第1章 工程材料的基本知识

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工程材料概论
1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
公元前3世纪 建筑材料发展 烧制的砖、瓦、 陶瓷、石灰 建筑发展 突破天然材料的 局限、营造各种 建筑
钢铁加大结构的跨度、从 几米到几十米到几百米 出现钢筋砼、混凝土结构 20世纪中叶人工合成材料 建筑向高层、大跨发展
•汉代以泥和芦苇修筑长城。 •明朝时期，建筑业出现规模巨大 的生产流程和比较科学的烧制砖 瓦作坊。砖的制品产量大增，所 以明长城不少地方的城墙内外檐 墙都以巨砖砌筑。
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
故宫始建于公元 1406，1420年 基本竣工，是明 朝皇帝朱棣始建。 故宫宫殿建筑均 是木结构、黄琉 璃瓦顶、青白石 底座，饰以金碧 辉煌的彩画.
图1-1材料的几种受力状态 (a)抗压 (b)抗拉 (c)抗剪 (d)抗弯(抗折)
材料的强度分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗 弯(抗折)强度四种
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材料的基本性质
材料的抗弯强度(又称抗折强度)与材料 的截面和受力情况有关，不同形状大小 的试件，不同的受力情况，其计算不同 材料试验中，常采 用矩形截面试件， 在两支点正中作用 一个集中荷载
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1.1.4材料产品的标准 1.建筑材料的标准及其作用 各级标准均有相应的代号，其表示方法由标准名称、标准代号、 发布顺序号和发布年号组成。例如：
《硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥》 GB 175 - 1999
发布年号：1999年 发布顺序号：175 标准代号：GB 标准名称：硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 1、不可缺少的物质基础
ⅡⅠ级铁路干线 平原地区 需材料6000余吨/公里 山岳地区 需材料15000余吨/公里 劣质材料—→危害工程质量、影响使用、造成事故
2、影响工程质量
例：长沙某6层楼建筑施工期间，突然倒塌，经查，材料不合格引起 的破坏。故材料在用于工程中时，一般要送试验室检验。
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
世界最长跨海大桥—— 青岛海湾大桥，东起青 岛主城区黑龙江路杨家 群入口处，跨越胶州湾 海域，西至黄岛红石崖 ，路线全长新建里程 28.047 公里，其中海上 段长度25.171 公里 。 大桥共用掉钢材约45万 吨，相当于一个年钢产 量过千万吨的特大型钢 企一个多月的钢产量； 共需混凝土约230万方 。
（3）体积密度 材料(块体或颗粒)在自然状态下单位体 积的质量称为体积密度。
（4）堆积密度
颗粒材料(或纤维材料)在自然堆 积状态下单位体积的质量称为堆 积密度
' 0
m 0 V0
0——材料自然状态下的体积(自然体积)，
cm3或m3
m V0'
m ——材料的体积密度，g/cm3或kg/m3
V0 ——材料的质量，g或kg；
'
m V'
——材料在密实状态下的体积，cm3。 m ——材料的干质量，g
V ——材料的密实密度，g／cm3
m V
——包含少量封闭孔隙而不含开口孔 隙的颗粒体积，cm3 m ——颗粒堆积材料的干质量，g V ' ——颗粒堆积材料的表观密度，g/cm3
'
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材料的基本性质
1.2.1材料的基本物理性质 1．密度
0
D ——材料的密实度，％。
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材料的基本性质
(2)空隙率：空隙率是指颗粒材料(或 纤维材料)的堆积体积中，颗粒(或纤 维)间的空隙体积所占的百分率。
' V0' V ' 0 ' P 100% 1 D (1 ' ) 100% V0' '
1.2.1材料的基本物理性质 3．填充率和空隙率
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1.1.4材料产品的标准 1.建筑材料的标准及其作用 •建材工业企业必须严格按技术标准进行设计、生产，以确保 产品质量，生产出合格的产品。 •建筑材料的使用者必须按技术标准选择、使用质量合格的材 料，使设计、施工标准化，以确保工程质量，加快施工进度 ，降低工程造价。 •供需双方，必须按技术标准规定进行材料的验收，以确保双 方的合法权益。 •建筑材料的技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准、 企业标准等，分别由相应的标准化管理部门批准并颁布。
3、决定工程造价和经济效益
材料费/总造价 约 50%～60% 降低材料费用的主要途径： 正确选择材料、就地取材、合理利用、减少浪费、科学管理
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
赵州桥的结构： 主拱由28道相互独立的拱券 并列而成，建桥时先砌中间的， 再砌两边的，每道拱券宽约35厘 米，每石长度不同，自70厘米至 于109厘米不等，各块条石之间用 二个“腰铁”相连。每条拱券坏 了可单独修理，因外侧的拱券易 风化损坏，明代时桥西侧的5道拱 券塌落，在明清时重修（没有修 复记录，可明显看出与中间的石 料不同），1955年对东侧塌落的5 道拱券进行了重修。中间18道拱 券还是隋代建筑的。
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三、这门课怎么学？
•坚持理论联系实际的学习方法； •重视试验课及习题，认真作好试验和填写试验报告； •抓住专业学习的目的，掌握重点； •运用列表、对比等方法，加强记忆； •重视自学能力的培养。
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1.本课程的作用 《建筑材料》是一门专业基础课，为学生学好其它专 业课提供必要的基础知识。 2.本课程的内容 本课程主要讲述建筑工程中常用建筑材料的原材料及 生产工艺、品种与规格、主要技术性质、质量标准、检 验方法、应用和保管等基本知识。 掌握建筑材料的性能及其在工程中的应用，是学习本 课程的重点。必须懂得如何选择和使用建筑材料。
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1.2.1材料的基本物理性质
1.2.2材料的力学性质
1.2.3材料与水有关的性质 1.2.4材料的耐久性
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材料的基本性质
1.2.1材料的基本物理性质 1．密度
（1）密度 材料在密实状态下单位体积的 质量称为材料的密度 (2)表观密度 材料在自然状态下不含开口孔隙时单位 体积的质量称为材料的表观密度
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1.1.4材料产品的标准 2.建筑材料的标准分类
国家标准 GB——国家标准；GB/T——推荐国家标准 JGJ——建设部行业标准；JC——国家建材局行业标准； 行业标准 JT——交通部行业标准；YB——冶金部行业标准； SD——水电部行业标准；LY——林业部行业标准 地方标准 DB——地方标准；DB/T——地方推荐性标准 企业标准 QB——企业标准 ISO——国际标准；ASTM——美国材料试验协会标准； 国外标准 JIS——日本工业标准；DIN——德国工业标准； BS——英国标准；NF——法国标准
金属材料 无机材料 非金属材料 建 筑 材 料 植物材料 有机材料 高分子材料 金属与非金 属复合材料 复合材料 无机有机 复合材料 沥青混凝土、聚合物混凝土 黑色金属、有色金属 石材、烧结制品、熔融制品、胶凝材 料、混凝土、砂浆、硅酸盐制品 木材、竹材及其制品 沥青、塑料、涂料、 合成橡胶、胶粘剂 钢纤维砼、铝塑板、涂塑钢板
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
“鸟巢”外形结构主要 由巨大的门式钢架组成， 共有24根桁架柱，需要 一种抗拉、抗压和抗弯 强度大的特种钢材做支 撑柱。为此，几个相关 部门共同努力，开发了 一种型号为Q460-Z35 的新钢材，这种钢材以 前虽然也列入中国钢材 目录，但从没开发生产 过厚度达到110毫米， 国内在民用钢结构建筑 上还是第一次应用，为 特殊研制。
19世纪20年代 19世纪中叶 水泥 钢铁
20世纪中叶
人工合成材料
建筑向高层、大 跨发展
结构发展 木结构 砖木结构 施工技术发展 砌筑工艺 木工 混凝土施工工艺 钢筋施工工艺 砌筑工艺 木工 砖混、框架、框剪等 等 网架结构、膜结 构、壳体结构
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1.1.3新型材料的发展方向
1．高强：研制和发展高强度材料，以减小承重结构构件的截面，降低结构自重 2．轻质：发展轻质材料，减轻建筑物的自重，降低运输费用和工人劳动强度。 3．复合高效多功能：发展高性能的复合材料，使材料具有高耐久性、高防火性 、高防水性、高保温性、高吸声性、高装饰性等优异性能，并且使一种材料具有 多种功能，除了满足坚固、安全、耐久性的要求之外，还具有良好的保温隔热、 吸声、防潮、装饰等功能。 4．节约能源：研制和生产低能耗(包括材料生产能耗和建筑使用能耗)的节能建 筑材料，这对于降低成本、节约能源将起到十分有益的作用。 5．综合利用：充分利用各种地方材料和工业废渣来生产工程材料，降低成本， 变废为宝，化害为利，节约能源，改善环境。 6．工业化生产：发展适用于由工厂大规模生产、机械化安装施工的材料制品， 加快施工速度。
建于1300多年前（桥长约51m， 净跨37m） 石材为青白色石灰岩
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1.1.2工程材料在工程建设中的地位 4.新型建筑材料的研制与发展将 促进工程结构和施工技术的进步
万里长城是我国古代伟大的工 程之一。始建于春秋战国（公元 前770～476），今存者为明代所 修建。总长度大约有十万里以上 所用土木工程材料：土、石、 木料、砖、石灰 长城的建材系就地取材，各地 颇不相同。