新型建筑材料 课件 第1-6章 绪论、材料的基本性质 - 水泥及辅助胶凝材料

第一章

绪论新型建筑材料2第一章绪论1234概述建材领域的相关标准建筑材料的环境影响评价前沿应用和发展方向CONTENTS3第一章绪论概述建材领域的相关标准建筑材料的环境影响评价前沿应用和发展方向CONTENTS123441.1概述狭义的新型建筑材料：区别于传统的砖瓦、石灰、水泥、砂石、混凝土等建材的建筑材料新品种。广义的新型建筑材料：更为宽泛，可以是现有材料科学技术和性能的显著提高，或者是更低资源消耗的新型建筑产品。例如：新的加工技术获得高品质砂石骨料；废弃物资源化

利用，成分不“新”而利用途径“新”的低碳建筑材料……51.1.1建筑材料发展史古代——人们使用木材、草料、泥土和石料等天然材料搭建栖息之所。封建社会早期——砖瓦和石灰等简单制备的人工建筑材料出现，诞生了阿房宫、布达拉宫等宏伟的古代建筑。2026/1/2461.1.1建筑材料发展史19世纪初——以多种天然材料为原料，混合煅烧而成的水硬性材料—波特兰水泥诞生后，建筑业进入了一个崭新阶段。1928年前后出现的预应力钢筋混凝土，给建筑业的发展带来了一个新的飞跃。水泥钢筋混凝土结构2026/1/2471.1.1建筑材料发展史19世纪60年代~20世纪50年代——塑料和合成树脂为代表的高分子有机材料不断应用于建筑物中，使得建筑物的功能和外观发生了根本性的变革。塑料塑料模板木塑材料搭建的房屋2026/1/2481.1.1建筑材料发展史20世纪30年代——减水剂、早强剂、膨胀剂等混凝土化学外加剂成为现代混凝土中必不可少的“第五组分”。20世纪50年代——人们尝试将粉煤灰、硅灰、粒化高炉矿渣等辅助胶凝材料应用于水泥混凝土中，现如今辅助胶凝材料已经发展成为现代混凝土中不可或缺的重要组分之一。萘系减水剂聚羧酸高性能减水剂硅灰2026/1/2491.1.1建筑材料发展史20世纪70年代——再生骨料、工业副产固体废物制备的低碳骨料（例如铜渣、碳化钢渣）等新型低碳骨料不断涌现，并逐渐得到广泛应用。建筑垃圾再生骨料破碎、清洗、生产随着社会进步与科学技术的不断发展，智能混凝土、防辐射混凝土等新型功能混凝土，以及装配式混凝土技术、3D打印混凝土技术等新型建造手段也在不断涌现。2026/1/24101.1.2建筑材料的分类（1）按材料的来源分类天然材料人造材料（2）按材料的组成无机材料—金属材料、非金属材料有机材料—植物质材料、高分子材料、沥青材料复合材料—无机非金属材料与有机材料复合而成，包括沥青混凝土、聚合物混凝土等2026/1/24111.1.2建筑材料的分类（3）按材料的用途结构材料—木材、竹材、石材、水泥、混凝土、金属等装饰材料—涂料、油漆、窗帘、门窗、砌块等专用材料—防水、防潮、防腐、防火、阻燃、隔音、隔热、保温、密封材料等2026/1/24121.1.3建筑材料的重要性建筑材料成本占比大因此，合理规划、供应和使用建筑材料对于降低总工程成本具有重要意义！50~60%生产能耗大>70%碳排放的比重大2026/1/24131.1.3建筑材料的重要性材料种类应用情况木材木材具有较好的隔热性能、耐腐蚀性能，韧性好，有较好的装饰效果。常用于建筑物的地板、墙壁、屋顶等构造，同时也可用于制造家具和装饰品。砖瓦砖瓦具有较好的隔热、隔音性能，耐久性好，还可以用于分隔空间、承载荷载等功能。常用于建筑物的常用墙体、地面铺设以及艺术装饰等方面。钢材钢材具有高强度、刚性和耐久性，可以大大提高工程的承重能力和抗震能力。钢材还具有良好的可塑性、耐腐蚀性等。主要用于钢筋混凝土建筑构件的骨架，如梁、柱、框架等，广泛用于房屋、桥梁、道路等土建工程建设。建筑塑料建筑塑料不仅具有质轻、隔热、保温、耐腐蚀等特点，还可以进行回收再利用，降低了对自然资源的需求，减少了对环境的影响。常用于塑料管道、塑料门窗、塑料地板等方面。建筑涂料建筑涂料不仅具有较好的附着力、防水性、隔热保温、耐腐蚀和耐用性，还具有较好的环保节能特性。常用于室内外墙面、天花板、地面等的装饰和保护。混凝土混凝土是建设工程中用量最大的材料，具有高强度、耐久性和抗压能力，能够承受重大的荷载。常用于建筑物的结构材料，如楼房、桥梁、堤坝等。部分建筑材料的特点和主要应用范围14第一章绪论概述建材领域的相关标准建筑材料的环境影响评价前沿应用和发展方向CONTENTS12342026/1/24151.2建材领域的相关标准

为了保证建筑工程的质量，必须实行建筑材料的标准化，世界范围统一使用的是ISO国际标准，而各个国家或地区也制定了不同的标准来规范建筑材料的质量。（1）欧盟标准

欧盟标准是规范欧盟各参与国对建筑工程材料的要求，保证建筑工程质量的标准。欧洲电工标准化委员会（CENELEC）和欧洲标准化委员会（CEN）及它们的联合机构CEN/CENELEC是欧洲最主要的标准制定机构。2026/1/24161.2建材领域的相关标准（2）美国标准在美国从事土木工程，其标准的制定机构是美国的行业协会。建筑材料应遵从美国材料与试验协会（ASTM）标准。混凝土结构要遵从美国混凝土协会（ACI）标准。钢结构要遵从美国钢结构协会（AISC）标准。美国标准依靠的是行业协会，通过行业协会强大的号召力。2026/1/24171.2建材领域的相关标准（3）中国标准我国的标准主要分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。国家标准强制性标准代号“GB”，推荐性标准代号“GB/T”。举例：《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB/T1499.1-2017）其中“GB/T”——国家标准的代号“1499.1”——标准编号“2017”——标准颁布时间“钢筋混凝土用热轧光圆钢筋”——该标准的技术（产品）名称。2026/1/24181.2建材领域的相关标准行业标准行业标准是指对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内统一的技术要求所制定的标准。分为建筑材料（JC）、建筑工程（JG）、石油工业（SY）和冶金工业（YB）。地方标准（DB）地方标准即区域标准，是由地方（省、自治区、直辖市）标准化主管机构或专业主管部门批准，发布，在某一地区范围内统一的标准。企业标准（QB）企业标准是在没有国家或行业标准时由企业自身制定，是在企业范围内需要协调、统一的技术要求、管理要求和工作要求所制定的文件，是企业组织生产、经营活动的依据。19第一章绪论概述建材领域的相关标准建筑材料的环境影响评价前沿应用和发展方向CONTENTS12342026/1/24201.3建筑材料的环境影响评价2022年3月，住房和城乡建设部印发了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》总体目标是到2025年，城镇新建建筑全面建成绿色建筑，建筑能源利用效率稳步提升，建筑用能结构逐步优化，建筑能耗和碳排放增长趋势得到有效控制，基本形成绿色、低碳、循环的建设发展方式，为城乡建设领域2030年前碳达峰奠定坚实基础。规划中还明确指出，要重点促进绿色建材推广应用。2026/1/24211.3.1材料的生命周期评价过去常采用单因子法来评估材料对环境的影响不足1.难以全面反映材料对环境的综合影响2.使用过多单项指标来进行比较较为繁琐2.在实践中存在着难以平行比较的问题提出了一种综合性的评价方法—生命周期评价方法（LCA）在20世纪90年代已经被国际社会普遍认可，最终成为一种被广泛采用的材料环境评价方法。2026/1/24221.3.1材料的生命周期评价什么是生命周期？什么是生命周期评价方法？生命周期指的是产品从自然中来再回到自然中去的全部过程，即从“摇篮”到“坟墓”（FromCradletoGrave）的整个生命周期各阶段的总和。生命周期评价方法LCA是汇总和评估一个产品（或服务）体系生命周期间的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法。注重研究系统在生态健康、人类健康和资源消耗领域内的环境影响。2026/1/24231.3.1材料的生命周期评价LCA分析流程目标与范围确定编目分析影响评估结果解释定性影响评估方法—操作简单，主要依靠专家打分，评估结果有一定的随意性和不可比性。定量影响评估方法——包括分类、表征、归一化和评价四步。

其建立在功能单元分析（FU）的基础上，旨在深化对环境影响的理解，评估不同类型环境损害带来的总体影响程度。2026/1/24241.3.1材料的生命周期评价（1）可以进行从定性到定量的评估。（2）考虑产品的整个生命周期对环境的影响，而不单纯是产品生产阶段对环境的影响。（3）不但考虑对一个地域的影响，更考虑对生物圈的影响，同时考虑对将来潜在的影响，可全面、完整地反映当前的生态环境问题。LCA的特点：（1）LCA所做的假设与选择可能带有主观性，同时受假设的限制，可能有未考虑到的潜在因素影响；（2）研究的准确性可能受到数据的质量和有效性的限制；（3）由于影响评估所用的清单数据缺少空间和时间尺度，结果有一定的不确定性。LCA的局限性：2026/1/24251.3.2绿色建材的评价体系为科学引导和规范管理我国绿色建材评价标识工作，加快绿色建材推广应用、促进绿色建筑发展，住房城乡建设部、工业和信息化部等相关部委制定了《绿色建材评价技术导则》。将绿色建材具体解释为在全生命周期内可减少对自然资源消耗和减轻对生态环境影响，具有“节能、减排、安全、便利和可循环”特征的建材产品。颁布实施的有关标准：26第一章绪论概述建材领域的相关标准建筑材料的环境影响评价前沿应用和发展方向CONTENTS12342026/1/24271.4前沿应用和发展方向（1）新型建筑钢材酉水大桥大兴国际机场国内首次在温暖潮湿的南方建造的免涂装耐候铁路钢桥。（2）新型建筑涂料国产高性能防火薄膜膨胀型涂料、室外保护的工程硅氧烷涂层、全方位的耐候性的氟碳漆等新型建筑涂料新型建造技术方面的应用举例2026/1/24281.4前沿应用和发展方向（3）新型建筑塑料港珠澳大桥港珠澳大桥运用了由热塑长纤维增强的高分子复合材料制成的新型高分子塑料模板。（4）混凝土用新型骨料北京建筑大学建成了我国首座用全级配再生混凝土骨料建筑的教学楼，其主要使用废旧混凝土为原料的再生混凝土浇筑而成。2026/1/24291.4前沿应用和发展方向（5）混凝土用新型化学外加剂（6）新型水泥

港珠澳大桥工程中，特种高效减水剂的全线使用，有效解决了大掺量矿物掺合料混凝土初始流动性差、粘度高、搅拌生产时间长等问题。

白鹤滩水电站首次全坝使用低热硅酸盐水泥，降低了水泥和混凝土的发热量，提高了大坝的整体性、安全性和耐久性。2026/1/24301.4前沿应用和发展方向（7）智能混凝土（8）防辐射混凝土智能混凝土是指能感知自身状态变化并能发出信号进行自身调节、自我修复的仿生命系统的混凝土。由混凝土原有成分，结合一些导电材料或智能组件（传感器、驱动器、微处理器）等组成。具有良好的屏蔽X、γ和中子射线等有害电离辐射的能力的混凝土。其他防护材料相比，防辐射混凝土具备着耐久性良好、可塑性强、防护效果好等优势，是目前应用最广泛的射线防护材料。医用防辐射铅房光导纤维2026/1/24311.4前沿应用和发展方向新型建造技术方面的应用举例（1）装配式混凝土建筑技术施工中的火神山医院

装配式混凝土结构是指用工厂生产的预制构件在现场装配而成的建筑。有利于提高建筑质量、提高施工效率、降低成本，还有助于节能减排和保护环境。（2）3D打印混凝土技术3D打印技术将混凝土材料按照预先设计的模型进行逐层堆积，具有灵活性高、无模板施工、设计自由度高、节约成本、经济环保及零污染等多重优点。3D打印混凝土2026/1/24321.4前沿应用和发展方向新型建筑材料的发展方向（1）低碳化在建筑材料的生产、使用、废弃直到再生的全过程中，通过减少温室气体排放和碳足迹，实现可持续发展。例如：利用钢渣粉、铜渣粉代替水泥；运用装配式混凝土建筑技术、混凝土3D打印技术与废弃资源的再利用整合。（2）节能化在建筑物的生命周期中，所使用的材料具有较低的能源消耗和较高的能源效益。例如：使用新型保温隔热材料岩棉板、EPS保温板、XPS（保温板等新型建筑材料。2026/1/24331.4前沿应用和发展方向（3）复合化在特定条件下，按照适当比例将有机与有机、有机与无机、无机与无机材料进行复合。例如：塑钢共挤门窗、铝塑复合门窗、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土等复合材料。（4）多功能化除基本性能外，还具有防射线、防水、防霉、防火、自洁、智能等功能要求。例如：防辐射混凝土、智能混凝土等多功能材料。（5）高性能化通过调整建筑材料原有组分、施工工艺和后处理等技术，用以提高建筑材料力学性能、耐久性等指标。同时，高性能化还兼具良好的环保性、节约性和可持续性等特点，例如高性能混凝土。34第一章绪论思考

为什么新型建筑材料要向绿色低碳、节能化发展？第二章

材料的基本性质新型建筑材料2026/1/2436第二章材料的基本性质123材料的基本组成、结构和构造材料的性质建筑材料的耐久性CONTENTS2026/1/2437第二章材料的基本性质123材料的基本组成、结构和构造材料的性质建筑材料的耐久性CONTENTS2026/1/2438第二章材料的基本性质性能组成结构材料的组成—结构—性能关系材料组成、结构与性能之关系

——现代材料科学的核心2026/1/24392.1.1材料的组成相组成化学组成矿物组成是构成材料的矿物种类和数量。

材料中具有特定的晶体结构和特定的物理力学性能的组织结构，称为矿物。矿物组成

材料中结构相近、性质相同的均匀部分称为相。自然界中的物质可分为气相、液相、固相三种形态。具有两相或两相以上的材料是复合材料。注意界面化学组成即材料的化学成分。2026/1/24402.1.1材料的组成化学组成

矿物组成相同不同不一定

可能相同相同相同一定相同化学组成与矿物组成的关系2026/1/24412.1.2材料的结构材料的结构通过材料所含各物相(固、液、气)的形态、尺寸、堆积方式和分布情况，可分为：宏观结构细观结构微观结构＞10-3m(肉眼可分辩)10-6-10-3m(光学显微镜可辩)＜10-6m(电子显微镜)2026/1/24422.1.2材料的结构-①宏观结构用肉眼能观察到的外部和内部的结构。（1）宏观结构（2）细观结构（3）微观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造＞10-3m按孔隙特征分类按组织构造特征分类2026/1/24432.1.2材料的结构-①宏观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造

材料内部基本上无孔隙，结构致密。

强度和硬度较高，吸水性小，抗渗和抗冻性较好，耐磨性较好，绝热性差。如钢材、天然石材、玻璃。2026/1/24442.1.2材料的结构-①

宏观结构

内部存在大体上呈均匀分布的独立的或部分相通的孔隙，含孔率较高。

决定于孔隙的特征、多少、大小及分布情况。

一般来说，这类材料的强度较低，抗渗性和抗冻性较差，绝热性较好。密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造2026/1/24452.1.2材料的结构-①

宏观结构

微孔结构是指具有微细孔隙的结构。如砖瓦、低温烧结黏土制品。密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造2026/1/24462.1.2材料的结构-①

宏观结构

指由骨料与具有胶凝性或黏结性物质胶结而成的结构。例如，水泥混凝土、砂浆、沥青混合料等。密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造水泥混凝土砂浆2026/1/24472.1.2材料的结构-①

宏观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造

指由天然或人工合成纤维物质构成的结构。可做保温隔热和吸声材料，这类材料一般情况下，平行纤维方向的强度较高，导热性较好。

例如，木材、竹材、玻璃纤维、石棉等。例如木材、玻璃钢、岩棉、GRC（玻璃纤维增强混凝土）制品等。竹的纤维构造2026/1/24482.1.2材料的结构-①宏观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造

天然或采用人工粘结的方法，将材料叠合成层状的结构，其每一层的材料性质不同，但叠合后材料的综合性质较好，可以显著提高材料的强度、硬度、绝热或装饰等性质，扩大其使用范围。如胶合板、纸面石膏板、塑料贴面板等。胶合板的层状构造纸面石膏板的层状构造2026/1/24492.1.2材料的结构-①

宏观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造

呈松散颗粒状的材料，有密实颗粒与轻质多孔颗粒之分。

前者如砂子、石子等，因其致密，强度高，适合做承重的混凝土骨料。后者如陶粒、膨胀珍珠岩等，因具多孔结构，适合做绝热材料。石子陶粒2026/1/24502.1.2材料的结构-①宏观结构密实构造多孔构造微孔结构堆聚结构纤维构造层状构造散粒构造纹理构造

天然材料在生长或形成过程中，自然造成的天然纹理，如木材、大理石、花岗石等板材，或人工制造材料时特意造成的纹理，如瓷质彩胎砖、人造花岗石板材等。

拥有纹理结构的装饰材料，在设定基调、增加深度和提升空间的整体美感方面发挥着至关重要。大理石的纹理结构瓷质彩胎砖2026/1/24512.1.2材料的结构-②细观结构细观结构是指可用光学显微镜观察到的结构，也称为亚微观结构，是介于宏观和微观之间的结构，其尺度范围可达到微米级。如钢材的铁素体、渗碳体和珠光体、天然岩石的矿物、晶体颗粒、非晶体组织、木材的木纤维、导管、髓线和树脂道等显微组织，以及混凝土的裂缝等。

在亚微观结构层次上，材料各种组织的性质是各不相同的，这些组织的特征、数量、分布，以及界面之间的结合情况等，都对建筑材料的整体性质起着重要的作用。2026/1/24522.1.2材料的结构-③微观结构宏观结构细观结构微观结构晶

体玻璃体胶

体质点呈周期性排列的固体，有固定的熔点、沸点、稳定性。质点在空间上呈非周期性变化的固体，是高温熔融，急冷得到的无定形物，没有固定的熔点、沸点，化学上不够稳定。物质以极小的颗粒（1-100nm）分散在介质中形成的分散体系，比表面积大，粘结强度大，吸附性强。2026/1/24532.1.2材料的结构-③微观结构晶体：格子构造周期性排列，各向异性，固定熔点、沸点，对称性。由中性原子以共价键结合而成的晶体，一般都具有很高的熔点，有些被选为耐火材料。原子晶体（如金刚石）有很高的硬度。原子晶体：离子晶体：分子晶体：金属晶体：由正、负离子以离子键结合而成的晶体。离子晶体一般有较高的熔点、沸点。因而MgO、Al2O3等常用作耐高温材料。2026/1/24542.1.2材料的结构-③微观结构晶体：格子构造周期性排列，各向异性，固定熔点、沸点，对称性。由极性分子或非极性分子以范德华力（分子键）结合而成的晶体，如冰。原子晶体：离子晶体：分子晶体：金属晶体：由金属离子以金属键结合而成的晶体，如钢、铝合金等。2026/1/24552.1.2材料的结构-③微观结构玻璃体：质点在空间上呈非周期性变化的固体，是高温熔融，急冷得到的无定形物，没有固定的熔点、沸点，化学上不够稳定。常见的玻璃体有玻璃、釉、塑料等。熔体玻璃体加热内能晶体加热缓冷急冷相互转变及能量关系示意图当熔体转变为玻璃体时，放出的能量少于结晶热。所以玻璃体和晶体相比，含有过剩内能，因此玻璃态是一种介稳状态。2026/1/24562.1.2材料的结构-③微观结构化学反应是破坏作为反应物的化学物质的化学键，重新建立新的化学键从而形成新的化学物质的过程。玻璃态物质的化学活性玻璃态处于介稳状态，含过剩内能，具活性，有助于化学反应。建筑材料中涉及到的玻璃态物质火山灰

pozzolana粉煤灰

flyash粒化高炉矿渣

granulatedblast-furnaceslag2026/1/24572.1.2材料的结构-③微观结构胶体：胶体是指物质以极微小的质点（粒径为1~100μm）分散在介质中所形成的结构。与晶体和玻璃体相比，胶体结构的强度较低，变形较大。胶体的分散质颗粒细小，使其具有吸附性、黏结性。根据分散质与分散介质的相对比例不同，胶体结构可分为溶胶、溶凝胶和凝胶。2026/1/24582.1.3材料的构造材料的构造：建筑材料的构造是指具有特定性质的材料结构单元的相互搭配情况。与结构相比，更强调相同材料或不同材料间的搭配与组合关系。

例如：木材的木纤维管胞按不同形态和方式搭配和组合，形成不同种类的木材，决定了各种木材具有不同的物理力学性质；具有特定构造的节能墙板，因其是由不同性质的材料经一定组合搭配而成的复合材料，故具有良好的隔热保温、隔声、防火抗震、坚固耐久等功能和性质。2026/1/2459第二章材料的基本性质123材料的基本组成、结构和构造材料的性质建筑材料的耐久性CONTENTS2026/1/24602.2.1材料的基本物理性质-密度（1）密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量。式中，ρ—材料的密度，g/cm3；

m—材料的质量（干燥至恒重），g；

V—材料在绝对密实状态下的体积，cm3。

所谓绝对密实状态下的体积，是指不包括材料内部孔隙的固体物质的实体积。2026/1/2461

密度的测定2.2.1

材料的基本物理性质-密度有孔隙的材料：如砖、混凝土磨成细粉（通过0.2mm或900孔/cm2方孔筛），用李氏密度瓶测量V（排水法）。近于绝对密实的材料：如金属、玻璃等，测量几何体积－称重－代入公式中计算。2026/1/2462（2）表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量。按下式计算：式中，ρo—材料的表观密度，kg/m3

或g/cm3；

m—材料的质量（未说明时，为气干），kg或g；

Vo—表观体积（未说明时，含闭口和开口孔），m3或cm3。2.2.1

材料的基本物理性质-表观密度体积密度：包含内部闭口孔和开口孔未特别说明时，表观密度是气干的体积密度视密度：仅包含内部闭口孔2026/1/2463自然状态下的体积－是指包含材料内部孔隙在内的体积。表观密度的测量对形状规则的材料：

烘干→量测几何体积→称重→代入公式计算

对形状不规则的材料：

烘干→称重m→封蜡→空气中称重m1→水中称重m22.2.1

材料的基本物理性质-表观密度2026/1/2464（3）堆积密度：是指单位体积（含物质颗粒固体及其闭口、开口孔隙体积及颗粒间空隙体积）物质颗粒的质量，有紧堆积密度及松堆积密度之分。式中，ρo’—堆积密度，kg/m3；

m—材料的质量（未说明时，气干状态），kg；

V’o—材料的堆积体积，m3。V0'＝V+Vop+Vcl＋V空2.2.1

材料的基本物理性质-堆积密度2026/1/2465材料的堆积体积包括材料绝对体积、内部所有孔体积和颗粒间的空隙体积。反映的散粒构造材料堆积的紧密程度及材料可能的堆放空间。其测定方法在实验部分有专门介绍。测定散粒材料的体积可通过已标定容积的容器计量而得。测定砂子、石子的堆积密度即用此法求得。若以捣实体积计算时，则称紧密堆积密度。密度、表观密度（体积密度）和堆积密度既有联系又有差别。由于大多数材料或多或少均含有一些孔隙，故一般材料的表观密度总是小于其密度，密度并不能反映材料的性质，但可以大致了解材料的品质，并可用来计算材料的孔隙率；表观密度建立了材料自然体积与质量之间的关系，可用来计算材料的用量、构件自重等；堆积密度可用于确定材料堆放空间、运输车辆等。2.2.1

材料的基本物理性质2026/1/2466（4）密实度，材料体积内被固体物质充实的程度。按下式计算：（5）孔隙率，材料体积内，孔隙体积所占的比例。按下式计算：

即：D+P=1或密实度+孔隙率=12.2.1

材料的基本物理性质-密实度、孔隙率孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度，对物理、力学性质均有影响。材料内部孔隙的构造，可分为连通的与封闭的两种。连通孔隙不仅彼此贯通且与外界相通，而封闭空隙则不仅彼此不连通而且与外界隔绝。孔隙按尺寸分为极微细孔隙、细小孔隙、较粗大孔隙。孔隙的大小及其分布、特征对材料的性能影响较大。或2026/1/2467

或

（7）空隙率是散粒材料堆积体积中，颗粒之间的空隙体积所占的比例。按下式计算：

（6）填充率是散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。按下式计算：2.2.1

材料的基本物理性质-填充率、空隙率

或

即：D’+P’=1或填充率+空隙率=1。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒相互填充的致密程度。空隙率可作为控制混凝土骨料级配与计算含砂率的依据。常用材料的密度、表观密度、堆积密度及空隙率如下表所示：2026/1/2468【例题】已知卵石的表观密度为2.6g/cm3，把它装入一个2m3的车厢内，装平时共用3500kg，求该卵石的空隙率。若用堆积密度为1500kg/m3的砂子，填充上述车内卵石的全部空隙，共需砂子多少千克？

答案卵石的空隙率为32.7%1立方米填充砂填充满车内卵石共需砂：2×490.5＝981kg2.2.1

材料的基本物理性质2026/1/24692.2.2与水有关的性质-亲水性、憎水性润湿边角:材料与水接触时，材料、水以及空气三相的交点处，作沿水滴表面的切线，切线与材料和水接触面的夹角θ，称为润湿边角。亲水性材料θ≤90°完全亲水材料θ＝180º憎水性材料θ>90º水在亲水性材料的表面是自动散开和铺展，并自发地润湿表面。无机材料一般是亲水性，如：砖、石材、混凝土、钢材水在憎水性材料的表面有自动收缩成珠的趋势，不能润湿材料的表面。有机材料一般是憎水性，

如：沥青、石蜡等，对工程防水有利。

2026/1/24702.2.2

与水有关的性质-吸水性、吸湿性材料与水接触吸收水分的性质称为吸水性。

材料的吸水性用吸水率表示。材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。

材料的吸湿性用平衡含水率表示。

材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关：

材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。2026/1/24712.2.2

与水有关的性质-吸水性、吸湿性材料吸水饱和时的含水率称为吸水率。例：100g土中含水20g，该土的含水率为20％，对吗？（X）

25％吸水性也可以用体积吸水率表示，即材料吸入水的体积占材料自然状态体积的百分率。材料在一定温度和湿度下的空气中吸附水分的能力称为吸湿性，用含水率表示，即吸湿作用一般是可逆的，最后与空气湿度达到平衡，称为平衡含水率。保温材料吸湿后，将大大降低保温隔热性能，要特别注意采取有效防护措施。木材的吸湿性特别明显。2026/1/24722.2.2

与水有关的性质-吸水性、吸湿性思考？

1、为什么房屋一楼潮湿？2、如何解决？1、地下水沿材料毛细管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处理材料的吸水性与材料的孔隙率和孔隙特征有关。对于细微连通孔隙，孔隙率愈大，则吸水率愈大。闭口孔隙水分不能进去，而开口大孔虽然水分易进入，但不能存留，只能润湿孔壁，所以吸水率仍然较小。各种材料的吸水率很不相同，差异很大，如花岗岩的吸水率只有0.5％～0.7％，混凝土的吸水率为2％～3％，粘土砖的吸水率达8％～20％，而木材的吸水率可超过100％。2026/1/24732.2.2

与水有关的性质-吸水性、吸湿性【作业】某材料密度为2.60g/cm3，表观密度为1600kg/m3，现将一重为954g的该材料浸入水中，吸水饱和后取出称重为1086g，试求该材料的孔隙率、质量吸水率、开口孔隙率和闭口孔隙率。质量吸水率为【答】该材料的孔隙率为954克绝干材料的体积是596.25cm3，其中中含水132cm3

，∴开口孔隙率为22.14%闭口孔隙率为Pb=P－Pk=38.5%－22.14%=16.36%开口孔隙率就是体积吸水率2026/1/2474材料的耐水性：抵抗水的破坏作用的能力，用软化系数Kp表示，即：2.2.2

与水有关的性质

-耐水性材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa材料在干燥状态的抗压强度，MPaKp值越小，材料的耐水性越差。水对材料的破坏作用定向吸附，劈裂破坏；吸水膨胀，开裂破坏；物质溶解，孔隙增大。材料的软化系数的范围在0～1之间。用于水中、潮湿环境中的重要结构材料，必须选用软化系数不低于（≥）0.85的材料。用于受潮湿较轻或次要结构的材料，则不宜小于0.70～0.85。通常软化系数大于等于0.85的材料称为耐水材料。2026/1/24752.2.2与水有关的性质

-抗渗性抗渗性—材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力指标1，渗透系数K：K=(Q/F·t)·(d/H)式中：Q—透水量(cm3)；H—静水压头(cm)；t—时间(h)：d—试件厚度；

F—透水面积对一些抗渗、防水材料，如油毡、瓦、水工沥青混凝土等，其防水性用渗透系数K表示。砂浆、混凝土材料的抗渗性用抗渗等级。指标2，抗渗等级P：P=10H（式中：H—试件开始渗水时的压力，MPa）

材料在标准试验方法下进行透水试验，以规定的试件在透水前所能承受的最大水压力来确定的。渗透系数（越大，越小？）抗渗等级（越大，越小？）混凝土抗渗性越好2026/1/24762.2.2与水有关的性质

-抗渗性抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。大孔且连通孔将使抗渗系数降低。引气混凝土的抗渗性很差？思考憎水性和亲水性材料，谁的抗渗性好？当材料两侧存在不同水压时，一切破坏因素(如腐蚀性介质)都可通过水或气体进入材料内部，然后把所分解的产物代出材料，使材料逐渐破坏，如地下建筑、基础、压力管道、水工建筑等经常受到压力水或水头差的作用，故要求所用材料具有一定的抗渗性。抗渗性影响材料的其它耐久性性能。耐水性耐化学腐蚀性抗冻性2026/1/24772.2.2与水有关的性质

-抗冻性定义：饱水状态下，材料抵抗冻融循环破坏作用的能力指标：抗冻等级Fn，材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数，次数愈多，等级越高，如F25、F50。抗冻性的影响因素材料内部的孔隙率与孔隙特征、孔隙内的饱水程度、材料强度与韧性、环境温度变化常用的两个参数是：质量损失率(不超过5%)

强度损失率(不超过25％)

根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定抗冻等级。烧结普通砖、陶瓷面砖、轻混凝土等墙体材料，一般要求其抗冻标号为F15或F25；用于桥梁和道路的混凝土应为F50、F100或F200。水工混凝土要求高达F500。2026/1/24782.2.3材料的热工性质-导热性材料的导热性：指材料传导热量的性质。用导热系数

表示，单位厚度的材料，当两个相对侧面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积的热量。即：Q传导的热量（J）、d材料的厚度（m）A材料的传热面积（m2）、t热传导时间（s）T1、T2—材料两侧的温度（K）λ值越小，说明材料的导热性越差

材料的导热性受材料的物质构成、孔隙率、孔隙特征、含水率及热流方向等因素影响。绝大多数建筑材料的导热系数为0.029~3.49W/(m·K)。

建筑工程中，一般把λ值小于0.23W/(m·K)的材料称为绝热材料。

2026/1/24792.2.3材料的热工性质-热容量热容量：指材料加热时吸收热量、冷却时放出热量的性质。热容量用比热（又称比热容）表示，1g材料温度升高或降低1K时，所吸收或放出的热量称为比热。比热的计算式为：不同材料的比热不同，即使是同一种材料，由于所处的物态不同，比热也不同

进行建筑设计时，应选用导热系数较小而热容量较大的材料，以保持建筑物室内温度的稳定性。同时，导热系数也是工业窑炉热工计算和确定冷藏库绝热层厚度的重要数据。材料的比热与质量的乘积为材料的热容量值：水的比热通常为4.186kJ/(kg·K)，而结冰后比热为2.093kJ/(kg·K)2026/1/24802.2.3材料的热工性质-热阻、导温系数热阻：是指材料层厚度δ与导热系数λ的比值，符号为R。其值R=δ/λ，单位为m2·K/W，它表明热量通过材料层时所受到的阻力。在同样的温差条件下，材料的热阻越大，通过材料层的热量越少。在多层平壁导热条件下，平壁的总热阻等于各单层材料的热阻之和。导温系数：也称热扩散率，是材料的一种热物理性质，表示材料被加热或冷却时，其内部温度趋于一致的能力。导温系数越大，表明材料内部的温度分布趋于均匀越快。其值可按下式计算。式中—材料的导温系数（m2/s）；ρ—材料的密度（kg/m3）；导热系数越大，在相同的温度梯度下能传导的热量越多。分母是单位体积的物体温度升高1K所需的热量。越小，温度升高1K所吸收的热量越小，可以剩下更多热量继续向物体内传递，能使物体各点的温度更快地随界面温度升高而升高。2026/1/24812.2.3材料的热工性质-热阻、导温系数【案例】

气凝胶因其含有2~50nm的极小孔径，使它的导热率低于空气，因此拥有优于空气的热阻优势。

气凝胶的阻热原理是其独立的结构带来的无对流效应、无穷多遮挡板效应、无穷长路径效应。

气凝胶的导热系数比传统的隔热材料低得多，其隔热的原理在于均匀致密的纳米孔及多级分形孔道微结构可以有效阻止空气对流，降低热辐射和热传导。2026/1/24822.2.3材料的热工性质-耐燃性耐燃性：是指材料对火焰和高温的抵抗能力，是影响建筑物防火、建筑结构耐火等级的一项重要因素。

不燃材料

难燃材料

可燃材料遇明火或高温不起火、不微燃、不碳化的材料，如混凝土、钢铁、砖、玻璃、石等。遇明火或高温难起火、难微燃、难碳化，仅在火焰存在时能继续燃烧或微燃，移走火源后立即停止燃烧的材料，如水泥刨花板、纸面石膏板、铝箔复合材料、经防火处理的木材等。遇明火或高温立即起火或微燃，且在移走火源后能继续燃烧或微燃的材料，如沥青、木材、玻璃钢、聚乙烯、聚氨酯、化纤织物等。使用可燃材料时，应做防燃处理。《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB8624-2012）将建设工程中使用的建筑材料、装饰装修材料及制品的燃烧性能分为A级（不燃材料）、B1级（难燃材料）、B2级（可燃材料）和B3级（易燃材料）4个等级。2026/1/24832.2.4材料的力学性能-强度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。强度：在外力作用下，材料抵抗破坏的能力称为强度。也就是材料单位面积所能承受的极限荷载(MPa）。强度的分类：根据外力作用方式，有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度（或抗折强度）及抗剪强度等形式。基本概念2026/1/24842.2.4材料的力学性能-强度基本概念强度的计算：抗压、抗拉、抗剪强度可直接由下式计算：

式中，f——材料的抗压、抗拉或抗剪强度，MPa；

Fmax—材料破坏时的最大荷载，N；

A——受力截面面积，mm2。①简支梁中间作用一个集中荷载时，可用下式计算：强度的计算：抗弯强度

式中，fm—抗弯强度，MPa；

Fmax—弯曲破坏时的最大荷载,N；

b，h

—试件横截面的宽和高,mm。

L—两支点间的距离，mm。2026/1/24851.材料的组成、结构与构造：即使材料组成相同，构造不同，强度不同。2.孔隙率与孔隙特征：材料的孔隙率愈大，则强度愈小。一般表观密度大的材料，其强度也大。这些是材料的内部因素。3.试件的形状和尺寸：受压时，立方体试件的强度值要高于棱柱体试件的强度值，相同材料采用小试件测得的强度较大。4.加荷速度：当加荷速度快时，由于变形速度落后于荷载增长的速度，故测得的强度值偏高，反之，因材料有充裕的变形时间，测得的强度值偏低。5.试验环境的温度、湿度：温度高、湿度大时，试件会有体积膨胀，材料内部质点距离加大，质点间的作用力减弱，测得的强度值偏低。6.受力面状态：受力面的平整度，润滑情况等。试件表面不平或表面涂润滑剂时，所测强度值偏低。2.2.4材料的力学性能-强度影响强度的因素2026/1/2486建筑材料常根据极限强度的大小，划分为不同的强度等级或标号。GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规范：普通混凝土划分为十四个等级，即：C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。钢材：热轧带肋钢筋按照屈服强度特征值可分为400、500和600级，其牌号由HRB（HotrooledRibbedBars）+屈服强度特征值构成，相关知识将在第三章进行介绍。水泥：水泥的强度根据其抗压和抗折强度值划分为42.5、42.5R、52.5、52.5R、62.5、62.5R六个等级，将在第六章进行介绍。2.2.4材料的力学性能-强度强度等级2026/1/24872.2.4材料的力学性能-弹性、塑性

破坏，指当外力超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化。

变形，指在外力的作用下，材料通过形状改变吸收能量。根据变形特点，分弹性变形和塑性变形。材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化的性质。这些变化包括材料的破坏和变形。弹性变形与塑性变形的区别在于，前者为可逆变形，后者为不可逆变形。弹性塑性当外力消除后，材料能够完全恢复原来形状的性质当外力消除后，材料仍能保持变形后的形状尺寸且不出现裂缝的性质

钢材拉伸的应力－应变曲线

Strain()(e/Lo)41235Stress(F/A)弹性阶段塑性阶段应变硬化断裂极限拉伸强度

UTS斜率=E弹性区斜率=弹性模量屈服强度塑性区极限拉伸强度应变硬化断裂颈缩屈服强度

y断裂强度

F2.2.4材料的力学性能-弹性、塑性2026/1/24892.2.4材料的力学性能-脆性、韧性脆性：当外力达一定值时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显的塑性变形的性质。韧性：冲击或振动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏的性质。脆性与韧性是相对的挑战者号航天飞机灾难（1986年1月28日）低温使橡胶圈变脆而破坏，造成原本应该密封的固体火箭助推器内高压高热气体泄漏，最终导致高速飞行的航天飞机在高空解体。2026/1/2490硬度：材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。

刻画法：刻画法常用于矿物材料的测定，以滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、长石、石英、黄玉、刚玉和金刚石10种矿物作为标准划分硬度等级，即莫氏硬度（10级）。压入法：压入法用于测定金属材料、塑料、橡胶等材料的硬度。以一定压力将一定规格的钢球或由金刚石制成的尖端压入试样表面，根据压痕的面积或深度来测定硬度值，常用的硬度表示方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）。将在3.2.1进行较详细介绍。回弹法：回弹法用于测定混凝土表面的硬度，并可间接推算混凝土的强度，也可用于测定陶瓷、砖、砂浆、塑料、橡胶等材料的表面硬度和间接推算其强度。2.2.4材料的力学性能-硬度、耐磨性2026/1/24912.2.4材料的力学性能-硬度、耐磨性耐磨性：指材料表面抵抗磨损的能力，以磨损率来表示，按下式计算：材料的耐磨性与材料的组成结构及强度和硬度有关。一般来说，硬度大的材料，耐磨性较好，但不易加工。在建筑工程中，部分工程部位经常受到磨损，如道路路面、桥面、工业地面等，在选择材料时应适当考虑强度和耐磨性。N—材料的磨损率（g/cm2）；m1、m2—试件磨损前和磨损后的质量（g）；A—试件的受磨面积（cm2）。2026/1/2492第二章材料的基本性质123材料的基本组成、结构和构造材料的性质建筑材料的耐久性CONTENTS2026/1/24932.3.1建筑材料的耐久性-影响因素耐久性：材料长期使用过程中，在环境因素作用下，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质，称为材料的耐久性。在建筑材料的使用过程中，除内在原因使其组成结构或性能发生变化以外，使用环境中各种自然因素的作用，包括物理作用、化学作用和生物作用，也对其起到一定程度的作用。物理作用化学作用生物作用

包括冷热变化、干湿变化、冻融变化等。这些变化会使材料体积发生一定的收缩或膨胀，或产生内应力，造成材料内部裂缝扩展，久而久之，材料逐渐发生破坏。包括大气和环境水中的酸、碱、盐等溶液或其他有害物质对材料的侵蚀作用，以及日光等对材料的作用。这些作用使材料逐渐发生质变、恶化而破坏。包括环境中存在的昆虫或菌类等的侵害作用。这些作用会导致材料发生虫蛀、腐朽等而破坏。

总的来说，要根据材料所处的结构部位和使用环境等因素综合考虑其耐久性，并根据各种材料的耐久性特点合理地选用材料。2026/1/24942.3.2建筑材料的耐久性-提高措施为了提高材料的耐久性，延长建筑的使用寿命和减少维修费用，可根据使用情况和材料特性采取相应的措施。例如，设法减轻大气或周围介质对材料的破坏作用（降低湿度，排除腐蚀性物质等）；提高材料本身对外界作用的抵抗性（提高材料的密度，采取防腐措施等），也可用其他材料保护主体材料免受破坏（覆面、抹灰、刷涂料等）。2026/1/24952.3.2建筑材料的耐久性-提高措施【案例】以港珠澳大桥为例，主体结构有120年设计使用寿命。耐久性设计是一项系统工作，与结构、材料、工艺设计密切相关，且贯穿于建造、运营维养全过程，集宏观和细节为一体，系统庞大、内容繁杂.港珠澳大桥的主要的耐久性措施有：a.钢管复合桩采用高性能环氧涂层和牺牲阳极阴极保护联合防护。b.预制构件下节段墩身全部钢筋采用高性能双层环氧树脂涂层钢筋，中、上墩身外层钢筋及其拉筋、支座垫石钢筋采用高性能单层环氧树脂涂层钢筋；现浇混凝土构件对索塔下塔柱及下横梁的外层钢筋及其露头的拉筋、各类支座（阻尼装置）垫石采用耐海洋腐蚀不锈钢钢筋。不锈钢筋的绑扎钢丝采用直径1.2mm柔软的不锈钢丝。c.预制墩身内外表面、索塔、承台外表面均采用硅烷浸渍。d.所有钢结构均进行油漆涂装防腐。其中，钢箱梁外表面采用“环氧富锌底漆+环氧云铁中间漆+氟碳面漆”体系，内表面采用“环氧富锌底漆+环氧厚浆漆+除湿系统”体系。第三章

建筑钢材新型建筑材料2026/1/2497第三章建筑钢材1234钢的生产与分类建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的品种与选用钢材防火与防锈CONTENTS2026/1/2498第三章建筑钢材钢的生产与分类建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的品种与选用钢材防火与防锈CONTENTS12342026/1/24993.1.1钢的生产（1）钢的冶炼钢是由生铁冶炼（Smelting）而成的。钢和生铁的主要成分都是铁和碳，其主要区别在于含碳量不同。炼钢的原理就是通过将熔融的生铁进行氧化，使碳的含量降低到预定范围内，使其他杂质的含量降低到允许范围内。

2026/1/241003.1.1钢的生产

常用的炼钢方法主要有氧气转炉法、平炉法和电炉法（高炉冶铁技术）三种，以下为其特点：

2026/1/241013.1.1钢的生产

推动行业的绿色转型和可持续发展具有不可或缺的作用。新型低碳冶炼技术主要有：①以氢代碳②竖炉铁焦③煤气循环④气基竖炉直接还原法⑤核能制氢炼钢技术⑥碳捕集和封存技术

高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室富氢低碳冶炼热模拟实验系统2026/1/241023.1.1钢的生产（2）钢的铸锭将冶炼好的钢液注入锭模，冷凝后便形成柱状的钢锭（钢坯），此过程称为钢的铸锭（Foundry）。钢在冶炼过程中，由于氧化作用使部分铁被氧化，多余氧化铁的存在，会使钢的质量变差。钢液在铸锭之前须进行脱氧处理。常用的脱氧剂有锰铁、硅铁和铝锭等，其中以铝锭的脱氧效果为最好。2026/1/241033.1.1钢的生产（3）压力加工钢液在铸锭冷却过程中，由于内部某些元素在铁的液相中的溶解度高于固相，使这些元素向凝固较迟的钢锭中心聚集，导致化学成分在钢锭截面上分布不均匀，这种现象称为化学偏析。目前普遍认为，硫、磷等元素的存在是导致偏析的最主要原因之一。偏析现象对钢材质量影响很大。2026/1/241043.1.1钢的生产（3）压力加工

除化学偏析外，在钢锭中往往还会有缩孔、气泡、晶粒粗大，组织不致密等缺陷存在，为了保证钢的质量并满足工程需要，钢锭须再经过压力加工（PressedWork），轧制成各种型钢和钢筋后才能使用。压力加工可分为热加工和冷加工两种。（1）热加工：将钢锭重新加热至一定温度，使其呈塑性状态，再施加压力改变其形状，称为热加工。2026/1/241053.1.1钢的生产（3）压力加工（2）冷加工：钢材在常温下进行的压力加工称为冷加工。冷加工的方式很多，有冷拉、冷拔、冷轧，冷扭、冲压等。钢筋冷拔示意图2026/1/241063.1.2钢的分类1.按脱氧程度分类（1）沸腾钢（F）：沸腾钢是脱氧不完全的碳素钢。经脱氧处理之后，在钢液中尚存有较多的氧化铁。

当钢液注入锭模后，氧化铁与碳继续发生反应，生成大量CO气体，气泡外逸引起钢液“沸腾”，故称沸腾钢。2026/1/241073.1.2钢的分类1.按脱氧程度分类（2）镇静钢（Z）：镇静钢是脱氧完全的碳素钢，一般先用锰铁、后用硅铁、最后用铝进行脱氧或单用强脱氧剂进行脱氧，由于钢中的氧已很少（<0.01%），因此当钢水浇铸在钢锭模内时呈静止状态，即没有碳和氧化铁产生一氧化碳的沸腾现象，所以称镇静钢。2026/1/241083.1.2钢的分类1.按脱氧程度分类（3）特殊镇静钢（TZ）:特殊镇静钢的脱氧程度比镇静钢还要充分彻底，其质量一般是最好的。在建筑领域，特殊镇静钢主要用于特别重要的结构工程。硅镇静钢(用Si+Mn脱氧)1硅铝镇静钢(Si+Mn+少量Al脱氧)2铝镇静钢(用过剩Al>0.01%)32026/1/241093.1.2钢的分类2.按化学成分分类

碳素钢（CarbonSteel）的化学成分主要是铁，其次是碳，故也称铁碳合金，其中碳含量对钢的性质影响显著。碳素钢合金钢（AlloySteel）是在碳素钢的基础上增加适量的一种或多种合金元素（如硅，锰，钛、钒等）后冶炼而成的。合金元素的掺量虽少，但却能显著地改善钢的力学性能和工艺性能，同时还可使钢获得某种特殊的理化性能。0102合金钢

按照含碳量不同，碳素钢可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。低碳钢含的碳量<0.25%，其硬度低、塑性好中碳钢的含碳量为0.25%~0.60%，其热加工及切削性能良好，焊接性能较差。高碳钢含碳量>0.60%，有着较高的弹性极限。

按照合金元素含量不同，合金钢又可分为：低合金钢，合金元素总含量小于5%；中合金钢，合金元素总含量为5%~10%；高合金钢，合金元素总含量≥10%。2026/1/241103.1.2钢的分类3.按有害杂质含量分类和用途分类0102普通钢S≤0.050%，P≤0.045%0304优质钢S≤0.035%，P≤0.035%高级优质钢S≤0.025%，P≤0.025%特级优质钢S≤0.015%，P≤0.025%2026/1/241113.2.1力学性能4.按用途的不同分类结构钢：指主要用于工程结构及机械零件的钢，一般为低碳钢或中碳钢.工具钢：指主要用于各种工具、量具及模具的钢，一般为高碳钢。特殊钢：具有特殊物理，化学或机械性能的钢，如不锈钢、耐热钢，耐酸钢，耐磨钢、磁性钢等，一般为合金钢。2026/1/24112第三章建筑钢材钢的生产与分类建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的品种与选用钢材防火与防锈CONTENTS12342026/1/241133.2.1力学性能1.抗拉性能

拉伸是建筑钢材的主要受力形式，所以抗拉性能是钢材最为重要的力学性能指标之一。

通过低碳钢轴向拉伸实验，观察实验过程中应力（σ）-应变（ε）曲线，可以更好地理解钢材抗拉性能的特征指标和变化规律。

低碳钢轴向拉伸实验的主要仪器有万能试验机(精度1%)、游标卡尺（0.1mm以上的分辨率）、千分尺、标距仪等。2026/1/241143.2.1力学性能万能试验机游标卡尺千分尺标距仪2026/1/241153.2.1力学性能应力-应变曲线可分为弹性阶段（OA）、屈服阶段（AB）、强化阶段（BC）和颈缩阶段（CD）四个阶段。低碳钢受拉时的应力-应变图2026/1/241163.1.2钢的分类弹性阶段（OA）在OA段，荷载较小，此时如卸去荷载，试件将恢复原状，表明此阶段的变形为完全的弹性变形，因此称OA段为弹性阶段。屈服阶段（AB）应力与应变不再保持正比关系而成锯齿形变化，应力的增长明显滞后于应变的增加，钢材内部暂时失去了抵抗变形的能力，这种现象称为屈服，因此称AB段为屈服阶段。强化阶段（BC）经过屈服阶段，钢材内部组织结构发生了变化，建立了新的平衡，使之抵抗塑性变形的能力重新提高而得到强化，应力-应变曲线开始继续上升直至最高点C。应力达到最高点C之后，变形主要集中于试样的某一局部区域，该处横截面面积急剧减小，即颈缩现象。颈缩与断裂阶段（CD）2026/1/241173.2.1力学性能钢材的颈缩现象钢材试件拉断前后的示意图

断面收缩率越大，钢材的塑性也就越好。2026/1/241183.2.1力学性能高碳钢受拉时的应力应变图

高碳钢的特点是抗拉强度高，塑性变形小，无明显的屈服平台。

通过拉伸试验，可以测得钢材的三项重要技术指标，即屈服点（σs）、抗拉强度（σb）和伸长率（δ）。2026/1/241193.2.1力学性能2.冲击韧性

冲击韧性是指钢材抵抗冲击荷载作用下的塑性变形和断裂能力。冲击韧性试验示意图2026/1/241203.2.1力学性能钢材冲击韧性与温度关系

钢材的冲击韧性随温度的降低而下降，其变化规律是开始时下降缓和，当温度降低到某一范围时，突然下降很多而成脆性，这种现象称为钢材的冷脆性，此时的温度称为脆性临界温度。它的数值越低，钢材的低温冲击性能越好。2026/1/241213.2.1力学性能泰坦尼克号南极科考昆仑站雪龙2号极地考察船2026/1/241223.2.1力学性能3.疲劳强度在反复交变荷载作用下，结构工程中所使用的钢材往往会在应力远低于其抗拉强度的情况下，发生突然破坏，这种现象称为钢材的疲劳破坏。疲劳破坏一般存在低于屈服应力，周期性载荷，裂纹扩展，局部应力集中的特点。测定疲劳强度时，应根据结构使用条件确定采用的应力循环类型（如拉-拉型、拉-压型等），应力特征值（最小与最大应力之比）和周期基数。2026/1/241233.2.1力学性能4.硬度

硬度是指钢材抵抗硬物压入表面的能力，它是衡量钢材软硬程度的一个指标。测定钢材硬度的方法很多，主要有布氏法、洛氏法和维氏法等。布氏硬度实验洛氏硬度试验2026/1/241243.2.1力学性能根据硬度值的大小，可以判定钢材的软硬程度，据此还可以估计钢材的抗拉强度。实验证明，当碳素钢的硬度HB≤175时，其抗拉强度σb≈0.36HB；当HB>175时，σb≈0.35HB。钢材的硬度应是适度的，并不是硬度越高，性能越好。在实际工程应用中要选择合适钢材来满足工程要求。2026/1/241253.2.2工艺性能1.冷弯性能

冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力，以弯曲角度（α）及弯心直径对试件厚度（或直径）的比值（d/a）来表示。冷弯试验示意图2026/1/241263.2.2工艺性能冷弯弯心直径的规定

各种钢材按规定的弯曲角度和弯心直径进行冷弯试验后，如在试件的弯曲处未发生裂纹，裂断或起层现象，即认为冷弯性能合格。2026/1/241273.2.2工艺性能2.冷加工性能及时效

将钢材于常温下进行各种加工（包括冷拉，冷拔、冷轧，冷扭，刻痕等），使之产生塑性变形，从而提高其屈服强度，称为冷加工强化。

冷拉是在施工现场经常采用的一种冷加工方法。将钢筋一端固定，利用冷拉设备对其另一端进行张拉，使其伸长。

冷拔是预制构件厂经常采用的另一种冷加工方法。将热轧圆盘条通过硬质合金拔丝模孔，进行强力拉拔，使其伸长变细。2026/1/241283.2.2工艺性能2.冷加工性能及时效冷拉时效前后应力-应变图变化

钢材经冷拉时效后，其屈服强度将得到进一步提高（由K点提高到K1点），同时抗拉强度也得到了相应提高（由C点提高到C1点），但塑性和韧性则进一步降低。2026/1/241293.2.3焊接性能

焊接连接是钢结构的主要连结方式，在工业与民用建筑的钢结构中，焊接结构占90%以上。

建筑钢材的焊接方法最主要的是钢结构焊接用的电弧焊和钢筋连接用的电渣压力焊。电弧焊示意电渣压力焊

1-钢筋2-铁丝圈3-焊剂4-焊剂筒2026/1/241303.2.3焊接性能对性能最有影响的缺陷是裂纹、缺口、塑性和韧性的下降。焊件的质量主要取决于选择正确的焊接工艺和适当的焊接材料，以及钢材本身的可焊性。钢材的可焊性是指钢材是否适应用通常的方法与工艺进行焊接的性能。选择焊接结构用钢，应注意选含碳量较低的氧气转炉或平炉镇静钢。对于高碳钢及合金钢，为了改善其可焊性，焊接时一般需要采用焊前预热及焊后热处理等措施。焊接质量的检验方法主要有取样试件试验和原位非破损检测两类。2026/1/24131第三章建筑钢材钢的生产与分类建筑钢材的主要技术性能建筑钢材的品种与选用钢材防火与防锈CONTENTS12342026/1/241323.3.1钢结构用钢材1.碳素结构钢材（1）牌号及表示方法碳素结构钢的牌号由屈服点符号、屈服点数值、质量等级符号及脱氧程度符号四个部分按顺序组成，每两部分之间以“—”相连。具体表述如下：X1X2—X3X4X1—屈服点符号，以“屈”字汉语拼音首位字母“Q”来表示；X2—屈服点数值，分195、215、235、255、275五种，单位N/mm2；X3—质量等级符号，按钢中硫、磷有害杂质含量由多到少分为A、B、C、D四级，钢的质量随A、B、C、D顺序在逐级提高；X4—脱氧程度符号，有F、Z、TZ三种，分别代表沸腾钢、镇静钢和特殊镇静钢。在牌号中，Z和TZ符号可予以省略。2026/1/241333.3.1钢结构用钢材1.碳素结构钢材（2）技术要求

碳素结构钢的技术要求主要包括牌号和化学成分、冶炼方法、交货状态、力学性能及表面质量五个方面。各牌号钢的化学成分、力学性能（含拉伸和冲击试验）、冷弯性能指标应分别符合下表的要求。

碳素结构钢的冷弯性能2026/1/241343.3.1钢结构用钢材碳素结构钢的化学成分

（熔炼分析）碳素结构钢的力学性能2026/1/241353.3.1钢结构用钢材1.碳素结构钢材（3）不同牌号钢材性能及用途的比较：碳素结构钢随牌号的增大，含碳量在增加，屈服强度及抗拉强度在提高，但塑性、韧性以及冷弯性能则随之降低。

Q195，Q215两种牌号的钢，强度较低，但塑性及韧性较好，易于冷加工和焊接，故多用于受荷较小及焊接结构中，常用来制作钢钉、铆钉及螺栓。1Q275牌号的钢，强度较高，但塑性，韧性较差，可焊性较低，不易进行冷弯加工，可用来轧制带肋钢筋，制作螺栓配件，用于钢筋混凝土结构及钢结构中，但更多的是用于机械零件和工具中。2Q235牌号居中，既具有较高的强度，