建筑材料

1、建筑材料,1,2,3,4,建筑材料的定義及分類,建筑材料的基本性質(zhì),建筑材料的力學(xué)性質(zhì),建筑材料的熱工性質(zhì),5,建筑材料的耐久性,1,建筑材料的定義及分類,一、建筑材料的定義,建筑材料是人類建造活動(dòng)所用一切材料的總稱。常見的建筑材料主要有：燒結(jié)磚、石材、石灰、木材、水泥、混凝土、鋼材、陶瓷磚、瀝青卷材、玻璃、各種油漆、涂料、PVC管等等。,二、建筑材料的分類,金屬材料：鋼、銅、鋁等,非金屬材料,復(fù)合材料,,無(wú)機(jī)材料：磚、玻璃、水泥、石

2、灰,瀝青：煤瀝青、石油瀝青,植物：木材、竹材,合成高分子：塑料、合成橡膠、涂料,,有機(jī)與無(wú)機(jī)非金屬結(jié)合：聚合物砼,金屬與無(wú)機(jī)非金屬結(jié)合：鋼筋砼、鋼纖維砼,金屬與有機(jī)材料結(jié)合：PVC鋼板,,二、建筑材料的分類,建筑結(jié)構(gòu)材料：構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件（梁、板、柱、基礎(chǔ)、框架）和結(jié)構(gòu)所用的材料。常用石材、混凝土、鋼材、鋼筋混凝土等。,墻體材料：構(gòu)成建筑物內(nèi)外和分隔室內(nèi)空間所用的材料。磚、砌塊、復(fù)合板材等。,建筑功能材料：具有某種特殊功能的非承重材料

3、。如防水材料、吸聲材料、裝飾材料等等。,,要合理地選用材料，就必須對(duì)不同材料進(jìn)行比較，了解各種材料的特性，包括強(qiáng)度與破壞特性、變形性能、耐久性能等多方面。,,2,建筑材料的基本性質(zhì),一、材料的物理性質(zhì),材料在絕對(duì)密實(shí)狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量；測(cè)試時(shí)，材料必須是絕對(duì)干燥狀態(tài)。含孔材料則必須磨細(xì)后采用排開液體的方法來(lái)測(cè)定其體積。,表觀密度（俗稱“容重”）是指材料在自然狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。材料的表觀體積是指包括內(nèi)部孔隙在內(nèi)的體積。,堆積密度是

4、指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下單位體積的質(zhì)量。材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。,密實(shí)度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實(shí)的程度。,一、材料的物理性質(zhì),材料的孔隙率是指材料內(nèi)部孔隙的體積占材料總體積的百分率。,空隙率是指散粒材料在其堆集體積中, 顆粒之間的空隙體積所占的比例。,從左至右：孔隙率逐漸增大,堆積的石材,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),材料具有親水性或憎水性的根本原因在于材料的分子結(jié)構(gòu)。親水性材料與水分子之間的分子親合力，大于水分子本身之

5、間的內(nèi)聚力；反之，憎水性材料與水分子之間的親合力，小于水分子本身之間的內(nèi)聚力。工程實(shí)際中，材料是親水性或憎水性，通常以潤(rùn)濕角的大小劃分，潤(rùn)濕角為在材料、水和空氣的交點(diǎn)處，沿水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。其中潤(rùn)濕角θ愈小，表明材料愈易被水潤(rùn)濕。當(dāng)材料的潤(rùn)濕角θ＜９０? 時(shí)，為親水性材料；當(dāng)材料的潤(rùn)濕角θ＞９０? 時(shí)，為憎水性材料。,材料親水示意圖（ａ）親水性材料；（ｂ）憎水性材料,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),材料能吸收水分的能

6、力，稱為材料的吸水性。吸水的大小以吸水率來(lái)表示。 材料的吸水率與其孔隙率有關(guān)，更與其孔特征有關(guān)。因?yàn)樗质峭ㄟ^(guò)材料的開口孔吸入并經(jīng)過(guò)連通孔滲入內(nèi)部的。材料內(nèi)與外界連通的細(xì)微孔隙愈多，其吸水率就愈大。若材料具有微細(xì)而連通的孔隙,則吸水率較大，若具有封閉孔隙,則水分難以滲入,吸水率較小;若具有的孔隙較粗大,水分雖容易滲入，但不易在孔內(nèi)保留,僅起到潤(rùn)濕孔壁的作用,吸水率也較小。所以,不同的材料或同種材料不同的內(nèi)部構(gòu)造,其吸水率會(huì)有很大的差

7、別。,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),材料的吸濕性是指材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)。 材料在任一條件下含水的多少稱為材料的含水率，并以Ｗh表示，其計(jì)算公式為：,ms——材料吸濕狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）mg——材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量（ｇ或kg）。,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),材料的耐水性是指材料長(zhǎng)期在飽和水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。衡量材料耐水性的指標(biāo)是材料的軟化系數(shù)KR：,KR —— 材料的軟化系數(shù)fb — 材料吸水飽和狀

8、態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）。fg — 材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度（MPa）,軟化系數(shù)反映了材料飽水后強(qiáng)度降低的程度，是材料吸水后性質(zhì)變化的重要特征之一。工程中通常將ＫＲ＞0.85的材料稱為耐水性材料，可以用于水中或潮濕環(huán)境中的重要工程。,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),抗?jié)B性是材料在壓力水作用下抵抗水滲透的性能。材料的抗?jié)B等級(jí)是指用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行透水試驗(yàn)時(shí)，材料標(biāo)準(zhǔn)試件在透水前所能承受的最大水壓力，并以字母P及可承受的水壓力（以0.1MPa

9、為單位）來(lái)表示抗?jié)B等級(jí)。如P4、P6、P8、P10…等，表示試件能承受逐步增高至0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa…的水壓而不滲透。材料的滲透系數(shù)可通過(guò)下式計(jì)算:,K—滲透系數(shù), （cm / h）;w—滲水量， （cm3 ）A— 滲水面積, （cm2 ）H —材料兩側(cè)的水壓差，（cm）d —試件厚度 （cm）t —滲水時(shí)間 （h）材料的滲透系數(shù)越小，說(shuō)明材料的抗?jié)B性越強(qiáng)。,二、材料與水有關(guān)的性質(zhì),

10、抗凍性是指材料在吸水飽和狀態(tài)下，能經(jīng)受反復(fù)凍融循環(huán)作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能。 抗凍性以試件在凍融后的質(zhì)量損失、外形變化或強(qiáng)度降低不超過(guò)一定限度時(shí)所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)來(lái)表示，或稱為抗凍等級(jí)。材料的抗凍等級(jí)可分為Ｆ15、Ｆ25、Ｆ50、Ｆ100、Ｆ200等，分別表示此材料可承受15次、25次、50次、100次、200次的凍融循環(huán)。材料的抗凍性與材料的強(qiáng)度、孔結(jié)構(gòu)、耐水性和吸水飽和程度有關(guān)。,3,建筑材料的力學(xué)性質(zhì),一、材料

11、的強(qiáng)度,材料的強(qiáng)度是材料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的能力。材料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力（或荷載）作用而引起，隨著外力增加，應(yīng)力也隨之增大，直至應(yīng)力超過(guò)材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所能抵抗的極限，即強(qiáng)度極限，材料發(fā)生破壞根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗拉、抗壓、抗剪、抗彎強(qiáng)度等。對(duì)有屈服點(diǎn)的鋼材還有屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度的區(qū)別。,GB50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》普通鋼筋強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,二、材料的彈性和塑性,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后能夠完全恢復(fù)原來(lái)形

12、狀的性質(zhì)稱為彈性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時(shí)變形）。,材料在外力作用下產(chǎn)生變形，如果外力取消后，仍能保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。,三、材料的脆性和韌性,材料受力達(dá)到一定程度時(shí)，突然發(fā)生破壞，并無(wú)明顯的變形，材料的這種性質(zhì)稱為脆性。大部分無(wú)機(jī)非金屬材料均屬脆性材料，如天然石材，燒結(jié)普通磚、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂漿等。脆性材料的另一特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度高而抗

13、拉、抗折強(qiáng)度低。在工程中使用時(shí)，應(yīng)注意發(fā)揮這類材料的特性。,材料在在快速荷載作用下抵抗斷裂和抵抗其內(nèi)部裂紋擴(kuò)展的能力。,4,建筑材料的熱工性質(zhì),一、材料的熱工性質(zhì),當(dāng)材料兩面存在溫度差時(shí)，熱量從材料一面通過(guò)材料傳導(dǎo)至另一面的性質(zhì)，稱為材料的導(dǎo)熱性。導(dǎo)熱性用導(dǎo)熱系數(shù) λ 表示。在物理意義上，導(dǎo)熱系數(shù)為單位厚度(1m)的材料、兩面溫度差為1Ｋ（開爾文溫度= 攝氏溫度+273.15  ）時(shí)、在單位時(shí)間(1s)內(nèi)通過(guò)單位面積(1㎡)的

14、熱量。反映了材料的導(dǎo)熱能力。,一、材料的熱工性質(zhì),材料在受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)稱為材料的熱容量。單位質(zhì)量材料溫度升高或降低1Ｋ所吸收或放出的熱量稱為熱容量系數(shù)或比熱。,結(jié)論：物體吸收的熱量不僅與物體的質(zhì)量、物體的溫度的變化有關(guān)，還與物質(zhì)的種類有關(guān)。,舉例如下：,5,建筑材料的耐久性,一、材料的耐久性,材料的耐久性是泛指材料在使用條件下，受各種內(nèi)在或外來(lái)自然因素及有害介質(zhì)的作用，能長(zhǎng)久地保持其使用性能的性質(zhì)。材料在建筑物之

15、中，除要受到各種外力的作用之外，還經(jīng)常要受到環(huán)境中許多自然因素的破壞作用。這些破壞作用包括物理、化學(xué)、機(jī)械及生物的作用。,水池池壁,電線桿,工業(yè)建筑框架柱,某碼頭橋墩,一、材料的耐久性,混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境和使用條件下，隨著時(shí)間的推移，材料逐漸老化和結(jié)構(gòu)性能劣化、出現(xiàn)損傷甚至損壞，是個(gè)不可逆的過(guò)程。它不是直接由力學(xué)因素引起的。是物理化學(xué)作用的結(jié)果，繼而影響到建筑物的使用功能和結(jié)構(gòu)的承載力，最終影響整個(gè)結(jié)構(gòu)安全。,例如混凝土中鋼筋的銹蝕，

16、混凝土中水泥水化后，在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，在正常情況下鋼筋不會(huì)銹蝕；鈍化膜一旦被破壞，在水、氧氣的作用下會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，鋼筋表面會(huì)發(fā)生銹蝕，同時(shí)銹蝕產(chǎn)物會(huì)向周圍混凝土孔隙擴(kuò)散。鋼筋的銹蝕一方面會(huì)減小鋼筋有效截面，另一方面，銹蝕產(chǎn)物體積膨脹會(huì)使混凝土保護(hù)層脹裂甚至脫落，從而影響結(jié)構(gòu)安全。,一、材料的耐久性,物理作用,化學(xué)作用,機(jī)械作用,生物作用,可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂

17、縫的擴(kuò)展。時(shí)間長(zhǎng)久之后即會(huì)使材料逐漸破壞。,可有干濕變化、溫度變化及凍融變化等。這些作用將使材料發(fā)生體積的脹縮，或?qū)е聝?nèi)部裂縫的擴(kuò)展。時(shí)間長(zhǎng)久之后即會(huì)使材料逐漸破壞。,使用荷載的持續(xù)作用，交變荷載引起材料疲勞，沖擊、磨損、磨耗等。,菌類、昆蟲等的作用而使材料腐朽、蛀蝕而破壞。,,,,,,一、材料的耐久性,內(nèi)部原因,影 響 混 凝土 土 耐 久 性 的 因 素,外部原因,混凝土自身?xiàng)l件,1、設(shè)計(jì)構(gòu)造上的原因：混凝土強(qiáng)度偏低、混凝土保護(hù)層厚

18、度太小等。,2、材料質(zhì)量不合格：水泥品種規(guī)格、骨料品種規(guī)格、水灰比等。,3、施工質(zhì)量低劣：過(guò)早拆模、澆搗不當(dāng)、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)取?4、外界環(huán)境條件惡化：氣候條件異常，隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展 造成酸雨，結(jié)構(gòu)周圍遭受到酸性氣體或溶液侵蝕等。,,,一、材料的耐久性,我國(guó)的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》等規(guī)范、指南對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)、施工做了基本要求并提出了相應(yīng)的措施。,一、材料的耐久性,《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》部分相關(guān)