建筑材料与构造-C1-材料的基本性质

建筑材料与构造-C1-材料的基本性质：抗弯强度影响因素：材料的抗弯强度与受力情况、截面形状及支承条件等有关。材料与质量有关的性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率与密实度；空隙率与填充率。材料与水有关的性质异同：耐水性材料处于长期饱和水、抗渗性是压力水。

建筑材料与构造-C1- 材料的基本性质

• 绿建考点出处书目
  • 绿色建筑（继续教育书六）
    • 绿色建筑乡土材料：麦秸板、硅钙秸秆轻体墙板、石膏蔗渣板、草砖及稻壳生产的建材
  • GBT50378一2006绿色建筑评价标准：绿色公共建筑中，可再利用材料和可再循环材料的用量比例达到15%，可得满分。
    • 住宅建筑6%，公建10%开始得分
    • 住宅建筑10%，公建15%得本分项满分
  • JGJT229一2010民用建筑绿色设计规范：可快速再生材料：从栽种到收获周期不到10年。
• 材料的放射性
  • 放射性水平：内照射指数 工ra及外照射指数 工r表示
  • 装修材料根据放射性水平大小划分为ABC三类：
    • A类使用范围不受限；
    • B类不可用于工类民用建筑的内饰面；
    • C类只可用于碑石、海堤、桥墩等人类很少涉及的地方。
• 材料的耐久性
  • 抗渗、抗冻、抗风化、抗老化、耐化学腐蚀性、耐热、耐光、耐磨等均属于耐久性。
  • 耐磨性影响因素：表面硬度、抗压强度、内部构造、韧性和塑性。
  • 材料的结构强度、抗渗性、耐磨性等与耐久性有密切关系。与表面湿度无关。
  • 材料的燃烧性能：氧指数法测定
• 材料的化学性质
  • 胶凝材料与水、钢筋锈蚀、沥青老化、混凝土与天然石材腐蚀等
  • 建材的耐腐蚀能力以重量变化率评定（不是体积变化率、密度变化率、强度变化率）
• 绪论
  • 历史建筑中的材料（木砖石琉璃）
    • 公元前3000年，西亚的美索不达米亚开始砖砌筑圆顶和拱
    • 烧制石灰、砖瓦：西周（公元前1060年~771年），我国烧制石灰、砖瓦至少3000年历史
    • 古代用砖的规格 4：2 : 1
    • 现存最高木结构建筑、辽代建筑（公园1056年）：应县佛宫寺释迦塔（应县木塔）
    • 我国最高砖塔（84m）、建于北宋：河北定县开元寺塔（料敌塔）
    • 塔外壁为琉璃砖，近似铁色，俗称铁塔：宋开封佑国寺塔（开封铁塔）
    • 古代四大名桥
      • 赵州桥 （隋代李春，石砌拱桥）
      • 泉州洛阳桥（宋代，跨海梁式大石桥）
      • 广济桥（始建于南宋）
      • 卢沟桥（始建于南宋）
  • 其他
    • 标准
      • 国际标准ISO 美国材料试验标准ASTM 英国标准BS 联邦德国标准DIN 法国标准NF 日本标准JIS 中国国家标准GB 建筑工业标准JG
    • 三大建材：水泥、钢材、木材
    • 材料费占比造价50%~60%
• 材料的基本性质
  • 密度、表观密度、堆积密度
    • 密度
      • 绝对密实状态，密度排序：钢材7.85＞水泥3.10＞花岗石2.8＞石灰石、碎石、砂、黏土2.6＞普通黏土砖、黏土空心砖2.50＞木材1.55
    • 表观密度
      • 自然状态，混凝土和泡沫塑料只能测表观密度
    • 堆积密度
      • 堆积状态，水泥、砂、石
  • 孔隙率与密实度
    • 孔隙率
      • 定义：孔隙体积占材料总体积百分比。
      • 材料孔隙率的大小及孔隙特征对材料性能（吸水性、保温性、抗冻性、抗渗性等）有很大影响。一般孔隙率越大，材料密度越小，强度越低，保温性好，吸声能力越高。
      • 孔隙特征：1、孔隙构造（开口与闭口状态）；2、孔径大小。
      • 孔隙率大的材料宜做保温和吸声材料；
      • 开口孔隙对吸声有利，但对强度、抗渗性、抗冻性均不利。
      • 微小而均匀的闭口孔隙对材料的抗渗性、抗冻性有利，还能降低导热系数，使材料具有绝热性能。
      • 泡沫塑料孔隙率高
    • 密实度
      • 孔隙率和密实度直接反映材料的密实程度。密实度+孔隙率=1
  • 空隙率与填充率
    • 散粒材料在堆积体积中，颗粒间空隙体积占总体记得百分比。
    • 空隙率和填充率作为控制砂石级配和计算砂率的依据。填充率+空隙率=1
  • 亲水性与憎水性
    • 亲水性：砖、混凝土、木材
    • 憎水性：石蜡、沥青、树脂、橡胶
  • 吸水性与吸湿性
    • 吸水性
      • 材料的吸水性与材料的亲水性、憎水性、孔隙率、孔隙特征有关。
      • 具有很多细微开口孔隙的亲水材料的吸水性很强。
    • 吸湿性
      • 材料的含水率与孔隙率有关。含水率随空气湿度和环境温度变化。
      • 材料吸水或吸湿后，表观密度和导热系数增大，体积膨胀、强度降低。
  • 抗冻性
    • 能承受多次动容循环（冻结和融化）作用而不破坏，强度也不严重降低的性质。
    • 抗冻等级，质量损失率不超过5%，相对动弹性模量值不小于60%。
    • 抗冻性作为耐久性指标，抗冻性好。抵抗温度变化、干湿交替等风化作用等性能也强。
    • 水工和冬季-15°C考虑抗冻
  • 抗渗性
    • 渗透系数越小，标明材料渗透的水量越少，抗渗性越好。
    • 抗渗等级越大，混凝土或砂浆的抗渗性越好。
    • 抗渗性决定材料耐久性主要因素。抗渗性好坏与其孔隙率及孔隙特征有关
  • 耐水性
    • 用软化系数表示。经常水中≥0.85，受潮≥0.75
• 材料的分类
  • 材料的组成
    • 化学组成
    • 材料组成决定其性质与用途，钢材中C含量增加，强度提高，塑性降低；石膏、石灰易溶于水，且耐水性差；石灰石有良好的耐水性；石油沥青易于老化。
    • 矿物组成
      • 花岗石：长石和石英，酸性，强度高，硬度大，耐磨耐酸耐风化。
      • 大理石CaCO3：方解石和白云石，碱性。强度、硬度和耐磨性均不如花岗岩。
      • 硅酸盐水泥：硅酸三钙含量高，硬化快，强度较高。
    • 相组成
      • 同一材料由多种相物质组成 例：建筑钢材：铁素体、珠光体、渗碳体
      • 复合材料：宏观层次上的多相组成材料 例：水泥混凝凝土、轻型金属夹芯板
  • 材料的结构
    • 微观结构
      • 晶体结构
        • 原子晶体：石英
        • 离子晶体：NaCL
        • 分子晶体：冰、干冰
        • 金属晶体：铁、铝
      • 非晶体结构
        • 玻璃体
          • （无定形体）建筑用玻璃、火山灰、矿棉、岩棉、粒化高炉矿渣
        • 胶体
          • 固体沥青、固化水玻璃、水泥石中水化硅酸钙
    • 细观结构
    • 宏观结构
      • （分类依据）宏观构造特征
        • 1、堆聚结构
          • 水泥混凝土、沥青混凝土
        • 2、纤维结构
          • 木材、玻璃纤维、矿物棉、有机纤维、石棉（有毒）
        • 3、层状结构
          • 胶合板、铝塑板
        • 4、散粒机构
          • 砂石骨料、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、黏土陶粒
      • 宏观孔隙特征
        • 致密结构
          • 玻璃、钢材、塑料
        • 多孔结构
          • 加气混凝土、泡沫玻璃、泡沫塑料、泡沫混凝土
        • 微孔结构
          • 黏土砖、石膏制品
• 材料的热工性质
  • 导热性
    • 热导率小于0.23W/（m.K）的材料，称为绝热材料。
    • 影响因素
      • 组成与结构
        • 通常金属＞非金属、无机＞有机、晶体＞非晶体
      • 孔隙率
        • 孔隙率越大，热导率越小。
      • 孔隙特征
        • 同等孔隙率，粗大空口开口孔隙＞细小闭口孔隙
      • 含水情况
        • 含水或含冰，导热系数急剧增大
    • 导热性排序：铜370＞钢55＞花岗岩2.9＞冰2.2＞普通混凝土1.8＞普通黏土砖、水0.58＞松木（横纹）0.15＞玻璃棉板0.04、泡沫塑料0.03、绝热用纤维板0.05、密闭空气0.023
  • 热容量
    • 热容量大小用比热表示。
    • 材料的含水量增加，比热增大。
• 材料的力学性质
  • 材料的强度和等级
    • 材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。强度通过破坏试验确定。
    • 抗弯强度影响因素：材料的抗弯强度与受力情况、截面形状及支承条件等有关。
    • 比强度是相对概念。
    • 排序一抗压强度：建筑钢材＞花岗岩＞普通混凝土＞普通黏土砖
  • 弹性与塑性
    • 弹性
      • 材料能完全恢复原来形状的性质称为弹性。
      • 完全消失的形变称为弹性形变。
    • 塑性
      • 在外力作用下材料产生变形，如果取消外力，仍保持变性后的形状尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。
      • 不能消失的变形称为塑性形变。弹性可逆。塑性不可逆。
  • 脆性与韧性
    • 脆性
      • 承受压力。
      • 脆性材料：砖、石材、陶瓷、玻璃、普通混凝土、普通灰铸铁。
    • 韧性
      • 韧性材料：钢材、木材。
      • 地面、轨道、吊车梁等有动力荷载作用的部件，要考虑材料的韧性。
  • 硬度
    • 刻画法，矿物10级；
    • 常用的布氏硬度法HB表示塑料、橡胶及金属硬度。石料：刻画法或磨耗；金属木材及混凝土：压痕法；矿物：刻划法10金刚石，1滑石及白垩
  • 耐磨性：耐磨性用磨损率表示。
• 小结
  • 香港回归祖国纪念碑，碑体采用花岗岩柱身，紫铜柱头。
  • 材料与水有关的性质：亲水性与憎水性、吸水性与吸湿性、抗冻性、抗渗性、耐水性。
  • 材料与水有关的性质异同：耐水性材料处于长期饱和水、抗渗性是压力水。
  • 材料与质量有关的性质：密度、表观密度、堆积密度；孔隙率与密实度；空隙率与填充率。
  • 抗弯强度影响因素：材料的抗弯强度与受力情况、截面形状及支承条件等有关。
  • 耐磨性影响因素：表面硬度、抗压强度、内部构造、韧性和塑性。
  • 孔隙率：泡沫塑料＞轻质混凝土＞木材＞烧结普通砖
  • 排序
    • 抗压强度：建筑钢材＞花岗岩＞普通混凝土＞普通黏土砖
    • 导热性排序：铜370＞钢55＞花岗岩2.9＞冰2.2＞普通混凝土1.8＞普通黏土砖0.55、水0.58＞松木（横纹）0.15＞玻璃棉板0.04、泡沫塑料0.03、绝热用纤维板0.05、密闭空气0.023
    • 密度排序：钢材7.85＞水泥3.10＞花岗石2.8＞石灰石、碎石、砂、黏土2.6＞普通黏土砖、黏土空心砖2.50＞木材1.55
  • 琉璃的主要成分为SiO2（即 二氧化硅）、氧化铝和矽加助溶剂氧化铅。琉璃的化学元素单位为PA，中国大陆的天然水晶为24PA(含24%的二氧化铅)