第一章 常用建筑材料 第一章 常用建筑材料

绪论绪论 一、 建筑材料的定义与分类 1. 建筑材料的定义 广义：指建造建筑物和构筑物的所有材料，包括

使用的各种原材料、半成品、成品等的总称。 狭义：指直接构成建筑物和构筑物实体的材料。 一切建筑工程都是由各种各样的建筑材料组成。 2. 建筑材料的分类

化学组成

无机

有机

复合

金属：钢铁铝铜

非金属：石灰、水泥、玻璃、

黑色：钢铁有色：铝、铜

植物：木、竹

沥青：石油、煤

合成高分子：塑料、橡胶、粘胶剂

金属—非金属：钢筋混凝土

有机—无机：沥青砼、纤维砼

石灰 砂

石 粉煤灰砌块

玻璃 木地板

使用性能

建筑结构材料：构成受力构件和结构的材料，如梁、 板、柱、框架等，要求强度和耐久 性能满足要求。

墙体材料：实心砖、空心砖、砼砌块、石膏板

建筑功能材料：非承重用建筑材料（隔音、吸声、

采光、装饰、防水）

二、建筑材料的发展

3. 建筑材料在建筑工程中的地位：设计、结构、经济、施工，决定建筑形式和施工方法。建筑材料费用占建筑总造价的一半以上 , 并呈上升趋势。 材料强度提高 ， 构件截面尺寸减小 ， 可利用空间增大 ,同时自重降低 , 地基负荷减少。

粉煤灰砌块、空心砌块取代粘土砖，可减少建筑物自重，改善墙体的保温性能，还可节省资源。轻质高强材料有利于机械化施工，加速工程施工进度。

土工合成材料：合成材料应用于岩土工程时称为土工合成材料，广泛应用于隔离、防渗、疏排、加固、防护、美化等岩土工程和环境工程中，具有较高的强度和较好的耐霉烂性和耐腐蚀性。

气硬性胶凝材料、水泥、混凝土、砂浆、建钢材、木材、沥青、塑料、绝热材料、吸声材料、装饰材料

4. 建筑材料的标准化国家标准 GB建筑工程国家标准 GBJ建设部行业标准 JGJ国家建材局标准 JC冶金部标准 YB国家级专业标准 ZB

标准的表示方法 : 标准名称、部门代号、编号和批准年份

建筑材料的基本性质建筑材料的基本性质

基本性质主要包括物理性质、力学性质、耐久性、装饰性、防火性、防放射性等

物理性质包括密度、密实性、空隙率（计算材料用量、构件自重、配料计算、确定堆放空间）

力学性质包括强度、弹性塑脆韧性、硬度。

建筑材料在建筑物的各个部位的功能不同，均要承受各种不同的作用，因而要求建筑材料必须具有相应的基本性质。

建筑材料的物理性质建筑材料的物理性质 一、 材料的密度、表观密度与堆积密度 密度是指物质单位体积的质量。单位为 g/cm3或 kg／ m3 。由于

材料所处的体积状况不同，故有实际密度（以前称为真密度）、表观密度和堆积密度之分。

１ . 实际密度 (Density)　 以前称比重、真实密度 (True Density)，简称密度 (Density)。 实际密度是指材料在绝对密实状态下，单位体积所具有的质量。

V

m

式中： ρ— 实际密度（ g/cm3 ） m— 材料的质量（ g ） V— 材料在绝对密实状态下的体积（ cm3 ）

绝对密实状态下的体积的测定：　　将材料磨成细粉以排除其内部孔隙，经干燥后用密度瓶（李氏瓶）测定其实际体积，该体积即可视为绝对密实状态下的体积。

２ . 表观密度 (Apparent Density ） 也称容重 ，是指材料在自然状态下，单位体积所具有的

质量，按下式计算：

式中 ρ0— 材料的表观密度（ g/cm3或 kg/m3 ）

m — 材料的质量（ g或 kg)

V0— 材料在自然状态下的体积，或称表观体积（ cm3或 m3

）

包含内部空隙在内的体积（规则几何形状、松散体积用

排液法）

00 V

m

（ 3 ）堆积密度 散粒材料在自然堆积状态下单位体积的重量称为堆积密度。

可用下式表示

式中 ρ0’ — 散粒材料的堆积密度（ g/cm3或 kg/m3 ）

m— 散粒材料的质量（ g或 kg ）

v 0，

—材料在自然状态下的堆积体积（ cm3或 m3 ），它包含 内部和颗粒之间的空隙。

思考：实际密度、表观密度和堆积密度之间的大小关系如何？

'0

'0

V

m

二、 材料的孔隙率与空隙率1. 密实度（ Dense ） 密实度是指材料的固体物质部分的体积占总体积的比例，说明材料体积内被固体物质所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式计算：

2. 孔隙率（ Porosity ）

孔隙率材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率，称为材料的孔隙率（ P ）。可用下式表示：

0V

VD

00

0

0 100

V

VVP

P+D=1孔隙按大小分为粗孔和细孔，按特征分为连通孔隙和封闭孔隙，它与材料的吸水性、强度、抗渗性、抗冻性等性质有关。

3. 空隙率（ Interstice ） 散颗材料（如砂、石子）堆积体积（ V’0）中，颗粒间空隙体积所占的百分率

称为空隙率（ P’），可用下式表示为

00

0

'0' 100

V

VVP

′0

三、 材料与水有关的性质三、 材料与水有关的性质 （一）亲水性与憎水性1. 概念 亲水性：材料能被水润湿的性质，如砖、混凝土等。 材料产生亲水性的原因是因其与水接触时，材料与水

分子之间的亲合力大于水分子之间的内聚力所致。当材料与水接触，材料与水分子之间的亲合力小于水分子之间的内聚力时，材料则表现为憎水性。憎水性材料如沥青、石油等。

问题： 亲水性材料与憎水性材料在实际工程中有何意义？

2. 润湿边角 材料被水湿润的情况可用润湿边角 θ来表示。 当材料与水接触时，在材料、水、空气三相的交界点，作沿水滴表面的切线，此切线与材料和水接触面的夹角 θ ，称为润湿边角 。

　 3. 亲水性材料与憎水性材料　　用润湿边角 θ来反映 θ角愈小，表明材料愈易被水润湿。 当 θ＜ 90° 时，材料表面吸附水，材料能被水润湿而

表现出亲水性，这种材料称亲水性材料。 θ>90° 时，材料表面不吸附水，此称憎水性材料。 当 θ=0° 时，表明材料完全被水润湿。 上述概念也适用于其它液体对固体的润湿情况，相应

称为亲液材料和憎液材料。

（二） 材料的吸水性与吸湿性1. 吸水性 (Water Absorption) 材料在水中能吸收水分的性质称吸水性。材料的吸水性用吸

水率 (Ratio of Water Absorption)表示，有质量吸水率与体积吸水率两种表示方法。

（ 1 ）质量吸水率 质量吸水率是指材料在吸水饱和时，内部所吸水分的质量占材

料干燥质量的百分率，用下式计算：

%100

g

gbm m

mmW

•式中 Wm—— 材料的质量吸水率（％）；•mb— 材料在吸水饱和状态下的质量（ g ）；•mg— 材料在干燥状态下的质量（ g ）

（ 2 ）体积吸水率 体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其内部所吸水分

的体积占干燥材料自然体积的百分率。用公式表示如下

•式中 wv—— 材料的体积吸水率（％）；

V0——干燥材料在自然状态下的体积（ cm3 ）；

ρ w—— 水的密度（ g/cm3 ）工程用建筑材料一般采用质量吸水率，质量吸水率与体积吸水率的关系

%1001

0

水V

mmW gbv

0 mv WW材料的吸水性与其亲水性、疏水性、孔隙率大小、孔隙特征有关。

2. 吸湿性 材料在潮湿空气中吸收水分的性质称为吸湿性。 潮湿材料在干燥的空气中也会放出水分，此称还湿性。 材料的吸湿性用含水率表示。 含水率系指材料内部所含水的质量占材料干燥质量的百分率。

用公式表示为

%100

g

gsh m

mmW

• 式中 Wh— 材料的含水率（％）

ms —一材料含水时的质量（ｇ）

mg— 材料干燥至恒重时的质量（ｇ） 材料的吸湿性随空气的湿度和环境温度的变化而改变。 •平衡含水率：材料中所含水分与空气的湿度相平衡时的吸水率。

（三）材料的耐水性（三）材料的耐水性 材料长期在水作用下不破坏，强度也不显著降低的性质

称为耐水性。材料的耐水性用软化系数表示，如下式：

•式中 : kR — 材料的软化系数；

fb— 材料在饱水状态下的抗压强度（ MPa ）；

fg—— 材料在干燥状态下的抗压强度（ MPa ）。• 软化系数 KR 的大小表明材料在浸水饱和后强度降低的程度。•一般来说，材料被水浸湿后，强度均会有所降低。• kR 小——耐水性差。

g

bR f

fk

（四）材料的抗渗性（四）材料的抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性，或称不透水性。 材料的抗渗性通常用渗透系数表示。 渗透系数的物理意义是：一定厚度的材料，在一定水压力下，在单位时间内透过单位面积的水量。用公式表示为

•式中 Ks—— 材料的渗透系数（ cm/h ）；

Q—— 渗透水量（ cm3 ）；

d—— 材料的厚度（ cm ）；

A —— 渗水面积（ cm2 ）；

t—— 渗水时间（ h ）；

H——静水压力水头（ cm ）。

AtH

Qdks ——实质上就是达西定律

• KsKs值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。值愈大，表示材料渗透的水量愈多，即抗渗性愈差。

材料的抗渗性也可用抗渗标号表示。　　　抗渗标号是以规定的试件、在标准试验方法下所

能承受的最大水压力来确定，以符号 Sn 表示，其中 n为该材料所能承受的最大水压力的十倍的 MPa数，如S4 、 S6 、 S8 等分别表示材料能承受 0.4 、 0.6 、 0.8MPa 的水压而不渗水。

材料的抗渗性与其孔隙率和孔隙特征有关。

（五）材料的抗冻性（（五）材料的抗冻性（ Frost ResistanceFrost Resistance ）） 材料在水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，也不严重降低强度的性质，称为材料的抗冻性。

材料的抗冻性用抗冻标号表示。抗冻标号是以规定的试件，在规定试验条件下，测得其强度降低不超过规定值，并无明显损坏和剥落时所能经受的冻融循环次数。

用符号 Dn表示，其中 n 即为最大冻融循环次数，如 D25、D50等。

材料抗冻标号的选择，是根据结构物的种类、使用条件、气候条件等来决定的。

材料的力学性质材料的力学性质

一、材料的强度与等级（一）材料的强度 材料在外力作用下抵抗破坏的能力，称为材料的强度。 根据外力作用形式的不同，材料的强度有抗压强度、抗拉强度、抗弯强度及抗剪强度等，均以材料受外力破坏时单位面积上所承受的力的大小来表示。

• 材料的力学性质系指材料在外力作用下的变形性和抵抗破坏的性质。

（二）材料的等级、标号（二）材料的等级、标号 建筑材料常按其强度值的大小划分为若干个标号或等级。如： 烧结普通砖按抗压强度分为六个等级： Mu30 、 Mu25 、 Mu20 、

Mu15 、 Mu10 、 Mu7.5； 硅酸盐水泥按抗压和抗折强度分为四个标号： 42.5 ＃、 52.5 ＃、

62.5 ＃、 72.5 ＃； 普通混凝土按其抗压强度分为十二个等级： C7.5 、 C10 、…、 C6

0 等 碳素结构钢按其抗拉强度分为五个等级，如 Q235 等等。

（三）材料的比强度 比强度是按单位质量计算的材料强度，其值等于材料

强度与其表观密度之比。 对于不同强度的材料进行比较，可采用比强度这个指

标。 比强度是衡量材料轻质高强性能的重要指标，优质的

结构材料，必须具有较高的比强度。TGF

（四）材料的弹性与塑性　　弹性：外力→变形→卸外力→变形完全恢复材料的弹性用弹性模量Ｅ表示　　塑性：：外力→变形→卸外力→变形不完全恢复

软钢的应力—应变曲线砼的应力—应变曲线

（五）材料的脆性与韧性 脆性：材料在外力作用下至破坏前无明显塑性变形而突然破坏的性质。脆性材料抗动载能力差，但抗压强度高。如砖、混凝土、玻璃等。

韧性：在冲击、振动荷载作用下，材料能承受很大变形也不致破坏的性能。如钢材、木材等。

（六）材料的硬度材料表面能抵抗其它较硬物体压入或刻划的能力。

材料的耐久性材料的耐久性

1. 概念 材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在环境的多种因素作用下不变质、不破坏，长久地保持其使用性能的性质。

耐久性是材料的一种综合性质，诸如抗冻性、抗风化性、抗老化性、耐化学腐蚀性等均属耐久性的范围。

此外，材料的强度、抗渗性、耐磨性等也与材料的耐久性有密切关系。

2. 环境影响因素 材料在建筑物使用过程中长期受到周围环境和各种自然因素的破坏作用，一般可分为物理作用、化学作用、机械作用、生物作用等。

材料耐久性的具体内容，因其组成和结构不同而异 钢材易受氧化而锈蚀 无机金属材料常因氧化、风化、碳化、溶蚀、冻融、

热应力、干湿交替作用而破坏 有机材料因腐烂、虫蛀、老化而变质

第一节 木 材

木材是一种历史悠久的建筑材料。在我国，木材与钢材、水泥构成三大建筑材料。过去木材是重要的结构用材，而现在则主要用于室内装饰与装修。

木材作为建筑和装饰材料具有以下优点：1 、比强度大，具有轻质高强的特点；2 、弹性韧性好，能承受冲击和振动作用；3 、导热性低，具有较好的隔热、保温性能；4 、在适当的保养条件下，有较好的耐久性；5 、纹理美观、色调温和、风格典雅，极富装饰性；6 、易于加工，可制成各种形状的产品；

木材的组成和构造是由树木生长的需要而决定，因此人们在使用时必然会受到木材自然属性的限制，主要有以下几个方面：

1 、构造不均匀，呈各向异性；2 、湿胀干缩大，处理不当易翘曲和开裂；3 、天然缺陷较多，降低了材质和利用率；4 、耐火性差，易着火燃烧；5 、使用不当，易腐朽、虫蛀。

一、木材的物理力学性质（一）木材的物理性质1 、含水量2 、吸湿性3 、湿胀干缩（二）木材的力学性质木材的力学性质主要指木材的抗压、抗拉、抗弯和抗剪

强度。由于木材呈各向异性，顺纹、横纹强度的差异较大。二、木材的应用 按加工程度和用途不同，木材分为圆条、原木、锯材三类。结构材料。

人造板材