建筑材料教案稿

东让农业裔假讲义

课程名称：建筑材料

(ConstructionMaterial)

适用专业：农水、水电、农建、工管

主讲老师：刘东

绪论

(Introduction)

教学目的与要求:

1.驾驭建筑材料在国民经济建设中的地位,了解本课程的性溃

2.驾驭建筑材料的分类,了解我国建筑材料的发展历史和发展方向

3.驾驭绿色建材的基本概念

4.了解绿色建材的发展历史和发展概况

重点和难点:

1.建筑材料的科技攻关性

2.绿色建材的概念

时间安排:

3学时

一、建筑材料在国民经济建设中的地位

1.物质基础

任何一项建筑工程的落成总是要取决于人力、机具、材料这三大要素。事实上，贯穿在整个施

工过程中的人力组织、机具调配，目的多是在合理地组合起各种建材与制品，构成所须要的建筑实

体。因此，可以说建筑材料是各项基本建设的重要物质基础。这主要体现在：在任何一项建筑工程

中，用于建筑材料的费用都占有相当大的比重。例如：一般工程用于建筑材料的费用往往占工程总

造价的30〜50%,在有些水利工程中，甚至要占到7()〜8()%。而大部分建筑材料的生产多属于国家

的重要原材料工业，因此，建筑材料是否合理选用，不仅关系到工程造价，也影响到整个国民经济。

2.技术经济性

(1)建筑材料的品种、性能和质量.在很大程度上确定着房屋建筑的坚实、适用和美观，乂在

很大程度上影响着结构形式和施工进度。因此，建筑设计和施工方法的革新那，建筑材料必需先行。

而工程的结构型式和施工方法会对建筑材料提出具体的要求：

①高层和大跨度建筑物的结构材料要求轻质、富强；

②屋面或地下防水要求防水材料密实度高、不透水性好；

③冷库建筑所用的墙体材料应具有较高的绝热效能；

④礼堂、影剧院、音乐厅堂的建筑，为使其有较好的音响效果就要选用质量好的吸声材料：

⑤大型的公共建筑、纪念性建筑要求较高的外墙饰面材料；等等。

由此可见，建筑材料的合理选用并最大限度地发挥材料本身的效能是满意各种建筑物功能要求

的重要保证。

(2)节约能源，已经成为经济建设中FI益急迫的问题,建筑业耗能很大，约占国家总能耗的

25〜40%,这包括生产建材用能、施工现场用能以与建成运用中的用能三个方面，这些都与建材的

改革与合理选用有关。

（3）爱护环境、治理污染（ProleclingEnvironment,ImprovingPollulion）

随着工业的发展，越来越多的工业废渣急待利用。假如充分利用工业废渣生产建材，不仅可以

有效地爱护环境，而且可以节约能耗，改善能源利用状况，降低建材成本，提高工程经济效益。

3.科技攻关性（科技：scienceandtechnology）

（1）建筑工程中很多技未问题的突破，往往依靠于建筑材料问题的解决。例如：建筑工程中建

筑物自重大、施工人员劳动强度大等问题，随着新兴材料空心砖［一般粘土砖尺寸：240X115X53；

承重粘土空心砖尺寸：290X190X140（90）；7.40X180（I7S）XIIS］、加气混凝+砌块、轻质墙板

的出现得到改善。

（2）新材料的出现，将促使结构设计与施工技术的革新。

例如，轻质墙板的出现，使得一些建筑可以采纳装配式结构设计，并且可以采纳机械化施工方

法，从而可以减轻施工人员的劳动强度，加快施工进度。

二、建筑材料的分类（分类：classification）

建筑材料是指各类土木建筑工程（水利、房屋、道路、港口）中所运用的材料建筑工程中运

用的材料品种繁多、用途不一，按其基本成分可以分为以下三类，见表（）一1。

表0-1建筑材料分类

黑色金属：钢、铁

金属材料

有色金属：铝、铜等与其合金

自然石材：砂、石与各种岩石制品

无机材料烧土制品：粘土砖、瓦、陶瓷等

非金属材料胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土、水泥等

玻璃：平板玻璃、平安玻璃、装饰玻璃等

以胶凝材料为基料的人造石材：碎、水泥制品、硅酸盐制品

植物质材料木材、竹材

有机材料沥青材料石油沥青、煤沥青、沥青制品

高分子材料塑料、涂料、胶粘剂

无机一有机复合材料沥青混凝土、聚合物混凝土

复合材料金属一非金属复合材料钢筋混凝土、钢丝网水泥、塑铝复合板

其它复合材料水泥石棉制品

三、我国建筑材料的发展历史

我国在建筑材料的生产和运用上有着悠久的历史。

1.在公元前二百年以前就有了相当发达的砖瓦业（“秦砖汉瓦”），并修建了著名遐迩的万里长城:

2.公元七世纪隋代李春在河北赵县建立的安济石拱桥以与有着1100多年历史的山西五台县佛光

寺大殿的木结构至今仍旧完好；

3.明代宋应星的“天工开物”一书对我国古代劳动人民制造砖瓦、陶瓷、钢铁器具、烧制石灰

与颜料生产等成就进行了总结，是我国建筑材料的珍贵历史材料。

4.解放以后，党和国家特别重视建筑材料的生产，建筑钢材、水泥、玻璃以与其他建筑材料生

产有了大幅度的增长，但与世界先进水平相比，还存在着肯定的差距。为此，我们应大力加强新兴

建筑材料的探讨与应用，以满意经济发展的须要。

四、建筑材料的发展方向

为了适应建筑工业化、建筑工程现代化，提高建筑物的工程质量和运用功能要求，建筑材料今

后应朝着以下几个方向发展：

①努力研制轻质高强的材料，提高建筑材料的比强度（材料的抗压强度与表现密度之比），以减

小承重结构的截面尺寸，降低构件的自重，从而减轻建筑物的自重，降低运输费用和施工人员的劳

动强度。

②发展高效能的建筑材料，改善建筑物围护结构的质量，提高建筑物的运用功能。

③主动创建条件，努力发展适合机械化施工的材料和制品，并力求使制品尺寸标准化、大型化,

从而便于实现建筑四化一一“设计标准化、结构装配化、预制工厂化、施工机械化工

④充分利用自然材料和工业废料生产建筑材料，大搞综合利用，化害为利、变皮为宝，改善能

源利用状况，为人类造福。

五、本课程的性质

《建筑材料》是一门专业基础课，主要探讨工程中常用建材与制品的品种、规格、性能与应用，

主要建材与制品的原料和生产工艺对其性能的影响，节约材料、改善性能以与防护处理的有关措施,

材料的质量标准（我国标准分类见表0—2）和检验方法等。它不但为后续的专业课供应必要的基础

学问外，也为在工程实践中解决建筑材料的问题供应肯定的基本理论学问和基本试验技能.

六、本课程的教学环节与要求

教学环节：课堂教学+试验课

要求：通过学习，应使学生对工程中常用建筑材料的性能、运用条件、质量限制、检验以与储

存保管等方面的基本理论、基本学问有一个系统的了解和驾驭。

表0-2我国标准分类

标准种类代号表示依次（例）

GB（强制性标准）

代号、标准编号、颁布年头

国家标准GB/T（举荐性标准）

（GB12958-91）

GBn（内控标准）

JC（建材行业强制性标准）

JC/T（建材行业举荐性标准）代号、标准编号、颁布年头

行业标准（部标准）

YB（冶金行业强制性标准）(JC/T479-92)

YB/T（冶金行业举荐性标准）

代号、专业类号、标准号、颁布年头

专业标准ZB

(ZBQ15002-89)

DB（地方强制性标准）代号、行政区域、标准号、颁布年头

地方标准

DB/T（地方举荐性标准）(DB14323-91)

代号/企业代号、依次号、发布年头

企业标准QB

（QB/203413-92）

七、绿色建材

（一）基本概念

20世纪人类社会发展发生了巨大的变更。空间技术方面:1969年7月20日，美国的“阿波罗

II号”宇宙飞船首次胜利登上月球，在月球上留下了“个人一小步，人类一大步”的蹒跳脚印，人

类实现了梦寐以求的遨游太空的志向，这是人类文明进程中的一个里程碑；信息技术方面:国际互

联网缩短了时空距离，“天际若比邻”，将人们的工作、学习、生活以与人际交往方式带入了崭新

的天地；生物技术方面:人类基因密码解密，使人类在分子水平上相识自己，起先了由后工业社会、

信息社会跨入生物社会的历程。但是，科学技术是一把双刃剑，也正是在以科学技术为名义的乐观

主义的煽情下，人类也一步步走向深渊。人类开发宇宙的范围越来越大，而自己赖以生存的领地却

越来越小。在人类文明进程加快的同时，人类自身生活环境口勺危机也H益“凸显”：人口爆炸性增长

（populationexplosion）（人口过度增长会加剧对于资源的消耗和自然环境的破坏，目前世界人口为

65亿，人口专家预料，地球人口承载力是80亿，而联合国的低调人口预料数值为到2050年世界人

口将达至IJ89亿，则，人口超过80亿后怎么办？）、资源日益匮乏（resourcesshortage）（石油和煤

炭是全球两大战略性能源，属于不行再生资源，有专家预料，依据目前已探明的储量和开采速度，

石油还可以再用40年，煤炭还可以烧230年，贝IJ,石油和煤炭枯竭了以后怎么办？答案是应大力开

发风能、太阳能、生物质能等可再生能源，有专家预料，到2050年，以生物质能为重要组成部分的

可再生能源，将供应全球60%的电力和40%的干脆燃料，我国于2005年2月通过了《中华人民共

和国可再生能源法》，并将于2006年1月1日起正式执行，以推动我国可再生能源的发展）、森林锐

减（依据联合国粮农组织2001年的报告，全球森林面积从1990年的39.6亿公顷下降到2000年的

38亿公顷。全球每年消逝的森林近千万公顷，巴西森林资源极为丰富，达到3亿多公顷，绝大部分

是热带雨林（亚马逊河流域），占世界林木总蓄积量的21%,但是，这些珍贵资源正在遭遇毁灭性

的破坏，几十个跨国公司在那里大肆采伐，每天至少有100万棵树被毁。现在，巴西森林覆盖率已

从400年前的80%削减到约60%）、土地沙化（desertificationofland）（沙丘距离北京仅为75km,哈

尔滨每年常见的扬沙天气、沙尘暴都说明白土地沙化的严峻性。全球由于沙漠化每年失去的土地达

6万kn/；由于土壤退化，世界每年失去的耕地面积相当于爱尔兰的国土）、气候变暖星挂（专家指

出，在过去一个世纪里全球平均气温上升了0.6℃,到2100年，可能增加4.3℃,全球变暖将导致生

态系统失衡，气候变暖主要是由于温室效应造成的，由于温室效应和周期性涨潮的双重影响，西太

平洋岛国图瓦卢的大部分地方即将被海水沉没,包括首都的机场与部分住宅和办公室-图瓦卢前总

理佩鲁曾声称图瓦卢是“地球暖化的第一个受害者”，另外，温室效应还会使得一些史前致命病毒重

见天日，严峻威逼人类生命）等等。全部这些已成为社会经济持续发展的严峻障碍。在经济发展的

前提下，在资源环境问题上，肯定要避开掠夺性开采（excessiveexploitation）,我们要为子孙后代留

条后路，这是人类面临的严峻问题。

材料问题与环境亲密相关。

1.1988年第一届国际材料科学探讨会上，首次提出了“绿色材料”的概念，绿色已经成为人类

环保愿望的标记。

2.1992年6月，联合国在巴西里约热内卢召开了环境与发展各国首脑会议，我国李鹏总理参与

了此次会议，会议通过了“21世纪议程”宣言，确认了21世纪人类社会的发展思路：

①战略方针：可持续发展（sustainabledevelopmenl）

②发展原则：循环再生、协调共生、持续自然

建筑产业作为国家的支柱产业之一，它对资源的利用占据着重要位置，从产值、能耗、环保等

方面都是国民经济中的大户。建材行业是建筑产业的基础。近些年来，随着建筑材料科学的不断进

步，新型建筑材料不断涌现。为保证工程具有优良的运用功能，避开新型建筑材料发展对环境造成

损害，并能源源不断地为工程建设供应质量牢靠的材料，我国建筑材料的发展就应不断调整发展思

路。“绿色建材”就是依据上述原则所开发研制的新型建材。

“绿色建材”——也称为生态建材、环保建材、健康建材，它是指采纳清洁的生产技术，少用

自然资源，大量采纳工业或城市固体废弃物以与农植物秸秆，所生产的无毒、无污染、无放射性，

有利于环保和人体健康的建材.

（二）绿色建材在国外的发展

“绿色建材”首先在欧、美、日等工业发达国家发展起来。

1.1992年世界环境与发展大会召开以后，1994年联合国设立了“可持续产品”开发工作组，对

产品制定了一系列绿色标准，大力推行绿色产品标记。

2.各国政府相应出台了一些扶持政策和法规，以此来推动“绿色建材”的发展。如德国对于在

工程中实际应用并被确认为“绿色建材”的赐予肯定的财政补贴，以此来推动“绿色建材”的运用。

欧洲各国均推行了绿色环保建材的认证，国家明令非绿色建材禁止上市经营，并且制定了各种检测

标准。日本早在1988年就起先推广“绿色建材”。如秩文一一小野水泥株式会社已建成日产5（）1的

生态水泥生产线；日本东陶公司已成批生产防霉、防菌、保健型陶瓷制品；铃木公司开发生产出可

净化空气的预制板。在兵库、九州等地建成一批健康型住宅，为推动“绿色建材”的发展起到了推

动作用。

（三）绿色建材在国内的发展（改革开放政策：reformandopeningpolicy）

我国建材的发展，在改革开放以来有了较大的发展，一些主要建材产品的产量居世界第一位。

全国建材总产量年产37〜40亿3同时每年建材工业耗用原材料50亿t以上，能源消耗2.3亿t标

燥，约占全国耗能总量的15%,同时排出大量废气、废水、废渣。运用了两千多年的粘土实心砖至

今仍旧是主要增体材料。1996年，我国生产粘土实心砖700。亿块，代价是毁田6660ha,能耗6000

万t标煤。上述数据表明我国建材工业走的是一条高能耗、、高污染、低效益的道路，是•个污染严

峻，生态破坏较大的产业。因此发展“绿色建材”，是21世纪我国建材工业的必定出路。

我国特别重视可持续发展战略，1992年世界环境与发展大会召开之后，1994年国家环保局设立

了中国环境标记产品认证委员会，制定了环境标记的评定标准，上海、北京等地已经开展了对“绿

色建材”的研制、认证工作。近几年，我国的绿色建材己经取得初步成果。

1.墙体材料

利用工业废渣所生产的空心砖、砌块将渐渐取代粘土实心砖。我国新型墙体材料的应用比例从

1990年的4.3%提高到1996年的16.3%,规划2000年达到25%,京、津、沪等10大城市达到50%。

2.人造板材

中国建材探讨院开发生产的HB彩乐板利用白色污染废弃物，采纳刨花板的生产技术生产而成。

3.石膏板

以磷石膏、氟石膏、脱硫石膏代替自然石膏。上海已经建成年产3000万n?的脱硫石膏板生产

线，采纳脱硫石膏生产技术是我国解决若干地区梅(酸)雨问题的措施之一。

4.水泥

水泥生产企业在我国属于高能耗、高污染的企业，历来是环保治理的重点。据统计，每生产it

水泥将排放1902。目前我国年产水泥约5亿I,每年大气中将增加5亿902,到2010年将增加到

7亿3这个数据是特别惊人的，将会增加温室效应。目前我国年产粉煤灰1亿t,年产矿渣约8000

万3所以今后应尽量利用这些工业废渣来生产掺混合材料的硅酸盐水泥，从而限制CO2排放量，推

动绿色建材的发展。

八、绪论授课内容总结

介绍了建筑材料在国民经济中的地位、建筑材料在土木工程专业课程体系中的位置.、建筑材料

的分类，【可顾了我国建筑材料的发展历史，分析了我国建筑材料的发展方向，并对绿色建材进行了

探讨。

第一章建筑材料的基本性质

(basiccharacterofconstructionmaterials)

教学目的与要求:

1.驾驭建筑材料的基本物理性质和有关参数

2.驾驭建筑材料的基本力学性质和有关参数

重点和难点:

/.建筑材料密实度与孔隙率之间的关系

2.建筑材料吸水性能的评价

3.建筑材料耐水性、抗渗性、抗冻性的评价

4.建筑材料弹性、塑性的评价

时间安排:

3学时

由于建筑材料在建筑物中用于各种不同的建筑部位，承受各种不同的荷载与四周环境介质的作

用，因此，要求建筑材料应具有相应的不同性质。作为结构物的材料要承受各种外力的作用，因此

选用结构物的材料应具有所需的力学性能；屋面防水材料、地下防潮材料则应具有良好的耐水性和

抗渗性；建筑物的内墙应具有保温、绝热、吸声、隔声的性能；外墙和屋面则要能长期经受风吹、

日哂、雨淋、冰冻的破坏作用；在具有酸、碱、盐类物质腐蚀的部位，材料还应有较高的化学稳定

性等。

选择、运用、分析、评价建筑材料，都应熟知它们的各种性能。材料品种不同，性能也不一样，

归纳起来大体有物理性质、化学性质和力学性质。这里着重介绍物理性质和力学性质，化学性质分

解到每章具体材料中去介绍。

§1.1材料的物理性质

(physicalcharacterofmaterial)

一、材料与质量有关的性质’

1.密度：材料在肯定密实状态下单位体积的质量，计算公式为：

式中：p---材料的密度，kg/m3；

m---材料的质量,kg；

V一一材料在肯定密实状态下的体积，n?。

材料在肯定密实状态下的体积，指的是材料不包含孔隙体积在内的固体物质所占的体积。这种

材料事实上是不存在的。为了探讨问题便利起见，常将密实度较高的材料，如钢材、玻璃和4c的

水看成是肯定密实的，作为肯定密实状态的近似值，此时计算出的密度称为视密度。

2.容重（又称表观密度）：材料在自然状态下单位体积的质量，计算公式为：

式中：/---材料的表现密度kg/m3；

m---材料的质量，kg；

Vo——材料在自然状态下的体积，

材料在自然状态下的体积是指包括内部孔隙在内的外形体积。材料内部的孔隙可以分为：

开口孔隙：与外界连通

材料内部的孔隙

封闭孔隙：互相独立，不与外界连通

材料在自然状态下的体积，若只包括孔隙在内而不含有水分，此时计算出来的容重称为干容重

（此时材料处于烘干状态）；材料在自然状态下的体积，若既包括材料内的孔隙，又包括孔隙内的水

分，此时计算出来的容重称为湿容重（此时材料处于气干状态）

材料的密度、容重常用来计算材料的密实度、孔（空）隙率、材料和构件自重、运输量以与在

肯定空间中不同材料的堆放量等。几种常用材料的密度与表观密度值见表|一|。

3.密实度

（1）概念

是指固体材料中固体物质的充溢程度，即材料的肯定密实体积与其总体积之比，即

式中：D——材料的密实度，常以百分数表示。

（2）说明

①凡具有孔隙的固体材料，其密实度都小于1。材料的密度与容重越接近，材料就越密实。

②材料的密实度大小影响着材料的强度、耐水性和导热性等性质。

4.孔隙率

（1）概念

是指材料中的孔隙休积占材料总休枳的百分数，即

式中：P——材料的孔隙率，以百分数表示。

上式说明材料的密实度和孔隙率是从两个不同的角度说明白材料的同一性质：材料疏松或致密

的程度。

5.散粒材料、粉状材料的密度、容重、空隙率

（1）密度

砂、石子等散粒材料，水泥等粉状材料在测定其密度时，肯定体积是指砂、石子、水泥的颗粒

体积（包括颗粒内部的孔隙体积），并非肯定密实状态下的体积，因此，所得的密度，事实上是材料

的颗粒容重，也称为颗粒表观密度：

（2）容重

测定散粒材料、粉状材料的容重时，其自然状态下的体积，包括颗粒之间的空隙在内。由于散

粒材料、粉状材料呈松散状态，故算得的容重称为松散容重或疏松容重，也称为积累密度；

（3）空隙率

是指散粒材料或粉状材料颗粒之间的空隙体积占材料松散状态下总体积的百分数，计算公式为:

留意：公式中的「要以颗粒容重代替，/要以松散容重代替。

二、材料与水有关的性质

（一）亲水性与憎水性

固体材料在空气中与水接触时，依据其能否被水润湿，可分为亲水性材料与憎水性材料。

当水滴在空气中与固体材料接触并达到平衡后，可出现加图1—1所示两种状况：

图1-1材料润湿示意图

（a）亲水性材料；（b）憎水性材料

在材料、水、空气三相交点处，沿水滴表面所作切线与材料表面的夹角，称为润湿边角6。

假如水分子间的作用力（即表面张力）小于水分子与材料分子之间的相互作用力时，夕W90。，

材料会被水所浸润，这种材料称为亲水性材料。例如：木材、混凝土、砖、砂石等都属于亲水性材

料。。越小，浸润性越好，9=0,材料完全被水浸润。

假如即表面张力大于水分子与材料分子之间的相互作用力时，材料表面不会被水所浸

润，这种材料称为憎水性材料。例如：沥青、石蜡等等都属于憎水性材料。增水性材料可以用作防

水材料,还可以用干亲水性材料的表面处理c

（二）吸水性与吸湿性

1.吸水性

（1）概念：材料在水中汲取水的性质称为吸水性。

（2）评价指标：吸水率，包括：

①质量吸水率：材料在水中所能吸足水的质量，占材料干燥时质量的百分率，即

式中，印册一一材料的质量吸水率，%;

，〃饱----材料吸水饱和后的质量，kg；

，〃干----材料烘干到恒重时的质量，kg：

②体积吸水率

一些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于开口孔隙多，〃《可能是相干的若干倍，因此质量吸

水率往往超过100%,在这种状况下，可用体积吸水率公式进行计算。

体积吸水率是指材料吸水饱和时，所能吸足水的体积材料自然状态下的体积之比，即

式中，W体—材料的体枳吸水率，%；

唳材料在水中吸水饱和时所能吸入水的体积，cm3：

V干一一材料在自然状态下的体积，cn?；

。水---水的密度，g/cm3o

%./%=〃：=工=丫n可见，材料的体积吸水率等于质晟吸水率与材料容重的乘积。

。水P水

（注：「水=

（3）影响因素：材料本身性质、孔隙率与孔隙特征。

一般来说，孔隙率越大，吸水性越强。但是封闭孔隙再多，材料也是不吸水的；具有粗大开口

孔隙的材料由于水分不易在孔隙中存留，其吸水率反而会降低。只有那些孔隙率较大，具有开口、

细小、联通孔隙的材料，才具有较大的吸水实力。

2.吸湿性

（1）概念：材料在潮湿的空气中汲取水蒸汽的性质，称为吸湿性。

（2）评价指标：含水率.

含水率：材料所含水的质量与材料干燥状态下的质量之比，即

式中，W含一一材料的含水率，％;

加含材料含水时的质量，kg：

加干一一材料烘干到桓重时的质员，kgo

（3）平衡含水率：材料可以在潮湿的空气中汲取水分，也可以在干燥的空气中扩散水分，最终

使自身含水率与四周空气湿度相持平，此时材料处于气干状态，材料在气干状态下的含水率称为平

衡含水率。

（三）耐水性

1.概念：材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质。

2.评价指标：软化系数（K软）。

一般来说，材料在含水后将会减弱内部结合力，使得强度有不同程度的降低，即材料被水软化。

3.说明：

（1）K软=0〜1,K欣越小，说明材料吸水饱和后，强度降低得越多，耐水性越差。

（2）长期受水浸泡或处F潮湿环境中的重要建筑物，其结构材料的K软应大「0.85,次要建筑

物或受潮湿较轻状况下材料的K软应20.75。工程中通常将K软＞0.85的材料称为耐水材料。

（四）抗渗性（也称不透水性）

1.概念：材料反抗压力水渗透的性能称为抗渗性（或不透水性）。

2.评价指标

有渗透系数和抗渗等级。我国一般采纳抗渗等级，用勺表示。例如：鸟、鸟、外、…、匕等。

抗渗等级是指在规定的试验条件下，当压力水不准透过试件厚度，在端面上呈现水珠时，材料所能

承受的最大水压值。例如混凝土的抗渗等级有尸2〜儿共6个。P8一—表示混凝土28d龄期的标准

试件能承受0.8MPa的水压而在试件端而无水的渗透现象。

3.影响因素：材料抗渗性的好坏主要取决于材料本身的孔隙率与孔隙特征。

（五）抗冻性

1.概念：材料在水饱和状态下能够经受多次冻融循环作用不破坏，强度也不显著降低的性质。

材料在吸水饱和后，从一15℃冰冻到20℃溶化，叫做经受一个冻融循环。

2.评价指标：一般用抗冻等级来评价。

将28d龄期的标准试件在水饱和状态下经受冻融（冰冻温度为一17"。^--20C,溶化温度为20

±3℃）,当强度损失不超过25%、质量损失不超过5%时材料所能承受的最大冻融循环次数即为抗

冻等级，用F”表示。

如片0、5、F25.尼0、Koo等，等级中的数字即表示冻融循环次数。

3.影响因素•：材料的组织、构造、强度、吸水性、耐水性等。

4.说明：材料在经受多次冻融循环作用后表面将出现开裂、剥落等现象，材料将有质量损失；

与此同时其强度也将会有所下降，这是由于材料内部的孔隙水受冻结冰后，其体积增大约9%,对

孔壁产生很大压力（可达lOOMPa）的结果。所以寒冷地区选用材料，尤其是在冬季气温低于一15C

的地区，肯定要对所用材料进行抗冻试验。

§1.2材料的力学性质

（mechanicalcharacterofmaterial）

任何材料在外力作用下都要产生变形，当外力超过肯定限度后，材料将被破坏。材料的力学性

质就是指材料在外力作用下产生变形的反抗破坏实力方面的有关性质。

一、强度与强度等级（strengthandstrengthgrade）

（一）强度

1.概念：材料在外力（荷载）作用下反抗破坏的实力称为强度。

2.分类：材料在建筑物上所受的外力主要有拉力、压力、弯曲与剪力等，因而材料反抗这些外

力破坏的实力分别称为抗拉、抗压、抗弯（折）和抗剪强度，图1—2为材料承受各种外力的示意图。

图1-2材料受力示意图

（a）拉力；（b）压力：（c）弯曲：（d）剪切

3.计算方法

（1）材料的抗拉、抗压、抗剪强度可按下式进行计算：

式中：f一一抗拉、抗压、抗剪强度，MPa；

F-----材料受拉、压、剪破坏时的荷载，N；

A-----材料的受力面积，mnf。

（2）材料的抗穹强度（抗折强度）与材料受力状况有关。

试验时将试件故在两支点上，中间作用一集中力，对矩形截面的试件，其抗弯强度可按下式进

行计算：

式中：工”---材料的抗弯强度，MPa：

F一—材料受弯时的破坏荷载，N；

L——试件受弯时两支点的间距，mm；

b、h---材料截面宽度、高度，mm。

4.说明

（1）材料的强度大小主要确定于其本身的成分、构造°一般状况下,材料的容重越小、孔隙率

越大、越疏松，其强度就越低。

（2）不同材料具有不同的反抗外力的特性，同一种材料所表现出的各项强度性能也会有很大差

异，必需探讨和驾驭这些规律，才能充分发挥材料的强度效能。例如：混凝土、砖、石材等抗压强

度较高，在工程中一般用作受压构件；钢材的抗拉、抗压强度都很高，在工程中可以用作各种构件。

（-）强度等级

在工程应用中，很多材料按其本身所具有的强度数值划分档次，确定为若干强度等级，可以作

为合理选用以与质量评定的依据。

二、弹性与塑性（elasticityandplasticity）

（-）概念

1.材料在外力作用下产生变形，外力取消后，变形能够完全复原的性质称为弹性，这种能够完

全复原的变形称为弹性变形。

2.材料在外力作用卜.产生变形，外力取消后，变形不能完全更原，而且材料不产生裂缝的性质

称为塑性，这种不行复原的残留变形称为塑性变形。

（-）说明：工程材料中，在外力作用下，单存的弹性变形是不存在的。

1.一些材料在外力不大的状况下，外力与变形成正比，产生弹性变形；当外力超过肯定数值后，

接着使出现塑性变形，如建筑钢材中的低碳钢印为此种状况，见图1-3,图中0A段为弹性变形，AB

段为塑性变形。

2.有些材料受到外力作用后，弹性变形和塑性变形同时发生，如混凝土就是如此。图1-4说明混

凝土受力后弹性、塑性变形共生，去掉外力后弹性变形ab可以复原，其塑性变形。b则要保留。

图1・3材料弹性与塑性变形曲线图L4混凝土的弹性与塑性变形曲线

（三）影响因素

1.与材料本身成分有关；

2.与外界温度等因素有关，如材料在肯定温度和肯定外力条件下属于弹性，但当温度上升后也

可能转变为塑性。

（四）塑性材料与脆性材料

1.划分原则

在规定的加荷速度和肯定温度卜进仃试验，依据材料在破坏前塑性变形的显著与否来进彳丁划分。

2.具体分类

（1）材料在破坏前有显著塑性变形一塑性材料（如低碳钢、有色金属、沥青等）；

（2）材料在破坏前无显著塑性变形一脆性材料（如石料、混凝土、生铁等）；

三、脆性与韧性（brittlenessandtoughness）

（―*）脆性

1.概念：材料在外力作用下未发生显著变形就突然破坏的现象称为脆性。如彼、石材、混凝土、

陶瓷、玻璃、铸铁等都属于脆性材料。

2.适用场合：脆性材料反抗冲击和振动的实力差，它们的抗压强度比其抗拉强度要高得多，因

此它们主要用上基础、墙体、柱等受压的建筑部位

（二）韧性

1.概念：材料在动荷载（或冲击荷载）的作用下产生较大的变形尚不致破坏的性质称为韧性，

也叫冲击韧性。如钢材、木材等。

2.适用场合：用于路面.、桥梁、吊车梁以与有抗震要求的结构。

四、硬度与耐磨性（hardnessandabrasionresistance）

（-）硬度

1.概念：材料反抗其他较硬物体刻划、压入的实力称为便度。

硬度大的材料耐磨性较强，但是不易加工，所以，材料的硬度在肯定程度上可以表明材料的耐

磨性和加工难易的程度。

2.测定方法

（二）耐磨性

1.概念：材料表面反抗磨损的实力称为耐磨性。

2.评价指标：磨损率（K）

式中：〃4、----试件磨损前后的质量，g：

A---试件受磨的面积，cnf。

3.说明：建筑工程中，用于地面、楼梯踏步、人行道路等部位的材料，均应考虑其硬度和耐磨

性。一般来说，强度较高的材料，其硬度较大，耐磨性较好。

其次章无机胶凝材料

（inorganiccementationmaterials）

教学目的与要求:

1.驾驭建筑材料的基本力学性质和有关参数

2.驾驭石灰的特性、技术性质要求和应用

3.驾驭石膏的特性、技术性质要求和应用

4.驾驭水玻璃的特性、技术性质要求和应用

5.驾驭菱苦十的特性、技术性质要求和应用

6.驾驭硅酸盐水泥的概念和生产

7.了解硅酸盐水泥熟料矿物组成与水化性质

8.驾驭硅酸盐水泥凝合硬化概念、过程和阶段

9.驾驭硅酸盐水泥凝合硬化的影响因素

10.驾驭硅酸盐水泥的技术性质与要求

11.了解硅酸盐水泥腐蚀的概念与类型

12.驾驭硅酸盐水泥腐蚀的基本缘由与相应防腐措施

13.了解一般硅酸盐水泥的概念、技术性质和要求

14.了解掺混合材料硅酸盐水泥的概念、技术性质和要求

15.驾驭水泥强吱等级、品种的选用依据以与木泥保管的留意事项

重点和难点:

1.建筑材料弹性、塑性的评价

2.石灰熟化、硬化的机理、石膏凝合硬化的机理。

3.石灰、石膏的性质和应用。

4.水玻璃硬化的机理、菱苦土的正确运用

5.水玻璃的性质和应用

6.硅酸盐水泥的锻烧过程

7.硅酸盐水泥凝合、硬化过程

8.硅酸盐水泥的技术性质和要求

9.硅酸盐水泥腐蚀的缘由与防腐措施

10.水泥强度等级、品种的选用以与水泥的保管

时间安排:

7学时

胶凝材料又称胶结材料，它能将散粒或块状材料粘结成整体并具有肯定的强度，在建筑工程中

应用极其广泛。

胶凝材科按化学性质不同可分为有机胶凝材料和无机胶凝材料两大类。

1.有机胶凝材料：是以自然或合成高分子化合物为基本组成的一类胶凝材料，如沥青；

2.无机胶凝材料：是以无机化合物为主要成分的一类胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件的不

同分为气硬性和水硬性胶凝材料两大类。

（1）气硬性无机胶凝材料：只能在空气中凝合、硬化、产生强度，并接着发展和保持其强度，

如石灰、石膏、水玻璃等。气硬性无机胶凝材料只能用于地面上干燥环境的建筑物；

（2）水硬性无机胶凝材料：既能在空气中硬化，又能很好地在水中硬化，保持并接着发展其强

度，如各种水泥。水硬性无机胶凝材料可用于地上、地下和水下的建筑物。

§2.1气硬性无机胶凝材料

（air-settinginorganiccementationmaterials）

一、石灰（lime）

石灰是人类最早运用的建筑材料之一。由于石灰的原料分布广，生产工艺简洁，运用便利，成

本不高，且具有良好的技术性能，所以目前仍广泛用于建筑工程中。

（'）石灰的生产（productionoflime）

1.原料

（1）以CaC。,为主要成分的矿物和岩石（如方解石、石灰岩、大理岩等）；

（2）化工副产品，例如用碳化钙（电石）制取乙快时产生的电石渣（电石渣的主要成分为

Ca（OH）2）

2.生产过程：

将生产石灰的原料经过1D00〜1200C的高温锻烧，就可以得到生石灰CaO：

以上反应是可逆的，反应的方向取决于锻烧温度和反应体系中的CO?分压。锻烧温度为900℃

左右，C。？的分解压力达到1个大气压，通常以这个温度作为CaCOi的分解温度。但是，实际生

产中，为了加快分解反应速度，反应温度常限制在1000〜1200C。由于石灰岩的致密程度、杂质含

量、块体大小、窑中温度不匀称等缘由，会生成一部分欠火石灰和过火石灰。欠火石灰中含有未分

解的石灰石，过火石灰则由于温度过高，其结构紧密，且在石灰颗粒表而形成釉状物，以致于熟化

特别缓慢，往往在已经硬化的制品中形成崩裂和隆起。

生石灰—＞CaO

3.石灰的主要成分＜

熟石灰f&/（。”）

生石灰中除了以CaO为主要成格外，还含有少量的Mg。（因为生石灰的原料中含有少量的

MgC（\工

当生石灰中Mg。的含量W5%时，称为钙质石灰；

当生石灰中Mg。的含量＞5%时，称为铁质石灰

（二）石灰的熟化（limeslaking）

生石灰是块状的，除了加工成磨细生石灰粉在肯定条件下干脆运用外，通常是被熟化成熟石灰

粉（消石灰粉）和石灰膏。

1.概念

建筑施工运用石灰时，通常将生石灰加水使之消解为熟石灰［Ca（Q〃）2］，这个过程称为石灰的

“熟化”（或石灰的消解）。其化学反应式为：

生石灰的熟化为放热反应，热化时体积膨胀1.5〜3倍左右。含有杂质或锻烧不良的生石灰体积

增大1.5倍左右，锻烧良好质纯的生石灰体积增大3倍左右,

2.分类

石灰消解作用的快慢有很大的差异。块小多孔的石灰简洁与水接触，消解速度较快；钙质石灰

比镁质石灰消解速度快；过火石灰消解速度慢；杂质含量多，消解速度也慢。

依据石灰消解速度的快慢，石灰可分为：

快熟石灰熟化速度在lOmin以内；

中熟石灰熟化速度在10min~30min

慢熟石灰熟化速度在30min以上。

3消解方法

工地上消解石灰是在化灰池内进行的，消解方法视石灰梢解速度不同而不同。

（1）快熟石灰：为避开加水石灰过热，表面形成硬壳而影响进一步消解，应先注水入池中，再

将生石灰倒入水中；

（2）中熟石灰：在石灰上先加一半水，以免因水分过多使石灰冷却，影响熟化速度；

（3）慢熟石灰：应渐渐加水至石灰上，使石灰保持肯定温度，以加速消解过程。

陈伏：为了保证石灰完全消解，石灰浆必需在池中保存两星期以上，这个过程称为“陈伏二陈

伏的目的是为了消退过火石灰的危害。（由于生石灰中的过火石灰结构紧密，所以熟化速度极慢，若

熟化不充分，运用后过火石灰在抹灰层中仍能熟化，产生体积膨胀，使抹灰层表面隆起和开裂。）

陈伏期间石灰浆表面应保持一层水分，使之与空气隔绝，以防止碳化。

4.熟化产物

（1）熟石灰粉：在生石灰中匀称加入适量水，就得到分散的颗粒细小的熟石灰粉。工地上调制

熟石灰粉时常用淋灰方法。

（2）石灰膏：在生石灰中加入过量的水（约为块灰质量的2.5〜3倍），得到的浆体的石灰乳，

石灰乳沉淀后除去表层多余水分后，得到的膏状物称为石灰膏。工地上调制石灰是在化灰池中进行

的。

（三）石灰的硬化（limehardening）

石灰浆体在空气中渐渐硬化，是由下面两个同时进行的过程来完成的。

1.结晶硬化：水分蒸发，氢氧化钙从饱和溶液中渐渐结晶出来；

2.碳化硬化：事实上是空气中的二氧化碳与水生成碳酸，然后再与氢氧化钙反应生成CaCO,,

析出多余水分并蒸发，其反应式为：

3.留意

（1）碳化硬化过程不能在没有水分的干燥条件下进行,而且只限于在石灰浆体表面缓慢进行（由

于。。2含量有限一反应缓慢）；

（2）结晶硬化则主要在石灰浆体的内部进行。

可见，石灰浆体的硬化是由表里两种作用形成的。

（四）石灰的产品（productoflime）

目前已经形成标准的有三种产品，即建筑生石灰、建筑生石灰粉、建筑消石灰粉，它们都是按

照所含Mg。的含量，划分为钙质、镁质、白云石质。各类石灰产品的分类界限见下表。

各类石灰产品的分类界限

钙质镁质白云石质

石灰产品名称

MgO含量（/）

建筑生石灰W5%>5%—

建筑生石灰粉W5%>5%—

建筑消石灰粉<4%4%〜24%24〜30%

每类石灰产品都分有优等品、一等品、合格品三个等级。优等品、一等品适用于饰面层和中间

涂层，合格品适用于砌筑。

（五）石灰的性质（characteroflime）

石灰的性质主要有如下几点：

1.保水性、可塑性好

生石灰熟化时，生成的Ca（O”）2颗粒极细，其表面吸附一层厚厚的水膜，将石灰浆掺入水泥

砂浆中，可提高砂浆的保水实力，砌筑时可以铺成匀称的薄层，因而可塑性好。用石灰拌制石灰砂

浆或混合砂浆，都具有较好的工作性，这是石灰的一个突出优点。

2.强度低、耐水性差

石灰的硬化只能在空气中进行，硬化速度比较慢，硬化后的强度也不高。如I：3的石灰砂浆

28D的抗压强度通常为Q2MPa〜0.5MPa。受潮后强度更低，长期受潮或在水中浸泡还会溃散。所以

石灰不宜用于潮湿环境和重要建筑物的基础。

3.体积收缩大

石灰在硬化过程中因蒸发大量水分会引起体积收缩，所以不宜单独运用。应用时常掺入砂、麻

刀、纸筋等，以反抗收缩引起的开裂。

（六）石灰的应用（applicationoflime）

石灰在建筑工程中应用很广。

1.石灰膏：可以用来配制石灰砂浆、水泥石灰混合砂浆，用于砌筑和抹灰。

2.石灰乳：石灰膏稀释以后可以调制成石灰乳，用「粉刷墙面和天棚。

3.磨细生石灰粉是生产石灰矿渣水泥、石灰火山质水泥、灰沙砖、碳化石灰板等的主要原料。

4.熟石灰粉：用石灰、粘土或石灰、粘土、砂（石灰、砂、碎石或碎砖），按肯定比例可配制成

灰土或三合土，广泛用于建筑物的基础垫层、室内地面垫层与道路的基层。石灰+粉煤灰+碎石一

三渣，可用于道路工程。

（七）石灰的保管（keepingoflime）

1.生石灰的吸湿性极强，因此，必需在干燥的环境中储存保管。

2.运输过程中应有防雨措施。

3.储存时间不宜过长，一般不超过一个月，否则会发生碳化反应，造成奢侈。

4.运到现场的石灰应分类、分等存放在仓库内。

5.生石灰遇水消解，并放出大量热量，因此不能与易燃、易爆与液体物品混运温存，以免发生

火灾二

二、石膏（gypsum）

我国的石膏资源极其丰富，储量大，分布广，有良好的开发应用前景。

（一）建筑石膏的制取

自然界中存在着自然的无水石膏（CaSO4）和二水石膏（CaSOj2H8）.

将自然二水石膏（生石膏）入窑经低温锻烧（107〜170匕），脱水后再经获磨机磨细即为建筑石

膏（熟石,膏），其化学式为CaSO4・T〃2O

（二）建筑石膏的凝合硬化

机理：半水石膏的溶解和二水石膏的析出。

建筑石膏加水拌和后，很快由半水石膏还原为二水石膏：

出于CoSO,在水中的溶解度小于C〃SO«所以溶液对CaSO,•ZH?。来说

很快达到饱和，因此很快析出胶体微粒，并不断转变为晶体，由于C〃SO4・2”2O的析出破坏了原

来溶解的平衡状态，使得平衡向CaSO4。；"?。进一步溶解的力向移动，以补偿

因二水石膏析出晶体而造成的溶液中CaSO,含量的削减。

1.建筑石膏的凝合

由于半水石膏的溶解和二水石膏的析出，浆体中的自由水分渐渐削减，浆体变稠，失去塑性，

这个过程称为凝合过程。

2.建筑石膏的硬化

建筑石膏凝合后，二水石膏晶体接着形成，并渐渐长大，彼此联结，形成结晶结构网，浆体渐

渐固化，强度渐渐增长，直到完全干燥，强度不再增长，这个过程称为硬化过程。

（三）建筑石膏的性质

建筑石膏与其它胶凝材料相比，具有以下性质：

1.凝合硬化快，强度较高

建筑石膏一般在加水后5〜15min即凝合。为施工便利，往往要掺适量的缓凝剂，如动物胶、亚

硫酸盐、酒精废液等。建筑石音硬化快，大约一周时间即可达到最高强度（可达15MPa）,其硬化后

的抗拉、抗压强度均比石灰高。

2.成型性能优良

建筑石膏浆体在凝合硬化早期体积略有膨胀（约1%）,因此具有优良的成型性能。在浇注成型

时.可以制得尺寸精确、表面致密光滑的构件品、装饰图案和雕塑品。

3.孔隙率大

建筑石膏与水反应，水分蒸发后留下大鼠的孔隙，形成多孔结构，孔隙率可达50〜60%,因此

建筑石膏制品质轻、隔热、吸声性好，是一种良好的室内装修材料。但孔隙率大使石膏制品的吸水

率大、强度低。

4.防火性好

建筑石膏硬化后的主要成分是遇火时，C4s。4・2"2。的结晶水会析出，

一方面可汲取热量，同时又在石膏制品表面形成未蒸汽幕，阻挡火的扩散，因血具有很好的防火性。

它的制品越厚，防火性越好。

5.耐水性差

建筑石膏制品软化系数小、耐水性差，若吸水后受冻，将因水分结冰而崩裂，故建筑石膏的耐

水性和抗冻性都较差，不宜用于室外。

6.调色性好

建筑石膏雪白细腻，加入颜料可以调配成各种颜色的膏浆，作装修抹灰的效果很好。

（四）建筑石膏的应用

1.室内抹灰与粉刷

建筑石膏加水、砂拌合成石膏砂浆，可用于室内抹灰。这种抹灰墙面具有绝热、防火、隔声、

舒适、美观等特点。抹灰后的墙面和天棚还可以干脆涂刷油漆与粘贴墙纸。

建筑石膏加水调成石膏浆体，还可以掺入部分石灰用于室内粉刷涂料。粉刷后的墙面光滑、细

腻、雪白美观。

2.生产装饰制品

建筑石膏可用于生产各种装饰制品，如石膏板、石膏装饰件等.

我国目前生产的石膏板主要有纸面石膏板、石膏空心条板、石膏装饰板、纤维石膏板等。

3.外加剂

建筑石管可以作为重要的外加剂，广泛用于水泥、水泥制品与硅酸盐制品的生产。

（五）建筑石膏的保管

建筑石膏在储运过程中应留意防雨、防潮，储存期不得超过3个月。

三、水玻璃

水玻璃（又称为泡花碱或液体玻璃）是由不同比例的碱金属氧化物和的化合物组成，其化

学式为式中，与。为碱金属氧化物，〃为夕。2和碱金属氧化物的分子数比值，称

为水玻璃标数。

水玻璃是一种无色或淡黄、青灰色的透亮或半透亮的粘稠液体，它可溶于水，运用时可以用水

稀释。溶解的难易随着水玻璃模数不同而不同。〃越大，水玻璃的粘度越大，越难溶于水。建筑上

常用的水玻璃及值一般在2.5〜2.8之间。

（一）水玻璃的制取

建筑上常用的水玻璃是硅酸钠（%生。・〃5，。2）的水溶液，也称为钠水玻璃。钠水玻璃的制取

方法通常有两种：

1.干法（两步法）：是将石英砂粉或石英岩粉加入Na2c。3或M^s。4，在玻璃熔炉内1300C〜

1400C温度下熔化，冷却后即形成固态水玻璃，然后在压力为0.3〜0.8MPa的蒸汽锅内溶解成为粘

稠状的液体。

2.湿法（一步法）：是将石英砂和苛性钠在高压蒸锅内，用蒸汽加热，干脆溶解成为液态水玻璃。

（二）水玻璃的硬化

水玻璃的干燥硬化是由于硅酸钠与空气中的。。2作用生成无定型硅酸凝胶，反应式为：

由于空气中的C。、含量有限，这个过程进行得很缓慢。为了加速水玻璃的硬化，可加入氟硅酸

钠（N%Si入）作为固化促进剂，加入最为水玻璃质软的12%〜15%。Na2s无有毒，应做好劳动

爱护与加强保管。

（三）水玻璃的主要技术性质

1.粘结实力和成膜性能较好；

2.不燃烧，在高温下强度不降低.甚至有所提高；

3.水玻璃在硬化时析出的硅胶凝胶可以堵塞毛细孔隙，因此有防止水渗透的作用；

4.水玻璃具有高度的耐酸性能，能反抗除氢氟酸和氟硅酸以外的大多数无机酸和有机骏的腐蚀

作用。

（四）水玻璃的应用

1.干脆作涂刷（或浸渍）材料成涂料原料

干脆作涂刷（或浸渍）材料时，常涂敷于粘土砖、硅酸盐制品、混凝土结构等的表面，可以增加

制品的密实度和耐久性。

作涂料原料时常用来配制建筑涂料，用于内墙装饰。

2.用于建立有防腐要求的构筑物

在化学、冶金、金属加工工业中，常需建立一些有防腐要求的池、罐、储槽等，则需用水玻璃

配制耐酸砂浆、耐酸混凝土等。

3.用于地基土壤加固

将水玻璃和溶液注入地基土壤中，两种溶液发生反应，析出硅酸胶体，将土壤颗粒包袱

并填充于孔隙中，这样可以提高地基的承载实力，也可以增加地基土壤的不透水性。

4.用来配制耐热砂浆、耐热混凝土、防水砂浆等。

5.掺入水泥砂浆或混凝土，使水泥速凝，可用于堵漏。

（五）水玻璃的保管

水玻璃在储存时，应防水防潮，不得露天长期存放。

四、菱苦土

菱苦土为白色、灰白色或微黄色的粉末，密度为3.2g/cH左右。

菱苦土的主要成分为Mg。，是将含Mg。。,为主的菱镁矿锻烧后磨细制得的。我国的菱镁矿储

量丰富、质量好，但多集中在辽宁省，尚待大规模的开采和利用。

（-）菱苦土的运用

在运用时，菱苦土一般不用水调和，而