教育 部规 划 教 材 中等 职业 学 校 建筑 施工 专业 ( 含岗位培训 、 行业中级技术工人等级考核 ) 建 筑 材 料 ( 第二版 ) 全国中等 职业学校建筑类专业 教材编写 组 编 徐成君 主编 高 等 教 育 出 版 社 内容简介 本 书是教 育部职 成司 和建设 部教育 司共同 组织 编写的中等职 业学 校建筑 施工专 业系列 教材 之一。 全 书共分 1 2章, 内容包 括: 建筑 材料的 基本性质, 石膏 、 石 灰、 水玻璃 , 水 泥, 混凝 土, 建筑 砂浆, 墙 体 材料 , 建 筑钢材 , 防 水材料 , 绝 热材料 , 木材, 石材 , 常 用装饰 材料 。结 合 教学 要求, 书 后附 有 7个 建 筑材 料 试 验。全 书 按 我国最 新颁布 的标准 、 规 范编 写, 并采用 了国务 院颁 布的《 中华 人民 共和国法定计 量单 位》 。 本 书可作 为中等 职业 学校建 筑施工 专业教 材和 建筑施 工单位 岗 位 培训 教材, 也可 供 有 关技 术人员 、 技 术 工 人学习 使用。 图书在版编目 ( CI P ) 数据 建筑材料 / 徐成君主编; 全国中等职业学校建筑类专业教 材编写组编. —2版. —北京: 高等教育出版社, 2 0 0 4 . 1 1 中等职业学校建筑施工专业( 含岗位培训、 行业中级技术 工人等级考核) I S B N7- 0 4- 0 1 5 6 5 1- 2 I.建. . . II.①徐. . . ②全. . . III.建筑材料 -专业 学校 -教材 IV.T U 5 中国版本图书馆 C I P数据核字( 2 0 0 4 ) 第 1 0 9 5 6 5号 策划编辑 梁建超 责任编辑 李 澈 封面设计 李卫青 责任绘图 朱 静 版式设计 张 岚 责任校对 杨雪莲 责任印制 出版发 行 高 等教育 出版 社 购书 热线 0 1 0- 6 4 0 5 4 5 8 8 社 址 北 京市西 城区 德外大 街 4号 免费 咨询 8 0 0- 8 1 0- 0 5 9 8 邮政编 码 1 0 0 0 1 1 网 址 h t t p : / / w w w . h e p . e d u . c n 总 机 0 1 0- 5 8 5 8 1 0 0 0 h t t p : / / w w w . h e p . c o m . c n 经 销 新 华书店 北京 发行所 印 刷 版 次 1 9 9 4年 5月第 1版 开 本 7 8 7× 1 0 9 2 1 / 1 6 年 月 第 2版 印 张 1 0 . 5 印 次 年 月 第 次 印刷 字 数 2 5 00 0 0 定 价 1 3 . 3 0元 本书如 有缺页 、 倒 页、 脱页等 质量 问题, 请到 所购图 书销 售部门 联系调 换。 版权所有 侵权必究 物料号 : 1 5 6 5 1- 0 0 第二版前言 随着科学技术的飞速发展 , 建筑行业的新技术 、 新产品的出现 , 国家建筑行业新标准的颁布 , 使得我们在 1 9 9 4 年编写的 《 建筑 材料 》 教材已显 陈旧 。 为适 应现 在的教学 要求 , 使本 教材所 培 养的学生能更好地适应社会和经济发展的需要 , 在高等教 育出 版社的 主持 下 , 我们对 1 9 9 4 年 出 版的 《 建筑材料 》 进行了修订 。 本 书保持 了原教材 的特点 、 体 系和 学时数 , 只 是在 原书 的基础 上 增加了一些新知识 、 新技术 、 新工艺和新规范 , 同时对部分章节的内容作了一些小的删减和改动 , 以适应社会的发展和需要 。 本书第一 、 四 、 五 、 七 、 八 、 九章由沈阳大学彭扬编写 , 绪论 、 第二 、 三 、 六 、 十 、 十一 、 十二章及建 筑材料试验部分由辽宁教育学院徐成君编写 , 东北建筑设计院建材分院王益政 、 沈阳市计量测试 所王学欣参加了部分章节的修订工作 。 全书由徐成君主编 。 本书由郑君英审稿 , 在此表示感谢 。 由于编者水平有 限 , 书中缺 点和 错误在所难免 , 敬请 读 者提出宝贵意见 。 编者 2 0 0 4年 5月 第一版前言 随着职业技术教育改革的深化 , 特别是 1 9 9 0 年国 家教委 0 1 7 号文 “ 关于 制定职业高 级中 学 ( 三年制 ) 教学计划的意见 ” 的颁布 , 全国职 业高 中建筑 类专 业迫切需要一套 新的教学计 划及 其 配套教材 , 以使所培养的学生能更好地适应社会及经济发展的需要 。 为此 1 9 9 2 年 3 月国家教 委 职教司召开了全国职业高中建筑施工专业教学研讨会 议 , 建 设部教育司的同 志出席了会 议并 做 了专业指导 。 参加会议的有江苏 、 山东 、 辽宁 、 四川 、 广 东 、 广西 、 陕西 、 浙江等 省教委选派 的专 业 教师 、 教研员和建设部的有关专家 。 会议充分肯定了由国家教委职教司与建设部教育司组织编写的上一轮职业高中建筑类专业 教材 , 认为上一轮教材对提高全国职业高中建筑类专业的教学质量 、 强化技能训练方面的教学改 革起到了一定作用 , 取得了明显的社会效益 , 受到了全国各地职高师生的好评 。 会议审定并通过 了全国职业高 中 建 筑施 工 专业 的 教 学计 划 与专 业 课 程 的 教 学大 纲 , 落 实 了 国家 教 委 规划 教 材 — — — 建筑施工专业教材的编写工作 , 成立了 “ 全国职高建筑类专业教学研 究组 ” 。 本 书就是 根 据这次会议通过的全国职业高中建筑施工专业 的教学计划 和 “ 建 筑材料 ” 课 程的 教学 大纲编 写 的 。 “ 建筑材料 ” 课是建筑施 工专业 的一门 重 要的 技 术基 础 课 , 主 要介绍 建筑材 料的组 成与 构 造 、 性质与应用 、 技术标准 、 检验方法及保管等知 识 。 通过 学习 , 使学 生能 正确认识 、 合理 选用 建 筑材料 , 并能了解建筑材料的有关检验方法和运输 、 保管的一般知识 。 全书在编写过程中考虑到 职业高中的教学要求及特点 , 力求使教材内容实用 、 精 炼 、 突出 重点 , 并能 理论联系实际 , 文字 通 俗易懂和便于教学 。 本书按照现行规范和标准编写 。 本教材的教学时数为 6 5 学时 , 各章学时分配见下表 ( 供参考 ) 。 章 学 时 数 总 学时 讲课 实验 章 学 时 数 总学时 讲 课 实 验 绪 论 1 1 0 第七章 6 5 1 第 一章 5 5 0 第八章 5 4 1 第 二章 3 3 0 第九章 2 2 0 第 三章 8 5 3 第十章 2 2 0 第 四章 1 8 1 2 6 第十一 章 2 2 0 第 五章 3 2 1 第十二 章 4 4 0 第 六章 3 2 1 机 动 3 本书绪论 、 第一 、 四 、 五 、 七 、 八 、 九章由沈阳建筑工程学院刘祥顺编写 ; 第二 、 三 、 六 、 十 、 十一 、 十二章及建筑材料试验部分由辽宁教育学院徐成君编写 , 全书由刘祥顺统稿 , 由黑龙江省建筑工 程学校李业兰主审 。 参加本书编写提纲确定的有河北建筑工程学校孙鲁 、 广州建筑职业高中甘佩兰 、 抚顺市第三 职业高中张怀墨等 。 由于编者水平有限 , 书中错误和缺点在所难免 , 恳请读者提出宝贵意见 , 以便修改 。 编者 1 9 9 3年 3月 II 第一版前言 一 、 建筑 材料的发展 和趋势 人类从穴居的山洞走出来, 住进了自己利用简单的天然材料搭建的简陋的房屋, 这标志着建 筑的形成。人类从本能的遮风避雨到改善生存条件, 材料的 使用也从本性化 进展到根据 需求 去 选择和利用。这也说明了人类发展的历史也是建筑和建筑材料发展的历史。秦砖汉瓦标志了古 代建筑材料的一个新的时期, 而且国外水泥的发明也更说明 了建筑材料的发 展进入了一 个更 新 的历史阶段。不同年代的建筑反映了当时的建筑业发展 的水 平, 在某种程度 上建筑业的 发展 受 到了建筑材料发展的影响。 建筑材料是一切建筑工程中不可缺少的物质基础。各种建筑物与构筑物都是由各种建筑材 料经合理设计、 精心施工而成的。建筑材料的品种、 规格 及质 量都直 接关 系到建筑物的形 式、 建 筑施工的质量和建筑物的适用性、 艺术性及耐久性。 建筑材料是随着人类社会生产力的发展而发展的。古代人类 最初是 “ 穴居巢 处” , 火的利 用 使人类学会了烧制砖瓦及石灰。随着人类会使用工具以后, 建 筑材料 ( 木材、 砖、 石等) 由天然 材 料阶段进入了人工生产阶段, 从而为较大规模地建造房屋和 人类所需要的其 他建筑物建 立了 基 本的条件。 在漫长的封 建社 会中, 生产力停 滞不 前, 长期以 来只限于 以砖、 石、 木材作为 结构 材 料, 建筑材料的发展极其缓慢。随着资本主义的兴起, 工业的迅速发展, 交通的日益发达, 需要建 造大规模的建筑物及设施, 如大跨度的工业厂 房、 高层的 公用 建筑、 桥涵及港 口等。因 此, 钢材、 水泥、 混凝土及钢筋混凝土在 1 8 、 1 9 世纪相继出现, 并成为主要的结构材料。 我国在建筑材料的生产和应用上有着悠久的历史。在公元前 2 0 0年以前就有了相当发达 的 砖瓦业, 并修建了举世闻名的万里长城。公元 7世纪隋代李春在河北赵县建造的安济石拱桥, 和 已有 1 1 0 0多年历史的山西五台 山佛 光 寺大 殿的木结 构至 今 仍然 完好。 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 制石灰及 颜料生 产等 成就 进行了 总 结, 是我国建筑材料的宝贵历史资料。 近 2 0年来, 我国建筑材料业得到了迅速的发展, 从少品种到多品种, 从单功能到多功能。 从 单一材料到复合材料, 功能不断增多, 质量不断提高。随 着我 国现代 科学 技术迅猛发展, 尤其 是 加入 WT O以后, 经济建设水平日 益提高, 经济 发 展已 转到依靠 科技、 信息 发展的轨道 上来。 建 筑材料业必须以信息化带动工业化、 现代化, 走科技含 量高、 经 济效益 好、 资源消耗低、 环 境污 染 少、 人力资源优势充分发挥的新型道路, 以发展具有节约能源、 减少资源消耗、 有利于生态环境为 特征, 科技含量高、 经济附加值高的新型建筑材料。 建筑材料目前的发展主要在墙体材料、 装饰材料、 防水材料三大领域。现在全国范围内已取 缔了粘土砖, 出台了装饰材料十项规定和防水材料质量保证期规定, 表明我国建筑材料业已走上 了可持续 发展、 开发绿色 建材之路。墙体材料 必须向节 能、 利废、 隔热、 高强、 空心、 大 块方向 发 展; 装饰 材料必 须向装饰 性、 功能性、 适用性、 环 保性、 耐 久性方 向发 展; 防水 材料必须向 耐候 性 好、 高弹性、 环保性好方向发展, 同时大力发展仿生学, 从形式模仿向组成模仿、 结构模仿、 生物机 能模仿发展。 今后, 建筑材料发展的总体趋势是: ( 1 )努力研制质量轻、 强度高, 同时具有多种建筑功能的建筑材料。 ( 2 )由单一材料向复合材料及其制品发展。 ( 3 )扩大装配式预制构件的生产, 并力求制品大型化、 标准化, 便于实现设计标准化、 结构装 配化、 预制工厂化和施工机械化。 ( 4 )利用工农业废料、 废渣、 尾矿等作为建筑材料的原料以代替自然资源, 生产大量廉价、 低 能耗的建筑材料及制品。 ( 5 )为了满足人民生活水平不断提高的需求, 研制更 多花 色品种 的、 环保的装饰材料, 美 化 人们的生活环境。 二 、 建筑 材料的分类 建筑材料的种类 繁 多, 根 据 化 学成 分 建 筑 材 料 可 分 为 无机 材 料、 有 机 材 料和 复 合 材料, 见表 1 。 表 1 建筑 材料的 分类 ( 1 ) 建 筑 材 料 无 机 材 料 非 金 属 材 料 天然 石材 : 毛 石、 料石、 石子 、 砂 烧土 制品 : 粘 土砖、 瓦、 空心 砖、 建筑 陶瓷 玻璃 : 窗 用玻 璃、 安全玻 璃、 特种 玻璃 胶凝 材料 : 石 灰、 石膏、 水玻 璃、 各种 水泥 混凝 土及 砂浆: 普通 混凝土 、 轻混凝 土、 特种混 凝土 、 各 种砂浆 硅酸 盐制 品: 粉煤灰 砖、 灰砂 砖、 硅酸盐 砌块 绝热 材料 : 石 棉、 矿棉、 玻璃 棉、 膨胀 珍珠岩 金 属 材 料 黑色 金属 : 生 铁、 碳素钢 、 合 金钢 有色 金属 : 铝 、 锌 、 铜 及其合 金 有 机 材 料 植 物质 材料 木材 、 竹 材、 软木 沥 青材料 石油 沥青 、 煤 沥青、 沥青 防水 制品 高 分子 材料 塑料 、 橡 胶、 涂料 、 胶 粘剂 复合 材料 无 机 非 金 属 材 料 与有 机材料 的复合 聚合 物混 凝土、 沥青 混凝土 、 水泥刨 花板、 玻璃 钢 根据在建筑物上的使 用功能, 建 筑材 料 可分 为 建筑 结 构材 料、 墙 体材料 和 建 筑功能 材料, 见表 2 。 2 绪 论 表 2 建筑 材料的 分类 ( 2 ) 建 筑 材 料 建筑 结构 材料 砖 混结构 : 石 材、 砖、 水泥 混凝土 、 钢筋 钢 木结构 : 建 筑钢 材、 木材 墙 体材 料 砖 及砌块 : 普 通砖 、 空 心砖、 硅酸 盐砖 及砌块 墙 板: 混凝土 墙板 、 石 膏板、 复合 墙板 建筑 功能 材料 防 水材料 : 沥 青及 其制品 绝 热材料 : 石 棉、 矿棉 、 玻 璃棉、 膨 胀珍珠 岩 吸 声材料 : 木 丝板 、 毛 毡、 泡沫塑 料 采 光材料 : 窗 用玻 璃 装 饰材料 : 涂 料、 塑料 装修材 料、 铝材 三 、 教学 要求 “ 建筑材料” 是建筑施工专业的 一门 重要技 术基 础课, 主 要研 究建筑材 料的组 成与 构造、 性 质与应用、 技术标准、 检验方法及保管等内容。通过学 习, 应能 正确认 识、 合理选用建筑材 料, 并 了解建筑材料有关检验、 运输与保管的一般知识。 在学习建筑材料课程的过程中, 应注意做到以下几点: ( 1 )材料的组成与构造是决定材料性质的内在因 素, 只 有了解了材料性 质与组成构 造的 关 系, 才能掌握材料的性质。 ( 2 )同类材料存在着共性, 同类材料中因品种 不同还 存在 着各 自的特 性。学习时应 掌握 各 类材料的共性, 再运用对比的方法掌握不同品种材料的特性, 才容易抓住要领, 使条理清楚, 便于 理解和掌握。 ( 3 )在使用中, 材料的性质还受到外界环境条 件的影 响, 在学习 时要 运用已学过的物 理、 化 学等基础知识对所学的内容加深理解, 并应用内因与外因关系的哲学原理, 提高分析问题与解决 问题的能力。 ( 4 )材料实验是本课程的一个重要环节, 因此必须上好实验课, 并认真填写试验报告。要通 过实验培养动手能力, 获取感性知识, 了解技术标准及检验方法。 3 绪 论 建筑材料是建筑工程中所应用的各种材料的总 称。建筑 材料在 正常 使用状态下, 总 要承 受 一定的外力和自重, 同时还会受到周 围环境介 质的作 用以 及各种物 理作用 ( 如温度差、 湿度差、 摩擦等) 。为保证建筑物的正常使用和耐久性, 要求在工程设 计和施工 中正确合理地使用 材料, 因此必须熟悉和掌握材料的基本性质, 包括物理性 质、 化 学性 质、 力学性质及 其他一些特 殊的 性 质。 第一节 材料的物理性质 一 、 材料 与质量有关 的性质 ( 一 ) 密度 密度是材料在绝对密实状态下单位体积的质量, 用下式计算: ρ =m V 式中 ρ — — —材料的密度, k g / m 3 ; m — — —材料的质量, k g ; V — — —材料在绝对密实状态下的体积, m 3 。 材料在绝对密实状态下的体积是指材料体积内 固体物质本 身的体 积, 不包括内部 孔隙。 为 了研究问题方便起见, 常将密实度较高的材料, 如钢材、 玻璃和 4 °C的水看成是绝对密实的。 ( 二 ) 表观密度 表观密度是材料在自然状态下单位体积的质量, 用下式计算: ρ 0 =m V 0 式中 ρ 0 — — —材料的表观密度, k g / m 3 ; m— — —材料的质量, k g ; V 0 — — —材料在自然状态下的体积, m 3 。 自然状态下的体积是指包括内部孔隙在内的外 形体积。 在材料 内部 的孔隙中, 有的 与外 界 连通, 称为开口孔; 有的互相独立, 不与外界相通, 称为闭口孔( 图 1- 1 ) 。 使用时, 一般材料的体积均为自然状态下的体积, 如砖、 混凝土、 石材等。有的材料, 如砂、 石 在拌制成混凝土拌合物时, 因其 开口孔被 水填 入, 因 此体积内 只有闭 口孔。 为了 区别 这两种 情 况, 常将包括所有孔在内的表观密度称为体积密度; 把只有闭口孔的表观密度称为视密度。两种 密度的计算均可采用表观密度计算公式, 但需区分开两者体积的含义。视密度计算砂、 石在混凝 土中的实际体积时有实用意义。 图 1- 1 砖 的孔隙 示意图 1 —闭 口孔 ;2 、 3 —开 口孔 在自然状态下, 材料中往往含有水分, 其质量将因含 水程 度不同 而变 化, 体积密度也 必然 因 之而变化。通常所说的体积密度是对干燥材料而言, 在含水 状态下测得的体 积密度应注 明含 水 情况。 ( 三 ) 堆积密度 堆积密度是指粉状、 颗粒状及纤维状等材料在自然堆积状态下单位体积的质量, 可按下式计算: ρ ′ 0 =m V 0 式中 ρ ′ 0 — — —材料的堆积密度, k g / m 3 ; m — — —材料的质量, k g ; V 0 — — —材料在自然状态下的体积, m 3 。 材料在自然状态下, 堆积体积包括 材料的 表观 体积和颗粒 ( 纤 维) 间的 空隙体 积, 数值的 大 小与材料颗粒( 纤维) 的表观密度和堆积的密实程度有直接关系, 同时受材料的含水状态影响。 在建筑工程中, 密度、 表观密度和堆积密度常用来计算材料的配料及用量、 构件的自重、 堆放 空间和材料的运输量。常用建筑材料的密度、 表观密度和堆积密度见表 1- 1 。 表 1- 1 常用材料的密 度 、 表观 密度和 堆积密 度 材料 名称 密度 / ( k g / m 3 ) 表观 密度 / ( k g / m 3 ) 堆积 密度 / ( k g / m 3 ) 钢 材 78 5 0 木材 ( 松木) 15 5 0 4 0 0~ 8 0 0 粘 土空心 砖 25 0 0 9 0 0~ 14 5 0 普 通混凝 土 27 0 0 22 0 0~ 24 5 0 水 泥 31 0 0 10 0 0~ 16 0 0 砂 子 26 0 0 25 5 0~ 27 5 0 14 5 0~ 17 0 0 碎 石或卵 石 26 0 0~ 29 0 0 25 5 0~ 27 5 0 14 0 0~ 17 0 0 花 岗 岩 27 0 0 26 0 0~ 28 5 0 ( 四 ) 密实度 密实度是指固体材料中固体物质的充实程度, 即材 料的 绝对密实体积与 其自然状态 下的 体 积之比。计算式为 5 第一节 材料的物理 性质 D=V V 0 因为 ρ =m V ρ 0 =m V 0 所以 V=m ρ V 0 =m ρ 0 D=m/ ρ m/ ρ 0 =ρ 0 ρ 式中 D — — —材料的密实度, 常以百分数表示。 ( 五 ) 孔隙率 孔隙率是指固体材料的体积内孔隙体积所占的比例, 可根据下式计算: P= V 0 - V V 0 = 1-V V 0 = 1-ρ 0 ρ= 1- D 式中 P — — —材料的孔隙率, %。 例 普通粘土砖的密度 ρ = 25 0 0 k g / m 3 , 表观密度 ρ 0 = 17 0 0 k g / m 3 , 求其密实度与孔隙率。 解 : =ρ 0 ρ× 1 0 0 % = 17 0 0 25 0 0× 1 0 0 % = 6 8 % P= 1- D=( 1- 0 . 6 8 )× 1 0 0 % = 3 2 % 由上面例题可以看出, 密实度与孔隙率都表示材料的疏密程度, 只是从两个不同的侧面来反 映这一程度。 材料的许多性质如强度、 吸水性、 抗渗性、 抗冻性、 导 热性、 吸声性等都与 材料构造的 疏密 程 度有关, 除决定于孔隙率的大小以外, 还与孔隙的构造特征密切相关。孔隙的构造特征主要是指 孔隙的种类( 开口孔与闭口孔) 和孔径的大小及分布等。 ( 六 ) 空隙率 空隙率是指散粒状材料堆积体积中, 颗粒之间的空隙体积 所占 的百分率, 用 ρ ′ 表示, 可按 下 式计算: ρ ′ =V ′ 0 -V V ′ 0 × 1 0 0% = ( 1- ρ ′ 0 ρ 0 )× 1 0 0% 空隙率的大小反映了散粒状材料在堆积体 积内填充的 疏密 程度。上式中 的 ρ 0 一般 为材 料 颗粒的表观密度, 当计算混凝土中石子的空隙率时, 由于混凝土中的水泥浆可进入石子的开口孔 内, 因此 ρ 0 应按石子颗粒的视密度计算。 二 、 材料 与水有关的 性质 ( 一 ) 亲水性与憎水性 材料与水接触时, 根据其是否能被水润湿, 可将材料 分为 亲水性 材料 与憎水性材料两 大类。 在材料、 空气和水的交点处, 沿水滴表面的切线与水和材料接触面 所成的润 湿边角( 夹角) 愈小, 材料愈易被水润湿。 材料能被水润湿的性质称为亲水性( 润湿边角 θ ≤9 0 ° ) , 具有这种性质的 材料为亲 水性材 料 ( 图 1- 2 a ) 。如粘土砖、 混凝土、 木材等, 不但表面能够吸附水分, 而且还能将水分吸入 内部的 毛 6 第 一章 建筑材料的基 本性 质 细孔中。 材料不能被水润 湿 的性 质 称为 憎 水 性( θ>9 0 ° ) , 具 有 这 种 性 质的 材 料 称为 憎 水 性材 料 ( 图 1- 2 b ) , 如沥青、 油漆、 石蜡等。这类材料表面不易吸附水分并能阻止水分渗入内部毛 细孔。 憎水性材料不仅可用作防水材料, 还可用于对亲水性材料的表面处理 。 图 1- 2 材料的 润湿 ( 二 ) 吸水性与吸湿性 1 .吸水性 材料在水中能吸收水分的性质称为吸水性。材料吸水性的大小用吸水率表示。吸水率又有 质量吸水率和体积吸水率之分, 其计算公式分别为 W 质 = m 饱 - m 干 m 干 ×1 0 0% W 体 = m 饱 - m 干 V 0 ρ w ×1 0 0% 式中 W 质 — — —材料的质量吸水率; W 体 — — —材料的体积吸水率; m 饱 — — —材料吸水饱和后的质量, k g ; m 干 — — —材料干燥状态的质量, k g ; V 0 — — —材料在自然状态下的体积, m 3 ; ρ w — — —水的密度, k g / m 3 。 质量吸水率与体积吸水率的关系为 W 体 = W 质 ρ 0 1 ρ w ×1 0 0% 材料的吸水能力主要取决于材料本身的性质、 孔隙率 及孔 隙构 造特征。 密实材料及 具有 闭 口孔的材料是不吸水的。具有粗大孔的材料因水分 不易在孔中 留存, 其吸 水率常会减 小。而 那 些孔隙率较大又具有开口细小孔隙的亲水性材料, 则具有较大的吸水能力。 2 .吸湿性 材料在空气中能吸收空气中水分的性质称为吸湿 性。吸湿性用 含水率 表示( 含水率 亦称 含 水量) , 即材料所含水的质量与材料干质量之比, 按下式计算: W 含 = m 含 - m 干 m 干 ×1 0 0% 式中 W 含 — — —材料的含水率; m 含 — — —材料含水状态的质量, k g ; 7 第一节 材料的物理 性质 m 干 — — —材料干燥状态的质量, k g 。 材料的吸湿性主要取决于材料的成分与构造等 因素。一 般, 表面多孔的 亲水性材料 具有 较 强的吸湿性。 干燥的材料在空气中能吸收空气中的水分而逐渐变 湿, 湿的材料在空气 中会失去水 分逐 渐 变干, 最终材料中的含水量将与周围空气的湿度达到平衡。这时的材料处于气干状态, 气干状态 时的含水率称为平衡含水率。平衡含水率并不是固定不 变的, 它随环境的温 度和湿度的 变化 而 改变。 材料吸收水分后对材料的性质将产生不良的影响, 使 材料 的质量 增加、 强度降低、 保 温性 能 下降, 有时还会发生明显的变形。 ( 三 ) 耐水性 材料长期在水的作用下保持其原有性质的能力, 称为耐水性。 一般来说, 材料含水后将会减弱内部结合力, 使其强度有不同程度的降低, 即材料被水软化。 材料的耐水性用软化系数表示, 按下式计算: K 软 = f 饱 f 干 式中 K 软 — — —材料的软化系数; f 饱 — — —材料在吸水饱和状态下的抗压强度, M P a ; f 干 — — —材料在干燥状态下的抗压强度, M P a 。 材料的软化系数在 0~ 1之间波动, 软化系数越小, 说明材料吸水饱和后强度降低得越多, 耐 水性越差。长期 受水 浸 泡 或处 于 潮湿 环 境中 的 重 要建 筑 物, 其 结 构材 料 的 软化 系 数 应大 于 0 . 8 5 ; 次要建筑物或 受潮湿 较轻的 情况下 材 料的 软 化系 数 不应 小 于 0 . 7 5 。通 常 软化 系 数大 于 0 . 8 5的材料可认为是耐水的。处于干燥环境中的材料可不考虑耐水性问题。 ( 四 ) 抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为 抗渗性 ( 或不 透水性) 。材料抵 抗其他 液体 渗透 的性质 也 属于抗渗性。 在水压力 p的作用下, 水将沿材料内部开口连 通孔渗 透, 透过的水量 Q与试件的 面积 A 、 水 压力 p 及渗透时间 t 成正比, 与试件的厚度 d成反比, 用下式计算: Q= Kp A t d 或 K=Q d p A t 式中 K — — —材料的渗透系数, m/ h 。 渗透系数 K反映了材料抗渗性的好坏, K值愈大, 材料的抗渗性愈差。渗透系数主要与材料 的孔隙率及孔隙构造的特征有关。绝对密实的或只具有 闭口 孔的材 料是 不会发生透水现 象的。 那些具有较大孔隙率, 且为较大孔径开口连通孔的亲水性材料往往抗渗性较差。 材料的抗渗性也可用抗渗等级表示。 地下建筑及水工构筑物, 因常受压力水的作用, 所以要求材料具有一定的抗渗性。 ( 五 ) 抗冻性 材料抵抗多次冻融循环而不被破坏的性质称为抗冻性。 抗冻性试验通常是使材料吸水至饱和后, 在 - 1 5 °C温度下冻结几小时, 再放入室温的水中 融 8 第 一章 建筑材料的基 本性 质 化, 经过规定次数的冻融循环后, 检测 其重量及 强度损 失是 否超出某 一限值 来衡 量材 料的抗 冻 性。如普通粘土砖以反复 1 5次冻融循环后, 其重 量损失 和裂 缝长度 不超 过规定值, 即为 抗冻 性 合格。也有的材料( 如混凝土) 以能经受冻融循环次数来表示材料的抗冻等级。 材料经多次冻融循环作用后, 表面将出现裂 纹、 剥落等现象, 造 成重量 损失或强度 降低。 这 是由于处于材料内部孔 隙中 的 水受冻 结冰 后, 其 体 积增 大 约 9 %, 对 孔 壁产 生 很大 压 力( 可 达 1 0 0MP a ) 的结果。 材料的抗冻性与本身的组成、 构造、 强度、 吸水 性等因 素有 关。密实的材 料及具有较 小孔 径 闭口孔的材料通常具有良好的抗冻性能, 具有一定 强度的 材料 对冰 冻有一 定的抵抗能 力。材 料 的抗冻性还与材料的含水程度和冻融循环次数有关, 含水 量愈 大, 循 环次 数愈多, 对材料 的破 坏 作用也愈严重。 对冬季室外温度低于 - 1 0 °C的地区, 工程中使用的材料必须进行抗冻性检验。 三 、 材料 与温度有关 的性质 ( 一 ) 导热性 材料传导热量的性质称为材料的导热性, 可用材料的导热系数 λ表示其导热能力, 即 λ= Q d A t ( T 2 - T 1 ) 式中 λ — — —材料的导热系数, W/ ( m·K ) ; Q — — —传递的热量, J ; d — — —材料的厚度, m ; T 2 -T 1 — — —材料两侧的温差, K ; A — — —材料传热面的面积, m 2 ; t — — —传热的时间, s 或 h 。 导热系数是评价材料绝热性能的重要指标。材料的导热系数越小, 则材料的绝热性能越好。 工程中通常把 λ< 0 . 1 7 5W / ( m ·K ) 的材料称为绝热材料。 ( 二 ) 热容量 材料具有受热时吸收热量, 冷 却时放 出热 量的性质。 材料的 热容量 是指材 料温度 变化 1 K 所吸收或放出的热量, 其大小可用比热容 c 表示, 按下式计算: c = Q m ( T 2 -T 1 ) 式中 Q — — —材料吸收或放出的热量, J ; m — — —材料的质量, k g ; c — — —比热容, J / ( k g ·K ) ; T 2 -T 1 — — —材料受热或冷却后的温差, K 。 导热系数、 比热容可以综合表示材料的热工性能, 对于建筑物的保温、 隔热, 实现建筑节能具 有重要意义。几种常用建筑材料的导热系数和比热容见表 1- 2 。 9 第一节 材料的物理 性质 表 1- 2 几 种常用 建筑 材料的 导热系 数和比 热容 材料 导热 系数 / [ W/ ( m · K ) ] 比 热容 / [ J / ( k g ·K ) ] 材 料 导热系 数 / [ W / ( m ·K ) ] 比热 容 / [ J / ( k g · K ) ] 钢材 5 8 4 8 0 泡沫 塑料 0 . 0 3 5 13 0 0 花岗 岩 3 . 4 9 9 2 0 水 0 . 5 8 . 41 9 0 普通混 凝土 1 . 5 1 8 4 0 冰 2 . 3 3 20 5 0 普通烧 结砖 0 . 8 0 8 8 0 密闭 空气 0 . 0 2 3 10 0 0 松木 横纹 0 . 1 7 顺纹 0 . 3 5 25 0 0 第二节 材料的力学性质 任何材料受到外力( 荷载) 作用都要产生变形, 当外力 超过一定限度后 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和抵抗破坏能力方面的有关性质。 一 、 强度 及强度等级 材料在受力时, 单位面积上抵抗外力破坏的能力称为强度。图 1- 3表示了建筑上常用的 几 种外力在材料上的施加方式。材料抵抗这些外力破坏 的能力, 分别称 为抗 压强度、 抗拉强 度、 抗 图 1- 3 力在材 料上 的几种 施加方 式 弯强度( 亦称抗折强度) 及抗剪强度。材料抗拉、 抗压、 抗剪强度可按下式计算: f =F A 式中 f — — —材料的抗拉、 抗压、 抗剪强度, MP a ; F — — —材料受拉、 压、 剪切作用产生破坏时的荷载, N ; A — — —材料的受力面积, m m 2 。 0 1 第 一章 建筑材料的基 本性 质 材料的抗弯强度与材料的受力情况有关。试验时是 将矩 形截面 的条 形试件放在两支 点上, 中间作用一集中力( 如图 1- 3 c ) , 对材料进行试验( 如水 泥、 砖 的强度 试验) , 其抗弯强度 用下 式 计算: f 弯 =3 F L 2 b h 2 式中 f 弯 — — —材料的抗弯强度, M P a ; F — — —材料受弯时的破坏荷载, N ; L — — —两支点的间距, m m; b 、 h — — —试件横截面的宽及高, m m 。 材料的强度与它的组成和构造特点有关。不同的材料具有不同抵抗外力的能力。同一种材 料强度的大小, 在一般情况下随其孔隙率的增大而降低。 强度是材料( 尤其是结构材料) 的一项重要的技术性 能, 一些材料 如砖、 石材、 水泥、 砂 浆、 混 凝土、 钢材等都是按其强度大小划分成若干个等级的( 称为强度等级) 。工程 中常用材 料的强 度 见表 1- 3 。 表 1- 3 常 用材料 的强度 MP a 材 料 抗 压强度 抗拉 强度 抗弯 强度 花岗岩 1 0 0~ 2 5 0 5~ 8 1 0~ 1 4 普 通粘土 砖 5~ 2 0 — 1 . 6~ 4 . 0 普 通混凝 土 5~ 6 0 1~ 9 — 松木 ( 顺纹) 3 0~ 5 0 8 0~ 1 2 0 6 0~ 1 0 0 建筑 钢材 2 4 0~ 15 0 0 2 4 0~ 15 0 0 — 二 、 弹性 与塑性 材料在外力作用下产生变形, 外力取消后能够 完全恢 复原 来形 状的性 质称为弹性。 这种 能 够完全恢复的变形称为弹性变形。反之, 当外力取消后仍保持变形后的形状和大小, 并且不产生 裂缝及破坏的性质称为塑性。这种不能恢复的变形称为塑性变形。 实际上, 单纯的弹性和塑性材料都是不存在的。材料在一定限度荷载作用下表现出弹性, 当 荷载超出这一限度后就出现塑性, 常见材料( 如建筑钢材和混凝土) 的受力变形都是这样的。 三 、 脆性 与韧性 当外力达到一定限度时, 材 料突然破 坏并 不出现 明显的塑 性变 形的 性 质称 为脆性。砖、 石 材、 陶瓷、 玻璃、 混凝土、 铸铁等都属于脆性材料。这类材 料抵 抗冲击 和震 动的能力差, 它 们的 抗 压强度比抗拉强度高得多, 因此它们主要用于基础、 墙体、 柱子等受压的建筑部位。 在冲击荷载作用下, 材料能够承受 较大 的变形也不致破 坏的 性能 称为韧 性( 或冲 击韧性) 。 建筑钢材、 木材、 沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、 桥梁、 吊车梁以及有抗震要求结构的材 料, 应考虑其韧性。 1 1 第二节 材料的力学 性质 四 、 硬度 与耐磨性 硬度是材料抵抗其他物体刻划、 压入其表面而出现塑性变形的能力。通常, 矿物的硬度采用 刻划法测定其莫氏硬度, 钢材、 木材、 混凝土等采用钢球压入法测定其布氏硬度( H B ) 。 耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力, 通常用磨损率 K m 表示, 即 K m = m 1 -m 2 A × 1 0 0% 式中 m 1 — — —试件磨损前的质量, k g ; m 2 — — —试件磨损后的质量, k g ; A — — —试件受磨损的表面积, m 2 。 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 说, 强度较高的材料, 其硬度较大, 耐磨性较好 。 材料的物理性质包括材料与质量有关的性质 、 与水有关的性质及与温度有关的性质三部分 。 与质量有关的性质 : 根据 材料不 同的状态 , 可 将密 度分为 表观密 度 ( 包括 体积密 度 和视 密 度 ) 、 堆积密度 。 孔隙率 、 孔隙的构 造特 征和空隙 率能 描 绘材 料在 不同状态 下的疏 密程 度 , 它 们 都是影响材料许多工程性质的内在因素 。 与水有关的性质 : 包括亲水性和憎水性 、 吸水性与 吸湿性 、 耐水性 、 抗 渗性和抗冻性 , 这些 性 质都与材料的构造有着密切的联系 。 与温度有关的性质 : 包括导热系数和比热容 。 导热 系数 是采暖房屋的墙 体和屋面热 工计 算 以及确定热表面和冷藏库绝热层厚度的重要数据 。 比热容是计算 围护结构 ( 墙体 、 屋面 ) 保持 温 度稳定的能力 , 冬季施工加热材料以及窑炉热工计算时采用的数据 。 材料的力学性质 : 主要包括材料在外力作用下产生变形和抵抗破坏的能力 。 材料在不同形式的外力作用下 , 抵抗外力的能力分别 为抗 拉强度 、 抗 压强度 、 抗弯强 度与 抗 剪强度等 。 不同的材料以不同的强度值划分强度等级 。 材料受力后的变形可分为弹性变形和塑性变形 。 按 材料 破坏前 的变 形情况 , 可将材 料分 为 脆性材料与韧性材料 , 以分别适用于不同的使用条件 。 1- 1 什么是材 料的密 度、 表观 密度? 如何计算? 某种材 料的密 度与 表观密 度值不 同说 明什么 问题? 若 两 者相同 说明什 么问题 ? 1- 2 什 么是材 料的密 实度 和孔隙 率?如 何计算 ?两 者有什 么不同 ? 1- 3 利 用表 1- 1的数据 , 计 算钢 材、 松木、 水泥 、 砂、 普通混 凝土及 普通 粘土砖 的孔隙 率及空 隙率 ? 1- 4 如何计算 松散堆 积状 态材料 的堆积 密度? 一个 质量为 6 . 2 k g 、 容积 为 1 0 L的容 积升, 按规 定方 法装 入 卵石至 平满后 , 称 得总质 量为 2 1 . 3 k g , 求 该卵 石的堆 积密度 。若再 向容 积中注 水至平 满, 当 2 4 h 后称 得总质 量 为 2 1 第 一章 建筑材料的基 本性 质 2 5 . 9 k g , 求此 卵石 的表观密度及 空隙率 。 1- 5 亲 水性材 料与憎 水性 材料有 何区别?这样 划分 有何实 际意义 ? 1- 6 什 么是材 料的吸 水性 、 吸 湿性、 耐水 性、 抗渗性、 抗冻性 ?各用 什么 表示? 1- 7 材 料的孔 隙率及 孔隙 特征与 材料的表观密 度、 吸水 率、 含水率 、 耐水性 、 抗 渗性、 抗冻 性 及 强度等 性 质 有什么 关系? 1- 8 吸 水率与 含水率 有何 关系? 什么情 况下采 用质 量吸水 率?什 么情 况下采 用体积 吸水率 ? 1- 9 什 么是材 料的强 度? 通常有 哪几种 ?如何 计算 ?强度 的单位 是什 么? 1- 1 0 材料 的强度 和强度 等级 有何不 同? 1- 1 1 什么 叫弹性 ?什么 叫塑 性? 1- 1 2 什么 叫脆性 ?什么 叫韧 性?脆 性材料 与韧 性材料 在性质 及应 用上有 何不同 ? 3 1 复习思考题 在建筑工程中, 将散粒材料( 如砂子、 石子 ) 或块状材 料( 如砖 或石块 ) 粘 结为一个整 体的 材 料, 统称为胶凝材料( 或称胶结材 料) 。胶凝材料 是建 筑工程 中重 要的建筑 材料, 常用 的胶凝 材 料可分为 : 下面将介绍几种在建筑工程中常用的气硬性胶凝 材料。这类材 料只能 在空气 中( 干 燥条 件 下) 硬化, 并增加强度。 第一节 石 膏 建筑石膏及制品具有轻质、 高强、 隔热、 吸声、 美观及易加工等优点, 因此用途广泛, 是一种有 发展前途的新型建筑材料。 自然界中存在有天然的无水石膏( C a S O 4 ) 和二水石膏( C a S O 4 ·2 H 2 O ) 。 在建筑工程中所使用的石膏 是由 天然二水 石膏经 加工 而成的半 水石膏 ( C a S O 4 · 1 2H 2 O ) , 亦称熟石膏。天然二水石膏在加工时随温度和压力等条 件的 不同, 会得到结 构和性能不 相同 的 产物, 即 二水石膏( C a S O 4 ·2 H 2 O ) 1 2 5 °C1 . 3 a t m , 有 液态 水 存在 α型半水石膏( α- C a S O 4 · 1 2H 2 O ) 二水石膏( C a S O 4 ·2 H 2 O ) 1 0 7~ 1 7 0°C, 缺少水 蒸气( 干 燥条件下) β型半水石膏( β- C a S O 4 · 1 2H 2 O ) α型半水石膏也称高强度石膏。高强度 石膏 硬化后, 密 实度大, 强度 高, 可用于建筑 抹灰 或 制成石膏制品, 但成本高; β型半水石膏也称 建筑 石膏, 其生 产简便, 成本 低, 可在建筑工 程中 大 量使用。 一 、 建筑 石膏的凝结 与硬化 建筑石膏加水拌和后, 很快由半水石膏变成二水石膏: C a S O 4 · 1 2H 2 O+3 2H 2 O C a S O 4 ·2 H 2 O 半水石膏加水后先溶于水, 然后与水结合成二水石膏, 并 不断地 从溶 液中析出晶体, 随着 二 水石膏晶体析出, 浆体中自由水分不断减少, 使浆体逐渐变稠、 变干而失去可塑性, 这个过程称为 凝结。随后晶体继续增多, 彼此紧密结合, 并使浆体强度不断增加, 这个过程称为硬化。 二 、 建筑 石膏的技术 标准及特 性 ( 一 ) 技术标准 建筑石膏为白色粉末, 密度为 2 . 5~ 2 . 7 , 松散堆积密度为 8 0 0~ 11 0 0 k g / m 3 紧密堆积密度为 12 5 0~ 14 5 0 k g / m 3 。 建筑石膏按技术指标分为优等品、 一等品和合格品三个等级( 见表 2- 1 ) 。 表 2- 1 建 筑石膏 的技 术标准 ( G B9 7 7 6 —1 9 9 8 ) 技 术指标 优 等品 一等 品 合格品 抗折 强度 / MP a , ≮ 2 . 5 2 . 1 1 . 8 抗压 强度 / MP a , ≯ 4 . 9 3 . 9 2 . 9 细度( 0 . 2 m m 筛余量 ) 5 . 0 1 0 . 0 1 5 . 0 / %, ≯ 凝 结时间 / m i n 初凝 , ≮ 6 终凝 , ≯ 3 0 ( 二 ) 建筑石膏的特性 建筑石膏与其他胶凝材料相比, 具有以下特性: ( 1 )凝结硬化快。建筑石膏一般 在加水后 5~ 1 5m i n即凝 结。为施工方便, 往往 要掺适 量 的缓凝剂, 如动物胶及亚硫酸盐酒精废液等。建筑石膏硬化快, 大约一周时间即可达到最高强度 ( 可达 1 5M P a ) 。 ( 2 )有微膨胀。建筑石膏硬化过程中体积略 有膨胀 ( 约 1 %) , 这使得建 筑石膏可以 单独 使 用。用石膏制作的各种装饰制品形体饱满充实, 表面光滑细腻, 干燥时不开裂。 ( 3 )孔隙率大。石膏硬化后孔隙率可达 5 0% ~6 0%, 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饰材料。但孔隙率大会使石膏制品强度降低、 吸水率增大。 ( 4 )耐水性差。建筑石膏制品的软化系数小、 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。 ( 5 )抗火性好。建筑石膏硬化后的主要成分是 C a S O 4 ·2 H 2 O , 遇火时其 中的结晶水 脱出 能 吸收热量, 生成无水石膏而成为良好的热绝缘体。建筑石膏的制品愈厚, 抗火性愈好。 5 1 第一节 石 膏