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1、建筑材料常见问题解答建筑材料常见问题解答第1章 绪 论1.建筑材料在建筑工程中有何重要作用？答：建筑材料在建筑工程中的重要作用：（1）建筑材料是建筑工程的物质基础。不论是高达420.5m的上海金贸大厦，还是普通的一幢临时建筑，都是由各种散体建筑材料经过缜密的设计和复杂的施工最终构建而成。建筑材料的物质性还体现在其使用的巨量性，一幢单体建筑一般重达几百至数千t甚至可达数万、几十万t ，这形成了建筑材料的生产、运输、使用等方面与其他门类材料的不同。（2）建筑材料的发展赋予了建筑物以时代的特性和风格。西方古典建筑的石材廊柱、中国古代以木架构为代表的宫廷建筑、当代以钢筑混凝土和型钢为主体材料的超高层建

2、筑，都呈现了鲜明的时代感。（3）建筑设计理论不断进步和施工技术的革新不但受到建筑材料发展的制约，同时亦受到其发展的推动。大跨度预应力结构、薄壳结构、悬索结构、空间网架结构、节能型特色环保建筑的出现无疑都是与新材料的产生而密切相关的。（4）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。在我国，一般建筑工程的材料费用要占到总投资的5060%，特殊工程这一比例还要提高，对于中国这样一个发展中国家，对建筑材料特性的深入了解和认识，最大限度地发挥其效能，进而达到最大的经济效益，无疑具有非常重要的意义。2.建筑材料是如何分类的？答：建筑材料可从不同角度对其进行分类。（1）按其在建筑物中的

3、所处部位进行分类可将其分为基础、主体、屋面、地面等材料。（2）按其使用功能进行分类可将其分为结构（梁、板、柱、墙体）材料、围护材料、保温隔热材料、防水材料、装饰装修材料、吸声隔音材料等。（3）按材料的化学成分和组成的特点进行分类可将其分为无机材料、有机材料和由这两类材料复合而形成的复合材料，如表1-1所示。 建筑材料的分类 表1-1无机材料金属材料黑色金属：铁、非合金钢、合金钢有色金属：铝、锌、铜及其合金非金属材料石材（天然石材、人造石材）烧结制品（烧结砖、陶瓷面砖）熔融制品（玻璃、岩棉、矿棉）胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥）混凝土、砂浆硅酸盐制品（砌块、蒸养砖、碳化板）有机材料植物材料木

4、材、竹材及制品高分子材料沥青、塑料、涂料、合成橡胶、胶粘剂复合材料金属非金属复合材料无机有机复合材料钢纤维混凝土、铝塑板、涂塑钢板沥青混凝土、塑料颗粒保温砂浆、聚合物混凝土3.建筑材料的发展趋势如何？答：建筑材料的发展趋势：（1）根据建筑物的功能要求研发新的建筑材料建筑物的使用功能是随着社会的发展，人民生活水平的不断提高而不断丰富的，从其最基本的安全（主要由结构设计和结构材料的性能来保证）、适用（主要由建筑设计和功能材料的性能来保证），发展到当今的轻质高强、抗震、高耐久性、无毒环保、节能等诸多新的功能要求，使建筑材料的研究从被动的以研究应用为主向开发新功能、多功能材料的方向转变。（2）高分子建

5、筑材料应用日益广泛石油化工工业的发展和高分子材料本身优良的工程特性促进了高分子建筑材料的发展和应用。塑料上下水管、塑钢、塑铝门窗、树脂砂浆、粘结剂、蜂窝保温板、高分子有机涂料、新型高分子防水材料将广泛应用于建筑物，为建筑物提供了许多新的功能和更高的耐久性。（3）用复合材料生产高性能的建材制品单一材料的性能往往是有限的，不足以满足现代建筑对材料提出的多方面的功能要求。如现代窗玻璃的功能要求应是采光、分隔、保温隔热、隔声、防结露、装饰等。但传统的单层窗玻璃除采光、分隔外，其他功能均不尽如人意。近年来广泛采用的中空玻璃，由玻璃、金属、橡胶、惰性气体等多种材料复合，发挥各种材料的性能优势，使其综合性能

6、明显改善。据预测，低幅射玻璃、中空玻璃、钢木组合门窗、塑铝门窗和用复合材料制作的建筑部件及高性能混凝土的应用范围将不断扩大。（4）充分利用工业废渣及廉价原料生产建筑材料建筑材料应用的巨量性，促使人们去探索和开发建筑材料原料的新来源，以保证经济与社会的可持续发展。粉煤灰、矿渣、煤矸石、页岩、磷石膏、热带木材和各种非金属矿都是很有应用前景的建筑材料原料。由此开发的新型胶凝材料、烧结砖、砌块、复合板材将会为建材工业带来新的发展契机。4.本课程的学习方法如何？答：本课程的学习方法：（1）建筑材料的种类繁多，各类材料的知识既有联系又有很强的独立性。该门课程涉及到化学、物理、应用等方面的基本知识，因此要掌

7、握好理论学习和实践认识两者间的关系。（2）在理论学习方面，要重点掌握材料的组成、技术性质和特征、外界因素对材料性质的影响和应用的原则，各种材料都应遵循这一主线来学习。理论是基础，只有牢固掌握好基础理论知识，才能应对建筑材料科学的不断发展，在实践中加以灵活正确地应用。（3）建筑材料是一门应用技术学科，特别要注意实践和认知环节的学习。学生要注意把所学的理论知识落实在材料的检测、验收、选用等实践操作技能上。在理论学习的同时，要在教师的指导下，随时到工地或试验室穿插进行材料的认知实习，并完成课程所要求的建筑材料试验，以高质量地完成该门课程的学习。第2章 建筑材料的基本性质学习目标：1掌握材料的密度、表

8、观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率和密实度；材料与水有关的性质及指标；材料的导热性及导热系数；材料的强度与强度等级；弹性和塑性、脆性和韧性的概念；材料的各种基本性质的有关计算；材料的耐久性及影响因素。2理解材料的组成结构和构造；影响材料强度试验结果的因素；影响导热性的因素。3了解材料的耐燃性和耐火性；材料的热容和热容量；材料的硬度和耐磨性。学习重点：1材料的密度、表观密度、体积密度、堆积密度、孔隙率和密实度的概念、表达式、各密度指标所表达的材料构造的特点； 2材料吸水率、含水率、耐水性的概念及指标；材料导热性的影响因素及导热系数的表达式。3材料的强度与强度等级的概念及区别；弹性和塑性、脆性和韧

9、性的概念。4材料的各种基本性质的有关计算。5材料耐久性的概念及耐久性的影响因素。 学习建议：1从材料的体积构成去掌握和理解材料的各密度指标概念和其之间的区别。2从材料吸水率、含水率影响因素的不同去理解两者的区别及联系。3以材料的孔隙率为基础去理解材料各基本性质间的变化关系建筑物要保证其正常使用，就必须具备基本的强度、防水、保温、隔声、耐热、耐腐蚀等项功能，而这些功能往往是由所采用的建筑材料提供的。本章主要研究各类建筑材料具有共性的基本性能及其指标，作为我们研究各类建筑材料性能的出发点和工具。一般的讲，建筑材料的基本性质可归纳为以下几类：物理性质：包括材料的密度、孔隙状态、与水有关的性质、热工性

10、能等。化学性质：包括材料的的抗腐蚀性、化学稳定性等，因材料的化学性质相异较大，故该部分内容在以后各章中分别叙述。力学性质：材料的力学性质应包括在物理性质中，但因其对建筑物的安全使用有重要意义，故对其单独研究，包括材料的强度、变形、脆性和韧性、硬度和耐磨性等。耐久性：材料的耐久性是一项综合性质，虽很难对其量化描述，但对建筑物的使用至关重要。2.1 材料的化学组成、结构和构造2.1.1材料的化学组成材料化学组成的不同是造成其性能各异的主要原因。化学组成通常从材料的元素组成和矿物组成两方面分析研究。材料的元素组成，主要是指其化学元素的组成特点，例如不同种类合金钢的性质不同，主要是其所含合金元素如C、

11、Si、Mn、V、Ti的不同所致。硅酸盐水泥之所以不能用于海洋工程，主要是因为硅酸盐水泥石中所含的Ca(OH)2与海水中的盐类（Na2SO4、Mgso4等）会发生反应，生成体积膨胀或疏松无强度的产物所致。材料的矿物组成主要是指元素组成相同，但分子团组成形式各异的现象。如粘土和由其烧结而成的陶瓷中都含SiO2和Al2O3二种矿物，其所含化学元素相同，均为Si、Al和O元素，但粘土在焙烧中由SiO2和Al2O3分子团结合生成的3SiO2Al2O3矿物，即莫来石晶体，使陶瓷具有了强度、硬度等特性。2.1.2材料的微观结构材料的微观结构主要是指材料在原子、离子、分子层次上的组成形式。材料的许多性质与材料

12、的微观结构都有密切的关系。建筑材料的微观结构主要有晶体、玻璃体和胶体等形式。晶体的微观结构特点是组成物质的微观粒子在空间的排列有确定的几何位置关系。如纯铝为面心立方体晶格结构，而液态纯铁在温度降至1535时，可形成体心立方体晶格。强度极高的金刚石和强度极低的石墨，虽元素组成同为碳，但由于各自的晶体结构形式不同，而形成了性质上的巨大反差。一般来说，晶体结构的物质具有强度高、硬度较大、有确定的熔点、力学性质各向异性的共性。建筑材料中的金属材料（钢和铝合金）和非金属材料中的石膏及水泥石中的某些矿物等都是典型的晶体结构。玻璃体微观结构的特点是组成物质的微观粒子在空间的排列呈无序浑沌状态。玻璃体结构的材

13、料具有化学活性高、无确定的熔点、力学性质各向同性的特点。粉煤灰、建筑用普通玻璃都是典型的玻璃体结构。胶体是建筑材料中常见的一种微观结构形式，通常是由极细微的固体颗粒均匀分布在液体中所形成。胶体与晶体和玻璃体最大的不同点是可呈分散相和网状结构两种结构形式，分别称为溶胶和凝胶。溶胶失水后成为具有一定强度的凝胶结构，可以把材料中的晶体或其他固体颗粒粘结为整体。如气硬性胶凝材料水玻璃和硅酸盐水泥石中的水化硅酸钙和水化铁酸钙都呈胶体结构。2.1.3材料的构造材料在宏观可见层次上的组成形式称为构造，按照材料宏观组织和孔隙状态的不同可将材料的构造分为以下类型：致密状构造该构造完全没有或基本没有孔隙。具有该种

14、构造的材料一般密度较大，导热性较高，如钢材、玻璃、铝合金等。多孔状构造该种构造具有较多的孔隙，孔隙直径较大（级以上）。该种构造的材料一般都为轻质材料，具有较好的保温隔热性和隔音吸声性能，同时具有较高的吸水性。如加气混凝土、泡沫塑料、刨花板等。微孔状构造该种构造具有众多直径微小的孔隙，该种构造的材料通常密度和导热系数较小，有良好的隔音吸声性能和吸水性，抗渗性较差。石膏制品、烧结砖具有典型的微孔状构造。颗粒状构造该种构造为固体颗粒的聚集体，如石子、砂和蛭石等。该种构造的材料可由胶凝材料粘结为整体，也可单独以填充状态使用。该种构造的材料性质因材质不同相差较大，如蛭石可直接铺设作为保温层，而砂、石可作

15、为骨料与胶凝材料拌合形成砂浆和混凝土。纤维状构造木材、玻璃纤维、矿棉都是纤维状构造的代表。该种构造通常呈力学各向异性，其性质与纤维走向有关，一般具有较好的保温和吸声性能。层状构造该种构造形式最适合于制造复合材料，可以综合各层材料的性能优势，其性能往往呈各向异性。胶合板、复合木地板、纸面石膏板、夹层玻璃都是层状构造。2.1.4建筑材料的孔隙材料实体内部和实体间常常部分被空气所占据，一般称材料实体内部被空气所占据的空间为孔隙，而材料实体之间被空气所占据的空间称为空隙。孔隙状况对建筑材料的各种基本性质具有重要的影响。孔隙一般由材料自然形成或人工制造过程中各种内、外界因素所致而产生，其主要形成原因有水

16、的占据作用（如混凝土、石膏制品等）；火山作用（浮石、火山渣等）；外加剂作用（如加气混凝土、泡沫塑料等）；焙烧作用（如陶粒、烧结砖等）等。材料的孔隙状况由孔隙率、孔隙连通性和孔隙直径三个指标来说明。孔隙率是指孔隙在材料体积中所占的比例。一般孔隙率越大，材料的密度越小、强度越低、保温隔热性越好、吸声隔音能力越高。孔隙按其连通性可分为连通孔和封闭孔。连通孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都连通的孔隙（如木材、矿渣）；封闭孔是指孔隙之间、孔隙和外界之间都不连通的孔隙（如发泡聚苯乙烯、陶粒）；界于两者之间的称为半连通孔或半封闭孔。一般情况下，连通孔对材料的吸水性、吸声性影响较大，而封闭孔对材料的保温隔热性能

17、影响较大。孔隙按其直径的大小 可分为粗大孔、毛细孔、极细微孔三类。粗大孔指直径大于mm级的孔隙，其主要影响材料的密度、强度等性能。毛细孔是指直径在mmm级的孔隙，这类孔隙对水具有强烈的毛细作用，主要影响材料的吸水性、抗冻性等性能。极细微孔的直径在m以下，其直径微小，对材料的性能反而影响不大。矿渣、石膏制品、陶瓷锦砖分别以粗大孔、毛细孔、极细微孔为主。2.2 材料的物理性质2.2.1材料与质量有关的性质材料与质量有关的性质主要是指材料的各种密度和描述其孔隙与空隙状况的指标，在这些指标的表达式中都有质量这一参数。为更简洁准确地学习有关的概念，先介绍一下材料的体积构成。 图2-1 材料的体积构成如图

18、2-1所示。单体材料的体积主要由绝对密实的体积V、开口孔隙体积（之和）V开、闭口孔隙体积（之和）V闭组成，为研究问题的方便起见，我们又将绝对密实的体积V与闭口孔隙体积V闭的和定义为表观体积V，而将材料的自然体积即 V+V闭+V开（也即V+V孔）用V0表示。对于堆积材料， 将材料的空隙体积（之和）V空与自然体积V0的和定义为材料的堆积体积，用V0表示2.2.1.1材料的密度、表观密度、体积密度和堆积密度广义密度的概念是指物质单位体积的质量。在研究建筑材料的密度时，由于对体积的测试方法的不同和实际应用的需要，根据不同的体积的内涵，可引出不同的密度概念。1、密度和表观密度密度是指材料在绝对密实状态下

19、，单位体积的质量。用下式表示 (21)式中 材料的密度（g/cm3或kg/m3）； m材料的质量（g或kg）；V材料在绝对密实状态下的体积（cm3或m3）。对于绝对密实而外形规则的材料如钢材、玻璃等，V可采用测量计算的方法求得。对于可研磨的非密实材料，如砌块、石膏，V可采用研磨成细粉，再用密度瓶测定的方法求得。对于颗粒状外形不规则的坚硬颗粒，如砂或石子，V可采用排水法测得，但此时所得体积为表观体积V，故对此类材料一般采用表观密度，的概念。 （22） 式中 ，材料的表观密度（g/cm3或kg/m3）； m 材料的质量（g或kg）；V材料的表观体积（cm3或m3）。2、体积密度材料的体积密度是材料

20、在自然状态下，单位体积的质量，用下式表达： （23）式中 0体积密度（g/cm3或kg/cm3）； m材料的质量（g或kg）； V0材料的自然体积（cm3或m3）。材料自然体积的测量，对于外形规则的材料，如烧结砖，砌块，可采用测量计算方法求得。对于外形不规则的散粒材料，亦可采用排水法，但材料需经涂蜡处理。根据材料在自然状态下含水情况的不同，体积密度又可分为干燥体积密度、气干体积密度（在空气中自然干燥）等几种。3、堆积密度材料的堆积密度是指粉状、颗粒状或纤维状材料在堆积状态下单位体积的质量，用下式表达： （24）式中 0堆积密度（g/cm3或kg/m3）； m材料的质量（g或kg）； V0，材料

21、的堆积体积（cm3或m3）。材料的堆积体积可采用容积筒来量测。以上各有关的密度指标，在建筑工程的计算构件自重、配合比设计、测算堆放场地和材料用量时各有其应用。常用建筑材料的密度、表观密度、堆积密度见表2-1所示。2.2.1.2材料的密实度和孔隙率1、密实度密实度是指材料的体积内，被固体物质充满的程度，用D表示： （25）2、孔隙率孔隙率是指在材料的体积内，孔隙体积所占的比例，用P表示： （26）由式（25）和式（26）直接可导出P+D=1 （27） 即材料的自然体积仅由绝对密实的体积和孔隙体积构成。如前所述，材料的孔隙率是反映材料孔隙状态的重要指标，与材料的各项物理、力学性能有密切的关系。几种常见材料的孔隙率见表2-1。常用建筑材料的密度、体积密度、堆积密度和孔隙率 表2-1 (g/cm3)0 (kg/m3)0(kg/m3)P (%)石灰岩2.60180026000.24花岗岩2.602.8025002800T2）、导热时间Z成正比，可表达为下式：Q （217） 比例系数则定义为导热系数。由式（2-17）可得： （218）式中 导热系数。单位为W/（mK）；T1-T2材料两侧温差（K）； d材料厚度（m）；A材料导热面积（m2）； t导热时间（s）。图2-3 材料导热示意图 建筑材料导热系数的范围在0.023400W/（mK）之间,数值变化幅度很大,如表2-2所示。导