建筑材料与检测（第三版）教学教案

《建筑材料与检测》（第三版）教案

课时分配表章序课程内容课时备注1建筑材料与检测概述22建筑的基本性质63建筑石材24气硬性胶凝材料45水泥106混凝土207建筑砂浆48墙体材料29建筑钢材810防水材料211建筑木材212建筑功能材料2总计64

第1课建筑材料与检测概述课题建筑材料与检测概述课时2课时（90min）。教学目标知识技能目标：了解建筑材料的含义与分类；了解建筑材料的发展趋势；掌握建筑材料标准的表示方法。思政育人目标：通过建筑材料的发展历史，培养学生严谨科学、公平公正、吃苦耐劳和钻研精神。教学重难点教学重点：建筑材料标准的表示方法教学难点：建筑材料标准的表示方法教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤（2min）--知识讲解（40min）--作业布置（3min）第2节课：知识讲解（40min）--课堂小结（3min）--作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图考勤（2min）■【教师】清点上课人数，记录好考勤■【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况知识讲解（40min）【教师】建筑材料与检测概述随着我国建筑业的不断发展，对建筑材料的质量和技术指标的要求越来越高，建材检测的技术也在不断提高。目前，市场上的建筑材料不仅种类繁多，性能各异，而且在工程结构中起到关键性的作用，材料的质量影响着建筑的质量。所以，每种材料在进场使用前都要进行抽样检测，严格按照施工程序进行，采取有效措施，保证材料的质量。因此，掌握建筑材料的性能，严把建筑材料检测关，对保障建筑制造行业平稳健康发展，对保障人民群众的生产安全和生活安全起到至关重要的作用。建筑材料的定义和分类建筑材料涉及面广泛，在概念上又没有明确而统一的界定。广义的建筑材料除包括构成建筑工程实体的材料之外，还包括两部分：一是施工过程中所需要的辅助材料，如脚手架、组合钢模板、安全防护网等；二是建筑器材，如给排水设施、电气设施等。而通常所指的建筑材料主要是构成建筑工程实体的材料，如水泥、混凝土、钢材、装饰材料、防水材料等，即狭义的建筑材料。（一）按化学成分分类根据材料的化学成分，建筑材料可分为无机材料、有机材料和复合材料3大类，详见表1-1。（二）按使用目的分类1、结构材料（建筑物骨架，如梁、柱、墙体等组合受力部分的材料）。如木材、石材、砖、混凝土及钢铁等。2、装饰材料（如内外装饰材料、地面装饰材料）。如瓷砖、玻璃、金属饰面板、轻质板、涂料、粘铺材料、壁纸等。3、隔断材料（以防水、防潮、隔声、隔热等为目的而使用的材料）。如沥青、嵌缝材料、玻璃及玻璃棉等。4、防火耐火材料（以提高难燃、防烟及耐火性等方面为目的而使用的材料）。如防火预制混凝土制品、石棉水泥板、硅钙板等；此外，还有兼顾防火耐火及隔断两方面功能的装饰材料。（三）按使用功能分类1、建筑结构材料：主要是指构成建筑物受力构件和结构所用的材料。2、墙体材料：主要是指建筑物内、外及分隔墙体所用的材料，有承重和非承重两类。3、建筑功能材料：主要是指担负某些特定功能的非承重用材料。二、建筑材料的作用和发展趋势1、作用建筑材料是建筑工程的物质基础。因此，作为一名建筑工程技术人员，无论是从事设计、施工工作还是从事管理工作，均必须掌握建筑工程材料的基本性能。建筑材料的发展赋予了建筑物以时代的特征和风格。新型建筑材料的诞生推动了建筑结构设计方法和施工工艺的变化，而新的建筑结构设计方法和施工工艺又对建筑材料的质量和品种提出了更高和多样化的要求。建筑材料的正确、节约、合理的运用直接影响到建筑工程的造价和投资。土建工程中建筑材料的费用占土建工程总投资的60%左右，因此，建筑材料的价格直接影响到建设投资。发展趋势1.绿色环保的建筑材料。2.高寿命经济型建筑材料。3.低能耗建筑材料。4.高性能材料。5.充分利用工业废渣及廉价原料生产建筑材料。通过学习建筑材料与检测的特点、分类与发展，让学生了解建筑材料与检测的重要性，从而产生学习兴趣。作业布置（3min）【教师】布置课后作业1、建筑材料按使用目的如何划分？请举例说明。2、简述建筑材料的发展趋势。通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（40min）【教师】三、建筑建筑材料的标准及检测（一）标准的分类1、国际标准国际标准是由国际标准化团体通过的标准。国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）是国际标准化领域中十分重要的组织。此外还有一些国际团体也制定了国际标准。国际标准对各国来说可以自愿采用，没有强制的含义，但往往因为国际标准集中了一些先进工业国家的技术经验，加之各国考虑外贸上的利益，从本国利益出发也往往积极采用国际标准。2、区域标准区域标准是由世界某一区域标准化团体通过的标准。这里的“区域”是指世界上按地理、经济或政治划分的区域，如欧洲标准就是欧洲这个区域的标准，它是为了某一区域的利益而建立的标准。国家标准我国的国家标准由国务院标准化行政主管部门制定。国家标准是国内各级标准必须服从且不得与之相抵触的标准。国家标准是一个国家的标准体系的主体和基础。4、行业标准我国的行业标准由国务院有关行政主管部门制定，并报国务院标准化行政主管部门备案，在公布国家标准之后，该项行业标准即行废止。行业标准主要针对没有国家标准而又需要在全国某个行业范围内规定统一的技术要求。目前行业标准的概念正在逐步被专业标准所取代。（二）我国标准代号1、国家标准：GB，GB/T2、行业（或部）标准：JC，JG3、地方标准：DB4、企业标准：QB我国标准由标准名称、部门代号、标准编号和颁布年份四部分组成。如：《通用硅酸盐水泥》GB175—2023，表示：2023年制定的国家强制性175号通用硅酸盐水泥标准。四、建筑材料检测的目的建筑材料检测就是根据有关标准的规定和要求，采取科学合理的检测手段，对建筑材料的性能参数进行测定的过程。建筑材料品种多样，性能各异，通过建筑材料检测，可以获得建筑材料性能参数，判断建筑材料的质量合格性，并据此判定建筑材料的正确使用。建筑材料检测是推动材料科技进步，合理选择使用建筑材料，降低生产成本，提高企业经济效益的有效途径。建筑材料检测是建筑类职业技术学院培养学生检测技能的重要环节之一，要求学生掌握常用建筑材料性能的检测方法。五、影响检测结果准确性的因素人的因素这里的“人”泛指参与检测试验工作的人员。但并非掌握了检测技术、具有良好的职业道德就能保证检测的准确性。人的因素是最不稳定的因素，这是因为人的精神状态是最易受到各种干扰影响的，体力也是会在不同情况下发生变化的。2、检测方法的因素工程质量检测对象种类繁多，检测方法存在许多局限性和难以克服的问题，客观上会造成检测结果出现比较大的分散性。3、检测设备的因素检测试验仪器设备与国家计量基准溯源的良好技术状态是非常重要的，国家对试验室（检测试验单位）计量认证规定的计量器具必须进行同期性的检定或核准，这是保证检测结果的准确性维持在规定范围内的基本要求。检测环境的因素检测活动都是在一定的环境条件下进行的。检测准确性的基本要求是检测环境的影响应该小于检测误差的影响。但是往往一些环境对检测结果的影响是很大的。【学生】思考、讨论。通过教师讲解，建筑建筑材料的标准分类与代号，影响检测结果准确性的因素课堂小结（3min）【教师】回顾和总结本节课的知识点。这节课我们一起学习了建筑材料的定义与分类，建筑材料的作用与发展趋势，建筑材料标准与检测，了解了建筑材料与检测的重要性。通过对所学知识的回顾，培养学生的归纳总结能力作业布置（2min）【教师】布置课后作业影响检测结果准确性的因素有哪些？通过课后练习，使学生巩固所学新知识教学反思建筑材料与检测的准确性是保证建筑质量的关键因素。

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课时分配表章序课程内容课时备注1建筑材料与检测概述22建筑的基本性质63建筑石材24气硬性胶凝材料45水泥106混凝土207建筑砂浆48墙体材料29建筑钢材810防水材料211建筑木材212建筑功能材料2总计64

第2课建筑材料的基本性质课题建筑材料的基本性质课时6课时（270min）。教学目标知识技能目标：掌握材料三种密度的区别和计算；掌握吸水率、含水率的计算，孔隙率和空隙率、耐水性、抗渗性、抗冻性的衡量指标。掌握材料强度的类型和计算；熟悉材料的弹性和塑性、脆性和韧性、硬度和耐磨性；熟悉耐久性的影响因素；能够根据工程特点选用合适性能的建筑材料；思政育人目标：通过建筑材料的基本性质学习，培养学生培养科学严谨、善于观察总结和表达的能力。教学重难点教学重点：建筑材料材料与水有关的性质和力学性质教学难点：建筑材料的力学性质教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤（2min）--知识讲解（40min）--作业布置（3min）第2节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第3节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第4节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第5节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第6节课：知识讲解（40min）--课堂小结（3min）--作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图考勤（2min）■【教师】清点上课人数，记录好考勤■【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况知识讲解（40min）【教师】建筑材料的基本性质建筑物是由各种建筑材料建筑而成的，这些材料在建筑物的各个部位要承受各种各样的作用，因此要求建筑材料必须具备相应性质。建筑材料的性质可归纳为如下几类：物理性质，包括基本物理性质及与各种物理过程（水、热作用等）有关性质；力学性质，材料在外力作用下的变形性质及强度；耐久性，材料抵抗外界综合因素影响的稳定性。任务一建筑材料的基本物理性质与质量有关的性质（一）密度1.实际密度实际密度（简称密度）是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量，按下式计算：式中，ρ——实际密度（g/cm³）；m——材料在干燥状态下的质量（g）；V——材料在绝对密实状态下的体积（cm³），是指不包括材料内部孔隙在内的固体物质的体积。2.表观密度表观密度（也称体积密度）是指材料在自然状态下单位体积的质量，按下式计算：ρ0=mv0式中，ρ0——表观密度（g/cm³或kg/m³）；m——材料的质量（g或kg）；v0——材料在自然状态下的体积（cm³或m³），即表观体积，包含材料内部孔隙（开口孔隙和闭口孔隙）在内。3.堆积密度堆积密度是指散粒（粉状、粒状或纤维状）材料在自然堆积状态下单位体积的质量，按下式计算：式中，ρ0′——堆积密度（g/cm³或kg/m³）；m——材料的质量（g或kg）；v0′——材料在自然堆积状态下的体积（cm³或m³），即堆积体积，包含颗粒内部的孔隙和颗粒之间的空隙。（二）密实度与孔隙率1.密实度密实度是指材料体内，被固体物质所充实的程度，即固体物质体积占总体积的百分率，用D表示，按下式计算：D=对于绝对密实材料，因，故D=1或D=100%；对于大多数建筑材料，因ρ0＜ρ，故D＜1或D＜100%。2.孔隙率孔隙率是指材料体内，孔隙体积占总体积的百分率，按下式计算：可得：孔隙率由开口孔隙率和闭口孔隙率两部分组成。开口孔隙率是指材料内部开口孔隙体积与材料在自然状态下体积的百分率，即能被水饱和的孔隙体积所占的百分率，按下式计算：式中，——材料的开口孔隙率（%）；——干燥状态下材料的质量（g）；——吸水饱和状态下材料的质量（g）；——水的密度（g/cm³）。闭口孔隙率是指材料总孔隙率与开口孔隙率之差，按下式计算：材料的密实度和孔隙率是从两个不同侧面反映材料密实程度的指标。建筑材料的许多性质都与其孔隙有关。这些性质除取决于孔隙率的大小外，还与孔隙的特征密切相关，如大小、形状、分布、连通与否等。通常开口孔能提高材料的吸水性、吸声性、透水性，降低其抗冻性、抗渗性；而闭口孔能提高材料的保温隔热性、抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性。提高材料的密实度，改变材料孔隙特征可以改善材料的性能。例如，提高混凝土的密实度，可以达到提高混凝土强度的目的；加入引气剂增加一定数量的闭口孔，可改善混凝土的抗渗性及抗冻性。（三）填充率与空隙率1.填充率填充率是指装在某一容器内的散粒材料，其颗粒填充该容器的程度，按下式计算：式中，D′——填充率（%）。2.空隙率空隙率是指散粒材料（如砂、石等）颗粒之间的空隙体积占材料堆积体积的百分率，按下式计算：式中，P′——空隙率（%）。散粒材料的填充率与空隙率的关系为：D′+P′=1填充率与空隙率也是相互关联的两个性质，空隙率的大小可直接反映散粒材料的颗粒之间相互填充的程度。散粒材料，空隙率越大，则填充率越小。在配制混凝土时，砂、石的空隙率是作为控制集料级配与计算混凝土砂率的重要依据。通过学习建筑材料与检测的特点、分类与发展，让学生了解建筑材料与检测的重要性，从而产生学习兴趣。作业布置（3min）【教师】布置课后作业建筑材料的实际密度、体积密度和堆积密度的区别与计算方法。通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】二、与水有关的性质1.亲水性与憎水性材料与水接触时，根据材料是否能被水润湿，可将其分为亲水性和憎水性两类。亲水性是指材料表面能被水润湿的性质；憎水性是指材料表面不能被水润湿的性质。当材料与水在空气中接触时，将出现如图2-2所示的两种情况。在材料、水、空气三相交点处，沿水滴的表面作切线，切线与水和材料接触面所成的夹角称为润湿角，用θ表示。当θ越小，表明材料越易被水润湿。一般认为，当θ≤90°时，如图2-2（a）所示，材料表面吸附水分，能被水润湿，材料表现出亲水性；当θ＞90°时，如图2-2（b）所示，则材料表面不易吸附水分，不能被水润湿，材料表现出憎水性。吸水性材料在水中吸收水分达到饱和的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示，吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率。（1）质量吸水率。质量吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸收水分的质量占材料干质量的百分率，按下式计算：式中，——材料的质量吸水率（%）；m湿m干（2）体积吸水率。体积吸水率是指材料在吸水饱和时，所吸收水分的体积占干燥材料总体积的百分率，按下式计算：式中，——材料的体积吸水率（%）；——干燥材料的总体积（cm³）；——水的密度（g/cm³）。常用的建筑材料，其吸水率一般用质量吸水率表示。而对于某些轻质材料，如加气混凝土、木材等，由于其质量吸水率往往超过100%，一般采用体积吸水率表示。材料吸水率的大小，不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与材料的孔隙率和孔隙特征有关。材料所吸收的水分是通过开口孔隙吸入的。一般而言，孔隙率越大，开口孔隙越多，则材料的吸水率越大。但如果开口孔隙粗大，则不易存留水分，即使孔隙率较大，材料的吸水率也较小。另外，闭口孔隙水分不能进入，吸水率也较小。3.吸湿性3.吸湿性材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示，按下式计算：式中，——材料的含水率（%）；——材料在吸湿状态下的质量（g）；——材料在干燥状态下的质量（g）。含水率随空气的温度、湿度变化而改变。材料既能在空气中吸收水分，又能向外界释放水分，材料中的水分与空气的湿度达到平衡时的含水率就称为平衡含水率。在一般情况下，材料的含水率是指平衡含水率。当材料内部孔隙吸水达到饱和时，材料的含水率等于吸水率。材料吸水后，会导致自重增加，保温隔热性能降低，强度和耐久性产生不同程度的下降。材料含水率的变化会引起体积的变化，影响其使用。4.耐水性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称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，按下式计算：式中，——材料的软化系数；——材料在吸水饱和状态下的抗压强度（MPa）；——材料在干燥状态下的抗压强度（MPa）。软化系数的大小反映材料在浸水饱和后强度降低的程度。材料被水浸湿后，强度一般会有所下降，因此软化系数在0～1之间。软化系数越小，说明材料吸水饱和后的强度降低越多，其耐水性越差。工程中将＞0.85的材料称为耐水性材料。经常位于水中或潮湿环境中重要结构的材料，必须选用＞0.85的耐水性材料；用于受潮较轻或次要结构的材料，其软化系数不宜小于0.75。5.抗渗性材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。材料的抗渗性通常用渗透系数表示。渗透系数是指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下，单位时间内透过单位面积的水量，按下式计算：式中，K——材料的渗透系数（cm/h）；W——透过材料试件的水量（cm³）；d——材料试件的厚度（cm）；A——透水面积（cm²）；t——透水时间（h）；H——静水压力水头（cm）。渗透系数反映了材料抵抗压力水渗透的能力，渗透系数越大，则材料的抗渗性越差。6.抗冻性材料在饱和水状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，且强度也不显著降低的性质，称为抗冻性。材料的抗冻性用抗冻等级表示。抗冻等级是以规定的试件，采用标准试验方法，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损害和剥落时所能经受的最大冻融循环次数来确定，以“Fn’表示，其中n为最大冻融循环次数。材料经受冻融循环作用而破坏，主要是因为材料内部孔隙中的水结冰所致。水结冰时体积要增大，若材料内部孔隙充满了水，则结冰产生的膨胀会对孔隙壁产生很大的应力，当此应力超过材料的抗拉强度时，孔壁将产生局部开裂；随着冻融循环次数的增加，材料逐渐被破坏。【学生】思考、讨论。通过教师讲解，建筑材料与水有关的性质，了解水对材料性质的重要影响作业布置（2min）【教师】布置课后作业1.亲水性材料和憎水性材料的区别是什么？2.材料与水接触表现出不同的性质，原因是什么？3.如何提高材料抵抗水侵蚀的能力？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）三、与热有关的性质1.导热性当材料两侧存在温差时，热量将从温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料这种传导热量的能力称为导热性。材料导热性的大小用导热系数表示。导热系数是指厚度为1m的材料，当两侧温差为1K时，在1s时间内通过1m²面积的热量。建筑物要求具有良好的保温隔热性。保温隔热性和导热性都是指材料传递热量的能力，在工程中常把1/λ称为材料的热阻，用R表示。材料的导热系数越小，其热阻越大，则材料的导热性越差，保温隔热性越好。2.热容量材料容纳热量的能力称为热容量，其大小用比热表示。比热是指单位质量的材料，温度每升高或降低1K时所吸收或放出的热量，比热的大小直接反映出材料吸热或放热能力的大小。比热大的材料，能在热流变动或采暖设备供热不均匀时，缓和室内的温度波动。不同的材料，其比热不同，即使是同种材料，由于物态不同，其比热也会不同。比热容越大，热容量越大，材料的保温隔热性越好。与声学有关的性质1.吸声性物体振动时，迫使邻近空气随着振动而形成声波，当声波接触到材料表面时，一部分被反射，一部分穿透材料，而其余部分则在材料内部的孔隙中引起空气分子与孔壁。的摩擦和黏滞阻力，使相当一部分声能转化为热能而被吸收。被材料吸收的声能（包括穿透材料的声能在内）与原先传递给材料的全部声能之比，是评定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数。2.隔声性材料能减弱或隔断声波传递的性能称为隔声性能。人们要隔绝的声音按其传播途径有空气声（通过空气传播的声音）和固体声（通过固体的撞击或振动传播的声音）两种，两者隔声的原理不同。通过讲解建筑材料的热工性、与声音有关的性质，让学生了解建筑保温隔热性和隔音性。作业布置（2min）【教师】布置课后作业1.反应建筑材料的保温隔热性指标是什么？2.反应建筑材料隔声性的指标是什么？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）【教师】材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击等）时所表现出的力学特征任务2建筑材料的力学性能一、材料的强度1.强度材料强度是指材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力。当材料受到外力作用时，在材料内部相应地产生应力，且应力随外力的增大而增大，当应力超过材料内部质点所能抵抗的极限时，材料就发生破坏，此时的极限应力值即材料强度，也称极限强度。根据外力作用方式的不同，材料强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗折（抗弯）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，如图2-3所示。2.强度等级大部分建筑材料，根据其极限强度的大小，可划分为若干不同的强度等级。如建筑砂浆按抗压强度分为M20、M15、M10、M7.5、M5.0、M2.5这6个强度等级，普通硅酸盐水泥按抗压强度分为42.5、42.5R、52.5、52.5R等2个强度等级4个类型。将建筑材料划分为若干强度等级，对掌握材料性能。合理选用材料、正确进行设计和控制工程质量都十分重要。3.比强度对不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指标。比强度等于材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料轻质高强特性的指标。结构材料在建筑工程中主要承受结构荷载，对多数建筑物来说，相当一部分的承载能力用于抵抗本身或其上部结构材料的自重荷载，只有剩余部分的承载能力才能用于抵抗外荷载。为此，提高材料的承载力，不仅应提高材料的强度，还应设法减轻其本身的自重，即应提高材料的比强度。比强度越大，则材料的轻质高强性能越好，选择比强度大的材料对增加建筑物的高度、减轻结构自重、降低工程造价具有重大意义。材料的弹性和塑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。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。这种变形属于可逆变形，其数值的大小与外力成正比，其比例系数称为弹性模量，用E表示。在弹性变形范围内，弹性模量E为常数，其值等于应力与应变的比值。弹性模量是衡量材料抵抗变形能力的一个指标，E越大，材料越不易变形。表达式如下：在外力作用下材料产生变形，如果取消外力后，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。这种不能消失的变形，称为塑性变形（或永久变形）。许多材料受力不大时，仅产生弹性变形；受力超过一定限度后，即产生塑性变形。如建筑钢材，当外力值小于弹性极限时，仅产生弹性变形；当外力大于弹性极限后，则除了弹性变形外，还产生塑性变形。有的材料在受力时，弹性变形和塑性变形同时产生，如果取消外力，则弹性变形可以消失而其塑性变形则不能消失，称为弹塑性材料。过学习建筑材料的力学性质和耐久性，掌握建筑安全的重要性作业布置（2min）【教师】布置课后作业1、建筑材料的强度分类。2、建筑材料的弹性和塑性含义。通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）材料的脆性和韧性材料受外力作用，当外力达到一定限度时，材料发生突然破坏，且破坏时无明显塑性变形，这种性质称为脆性，具有脆性的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，因此其抵抗冲击荷载或震动作用的能力很差。建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如混凝土、玻璃、天然岩石、砖瓦、陶瓷等。材料在冲击荷载或震动荷载作用下，能吸收较大的能量，同时产生较大的变形而不破坏的性质称为韧性。材料的韧性用冲击韧性指标αk表示。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、路面等所用材料，均应具有较高的韧性。材料的硬度和耐磨性1.硬度硬度是指材料表面抵抗硬物压入或刻划的能力。测定材料硬度的方法有多种，通常采用的有刻划法和压入法两种，不同材料选择的测定方法不同。2.耐磨性耐磨性是指材料抵抗磨损的能力，用磨损率表示。材料的耐磨性与其组成成分、结构、强度、硬度等有关。在建筑工程中，用作踏步、台阶、地面、路面等的材料，应具有较高的耐磨性。任务3建筑材料的耐久性物理作用物理作用包括环境温度、湿度的交替变化，即冷热、干湿、冻融等循环作用。材料在经受这些作用后，将发生膨胀、收缩或产生内应力，长期反复的物理作用将使材料变形、开裂甚至被破坏。化学作用化学作用包括大气和环境水中的酸、碱、盐或其他有害物质对材料的侵蚀作用，以及日光、紫外线等对材料的作用，使材料发生腐蚀、碳化、老化等从而逐渐丧失使用功能。三、机械作用机械作用包括荷载的持续作用，交变荷载对材料引起的疲劳、冲击、磨损等。四、生物作用生物作用包括菌类、昆虫等的侵害作用，导致材料发生腐朽、虫蛀等。一般矿物质材料如石材、砖瓦、陶瓷、混凝土等，暴露在大气中时，主要受到大气的物理作用；当材料处于水位变化区或水中时，还受到环境水的化学侵蚀作用。金属材料在大气中易被锈蚀；沥青和高分子材料在阳光、空气及辐射的作用下，会逐渐老化、变质而被破坏。影响材料耐久性的外部因素往往通过其内部因素发生作用，与材料耐久性有关的内部因素主要是材料的化学组成、结构和构造的特点。当材料含有易与其他外部介质发生化学反应的成分时，就会因其抗渗性和耐腐蚀能力差而被破坏。通过讲解材料的脆性和韧性，硬度和耐磨性，以及耐久性，让学生了解建筑材料性质对建筑物使用寿命的重要性。作业布置（2min）【教师】布置课后作业建筑材料的耐久性影响因素有哪些？如何提高建筑物耐久性。通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（40min）【教师】性质检测一、密度检测（一）试样制备将试样研碎，通过900孔/cm2的筛，除去筛余物，放在105～110℃的烘箱中，烘干至恒质量，再放入干燥器中冷却至室温备用。（二）检测步骤（1）在密度瓶（李氏瓶）中注入与试样不发生化学反应的液体，使液面达到突颈下部0mL和1mL刻度线之间。（2）将密度瓶置于盛水的玻璃容器中，使刻度部分完全浸入水中，用支架夹住以防密度瓶浮起或歪斜。容器中的水温应保持在（20±2）℃。经30min，读出密度瓶内液体凹液面的刻度值V1（精确至0.1mL，以下同）。（3）用天平称取60～90g试样，用m1表示，用小勺和漏斗小心地将试样送入密度瓶中，要防止在密度瓶喉部发生堵塞，直至液面上升到20mL刻度左右为止。再称剩余的试样质量，用m2表示，计算出装入瓶内的试样质量m（g）。（4）将密度瓶倾斜一定角度并沿瓶轴旋转，使试样粉末中的气泡逸出，再将密度瓶放入盛水的玻璃容器中（方法同上），经30min，待瓶中液体温度与水温相同后，读出密度瓶内液体凹液面的刻度值V2（mL）。（三）检测结果（1）密度ρ按下式计算（精确至0.01g/cm3）：（2）以两次试验结果的平均值作为密度的测定结果。两次试验结果的差值不得大于0.02g/cm3，否则应重新取样进行试验。二、吸水率检测（一）试样制备将试件置于烘箱中，以不超过110℃的温度将试件烘干至恒质量，再放入干燥器中冷却至室温，称其质量，用m表示。（二）检测步骤（1）将试件放入水槽中，试件之间应留1～2cm的间隔，试件底部应用玻璃棒垫起，以避免其与槽底直接接触。（2）将水注入水槽中，使水面至试件高度的1/4处，2h后加水至试件高度的1/2处，隔2h再加水至试件高度的3/4处，又隔2h加水至高出试件1～2cm，再经24h后取出试件。逐次加水是为了使试件孔隙中的空气逐渐逸出。（3）取出试件后，用拧干的湿毛巾轻轻抹去试件表面的水分（不得来回擦拭，避免磨损试件）。称其质量，称量后仍放回槽中浸水。以后每隔1昼夜用同样方法称取试样质量，直至试件浸水至恒定质量为止（质量相差不超过0.05g），此时称得试件质量，用m1表示。检测结果【学生】思考、讨论。通过教师讲解建筑材料的检测方法，让学生掌握密度和吸水率试验检测课堂小结（3min）【教师】回顾和总结本节课的知识点。这节课我们一起学习了建筑材料的物理性质、力学性质，耐久性及性质检测方法；建筑材料的性质是影响建筑物安全的重要保障。通过对所学知识的回顾，培养学生的归纳总结能力作业布置（2min）【教师】布置课后作业1、密度检测步骤和结果如何计算。2、吸水率检测步骤和结果如何计算。通过课后练习，使学生巩固所学新知识教学反思建筑材料的性质好坏直接决定了工程质量的好坏，保证工程中使用的建筑材料性质良好，是一位工程人应具有的基本品质。

《建筑材料与检测》（第三版）教案

课时分配表章序课程内容课时备注1建筑材料与检测概述22建筑的基本性质63建筑石材24气硬性胶凝材料45水泥106混凝土207建筑砂浆48墙体材料29建筑钢材810防水材料211建筑木材212建筑功能材料2总计64

第3课建筑石材课题建筑石材课时2课时（90min）。教学目标知识技能目标：了解岩石的组成和分类掌握建筑石材的技术性能；思政育人目标：通过建筑石材的技术性质学习，培养学生严谨科学、公平公正、吃苦耐劳和钻研精神。教学重难点教学重点：建筑石材的技术性能教学难点：建筑石材的强度检测教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤（2min）--知识讲解（40min）--作业布置（3min）第2节课：知识讲解（40min）--课堂小结（3min）--作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图考勤（2min）■【教师】清点上课人数，记录好考勤■【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况知识讲解（40min）【教师】建筑石材概述石材是指从天然岩石体中开采的未经加工或者经过加工制成的块状、板状或特定形状的石材的总称。石材时候使用历史最悠久的建筑材料之一。由于其具有相当高的强度、良好的耐磨性和耐久性、较强的装饰性，并且资源丰富，易于就地取材，所以在现代建筑中应用十分广泛。任务1建筑石材概述岩石的组成构成岩石的主要造岩矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石等。岩石的分类1.岩浆岩岩浆沿着地壳薄弱带侵入地壳或喷出地表，温度降低，最后冷凝形成的岩石称为岩浆岩。岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石称为喷出岩；岩浆在地表下冷凝形成的岩石称为侵入岩。在较深处形成的侵入岩叫深成岩，在较浅处形成的侵入岩叫浅成岩。2.沉积岩沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结硬化而成的岩石。它是地壳表面分布最广的一种层状岩石。3.变质岩变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构变化后形成新的岩石。由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩，由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。任务2建筑石材的技术性能物理性质1.表观密度石材表观密度与其矿物孔隙率有关。致密的石材，如花岗岩、大理岩等，表观密度一般为2500～3100kg/m³。而孔隙率较大的石材，如火山凝灰岩等，其表观密度为500～1700kg/m³。天然石材根据表现密度大小可分为：①轻石材。表观密度小于1800kg/m³，多用作墙体材料。②重石材。表观密度大于1800kg/m³，主要用于建筑物的结构部位，如建筑物基础、桥墩及水工构筑物、砌墙材料等，还可用于墙面、地面装饰。2.吸水性吸水性主要与石材的孔隙率及孔隙特征有关，同时还与其矿物组成、湿润性及浸水条件有关。吸水率低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石，吸水率为1.5%～3.0%的岩石称为中吸水性岩石，吸水率高于3.0%的岩石称高吸水性岩石。3.耐水性石材的耐水性以软化系数表示。岩石中含有较多的黏土或易溶物质时，软化系数较小，则耐水性较差。石材的耐水性按软化系数大小分为高、中、低3个等级。软化系数大于0.90为高耐水性石材，软化系数在0.70～0.90的为中耐水性石材，软化系数在0.60～0.70的为低耐水性石材。软化系数低于0.80的石材，一般不允许用于重要建筑。4.抗冻性石材的抗冻性与其吸水性、矿物组成及冻结温度密切相关。吸水率越低、抗冻性越好，例如，坚硬、致密的花岗岩、石灰岩、砂岩等岩石的抗冻性能很好。冻结温度越低或冷却速度越快，则冻结破坏的速度越快，破坏程度也越大。石材的抗冻性是根据石材在吸水饱和状态下能经受的冻融循环次数（若无贯穿裂缝，且质量损失不超过5%，强度降低不大于25%时，则认为抗冻性合格）来表示。根据能经受的冻融循环次数，可将石材分为：5、10、15、25、50、100及200等标号。根据经验，吸水率小于0.5%的石材被认为是抗冻的，可不进行抗冻试验。石材的导热性石材的导热性主要与其致密程度有关。重质石材导热系数可达2.91～3.49W/（m•K）；轻质石材的导热系数则为0.23～0.70W/（m•K）。具有封闭孔隙的石材，导热性差。相同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小。通过学习建筑石材的概述与物理性质，让学生了解石材的应用，掌握如何正确选用建筑石材。作业布置（3min）【教师】布置课后作业建筑石材的物理性质包括哪些内容通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（40min）【教师】建筑石材的力学性质二、力学性质1.抗压强度石材的抗压强度，用3个棱长为70mm的立方体试块的抗压破坏强度的平均值表示。根据抗压强度值的大小，石材共分9个强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。2.冲击韧性石材的冲击韧性取决于岩石的矿物组成与构造。石英岩、硅质砂岩脆性较大。含暗色矿物较多的辉长岩、辉绿岩等具有较高的韧性。通常，晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有更大的韧性。3.硬度石材的硬度取决于其矿物组成的硬度与构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度就高。岩石的硬度用莫氏硬度表示。三、工艺性质1.加工性石材的加工性，主要是指对岩石实施开采、锯解、切割、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。强度、硬度、韧性较高的石材，不易加工；质脆而粗糙、有颗粒交错结构、含有层状或片状构造、业已风化的岩石，都难以满足加工要求。2.磨光性磨光性是指石材能否磨出平整、光滑表面的性质。致密、均匀、细粒的岩石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑、亮洁的表面。疏松多孔、有鳞片状构造的岩石，磨光性不好。3.抗钻性抗钻性是表示给石材钻孔难易程度的性质。影响抗钻性的因素很复杂，一般石材的强度越高、硬度越大，越不易钻孔。任务3建筑石材强度检测试样要求1.压缩强度试样为边长50mm的正方体或Φ50mm×50mm的圆柱体，尺寸偏差±0.5mm。每种试验条件下的试样取五个为一组。若进行干燥、水饱和、冻融循环的垂直和平行层理的压缩强度试验需制备30个。2.弯曲强度试样厚度H可按实际情况确定。当试样厚度H≤68mm时宽度为100mm，当试样厚度H>68mm时宽度为1.5H。试样长度为10×H+50mm，长度偏差±1mm，宽度、厚度尺寸偏差±0.3mm。每种试验条件下的试样取五个为一组。如对干燥、水饱和条件下的垂直和平行层理的弯曲强度试验需制备20个试样。二、检测步骤1.检测干燥状态下的压缩强度将试样放在（105±2）℃的干燥箱内干燥24h，然后放入干燥器中冷却到室温。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。2.检测水饱和状态下的压缩强度将试样放置于（20±2）℃的清水中，浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去试样表面的水分。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。3.检测冻融循环后的压缩强度用清水洗净试样，并将其置于（20±2）℃的清水中浸泡48h，取出后立即放入（－20±2）℃的冷冻箱内冷冻4h，再将其放入流动的清水中融化4h。反复冻融25次后用拧干的湿毛巾将试样表面的水分擦去。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。4.检测干燥状态下的弯曲强度将试样放在（105±2）℃的干燥箱内干燥24h后，放入干燥器中冷却到室温。调节支架下支座之间的距离（L=10H）和上支座之间的距离（L/2），误差为±1.0mm。按照试样上标记的支点位置将其放在上下支架之间。一般情况下应使试样装饰面处于弯曲拉伸状态，即将装饰面朝下放在下支座上。以（1800±50）N/min的速率对试样施加载荷至试样破坏，并记录试样破坏时的载荷值（F），读数值精确到10N。用游标卡尺测量试样断裂面的宽度（K）和厚度（H），精确到0.1mm。三、检测结果（1）压缩强度计算：式中，Pw——压缩强度（MPa）；F——试样破坏载荷（N）；S——试样受力面面积（mm2）。以每组试样压缩强度的算术平均值作为该条件下的压缩强度，数值修约到1MPa。（2）弯曲强度计算：式中，Pw——弯曲强度（MPa）；F——试样破坏载荷（N）；L——支点距离（mm）；K——试样宽度（mm）；H——试样厚度（mm）。【学生】思考、讨论。通过教师讲解，建筑石材的力学性质，掌握石材的特性与选用。课堂小结（3min）【教师】回顾和总结本节课的知识点。这节课我们一起学习了建筑石材的分类，物理性质、力学性质和强度计算与检测。通过对所学知识的回顾，培养学生的归纳总结能力作业布置（2min）【教师】布置课后作业1.岩石的主要分类有哪些？2.根据表观密度大小，天然石材如何划分？应用情况是怎样的？通过课后练习，使学生巩固所学新知识教学反思石材作为一种高档的装饰装修材料，提升了我们生活的品质。其美观坚硬、耐久性好，在设计、加工、生产过程中更需要一种工匠精神。

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课时分配表章序课程内容课时备注1建筑材料与检测概述22建筑的基本性质63建筑石材24气硬性胶凝材料45水泥106混凝土207建筑砂浆48墙体材料29建筑钢材810防水材料211建筑木材212建筑功能材料2总计64

第4课气硬性胶凝材料课题气硬性胶凝材料课时4课时（180min）。教学目标知识技能目标：了解石灰、建筑石膏、水玻璃的定义；掌握石灰、建筑石膏、水玻璃的性质与应用。思政育人目标：通过学习石灰、建筑石膏、水玻璃的性质与应用，培养学生严谨科学、公平公正、吃苦耐劳和钻研精神。教学重难点教学重点：石灰、建筑石膏、水玻璃的性质与应用教学难点：石灰、建筑石膏、水玻璃的性质教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤（2min）--知识讲解（40min）--作业布置（3min）第2节课：知识讲解（43min）--作业布置（2min）第3节课：知识讲解（43min）--作业布置（2min）第4节课：知识讲解（40min）--课堂小结（3min）--作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图考勤（2min）■【教师】清点上课人数，记录好考勤■【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况知识讲解（40min）【教师】胶凝材料的分类胶凝材料也叫胶结材料，是用来把块状、颗粒状或纤维状材料粘结为整体的材料。建筑上使用的胶凝材料按其化学组成可分为有机的和无机的两大类。任务1石灰一、石灰的生产生产石灰的原料是以碳酸钙（CaC03）为主要成分的天然矿石，如石灰石、白垩、白云质石灰石等。将原料在高温下煅烧即可得到石灰（块状生石灰），其主要成分为氧化钙。在这一反应过程中由于原料中同时含有一定量的碳酸镁，在高温下会分解为氧化镁及二氧化碳，因此生成物中也会有氧化镁存在。一般来说，在正常温度和煅烧时间条件下所锻烧的石灰具有多孔、颗粒细小、体积密度小以及与水反应速度快等特点，这种石灰称为正火石灰。而实际生产过程中由于煅烧过低或温度过高会产生欠火或过火石灰。如煅烧温度较低，不仅使煅烧的时间过长，而且石灰块的中心部位还没有完全分解，石灰中含有未分解完的碳酸钙，此时称其为欠火石灰，它会降低石灰的利用率，但欠火石灰在使用时+会带来危害。二、石灰的品种1.生石灰根据石灰中氧化镁含量的不同，将生石灰分为钙质石灰和镁质石灰。钙质石灰主要由氧化钙或氢氧化钙组成，而不添加任何水硬性或火山灰质材料。镁质石灰主要由氧化钙和氧化镁（MgO＞5%）或氢氧化钙和氢氧化镁组成，而不添加任何水硬性或火山灰质材料。2.消石灰以生石灰为原料，经过消化所得的产物称为消石灰，消石灰再经过风选、筛选或研磨得到消石灰粉。消石灰粉分为钙质消石灰粉、镁质消石灰粉和白云石质消石灰粉。三、石灰的熟化石灰的熟化为放热反应，石灰在熟化过程中，释放出大量的热，使温度升高，从而加快石灰的消解速度。但是温度升得过高时，又会引起逆反应，使氢氧化钙发生分解，反而会减慢石灰的消解速度。因此，消解石灰时，最好是使水分沸腾，并不断搅拌，以保证温度不致过高或过低。由于石灰消解时会放出大量热，因此，在贮藏和运输过程中，不允许受潮，不准与易燃易爆物品放在一起，以免发生火灾与爆炸事故。石灰消解的理论用水量为生石灰质量的32%，由于生石灰消解时放热水蒸汽而蒸发，所以实际用水量是比较多的。在建筑工地上熟化石灰常用的方法有两种：消石灰浆法和消石灰粉法。四、石灰的硬化1.结晶作用石灰浆中的游离水分，或逐渐蒸发，或被砌体吸受，使氢氧化钙溶液达到饱和而析出Ca(OH)2晶粒，这些晶粒最初被水膜隔开，但随着水分逐渐蒸发，水膜逐渐减薄，晶粒长大并彼此靠近，最后交错结合在一起，形成一个整体。2.碳化作用表层的氢氧化钙，与空气中的二氧化碳起反应，生成碳酸钙结晶，释放出的水分则被蒸发掉。其反应式为：Ca(OH)2+CO2+nH2O===CaCO3+（n+1）H2O↑碳化作用不能在没有水分的全干状态下进行。随着时间的增长，表层形成的CaCO3薄膜逐渐增厚，会阻止CaO进入内部深处，因此内部的Ca(OH)2主要进行结晶作用，但由于内部水分蒸发很慢，故结晶作用进行得很慢，因而石灰浆的硬化是相当缓慢的。通过讲解胶凝材料特点，石灰的生产，让学生了解石灰的生产与应用作业布置（3min）【教师】布置课后作业石灰的生产与品种，石灰熟化的特点与硬化过程。通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）【教师】五、石灰的特点与应用石灰的保水性、可塑性好，工程上常被用来改善砂浆的保水性。石灰凝结、硬化速度慢、强度低、耐水性差。石灰的干燥收缩大，因此除用作粉刷以外，不宜单独使用。生石灰块及生石灰粉需在干燥条件下运输和贮存，且不宜存放太久。若需长期存放，应在密闭条件下，且防潮、防水。石灰在建筑上主要有如下用途：1.石灰乳涂料石灰加大量的水所得的稀浆，即为石灰乳，主要用于要求不高的室内粉刷。2.配制砂浆利用石灰膏或消石灰粉可配制成石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于抹灰和砌筑。3.配制灰土和三合土消石灰粉与黏土拌和后称为灰土，再加砂或石屑、炉渣等即成三合土。灰土和三合土广泛用于建筑物的基础和道路的垫层中。4.配制硅酸盐混凝土及其制品以石灰与硅质材料（如石英砂、粉煤灰、矿渣等）为主要原料，经磨细、配料、拌和、成型、养护（蒸汽养护或压蒸养护）等工序得到的人造石材，其主要产物为水化硅酸钙，所以称为硅酸盐混凝土。常用的硅酸盐混凝土制品有蒸汽养护和压蒸养护的各种粉煤灰砖、灰砂砖、砌块及加气混凝土等。5.碳化石灰板将磨细生石灰、纤维状填料（如玻璃纤维）或轻质骨料加水搅拌成型为坯体，然后再通入二氧化碳进行人工碳化（约12～24h）而成的一种轻质板材，适合作非承重的内隔墙板、顶棚等。【学生】思考、讨论。通过教师讲解石灰的特点和应用，让学生掌握正确选用建筑石灰的方法。作业布置（2min）【教师】布置课后作业石灰的特点，石灰的应用通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）【教师】任务2建筑石膏石膏的原料和生产1.原料生产石膏的原料有天然二水石膏、天然无水石膏和化工石膏等。天然二水石膏又称软石膏或生石膏。它的主要成分为含两个结晶水的硫酸钙（CaSO4·2H2O）。天然二水石膏晶体无色透明，当含有少量杂质时，呈灰色、淡黄色或淡红色。其密度约为2.2～2.4g/cm3，难溶于水。它是生产建筑石膏和高强石膏的主要原料。2.生产将天然石膏入窑经低温煅烧后，磨细即得建筑石膏。二、石膏的凝结与硬化1.石膏的凝结建筑石膏是天然二水石膏脱去部分结晶水得到的β型半水石膏。建筑石膏为白色粉末，松散堆积密度为800～1000kg/m3，密度为2500～2800kg/m3。建筑石膏能与水发生水化反应，重新生成二水石膏。2.硬化建筑石膏与适量水拌和后，会发生溶解，很快形成饱和溶液。溶液中的半水石膏经过水化，会生成二水石膏。因为二水石膏在水中的溶解度（20℃为2.05g/L）比半水石膏（20℃为8.16g/L）小得多，所以半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏来说，则成了过饱和溶液，因而，二水石膏会很快从过饱和溶液中以胶体微粒析出。随着半水石膏不断地溶解水化，石膏浆体中的自由水分逐渐减少，二水石膏的胶体微粒数量则不断增多，浆体逐渐变稠，颗粒之间的摩阻力与黏结力逐渐增大，可塑性逐渐降低，产生“凝结”现象。其后，随着水分的进一步蒸发，晶体长大，进而互相接触，连生与交错，形成结晶结构网并使浆体逐渐变硬并产生强度，直至完全干燥后强度停止发展，这就是石膏的“硬化”过程。三、建筑石膏的性质1.表观密度小，强度较低；2.凝结硬化快；3.孔隙率大，热导率小；4.凝固时体积微膨胀；5.吸湿性强，耐水性差；6.防火性好注意事项：必须防潮。【学生】思考、讨论。通过教师讲解水玻璃的技术性质和应用，让学生掌握正确选用建筑石膏的方法。作业布置（2min）【教师】布置课后作业建筑石膏的原料是什么？其性质有哪些？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（43min）【教师】任务3水玻璃一、水玻璃的性质水玻璃俗称泡花碱，是由不同比例的碱金属氧化物和二氧化硅化合而成的一种可溶于水的硅酸盐。建筑常用的为硅酸钠（NaO•nSi02）的水溶液，又称钠水玻璃。要求高时使用硅酸钾（K20•nSi02）的水溶液，又称钾水玻璃。水玻璃为青灰色或淡黄色黏稠状液体。在水玻璃中二氧化硅与碱金属氧化物之间的摩尔比称为水玻璃模数。水玻璃的模数与浓度是水玻璃的主要化学性质。水玻璃的模数越高，越难溶于水，水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的黏结力与强度、耐热性与耐酸性越高，建筑上常用的水玻璃模数为2.6～3.0。根据水玻璃模数不同，又分碱性水玻璃（n<3）和中性水玻璃（n>3）。实际上中性水玻璃和碱性水玻璃的溶液都呈明显的碱性反应。同一模数的水玻璃，浓度越高，则水玻璃的密度和黏度越大、硬化速度越快，硬化后的黏结力、耐热性与耐酸性越高。但水玻璃的浓度太高，则黏度太大，不利于施工操作、难于保证施工质量。水玻璃的浓度一般用密度来表示。常用水玻璃的密度为1.3～1.58g/cm³。水玻璃的密度太大或太小时，可用加水稀释或加热浓缩的办法来调整。在液体水玻璃中加人尿素，在不改变其黏度的情况下可提高黏结力25%左右。二、水玻璃的硬化水玻璃溶液能与空气中的二氧化碳反应，生成无定形的硅酸凝胶，随着水分的挥发干燥，无定形硅酸脱水转变成二氧化桂而硬化。由于空气中二氧化碳的含量较少，故这一过程进行得很慢。因此水玻璃实际使用时常加入促硬剂以加速其硬化。常用的促硬剂为氟硅酸钠（Na2SiF6）。其化学反应如下：2（Na2O·nSiO2）+Na2SiF6+mH2O===6NaF+（2n+l）SiO2·mH2O加入氟硅酸钠后，初凝时间可缩短至30～60min。氟硅酸钠的适宜掺量，一般占水玻璃的12%～15%，若掺量少于12%，则其凝结、硬化慢，强度低，并且存在较多的没参加反应的水玻璃，当遇水时，残余水玻璃易溶于水，会影响硬化后水玻璃的耐水性；若掺量超过15%，则凝结、硬化过快，进而造成施工困难，且抗渗性和强度降低。三、水玻璃的性质1.黏结力强，强度较高水玻璃在硬化后，其主要成分为硅酸凝胶和二氧化硅，因而具有较高的黏结力和强度。用水玻璃配制的混凝土的抗压强度可达15～40MPa。2.耐酸性好水玻璃硬化后的主要成分之一为二氧化硅，因此其可以抵抗除氢氟酸、过热磷酸以外的几乎所有的无机酸和有机酸。水玻璃主要用于配制水玻璃耐酸混凝土、耐酸砂浆、耐酸胶泥等。3.耐热性好硬化后形成的二氧化硅网状骨架，在高温下强度下降不大。它主要用于配制水玻璃耐热混凝土、耐热砂浆、耐热胶泥等。4.耐碱性和耐水性差水玻璃在加入氟硅酸钠后仍不能完全反应，硬化后的水玻璃中仍含有一定量的Na2O·nSiO2。因为SiO2和Na2O·nSiO2均可溶于碱，且Na2O·nSiO2可溶于水，所以水玻璃硬化后不耐碱、不耐水。为提高其耐水性，常用中等浓度的酸对已硬化的水玻璃进行酸洗处理。四、水玻璃的用途1、涂刷或浸渍材料；2、加固地基；3、修补裂缝、堵漏。4、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土；5、配制耐热砂浆和耐热混凝土。注意事项：不耐氢氟酸、热磷酸及碱的腐蚀，不宜长期受水浸润工程，防潮防水，不得露天长期存放。【学生】思考、讨论。通过教师讲解水玻璃的技术性质和应用，让学生掌握正确选用建筑石膏的方法。作业布置（2min）【教师】布置课后作业水玻璃的化学通式是什么？水玻璃的性质和应用有哪些？通过课后练习，使学生巩固所学新知识课堂小结（3min）【教师】回顾和总结本节课的知识点。这节课我们一起学习了胶凝材料的分类，石灰、建筑石膏和水玻璃的生产、技术性质和应用。通过对所学知识的回顾，培养学生的归纳总结能力教学反思气硬性胶凝材料作为建筑材料中最朴实便宜的一大类材料，可以称为物美价廉的好材料。建筑工人是广大职业中普通的一员，也需要具有这种质朴的品质。

《建筑材料与检测》（第三版）教案

课时分配表章序课程内容课时备注1建筑材料与检测概述22建筑的基本性质63建筑石材24气硬性胶凝材料45水泥106混凝土207建筑砂浆48墙体材料29建筑钢材810防水材料211建筑木材212建筑功能材料2总计64

第5课水泥课题水泥课时10课时（450min）。教学目标知识技能目标：了解硅酸盐水泥的原材料和生产工艺。掌握水泥的水化、凝结和硬化过程。掌握通用硅酸盐水泥的技术性质与检测。能够根据工程特点正确选用水泥品种。思政育人目标：通过学习水泥的生产与技术性质，培养学生严谨科学、公平公正、吃苦耐劳和钻研精神。教学重难点教学重点：硅酸盐水泥的技术性质与检测教学难点：硅酸盐水泥的技术性质与检测教学方法讲授法、问答法、讨论法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：考勤（2min）--知识讲解（40min）--作业布置（3min）第2节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第3节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第4节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第5节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min）第6节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min)第7节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min第8节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min第9节课：知识讲解（42min）--作业布置（3min第10节课：知识讲解（40min）--课堂小结（3min）--作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图考勤（2min）■【教师】清点上课人数，记录好考勤■【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性,掌握学生的出勤情况知识讲解（40min）【教师】水泥属于水硬性胶凝材料，水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，还能在水中很好地硬化、保持或继续增加强度。水泥是建筑工程中最为重要的建筑材料之一，在工程中主要用于配制混凝土、砂浆和灌浆材料。水泥的品种繁多，按其矿物组成，水泥可分为硅酸盐系列、铝酸盐系列、硫酸盐系列、铁铝酸盐系列、氟铝酸盐系列等。按其用途和特性，水泥又可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。任务1通用硅酸盐水泥一、生产原料生产硅酸盐水泥熟料的原料主要有石灰质原料和黏土质原料，此外为了满足配料要求要加入校正原料。石灰质原料主要提供氧化钙（CaO），常用的石灰质原料有石灰石、白垩、贝壳等；黏土质原料主要提供二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）及氧化铁（Fe2O3），常用的黏土质原料有黏土、黄土、页岩等。校正原料的作用主要是当配料中的某种氧化物的量不足时，可加入相应的校正原料。校正原料主要有硅质校正原料、铝质校正原料和铁质校正原料。例如，当原料中Fe2O3含量不足时可加入铁质校正原料硫铁矿渣。二、生产工艺硅酸盐水泥的生产工艺可以概括为“两磨一烧”。首先将各种原料经配比后入生料磨粉，磨成生料后再入窑煅烧成熟料，熟料中再加入适量石膏（若为P•Ⅱ型还要掺入不超过水泥质量5%的混合材料），磨细后就是P•Ⅰ型硅酸盐水泥。三、硅酸盐水泥熟料的矿物组成生料经过煅烧后，原有的氧化物在熟料中相互结合，都以矿物的形式存在。在硅酸盐水泥熟料中有4种主要矿物及少量杂质存在。这4种主要矿物是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙。杂质中有游离氧化钙、游离氧化镁及三氧化硫等。通过学习建筑材料与检测的特点、分类与发展，让学生了解建筑材料与检测的重要性，从而产生学习兴趣。作业布置（3min）【教师】布置课后作业通用硅酸盐水泥的生产原料有哪些？通用硅酸盐水泥熟料的矿物组成是什么？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】四、通用硅酸盐水泥的技术指标1.凝结时间水泥从加水开始到失去流动性，即从可塑性状态发展到固体状态所需要的时间称为凝结时间。2.体积安定性水泥凝结、硬化过程中，其体积变化是否均匀适当的性质被称为体积安定性。3.强度水泥作为胶凝材料，强度是它最重要的性质之一，也是划分其强度等级的依据。水泥强度一般是指水泥胶砂试件单位面积上所能承受的最大外力。4.细度（选择性指标）水泥细度是指水泥颗粒粗细的程度。5.水化热水泥在水化过程中放出的热称为水化热。五、水泥的水化、凝结和硬化过程1.水泥的水化水泥加水拌和后，未水化的水泥颗粒分散在水中成为水泥浆体。2.水泥的凝结和硬化水化开始时，由于水化物尚不多，包有凝胶体膜层的水泥颗粒之间还是分离的，相互之间引力较小，此时水泥浆具有良好的塑性。影响硅酸盐水泥水化、凝结和硬化的因素1.硅酸盐水泥熟料的矿物组成和细度硅酸盐水泥熟料中各种矿物的凝结、硬化特点不同，故当水泥中各矿物的相对含量不同时，水泥的凝结、硬化特点就不同。2.水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比是指水泥浆中水与水泥的质量之比。3.石膏的掺量硅酸盐水泥中加入适量的石膏会起到良好的缓凝效果，且由于钙矾石的生成，还能提高水泥石的强度。4.环境温度和湿度水泥水化反应的速度与环境的温度有关，只有处于适当温度下，水泥的水化、凝结和硬化才能进行。5.龄期水泥浆随着时间的延长其水化物增多，内部结构逐渐致密，一般来说，强度会不断增长。水泥的包装、标志、运输与贮存1.包装水泥可以散装或袋装，袋装水泥每袋净含量为50kg，且应不少于标志质量的99%；随机抽取20袋总质量（含包装袋）应不少于1000kg。2.标志水泥包装袋上应清楚标明：执行标准、水泥品种、代号、强度等级、生产者名称、生产许可证标志（QS）及编号、出厂编号、包装日期、净含量。3.运输与贮存水泥在运输与贮存时不得受潮和混入杂物，不同品种和强度等级的水泥在贮运中避免混杂。【学生】思考、讨论。通过教师讲解硅酸盐水泥的性质与硬化，让学生掌握水泥性质。作业布置（3min）【教师】布置课后作业硅酸盐水泥技术性质有哪些？影响硅酸盐水泥性质的因素有哪些？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】水泥石的腐蚀及腐蚀的防止在正常环境条件下，水泥石的强度会不断增长。然而某些环境因素（如某些侵蚀性液体或气体）却能引起水泥石强度的降低，严重时甚至引起混凝土的破坏，这种现象称为水泥石的腐蚀。在道路与桥隧构筑物中，可能会遇到。腐蚀情况有以下几种：（一）水泥石腐蚀的情况1.水化物氢氧化钙[Ca（OH）2]的溶失（1）溶析性侵蚀。（2）镁盐侵蚀。（3）碳酸侵蚀。2.硫酸盐侵蚀穿越海湾、沼泽或跨越污染河流的道路结构、沿线桥涵墩台，有时会受到海水、沼泽水、工业污水的侵蚀，这些水中常常含有碱性硫酸盐（如Na2SO4、K2SO4等）。3.酸与碱的腐蚀（1）酸的腐蚀。（2）碱的腐蚀。（二）水泥石腐蚀的原因（1）水泥石中存在引起腐蚀的组分氢氧化钙和水化铝酸钙。（2）水泥石本身不密实，有很多毛细孔通道，侵蚀介质易于进入其内部。（3）水化反应产生的水化热使水泥石各部分温度差异大，容易产生裂缝、通道，导致引起腐蚀的物质更易侵入。（三）水泥石腐蚀的防止为防止或减轻水泥石的腐蚀，通常可采用下列措施：（1）根据腐蚀环境特点，合理选用水泥品种。可以选用水化产物中Ca（OH）2含量少的水泥，以降低Ca（OH）2溶失对水泥石的危害；选用C3A含量低的水泥，降低硫酸盐类的腐蚀作用。（2）提高水泥石的密实程度，降低水泥石的孔隙率。（3）可以在水泥混凝土表面敷设一层耐腐蚀性强且不透水的保护层（通常采用耐酸石料、耐酸陶瓷、玻璃、塑料或沥青等），以杜绝或减少腐蚀介质渗入水泥石内部。【学生】思考、讨论。通过教师讲解水泥石的腐蚀及腐蚀的防止，使学生掌握防止水泥石的腐蚀的措施作业布置（3min）【教师】布置课后作业水泥石的腐蚀因素有哪些？如何防止水泥石腐蚀？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】任务2掺混合材料的硅酸盐水泥一、混合材料（一）活性混合材料活性混合材料是指具有火山灰性或潜在水硬性，或兼有火山灰性和潜在水硬性的矿物质材料。1.粒化高炉矿渣粒化高炉矿渣是高炉炼铁的熔融矿渣经水或水蒸气急速冷却后得到的质地疏松、多孔的粒状物，即水淬矿渣，它由于冷却快以至来不及结晶最终形成玻璃态物质而具有化学潜能。2.火山灰质混合材料火山灰质混合材料是具有火山灰性的天然的或人工的矿物质材料，泛指以活性氧化硅及活性氧化铝为主要成分的活性混合材料，其应用从火山灰开始，故得名。3.粉煤灰粉煤灰实际是火山灰质混合材料的一种。它是从煤粉炉烟道中收集的粉末，以氧化硅和氧化铝为主要成分，含少量氧化钙，具有火山灰性。（二）非活性混合材料非活性混合材料是指在水泥中主要起填充作用而又不影响水泥性能的矿物质材料。常用的非活性混合材料主要有石灰石、石英砂、自然冷却的矿渣等。二、矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥是我国产量最多和应用广泛的水泥品种，凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，统称为矿渣硅酸盐水泥，简称矿渣水泥，代号为P·S·（A或B）。水泥中粒化高炉矿渣掺量大于20%且小于等于50%者，代号为P·S·A；水泥中粒化高炉矿渣掺量大于50%且小于等于70%者，代号为P·S·B。允许用粉煤灰、火山灰质混合材料、石灰石、窑灰等中的一种来代替部分粒化高炉矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%。1.早期强度低，后期强度高2.水化热低3.抗侵蚀能力强4.抗碳化能力较差5.耐热性较好6.保水性较差，泌水性较大7.干缩性较大8.抗冻性和耐磨性较差三、火山灰质硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰质水泥），代号为P·P。水泥中火山灰质混合材料掺加量按质量百分比计为大于20%且小于等于40%。与硅酸盐水泥相比，火山灰质水泥在其凝结、硬化及使用过程中具有以下特点：（1）火山灰质水泥的强度及其增进率，水化热，温湿度对凝结、硬化的影响，碳化速度等，都与矿渣水泥的有相同的特点。（2）火山灰质水泥在空气中的干缩率较大。干缩率与掺加的火山灰质混合材料的品种有关，通常比表面积较大和疏松多孔的混合材料，干缩性较大。（3）火山灰质水泥在硬化后，所含游离Ca（OH）2较少，所以对淡水溶蚀作用的抵抗力比普通水泥好，有时甚至比矿渣水泥还强；水化铝酸盐含量也较低，故在硫酸盐水中的稳定性较高。（4）当处在干燥空气中时，水化生成胶体的反应就会中止，强度也停止增长，而且已经形成的水化硅酸钙凝胶还会逐渐干燥，产生较大的体积收缩和内应力而形成微细裂纹。碳化作用又能使水泥石表面产生“起粉”现象。所以，火山灰质水泥不宜用在干燥环境中的地上结构物。（5）当处在潮湿环境或水中养护时，火山灰质水泥中的活性混合材料吸收石灰而产生膨胀胶化作用，并且形成较多的水化硅酸钙凝胶，使水泥石结构致密，因此有较高的紧密度和抗渗性，故宜用于抗渗要求较高的工程。【学生】思考、讨论。通过教师讲解掺混合材料的硅酸盐水泥生产、水化和熟化，使学生掌握水泥生产、水化和熟化特点作业布置（3min）【教师】布置课后作业活性混合材料有哪几种？非活性混合材料有哪几种？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】四、粉煤灰硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥），代号为P·F。粉煤灰水泥的凝结、硬化过程与火山灰质水泥相似。首先是熟料水化，然后是粉煤灰中的活性氧化硅、活性氧化铝等与熟料水化时所析出的氢氧化钙进行反应，产生水化硅酸钙和水化铝酸钙。但由于粉煤灰的化学组成和矿物结构与火山灰质混合材料的有所差异，因此粉煤灰水泥具有以下特点：1.早期强度低，后期强度高2.水化热低3.抗裂性好4.耐腐蚀性好五、复合硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为复合硅酸盐水泥（简称复合水泥），代号P·C。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比计大于20%且不超过50%，允许用不超过8%的窑灰代替部分混合材料；掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。复合硅酸盐水泥的特性与矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥相似，并取决于所掺混合材料的种类及相对比例。普通硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、5%～20%的活性混合材料（允许用不超过5%的窑灰或8%的非活性混合材料代替），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。由于普通硅酸盐水泥掺加了较少的活性混合材料，其特性接近于硅酸盐水泥，早期硬化速度稍慢、强度稍低，抗冻性、耐磨性和抗碳化性稍差，但耐腐蚀性较好，水化热较低。硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥通称为通用硅酸盐水泥，各自的性能及应用如表5-4示。【学生】思考、讨论。通过教师讲解掺混合材料的硅酸盐水泥品种与技术性质，使学生掌握掺混合材料的硅酸盐水泥的选用办法作业布置（3min）【教师】布置课后作业粉煤灰硅酸盐水泥的特点是什么？复合硅酸盐水泥的特点是什么？通过课后练习，使学生巩固所学新知识知识讲解（42min）【教师】任务3水泥检测一、主要检测仪器（1）负压筛析仪。（2）水泥净浆搅拌机。（3）维卡仪。（4）雷氏夹。（5）沸煮箱。（6）水泥胶砂试模。（7）抗折、抗压试验机。二、取样方法1.散装水泥对同一水泥厂生产的同期出厂的同品种、同强度等级的散装水泥，以一次进场的同一出厂编号的水泥为一批，且总量不超过500t，随机从不少于3个罐车中取等量水泥，经混拌均匀后称取质量不少于12kg。袋装水泥对同一水泥厂生产的同期出厂的同品种、同强度等级的袋装水泥，以一次进场的同一出厂编号的水泥为一批，且总量不超过100t。取样应有代表性，可以从20个不同部位的袋中取等量样品水泥，经混拌均匀后称取质量不少于12kg。细度检测（一）检测步骤筛析试验前，将负压