建筑材料与构造讲义.doc
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1、建筑材料与构造笔记第二十章 建 筑 材 料1、建筑工程的三大材料:水泥、钢材、木材。其费用常占建筑总造价的50%左右。2、建筑材料按化学组成分类:有机材料、无机材料、复合材料。3、建筑材料按使用功能分类:建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料、建筑器材。第一节 建筑材料的基本性质1、建筑材料的物理性质:(1)材料的密度、表观密度、堆积密度密度:材料在绝对密度状态下单位体积的重量。不涉及孔隙体积,测定体积时需将材料磨成细粉,干燥后用李氏瓶测定。表观密度:材料在自然状态下单位体体积的质量。包含内部孔隙体积,通常指气干状态下的表观密度堆积密度:散粒材料(粉状或粒状)在堆积状态下单位体体积的质量。与材料
2、内部孔隙和颗粒之间的空隙都有关。(2)材料的孔隙率空隙率孔隙率:材料体积内空隙体积所占的比例。与空隙率相相应的是密实度,一般孔隙率越大,强度越低。空隙率:散粒材料在某堆积体积中,颗粒之间的空隙体积占总体积的比例。空隙率的大小反映了散粒材料的颗粒互相填充的致密限度。在混凝土中,可作为控制砂石级配及计算混凝土砂率的依据。(3)材料的亲水性和憎水性材料能被水润湿的性质称为亲水性,不能被水润湿的性质称为憎水性,一般可按润湿边角的大小将材料分为亲水性材料(如混凝土、木材、砖等)和憎水性材料(如沥青、石蜡等)。(4)材料的吸水性和吸湿性吸水性:在水中能吸取水分的性质。工程用建筑材料一般采用质量吸水率。吸水
3、性与材料的亲水性、憎水性、孔隙率、孔隙特性有关。具有很多微小孔隙的亲水性材料吸水性特别强。吸湿性:材料吸取空气中水分的性质。常用含水率表达。含水率随空气湿度和环境温度变化而变化,与空气湿度平衡时称为平衡含水率。(5)材料的耐水性:材料长期在饱和水的作用下不破坏,并且强度也不显著减少的性质。采用软化系数表达。对于经常处在水中或受潮严重的重要结构物的材料,软化系数0.85;受潮较轻或次要结构物的材料,软化系数0.75。(6)材料的抗渗性:材料抵抗压力水渗透的性质。一般用渗透系数k或抗渗等级Pn表达,n表达最大水压力的0.1Mpa的倍数。抗渗性是决定材料耐久性的重要因素。(7)抗冻性:材料在吸水饱和
4、状态下,能经受多次冻融循环作用而不破坏、强度又不明显减少的性质,常用抗冻等级Fn表达。Fn指材料在经受n次冻融循环后,质量损失不超过5%,强度损失不超过25%时,抗冻性合格。孔隙率小及具有封闭孔的材料有较高的抗渗性和抗冻性;具有细微而连通的空隙对材料的抗渗性和抗冻性不利。抗冻性还涉及抵抗大气温度变化、干湿交替等风化作用。抗冻性常作为考察材料耐久性的一项指标。(8)材料的导热性:材料传倒热量的性质。用导热系数表达。导热系数的因素:材料的组成与结构;孔隙率;孔隙特性;含水情况。2、建筑材料的力学性能强度与比强度强度是材料抵抗外力破坏的能力。强度分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度和抗剪强度。孔隙率越大
5、,强度越低。比强度是按单位重量计算的材料强度,等于材料的强度与其表观密度之比。弹性与塑性弹性:材料在外力作用下产生变形,当外力去除后,能完全恢复本来形状的性质。塑性:当外力去除后,材料仍保持变形后的形状和尺寸,且不产生裂缝的性质。徐变:材料受到某一载荷的长期作用,其变形会随时间延长而增长。普通混凝土在长期载荷下会产生徐变。脆性与韧性脆性:材料在外力作用下,无明显变形而忽然破坏的性质。具有这种性质的材料为脆性材料,如砖、石材、玻璃、陶瓷、铸铁等。韧性:材料在冲击或震动载荷下能吸取较大的能量,产生一定的变形而不破坏的性质。钢材和木材等均属于韧性材料。3、建筑材料的耐久性材料在长期使用过程中,能保持
6、其原有性能而不变质、不破坏的性质统称材料的耐久性,受到物理作用、化学作用、生物作用等影响,是一种复杂、综合的性质。4、材料的结构微观结构:物质的原子、分子层次的微观结构。材料的结构可以分为晶体、玻璃体和胶体。晶体分为原子晶体、分子晶体、金属晶体和离子晶体。亚微观结构: 用光学显微镜所能观测的材料结构。宏观结构:用肉眼和放大镜可以分辨的粗大组织。第二节 气硬性无机胶凝材料建筑上凡是通过一系列物理、化学作用,能将松散物质粘结成整体的材料为胶凝材料。无机胶凝材料按照硬化条件分为气硬性和水硬性胶凝材料。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化、保持或发展其强度,如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料可在空气和水
7、中硬化,并保持和继续发展强度,如水泥。1、石灰石灰的生产石灰的原材料是以碳酸钙为重要成分的天然岩石,如石灰石、白云石、白垩/转自考易网/等。将石灰石在适当温度下煅烧,碳酸钙分解,释放二氧化碳,得到氧化钙。MgO含量5%为钙质生石灰,MgO5%为镁质生石灰。石灰的熟化:石灰使用前,一般先 加入水,使之消解为熟石灰,其重要成分为氢氧化钙。在熟化过程中,放出大量的热,并且体积增大1-2倍。石灰的硬化涉及结晶作用和碳化作用两个同时进行的过程,是一个相称缓慢的过程。石灰的技术性质:生石灰熟化后形成的石灰浆具有良好的可塑性,用于配制建筑砂浆可显著提高砂浆的和易性;石灰不宜长期在潮湿环境中或有水的环境中使用
8、;石灰在使用过程中一般要掺入砂、麻刀等材料,可限制收缩,并节约石灰。石灰的应用:石灰乳涂料、石灰土、硅酸盐制品、碳化石灰板材等。建筑工程中所用石灰为建筑生石灰、建筑生石灰粉和建筑消石灰粉。产品各项技术指标需达成相应规定,一项低于合格产品则为不合格产品。2、石膏石膏具有凝结、硬化速度快,导热性低、吸声性强等特点。石膏胶凝材料的生产原料是天然二水石膏CaSO4.2H2O,尚有天然无水石膏等。生产石膏胶凝材料的重要工序是破碎、加热与磨细,生产原理是二水石膏脱水生成半水石膏或无水石膏。根据加热方式不同可得到型和型两种形态的半水石膏,建筑工程常用的是型半水石膏。建筑石膏的硬化机理:建筑石膏的凝结和硬化重
9、要是由于半水石膏与水互相作用还原成二水石膏。建筑石膏的技术性质:密度、品种、强度测试条件、产品标记、储存等。建筑石膏的应用:用装饰、保温绝热、吸声、阻燃等,石膏 具有长期徐/转自考易网/变的性质,在潮湿的环境中更严重,不宜用于承重结构。其他品种的石膏材料:高强度石膏;无水石膏水泥;高温煅烧石膏3、水玻璃水玻璃有良好的粘结能力,硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细空隙而防止水渗透的作用,可涂刷于粘土砖及混凝土等制品表面,提高其表层密实度与抗风化能力。硬化后的水玻璃耐碱性差。4、菱苦土菱苦土地面保温性好,无噪声、不起灰、弹性良好、防火、耐磨,宜用于纺织车间及民用建筑等,但不合用于经常受潮、遇水和遭受酸类
10、侵蚀的地方。第三节 水 泥常用水泥重要品种有:硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。1、水泥基本组成熟料基本组成:重要涉及硅酸三钙C3S、硅酸二钙C2S、铝酸三钙C3A、铁铝酸四钙C4AFC3S含量通常为50%左右。28天或一年后的强度,在四种矿物中最高。水化凝结时间正常,水化热较高。C2S在熟料中以型存在,含量为20%左右。-C2S水化热较小,水化较慢,在一年后强度可以超过C3S。C3A含量7-15%。水化迅速,放热量大,凝结时间不久,需加石膏作缓凝剂,防止水泥的急凝。硬化块,强度3天就发挥出来。C3A含量高的水泥浆体干缩变形大,抗
11、硫酸盐性能差。C4AF含量10-18%,水化速度介于C3A和C3S。C4AF抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好,水化热较C3A低。水泥混合材活性混合材:粒化高炉矿渣(化学成分重要为CaO、Al2O3、SiO2,含量达90%)、火山灰质混合材(分为天然和人工两类,天然的具有大量的酸性氧化物,SiO2+Al2O3含量占75-85%)/转自考易网/、粉煤灰(重要化学成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO,其中CaO90%或水中养护28d龄期,在一定条件下加压至破坏,以试件单位面积承受的压力作为混凝土的抗压强度。分为C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C
12、55和C60等十二个等级。试件尺寸越小,测得的抗压强度值越大。轴心抗压强度 比同截面的立方体抗压强度 要小,影响因素:水泥强度等级和水灰比、骨料、龄期、养护混凝土的抗拉强度:为抗压强度的1/10-1/13。混凝土的变形:化学收缩;干缩湿胀;温度变形;受荷变形:弹塑性变形和徐变,混凝土不管是受压、受拉或受弯,均有徐变现象。混凝土耐久性:抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和合用性的能力为耐久性。包括:混凝土的抗渗性;混凝土的抗冻性三、混凝土外加剂按重要功能分:减水剂、引气剂、泡沫剂、早强剂、缓凝剂、阻锈剂、膨胀剂、速凝剂、防冻剂等。减水剂能使单位用水量减少,如木质素系减水剂掺量为水泥的0.2-0.
13、3%(减水率10-15%),/转自考易网/萘系减水剂掺量为0.2-0.5%左右(15%),树脂系减水剂掺量为0.5-1.0(10-24%)四、混凝土配合比设计混凝土配合比设计重要是拟定水泥、水、砂子与石子者四项基本组成材料用量之间的三个比例关系,即:水灰比、砂率、用水量。第五节 建 筑 砂 浆1、建筑砂浆由胶凝材料、细骨料、水等材料配制而成。重要用于砌筑砖石或建筑物的内外表面的抹面等。技术性质重要涉及新拌砂浆的工作性(流动性和保水性)、抗压强度与强度等级(砂浆强度等级有M15.0、M10.0、M7.5、M5.0、M2.5五个等级)、粘结力。第六节 墙体材料与屋面材料1、烧结类墙体材料中的烧结普
14、通砖为无孔洞或孔洞率小于15%的实心砖。有烧结粘土砖N,烧结页岩砖Y,烧结煤矸石砖M,烧结粉煤灰砖F。砖的标准尺寸为240mm115 mm53 mm,每立方米砖砌体需砖512块。其强度为10块砖的抗压强度平均值,分为MU30、MU25、MU20、MU15和MU10五个强度等级。2、烧结类墙体材料还涉及烧结多空砖、空心砖、空心砌砖。3、非烧结类墙体材料涉及蒸养砖(灰砂砖、粉煤灰砖、炉渣砖)、砌块(混凝土小型空心砌砖、粉煤灰硅酸盐中型砌砖、蒸压加气混凝土砌砖)、墙板(石膏板、纤维增强水泥平板、碳化石灰板、GRC空心轻质墙板、混凝土空心墙板、钢丝网水泥芯板)。4、屋面材料重要涉及黏土砖、小青瓦、琉璃
15、瓦、混凝土平瓦、石棉水泥瓦等。第七节 建 筑 钢 材1、钢的分类土木工程用钢材涉及型钢、钢板、钢筋、钢丝等。按碳含量分:低碳钢(C0.6%)按掺入合金含量:低合金钢(合金量10%)按品质分:普通钢、优质钢、高级钢按用途分:结构钢、工具钢、特殊钢土木工程上常用的是碳素钢中的低碳钢和低合金钢2、钢材的技术性质力学性能:抗拉性:低碳钢从受拉到断裂经历弹性、屈服、强化、颈缩四个阶段。冲击韧性:钢材抗冲击载荷作用的能力。耐疲劳性:在交变载荷反复作用下,于规定的周期基数内不发生断裂所能承受的最大应力。硬度:钢材表面局部体积内,抵抗外物压入产生塑性变形的能力,是衡量钢材软硬程度的一个指标。工艺性能:涉及冷弯
16、性能、焊接性能化学成分的碳、硅、锰、磷、硫、氧、氮对钢材性能的影响3、钢材的冷加工强化、时效解决和焊接对土木工程用钢筋在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧,使之产生塑性变形,提高屈服强度,减少塑性和韧性。应变时效、自然时效、人工时效电弧焊、接触对焊4、建筑工程用钢、钢材的标准和选用土木工程结构用钢材低碳素钢:钢的牌号由代表屈服强度的字母、下屈服强度数值、质量等级符号、脱氧限度符号等四个部分组成,如Q235-A.F。有Q195、Q215、Q235、Q255、Q275,牌号增长,强度和硬度增长,塑性和韧性和可加工性逐步减少。A、B、C、D级钢性能依次增强。同种钢,平炉钢和氧气转炉钢优于空气转炉钢;特殊镇静
17、钢优于镇静钢、镇静钢优于半镇静钢,优于沸腾钢。钢结构用钢材:热轧钢(角钢、L型钢、工字钢、槽钢、H型钢)、冷弯钢、钢管和钢板(无缝钢管、焊接钢管、热轧钢板、冷轧钢板、花纹钢板)钢筋混凝土用钢材:热轧钢筋、冷轧带肋CRB550(用于非预应力混凝土)、CRB650、CRB800、CRB970、CRB1170、预应力筋5、钢材的腐蚀与防腐有化学腐蚀和电化学腐蚀两类。防腐措施:合金化、金属覆盖、非金属覆盖第八节 木 材1、木材的重要性质:含水率、湿胀与干缩、强度。影响木材强度的重要因素有含水率和负荷时间、温度及木材缺陷。2、木材的干燥、防腐与防火3、人造板材第九节 建筑塑料1、建筑塑料密度小、比强度高
18、、耐油侵、耐腐蚀、耐磨、绝缘、绝热等优点。但蠕变性较大、会老化、热膨胀系数大、耐热性差、易燃烧。2、塑料由合成树脂、填充剂、增塑剂、固化剂等组成。/转自考易网/常用的热塑建筑塑料有:聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等,热固性塑料有酚醛、脲醛、环氧、不饱和聚酯等。3、粘结剂由粘料、溶剂、固化剂与催化剂、填料等组成。建筑常用粘结剂的粘料类型有热固性树脂、热塑性树脂、合成橡胶及混合型粘料。4、建筑用粘结剂具有的条件为:有将被粘物表面充足浸润的流动性、不易老化、性质不宜变化、硬化速度与黏性易调整、胀缩小、粘结强度高。结构粘结剂有环氧树脂类、聚氨酯类、有机硅类。非结构粘结剂有:酚醛树脂、脲醛树脂类、呋喃树脂类。
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