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1、,绪论,说说你所知道的建筑材料,木构架建筑的外观轮廓都是由阶基、屋身、屋顶 3 部分组成：下面是由砖石砌筑的阶基，承托着整座房屋；立在阶基上的是屋身，由木制柱作骨架，其间安装门窗隔扇；上面是用木结构屋架造成的屋顶，屋面做成柔和雅致的曲线，四周均伸出屋身以外，上面覆盖着青灰瓦或琉璃瓦。,木构架在故宫建筑中获得了极致的运用，里面木柱林立，到处“雕梁画柱”。,以石头做建筑材料，是建筑呈现宏伟、厚重、稳固的特征。凡尔赛宫呈现整齐划一、秩序、均衡、对称等特征。,石料极大地限制了建筑内部空间。为了解放建筑内部空间，古希腊创造了著名的古典柱式，古罗马人发展了大跨度的稳重的石拱结构，这些都刻在凡尔赛宫里看到其
2、影子。,凯旋门是欧洲纪念战争胜利的一种建筑。用石块砌筑，形似门楼，有一个或三个拱券门洞，上刻宣扬统治者战绩的浮雕。,塔身的石块之间，没有任何水泥之类的粘着物，而是一块石头叠在另一块石头上面的。每块石头都磨得很平，至今已历时数千年。,埃菲尔铁塔高300米，天线高24米，总高324米，铁塔是由很多分散的钢铁构件组成的看起来就像一堆模型的组件。,卢浮宫金字塔是一个用玻璃和金属支架建造的巨大金字塔，周围环绕着三个较小的金字塔。,坚实厚硬的清水混凝土绝对的围合，创造出一片黑暗空间，让进去的人瞬间感觉到与外界的隔绝，而阳光便从墙体的水平垂直交错开口里泄进来，那便是著名的“光之十字”神圣，清澈，纯净，震撼。
3、,绪论,建筑的功能 要求的材料性能,承受荷载 长期可靠性 防水、隔热 隔声、防火 采光、绝缘 不污染环境,强度、刚度耐久性物理性能安全性,建筑要求材料具备哪些性能？,建筑材料如何满足性能要求？,性能,组成,结构,建筑材料这门课学习哪些内容？,怎么学建筑材料这门课？,1、注重材料的组成、结构和性质，及其之间的联系。2、对比学习，注重材料的共性和特性。3、密切联系工程实际，重视试验课。,课程成绩形成：总评成绩=平时成绩(30%)+期中考试（20%）+期末考试（50%）课堂要求（1）不迟到、不旷课。（2）不玩手机；不说与课堂无关的话。（3）尽量思考，回答问题；作业按时完成。,学习情境1 建筑材料的基
4、本性质,学习情境1 建筑材料的基本性质,本章的主要内容1、建筑材料的组成、分类与结构 2、建筑材料的物理性质3、建筑材料的力学性质,狭义上的建筑材料是指土建工程中所用材料，如水泥、钢材、木材、玻璃、涂料、石材等。广义上的建筑材料指所有用于建筑物施工的原材料、半成品和各种构配件、零部件。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,一、建筑材料的概念,一般建筑材料是指用于建筑和土木工程领域的各种材料的总称，简称建材。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,二、建筑材料的基本组成,物相的组成 在物理学中，相是指一个宏观物理系统所具有的一组状态，也通称为物态。例如，最常见的三相：气相、液相、固相，也就是我们常
5、说的物质状态有气态、液态和固态。,水的三相图,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,二、建筑材料的基本组成,固相连续相分散相：纤维与颗粒气相液相,矿 物化合物,分布的孔隙及其含量,包含的液体种类与含量,物相的组成,(1)材料的化学组成是指构成材料的基本化合物或化学元素的种类与数量。材料的化学组成决定着材料的化学性质，影响其物理性质和力学性质。如：钢材中四种矿物相所含的化学元素是：Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn等）；生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2；水泥中所含的化合物是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。聚氯乙烯塑料的化学组成有：PVC树脂（-CHCHCl-n
6、）、二丁酯、CaCO3等。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,二、建筑材料的基本组成,建筑材料的组成包括化学组成和矿物组成。,(2)材料的矿物组成主要是指构成材料的矿物种类和数量，决定着材料的许多重要性质。材料中含有特定的晶体结构、特定物理力学性能的组织结构称为矿物。如：硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙钢材中的矿物相有：奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,二、建筑材料的基本组成,建筑材料的组成包括化学组成和矿物组成。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,三、建筑材料的分类,建筑材料的种类繁多，而且在建筑物中起的作用也不尽
7、不问，因此可以从不同的角度对其进行分类，最常用的分类方法是按材料的化学成分分类，可分为无机材料、有机材料、复合材料。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,四、建筑材料的结构,结构是指从原子、分子水平直至宏观可见的各个层次的状态。一般可分为三个结构层次即 宏观结构 细观结构 微观结构,尺寸为 10-3m(肉眼可分辩),尺寸为10-6 10-3m(光学显微镜可辩),尺寸为10-6m(电子显微镜),尺寸为10-1010-8m(高倍电镜),1-1 建筑材料的组成、分类与结构,以混凝土为例,混凝土内部的宏观结构：由大小不等、形状各异的砂、石颗粒与孔隙以及水分布在水泥浆体中而构成。,硬化水泥浆体的细观结构
8、：孔隙、水分布于由水泥矿物水化物、未水化的水泥颗粒构成的固体连续相组成。,水泥浆体的微观结构：由晶体态水化物、非晶态水化物和微小孔隙及孔隙中的水构成。,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,宏观结构,材料构造是指宏观的组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况，其尺寸范围在10-3m以上，肉眼可分辨。如：材料内部的孔隙特征和孔结构；混凝土中砂、石和水泥石的堆积和分布情况；纤维增强复合材料中的纤维分布状态等。,混凝土的宏观结构,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,细观结构,细观结构的尺寸范围为10-610-3m，它是指材料内部组织结构和各物相的堆积结构。如：钢材的晶体组织在常温下由铁素体、珠光体和
9、渗碳体；岩石、陶瓷、水泥石中各矿物相的堆积结构等；高分子材料中晶相与非晶相的堆积结构。,木材的细观结构,1-1 建筑材料的组成、分类与结构,微观结构,微观结构指尺寸范围在10-1010-6m内，组成材料的化合物或矿物的组织状态，是分子、原子与离子排列、连接的结构状态。,胶体的微观结构,针状晶体的微观结构,练习1.建筑材料按化学成分分为（）、（）、（）。2.建筑材料的组成包括（）、（）。3.建筑材料的结构一般分为三个层次（）。A.微观结构 B.宏观结构 C.细观结构 D.层状结构4.建筑材料的矿物组成是指构成材料的矿物种类和数量，决定着材料的许多重要性质。（）【判断题】,无机材料、有机材料、复合
10、材料,矿物组成、化学组成,ABC,1-2*建筑材料的性质,1、物理性质 密度 热学性质 电与磁性质 声学性质 光学性质 2、物理化学性质 3、力学性质 4、耐久与安全性质,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,块状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开口孔隙和闭口孔隙（见图1-2）。,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,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。,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,密度：材料在绝对密实状态下
11、，单位体积的质量称为密度。按下式计算：=m/V式中：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，（即材料体积内固态物质的实体积），cm3或m3。,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,质量与体积,密度,请看视频,单位体积材料的质量密度体积与质量是可变的，密度是不变的,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,表观密度：材料在自然状态下不含开口孔隙时的单位体积的质量，称为表观密度。按下式计算：=m/V式中 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。,1-2 建筑材料的物理性
12、质,一、密度、表观密度与堆积密度,体积密度：材料在自然状态下，单位体积的质量称为体积密度。按下式计算：0=m/V0 式中 0体积密度，g/cm3或kg/m3；m材料的质量，g或kg；V0材料在自然状态下的体积，cm3或m3。,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,堆积密度：粉状或颗粒状材料在堆积状态下，单位体积的质量称为堆积密度。按下式计算：0=m/V0式中0 材料的堆积密度，kg/m3；m材料的质量，kg；V0材料的堆积体积，m3。,1-2 建筑材料的物理性质,一、密度、表观密度与堆积密度,1-2 建筑材料的物理性质,思考？,对于某一种材料来说，其密度、表观密度、体积密度
13、和堆积密度之间的相互关系怎样？为什么？答：密度表观密度体积密度堆积密度绝对密实体积自然状态下只含闭口空隙的体积绝对密实体积闭口孔隙体积；自然状态下的体积=绝对密实体积孔隙体积堆积体积绝对密实体积孔隙体积空隙体积。,1-2 建筑材料的物理性质,二、材料的密实度和孔隙度,1、孔隙率（P）材料中的孔隙体积与总体积的百分比称为孔隙率P。P=（V0-V）/V0100%=（1-0/）100%2、密实度（D）定义：材料体积内被固体物质所充实的程度，即固体体积占总体体积的百分率。D=V/V0100%=0/100%=1-P,V0（自然体积）,V（绝对密实体积）,1-2 建筑材料的物理性质,计算,某标准砖墙经测试
14、其密度=2.7g/cm3，体积密度0=1750kg/m3，问该砖的孔隙率和密实度各为多少？,材料的密实度越大，则强度越高、吸水率越小、导热性越大。孔隙率的大小反映了材料的致密程度。孔隙结构和孔隙率对材料的表观密度、强度、吸水率，抗渗性、抗冻性及声、热、绝缘等性能有很大影响。,1-2 建筑材料的物理性质,二、材料的密实度和孔隙度,1-2 建筑材料的物理性质,三、散粒材料的填充率与空隙率,1、空隙率（P）材料中的空隙体积与总体积的百分比称为空隙率P。P=（V0-V0）/V0100%=（1-0/0）100%2、填充率（D）定义：散粒材料在堆积体积下，其颗粒的填充程度成为填充率。D=V0/V0100%
15、=0/0100%=1-P,空隙体积=堆积体积-自然体积,练习1.材料的密度并不都是一个常数。（）【判断题】2.孔隙率的大小反映了材料的致密程度。（）【判断题】3.材料在自然状态下，单位体积的质量称为材料的（）。A.表观密度 B.堆积密度 C.密度 D.体积密度4.材料孔隙率和密实度之和（）。A.大于1 B.小于1 C.等于1 D.为零,答案：；D；C,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,1、亲水性、憎水性亲水性：对水有大的亲和能力，可以吸引水分子，或溶解于水。这类分子形成的固体材料的表面，易被水所润湿。憎水性：也叫疏水性，对水具有排斥能力，不能被水湿润。,1-2 建筑材料的
16、物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,1、亲水性、憎水性一般来说，用接触角来衡量亲、疏水性。接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角e：1）当e=0，完全润湿；2）当e90，部分润湿或润湿；3）当e=90，是润湿与否的分界线；4）当e90，不润湿；5）当e=180，完全不润湿。有机材料一般是憎水性，无机材料都是亲水性。,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,2、吸水性、吸湿性吸水性材料与水接触时，其内部孔隙会吸收水分，这种性质称为吸水性。材料的吸水性用吸水率W表示
17、。W=（m1-m）/m100%吸湿性材料在潮湿空气中，会吸收水分的性质称为吸湿性。材料的吸湿性用平衡含水率w表示。w=（m含-m）/m100%,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,材料的吸水（湿）性与材料内部孔隙结构与材料的亲水性或憎水性密切相关：材料通过其内部开口、连通的孔隙吸收外部环境的水开口孔隙越多，材料吸水率越大；开口连通孔径较小，因毛细管作用而容易吸水。亲水性材料的吸水（湿）性比憎水性材料强。亲水性孔壁使水自动吸入；憎水性孔壁难以使水吸入。,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,创新思维1、为什么房屋一楼潮湿？2、如何解决？,1、地下水沿材料毛细
18、管上升，然后在空气中挥发。2、解决问题的原理与办法阻塞毛细通道，技术措施？对材料中的毛细管壁进行憎水处理,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,2、耐水性、抗渗性、抗冻性耐水性材料抵抗水的破坏作用的能力。耐水性用软化系数（KR）表示，并按下式计算：KR=f 饱/f干式中：f 饱材料在吸水饱和状态下的极限抗压强度；f 干材料在干燥状态下的极限抗压强度。软化系数KR值越小，材料的耐水性越差。水对材料的破坏作用,溶解溶蚀作用溶胀作用削弱质点相互作用力引起金属的锈蚀作用,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,抗渗性材料抵抗水或溶液渗入或渗透的能力。材料的抗渗性用渗透
19、系数K表示：K=(Qd)/(AtH)式中：Q渗水总量(cm3)；H静水压力水头(cm)；t时间(h)；d试件厚度；A渗水面积抗渗性也可以用抗渗等级P表示：P=10H-1P抗渗等级；H试件开始渗水时的水压头(MPa)；抗渗性与孔隙率和孔隙特征有关。大孔且连通孔将使材料的抗渗系数降低。材料抗渗性影响材料的其它耐久性性能,1-2 建筑材料的物理性质,四、建筑材料与水有关的性质,抗冻性材料饱水下，抵抗冻融循环破坏作用的能力。抗冻等级，用Fn表示材料丧失性能前能承受的最多冻融循环次数，次数愈多，等级越高。冻融破坏的原因抗冻性的影响因素,水结冰时，体积膨胀9；当材料内部孔隙饱水情况下，发生多次冻融循环，在
20、水结冰时产生的拉力作用下，产生裂缝、扩展、延伸，和连通，导致材料破坏。,材料内部的孔隙率与孔隙特征孔隙内的饱水程度材料强度与韧性环境温度变化,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,1、导热性热量在材料中传导的性质称为导热性，材料的导热能力用导热系数表示，即=Qd/（t1-t2）AZ式中导热系数，W/(mK)；Q一一传导热量，J；d一一材料厚度，m；t1-t2 材料两侧温度差，K；A材料传热面积，m2；Z一一传热时间，t。由上式可知，值越小，材料的绝热性能越好。通常将导热系数 0.175 W/(mK)的材料称为绝热材料。,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,影响材料
21、导热系数的主要因素有：材料的化学成分及其分子结构表观密度孔隙率及孔隙的性质和大小湿度温度静止空气的导热系数很小，所以，一般材料的孔隙率越大，其导热系数越小(粗大而贯通孔隙除外)。如水、冰的导热系数远大于空气的导热系数，材料受潮或冻结后，其导热系数会增大。因此，在结构设计和施工中，应采取相应措施，使保温材料处于干燥状态，以发挥其保温作用。,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,2、比热及热容量材料在受热时吸收热量，冷却时放出热量，吸收或放出的热量计算公式Q=Cm（t2-t1）式中Q材料吸收或放出的热量，J；C材料的比热，J/(gK)；m一材料的质量，g；t2-t1 材料受热或冷却前
22、后的温度差，K。比热C与材料质量m的乘积称为材料的热容量。热容量较大，导热系数较小的材料是良好的绝热材料。热容量大的材料可以保证室内温度相对的稳定。,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,3、耐燃性建筑物失火时，材料经受高温与火的作用而不破坏，强度不严重降低的性能，称为材料的耐燃性。根据耐燃能力的强弱，材料可分为：不燃烧类，如普通石材、混凝土、砖等；难燃烧类，如经过防火处理的木材、塑料等；燃烧类，如常见的木材、塑料等。,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,4、耐火性材料在高温的长期作用下，保持不熔性并能工作的性能称为材料的耐火性。根据耐火能力的强弱，材料可分为耐火
23、材料，如硅砖、镁砖等；难熔材料，如难熔黏土砖、耐火混凝土等；易熔材料，如普通混凝土砖等。,1-2 建筑材料的物理性质,五、建筑材料的热工性质,4、耐火性按照我国国家标准建筑设计防火规范，建筑物的耐火等级分为四级。建筑物的耐火等级是由建筑构件(梁、柱、楼板、墙等)的燃烧性能和耐火极限决定的。一级耐火等级建筑是钢筋混凝土结构或砖墙与钢混凝土结构组成的混合结构；二级耐火等级建筑是钢结构屋架、钢筋混凝土柱或砖墙组成的混合结构；三级耐火等级建筑物是木屋顶和砖墙组成的砖木结构；四级耐火等级是木屋顶、难燃烧体墙壁组成的可燃结构。特别注意的是区别防火等级，它主要是说建筑保温材料，分为：A级不燃型，B1级难燃型
24、，B2级可燃型(也称阻燃型)，B3级易燃型。,练习1.下列属于憎水性材料的是（）。A.混凝土 B.木材 C.砖 D.石蜡2.材料的耐水性常用软化系数表示，耐水性材料的软化系数（）。A.大于0.8 B.小于0.8 C.等于0.75 D.小于0.753.建筑材料的亲水性与憎水性一般用湿润边角值来判定，一般认为：当90时，此种材料为（）；当90时，此种材料为（）。,答案：D；A；亲水性材料；憎水性材料,练习4.吸湿率性指的就是材料与水接触吸收水分的性质，其大小用含水率表示。（）5.孔隙率越高，吸水性越强。（）6.抗冻等级的大小是衡量材料耐久性的指标。（）7.材料的导热系数越大，材料的绝热性能越好。（
25、）8.一般材料的孔隙率越大，其导热系数越大。（）9.热容量较大，导热系数较小的材料是良好的绝热材料。（）,1-2*建筑材料的性质,1、物理性质 密度 热学性质 电与磁性质 声学性质 光学性质 2、物理化学性质 3、力学性质 4、耐久与安全性质,作业：将课本中学习情境1的项目2的内容，进行小结，做成一张笔记（用A4纸）。要求：总结全面，简洁美观，可图文并茂。,1-3 建筑材料的力学性质,建筑结构设计以承受最大荷载(强度)，而有最小的变形(刚度)为了建筑应用效率最优，应按照材料的强度和刚度，选择材料材料的力学性质指材料在荷载(外力)作用下的强度与刚度(形变),1-3 建筑材料的力学性质,1-3 建
26、筑材料的力学性质,1-3 建筑材料的力学性质,1-3 建筑材料的力学性质,1-3 建筑材料的力学性质,一、材料的强度、强度等级和比强度,1、材料的强度,强度是指材料在外力（荷载）作用下，抵抗破坏和变形的能力。根据外力作用方式的不同，材料强度有抗拉、抗压、抗剪、抗弯强度等。,抗压,抗拉,抗剪,抗弯,1-3 建筑材料的力学性质,抗拉强度,抗压强度,抗剪强度,抗弯强度,静力强度,静力强度分类,1-3 建筑材料的力学性质,抗压强度、抗拉强度、抗剪强度的计算：式中：f材料强度，MPaFmax材料破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2。,抗弯强度的计算：中间作用一集中荷载，对矩形截面试件，则其抗弯强
27、度用下式计算：式中：fw材料的弯强度，MPaFmax材料受弯破坏时的最大荷载，N；A试件受力面积，mm2；L、b、h 两支点的间距，试件横截面的宽及高，mm。,钢材、木材和混凝土的强度比较,1-3 建筑材料的力学性质,1-3 建筑材料的力学性质,二、材料的强度等级,大多数建筑材料根据其极限强度的大小，把材料划分为若干不同的等级，称为材料的强度等级；材料强度等级划分的标准：a)脆性材料主要根据其抗压强度来划分强度等级，如混凝土、水泥、粘土砖等；例：普通混凝土的强度等级划分为14级：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。b)
28、韧性材料主要根据其抗拉强度来划分强度等级，如钢材等；如钢材分为Q195，Q215，Q235，Q255，Q275等；,1-3 建筑材料的力学性质,三、比强度,比强度：是指材料的强度与其表观密度的比值；比强度的意义：（1）衡量材料轻质高强性能的一项重要指标；（2）选用比强度高的材料或者提高材料的比强度，对大跨度、高大建筑十分有利；,1-3 建筑材料的力学性质,材料在外力作用下发生变形，当外力消失后，材料能够完全恢复其原来形状和尺寸的性质，成为弹性。材料在外力作用下发生变形，当外力消失后，材料不能恢复其原来形状和尺寸，但本身不会产生裂缝的性质，成为塑性。,1、材料的弹性与塑性,加载,卸载,加载,永久
29、变形,1-3 建筑材料的力学性质,二、材料的其他力学性质,2、脆性和韧性 材料在施加冲击载荷作用下，突然破坏，而没有明显的变形的性质，称为脆性。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。脆性材料的特点是塑性变形小，抗冲击和振动荷载的能力差，抗压强度高。,1-3 建筑材料的力学性质,2、脆性和韧性 材料在施加冲击载荷作用下，能够吸收较大能量而不发生破坏的性质称为韧性。如钢材、木材、橡胶等。韧性材料的特点是塑性变形大，抗冲击和振动荷载的能力好，抗压和抗拉都高。,1-3 建筑材料的力学性质,硬度是材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力。硬度的测定方法有刻
30、划法和压入法。按刻划法，材料的硬度可划分为110级(莫氏硬度)。木材、混凝土、钢材等的硬度常用钢球压入法测定（布氏硬度HB）。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。硬度越大，耐磨性越大。,3、材料的硬度、耐磨性和耐久性,1-3 建筑材料的力学性质,3、材料的硬度、耐磨性和耐久性,1-3 建筑材料的力学性质,材料在各种因素作用下，抵抗破坏保持其原有性质的能力，称为耐久性。,3、材料的硬度、耐磨性和耐久性,影响材料耐久性的因素：内因，材料自身的内部因素因：材料内部存在不稳定的化学组分，如Ca(OH)2、挥发份、杂质等；材料内部存在一些缺陷，如孔隙、裂缝等。外因，材料服役环境因素：物理作用：光、热、雨水、风等化学作用：酸、碱、盐、水等生物作用：细菌、昆虫等,
