建筑材料教学课件

建筑材料教学课件第一章建筑材料概述建筑材料的定义与重要性材料选择的综合考虑因素建筑材料是指用于各类建筑工程的材料，是建筑工程的物质基础建筑材料直性能因素接影响建筑的质量、安全性、使用寿命及舒适度，对建筑工程具有决定性作用强度、耐久性、保温隔热性能、防火性能等合理选择建筑材料可以降低工程成本•经济因素提高建筑功能•材料成本、施工难度、维护费用等增强建筑美观性•延长建筑使用寿命•环境因素环保性、可再生性、碳排放等材料相互作用建筑材料的分类天然材料人工材料直接从自然界开采获取，经过简单加工即可使用的材料通过工业加工生产的材料石材（花岗岩、大理石、砂岩等）无机材料水泥、混凝土、陶瓷、玻璃等••木材（松木、杉木、橡木等）金属材料钢材、铝材、铜材等••砂土（河砂、山砂、粘土等）有机材料塑料、橡胶、沥青等••复合材料纤维增强复合材料等•结构材料与装饰材料结构材料承担建筑物荷载，保证建筑结构安全，如混凝土、钢材、砌装饰材料改善建筑物外观和室内环境，如瓷砖、涂料、壁纸、地板等筑材料等材料选择的影响因素经济因素材料初始成本•生产能耗与制造成本•运输与存储成本•施工难易程度与人工成本•维护与更换成本•物理性能力学性能强度、刚度、韧性•耐久性抗风化、抗腐蚀能力•物理特性密度、导热性、吸声性•抗渗性与防水性能•耐火性与防火等级•环境因素资源可持续性与可再生性•材料生命周期碳排放•环境污染与生态影响•材料回收与再利用可能性•建筑材料多样性现代建筑工程中使用的材料种类繁多，每种材料都有其独特的性能特点和适用范围设计师和工程师需要深入了解各类材料的特性，才能在实际工程中做出最优选择传统建筑材料现代工业材料新型环保材料石材、木材、砖瓦等传统钢材、混凝土、玻璃等现材料经过千百年的应用验代工业材料大幅提高了建证，具有良好的适应性和筑的强度和跨度，使高层可靠性，至今仍在现代建建筑和大跨度结构成为可筑中广泛应用能第二章石材火成岩沉积岩由岩浆冷却形成由沉积物压实胶结形成花岗岩硬度高，耐磨性好砂岩吸水性好，易加工••玄武岩密度大，耐久性强石灰岩硬度适中，可雕刻••安山岩中等硬度与密度砾岩抗压能力强••主要用途外墙、地面、台面主要用途墙面、装饰、雕塑变质岩由其他岩石在高温高压下变质形成大理石质地细腻，纹理美观•板岩可分层，防水性好•片麻岩强度高，纹理明显•主要用途地面、装饰板材、屋面石材的物理性能强度与硬度吸水率与耐久性级石材的吸水率直接影响其耐冻融性能和耐久性100-300MPa6-7花岗岩吸水率低（），耐久性极佳•

0.5%砂岩吸水率高（），耐冻融性较差抗压强度莫氏硬度•5-10%大理石吸水率中等（），易受酸雨侵蚀•

0.5-3%花岗岩可达以上，远高花岗岩硬度可达级，大理石为200MPa6-7石材施工技术于普通混凝土级3-4现代石材加工技术包括3-15MPa数控切割精确度高，效率高•水射流切割无热影响区，适合复杂图案•抗弯强度影响石材在悬挑使用时的安全性石材在建筑中的应用案例铁路道床用碎石建筑外墙装饰地面铺设应用碎石（主要为花岗岩、玄武岩）是铁路道床的石材外墙具有防水、耐久、美观等特点石材地面广泛应用于公共建筑和高端住宅主要材料干挂式石材幕墙适用于高层建筑花岗岩适用于高流量区域••高强度确保承载力•湿贴式石材适用于低层建筑大理石多用于室内装饰性区域••耐磨性保证长期使用寿命•复合式石材板减轻重量，提高安全性石材拼花可创造艺术效果••棱角形状提供良好的锁结性•幕墙设计需考虑热胀冷缩和抗震要求防滑处理提高安全性••抗冻融性保证全天候适用性•第三章水泥水泥的定义与作用水泥的主要种类水泥是一种无机胶凝材料，与水混合后能硬化，并能将砂、石等材料牢固地胶结在一起，形硅酸盐水泥（普通波特兰水泥）成整体水泥是混凝土和砂浆的重要组成部分，是现代建筑不可或缺的基础材料应用最广泛的水泥品种，硬化快，强度高，适用于一般工程水泥的主要成分铝酸盐水泥氧化钙•CaO60-65%二氧化硅₂•SiO20-24%早期强度高，耐热性好，但价格高，主要用于特殊工程氧化铝₂₃•Al O4-8%氧化铁₂₃•Fe O2-6%硫铝酸盐水泥其他氧化物少量•收缩小，抗硫酸盐侵蚀能力强，适用于地下工程矿渣水泥水泥生产过程原料准备主要原料包括石灰石（提供）和粘土（提供₂、₂₃、₂₃）原料经破碎后进行配料，CaO SiOAl OFe O按照设定的化学成分比例混合生料制备原料混合物在磨机中研磨成细粉，称为生料生料的细度和均匀性直接影响后续煅烧效果和水泥质量熟料煅烧生料在回转窑中经过预热、煅烧（℃）、冷却等过程，生成水泥熟料高温煅烧是水泥生产中1450能耗最高的环节水泥粉磨熟料与适量石膏（控制凝结时间）一起研磨成细粉，即成为成品水泥粉磨过程决定了水泥的细度和活性环境影响水泥生产过程能耗高、排放大煅烧吨水泥熟料约排放吨₂，中国正大力推进水泥

10.8CO工业节能减排技术改造水泥的性能指标凝结时间抗压强度水泥与水拌合后，从开始失去塑性到完全硬化的时间水泥按天抗压强度分级28分钟小时强度等级天强度天强度≥45≤103MPa28MPa级

32.5≥

10.0≥

32.5初凝时间终凝时间级

42.5≥

17.0≥

42.5水泥浆体开始失去塑性的时间水泥浆体完全硬化的时间级

52.5≥

22.0≥

52.5凝结时间影响施工时间安排，夏季高温会加快凝结，冬季低温会延缓凝结细度与比表面积水泥颗粒的细度影响其水化速度和强度发展普通硅酸盐水泥的比表面积一般为300-400m²/kg第四章砂浆与混凝土砂浆组成胶凝材料（水泥、石灰等）、细骨料（砂）和水作用粘结建筑材料、找平表面、保护结构分类按胶凝材料水泥砂浆、混合砂浆、石灰砂浆•按用途砌筑砂浆、抹面砂浆、装饰砂浆•混凝土组成胶凝材料（水泥）、细骨料（砂）、粗骨料（碎石、卵石）和水作用承受荷载、形成结构整体分类按强度（数字表示立方体抗压强度，单位）•C15-C80MPa按种类普通混凝土、轻质混凝土、高强混凝土、自密实混凝土等•砂浆与混凝土的主要区别在于混凝土含有粗骨料（碎石或卵石），而砂浆只含细骨料（砂）混凝土主要用于承重结构，砂浆主要用于粘结和找平混凝土的组成混凝土材料组成比例常见混凝土类型1普通混凝土最常用的混凝土类型，密度约，强度等级一般为，2400kg/m³C15-C50适用于大多数建筑工程2轻质混凝土采用轻质骨料（陶粒、浮石等）制成，密度小于，具有保温、1900kg/m³隔热性能，但强度较低3钢筋混凝土水泥砂碎石水掺合料及外加剂在混凝土中配置钢筋，利用钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能，形成复合材料，大幅提高结构性能不同强度等级和用途的混凝土，其配合比会有所不同4高性能混凝土通过优化配合比和添加高效外加剂，获得高强度、高耐久性的混凝土，如及以上强度等级C60混凝土的性能与应用1新拌混凝土性能和易性反映混凝土的流动性和可塑性•黏聚性反映混凝土不离析的能力•保水性反映混凝土保持水分的能力•初始凝结时间通常为小时•4-62硬化混凝土性能抗压强度混凝土最重要的力学指标•抗弯强度一般为抗压强度的左右•1/10弹性模量影响结构变形能力•收缩与徐变影响长期变形•耐久性抵抗环境侵蚀的能力•3施工工艺配合比设计材料计量与混合•运输避免离析和初凝•浇筑均匀填充模板•振捣消除气泡，提高密实度•养护保证水化反应充分进行•4工程应用基础工程地基、基础、地下室•结构构件梁、柱、板、剪力墙•交通工程桥梁、隧道、道路•水利工程大坝、水闸、渠道•混凝土浇筑与养护混凝土浇筑过程混凝土养护措施混凝土浇筑是将新拌混凝土填充入模板中形成构件的过养护是保证混凝土正常硬化和强度发展的重要环节程浇筑工艺直接影响混凝土的质量和性能保湿养护浇筑前检查确保模板、钢筋位置正确

1.分层浇筑每层厚度

2.30-50cm覆盖湿麻袋、喷水、洒水等方式保持混凝土表面连续浇筑避免出现施工缝湿润，防止水分过快蒸发

3.振捣消除气泡，提高密实度

4.振捣是浇筑过程中的关键步骤，不充分的振捣会导致蜂温度控制窝、孔洞等缺陷；过度振捣会造成离析冬季施工需保温（覆盖保温材料、加热），夏季施工需降温（遮阳、喷雾）养护时间普通混凝土养护期不少于天，大体积混凝土不少7于天14养护剂喷涂养护剂形成保护膜，减少水分蒸发，适用于大面积表面钢筋混凝土简介钢筋的作用与配置原则力学性能优势钢筋混凝土是现代建筑中最重要的结构材料，它钢筋混凝土结合了两种材料的优点结合了钢筋的抗拉性能和混凝土的抗压性能协同工作受拉区配置钢筋承担拉应力•钢筋与混凝土的热膨胀系数相近，受压区配置少量钢筋提高抗压能力•能良好协同工作箍筋抵抗剪力，约束纵向钢筋•抗拉增强构造钢筋保证结构整体性•钢筋配置必须符合规范要求，保证最小配筋率和钢筋抗拉强度是混凝土的倍100最小保护层厚度以上经济耐久钢筋被混凝土保护，防止锈蚀，延长使用寿命钢筋混凝土技术自世纪末发展至今，已成为19全球最广泛使用的建筑结构材料，支撑着现代高层建筑和大型基础设施的发展第五章陶瓷材料陶瓷的定义与历史陶瓷原料陶瓷是以粘土等无机非金属材料为主要原料，经成型和高温焙烧而成的材料中国是陶瓷的发源地，有多年的陶瓷历史现代建筑陶瓷的主要原料包括7000建筑陶瓷的发展经历了可塑性原料粘土、高岭土（提供成型性能）•非可塑性原料石英、长石（提供骨架支撑）原始陶器（新石器时代）•

1.助熔剂长石、石灰石（降低烧成温度）青瓷砖瓦（汉唐时期）•

2.添加剂着色剂、增强剂等琉璃建筑构件（明清时期）•

3.现代工业化陶瓷（世纪至今）陶瓷制造工艺

4.2001原料准备粉碎、筛分、配料、球磨02成型干压、挤压、注浆等方法03干燥控制水分蒸发速率，防止变形开裂04烧成℃高温烧结，形成陶瓷结构1000-130005后处理检验、分级、施釉、二次烧成等陶瓷材料的种类与用途砖瓦类陶瓷•烧结普通砖最常见的砌筑材料•多孔砖重量轻，保温性能好•空心砖材料节约，保温隔音•屋面瓦防水性好，装饰美观应用墙体砌筑、屋面覆盖陶瓷管道•陶土排水管耐腐蚀，使用寿命长•陶瓷电工管绝缘性能好•陶瓷烟囱管耐高温应用排水系统、电气保护、烟气排放瓷砖类产品•釉面砖美观防水，易清洁•通体砖耐磨性好，适合地面•玻化砖吸水率极低，强度高•马赛克小尺寸，装饰性强应用墙面装饰、地面铺贴、卫生间、厨房卫生陶瓷•坐便器釉面平滑，冲洗性能好•洗脸盆美观耐用•浴缸保温性能好应用卫生间、浴室设备陶瓷的物理性能陶瓷材料具有耐火性好（可耐1000℃以上高温）、耐磨性强（莫氏硬度5-7）、绝缘性好（电阻率高）、化学稳定性好（耐酸碱）等特点，但脆性较大，抗冲击性能较差第六章其他建筑材料木材金属材料金属材料在现代建筑中扮演重要角色，尤其是结构用途钢材•强度高、塑性好、工艺性能优•主要用于结构构件、钢筋、桥梁等•需防腐、防火处理铝材•重量轻、耐腐蚀、加工性能好•主要用于门窗、幕墙、装饰构件•需考虑热膨胀问题建筑材料的物理性能详解强度性能变形性能强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，是建筑材料最重要的力学性能抗压强度材料在压力下抵抗破坏的能力混凝土、石材等主要考察此项指标计算公式，其中为破坏荷载，为承压面积fc=P/A PA抗拉强度材料在拉力下抵抗破坏的能力钢材、木材等需重点考察此项多数建筑材料的抗拉强度远低于抗压强度，如混凝土的抗拉强度仅为抗压强度的左右1/10抗弯强度材料在弯曲力作用下抵抗破坏的能力，对梁类构件尤为重要弹性与塑性计算公式，其中为弯矩，为截面模量fb=M/W MW弹性是指材料在外力作用下产生变形，卸载后能恢复原状的性能弹性模量是衡量材料刚度的重要指抗剪强度标塑性是指材料在外力作用下产生永久变形的性能良好的塑性可以防止材料脆性破坏材料在剪切力作用下抵抗破坏的能力，对连接节点尤为重要韧性、硬度与耐磨性韧性材料吸收能量而不破坏的能力，关系到抗冲击性能•硬度材料抵抗局部变形的能力，通常用莫氏硬度或布氏硬度表示•耐磨性材料抵抗磨损的能力，对地面材料尤为重要•建筑材料的耐久性与环境适应性化学侵蚀物理侵蚀包括酸雨、盐分、二氧化碳等导致的化学反应包括风化、温度变化、冻融循环等造成的损伤酸雨对石材、混凝土的溶蚀•温度变化引起的热胀冷缩•二氧化碳引起的混凝土碳化•冻融循环导致的材料开裂•氯离子对钢筋的腐蚀•风沙磨损对材料表面的侵蚀•碱骨料反应导致混凝土开裂•寿命与维护生物侵蚀不同材料的使用寿命和维护要求差异巨大包括微生物、昆虫、植物等生物因素的破坏石材寿命可达年以上，维护成本低•100霉菌、藻类在潮湿环境下的生长•钢结构需定期防锈处理，寿命年•50-100白蚁对木材的侵蚀•木材需防腐、防虫处理，寿命年•30-50植物根系对建筑材料的机械破坏•塑料易老化，寿命通常年•10-30建筑材料的耐久性直接影响建筑物的使用寿命和维护成本在设计时必须考虑建筑所处环境条件，选择适当的材料并采取相应的防护措施建筑材料的测试方法混凝土坍落度试验抗压强度测试吸水率与密度测定测试新拌混凝土的流动性和可塑性，是工作性的重要指标使用压力机对标准试件施加荷载直至破坏，记录最大荷载除通过浸水前后试件的质量变化计算吸水率，反映材料的密实使用坍落度筒和钢尺测量混凝土锥体的下沉高度以截面积即为抗压强度度和孔隙率通常坍落度在之间，根据不同工程要求选择不混凝土标准试件为××立方体吸水率（浸水后质量干燥质量）干燥质量×30-180mm150mm150mm150mm=-/100%同坍落度或×圆柱体Φ150mm300mm密度通常采用阿基米德原理测定，对不规则形状试件尤为适用其他常见测试方法水泥凝结时间测定使用维卡仪测定水泥浆体的初凝和终凝时间抗冻性试验通过冻融循环确定材料的抗冻等级••砂石筛分析确定砂石的级配情况耐磨性试验通过磨耗量判断材料的耐磨程度••软化系数测定材料湿态强度与干态强度之比，反映耐水性超声波检测无损检测混凝土内部缺陷••混凝土坍落度试验步骤详解0102试验器具准备试验筒湿润与放置主要器具包括将坍落度筒内表面湿润，放在平整不吸水的基板上，试验过程中操作者需用脚踩住筒底两侧的踏板固定筒体坍落度筒上口直径，下口直径，高•100mm200mm300mm捣棒钢棒，长，一端圆头•Φ16mm600mm坍落度测量尺量程不小于•300mm平整不吸水的基板•0304分层填充与振实刮平表面分三层填充混凝土，每层高度约为筒高的每层用捣棒捣次，捣棒均匀分布填充完成后，用抹刀将溢出坍落度筒顶面的混凝土刮平，并清除筒外和基板上掉落1/325在整个截面上，且略微伸入下层混凝土中的混凝土0506提筒与测量判定与记录垂直缓慢提起坍落度筒，时间控制在秒随后将坍落度筒放在混凝土样体旁记录坍落度值，并观察坍落形态正常坍落形态应为对称下沉，如出现剪切坍落或5-10边，用钢尺测量筒顶中心点到混凝土最高点的距离，即为坍落度值坍散，应重新取样测试混凝土坍落度试验现场坍落度值的判断标准影响坍落度的因素坍落度范围mm流动性等级适用范围水灰比硬塑性道路、大坝水灰比增加，坍落度增大；水灰比减小，坍落度减小水灰比是影响坍落度最直接的10-40因素塑性一般结构50-90流动性密集配筋结构100-150骨料性质高流动性泵送混凝土160-210骨料粒形越圆滑，坍落度越大；骨料级配良好，坍落度较大；骨料表面吸水性强，坍落度减小坍落度值过大表明混凝土过于稀软，可能导致离析和强度下降；坍落度值过小表明混凝土过于干硬，不易振捣密实外加剂减水剂可在不增加用水量的情况下提高坍落度；引气剂引入微小气泡，可改善混凝土工作性环境温度温度升高，水分蒸发加快，坍落度损失加快；低温环境下，坍落度损失较慢建筑材料的环保与可持续发展资源节约与循环利用低能耗材料的推广建筑业是资源消耗大户，建筑材料的资源节约至关重要建材生产能耗高，减少能耗是行业可持续发展的关键利用工业废渣生产建材粉煤灰、矿渣、尾矿等•水泥生产节能建筑垃圾再生利用废混凝土再生骨料•木材可持续采伐速生林、人工林新型干法水泥窑替代落后湿法窑，节能以上•40%节水型建材生产工艺干法水泥生产线•玻璃生产节能中国已建立完善的建筑垃圾回收利用体系，再生骨料混凝土应用日益广泛浮法玻璃全氧燃烧技术，节能以上20%陶瓷生产节能一次烧成工艺替代二次烧成，节能以上30%绿色建筑材料认证标准中国已建立完善的绿色建材评价标准体系《绿色建材评价标识管理办法》《绿色建筑材料评价技术导则》规定了绿色建材的定义、评价指标和标识管理提供了具体的评价方法和技术要求《建筑材料放射性核素限量》控制建材中放射性物质含量，保障人体健康建筑材料的经济性分析1材料采购成本采购成本是建筑材料经济性分析的首要因素，包括原材料费用受市场供需、资源分布影响•加工费用与技术复杂性、能源消耗相关•品牌溢价知名品牌材料价格往往更高•采购策略批量采购、长期合作、材料替代2运输与存储成本大体积低价值材料的运输成本可能超过材料本身价值运输方式公路、铁路、水路的选择•运输距离本地材料外地材料•vs存储要求防潮、防晒、防冻等特殊要求•损耗控制减少搬运和存储过程中的损坏•策略就近采购、合理规划物流3施工与安装成本复杂材料可能降低材料成本但增加施工成本施工难度专业技术要求•施工时间对工期的影响•机械设备特殊设备需求•人工成本技术工人费用•策略标准化设计、工厂化预制4维护与更换成本材料的全生命周期成本往往远超初始成本使用寿命不同材料寿命差异巨大•维护频率定期保养和修缮需求•维护难度专业技术和设备要求•更换成本未来材料价格和拆除费用•策略选择耐久性好的材料，降低全生命周期成本建筑材料的未来发展趋势智能材料与自修复材料轻质高强材料智能材料能感知外界环境变化并做出响应，如减轻建筑自重是结构设计的重要方向温度敏感材料根据温度变化调节透光率的玻璃高强轻质混凝土强度可达普通混凝土，密度仅••为光敏材料根据光照强度调节性能的屋顶材料60-80%•碳纤维增强复合材料强度超过钢材，重量仅为自修复混凝土内含微胶囊或细菌，裂缝产生时••自动修复1/4轻质金属合金镁铝合金、钛合金等在建筑中的形状记忆合金能记忆初始形状，受热后恢复原••应用形陶瓷纤维材料耐高温、重量轻、强度高•这些材料可大幅提高建筑的适应性和使用寿命轻质高强材料有助于减少地震作用，降低基础造价新能源与环保材料建筑材料向能源生产者转变光伏建材光伏玻璃、光伏瓦、光伏幕墙•相变储能材料储存和释放热能，调节室内温度•二氧化碳负排放材料能吸收大气中₂的混凝土•CO生物基材料利用农作物秸秆、竹材等可再生资源生产•这些材料将使建筑从能源消耗者转变为能源生产者典型建筑材料案例分析某高层建筑混凝土配比优化绿色建筑中环保材料的应用工程背景某42层高层住宅，要求C40混凝土，泵送高度140米工程背景某绿色办公建筑，目标获得三星级绿色建筑认证挑战材料选择策略•泵送高度大，对混凝土流动性要求高•高强度要求，水灰比需控制在较低水平结构材料•大体积浇筑，需控制水化热采用60%再生骨料混凝土，减少天然砂石开采解决方案•采用复合外加剂，在低水灰比下保证流动性•掺入30%粉煤灰，降低水化热，提高工作性墙体材料•采用连续级配骨料，提高混凝土密实度采用蒸压加气混凝土砌块，提高保温性能效果混凝土28天强度达50MPa，泵送顺畅，无离析现象课程总结建筑材料的多样性从传统的石材、木材到现代的混凝土、钢材，再到新型的复合材料、智能材料，建筑材料种类繁多，每种材料都有其特定的性能特点和适用范围材料选择应根据工程需求、环境条件、经济因素等综合考虑，不存在放之四海而皆准的最佳材料关键材料性能与施工技术建筑材料的物理、化学性能决定了其在工程中的应用方式掌握各类材料的强度、耐久性、变形特性等关键性能指标，是正确选用材料的基础同时，良好的施工技术和质量控制对于充分发挥材料性能至关重要，如混凝土的配比设计、浇筑振捣、养护等都直接影响最终质量环保与经济双重考量在追求经济效益的同时，必须重视建筑材料对环境的影响绿色、低碳、可持续的建筑材料是未来发展方向经济性分析应考虑材料全生命周期成本，包括初始成本、运输成本、施工成本、维护成本和报废成本，而不仅仅是采购价格建筑材料学是建筑工程的基础学科，掌握材料知识对于确保工程质量、控制工程造价、提高建筑性能具有重要意义随着科技进步和可持续发展理念的深入，建筑材料将不断创新发展，为建筑行业提供更多可能性谢谢聆听欢迎提问与讨论后续学习资源推荐如有任何关于建筑材料的问题，欢迎在课后提出，我们在线课程可以进一步深入探讨建筑材料实验技术本课程内容丰富，如需复习，可参考以下资源混凝土结构设计原理课程讲义及（可在课程网站下载）•PPT推荐教材《建筑材料》（第五版）•绿色建筑材料与应用实验指导书《建筑材料实验指导》•专业网站中国建筑材料联合会建筑材料工业技术情报研究所中国混凝土与水泥制品网联系方式教师邮箱teacher@university.edu教师办公室工程楼区室A501答疑时间周三下午2:00-5:00。