03第三章 建筑材料概述

二、弹性与塑性 材料在外力作用下产生变形，外力去掉后， 变形能完全消失的性能称为弹性。 材料在外力作用下产生变形，外力去掉后， 变形不能完全恢复并且材料也不即行破坏 的性质，称为塑性。 三、脆性与韧性 材料在外力作用下，当外力达到一定数值 后，突然产生破坏而没有明显塑性变形的 性质称为脆性。
脆性材料的抗压强度要比抗拉强度大得多， 高达几倍或几十倍，如石材、砖、普通混 凝土、玻璃和陶瓷等。由于脆性材料的抗 冲击和震动荷载的能力差，故在建筑物中 常用来作承压构件。 材料在冲击或振动荷载作用下能吸收较大 的能量，同时产生一定塑性变形后而不被 破坏的性质称为韧性，也称为冲击韧性。
材料的抗弯强度，对矩形截面的试件，其 抗弯强度可按下式计算：
不同材料具有不同的抵抗外力的特性，混 凝土、砖、石材等抗压强度较高，钢材的 抗拉、抗压强度都很高。在建筑设计中选 择材料时应了解清楚不同材料所具有的不 同强度特性。 材料的强度大小主要决定于其本身的成分、 构造。一般情况下，材料的表观密度越小、 孔隙率越大、越疏松．其强度就越低。
2．建筑石膏制品及应用 由于建筑石膏凝结硬化快，强度较高，硬 化后石膏的抗拉和抗压强度比石灰高，成 型性能优良，表观密度小，导热系数小， 防火性好，调色性好。应用较多的是在建 筑石膏中掺入各种填料加工制成各种石膏 装饰制品和石膏板材，用于建筑物的内隔 墙、墙面和顶棚的装饰装修等。
1）石膏板 (1)纸面石膏板：纸面石膏板是用石膏作芯材，两面 用纸做护面而成，规格为：宽度900-1200mm，厚 度9-12mm，长度可根据需要而定。纸面石膏板主 要用于建筑内墙、隔墙和吊顶板等。 (2)石膏装饰板：石膏装饰板是以建筑石膏为主要原 料制成的平板、多孔板、花纹板、浮雕板及装饰薄 板等，规格为边长300、400、500、600、900mm 的正方形。装饰板的主要特点是花色品种多样、颜 色鲜艳、造型美观．主要用于大型公共建筑的墙面 和吊顶罩面板。
材料软化系数范围在0-1之间，数值越大，说明材料的 耐水性能越好。当软化系数大于0．85时，则认为该材 料是耐水的。
4．抗渗性 材料抵抗压力水渗透的性质或材料的不透 水性称为抗渗性。 材料的抗渗性用抗渗等级来表示，即用材 料抵抗压力水渗透的最大水压力值来确定， 其抗渗等级越高，则表明材料的抗渗性能 越好。如P6、P8、P10、P12等，分别表示 材料可抵抗0．6、0．8、1．0 1．2MPa水压力而不渗水。
第二节无机胶凝材料
建筑工程中，凡通过自身的物理化学作用 从浆体变成坚硬的石状体(即硬化过程)，并 能将松散矿质材料(如砂、石等)胶结为一个 整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料 的分类、特性及应用见表3．1.
表3．4 胶凝材料的分类、特性及应用
一、石灰 1、生石灰：原料为石灰岩(主要成分 CaCO3、少量MgCO3)经900—1300°C高 温煅烧而成。
提高材料的耐久性，常采取以下三个方面 的措施： (1)提高材料本身对外界破环作用的抵抗力， 如提高材料的密实度，改变孔结构的形式， 合理选定原材料的组成等。 (2)减轻环境条件对材料的破坏作用，如对 材料进行特殊处理或采取必要的构造措施。 (3)在主体材料表面加保护层，如覆盖贴面、 喷涂料等，使主体材料与大气、阳光、雨、 雪隔绝，不致受到直接侵害。
在建筑工程中，密度、表现密度和堆积密度常 用来计算材料的配料、用量、构件的自重、堆 放空间和材料的运输量，工程中常用的几种材 料密度、表观密度和堆积密度值见表3-1。
表3-1 常用材料密度、表观密度、堆积密度
4．密实度 固体材料中固体物质的充实程度，即材料 的绝对密实体积与其总体积之比。计算式 为：D=V/V0=(m/ρ)/(m/ρ0)= ρ0 / ρ 凡具有孔隙的固体材料，其密实度都小于1。 材料的密度与表观密度越接近，材料就越 密实。材料的密实度大小与其强度、耐水 性和导热性等很多性质有关。 5．孔隙率 固体材料的体积内孔隙体积所占的比例。 可根据下式计算: P=(V0-V)/V0=1-D
生石灰的主要成分是氧化钙，其次是氧化镁。 当生石灰中氧化镁的含量小于或等于5％时称 为钙质石灰；氧化镁含量大于5％时称为镁质 石灰。建筑石灰供应的品种有块状生石灰和消 石灰粉两种，其技术指标分别见表3-5和表3-6。
表3-5 生石灰的主要技术指标(JC/T 479-1992)
表3-6 消石灰粉主要技术指标(JC/T48l—1992)
第三章 建筑材料概述
第一节 建筑材料的基本性质
一、 材料的主要物理性质 （一）材料与质量有关的性质 1．密度(比重) 即材料在绝对密实状态下单位体积的质量， 用下式计算:ρ=m/V 式中ρ-材料的密度，kg／m3； m-材料的质量，kg； V-材料在绝对密实状态下的体积, m3
2．表观密度(容重) 材料在自然状态下单位体积的质量. 按下式计 算:ρ0=m/V0 ρ0-材料的表观密度，kg／m3； m-材料的质量，kg； V0-材料在自然状态下的体积, m3 3．堆积密度 堆积密度是指粉状、颗粒状及纤维状等材料在自 然堆积状态下的单位体积质量，可按下式进行计 算：ρ’0=m/V’0 ρ’0-材料堆积密度, kg／m3； m-材料的质量，kg； V’0-材料的堆积体积, m3
导热系数、热容综合表示材料的热工 性能，对于建筑物的保温、隔热，实 现建筑节能具有重要意义。
表3—2 工程常用材料热工性质指标
二 、 材料的力学性质
材料的力学性质是指材料在各种外力作用 下抵抗变形或破坏的性质。 一、强度 材料在外力(荷载)作用下抵抗破坏的能力称 为强度。 材料在建筑物上所受的外力主要有拉力、 压力、弯曲及剪力等。材料抵抗这些外力 破坏的能力分别称为抗拉、抗压、抗弯和 抗剪强度
材料的孔隙率大，则表明材料的密实程度 小。材料的许多性质，如表观密度、强度、 透水性、抗渗性、抗冻性、导热性和耐蚀 性等，除与孔隙率的大小有关，还与孔隙 的构造特征有关(即孔隙的大小和形状)。 6．填充率 填充率是指颗粒材料或粉状材料的堆积体 积内，被颗粒所填充的程度，用D’表示， 可按下式进行计算： D’=V/V’0=ρ’0/ρ0
5．抗冻性 材料在多次冻融循环作用下不破坏，强度 也不显著降低的性质称为抗冻性。材料在 吸水饱和后，从-15℃冷冻到20℃融化称做 经受一个冻融循环作用。 材料的抗冻性常用抗冻等级表示，即抵抗 冻融循环次数的多少，如混凝土的抗冻等 级有D50、D100、D150、D200、D250和D300等。
(三)材料与温度有关的性质 1．导热性 热量由材料的一面传至另一面的性质称为 导热性，用导热系数“λ”表示。 导热系数是评定材料绝热性能的重要指标。 材料的导热系数越小，则材料的绝热性能 越好。 材料传热能力主要与传热面积、传热时间、 传热材料两面温度差及材料的厚度、自身 的导热系数大小等因素有关，可用下面公 式计算：
新鲜块灰(生石灰)吸水、吸湿性极强，应封 闭贮存，防潮防水；不应与易燃、易爆物品 及液体共存、同运，以免发生火灾．引起爆 炸，运输过程中应有防雨措施。另外，石灰 在存放过程中，极易吸收空气中的水分和二 氧化碳，自行消解而失去活性，导致胶凝性 下降，故存放期不宜过长，一般不超过一个 月。灰膏陈伏后应在表面覆土或砂，使其与 空气隔绝，方能保存较长时间而不变质。
7．空隙率 空隙率是指颗粒材料或粉状材料的堆积体 积内，颗粒之间的空隙体积所占的百分率， 用P‘表示，可按下式进行计算： P=(V’-V0)/V’=1- ρ’0/ρ0 材料空隙率大小，表明颗粒材料中颗粒之 间相互填充的密实程度，计算混凝土骨料 的级配和砂率时常以空隙率为计算依据。
(二)材料与水有关的性质 1．吸水性 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。 材料吸水性的大小可用吸水率表示。吸水 率又有质量吸水率和体积吸水率之分，其 计算公式分别为: W质=(m饱-m干)/m干 W体=(m饱-m干)/ V0 ρw V0 -材料在自然状态下的体积，m3 ρw -水的密度， kg／m3
一般金属材料的导热系数最大，无机非金 属材料次之，有机材料最小。成分相同时， 密实性大的材料．导热系数大；孔隙率相 同时．具有微孔或封闭孔构造的材料，导 热系数偏小。另外，材料处于高温状态要 比常温状态时的导热系数大；若材料含水 后，其导热系数会明显增大。
2．热容 材料具有加热时吸收热量，冷却时释放热量的性 质，材料温度变化1K所吸收或释放的热量称为热 容。材料单位质量的热容称为比热容c，可用下 式进行计算：
பைடு நூலகம்
煅烧过程对石灰的质量有很大的影响，当石灰岩 块尺寸过大或燃烧温度过低、煅烧时间不足时， 石灰石的分解不够彻底，得到的生石灰中残留有 末分解的石灰石，称为欠火石灰；
若燃烧温度过高、燃烧时间过长或原料中 的二氧化硅和氧化铝等杂质发生熔结，则 形成过火石灰。过火石灰质地密实，熟化 速度缓慢，其细小的颗粒可能在石灰应用 之后熟化，体积膨胀，致使已硬化的砂浆 产生“崩裂”或“鼓泡”现象，影响工程 质量。所以，石灰熟化时，熟化的时间要 足够，要待过火石灰彻底熟化后才准用于 工程。
2．吸湿性 材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称 为吸湿性，该性质可用材料的含水率表示，按 下式进行计算：
材料吸湿含水后．会使材料的质量增加，体积膨 胀，抗冻性变差，同时使其强度、保温隔热性能 下降。
3．耐水性 材料在饱和水作用下强度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，可按下 式计算：
石灰的硬化：熟石灰在空气中会逐渐蒸发水 分并与空气中的CO2发生化学反应，最终形 成坚硬的固体。但纯石灰膏此过程缓慢且伴 有明显收缩，工程中为提高石灰膏熟化速度、 抑制收缩，常将其与砂、纸筋、麻刀等材料 按比例掺配使用。 3．石灰的应用及贮存：石灰可与粘土、砂等 材料按—定比例拌和夯实配制灰土及三合土； 亦常用于配制砌筑及抹面砂浆。石灰还可用 于墙面涂刷及制作硅酸盐制品。
三、材料的耐久性
耐久性是指材料在长期使用环境中，在多 种破坏因素作用下保持原有性能不被破坏 的能力。 各种材料除了受到各种外载荷的作用、还 受到周围环境各种自然因素的影响。如物 理、化学、生物等方面的作用。 物理作用包括温度变化、干湿交换、冻融 循环及磨损等。