导图社区 建筑材料
上课画的笔记以及结课老师画的重点，建筑材料是在建筑工程中所应用的各种材料。建筑材料种类繁多，大致分为：（1）无机材料，它包括金属材料（包括黑色金属材料和有色金属材料）和非金属材料（如天然石材、烧土制品、水泥、混凝土及硅酸盐制品等）。
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这是一个关于建筑物理的思维导图，知识内容有建筑热工学基础知识、建筑的保温与节能（计算）、建筑围护结构的传湿与防潮（计算）等。
建筑物理知识总结，包括建筑热工学基础知识、建筑围护结构的传热计算与应用（计算题）、建筑的保温与节能（计算）、建筑围护结构的传湿与防潮（计算）等内容。
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建筑材料
绪论
我国现行的建筑材料标准有国家标准、行业标准、地方标准和企业标准， 各级标准分别由相应的标准化管理部门批准并颁布
建筑材料的基本性质
建筑材料的物理性质
材料与质量有关的性质
密度
材料在绝对密实状态下单位体积的质量
注意m是在干燥状态下
表观密度
材料在自然状态下单位体积的质量
堆积密度
散粒材料或粉状材料在堆积下单位体积单位体积的质量
密实度与孔隙率（同m下）
密实度
材料体积内被固定物质充实的程度， 也就是固定物质的体积占总体积的比例，用D表示
孔隙率
材料体积内，孔隙体积所占的比例，用P表示
填充率与空隙率
填充率
散粒材料在堆积体积中被颗粒填充的程度，以D'表示
空隙率
散粒材料在堆积体积中，颗粒之间的空隙所占的比例，以P'表示
材料与水有关的性质
亲水性与憎水性
吸水性
材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小用吸水率表示， 吸水率有两种表示方法：质量吸水率和体积吸水率
质量吸水率
质量吸水率是指材料在吸水饱和时， 所吸收水分的质量占材料干燥质量的百分率。
体积吸水率
体积吸水率是指材料在吸水饱和时， 所吸收水分的体积占材料自然状态下体积的百分比
吸湿性
材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。吸湿性的大小用含水率表示。 含水率是指材料含水的质量占材料干燥质量的百分率。在一定温度和湿度下， 材料与周围空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
耐水性
材料长期在饱和水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质称为耐水性。材料 的耐水性的大小用软化系数表示。
软化系数大于0.85的材料称为耐水性材料，对于受潮较轻或次要结构，软化系数也不宜小于0.75
材料的耐水性主要取决于其组成成分在水中的溶解度和材料内部开口孔隙率的大小。 软化系数一般随溶解度增大、开口孔隙率增加而变小
抗渗性
材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性（不透水性）。 材料抗渗性的大小用渗透系数或抗渗等级表示。
抗冻性
材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏， 同时也不严重降低强度的性质。
材料的热工性能
材料的导热系数越大，传导的热量就越多；反之，导热系数越小，材料的保温隔热性能越好，节能效果越显著
建筑材料的力学性质
材料的强度
材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。
根据所受外力的作用方式不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗折强度及抗剪强度等
计算题
反映材料轻质高强的力学参数是比强度，比强度是指材料的强度与其表观密度之比
材料的弹性和塑形
材料的脆性和韧性
材料的耐久性
材料的耐久性是一项综合性质，包括抗冻性、抗渗性、抗风化性、耐磨性、大气稳定性、耐化学侵蚀性、强度等
气硬性胶凝材料
胶凝材料
无机胶凝材料
气硬性胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃等
水硬性胶凝材料：各类水泥
有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶等
气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化、保持和发展强度。 水硬性胶凝材料既能在水中又能在空气中凝结硬化、保持和发展强度。
石灰
石灰的生产
生产石灰的原料主要是以碳酸钙为主要成分的天然岩石，如石灰石、白云石等
建筑中常用的石灰类型
石灰的熟化与硬化
熟化（成石灰膏）
欠火石灰不能熟化，降低了石灰膏的产量
过火石灰熟化非常缓慢，如果没有充分熟化而直接使用， 过火石灰就会吸收空气中的水分继续熟化，体积膨胀使 构件表面凸起、开裂或局部脱落。
陈伏两周，期间石灰膏表面有一层水，隔绝空气，防止与二氧化碳反应
硬化
干燥
结晶
碳化
石灰的技术标准
石灰的技术性质（硬体可耐）
可塑性、保水性好
生石灰熟化为石灰浆时，氢氧化钙颗粒极其微小，且颗粒间水膜较厚，颗粒间的滑移较易进行
硬化慢、强度低
空气中的二氧化碳浓度低，且碳化是由表及里，在表面形成致密的壳，使外部的二氧化碳较难进入其内部，同时内部水分也不易蒸发
体积收缩大
硬化过程中由于大量水分蒸发，会产生显著的体积收缩而开裂，因此石灰除粉刷外不宜单独使用
耐水性差
石灰浆体在硬化过程中的较长时间内，主要成分仍是氢氧化钙，由于氢氧化钙易溶于水，所以石灰的耐水性较差
石灰的应用（两浆两土建生材）
拌制灰浆和砂浆
拌制灰土和三合土
消石灰粉和黏土按一定配合成为灰土， 再加入炉渣、砂、石等填料，即三合土
制作建筑生石灰粉
生产硅酸盐制品
制作碳化石灰板材
石灰的验收和储运
建筑石膏
建筑石膏的生产
建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需要量大，所以硬化后的建筑石膏制品孔隙率大，强度较低
高强石膏
高强石膏晶体粗大，比表面积较小，调制成塑形浆体时需水量只有建筑石膏的1/2左右，因此硬化后具有较高的强度和密实度
无水石膏和煅烧石膏
建筑石膏的凝结硬化
建筑石膏的技术性质（凝加硬防孔强）
凝结硬化快
加水后十分钟初凝，30分钟终凝。
硬化后体积微膨胀、装饰性好
膨胀不开裂，石膏制品清晰饱满、尺寸精准，适合建筑装饰件及石膏模型等
孔隙率大、质量轻
为使石膏浆体满足必要的可塑性，通常要加入过量的水，凝结硬化后，由于大量多余水分蒸发，使石膏制品的孔隙率较大。
防火性好、耐火性差
石膏制品遇火时，石膏的结晶水吸收热量蒸发，形成水蒸气带，可有效地阻止火的蔓延，具有良好的防火效果。但二水石膏脱水后强度下降，所以耐火性变差
可加工性良好
石膏硬化后具有微孔结构，硬度也较低，使得石膏制品可锯、可刨、可钉，易于连接，为安装施工提供了很大的方便，具有良好的加工性
强度低、耐水性差
石膏制品的孔隙率较大，二水石膏又微溶于水，使得石膏制品具有很强的吸湿性和吸水性，如果处于潮湿环境中，晶体间的粘结力削弱，强度显著降低。
建筑石膏的应用
室内抹灰与粉刷
制作石膏板、石膏浮雕装饰件等
其他用途
建筑石膏的验收和储运
水玻璃
水玻璃模数越大，粘结力越强，越难溶于水
水泥
能在空气和水中硬化，保持和发展的无机水硬性胶凝材料
硅酸盐水泥
按混合材料的品种和掺量分为
普通硅酸盐水泥
矿渣硅酸盐水泥
火山灰硅酸盐水泥
粉煤灰硅酸盐水泥
复合硅酸盐水泥
定义：由硅酸盐水泥熟料、0%~5%的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
生产过程
硅酸盐水泥熟料的矿物组成、特性
除表中列出的主要矿物外，还有少量的游离氧化钙、游离氧化镁及杂质等， 其含量一般不超过水泥质量的10%，它们对水泥性能都会产生不利影响
硅酸盐水泥的水化与凝结硬化（物理化学过程）
水化硅酸钙、水化铁酸一钙为凝胶体，具有强度贡献；而氢氧化钙、水化铝酸三钙、钙矾石都为晶体， 它将水泥石在外界条件下变得疏松，使泥石强度下降，是影响硅酸盐水泥耐久性的主要因素
水泥加水拌合后形成可塑的水泥浆，随着水化反应的进行，水泥浆逐渐变稠失去可塑性，这一过程为水泥的凝结。 随着水化反应的继续进行，失去可塑性的水泥浆逐渐产生强度并发展成为坚强的水泥石，这一过程称为水泥的硬化
影响硅酸盐水泥凝结硬化的因素（三水环龄石）
水泥熟料矿物组成
水泥熟料中各种矿物组成是影响水泥凝结硬化的内因。当熟料中硅酸三钙、铝酸三钙相对含量较高时，水泥的水化反应速度快，凝结硬化速度也快，因此改变水泥的矿物组成，其凝结硬化将产生明显的变化
水泥细度
水泥颗粒的粗细程度直接影响水泥的水化、凝结硬化。水泥颗粒越细，与水接触的表面积越大，水化反应速度越快且越充分，凝结硬化越快。但水泥颗粒过细，用水量增加，硬化后水泥石中的毛细孔增多，收缩增大，反而会影响后期强度。同时，水泥颗粒太细，易于空气中的水分及二氧化碳反应，水泥不宜久存，且机械损耗加大，生产成本高
水泥浆的水灰比
拌合水泥浆时，水泥浆水与水泥的质量之比称为水灰比。当水灰比较大时，水泥浆的可塑性好，水泥的初期水化反应得以充分进行。但当水灰比过大时，由于水泥颗粒间被水隔开的距离较远，颗粒间相互连接形成骨架结构的时间长，水泥浆凝结较慢，同时水泥浆中多余水分蒸发后形成的孔隙多，造成水泥的强度较低。
环境温度和湿度
提高温度，可加速水泥水化，水泥凝结硬化速度加快；降低温度，凝结硬化速度减慢。
龄期
龄期是指水泥在正常养护条件下经历的时间。水泥水化是由表及里逐步深入进行的。随着时间的延续，水泥的水化程度不断增加。因此，龄期越长，水泥石的强度越高。
石膏掺量
石膏掺入水泥中的目的是调节水泥的凝结时间，同时由于钙矾石的生成，还能改善水泥石的早期强度。
硅酸盐水泥的技术性质
细度
水泥的粗细程度
筛分析法和比表面积法评定
水泥颗粒越细，比表面积越大
凝结时间（初凝时间不得小于45min，终凝时间不得大于6.5h）
初凝时间（不宜过短）
指从水泥加水拌合，起到水泥浆开始失去可塑性止所需的时间
终凝时间（不宜过长）
从水泥加水拌合，起到水泥浆完全失去可塑性、产生强度所需的时间
标准稠度及标准稠度用水量
采用标准稠度水泥净浆
体积安定性
水泥的体积安定性是指水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性
水泥安定性不良的原因
水泥中含有过多的游离氧化钙和游离氧化镁
石膏掺量过多
强度及强度等级
在标准养护条件下，测其3d和28d的抗压强度和抗折强度
水化热
水化热大对大体积混凝土工程不利
密度和堆积密度
水泥石的腐蚀和防止措施
软水侵蚀
酸类侵蚀
盐类侵蚀
强碱侵蚀
水泥石腐蚀的防止措施
合理选用水泥品种
提高水泥的的密实度，降低孔隙率
加做保护层
硅酸盐水泥的特性和应用（四好三坏）
快凝、快硬、高强
抗冻性好
干缩小和耐磨性好
水化热大
耐腐蚀性差
耐热性差
抗碳化性好
掺混合材料的硅酸盐水泥
混合材料
活性混合材料
粒化高炉矿渣
火山灰质混合材料
粉煤灰混合材料
非活性混合材料
定义：凡由硅酸盐水泥熟料、6%~15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料
凝结时间：要求初凝时间不小于45min，终凝时间不大于10h
性能及应用：掺入少量的混合材料的作用是调节水泥强度等级，因此其性能与硅酸盐水泥相近。只是强度等级、水化热、抗冻性、抗碳化性较硅酸盐水泥略有降低，耐热性、耐腐蚀性略有提高。广泛应用于各种混凝土和钢筋混凝土工程
矿渣、粉煤灰、火山灰水泥
性能及应用
火山灰硅酸盐水泥抗渗性好。
火山灰颗粒较细、比表面积大，可使水泥石结构密实，又因在潮湿环境中使用，水化中较多的水化硅酸钙可增加结构致密程度，因此火山灰硅酸盐水泥适用于有抗渗要求的工程。
粉煤灰硅酸盐水泥干缩较小，抗裂性高。
粉煤灰颗粒多呈球形玻璃体结构，比较稳定，表面又相当致密，吸水性小，不易水化
矿渣硅酸盐水泥耐热性更好。
因矿渣本身有一定的耐高温性，且硬化后水泥石中的氢氧化钙含量少，所以矿渣水泥适用于高温环境
混凝土
从广义上讲，凡由胶凝材料、集料和水（有时也掺入外加剂）按适当的比例配合，拌合制成混合物，经一定时间后硬化而成的人造石材，均称为混凝土
普通混凝土特点（原可配抗与耐耐生）
原材料来源丰富，价格低廉
混凝土中砂、石集料约占80%，而砂、石为地方性材料，到处可得，因此可就地取材，价格低廉
混凝土拌合物具有良好的可塑性
可按工程结构要求，浇筑成各种形状和任意尺寸的整体结构或预制构件
配制灵活、适应性好
改变混凝土组成材料的品种及比例，可制得不同物理力学性能的混凝土，以满足各种工程的不同需要
抗压强度高
硬化后的混凝土的抗压强度一般为20～40Mpa，故很适合作为建筑结构材料
与钢筋有牢固的粘结力
混凝土与钢筋的线膨胀系数基本相同，两者复合成钢筋混凝土后，能保证共同工作，从而大大扩展混凝土的应用范围
耐久性良好
混凝土一般不需要维护保养，故维修费用少
耐火性好
普通混凝土的耐火性远比木材、钢材和塑料好，经数小时的高温作用仍能保持其力学性能，有利于发生火灾时扑救
生产能耗降低
能源消耗远远比烧土制品及金属材料低
普通混凝土不足之处
自重大、比强度（强度与表观密度之比）小
抗拉强度低
导热系数大
硬化较慢
普通混凝土的组成材料
由水泥、水和天然砂、石组成，另外还常加入适量的矿物掺合料和外加剂。
在混凝土组成材料中，砂、石是集料，对混凝土起骨架作用，其中小颗粒的集料填充大颗粒的间隙
细集料
公称粒径为0.15～4.75的集料为细集料
砂的种类及其特性
天然砂
河砂
湖砂
海砂
人工砂
混凝土用砂质量要求（质坚碱级）
砂中含泥量等质量标准
砂应质地坚硬、清洁，有害杂质含量不超过限量。
砂的坚固性
砂的坚固性应采用硫酸钠溶液检验
碱活性集料
混凝土用砂中不能含有活性氧化硅，以免产生碱—集料反应
砂的粗细程度及颗粒级配
评定砂质量的重要指标
砂的粗细程度和颗粒级配，通常采用筛分析法进行测定
粗集料
混凝土用碎石或卵石的质量要求（质坚碱级形强最）
碎石或卵石中含泥量等质量标准
碎石或卵石的坚固性
用硫酸钠溶液检验
混凝土用石中不能含有活性氧化硅，以免发生碱—集料反应
颗粒级配
大小石子组配适当
颗粒形状
混凝土用粗集料其颗粒形状以接近立方体或球形的为好，而针状和片状颗粒含量要少。针状颗粒是指颗粒长度大于集料平均粒径2.4倍的颗粒
强度
为了保证配置的混凝土有足够的强度，混凝土所用粗集料必须具有足够强度
最大粒径
粗集料公称粒径的上限称为该粒径的最大粒径
水
混凝土外加剂
按其主要使用功能分为
改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂和泵送剂等
调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、促凝剂和速凝剂等
改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等
改善混凝土其他性能的外加剂，包括膨胀剂、防冻剂、着色剂
常用外加剂
减水剂
减水剂的技术经济效果
增加流动性
提高混凝土的强度
节约水泥
改善混凝土的耐久性
早强剂
缓凝剂
引气剂
防冻剂
速凝剂
混凝土主要技术性质
混凝土拌合物的和易性
和易性是指混凝土拌合物能保持其组成成分均匀，不发生分层离析、泌水等现象
流动性是指混凝土拌合物在自重或机械振捣力的作用下，能产生流动并均匀密实地充满模型的性能
黏聚性是指混凝土拌合物内部组分间具有一定的凝聚力，在运输和浇筑过程中不致发生分层离析现象，而使混凝土能保持整体均匀的性能
保水性是指混凝土拌合物具有一定的保持内部水分的能力，在施工过程中不致产生严重的泌水现象
影响新拌凝土和易性的因素
水泥浆数量的影响
水泥浆的稠度
砂率的影响
改善新拌混凝土和易性的措施（砂级粗坍外）
通过实验，采用合理砂率，以提高混凝土的质量及节约水泥（胶凝材料）
改善砂、石的级配
在可能的条件下，尽量采用较粗的砂、石
当拌合物坍落度太小时，保持水胶比不变，增加适量的胶凝材料；当拌合物坍落度太大时，保持砂率不变，增加适量的砂石
掺加外加剂（如减水剂、引气剂等）
硬化后混凝土的强度
混凝土的抗拉强度
混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20
影响混凝土强度的因素
提高混凝土强度的措施（采降外护改龄）
采用高强度等级的水泥
降低水胶比
掺加外加剂
采用湿热养护
改进施工工艺
龄期的调整
随着龄期的延续，强度持续上升
混凝土的变形性能
荷载作用下的变形
短期荷载作用下的变形。混凝土是一种由凝胶材料、砂、石、游离水、气泡等组成的不匀质的多组分三相复合材料，为弹塑性体。受力时既产生弹性变形，又产生塑形变形，其应力与应变的关系呈曲线
混凝土的耐久性（渗冻侵碳碱）
混凝土在有压水、油等液体作用下，抵抗渗透的能力。它是决定混凝土耐久性最基本的因素
混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不被破坏，同时也不严重降低性能的能力
抗硫酸盐侵蚀性
当混凝土所处混凝土所处环境中含有侵蚀性介质时，混凝土便会遭受侵蚀
混凝土的碳化
混凝土内水泥石中的Ca(OH)2与空气中的CO2在湿度适宜时发生化学反应，生成CaCO3和H2O，也称中性化
混凝土的碱—集料反应
水泥中的碱与集料中的活性二氧化硅发生反应
提高混凝土耐久性的措施（两选控外改）
根据混凝土工程特点所处的环境条件合理选择水泥品种
控制混凝土的水胶比及保证足够的胶凝材料用量是保证混凝土密实度、提高混凝土耐久性的关键
选用品质良好、级配合格的集料
掺入减水剂或引气剂，改善混凝土的孔隙率和孔结构
改善施工操作，保证混凝土的施工质量
普通混凝土的配合比设计
配合比设计要求（和结耐省）
满足施工对混凝土拌合物和易性的要求
满足结构设计提出的对混凝土强度等级的要求
满足工程所处环境对混凝土的抗渗性、抗冻性及其他耐久性的要求
在满足上述要求的前提下，尽量节省水泥，以满足经济性要求
配合比设计的三个基本参数
水胶比
单位用水量
砂率
墙体材料
烧结普通砖的技术要求（外表吸强抗泛石）
外形尺寸
吸水率
强度等级
抗风化性能
泛霜
石灰爆裂
烧结普通砖质量等级
优等品
一等品
合格品
防水材料
沥青
有机胶凝材料
石油沥青的组成
油分
油分赋予沥青流动性
树脂
中性树脂使沥青具有一定塑性、可流动性和粘结性，其含量增加，沥青的粘结力和延展性也随之增加
酸性树脂是沥青中活性最大的部分，可能改善沥青对矿质材料的吸附性，特别是提高了沥青与碳酸盐类岩石的黏附性，增加了沥青的可乳化性
地沥青质
决定沥青的热稳定性和粘结性。地沥青质的含量越多，沥青的软化点越高
石油沥青的技术性质（黏塑两稳）
黏滞性
黏滞性是指石油沥青在外力作用下抵抗变形的能力，它是沥青材料最为重要的性质
一般采用针入度表示石油沥青的黏滞性，针入度值越小，表面黏滞性越大
塑性
塑性通常也称为延性或延展性，是指石油沥青受到外力作用时产生变形而不破坏的性能
温度稳定性
温度稳定性也称温度敏感性，是指石油沥青的黏滞性和塑性随温度的升高而增大，降低而减小
大气稳定性
大气稳定性是指石油沥青在热、阳光、氧气和潮湿等因素长期综合作用下抵抗老化的性能
沥青的三大指标
针入度
延度
软化点
牌号越大沥青越软，牌号越小沥青的硬度越大。随着沥青牌号的增大，沥青的黏滞性减小，塑性增大，温度稳定性变差
建筑钢材
钢材的冶炼
钢是由生铁冶炼而成的。生铁是铁矿石、熔剂（石灰石）、燃料（焦炭）在高温炉中经过还原反应和造渣反应而得到的一种铁碳合金，其中碳的含量为2.06%~6.67%，磷、硫等杂质含量较高
钢的含碳量（0.06%～2.06%）
钢材的分类
按脱氧程度不同浇铸的钢锭可分为
沸腾钢
脱氧不完全，质量较差
镇静钢
质量较高
特殊镇静钢
最好
钢材的主要技术性能
抗拉性能
弹性阶段
屈服阶段
钢材受力达到屈服强度后，尽管尚未断裂，但由于变形的迅速增长，已不能满足使用要求，因此设计中一般以屈服强度作为钢材强度取值的依据，是工程结构计算中非常重要的一个参数
强化阶段
屈强比能反映钢材的利用率和结构安全可靠强度，是评价钢材受力特征的一个参数。计算中屈强比值越小，说明钢材受力超过屈服点工作时的可靠性越强，安全性越高；但若屈强比过小，又说明钢材强度的利用率偏低，造成钢材浪费。因此，选择合理的屈强比才能使结构既安全又节省钢材
颈缩阶段
疲劳强度
一般认为钢材的疲劳破坏是由拉应力引起的，抗拉强度高，其疲劳极限也较高，交变应力值越大，则断裂时所需的循环次数越少
工艺性能
冷弯性能
钢材在常温下承受弯曲变形的能力称为冷弯性能
一般以试件弯曲的角度（a）和弯心直径与试件厚度（或直径）的比值（d/a）来表示。弯曲角度a越大，d/a越小。弯曲后弯曲的外面及侧面没有裂纹、起层和断裂的情况，说明钢材试件的冷弯性能越好
钢材的抗拉强度及伸长率检验
