《建筑材料》課件-第1章

第1章緒論1.1建筑材料在建設(shè)工程中的地位1.2建筑材料的分類1.3建筑材料的發(fā)展歷史1.4建筑材料的發(fā)展現(xiàn)狀與未來1.5建筑材料性能檢測與技術(shù)標準1.6本課程的基本要求和學習方法1.1建筑材料在建設(shè)工程中的地位

建筑材料是應(yīng)用于土木工程建設(shè)中的無機材料、有機材料和復合材料的總稱。建筑材料在工程建設(shè)中有著舉足輕重的地位，對其的具體要求體現(xiàn)在經(jīng)濟性、可靠性、耐久性和低碳性等方面。建筑材料是建設(shè)工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。土建工程中，建筑材料的費用占土建工程總投資的60%左右，因此，建筑材料的價格直接影響到建設(shè)的投資。建筑材料是一切社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。社會基礎(chǔ)設(shè)施包括：用于工業(yè)生產(chǎn)的廠房、倉庫、電站、采礦和采油設(shè)施；用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的堤壩、渠道、灌溉排澇設(shè)施；用于交通運輸和人們出行的高速公路、高速鐵路、道路橋梁、海港碼頭、機場車站設(shè)施；用于人們生活需要的住宅、商場、辦公樓、賓館、文化娛樂設(shè)施、衛(wèi)生體育設(shè)施；用于提高人民生活質(zhì)量的輸水、輸氣、送電管線設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施，排污凈化設(shè)施；用于國防需要的軍事設(shè)施、安全保衛(wèi)設(shè)施等。社會基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活息息相關(guān)。社會基礎(chǔ)設(shè)施的安全運行，關(guān)乎人民的生活水平和生活質(zhì)量。因此，建筑材料質(zhì)量的提高，新型建筑材料的開發(fā)利用，直接影響到社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的質(zhì)量、規(guī)模和效益，進而影響到國民經(jīng)濟的發(fā)展和人類社會文明的進步。建筑材料與建筑結(jié)構(gòu)和施工之間存在著相互促進、相互依存的密切關(guān)系。一種新型建筑材料的出現(xiàn)，必將促進建筑形式的創(chuàng)新，同時結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)也將相應(yīng)地改進和提高。同樣，新的建筑形式和結(jié)構(gòu)設(shè)計也呼喚著新的建筑材料，并促進建筑材料的發(fā)展。例如，采用建筑砌塊和板材替代實心黏土磚，就要求改進結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計和施工工藝、施工設(shè)備；高強混凝土的推廣應(yīng)用，要求有新的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)程與之適應(yīng)；同樣，高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)、預應(yīng)力結(jié)構(gòu)的大量應(yīng)用，要求提供更高強度的混凝土和鋼材，以減小構(gòu)件截面尺寸，減輕建筑物自重；隨著建筑功能要求的提高，還需要提供同時具有保溫、隔熱、隔聲、裝飾、耐腐蝕等性能的多功能建筑材料等。構(gòu)筑物的功能和使用壽命在很大程度上取決于建筑材料的性能。如裝飾材料的裝飾效果、鋼材的銹蝕、混凝土的劣化、防水材料的老化等，無一不是材料的問題，也正是這些材料的特性構(gòu)成了構(gòu)筑物的整體性能。因此，從強度設(shè)計理論向耐久性設(shè)計理論轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于材料耐久性的提高。

建設(shè)工程的質(zhì)量，在很大程度上取決于材料的質(zhì)量控制。如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量主要取決于混凝土的強度、密實性和是否產(chǎn)生裂縫。在材料的選擇、生產(chǎn)、儲運、使用和檢驗評定過程中，任何環(huán)節(jié)的失誤，都可能導致工程的質(zhì)量事故。事實上，國內(nèi)外土木工程建設(shè)中的質(zhì)量事故，絕大部分都與材料的質(zhì)量缺損相關(guān)。建筑材料是建筑工業(yè)的耗能大戶，許多建筑材料的生產(chǎn)能耗很大，并且排放大量的二氧化碳及硫化物等污染物質(zhì)。因此，注重再生資源的利用、節(jié)能新型建材和綠色建筑材料的選用，以及如何節(jié)省資源、能源，保護環(huán)境已成為建筑工業(yè)建設(shè)資源節(jié)約型社會和可持續(xù)發(fā)展的重大課題。

構(gòu)筑物的可靠度評價，在很大程度上依存于材料可靠度評價。材料信息參數(shù)是構(gòu)成構(gòu)件和結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)，在一定程度上“材料—構(gòu)件—結(jié)構(gòu)”組成了宏觀上的“本構(gòu)關(guān)系”。因此，作為一名土木工程技術(shù)人員，無論是從事設(shè)計、施工還是管理工作，均必須掌握建筑材料的基本性能，并做到合理選材、正確使用和維護保養(yǎng)。 1.2建筑材料的分類

建筑材料體系龐大、種類繁多、品種各異，最常用的兩種分類方法是按化學成分和按材料在工程中的作用來分類。

根據(jù)材料的化學成分，建筑材料可以分為無機材料、有機材料和復合材料三大類，如表1－1所示。

表1－1建筑材料的分類

根據(jù)材料在工程中的作用，建筑材料可以分為：結(jié)構(gòu)承重材料、圍護材料，以及防水材料、保溫材料、吸音材料、地面材料、屋面材料、裝飾材料等功能材料。結(jié)構(gòu)承重材料是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁、板、柱、基礎(chǔ)等所用的材料，這類材料要求有較高的強度和較好的耐久性。根據(jù)我國國情，現(xiàn)在和將來相當長的時期內(nèi)，鋼筋混凝土和預應(yīng)力鋼筋混凝土將是我國工程建設(shè)的主要結(jié)構(gòu)材料。近年來，鋼材在高層建筑和大跨度構(gòu)筑物的建設(shè)中，作為承重材料也發(fā)揮著越來越大的作用。墻體圍護材料在建筑中起圍護、分隔和承重的作用。這類材料一是要有必要的強度，二是要有較好的絕熱性能和隔聲吸聲效果。目前采用的墻體材料多為混凝土和加氣混凝土砌塊、復合墻板、空心黏土磚、爐渣磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、灰砂磚等新型墻體材料，這些材料具有工業(yè)化生產(chǎn)水平高、施工速度快、絕熱性能好、節(jié)省資源能源、保護耕地等特點。建筑功能材料是指擔負某些建筑功能的非承重材料。這些材料在某些方面要有特殊功能，如防水、防火、絕熱、吸聲、隔聲、采光、裝飾等。 1.3建筑材料的發(fā)展歷史

建筑材料的發(fā)展，經(jīng)歷了從無到有，從天然材料到人工材料，從手工業(yè)生產(chǎn)到工業(yè)化生產(chǎn)這幾個階段。

早在遠古時代，人類為了自身安全和生存的需要，就已經(jīng)會利用樹枝、石塊等天然材料搭建屋棚、石屋，為了精神寄托的需要建造了石環(huán)、石太等原始宗教及紀念性建筑物。公元前5000年左右至17世紀中葉被稱為古代土木工程階段。在此階段早期，人類只會使用斧、錘、刀、鏟和石夯等簡單的手工工具，而石塊、草筏、藤條、木桿、土坯等建造材料主要取之于自然。直到公元前1000年左右，人類學會了燒制磚、瓦、陶瓷等制品，而到了公元之初羅馬人才會使用混凝土的雛形材料。

我國由于閉關(guān)鎖國，土木工程發(fā)展緩慢，但還是引進西方技術(shù)建造了一些有影響的土木工程，其代表主要有京張鐵路、錢塘江大橋和上海國際飯店。京張鐵路建于1905年，全長200km，是由12歲便考取“出洋幼童”成為中國近代第一批官派留學生的鐵路工程師詹天佑設(shè)計并主持建設(shè)的。錢塘江大橋是我國第一座雙層鐵路、公路兩用鋼結(jié)構(gòu)橋梁，于1934—1937年間由我國留美博士茅以升主持建設(shè)，建設(shè)中利用了“射水法”、“沉箱法”、“浮運法”等先進技術(shù)。上海國際飯店建成于1934年，24層，高83.8m，在20世紀30年代曾號稱“遠東第一高樓”。

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，一批像鋼鐵、水泥和混凝土這樣具有優(yōu)良性能的建筑材料相繼問世，為現(xiàn)代的大規(guī)模工程建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

1.4建筑材料的發(fā)展現(xiàn)狀與未來

1.4.1建筑材料的現(xiàn)狀及差距

1.從建筑材料的來源來看

由于建筑材料的用量巨大，尤其在應(yīng)用方面，經(jīng)過長期消耗，單一品種或數(shù)個品種的原材料來源已不能滿足其持續(xù)不斷的發(fā)展需求。尤其是歷史發(fā)展到今天，以往大量采用的黏土磚瓦和木材等已經(jīng)給和諧社會的可持續(xù)發(fā)展帶來了沉重的負擔。從另一方面來看，由于人們對于各種建筑物性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)建筑材料的性能也越來越不能滿足社會發(fā)展的需求。為此，以天然材料為主要建筑材料的時代即將結(jié)束，取而代之的將是各種人工材料，這些人工材料將會向著再生化、利廢化、節(jié)能化和綠色化等方向發(fā)展。

2.從土木工程對材料技術(shù)性能要求的方面來看

土木工程對材料技術(shù)性能的要求越來越多，對各種物理性能指標的要求也越來越高，從而使未來建筑材料的發(fā)展具有多功能和高性能的特點，具體來說就是材料向著輕質(zhì)、高強、多功能、良好的工藝性和優(yōu)良耐久性的方向發(fā)展。

3.從建筑材料應(yīng)用的發(fā)展趨勢來看

為滿足現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)性能和施工技術(shù)的要求，材料應(yīng)用向著工業(yè)化的方向發(fā)展。例如，混凝土等的結(jié)構(gòu)性能向著預制化和商品化的方向發(fā)展，材料向著半成品或成品的方向延伸，材料的加工、貯存、使用、運輸及其他施工技術(shù)的機械化、自動化水平不斷提高，勞動強度逐漸下降。這不僅改變著材料在使用過程中的性能表現(xiàn)，也逐漸改變著人們使用土木工程材料的手段和觀念。

4.我國建筑材料與世界先進水平的主要差距

我國建筑材料就產(chǎn)量來說，可以稱為世界大國。但無論是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、品種、檔次、質(zhì)量、性能、配套水平，還是工藝、技術(shù)裝備、管理水平等均與世界先進水平相差甚遠，是一個“大而不強”，甚至是“大而落后”的典型產(chǎn)業(yè)。

建筑裝飾裝修材料在我國雖然起步較晚，但起點較高，因此，相對于其他幾類材料而言，水平較高，與世界先進水平的差距不是很突出。在防水材料方面，雖然國際市場上現(xiàn)有的主要產(chǎn)品國內(nèi)都有生產(chǎn)，但先進產(chǎn)品的產(chǎn)量并不大，而且生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平都十分落后。

在保溫材料方面，無論是其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)還是技術(shù)水平等方面的差距都很大。

我國雖是墻體材料的生產(chǎn)大國，而且又是黏土磚的生產(chǎn)王國，但就整體而言，與世界先進水平差距很大。主要表現(xiàn)在：產(chǎn)品落后、結(jié)構(gòu)不合理、設(shè)備陳舊落后、機械化程度低、勞動生產(chǎn)率低、產(chǎn)品強度低、質(zhì)量差等。1.4.2新型建筑材料——綠色建材

建筑材料行業(yè)在對資源的利用和對環(huán)境的影響方面都占據(jù)著重要的位置，在產(chǎn)值、能耗、環(huán)保等方面都是國民經(jīng)濟中的大戶。為了保證源源不斷地為工程建設(shè)提供質(zhì)量可靠的材料，避免新型材料的生產(chǎn)和發(fā)展對環(huán)境造成危害，因此“綠色建材”應(yīng)運而生。目前正在開發(fā)的和已經(jīng)開發(fā)的綠色建材和準綠色建材主要有以下幾種：

（1）利用廢渣類物質(zhì)為原料生產(chǎn)的建材。這類建材以廢渣為原料，生產(chǎn)磚、砌塊、材料及膠凝材料，其優(yōu)點是節(jié)能利廢，但仍需依靠科技進步，繼續(xù)研究和開發(fā)更為成熟的生產(chǎn)技術(shù)，使這類產(chǎn)品無論是成本上還是性能方面都真正能達到綠色建材的標準。（2）利用化學石膏生產(chǎn)的建材產(chǎn)品。用工業(yè)廢石膏代替天然石膏，采用先進的生產(chǎn)工藝和技術(shù)，可生產(chǎn)各種土木建筑材料產(chǎn)品。這些產(chǎn)品具有石膏的許多優(yōu)良性能，開辟石膏建材的新來源，并且消除了化工廢石膏對環(huán)境的危害，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

（3）利用廢棄的有機物生產(chǎn)的建材產(chǎn)品。以廢塑料、廢橡膠及廢瀝青等可生產(chǎn)多種土木工程材料，如防水材料、保溫材料、道路工程材料及其他室外工程材料。這些材料消除了有機物對環(huán)境的污染，還節(jié)約了石油等資源，符合在資源可持續(xù)發(fā)展方面的基本要求。（4）各種代木材料。用其他廢料制造的代木材料在生產(chǎn)使用中不會危害人的身體健康，利用高新技術(shù)使其成本和能耗降低，將是未來綠色建材的主要發(fā)展方向。

（5）利用來源廣泛的地方材料為原料。利用高科技生產(chǎn)的低成本健康建材，不同的地區(qū)都可能有來源豐富、不同種類的地方材料，根據(jù)這些地方材料的性質(zhì)和特點，利用現(xiàn)代技術(shù)，可生產(chǎn)各種性能的健康材料。如某些人造石材、水性涂料和某些復合性材料都是綠色建材的發(fā)展方向。1.4.3建筑材料的發(fā)展趨勢

眾多現(xiàn)象表明進入21世紀以后，在我國甚至是全世界范圍內(nèi)，建筑材料的發(fā)展具有以下的一些趨勢：

研制高性能材料，例如研制輕質(zhì)、高強、高耐久性、優(yōu)異裝飾性和多功能的材料，以及充分利用和發(fā)揮各種材料的特性，采用復合技術(shù)，制造出具有特殊功能的復合材料。

充分利用地方材料，盡量減少天然資源，大量使用尾礦、廢渣、垃圾等廢棄物作為生產(chǎn)建筑材料的資源，以保護自然資源和維護生態(tài)的平衡。節(jié)約能源，采用低能耗、無環(huán)境污染的生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)先開發(fā)、生產(chǎn)低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的節(jié)能型材料。

材料生產(chǎn)中不得使用有損人體健康的添加劑和顏料，如甲醛、鉛、鎘、鉻及其化合物等，同時要開發(fā)對人體有益的材料，如抗菌、滅菌、除臭、除霉、防火、調(diào)溫、消磁、防輻射、抗靜電等。

產(chǎn)品可循環(huán)再生和回收利用，無污染廢棄物，以防止二次污染?？偠灾?，建筑材料往往標志一個時代的特點。建筑材料發(fā)展的過程是隨著社會生產(chǎn)力一起進行的，和工程技術(shù)的進步有著不可分割的聯(lián)系。工程中選材料時通過對環(huán)境的影響、對后代人的影響來決定建筑材料的好壞。在未來，基于材料原有性質(zhì)的基礎(chǔ)上，“資源節(jié)約”、“可持續(xù)發(fā)展”將是衡量建筑工程的一把尺子。

1.5建筑材料性能檢測與技術(shù)標準

1.5.1建筑材料性能檢測的重要性

建筑材料質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響到建筑物的質(zhì)量和安全。因此，建筑材料性能試驗與質(zhì)量檢測，是從源頭抓好建設(shè)工程質(zhì)量管理工作，確保建設(shè)工程質(zhì)量和安全的重要保證。

為了確保建設(shè)工程質(zhì)量，需要設(shè)立各級工程質(zhì)量，尤其是工程材料質(zhì)量的檢測機構(gòu)，培養(yǎng)從事工程材料性能和質(zhì)量檢驗的專門人才。1.5.2建筑材料性能檢測的基本技術(shù)

1.測試技術(shù)

1）取樣

在進行試驗之前，首先要選取試樣。試樣必須具有代表性，取樣原則為隨機取樣，即在若干堆（捆、包）材料中，對任意堆放的材料隨機抽取試樣。

2）儀器的選擇

試驗儀器設(shè)備的精度要與試驗規(guī)程的要求一致，并且有實際意義。試驗需要稱量時，稱量要有一定的精確度，如試樣稱量精度要求為0.1g，則應(yīng)選擇感量0.1g的天平。對試驗機量程也有選擇要求，根據(jù)試件破壞荷載的大小，應(yīng)使指針停在試驗機讀盤的第二、三象限內(nèi)為好。

3）試驗

試驗前一般應(yīng)將取得的試樣進行處理、加工或成型，以制備滿足試驗要求的試樣或試件。試驗應(yīng)嚴格按著試驗規(guī)程進行。

4）數(shù)據(jù)修約規(guī)則

在材料試驗中，各種試驗數(shù)據(jù)應(yīng)保留的有效位數(shù)，在各自的試驗標準中均有規(guī)定。為了科學的評價數(shù)據(jù)資料，首先應(yīng)了解數(shù)據(jù)修約規(guī)則，以便確定測試數(shù)據(jù)的可靠性與精確性。數(shù)據(jù)修約時，除另有規(guī)定外，應(yīng)按照國家標準《數(shù)值修約規(guī)則》（GB8170—87）給定的規(guī)則進行。規(guī)則規(guī)定如下：（1）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小于5時，則舍去，即保留的末位數(shù)字不變。

（2）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5時，或者是5，而其后跟有并非全部為0的數(shù)字時，則進1，即保留的末位數(shù)字加1。

（3）擬舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字是5，而右面無數(shù)字或皆為0時，若所保留的末位數(shù)字為奇數(shù)則進1，為偶數(shù)則舍去。

（4）負數(shù)修約時，先將其絕對值按上述規(guī)定進行修約，然后在修約值前面加上負號。

5）結(jié)果計算與評定

對各次試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，一般取n次平行試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果。試驗結(jié)果應(yīng)滿足精確度與有效數(shù)字的要求。

試驗結(jié)果經(jīng)計算處理后應(yīng)給予評定，看是否滿足標準要求或評定其等級，在某種情況下還應(yīng)對試驗結(jié)果進行分析，并得出結(jié)論。

2.試驗條件

同一材料在不同的試驗條件下，會得出不同的試驗結(jié)果，因此要嚴格控制試驗條件，以保證測試結(jié)果的可比性。

1）溫度

實驗室的溫度對某些試驗結(jié)果影響很大，如石油瀝青的針入度、延度試驗，一定要控制在25℃的恒溫水浴中進行。

2）濕度

試驗時試件的濕度明顯影響試驗數(shù)據(jù)，試件的濕度越大，測得的強度越低。因此，實驗室的濕度應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3）試件的尺寸與受荷面平整度

對同一材料，小試件強度比大試件強度高。相同受壓面積的試件，高度小的比高度大的試件強度高。因此，試件尺寸要合乎規(guī)定。

試件受荷面的平整度也影響試件強度，如果試件受荷面粗糙，會引起應(yīng)力集中，降低試件強度，所以試件表面要找平。

4）加荷速度

加荷速度越快，試件的強度越高。因此，對材料的力學性能試驗時，都有加荷速度的規(guī)定。

3.試驗報告

試驗的主要內(nèi)容，都應(yīng)在試驗報告中反映，報告的形式可以不盡相同，但其內(nèi)容都應(yīng)包括試驗名稱、內(nèi)容、目的與原理，試樣編號、測試數(shù)據(jù)與計算結(jié)果，結(jié)果評定與分析，試驗條件與日期，試驗人、校核人、技術(shù)負責人簽名。

試驗報告是經(jīng)過數(shù)據(jù)整理、計算、編制的結(jié)果，既不是原始記錄，也不是試驗過程的羅列。經(jīng)過整理計算后的數(shù)據(jù)，可用圖、表等表示，達到一目了然的效果。為了編寫出符合要求的試驗報告，在整個試驗過程中必須認真做好有關(guān)現(xiàn)象、原始數(shù)據(jù)的記錄，以便于分析、評定測試結(jié)果。1.5.3建筑材料的技術(shù)標準

1.國家標準

國家標準是國家統(tǒng)一發(fā)布與執(zhí)行的標準，并具有特定的標記規(guī)則。如“《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007”分別表示“標準名稱—部門代號—編號—批準年份”，為國家對通用硅酸鹽水泥所制定的質(zhì)量標準。上述標準為強制性國家標準，是全國必須執(zhí)行的技術(shù)文件，產(chǎn)品的技術(shù)指標都不得低于標準中的相關(guān)規(guī)定。此外，還有推薦性國家標準，以“GB/T”為標準代號。推薦性國家標準表示也可以執(zhí)行其他標準，為非強制性標準。如“《建筑用砂》GB/T14684—2001”，表示建筑用砂的推薦性國家標準，標準代號為14684，頒布年份為2001年。

2.行業(yè)標準

行業(yè)標準是由某一行業(yè)制定并在本行業(yè)內(nèi)執(zhí)行的標準。如JGJ：建筑工程行業(yè)標準；JC：建材行業(yè)標準；YB：冶金行業(yè)標準；JTJ：交通工程行業(yè)標準；SD：水電行業(yè)標準等。

行業(yè)標準在全國性的行業(yè)范圍內(nèi)適用。當某行業(yè)沒有國家標準而又需要在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一技術(shù)要求時，由國家部委標準機構(gòu)指定相關(guān)研究機構(gòu)、院校或企業(yè)等起草或聯(lián)合起草，報相關(guān)主管部門審批，國家技術(shù)監(jiān)督局備案后發(fā)布，當國家有相應(yīng)標準頒布，該項行業(yè)標準即廢止。

3.地方標準

地方標準是在沒有相應(yīng)的國家標準和行業(yè)標準時，可以由相應(yīng)地區(qū)根據(jù)生產(chǎn)廠家或企業(yè)的技術(shù)力量，以保證產(chǎn)品質(zhì)量的水平而制定的相關(guān)標準。地方標準是地方主管部門發(fā)布的地方性技術(shù)文件（DB），只適用于本地區(qū)。

4.企業(yè)標準

企業(yè)標準是在沒有國家標準和行業(yè)標準時，企業(yè)為了控制生產(chǎn)質(zhì)量而制定的技術(shù)標準，必須以保證材料質(zhì)量、滿足使用要求為目的，是由企業(yè)制定的指導本企業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)文件（QB）。企業(yè)標準只限于企業(yè)內(nèi)部使用。

技術(shù)標準有試行與正式之分。各類標準具有時間性，由于技術(shù)水平不斷提高，不同時期的技術(shù)標準必須與之相適應(yīng)，所以各類技術(shù)標準只反映某時期內(nèi)的技術(shù)水平