力强度 材料的静力强度是通过标准试件的破坏试验而测得 必须严格按照 国家规定的试验方法标准进行 材料的强度是大多数材料划分等级的依据 大部分建筑材料根据其极限强度的大小 可划分为若干不同的强度 等级 建筑材料按强度划分为若干个强度等级 对生产者和使用者均有重 要的意义 它可使生产者在生产中控制产品质量时有依据 从而确 保产品的质量 对使用者而言 则有利于掌握材料的性能指标 便于合理选用材料 正确进行设计和控制工程施工质量 比强度是按单位质量计算的材料强度 其值等于材料强度与其表观 密度之比 对于不同强度的材料进行比较 可采用比强度这个指标 比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标 优质的结构材料 必须具有较高的比强度 二 弹性与塑性 掌握 1 弹性材料在外力作用下产生变形 当外力取消后 材料变形即可 消失并能完全恢复原来形状的性质 称为弹性 材料的这种当外力取消后瞬间内即可完全消失的变形 称为弹性变 形 弹性变形属可逆变形 其数值大小与外力成正比 其比例系数E称为 材料的弹性模量 2 塑性在外力作用下材料产生变形 如果取消外力 仍保持变形后 的形状尺寸 并且不产生裂缝的性质 称为塑性 这种不能恢复的变形称为塑性变形 塑性变形为不可逆变形 是永久变形 材料的变形曲线如下图所示材料的弹性变形材料的塑性变形材料的 弹塑性变形实际上纯弹性变形的材料是没有的 通常一些材料在受 力不大时 仅产生弹性变形 受力超过一定极限后 即产生塑性变 形 有些材料在受力时 如建筑钢材 当所受外力小于弹性极限时 仅 产生弹性变形 而外力大于弹性极限后 则除了弹性变形外 还产 生塑性变形 有些材料在受力后 弹性变形和塑性变形同时产生 当外力取消后 弹性变形会恢复 而塑性变形不能消失 如混凝土 三 脆性与韧性 掌握 1 脆性材料在外力作用下 没有明显塑性变形而发生突然破坏的性 质称为脆性 具有这种性质的材料称脆性材料 下图为脆性材料的变形曲线 脆性材料抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差 其抗压强度远大于抗拉强度 可高达数倍甚至数十倍 所以脆性材料不能承受振动和冲击荷载 也不宜用作受拉构件 只 适于用作承压构件 建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料 如天然岩石 陶 瓷 玻璃 普通混凝土等 2 韧性材料在冲击或振动荷载作用下 能吸收较大的能量 产生一 定的变形而不破坏 这种性质称为韧性 如建筑钢材 木材等属于韧性较好的材料 在建筑工程中 对于要求承受冲击荷载和有抗震要求的结构 如吊 车梁 桥梁 路面等所用的材料 均应具有较高的韧性 四 硬度与耐磨性 了解 1 硬度是材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力 不同材料的硬度测定方法不同 通常采用的有刻划法和压入法两种 刻划法常用于测定天然矿物的硬度 矿物硬度分为10级 莫氏硬度 其递增的顺序为滑石1 石膏2 方解石3 萤石4 磷灰石5 正长石6 石英7 黄玉8 刚玉9 金刚 石10 钢材 木材及混凝土等的硬度常用钢球压人法测定 布氏硬度HB 材料的硬度愈大 则其耐磨性愈好 但不易加工 工程中有时也可用硬度来间接推算材料的强度 2 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力 材料的耐磨性一般用磨损率 表示 材料的耐磨性与材料的组成成分 结构 强度 硬度等有关 在建筑工程中 对于用作踏步 台阶 地面 路面等的材料 应具 有较高的耐磨性 一般来说 强度较高且密实的材料 其硬度较大 耐磨性较好 三 建筑材料的耐久性 掌握 材料的耐久性是指用于建筑物的材 料 在环境的多种因素作用下不变质 不破坏 长久地保持其使用 性能的能力 耐久性是材料的一种综合性质 诸如抗冻性 抗风化性 抗老化性 耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围 此外 材料的强度 抗渗性 耐磨性等也与材料的耐久性有密切关 系 材料的耐久性包括耐水性 抗渗性 抗冻性 耐侯性 1 耐水性材料长期在饱和水的作用下不破坏 而且强度不显著降低 的性质 计算公式K软 f饱 f干K软 软化系数 f饱 材料在吸水保和状态 下的抗压强度 f干 材料在干燥状态下的抗压强度 K软的大小 表示材料在进水饱和后强度降低的程度 其值一般在 0 1之间 软化系数越小 耐水性越差 在工程上 一般将K软 0 85的材料称为耐水性材料 2 抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质 一般用渗透系数K或抗渗标号S表示 计算公式K Qd AtH其中K 渗透系数 cm h Q 透水量 cm3 D 试件厚度 cm A 透水面积 cm2 t 渗水时间 h H 静水压力水头 cm 抗渗标号S 10H 1H 材料透水前所能承受的最大水压力 Mpa 由于材料一般都有渗透性 当材料两侧存在不同水压时 周围的腐 蚀性介质就可以进入材料 把分解的物质带出材料 使材料破坏 所以地下建筑的一些材料一般要具有抗渗性 对于防水材料则要求具有更高的抗渗性 抗渗性一般用渗透系数k或者抗渗标号S表示 K越小或者S越大 表示抗渗性能越好 抗渗性能的好坏与孔隙率 孔隙特征有关 3 抗冻性指材料在吸水饱和状态下能够经受多次冻融循环作用而不 破坏强度又不显著降低的性质 通常用抗冻标号D表示 抗冻标号表示试件吸水饱和后按照规定方法进