03第三章-建筑材料概述解析

第三章建筑材料概述第一節(jié)建筑材料的基本性質(zhì)一、材料的主要物理性質(zhì)（一）材料與質(zhì)量有關(guān)的性質(zhì)1．密度(比重)

即材料在絕對密實狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量，用下式計算:ρ=m/V

式中ρ-材料的密度，kg／m3；

m-材料的質(zhì)量，kg；

V-材料在絕對密實狀態(tài)下的體積,m32．表觀密度(容重)

材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量.按下式計算:ρ0=m/V0

ρ0-材料的表觀密度，kg／m3；

m-材料的質(zhì)量，kg；

V0-材料在自然狀態(tài)下的體積,m33．堆積密度堆積密度是指粉狀、顆粒狀及纖維狀等材料在自然堆積狀態(tài)下的單位體積質(zhì)量，可按下式進行計算：ρ’0=m/V’0

ρ’0-材料堆積密度,kg／m3；

m-材料的質(zhì)量，kg；

V’0-材料的堆積體積,m3在建筑工程中，密度、表現(xiàn)密度和堆積密度常用來計算材料的配料、用量、構(gòu)件的自重、堆放空間和材料的運輸量，工程中常用的幾種材料密度、表觀密度和堆積密度值見表3-1。表3-1常用材料密度、表觀密度、堆積密度4．密實度固體材料中固體物質(zhì)的充實程度，即材料的絕對密實體積與其總體積之比。計算式為：D=V/V0=(m/ρ)/(m/ρ0)=ρ0/ρ

凡具有孔隙的固體材料，其密實度都小于1。材料的密度與表觀密度越接近，材料就越密實。材料的密實度大小與其強度、耐水性和導(dǎo)熱性等很多性質(zhì)有關(guān)。5．孔隙率固體材料的體積內(nèi)孔隙體積所占的比例?？筛鶕?jù)下式計算:P=(V0-V)/V0=1-D

材料的孔隙率大，則表明材料的密實程度小。材料的許多性質(zhì)，如表觀密度、強度、透水性、抗?jié)B性、抗凍性、導(dǎo)熱性和耐蝕性等，除與孔隙率的大小有關(guān)，還與孔隙的構(gòu)造特征有關(guān)(即孔隙的大小和形狀)。6．填充率填充率是指顆粒材料或粉狀材料的堆積體積內(nèi)，被顆粒所填充的程度，用D’表示，可按下式進行計算：D’=V/V’0=ρ’0/ρ07．空隙率空隙率是指顆粒材料或粉狀材料的堆積體積內(nèi)，顆粒之間的空隙體積所占的百分率，用P‘表示，可按下式進行計算：

P=(V’-V0)/V’=1-ρ’0/ρ0

材料空隙率大小，表明顆粒材料中顆粒之間相互填充的密實程度，計算混凝土骨料的級配和砂率時常以空隙率為計算依據(jù)。(二)材料與水有關(guān)的性質(zhì)1．吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料吸水性的大小可用吸水率表示。吸水率又有質(zhì)量吸水率和體積吸水率之分，其計算公式分別為:W質(zhì)=(m飽-m干)/m干

W體=(m飽-m干)/V0ρw

V0-材料在自然狀態(tài)下的體積，m3ρw-水的密度，kg／m32．吸濕性材料在潮濕的空氣中吸收空氣中水分的性質(zhì)稱為吸濕性，該性質(zhì)可用材料的含水率表示，按下式進行計算：

材料吸濕含水后．會使材料的質(zhì)量增加，體積膨脹，抗凍性變差，同時使其強度、保溫隔熱性能下降。3．耐水性材料在飽和水作用下強度不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。材料的耐水性用軟化系數(shù)表示，可按下式計算：材料軟化系數(shù)范圍在0-1之間，數(shù)值越大，說明材料的耐水性能越好。當軟化系數(shù)大于0．85時，則認為該材料是耐水的。4．抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)或材料的不透水性稱為抗?jié)B性。材料的抗?jié)B性用抗?jié)B等級來表示，即用材料抵抗壓力水滲透的最大水壓力值來確定，其抗?jié)B等級越高，則表明材料的抗?jié)B性能越好。如P6、P8、P10、P12等，分別表示材料可抵抗0．6、0．8、1．01．2MPa水壓力而不滲水。5．抗凍性材料在多次凍融循環(huán)作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質(zhì)稱為抗凍性。材料在吸水飽和后，從-15℃冷凍到20℃融化稱做經(jīng)受一個凍融循環(huán)作用。材料的抗凍性常用抗凍等級表示，即抵抗凍融循環(huán)次數(shù)的多少，如混凝土的抗凍等級有D50、D100、D150、D200、D250和D300等。(三)材料與溫度有關(guān)的性質(zhì)1．導(dǎo)熱性熱量由材料的一面?zhèn)髦亮硪幻娴男再|(zhì)稱為導(dǎo)熱性，用導(dǎo)熱系數(shù)“λ”表示。導(dǎo)熱系數(shù)是評定材料絕熱性能的重要指標。材料的導(dǎo)熱系數(shù)越小，則材料的絕熱性能越好。材料傳熱能力主要與傳熱面積、傳熱時間、傳熱材料兩面溫度差及材料的厚度、自身的導(dǎo)熱系數(shù)大小等因素有關(guān)，可用下面公式計算：

一般金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)最大，無機非金屬材料次之，有機材料最小。成分相同時，密實性大的材料．導(dǎo)熱系數(shù)大；孔隙率相同時．具有微孔或封閉孔構(gòu)造的材料，導(dǎo)熱系數(shù)偏小。另外，材料處于高溫狀態(tài)要比常溫狀態(tài)時的導(dǎo)熱系數(shù)大；若材料含水后，其導(dǎo)熱系數(shù)會明顯增大。

2．熱容材料具有加熱時吸收熱量，冷卻時釋放熱量的性質(zhì)，材料溫度變化1K所吸收或釋放的熱量稱為熱容。材料單位質(zhì)量的熱容稱為比熱容c，可用下式進行計算：

導(dǎo)熱系數(shù)、熱容綜合表示材料的熱工性能，對于建筑物的保溫、隔熱，實現(xiàn)建筑節(jié)能具有重要意義。表3—2工程常用材料熱工性質(zhì)指標二、材料的力學(xué)性質(zhì)

材料的力學(xué)性質(zhì)是指材料在各種外力作用下抵抗變形或破壞的性質(zhì)。一、強度材料在外力(荷載)作用下抵抗破壞的能力稱為強度。材料在建筑物上所受的外力主要有拉力、壓力、彎曲及剪力等。材料抵抗這些外力破壞的能力分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度

材料的抗彎強度，對矩形截面的試件，其抗彎強度可按下式計算：

不同材料具有不同的抵抗外力的特性，混凝土、磚、石材等抗壓強度較高，鋼材的抗拉、抗壓強度都很高。在建筑設(shè)計中選擇材料時應(yīng)了解清楚不同材料所具有的不同強度特性。材料的強度大小主要決定于其本身的成分、構(gòu)造。一般情況下，材料的表觀密度越小、孔隙率越大、越疏松．其強度就越低。二、彈性與塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，外力去掉后，變形能完全消失的性能稱為彈性。材料在外力作用下產(chǎn)生變形，外力去掉后，變形不能完全恢復(fù)并且材料也不即行破壞的性質(zhì)，稱為塑性。三、脆性與韌性材料在外力作用下，當外力達到一定數(shù)值后，突然產(chǎn)生破壞而沒有明顯塑性變形的性質(zhì)稱為脆性。

脆性材料的抗壓強度要比抗拉強度大得多，高達幾倍或幾十倍，如石材、磚、普通混凝土、玻璃和陶瓷等。由于脆性材料的抗沖擊和震動荷載的能力差，故在建筑物中常用來作承壓構(gòu)件。材料在沖擊或振動荷載作用下能吸收較大的能量，同時產(chǎn)生一定塑性變形后而不被破壞的性質(zhì)稱為韌性，也稱為沖擊韌性。三、材料的耐久性耐久性是指材料在長期使用環(huán)境中，在多種破壞因素作用下保持原有性能不被破壞的能力。各種材料除了受到各種外載荷的作用、還受到周圍環(huán)境各種自然因素的影響。如物理、化學(xué)、生物等方面的作用。物理作用包括溫度變化、干濕交換、凍融循環(huán)及磨損等?；瘜W(xué)作用包括受酸、堿、鹽類等物質(zhì)的水溶液及有害氣體的作用，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)及氧化作用，受陽光紫外線照射等使材料變質(zhì)或遇到損壞。生物作用是指菌類、昆蟲類等對材料的蛀蝕及腐朽的作用。影響處在建筑物各部位材料的耐久性的因素是多方面的。材料的耐久性是一項綜合的技術(shù)性質(zhì)，它包括抗?jié)B性、抗凍性、抗風化性、耐熱性、耐蝕性、抗老化性以及耐磨性等各方面的內(nèi)容。

提高材料的耐久性，常采取以下三個方面的措施：

(1)提高材料本身對外界破環(huán)作用的抵抗力，如提高材料的密實度，改變孔結(jié)構(gòu)的形式，合理選定原材料的組成等。

(2)減輕環(huán)境條件對材料的破壞作用，如對材料進行特殊處理或采取必要的構(gòu)造措施。

(3)在主體材料表面加保護層，如覆蓋貼面、噴涂料等，使主體材料與大氣、陽光、雨、雪隔絕，不致受到直接侵害。第二節(jié)無機膠凝材料建筑工程中，凡通過自身的物理化學(xué)作用從漿體變成堅硬的石狀體(即硬化過程)，并能將松散礦質(zhì)材料(如砂、石等)膠結(jié)為一個整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。膠凝材料的分類、特性及應(yīng)用見表3．1.表3．4膠凝材料的分類、特性及應(yīng)用一、石灰1、生石灰：原料為石灰?guī)r(主要成分CaCO3、少量MgCO3)經(jīng)900—1300°C高溫煅燒而成。煅燒過程對石灰的質(zhì)量有很大的影響，當石灰?guī)r塊尺寸過大或燃燒溫度過低、煅燒時間不足時，石灰石的分解不夠徹底，得到的生石灰中殘留有末分解的石灰石，稱為欠火石灰；

若燃燒溫度過高、燃燒時間過長或原料中的二氧化硅和氧化鋁等雜質(zhì)發(fā)生熔結(jié)，則形成過火石灰。過火石灰質(zhì)地密實，熟化速度緩慢，其細小的顆?？赡茉谑覒?yīng)用之后熟化，體積膨脹，致使已硬化的砂漿產(chǎn)生“崩裂”或“鼓泡”現(xiàn)象，影響工程質(zhì)量。所以，石灰熟化時，熟化的時間要足夠，要待過火石灰徹底熟化后才準用于工程。

生石灰的主要成分是氧化鈣，其次是氧化鎂。當生石灰中氧化鎂的含量小于或等于5％時稱為鈣質(zhì)石灰；氧化鎂含量大于5％時稱為鎂質(zhì)石灰。建筑石灰供應(yīng)的品種有塊狀生石灰和消石灰粉兩種，其技術(shù)指標分別見表3-5和表3-6。表3-5生石灰的主要技術(shù)指標(JC/T479-1992)表3-6消石灰粉主要技術(shù)指標(JC/T48l—1992)消石灰粉是由塊狀生石灰經(jīng)適量的水熟化而成。采用分層噴淋法和機械法進行熟化。2．石灰的熟化與硬化建筑施工使用石灰時，通常將生石灰加水使之消解為熟石灰Ca(OH)2。這個過程稱為石灰的“熟化”。其化學(xué)反應(yīng)式為：

CaO+H2O=Ca(OH)2+64.88KJ

生石灰的熟化為放熱反應(yīng)，熟化時體積膨脹。煅燒良好質(zhì)純的生石灰體積增大1.5-3.5倍。石灰膏是將塊狀生石灰放入化灰池內(nèi)，加入相當于生石灰體積3—4倍的水，消化成石灰水溶液，然后過篩流入儲灰坑，隨著時間的推移，水分減少，逐漸形成石灰漿，最后形成石灰膏。

施工所用的石灰砂漿、混合砂漿都是灰拌制的。為了消除過火石灰(生石灰中少量被燒焦的氧化鈣、氧化鎂的顆粒物)的危害．保證生石灰徹底熟化，石灰膏必須在灰坑內(nèi)保存兩周以上，這個過程稱為“陳伏”，陳伏期間石灰漿表面應(yīng)保持一層一定厚度的水，使之與空氣隔絕，防止碳化。生石灰粉是將塊狀生石灰直接破碎再磨細而成。使用時可以不必預(yù)先熟化、陳伏。石灰的硬化：熟石灰在空氣中會逐漸蒸發(fā)水分并與空氣中的CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成堅硬的固體。但純石灰膏此過程緩慢且伴有明顯收縮，工程中為提高石灰膏熟化速度、抑制收縮，常將其與砂、紙筋、麻刀等材料按比例摻配使用。3．石灰的應(yīng)用及貯存：石灰可與粘土、砂等材料按—定比例拌和夯實配制灰土及三合土；亦常用于配制砌筑及抹面砂漿。石灰還可用于墻面涂刷及制作硅酸鹽制品。新鮮塊灰(生石灰)吸水、吸濕性極強，應(yīng)封閉貯存，防潮防水；不應(yīng)與易燃、易爆物品及液體共存、同運，以免發(fā)生火災(zāi)．引起爆炸，運輸過程中應(yīng)有防雨措施。另外，石灰在存放過程中，極易吸收空氣中的水分和二氧化碳，自行消解而失去活性，導(dǎo)致膠凝性下降，故存放期不宜過長，一般不超過一個月?；腋嚓惙髴?yīng)在表面覆土或砂，使其與空氣隔絕，方能保存較長時間而不變質(zhì)。二、石膏1、建筑石膏1)建筑石膏的生產(chǎn)將天然石膏(生石膏)入窯經(jīng)低溫煅燒(107-l70℃)，脫水后再經(jīng)球磨機磨細即為建筑石膏(熟石膏)，其反應(yīng)式為：2)建筑石膏的凝結(jié)和硬化半水石膏首先溶解于水．形成飽和溶液，待半水石膏與溶液中的水化合后，則被還原成二水石膏(生石膏)，其反應(yīng)式為：2．建筑石膏制品及應(yīng)用由于建筑石膏凝結(jié)硬化快，強度較高，硬化后石膏的抗拉和抗壓強度比石灰高，成型性能優(yōu)良，表觀密度小，導(dǎo)熱系數(shù)小，防火性好，調(diào)色性好。應(yīng)用較多的是在建筑石膏中摻入各種填料加工制成各種石膏裝飾制品和石膏板材，用于建筑物的內(nèi)隔墻、墻面和頂棚的裝飾裝修等。1）石膏板

(1)紙面石膏板：紙面石膏板是用石膏作芯材，兩面用紙做護面而成，規(guī)格為：寬度900-1200mm，厚度9-12mm，長度可根據(jù)需要而定。紙面石膏板主要用于建筑內(nèi)墻、隔墻和吊頂板等。(2)石膏裝飾板：石膏裝飾板是以建筑石膏為主要原料制成的平板、多孔板、花紋板、浮雕板及裝飾薄板等，規(guī)格為邊長300、400、500、600、900mm的正方形。裝飾板的主要特點是花色品種多樣、顏色鮮艷、造型美觀．主要用于大型公共建筑的墻面和吊頂罩面板。(3)纖維石膏板纖維石膏板以建筑石膏為主要原料，摻入適量的紙筋和無機短纖維制成。這種板的主要特點是抗彎強度高，一般用于建筑物內(nèi)墻和隔墻，也可用來替代木材制作一般家具。(4)石膏空心條板這種板以石膏為主要原料制成。板材的孔洞率為30％一40％，質(zhì)量輕、強度高