建筑材料课件第二章和第三章

土建工程功能要求 建筑材料
现代高层建筑和大跨度结构需要高强轻质材料 化学工业厂房、港口工程、海洋工程需要耐化学腐蚀材料
建筑地下结构、地铁和隧道需要高抗渗防水材料
建筑节能需要高效保温隔热材料 严寒地区的工程需要高抗冻材料 核工业发展需要防核辐射材料 为使建筑物装修得更美观，需要各种绚丽多彩的装饰材料

材料的抗冻性的一般要求 抗冻等级要根据结构物的种类、使用条件及气候条件 来决定。
1.轻混凝土、砖、面砖等墙体材料一般要求抗冻等级 为F15，F25 ，F35 。 2.用在桥梁和道路的混凝土抗冻等级应为F50，F100 ， F200 。
3.水工混凝土的抗冻等级要求高达F500 。 贴在建筑物表面的瓷砖统称面砖．面砖是用难熔粘 土压制成型后焙烧而成。
2、围护材料：用于建筑物维护部位的材料，如墙体、门窗、屋面等部 位所用的材料。常见的围护材料有砖、砌块、混凝土以及各种墙板、 屋面板。 3、功能材料：具有某种特殊建筑功能的材料。例如：防水材料、绝热 材料、吸声材料、隔声材料、装饰材料、智能化材料。这类材料是建 筑材料发展的亮点，随着现代建筑功能要求的提高，新型材料不断出 现，品种丰富
式中W0—材料的体积吸水率，％；
(2-9)
V0—材料在自然状态下的体积。
疑问：材料吸收的水分的体积从哪里体现？
材料的质量吸水率与体积吸水率的关系推导：
m湿 m干 1 m湿 m干 m干 1 WV 100% 100% Wm0 V0 水 m干 V0 水
(2-10)
(2-4)
孔隙率分为开口孔隙率PK,闭口孔隙率Pb,总孔隙率 P。P= PK + Pb
材料的孔隙率直接反映材料的致密程度，其大小直 接影响材料的组成、结构以及加工工艺。
(二)密实度
构成材料的固体物质体积占自然状态下体积的百分数，
称为材料的密实度D，按下式计算： (2-5) 密实度D反映材料的密实程度，即材料中被固体物质 所充实的程度。D越大，材料越致密，含有孔隙的材料， 密实度均小于1。
图1-2 材料自然状态下体积示意图 1-固体；2-闭口孔隙；3-开口孔隙
(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。按下 式计算： (2-2)
式中：0—表观密度（kg/m3）；
m—材料的质量（kg）；
V0—材料的表观体积（m3）
(三)堆积密度 堆积密度是指散粒状或纤维状材料在堆积状态 下单位体积的质量。按下式计算：
第一章 绪论
一、建筑材料定义和分类
1、定义：直接构成建筑实体的材料。 2、分类：按化学成份、使用功能分类。 （1）按照化学成份分类：无机材料、有机材料、复合材料 金属材料 —— 钢、铜及合金
无机材料
非金属材料
天然石材——砂、石子
烧土制品——砖、陶瓷、玻璃 胶凝材料——石灰、石膏、水泥、水玻璃 混凝土及硅酸盐制品——砂浆、混凝土
二、建筑材料在工程建设中的地位
建筑材料与建筑、结构、施工之间存在着互 相促进、相互依存的关系。 1、建筑材料是加速建筑革新的一个重要因素，因为 一种新型建筑材料的出现，必将促使建筑形式的 进一步创新。 建筑材料 建筑、结构设计、施工

2、随着社会的发展和人民生活水平的提高， 对土建工程在功能方面提出各种各样的新 要求，这反过来有促进建筑材料的发展
导热系数越小，则材料的绝热保温性越好。大多数土
木工程材料的导热系数介于0.029～3.49 w/(m· K)之间。
土木工程中，一般把导热系数小于0.23 w/(m· K)的材料
称为绝热材料。
热量传递有三种方式：导热、对流和热辐射。除了密 实材料的传热是靠导热外，多孔材料的传热是导热、对 流和热辐射三种方式同时存在，因此，其导热系数是一
m湿 m干 Wm 100% m干
式中 W—材料的质量吸水率，%； m干—材料在干燥状态下的质量，g； m湿—材料在浸水饱和状态下的质量，g
(2-8)
材料的体积吸水率是材料在吸水饱和时，所吸收水分 的体积与干燥材料总体积之比，按下式计算：
m湿 m干 1 WV 100% V0 水
(二)填充率 散粒材料在堆积状态下颗粒的体积占堆积体积的百分 率，称为材料的填充率。
0 V0 D' ' 100% 100% V0 D' P' 1
'
(2-7)
§2.1.2材料与水有关的性质 一、材料的亲水性与憎水性 当材料与水接触时，如果水可以在材料表面铺展开，
即材料表面可以被水所润湿，则称材料具有亲水性，这
种材料称为亲水性材料。
若水不能在材料的表面铺展开，即材料表面不能被水
所润湿，则称材料具有憎水性，此种材料称为憎水性材 料。
材料的亲水(或憎水)程度可用润湿角来表示。如图 1-7与图1-8所示。
图1-7亲水材料的润湿与毛细现象
图1-8憎水材料的润湿与毛细现象
润湿角≤900时，材料表现为亲水性；润湿角≥900时， 材料表现为憎水性。润湿角越小，亲水性越强，憎水性 越弱。
种名义导热系数。
大多数土木工程材料是多孔材料，影响多孔材料导热
系数的主要因素有：
1.材料的组成与结构 通常金属材料、无机材料、晶体材料的导热系数分别 大于非金属材料、有机材料、非晶体材料。
2.材料的孔隙率
在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，导热系数越大；互 相连通型的孔隙比封闭型孔隙的导热系数高，封闭孔隙率越高， 则导热系数越低
材料的导热性用热导率表示：
式中－热导率，W/(m· K)； ； Q－传热量，J; a－材料的厚度，m；
Qa At (T2 T1 )
（ 2-14）
(T2－T1)－材料两侧面的温度差，K；
A－材料传热面的面积，m2；
t－传热的时间，h。
导热系数()是表征材料导热能力的热物理参数，在物 理意义上，导热系数为单位厚度的材料，两面温差为1 K时，在单位时间内通过单位面积的热量。
植物材料——木材
有机材料
沥青材料——石油沥青、煤沥青 合成高分子材料——塑料、涂料
复合材料
金属与非金属复合——钢筋混凝土 有机与无机复合——聚合物混凝土、沥青混凝土
（2）按使用功能分类
1、结构材料：构成建筑的受力构件或结构部位 (如：梁、板、柱、地基、基础、框架等)所使用的材料。如传统的砖、
木材以及现在常用的混凝土、钢材等。
(2-12)
f饱—材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；
f干—材料在绝干状态下的抗压强度，MPa。
一般来说，材料吸水后，材料内部的结合力削弱， 造成强度不同程度的降低。 不同材料的耐水性差别很大，钢的软化系数为1，粘 土的软化系数为0，土木工程材料的软化系数在0～1之 间波动。 对于经常受到潮湿或水作用的结构，软化系数是选材 的一项重要指标。参考指标如下: 1.用于长期处于水中或潮湿环境中的重要结构的材料， 软化系数应大于0.85； 2.用于受潮较轻或次要结构物的材料，软化系数应大 于0.75。
三、吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。材料 的吸湿性用含水率表示。
m湿 m干 W含 100% m干
W含—材料的含水率，%；
（2-11）
m干—材料干燥状态下的质量，g；
m湿—材料吸湿状态下的质量，g。
材料吸湿的危害: 1.材料吸水或吸湿后，可削弱材料内部质点间的结合 力或吸引力，引起强度下降; 2.使材料的容重和导热性增加; 3.几何尺寸略有增加;
抗冻性与耐久性的关系 抗冻性良好的材料，抵抗大气温度变化、干湿交替等 风化作用的能力也较强。即抗冻性是土木工程材料耐久 性的一项重要指标。 对于受大气和水的风化作用以及处于寒冷与严寒地区
的结构物，材料的耐久性往往决定于它的抗冻性。
§2.1.3材料与热有关的物理性质 一、 导热性
材料传导热量的能力称为导热性。当固体材料两侧表 面存在温度差时，热量会从高温的一侧传向低温的一侧。
憎水性材料具有较好的防水性、防潮性，常用作防水 材料，也可用于对亲水性材料进行表面处理，以降低吸 水率，提高抗渗性。
大多数建筑材料属于亲水性材料，如混凝土、钢材、
砖石等；
大部分有机材料属于憎水性材料，如沥青、石蜡、塑
料、有机硅等。
二、吸水性 材料在水中吸收水分的能力称为材料的吸水性，常用 吸水率表示，有质量吸水率和体积吸水率两种表示方法。 材料的质量吸水率是材料吸收水分的质量与材料在干 燥状态下的质量之比，按下式计算：
D+P=1
三、空隙率和填充率 (一)空隙率
堆积状态下，散粒状或粉状材料颗粒之间的空隙体积占自然 堆积体积的百分率，称为材料的空隙率。
(2-6) ' 0 空隙率的大小反映了散粒状材料颗粒之间互相填充的紧密程度。
P'
V0 V0
'
V
100% (1 ) 100%
'
0
空隙率在配置混凝土时刻作为控制混凝土粗、细骨料配料和计算 混凝土含砂率的依据。
六、抗冻性 材料在吸水后，如果在负温下受冻，水在材料毛细孔 内结冰，体积膨胀约9%，冰的冻胀压力将造成材料的内 应力，使材料遭到局部破坏，随着冻结和融化的循环进 行，冰冻对材料的破坏作用逐步加剧，这种破坏称为冻 融破坏。
抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能 Nhomakorabea受反复冻融 的作用(冻融循环)而不破坏，强度也不显著降低的性能。
五、抗渗性
抗渗性是指材料抵抗压力水或其他液体渗透的性质。抗渗性可 用渗透系数表示，指一定厚度的材料，在单位压力水头作用下， 在单位时间内透过单位面积的水量。
式中：
K—材料的软化系数
W—渗透水量(cm3)
Wd K Ath
(2-13)
d—材料的厚度（cm） A—渗水面积（cm2） t—渗水时间（h） H—静水压力水头（cm）