《建筑材料》教案.docx
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《建筑材料》教案
教案头
课次
1
授课日期
编号
01
基本课题
1.绪论
教学目的
了解建筑材料的定义与分类及其对建筑业发展的作用；熟悉建材产品及其应用的技术标准；明确学习目的、任务及方法。
重点
建筑材料的定义和分类；地位和作用以及发展方向和技术标准；本课程的学习目的、任务和方法。
难点
无
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.本课程教学计划简介
Ⅱ.本课程对学生的要求
Ⅲ.简介建筑材料课程的特点和学习方法及实际应用方面
45min
讲授
培养学生严谨的学习态度和正确的学习方法
Ⅳ.讲新课
1.绪论
1.1建筑材料的定义和分类
1.1.1定义
1.1.2分类
20min
讲授
培养学生学习积极性，培养学习兴趣
1.2地位和作用以及发展方向
1.2.1地位和作用
1.2.2建筑材料的发展方向和技术标准
1.2.3本课程的学习目的、任务和方法
25min
讲授
培养学生学习积极性，培养学习兴趣
课后记：
本次课程的重要性在于充分调动学生学习的积极性，培养学习的兴趣树立良好的开端。
绪论
学习目标：
掌握材料的技术标准，掌握建筑材料的分类和学习方法。
了解材料的发展历史和在国民经济中的地位。
教学重点：
1、掌握材料的技术标准。
2、建筑材料的分类和学习方法
教学难点：
材料的技术标准
教学手段和方法：
教师讲授，课堂讨论，多媒体教学
1.建筑材料的分类
用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工程材料。
1.1按化学成分分类：
1.1.1无机材料：
金属材料：
黑色金属材料——钢、铁
有色金属材料——铝、铜、合金
非金属材料：
天然石材——大理石、花岗石
陶瓷和玻璃——砖、瓦、卫生陶瓷、玻璃
无机胶凝材料——石灰、石膏、水玻璃、水泥、砂浆、混凝土
1.1.2有机材料：
木材、沥青、塑料、涂料、油漆
1.1.3复合材料：
金属与非金属复合——钢筋混凝土、钢纤维混凝土
有机与无机复合——玻璃钢、沥青混凝土、聚合物混凝土
1.2按用途分类
结构材料：
砖、石材、砌块、钢材、混凝土
防水材料：
沥青、塑料、橡胶、金属、聚乙烯胶泥
饰面材料：
墙面砖、石材、彩钢板、彩色混凝土
吸音材料：
多孔石膏板、塑料吸音板、膨胀珍珠岩
绝热材料:
塑料、橡胶、泡沫混凝土
卫生工程材料：
金属管道、塑料、陶瓷
2.建筑材料的发展历史
随生产力发展而发展
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
罗马圆形剧场（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
中国，1956，乌江江界河大桥桁式组合拱桥
21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材
3.建筑材料在国民经济中的地位和作用
3.1建筑材料是发展建筑业的物质基础
材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%
3.2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。
3.3发展绿色建材
大力发展和推广应用干抹砂浆、预拌混凝土等水泥深加工制品。
开发集结构、保温、装饰为一体的内外墙复合板材。
4.建筑材料课程的作用、任务和学习方法
4.1作用
4.1.1为后续课程的学习提供必要的知识
4.1.2为今后从事专业技术工作时，合理选择和使用建筑材料打下基础
4.2任务
4.2.1了解材料在建筑物上所起的作用和要求
4.2.2了解常用材料的生产、成分和构造
4.2.3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
4.2.4掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格
4.2.5熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术。
4.2.6掌握常用材料的选用原则和方法。
4.2.7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
3.学习方法
3.1重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本性质
3.2学习掌握材料的技术标准:
国家标准、行业标准、地方标准、企业标准
GB-国家标准
GBJ-建筑工程国家标准
JGJ-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JTJ-交通部行业标准
SD-水电行业标准ZB-国家级专业标准
3.3重视学好实验
学习常用建筑材料的检验方法——合格性判断和验收。
对实验数据、试验结果进行分析判别，培养从事科学研究的能力。
教案头
课次
2
授课日期
编号
02
基本课题
1.建筑材料的基本性质
材料的物理性质
教学目的
掌握材料与质量有关的性质（10个参数）、与水有关的性质（6个参数）、与热有关的性质（4个）,并能熟练运用。
重点
材料与质量有关的性质（10个参数）与水有关的性质（6个参数）
难点
材料与质量有关的性质（10个参数）
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.提问复习上次课内容
15min
提问
巩固上次课的学习内容
Ⅱ.新课
1.1材料的物理性质
1.1.1材料与质量有关的性质
体积、密度、视密度、表观密度、堆积密度、密实度、孔隙率、填充率、空隙率、压实度
50min
讲授
让学生掌握材料与质量有关的性质（10个参数）
1.1材料的物理性质
1.1.2材料与水有关的性质
亲水性与憎水性、吸湿性（含水率）、吸水性（吸水率）、耐水性、抗渗性、抗冻性
作业：
习题1，2
25min
讲授
让学生掌握与水有关的性质（6个参数），并提高学生学习兴趣
课后记：
本次课程的重要性在于培养学生对建筑材料物理性质的认知性，培养学习的兴趣，逐步走上建筑材料课程学习的正规。
（连上）
第一章建筑材料的基本性质
学习目标：
掌握密度、表观密度以及堆积密度之间的区别掌握孔隙率及孔的形状对材料性能的影响。
掌握与水有关的性质。
了解材料的热工性质
教学重点：
掌握密度、表观密度以及堆积密度之间的区别
掌握孔隙率及孔的形状对材料性能的影响。
掌握与水有关的性质
教学难点：
材料的密度表观密度及堆积密度之间区别
教学手段和方法：
教师讲授，课堂讨论，多媒体教学
1.1材料的物理性质
1.1.1材料与质量有关的性质
几种密度：
密度、表观密度、堆积密度
1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙
1）密度：
材料在绝对密实状态下，单位实体体积的干质量。
（不包括开口和闭口孔隙体积）
2）表观密度：
材料单位表观体积（闭口孔隙+开口孔隙+实体）的干质量。
两种密度异同：
m为材料的烘干质量；
体积不同，为实体体积，表观体积。
密度表观密度
（3）堆积密度：
散粒状材料在自然状态下单位堆积体积（开口+闭口+实体+空隙）的质量。
反映散粒堆积的紧密（压实）程度及可能的堆放空间
思考：
颗粒材料的密度为ρ，表观密度为ρ0，堆积密度ρ0‘，则三种密度的关系？
4.孔隙率和空隙率
孔隙的特征
（1）按孔隙尺寸大小，可把孔隙分为微孔、细孔和大孔三种
（2）按孔隙之间是否相互贯通，把孔隙分为孤立孔、连通孔。
（3）按孔隙与外界之间是否连通，把孔隙分为开口孔、封闭孔。
孔隙对材料的影响：
（1）孔隙的多少（孔隙率）
（2）孔隙的特征
5.孔隙率和密实度
孔隙率是指材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。
▲孔隙率
密实度是指材料的体积被固体物质充实的程度。
6.空隙率与填充率——散粒状材料
空隙率是指散粒材料堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体积的百分率。
空隙率
填充率是指散粒材料堆积体积中，颗粒填充的程度。
填充度
1.1.2材料与水有关的性质
建筑材料的亲水性和憎水性在建筑工程中有什么实际意义？
1.建筑材料的亲水性在建筑工程中，可以帮助其他材料增强水的融合，比如，在混凝土的添加剂里有种称为减水剂的，它就可以帮助增强混凝土的和易性，减少水，配置同样的强度的混凝土，以减少水泥量。
2.同样，材料的憎水性也可以利用其憎水性能，在建筑工程中起重要作用。
比如，在防水材料中经常用的具有憎水性的材料，如沥青等等
1.材料的亲水性与憎水性
湿润边角：
在材料、水和空气的三向交叉点处沿水滴表面做切线，此切线与材料和水接触面的夹角θ，称为湿润边角。
亲水性材料：
润湿角θ≤90°（表现为亲水性）水分子间内聚力＜水分子与材料分子间吸引力
憎水性材料：
润湿角θ＞90°（表现为憎水性）水分子间内聚力＞水分子与材料分子间吸引力
2.材料的吸水性与吸湿性
（1）吸水性：
材料在水中能吸收水分的性质——饱水状态（吸水饱和）
质量吸水率：
材料饱水状态,所吸水分质量占干质量的百分率
体积吸水率：
材料饱水状态,所吸收水分体积占干体积百分率
思考：
材料的孔隙率越大，吸水率越大，对吗？
材料的吸水性不仅与材料的亲水性或憎水性有关，而且与孔隙率的大小和孔隙特征有关。
对于孔特征相近的材料，一般孔隙率越大，吸水性也越强。
具有粗大孔隙的材料，虽然水分容易渗入，但仅能润湿孔壁表面而不易在孔内存留，因而吸水率不高；密实材料以及仅有封闭孔隙的材料是不吸水的，开口细微连通且孔隙率大，吸水性强。
（2）吸湿性：
材料在潮湿空气中吸收水分的性质——自然状态
含水率：
自然状态，材料所含水分质量占其干质量的百分率
有一块砖重2625g，其含水率为5%，该湿砖所含水量为多少？
解：
吸水率与含水率的异同？
材料的吸水率反映了材料在标准测试方法之下吸收水分的能力的大小，是恒值。
材料的含水率反映材料在自然状态下含水的状态，不一定已经达到吸水饱和，当材料与空气湿度达到平衡时就不在吸收空气中水分，此时含水率称为平衡含水率。
是变值。
3.材料的耐水性
材料长期在水的作用下既不破坏，强度又不显著降低的性质称为耐久性。
指标：
软化系数
fb——材料饱水状态抗压强度，MPa
fg——材料干燥状态抗压强度，MPa
原因：
随含水量增加，减弱其内部结合力，导致强度下降。
KR的范围在0~1之间。
KR>0.85，称为耐水材料。
例：
耐水性不正确的[]。
A、有孔材料的耐水性用软化系数表示
B、材料的软化系数在0～1之间波动
C、软化系数大于0.80的材关于料称为耐水材料。
D、软化系数小于0.80的材料称为耐水材料。
E、软化系数越大，材料吸水饱和后强度降低越多，耐水性越差
例：
某石材在气干、绝干、水饱和情况下测得的抗压强度分别为174、178、165MPa，求该石材的软化系数，并判断该石材可否用于水下工程。
解
该石材的软化系数为:
由于该石材的软化系数为0.93，大于0.85，故该石材可用于水下工程。
4.材料的抗渗性
——抵抗压力水渗透的性质
（1）渗透系数
渗透系数：
Ks的意义：
抗渗系数越小，表明抗渗性能越好。
（2）抗渗等级：
抗渗等级越高，其抗渗性越好。
指石料、砼或砂浆所能承受的最大水压力。
如：
最大承水压力为0.2MPa，表示为P2，另有P4、P6、P8、P10…
5.材料的抗冻性
——材料饱水状态下，能经受多次冻融交替作用，既不破坏，强度又不显著降低的性质。
抗冻等级：
能经受冻融循环的最大次数，
记为F50、F100、F200、F300…
材料的抗冻性用抗冻等级表示。
抗冻等级：
以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。
用符号Fn表示，其中n即为最大冻融循环次数，如F25、F50等。
材料的抗冻等级可分为Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分别表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的冻融循环。
如混凝土抗冻等级Ｆ15是指所能承受的最大冻融次数是15次（在-15℃的温度冻结后，再在20℃的水中融化，为一次冻融循环），这时强度损失率不超过25％，质量损失不超过5％。
思考：
孔隙率越大，材料的抗冻性是否越差？
材料的孔隙包括开口孔隙和闭口孔隙两种，材料的孔隙率则是开口孔隙率和闭口孔隙率之和。
材料受冻融破坏主要是因其孔隙中的水结冰所致。
进入孔隙的水越多，材料的抗冻性越差。
水较难进入材料的闭口孔隙中。
若材料的孔隙主要是闭口孔隙，即使材料的孔隙率大，进入材料内部的水分也不会很多。
在这样的情况下，材料的抗冻性不会差。
材料的抗冻性与材料的强度、孔结构、耐水性和吸水饱和程度有关。
材料抗冻等级的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。
混凝土抗冻等级D15号中的15是指（）。
A．承受冻融的最大次数为15次
B．冻结后在15~C的水中融化
C．最大冻融次数后强度损失率不超过15％
D．最大冻融次数后质量损失率不超过15％
教案头
课次
3
授课日期
编号
03
基本课题
材料的物理性质
教学目的
掌握材料与热有关的性质的概念及表示方法，并熟练运用。
了解材料的声学性能、光学性能。
重点
材料与热有关的性质
难点
材料与热有关的性质
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.提问复习上次课内容
15min
提问
巩固上次课的学习内容
Ⅱ.新课
1.1.3材料与热有关的性质
导热性、热容量与比热、耐热性和耐火性
40min
讲授
培养学生对材料与热有关性质的认识
1.1.4材料的声学性能
吸声性、隔声性
1.1.5材料的光学性能
透光率、光泽度
35min
讲授、操作
让学生了解材料的声学、光学性能
课后记：
本次课程的重点在于培养学生对材料热学、声学、光学性能的认识，逐步学会合理用材。
（连上）
第一章建筑材料的基本性质
学习目标：
掌握材料与热有关的性质的概念及表示方法，并熟练运用。
了解材料的声学性能、光学性能。
教学重点：
掌握材料与热有关的性质的概念及表示方法，并熟练运用。
教学难点：
材料与热有关的性质
教学手段和方法：
教师讲授，课堂讨论，多媒体教学
1.1.3材料与热有关的性质
导热性、热容量与比热、耐热性和耐火性
1.导热性
导热性是指材料传导热量的能力。
用导热系数来表示。
材料的导热系数越小，表示其绝热性能越好。
通常气体的导热系数<液体的导热系数<固体的导热系数
2．热容量
热容量是指材料在温度变化时吸收或放出热量的能力。
其大小用比热容来表示。
比热容的大小直接影响建筑内部空间的温度变化率。
设计过程中选用导热系数较小而热容量较大的材料，有利于保持建筑物室内温度的稳定性。
思考：
某工程顶层欲加保温层，以下两图为两种材料的剖面，请问选择何种材料？
答：
保温层的目的是较少外界温度变化对住户的影响，材料保温性能的主要描述指标为导热系数和热容量，其中导热系数越小越好。
观察两种材料的剖面，可见A材料为多孔结构，B材料为密实结构，多孔材料的导热系数较小，适于作保温层材料。
3．耐热性和耐火性
1.1.4材料的声学性能
1.吸声性
2.隔声性
1.1.5材料的光学性能
1.透光率
2.光泽度
教案头
课次
4
授课日期
编号
04
基本课题
材料的力学性质
教学目的
掌握材料的力学性质，能够运用强度、比强度等公式进行应用计算。
了解弹性、塑性、脆性、韧性、硬度、耐磨性的基本概念
重点
材料的力学性质，能够运用强度、比强度等公式进行实际应用计算。
难点
运用强度、比强度等公式进行实际应用计算。
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.提问复习上次课内容
15min
提问
巩固上次课的学习内容
Ⅱ.新课
1.2材料的力学性质
1.2.1强度、比强度及强度等级
30min
讲授
让学生掌握运用强度、比强度等公式进行实际应用计算。
1.2材料的力学性质
1.2.2弹性和塑性
1.2.3韧性和脆性
1.2.4硬度和耐磨性
1.3材料的耐久性
作业：
习题4，6
45min
讲授
让学生了解弹性、塑性、脆性、韧性、硬度、耐磨性的基本概念；材料的耐久性的影响因素。
课后记：
本次课程的重要性在于培养学生对材料力学性质的学习，让学生进一步了解材料的各种性能。
第一章建筑材料的基本性质
学习目标：
掌握材料的力学性质，能够运用强度、比强度等公式进行应用计算。
了解弹性、塑性、脆性、韧性、硬度、耐磨性的基本概念。
教学重点：
材料的力学性质，能够运用强度、比强度等公式进行实际应用计算。
教学难点：
运用强度、比强度等公式进行实际应用计算。
教学手段和方法：
教师讲授，课堂讨论，多媒体教学
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。
其对建筑物的正常、安全及有效使用是至关重要的。
1.2.1材料的强度、强度等级及比强度
强度（Strength）——材料抵抗外力破坏的能力
1.几种强度：
材料受力动画
（1）抗压强度、抗拉强度、抗剪强度
抗压强度、抗拉强度、抗剪强度表示公式
（MPa）
F——破坏时的最大荷载，N
A——受力截面面积，mm2
（2）抗弯强度（抗折强度）（对于矩形断面和条形断面）
2.强度等级：
不同材料，强度等级有不同的划分方法，具体划分在各章分讲。
3.比强度
——指材料强度与其表观密度之比。
意义：
反映材料轻质高强的指标。
值越大，材料越轻质高强
4.影响材料强度的因素：
材料的组成材料分子结合力存在缺陷
孔隙率增加强度降低
含水率增加强度降低
温度升高强度降低
试件尺寸大强度降低
加荷速度快强度降低等
《工程实例分析》
（1）测试强度与加荷速度
人们在测试混凝土等材料的强度时可观察到，同一试件，加荷速度过快，所测值偏高。
请分析原因。
原因分析：
材料的强度除与其组成结构有关外，还与其测试条件有关，包括加荷速度、温度、试件大小和形状等。
当加荷速度较快时，荷载的增长大于材料变形速度，测出的数值就会偏高。
为此，在材料的强度测试中，一般都规定其加荷速度范围。
（2）砖浸水后强度下降
某地发生历史罕见的洪水。
洪水退后，许多砖房倒塌，其砌筑用的砖多为未烧透的多孔的红砖。
请分析原因。
原因分析：
这些红砖没有烧透，砖内开口孔隙率大，吸水率高。
吸水后，红砖强度下降，特别是当有水进入砖内时，未烧透的粘土遇水分散，强度下降更大，不能承受房屋的重量，从而导致房屋倒塌。
1.2.2材料的弹性与塑性
1.弹性：
外力作用产生变形,外力取消变形完全恢复。
可恢复的材料变形称为弹性变形——可逆变形。
指标：
弹性模量（常数）
意义：
E表示材料抵抗变形的指标，E值越大，材料越不易变形，即抵抗变形的能力越强。
弹性材料：
具有弹性的材料。
塑性变形
2.塑性——外力作用产生变形,外力取消变形不能恢复。
外力作用下产生变形,外力取消后,仍保持变形后的形状和尺寸,并且不产生裂纹的性质。
材料不能恢复的残留变形称为塑性变形——不可逆变形（永久变形）。
塑性材料：
具有塑性的材料。
完全的弹性材料或塑性材料是很少的。
1）有的材料在应力水平较低时，变形特征主要表现为弹性，而应力水平较高时，主要为塑性。
例如钢材。
2）有的材料受力后，弹塑性变形同时产生，取消外力，弹性变形可以恢复，塑性变形不能恢复。
1.2.3材料的脆性与韧性
1.脆性——材料受外力达到一定程度后突然破坏，破坏时无明显的塑性变形的性质。
脆性材料：
石、砖、混凝土、陶瓷、玻璃、砂浆等。
2.韧性——在冲击外力和震动荷载作用下，材料能吸收大量的能量，产生一定变形而不致破坏的性质。
韧性材料：
低碳钢、木材、玻璃钢等。
1.2.4材料的硬度和耐磨性（了解性内容）
1.硬度——抵抗外物压入或刻划的能力。
可采用：
摩氏硬度（石料、陶瓷等）；
布氏、洛氏硬度（金属材料）。
特点：
硬度高，耐磨性强，但不易加工。
2.耐磨性——材料表面抵抗磨损的能力。
（路面材料要求）
1.3材料的耐久性
材料在各种环境因素作用下，在长期使用过程中保持其性能稳定的性质。
环境因素是多种多样的，有物理（如温度、湿度、机械力等）、化学（大气、光、酸、碱、盐等作用）以及生物（细菌、昆虫等）等方面的作用。
耐久性是一个综合性能，包括抵抗上述各类因素的长期作用。
耐久性主要包括：
渗透性
抗冻性
抗腐蚀性
抗碳化性
抗侵蚀性
抗骨料反应
教案头
课次
5
授课日期
编号
05
基本课题
习题课
教学目的
掌握建筑材料物理性质和力学性质有关的应用计算
重点
建筑材料物理性质和力学性质有关的应用计算
难点
体积关系和密度关系
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.提问复习上次课内容
总结概括全章主要内容
15min
提问
巩固上次课的学习内容
Ⅱ.新课
计算：
1、与体积有关的计算；
2、与密度有关的计算；
30min
讲授
让学生掌握与体积、与密度的计算
3、与水有关的性质参数计算，并选材；
4、与强度有关的计算
作业：
习题9、10、11
45min
讲授
让学生掌握与水有关的性质参数计算和与强度有关的计算，并会选材。
课后记：
本次课程的重要性在于培养学生对材料物理性质的认知性，学会各种参数数据的计算。
第一章建筑材料的基本性质
学习目标：
掌握建筑材料物理性质和力学性质有关的应用计算。
教学重点：
建筑材料物理性质和力学性质有关的应用计算。
教学难点：
体积关系和密度关系。
教学手段和方法：
教师讲授，课堂讨论，多媒体教学
计算：
1、与体积有关的计算；
2、与密度有关的计算；
3、与水有关的性质参数计算，并选材；
4、与强度有关的计算
作业：
习题9、10、11
教案头
课次
6
授课日期
编号
06
基本课题
2.天然石材
教学目的
了解岩石的基本知识、常用岩石的特点及建筑石材的技术要求。
重点
造岩矿物的概念、性质
岩石的种类及性质
常用石材及其规格
难点
造岩矿物的概念、性质
课型
讲授课
学时
2
教学过程
时间分配
教学方法
能力培养
Ⅰ.新课
2.1岩石的基本知识
2.1.1造岩矿物
2.1.2岩石种类
2.1.3岩石的性质
45min
讲授
了解岩石的基本知识、常用岩石的特点，加深知识的理解
2.2常用建筑石材
2.2.1常用天然石材花岗岩
2.2.2建筑石材的规格
2.2.3建筑石材的污
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