第1章 建筑材料的基本性质

主讲教师：许文/p>

建筑材料学BuildingMaterials教学学时：32学时主讲教材：《建筑材料》第3版张光碧著参考资料：[1]《建筑材料（第6版）》魏鸿汉著[2]《建筑材料》胡新萍,刘吉新,王芳著[3]《土木工程材料》王功勋,聂忆华著[4]《CivilEngineeringMaterials》

IslamM.Rashad著绪论§0-1建筑材料的定义和分类§0-2建筑材料的重要性§0-3建筑材料的发展过程及趋势§0-4本课程的主要任务和学习方法§0-1建筑材料的定义和分类建筑材料建筑材料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，它是一切建筑工程的物质基础。如：水泥(cement)、混凝土(concrete)、钢筋(Rebar)、玻璃等。按化学成分分类无机材料(inorganicmaterials)（不含碳元素的化合物）

金属材料(metallicmaterials)：

黑色金属材料——钢、铁

有色金属材料——铝、铜、合金

非金属材料(nonmetallicmaterials)：

天然石材——大理石、花岗石

陶瓷和玻璃——砖(Brick)、瓦、卫生陶瓷、玻璃

无机胶凝材料——水泥、石灰、石膏、水玻璃§0-1建筑材料的定义和分类建筑材料有机材料(organicmaterials)（含碳元素的化合物）

植物材料(plantmaterials)：木材(timber\wood)、竹材、植物纤维及其制品

沥青材料(bituminousmaterials)：煤沥青、石油沥青及其制品

合成高分子材料(syntheticpolymer)：塑料(plastics)、涂料(coating)、胶合剂(adhesive)、合成橡胶(syntheticrubber)复合材料(complexmaterial)：

有机与无机非金属材料复合：聚合物混凝土、玻璃纤维增强塑料

金属与无机非金属材料复合：钢筋混凝土、钢纤维混凝土

金属与有机材料复合：PVC钢板、有机涂层铝合金板§0-1建筑材料的定义和分类建筑材料结构材料(structuralmaterials)

砖、石材、砌块、钢材、混凝土、铝合金、形状记忆金属等按使用功能分类墙体材料(wallmaterials)

砌墙砖、混凝土、加气混凝土、混凝土墙板、石膏板、金属板材、复合墙体、玻璃幕墙等功能材料(functionalmaterials)

防水(waterproof)材料：沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥

装饰(Decoration)材料：墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土

吸音(soundabsorption)材料：多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩

绝热(thermalisolation)材料：塑料、橡胶、泡沫混凝土

卫生(Sanitary)工程材料：金属管道、塑料、陶瓷§0-2建筑材料的重要性建筑材料

材料与结构、施工密切相关，相互依存、相互促进材料与建筑工程的关系材料结构施工工程质量

建筑材料是发展建筑业的物质基础

建筑物造价中50%-60%是材料费用，一般每1面积的房屋要用1-2t的工程材料。

必须恰当选择和合理使用原材料

材料质量的优劣，配制是否合理，选用是否恰当直接影响建筑工程质量。

发展绿色建材§0-2建筑材料的重要性建筑材料凤凰沱江大桥倒塌主因：砌筑质量不合格、主要原材料块石不合格§0-2建筑材料的重要性建筑材料重庆綦

(qí

)

江彩虹桥坍塌主因：钢管焊接质量不合格、钢管混凝土强度不合格§0-2建筑材料的重要性建筑材料典型“豆腐渣工程”§0-2建筑材料的重要性建筑材料“豆腐渣工程”害死哥啊！§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料

原始时代——天然材料：木材、岩石、竹、粘土

石器、铁器时代——

金字塔（2000-3000BC）：石材、石灰、石膏

万里长城（200BC）：条石、大砖、石灰砂浆

布达拉宫：石材、石灰砂浆

罗马园剧场（70-80AC）：石材、石灰砂浆

18世纪中叶——钢材、水泥（J.Aspdin，1824,）

19世纪——钢筋混凝土（1890-1892）；中国，1898

20世纪——预应力混凝土、高分子材料

21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料胡夫金字塔，高146.59m，塔吉边长232m，用230多万块、每块重2.5t的岩石砌成。§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料万里长城（200BC)：条石、大砖、石灰砂浆§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料布达拉宫：石材、石灰砂浆§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料罗马斗兽场（70-80AC)：石材、石灰砂浆§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料上海中心大厦：钢筋混凝土结构-钢结构§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料

材料方面国内

产品性能：轻质(light)、高强(Highstrength)、多功能(multifunction)、环保制品形式：预制化(precast)、构件化(component)、大尺寸化原料：利用再生资源工艺方面：低能耗、低污染、再生国外耐久(durability)、节能、多功能、生态、环保

建筑方面

绿色建筑(ecologicalbuilding)是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效地适用空间，与自然和谐共生的建筑。节能建筑、生态建筑、绿色建筑和低碳建筑

结构形式方面

20世纪的高层化趋势——高层化 21世纪环保化发展趋势——绿色建筑§0-3建筑材料的发展过程及趋势建筑材料全球绿色建筑趋势

全球绿色建筑需求迅猛增长

截止2023年底，全球获得美国LEED(LeadershipinEnergy&EnvironmentalDesign)项目超过10万个

截止2023年底，中国获得LEED认证的项目总数达7,119个，总认证面积已超1.7亿平方米杭州：欧美金融城北京：银泰中心§0-4本课程的主要任务和学习方法建筑材料主要任务

了解材料在建筑物上所起的作用和要求；了解常用材料的生产、成分和构造；掌握常用材料的技术性质,以及影响材料性质的主要因素及其相互关系；

掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格；熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术；掌握常用材料的选用原则和方法；掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材料的施工注意事项。§0-4本课程的主要任务和学习方法建筑材料学习方法重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能

常用材料——水泥、混凝土、石灰、石膏、玻璃、钢材、木材、沥青、高分子材料

每种材料：原料——生产工艺——组成成分——构造——性质——应用——检验——储存以及它们之间的相互关系重点：性质和应用，质检的基本原理（引起材性变化的内因和外因）学习材料的技术标准：国家标准、行业标准、企业标准 GB-国家标准 JG-建设部行业标准 JC-国家建材局行业标准 YB-冶金部行业标准 JT-交通部行业标准 SL-水利水电行业标准 ZB-国家级专业标准第1章建筑材料的基本性质§1-1材料的组成与结构§1-2材料的物理性质§1-3材料的力学性质§1-4材料的耐久性材料的组成、结构，材料的密度等基本结构特征参数、计算公式、测试方法及其相互关系；亲水性、憎水性、吸水性、吸湿性、耐水性、热工性质等物理性质，相关确定和计算方法；材料的受力变形、强度公式和计算、脆性与韧性等力学性质；材料的耐久性。基本知识点§1-1材料的组成与结构建筑材料化学组成(chemicalcomposition)

构成材料的化学元素以及化合物的种类及数量。矿物组成(mineralcomposition)

金属元素与非金属元素按一定化学组成构成具有一定分子结构和性质的物质。相组成(phasecomposition)

材料中具有相同的物理、化学性质的均匀部分的组成。材料的组成(compositionofmaterials)§1-1材料的组成与结构建筑材料材料的结构(structureofmaterials)微观结构(microstructure)()

晶体(crystal)、玻璃体(amorphousbody)、胶体(colloid)细观结构(mesostructure)()宏观结构(macrostructure)()

孔隙：致密（钢材）、微孔（混凝土）、多孔（砌体砖）

组织构造：堆聚（混凝土）、纤维（木材）、层状（复合板材）、散粒（未使用的水泥、砂、石）石墨的结构金刚石的结构§1-1材料的组成与结构建筑材料§1-2材料的物理性质建筑材料讨论：密度、孔隙率与混凝土性能之间的关系？密度(density)透水混凝土多孔混凝土自密实混凝土§1-2材料的物理性质建筑材料密度(density)Definition:Thedensityofamaterialisitsmassperunitvolumewhenthematerialisinadensestate.（材料在绝对密实状态下单位体积的质量）李氏瓶比重瓶1－固体物质2－闭口孔隙(b)3－开口孔隙(k)123§1-2材料的物理性质建筑材料表观密度(apparentdensity)Definition:Theapparentdensityofamaterialisitsmassperunitvolume(containingitsinternalclosedpores)whenthematerialisinadrystate.（材料在干燥状态下单位体积（包含了其内部闭口孔隙）的质量）1－固体物质2－闭口孔隙(b)3－开口孔隙(k)123§1-2材料的物理性质建筑材料体积密度(volumedensity)Definition:Thevolumedensityofamaterialisitsmassperunitvolume(containingitsclosedandopenedpores)whenthematerialisinanaturalstate.（材料在自然状态下单位体积（包含了其闭口和开口孔隙）的质量）1－固体物质2－闭口孔隙(b)3－开口孔隙(k)123§1-2材料的物理性质建筑材料堆积密度(bulkdensity)Definition:

Forpowderyorparticlematerialsunderastackingcondition,thebulkdensityaretheirmassperunitvolume.（散粒（粉状、粒状或纤维）材料在自然堆积状态下，单位体积（包含了颗粒内部的孔隙及颗粒之间的空隙）的质量）1－固体物质2－孔隙(p)3－空隙(s)123§1-2材料的物理性质建筑材料材料的密度、表观密度、体积密度及堆积密度1－固体物质2－闭口孔隙(b)3－开口孔隙(k)1231－固体物质2－孔隙(p)3－空隙(s)123§1-2材料的物理性质建筑材料 Thesolidityofamaterialreferstothecompactnessofsolidinthevolumeofthematerial.（指材料体积内被固体物质所充实的程度，即固体物质体积占总体积的比例）密实度D(solidity)孔隙率P(porosity) Theporosityofamaterialreferstotheproportionofporesvolumetothetotalvolumeofthematerial.（指材料体积内，孔隙体积占材料总体积的百分率）密实度与孔隙率关系§1-2材料的物理性质建筑材料 Solidparticlesfillingproportionoftotalbulkstackingvolumeofmaterial.（散粒材料在某容器的堆积体积中，被其颗粒填充的程度）空隙率V(voidage)填充率(fillingrate) Proportionofvoidvolumeamongtheparticlestothebulkvolumeofthenon-coherentmaterialinacontainer.（散粒材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积(开口孔隙与间隙之和)占堆积体积的百分率）填充率与空隙率关系§1-2材料的物理性质建筑材料材料与水有关的性质亲水性(hydrophilicity) Propertyofamoleculeorothermolecularentitythatisattractedto(依附),andtendstobedissolvedbywater.比如：石头(stone)、砖(brick)、混凝土(concrete)、木材(mood)等。憎水性(hydrophobicity) Inchemistry,hydrophobicityisthephysicalpropertyofamolecule(knownasahydrophobe)thatisrepelledfromamassofwater.比如：沥青(pitch)、石蜡(wax)等。§1-2材料的物理性质建筑材料吸水率(waterabsorptionrate)

材料在浸水状态下吸入水分的能力。有质量吸水率和体积吸水率之分。

质量吸水率：材料吸水饱和时，其所吸收水分的质量占材料干燥时质量的百分率。

体积吸水率：材料体积内被水充实的程度，即吸收水分的体积占干燥材料自然体积的百分率。质量吸水率与体积吸水率之间的关系§1-2材料的物理性质建筑材料吸湿性(hygroscopicity)

Materialpropertywhichcanabsorbwaterintheair.（材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质）用含水率表示。

含水率(rateofwatercontent)：材料在所处环境中其含水的质量占材料干燥质量的百分数。饱和系数(saturation)

材料在水中吸水饱和之后，吸入水的体积与孔隙体积之比。

饱和系数反映孔隙特征。耐水性(waterresistance)

Materialproperty,inwhichthesubstancecannotbedestroyedanditsstrengthwillnotbedegradedsignificantlywhenitissaturated.用软化系数(softeningcoefficient)表示。破坏机理：吸附作用、吸水膨胀、溶蚀作用§1-2材料的物理性质建筑材料材料的热工性质导热性(thermalconductivity)

材料两侧有温差时，热量由高温侧向低温侧传递的能力。用导热系数λ表示。材料的导热系数愈小，表示其绝热性能愈好。热熔(thermalcapacity)

材料温度变化时吸收或放出热量的能力。比热(specificthermalcapacity)

单位质量的材料升高单位温度时所需的热量。§1-2材料的物理性质建筑材料热阻(thermalresistance)

材料抵抗热量传递的能力，与导热系数λ相对。

保温：防止室内热量散失。

隔热：防止室外热量进入。热变形性(thermaldeformation)

材料在温度变化时的尺寸变化，以线膨胀系数表示。耐燃性(flameresistance)

材料对火焰和高温的抵抗能力。

耐火极限：对任一建筑构件按时间一温度标准曲线进行耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时为止的这段时间，用小时表示。§1-3材料的力学性质建筑材料材料的强度、比强度

材料可抵抗因外力（荷载）作用而引起破坏的最大能力，即为该材料的强度(strength)。建筑物上的材料有抗拉(tension)、抗压(compression)、抗剪(shear)、抗弯(bending)等强度。

比强度(specificstrength)：单位质量计算的材料强度，其值等于材料的强度与其体积密度之比，它是衡量材料轻质高强的一个主要指标。§1-3材料的力学性质建筑材料材料的弹性与塑性弹性和弹性变形(elasticityandelasticdeformation) Itreferstothematerialproperty,inwhichthematerialisdeformedunderloadingandrestoredwhenloadingisremoved.（材料在外力作用下产生变形，当外力去除后能完全恢复到原始形状。可逆变形）塑性和塑性变形(plasticityandplasticdeformation) Itreferstothematerialproperty,inwhichthematerialisdeformedbyloading,butitremainthedeformedandnotcrackwithitwhenloadingisremoved.（材料在外力作用下产生变形，当外力去除后，有一部分变形不能恢复。不可逆变形）§1-3材料的力学性质建筑材料材料的脆性与韧性脆性(brittleness) Itreferstothematerialproperty,inwhichthematerialisdestroyedsuddenlywithoutvisibleplasticdeformationtotheex