模块1 建筑材料的基本性质（课件）- 《建筑材料》同步教学（国防科技大学出版社）

建 筑 材 料 目录 绪论 0.1 建筑材料的定义与分类 0.2 建筑材料的发展状况和发展方向 0.3 建筑材料的技术标准 0.4 本课程的性质、内容要求和学习方法 学习目标 掌握建筑材料的定义与分类。 了解建筑材料的发展状况和发展方向。 绪论 0.1.1 建筑材料的定义 建筑材料是构成建筑工程结构物的各种材料的总称，是建筑工程不可缺少的物质基础。 建筑材料的定义有广义与狭义两种。广义的建筑材料是指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。狭义的建筑材料是指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。 0.1 建筑材料的定义与分类 0.1.2 建筑材料的分类 1.按建筑材料的化学组成 2.按建筑材料的使用功能 3.按建筑物的部位分类 建筑材料 分类 0.1 建筑材料的定义与分类 早在新石器时代之前，人类就已开始利用土、石、木、竹等天然材料从事建筑活动。17世纪70年代在工程中开始使用生铁，19世纪初开始用熟铁建造桥梁和房屋，出现了钢结构的雏形。 19世纪20年代，英国瓦匠约瑟夫•阿斯普丁发明了波特兰水泥，出现了现代意义上的水泥混凝土。19世纪40年代，出现了钢筋混凝土结构。20世纪30年代又发明了预应力混凝土结构，使土木工程跨入了飞速发展的新阶段。 0.2.1 建筑材料的发展状况 0.2 建筑材料的发展状况和发展方向 新中国成立后，特别是改革开放以来，建筑材料工业发展迅速。例如，喷射混凝土、防水混凝土在地下工程的施工中得到推广应用；碾压混凝土已成为坝工建设的热门材料，有取代传统塑性混凝土的趋势。近年来，各种新型建筑材料层出不穷，如新型玻璃、陶瓷、卫生洁具、塑料、铝合金、铜合金等。此外，大量性能优异、品质良好的功能材料(如绝热、吸声、防水、耐火材料等)也应运而生。 0.2.1 建筑材料的发展状况 0.2 建筑材料的发展状况和发展方向 0.2.2 建筑材料的发展方向 0.2 建筑材料的发展状况和发展方向 传统建筑材料的性能向轻质、高强、多功能等方向发展 1 化学建材将大规模应用于建筑工程中 2 绿色建筑材料将大量生产和使用 3 0.3 建筑材料的技术标准 与建筑材料的生产和选用有关的标准主要有产品标准和工程建设类标准两类。 在世界范围内统一执行的标准称为国际标准，其代号为“ISO”。我国是国际标准化协会成员国，为了便于与世界各国进行科学技术交流，我国各项技术标准都正在向国际标准靠拢。 0.4.1 本课程的性质 对高职高专院校建筑工程技术专业的学生而言，本课程是一门非常重要的专业基础课。与其他课程相比，建筑材料课程存在下述特点:范围广，品类繁；综合性强，逻辑性差；实践性强，系统性差；入门易，学好难。 0.4 本课程的性质、内容要求和学习方法 0.4.2 本课程的内容要求 根据建筑材料教学的总体要求及课程的特点，对学习本课程提出以下要求： (1)了解材料的组成，掌握材料的性质及技术要求。 (2)了解材料的组成及结构对材料性质的影响。 (3)了解外界因素对材料性质和应用的影响。 (4)理解材料各主要性质间的相互关系。 0.4 本课程的性质、内容要求和学习方法 0.4.2 本课程的内容要求 (5)掌握常用建筑材料的试验方法，理解材料试验结果的影响因素。 (6)掌握常用建筑材料的选用要点和检验标准。 (7)理解混凝土的配合比设计的基本理论，掌握普通混凝土的配合比设计。 (8)掌握常用建筑材料的国家标准或行业标准。 0.4 本课程的性质、内容要求和学习方法 0.4.3 本课程的学习方法 0.4 本课程的性质、内容要求和学习方法 本课程在学习过程中要注意以下几点： (1)点线面结合，突出重点 (2)对比法 (3)理论联系实际 (4)建筑材料试验是本课程的重要教学环节 1.什么是建筑材料？建筑材料需要满足什么要求？ 2.简述建筑材料的发展方向。 3.试举出五种以上住宅中用到的建筑材料及其使用部位。 4.结合个人情况谈谈怎么学好这门课程。 绪论 目录 模块1 建筑材料的基本性质 1.1 建筑材料的组成和结构 1.2 建筑材料的物理性质 1.3 建筑材料的力学性质 1.4 建筑材料的耐久性 学习目标 了解建筑材料的组成和结构。 掌握建筑材料的基本物理性质、力学性质和耐久性。 掌握建筑材料的实际密度、表观密度、堆积密度、孔 隙率和密实度的计算方法。 模块1 建筑材料的基本性质 1.1.1 材料的组成 1.1 建筑材料的组成和结构 1.化学组成 2.矿物组成 3.相组成 材料的 组成 1.1.2 材料的结构 1.1 建筑材料的组成和结构 1.宏观结构 2.显微结构 3.微观结构 材料的 结构 1.2.1 材料的体积构成及含水状态 1.2 建筑材料的物理性质 1.材料的体积构成 块体材料在自然状态下的体积是由固体物质体积及其内部孔隙体积组成的。材料内部的孔隙按孔隙特征又分为闭口孔隙(或封闭孔隙)和开口孔隙。 散粒材料是指具有一定粒径的材料的堆积体。其体积构成包括团体物质体积、颗粒内部孔隙体积及固体颗粒之间的空隙体积。 1.2.1 材料的体积构成及含水状态 1.2 建筑材料的物理性质 2.材料的含水状态 材料在大气中或水中会吸附一定的水分，根据材料吸附水分的情况，将材料的含水状态分为干燥状态、气干状态、饱和面干状态及湿润状态4种。 1.2.2 材料的实际密度、表观密度与堆积密度 1.2 建筑材料的物理性质 1.实际密度 实际密度简称密度(density)，是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算。 式中，为实际密度(g/cm3)；m为材料在干燥状态下的质 量(g)；V为材料在绝对密实状态下的体积(cm3). 1.2.2 材料的实际密度、表观密度与堆积密度 1.2 建筑材料的物理性质 2.表观密度 表观密度是指材料在自然状态下，单位体积所具有的质量，按下式计算。 式中， 为表观密度(g/cm3或kg/m3)； 为材料在自然状态下 的体积，或称表观体积(cm3或m3). 1.2.2 材料的实际密度、表观密度与堆积密度 1.2 建筑材料的物理性质 3.堆积密度 堆积密度是指散粒材料在自然堆积状态下单位体积的质量，按下式计算。 式中， 为堆积密度(kg/m3)； 为材料的堆积体积(m3). 1.2.3 材料的密实度与孔隙率 1.2 建筑材料的物理性质 密实度是指材料体积内被固体物质所充实的程度，即固体物质部分的体积占总体积的比例，以D表示，反映了材料的致密程度。 孔隙率是指块状材料中孔隙体积占材料在自然状态下总体积的百分比。 1.2.4 材料的填充率与孔隙率 1.2 建筑材料的物理性质 填充率是指散粒状材料在堆积体积内被颗粒所填充的程度，以D′表示。 散粒状材料的空隙率是指散粒状材料颗粒之间的空隙体积Va占材料堆积状态下总体积的百分比，以P′表示。 1.2.5 材料与水有关的性质 亲水性与憎水性 吸水性与吸湿性 耐水性 抗渗性 抗冻性 与水有关 的性质 1.2 建筑材料的物理性质 1.2.6 材料与热有关的性质 导热性 热容量 与热有关 的性质 1.2 建筑材料的物理性质 耐火性 1.3 建筑材料的力学性质 材料在外力作用下抵抗破坏的能力称为强度。当材料承受外力作用时，在材料内部相应地产生应力，且应力随着外力的增大而相应增大，直至材料内部质点间的结合力不足以抵抗所作用的外力时，材料即发生破坏。材料破坏时，应力达到极限值，这个极限应力值就是材料的强度，也称极限强度。强度的大小是通过试件的破坏试验而测得的，根据外力作用方式的不同，材料强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。 1.3.1 材料的强度和比强度 1.强度 1.3 建筑材料的力学性质 比强度是按单位体积质量计算的材料强度，即材料的强度与其表观密度之比，是衡量材料轻质高强的一项重要指标。如木材强度值虽比混凝土低，但其比强度却高于混凝土，这说明木材与混凝土相比较是典型的轻质高强材料。 1.3.1 材料的强度和比强度 2.比强度 1.3.2 材料的弹性和塑性 材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。 材料在外力作用下产生变形，但不破坏，当外力取消后材料不能自动恢复到原来形状的性质称为塑性，这种不可恢复的变形称为塑性变形。塑性变形属于永久性变形。 1.3 建筑材料的力学性质 1.3.2 材料的弹性和塑性 1.3 建筑材料的力学性质 工程实际中，完全的弹性材料或完全的塑性材料是不存在的，一些材料在受力不大时只产生弹性变形，而当外力达到一定限度后，即产生塑性变形，如低碳钢，其变形曲线如 图(a)所示。大多数材料在受力时，既有弹性变形，也有塑性变形，如普通混凝土，其变形曲线如图(b)所示。 1.3.3 材料的脆性和韧性 材料在外力作用下达到一定限度产生突然破坏，破坏时无明显塑性变形的性质称为脆性。具有脆性的材料称为脆性材料。脆性材料的抗压强度远大于其抗拉强度，因此其抵抗冲击荷载或振动荷载作用的能力很差。建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如混凝土、玻璃、天然岩石、石膏、生铁、砖瓦、陶瓷等。 1.3 建筑材料的力学性质 1.3.3 材料的脆性和韧性 材料在冲击、振动荷载作用下抵抗破坏的性能，称为冲击韧性。根据荷载作用的方式不同，分冲击抗压、冲击抗拉、冲击抗弯等。冲击韧性以材料冲击破坏时消耗的能量表示。有些材料在破坏前有显著的塑性变形，如低碳钢、有色金属、木材等。这类材料在冲击、振动荷载作用下，能吸收较大的能量，有较高的韧性。 1.3 建筑材料的力学性质 1.3.4 材料的硬度与耐磨性 1.3 建筑材料的力学性质 材料表面抵抗其他物体压入或刻划的性能，称为硬度。不同材料硬度的测定方法不同，金属材料的硬度常用压入法测定，如布氏硬度法，是以单位压痕面积上所受的压力来表示。陶瓷等材料常用刻划法测定。一般情况下，硬度大的材料具有强度高、耐磨性较强的特点，但不宜加工。 1.3.4 材料的硬度与耐磨性 1.3 建筑材料的力学性质 耐磨性是指材料表面抵抗磨损的能力，材料的耐磨性用磨损率来表示。材料的磨损率越低，表明材料的耐磨性越好。耐磨性与材料的组成结构及强度、硬度有关，一般硬度较高的材料，耐磨性也较好。对于楼地面、楼梯、路面等经常受到磨损作用的部位，在选择材料时应该考虑其耐磨性。 1.4 建筑材料的耐久性 耐久性的定义 1 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的能力。耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。工程上通常用材料抵抗使用环境中主要影响因素的能力来评价其耐久性。 1.4 建筑材料的耐久性 环境影响因素 2 材料在建筑物使用过程中长期受到周围环境和各种自然因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。不同材料受到的环境作用及程度也不相同。 1.4 建筑材料的耐久性 材料耐久性的测定 3 对材料耐久性最可靠的判断，是对其在使用条件下进行长期的观察和测定，但这需要很长时间。近年来多采用快速检验法。快速检验法是模拟实际使用条件，在实验室对材料进行有关的快速试验，根据试验结果对材料的耐久性作出判定，主要项目有干湿循环、冻融循环、碳化、加湿与紫外线干燥循环、盐溶液浸渍与干燥循环、化学介质浸渍等。 1.4 建筑材料的耐久性 提高耐久性的措施 4) 常用的提高材料耐久性的措施有：设法减轻大气或周围介质对材料的破坏作用(如降低湿度、尽可能避免侵蚀性物质)；提高材料本身对外界作用的抵抗或免于破坏的能力(如提高材料的密实度、改善材料的组成)；对材料进行憎水或防腐处理；在材料表面设置保护层。 1.什么是材料的实际密度、表观密度和堆积密度？如何进行计算？ 2.材料的吸水性、吸湿性、耐水性、抗渗性和抗冻性各用什么指标表示？ 3.建筑材料的亲水性和憎水性在工程中有什么实际意义？ 4.材料的孔隙率与孔隙特征对材料的表观密度、吸水性、吸湿性、抗渗性、抗冻性、强度及保温隔热等性能有何影响？ 模块1 建筑材料的基本性质 5.什么是材料的弹性变形与塑性变形？ 6.什么是材料的耐久性？提高材料耐久性的措施有哪些？ 7.某一块状材料的全干质量为112 g，自然状态体积为43 cm3，绝对密实状态下的体积为35 cm3，试计算其实际密度、表观密度、密实度和孔隙率。 模块1 建筑材料的基本性质 $$