建筑材料

緒論

?0.1建筑材料的定義

?0.2建筑材料的分類

?0.3建筑材料在建筑工程中的地位

?0.4建筑材料的開展

?0.5建筑材料的技術標準

第一章建筑材料的根本性質

?1.1建筑材料的根本物理性質

?1.2建筑材料的力學性質

?1.3建筑材料的耐久性

?1.4本章小結

?1.5復習思考題

第二章石材

?2.1建筑中常用的天然巖石

?2.2天然石材的技術性質、加工類型及選用原那么

?2.3人造石材

?2.4木章小結

?2.5復習思考題

第三章氣硬性膠凝材料

?3.1建筑石灰

?3.2建筑石膏

?3.3水玻璃

?3.4本章小結

?3.5復習思考題

第四章水泥

?4.1硅酸鹽水泥

?4.2摻混合材料的硅酸鹽水泥

?4.3特性水泥及專用水泥

?4.4水泥的選用、驗收與保管

?4.5本章小結

?4.6復習思考題

第五章混凝土

?5.1概述

?5.2普通混凝土的組成材料

?5.3混凝土拌合物的和易性

?5.4硬化混凝土的強度

?5.5混凝土的變形性能

?5.6混凝土的耐久性

?5.7混凝土的外加劑

?5.8普通混凝土的配合比設計

?5.9本章小結

?5.10復習思考題

第六章建筑砂漿

?6.1砌筑砂漿

?6.2抹面砂漿

?6.3其他砂漿

?6.4本章小結

?6.5復習思考題

第七章墻體材料

?7.1砌墻磚

?7.2墻用砌塊

?7.3墻用板材

?7.4本章小結

?7.5復習思考題

第八章建筑鋼材

?8.1鋼的冶煉加工與分類

?8.2建筑鋼材的主要技術性能

?8.3建筑鋼材的標準與選用

?8.4鋼材的銹蝕及防止

?8.5本章小結

?8.6復習思考題

第九章木材

?9.1木材的分類

?9.2木材的性質

?9.3木材的尺寸檢量和材積計算

?9.4木材的應用

?9.5木材的處理

?9.6本章小結

?9.7復習思考題

第十章防水材料

?10.1石油瀝青

?10.2石油瀝青的技術性質和要求

?10.3瀝青混合料

?10.4熱拌瀝青混合料的配合比設計

?10.5瀝青防水制品

?10.6改性瀝青防水制品

?10.7高分子防水材料

?10.8本章小結

?10.9復習思考題

第十一章建筑裝飾材料

?11.1天然石材

?11.2裝飾混凝土

?11.3建筑陶瓷

?11.4玻璃及制品

?11.5金屬裝飾材料

?11.6木制飾面板

?11.7涂料

?11.8裝飾材料的污染

?11.9本章小結

?11.10復習思考題

緒論

建筑材料和建筑設計、建筑結構、建筑經濟及建筑施工等一樣，是建筑工程學科的

一局部，而且是極為重要的局部。因為，建筑材料是建筑工程的物質根底。一個優(yōu)秀的

建筑師總是把建筑藝術和以最正確方式選用的建筑材料融合在一起。結構工程師只有在

很好的了解建筑材料的性能后，才能根據力學計算，準確確實定建筑構件的尺寸和創(chuàng)造

出先進的結構型式。建筑經濟學家為了降低造價，節(jié)省投資，在根本建設中，特別是在

已經興起的商品房屋的事業(yè)中，首先要考慮的是節(jié)約和合理的使用建筑材料。而建筑施

工和安裝的全過程，實質上是按設計要求把建筑材料逐步變成建筑物的過程。它涉及材

料的選用、運輸、儲存以及加工等諸方面。總之，從事建筑工程的技術人員都必須了解

和掌握建筑材料有關技術知識。而且，應使所用的材料都能最大限度的發(fā)揮其效能，并

合理、經濟的滿足建筑工程上的各種要求。

0.1建筑材料的定義

建筑材料的定義有廣義與狹義兩種：

1.廣義的建筑材料是指建造建筑物和構筑物的所有材料，包括使用的各種原材料、

半成品、成品等的總稱。如粘土、鐵礦石、石灰石、生石膏等。

2.狹義的建筑材料是指直接構成建筑物和構筑物實體的材料。如混凝土、水

泥、石灰、鋼筋、粘土磚、玻璃等。

作為建筑材料必須同時滿足兩個根本要求：

1、滿足建筑物和構筑物本身的技術性能要求，保證能正常使用。

2、在其使用過程中，能抵御周圍環(huán)境的影響與有害介質的侵蝕，保證建筑物

和構筑物的合理使用壽命。同時也不能對周圍環(huán)境產生危害。

0.2建筑材料的分類

無機材料

按建筑材料的化學組成

有機材料

分

復合材料

建筑材料的分類

建筑結構材料

按建筑材料的使用功能

墻體材料

分

建筑功能材料

0.2.1無機材料

無機材料?，包括金屬材料和非金屬材料。

1.金屬材料：有鋼、鐵及其合金，鋁、銅等。

鋼

銅

鋁

2.非金屬材料：包括天然石材、燒土制品、膠凝材料及制品、玻璃、無機纖維材料。

a、天然石材有砂、石及石材制品等。

粘土磚瓦

c、玻璃有普通平板玻璃、特種玻璃等。

印花玻璃玻璃幕墻

0.2.2有機材料

有機材料，包括植物材料、瀝青材料及合成高分子塑料。

a、植物材料有木材、竹材、植物纖維等。

木地板竹地板

b、瀝青材料有煤瀝青、石油瀝青及其制品等。

瀝青碎

c、合成高分子材料有塑料、涂料、合成橡膠等。

涂料

0.2.3復合材料

復合材料，包括有機與無機非金屬材料，金屬與無機非金屬復合材料，金屬與有

機復合材料。

a、有機與無機非金屬復合材料有聚合物碎、玻璃纖維增強塑料。

b、金屬與無機非金屬復合材料有鋼筋碎，鋼纖維碎等。

鋼筋碎鋼纖維碎

c、金屬與有機材料復合有PVC鋼板、有機涂層鋁合金板等。

鋁合金板

0.2.4建筑結構材料

建筑結構材料主要是指構成建筑物受力構件和結構所用的材料?，如梁、板、柱、

根底、框架及其它受力構件和結構等所用的材料。對這類材料主要技術性能的要求是強

度和耐久性。

目前所用的主要結構材料有磚、石、水泥砂及兩者的復合物一鋼筋碎和預應力鋼

筋碎。隨著工業(yè)的開展，輕鋼結構和鋁合金結構所占的比例將會逐漸加大。

水泥水泥碎

預應力鋼筋性

0.2.5墻體材料

墻體材料，主要指建筑物內、外及分隔墻體所用的材料，有承重和非承重兩類。

目前我國大量采用的墻體材料為粉煤灰砌塊、碎及加氣碎砌磚等。此外，還有碎墻板、石

板、金屬板材和復合墻板等。

粉煤灰砌塊磚墻

鋁塑復合板

石板

0.2.6建筑功能材料

建筑功能材料?，主要指負擔某些建筑功能的非承重用材料如防水材料、絕熱材

料，吸聲和隔聲材料、采光材料、裝飾材料等。

保溫復合墻房屋吸聲材料

裝飾材料（大理石）

裝飾材料（花崗巖1]

一般來說，建筑物的可靠度與平安度，主要決定于由建筑結構材料組成的構件

和結構體系，而建筑物的使用功能與建筑品質，主要決定于建筑功能材料。對某一種具體

材料來說，它可能兼有多種功能。

0.3建筑材料在建筑工程中的地位

建筑材料和建筑設計、建筑結構、建筑經濟及建筑施工等一樣，是建筑工程學科的

一局部，而且是極為重要的局部。因為建筑材料是建筑工程的物質根底。一個優(yōu)秀的建

筑師總是把建筑藝術和以最正確方式選用的建筑材料融合在一起。結構工程師只有很好

地了解建筑材料的性能后，才能根據力學計算，準確地確定建筑構件的尺寸和創(chuàng)造出先

進的結構型式。建筑經濟學家為了降低造價，節(jié)省投資，在根本建設中，首先要考慮的

是節(jié)約和合理地使用建筑材料。而建筑施工和安裝的全過程，實質上是按設計要求把建

筑材料逐步變成建筑物的過程。它涉及到材料的選用、運輸、儲存以及加工等諸方面。

總之，從事建筑工程的技術人員都必須了解和掌握建筑材料有關技術知識，而且應使所

用的材料都能最大限度地發(fā)揮其效能，并合理、經濟地滿足建筑T程上的各種要求.

建筑、材料、結構、施工四者是密切相關的。從根本上說，材料是根底，材料決定了

建筑和施工方法。新材料的出現，可以促使建筑形式的變化、結構設計和施工技術的革

新。

建筑材料在建筑工程中的地位見圖0.3.1

建筑形式建筑施工、安裝

0.4建筑材料的開展

一、開展歷程

自古以來，我國勞動者在建筑材料的生產和使用方面曾經取得了許多巨大成就。

在上古時期，人工合成類居于天然山洞或樹巢中，隨后逐步采用粘土、石、木等天然材

料建造房屋。土坯房、傳統的吊腳樓等（圖0.4.1）就是利用天然材料建造的房屋，圖

0.4.2是米:用粘土磚建造的房屋。

圖0.4.1傳統的

吊腳樓圖0.4.2采用粘土磚建造的房屋

建國以來，特別是改革開放以后，我國建筑材料生產得到了更迅速的開展。鋼材已

躋身世界生產大國之列；水泥工業(yè)已由解放前年產量缺乏百方噸的單一品種，尸展為品

種、標號齊全年產量突破4億噸的水平陶瓷材料也由過去的單一白色瓷器開展到有上千

種花色品種的陶瓷產品。玻璃工業(yè)也開展很快，普通玻璃已由建國初期年產僅108萬標

箱開展到1億余標箱，且能生產功能各異的新品種。隨著生活水平的提高和住房條件的

改善，建筑裝飾材料更是豐富多彩，產業(yè)蓬勃興旺。圖0J.3為玻璃幕墻〔紐約哥倫布

圓環(huán)傳媒中心大廈）。

圖0.4.3玻璃幕墻（紐約哥倫布圓環(huán)傳媒中心大廈）

建筑材料的進步伴隨著生產力水平的提高，促使了建筑物規(guī)模尺寸是增大、結構形

式的改變和使用功能的改善。建筑材料的開展歷程如圖0.4.4。

圖0.4.4建筑材料的開展歷程

二、開展趨勢

（1）高性能材料的研制；

（2）充分利用地方原料、固體廢棄物、各種工業(yè)廢渣等;

（3）節(jié)能材料開發(fā)；

（4）具有良好經濟效益的材料。；

0.5建筑材料的技術標準

各級標準都有各自的部門代號，例如：GB—國家標準；GBJ一建筑工程國家標準；

JGJ一建設部行業(yè)標準；JC一國家建材局標準；YB—冶金部標準；ZB—國家級專業(yè)標準

守守O

標準的表示方法，系由標準名稱、部門代號、編號和批準年份等組成，例如：

(1)國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175—99。標準的部門代號為

GB,編號為175,批準年份為：1999年。

(2)建設部標準《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55—2000。標準的部門代號

為JGJ,編號為55,批準年份為2000年。

各個國家均有自己的國家標準，例如“ASTM”代表美國國家標準、“JIS〃代表日

本國家標準、“BS〃代表英國標準、“DIN〃代表德國標準等。另外，在世界范圍內統

一執(zhí)行的標準稱國際標準，其代號為“1SO〃。

第一章建筑材料的根本性質

內容提要

了解和掌握材料的根本性質，對于合理選用可料至關重要。本章主要介紹材料

的根本物理、力學、化學性質和有關參數及計算公式。

在建筑物中，建筑材料要承受各種不同的作用，因而要求建筑材料具有相應的

不同性質。如用于建筑結構的材料要受到各種外力的作用，因此，選用的材料應具有所

需要的力學性能。又如，根據建筑物各種不同部位的使用要求，有些材料應具有防水、

絕熱、吸聲等性能；對于某些工業(yè)建筑，要求材料具有耐熱、耐腐蝕等性能。此外，對

于長期暴露在大氣中的材料，要求能經受風吹、日哂、雨淋、冰凍而引起的溫度變化、

濕度變化及反復凍融等的破壞作用。為了保證建筑物的耐久性，要求在匚程設計與施工

中正確的選擇和合理的使用材料，因此，必須熟悉和掌握各種材料的根本性質。

1.1建筑材料的根本物理性質

建筑材料在建筑物的各個部位的功能不同，均要承受各種不同的作用，因而要求建

筑材料必須具有相應的根本性質。

物理性質包括密度、密實性、空隙率、孔隙率(計算材料用量、構件自重、配

料計算、確定堆放空間)

一、材料的密度、表觀密度與堆積密度

密度是指物質單位體積的質量。單位為g/cn?或kg/nfL由于材料所處的體積狀

況不同，故有實際密度(密度)、表觀密度和堆積密度之分。

(1)實際密度(TrueDensity)

以前稱比重、真實密度)，簡稱密度(Density)。實際密度是指材料在絕對密實

狀態(tài)下，單位體積所具有的質量，按下式計算：

m

p■一

V

式中：P—實際密度(g/cm3)；

m一材料在枯燥狀態(tài)下的質量(g);

V一材料在絕對密實狀態(tài)下的體積(cm3)o

絕對密實狀態(tài)下的體積是指不包括孔隙在內的體積。除了鋼材、玻璃等少數接

近于絕對密實的材料?外，絕大多數材料都有一些孔隙，如磚、石材等塊狀材料在測定

有孔隙的材料密度時，應把材料磨成細粉以排除其內部孔隙，經枯燥至恒重后，用密度

瓶(李氏瓶)測定其實際體積，該體積即可視為材料絕對密實狀態(tài)下的體積。材料磨得

愈細，測定的密度值愈精確。

(2)表觀密度(ApparentDensity)

以前稱容重、有的也稱毛體積密度。表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體

積所具有的質量，按下式計算：

m

Aw-

/式中：PL表觀密度(g/cm*或kg/m')；

m—材料的質量(g或kg)；

V。一材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積(cn?或。

材料在自然狀態(tài)下的體積是指材料的實體積與材料內所含全部孔隙體積之和。對

于外形規(guī)那么的材料，其測定很簡便，只要測得材料的重量和體積，即可算得表觀密度。

不規(guī)那么材料的體積要采用排水法求得，但材料外表應預先涂上蠟，以防水分滲人材料

內部而影響測定值。

(3)堆積密度(BulkDensity)

散粒材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積的重量稱為堆積密度?？捎孟率奖硎荆?/p>

?m

PQ.導

■式中：P。一堆積密度(kg/m3)；

m—材料的質量(kg)；

V。一材料的堆積體積(n?)。

散粒材料在自然狀態(tài)下的體積，是指既含顆粒內部的孔隙，又含顆粒之間空隙

在內的總體積。測定散粒材料的堆積密度時，材料的質量是指在一定容積的容器內的材

料質量，其堆積體積是指所用容器的容積。假設以搗實體積計算時，那么稱緊密堆積密

度。

土木工程中在計算材料用量、構件自重、配料計算以及確定堆放空間時，均需要

用到材料的上述狀態(tài)參數。常用土木工程材料的密度見表1.1.1所示。

表1.1.1常用建筑材料的密度、表觀密度堆積密度及孔隙率

表觀密度

材料名稱密度(g/cm3)堆積密度(kg/m3)孔隙率(%)

(kg/m!)

鋼材7.8?7.97850—0

花-44-岡LLJ石LJU2.7-3.02500?2900—0.5?3.0

1430?1700(碎

石灰?guī)r2.4?2.61800-2600—

石)

砂2.5?2.6—1500-1700—

粘土2.5-2.7—1600-1800—

水泥2.8-3.1—1200-1300—

燒結普通

2.6?2.71600-1900—20?40

磚

燒結空心

2.5?2.71000—1480——

磚

紅松木1.55-1.60400?600—55?75

二、材料的密實度與孔隙率

(1)密實度(DenseDegree)

密實度是指材料的固體物質局部的體積占總體積的比例，說明材料體積內被固

體物質所充填的程度，即反映了材料的致密程度，按下式計算：

按孔隙的特征，材料的孔隙可分為開口孔隙利閉口孔隙兩種，二者孔隙率之和等于材料

的總孔隙率。按孔隙的尺寸大小，又可分為微孔、細孔及大孔三種。不同的孔隙對材料

的性能影響各不相同。一般而言，孔隙率較小，且連通孔較少的材料，其吸水性較小，

強度較高，抗凍性和抗?jié)B性較好。工程中對需要保溫隔熱的建筑物或部位，要求其所用

材料的孔隙率要較大。相反，對要求高強或不透水的建筑物或部位，那么其所用的材料

孔隙率應很小。

⑵孔隙率(Porosity)

孔隙率是指材料體積內孔隙體積(%)占材料總體積(Vo)的百分率?？捎孟率?/p>

計算：

%IP]

孔隙率與密實度的關系為：

(3)空隙率(Interstice)

空隙率是指散粒材料在某容器的堆積體積中，顆粒之間的空隙體積(Va)占堆

積體積的百分率，以P'表示，因Va=V'0—V0,那么P'值可用下式計算：

三、材料與水有關的性質

(一)親水性與憎水性

(1)親水性與憎水性

親水性：材料能被水潤濕的性質，如磚、混i疑土等。

材料產生親水性的原因是因其與水接觸時，材料與水分子之間的親合力大于水

分子之間的內聚力所致。當材料與水接觸，材料與水分子之間的親合力小于水分子之間

的內聚力時，材料那么表現為憎水性。憎水性材料如瀝青、石油等。

問題：親水性材料與憎水性材料在實際工程中有何意義？

(2)潤濕邊角

材料被水濕潤的情況可用潤濕邊角e來表示。

當材料與水接觸時，在材料、水、空氣三相的交界點，作沿水滴外表的切線,

此切線與材料和水接觸面的夾角o,稱為潤濕邊角，

V〃〃〃〃7/〃〃/〃77Z\

(a)

1//〃〃〃/〃〃〃/〃/〃人

（卜）圖LL1材料的潤濕示意圖（a）

親水性材料（b）憎水性材

（3）親水性材料與憎水性材料

0角愈小，說明材料愈易被水潤濕。

當0<90°時，材料外表吸附水，材料能被水潤濕而表現出親水性，這種材料

稱親水性材料。

8>90。時，材料外表不吸附水，此稱憎水性材料。

當0=0°時，說明材料完全被水潤濕。

上述概念也適用于其它液體對固體的潤濕情況，相應稱為親液材料和憎液材料。

（二）材料的吸水性與吸濕性

1.吸水性（WaterAbsorption）

材料在水中能吸收水分的性質稱吸水性。材料的吸水性用吸水率（Raticof

WaterAbsorption）表示，有質量吸水率與體積吸水率兩種表示方法。

(1)質量吸水率

質量吸水率是指材料在吸水飽和時，內部所吸水分的質量占材料枯燥質量的百

分率，用下式計算：

w質--------材料的質量吸水率(％);

m濕-------材料在吸水飽和狀態(tài)下的質量(g);

m干-------材料在枯燥狀態(tài)下的質量(g)。

(2)體積吸水率

體積吸水率是指材料在吸水飽和時，其內部所吸水分的體積占枯燥材料自然體

積的百分率。用公式表示如下：

W體------材料的體積吸水率(％);

Vo-----枯燥材料在自然狀態(tài)下的體積(c/);

P水-----水的密度(g/cm3)o

2.吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。

潮濕材料在枯燥的空氣中也會放出水分，此稱還濕性。

材料的吸濕性用含水率表示。

含水率系指材料內部所含水的質量占材料枯燥質量的百分率。用公式表示為:

?%--------材料的含水率(％)：

m含--------材料含水時的質量(g);

m干--------材料枯燥至恒重時的質量(g)o

(三)材料的耐水性

材料長期在水作用下不破壞，強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。材料的耐

水性用軟化系數表示，如下式：

K軟-------材料的軟化系數；

f%-------材料在飽水狀態(tài)下的抗壓強度(MPa)；

f干-------材料在枯燥狀態(tài)下的抗壓強度(MPa)。

軟化系數大于0.80的材料，通?？烧J為是耐水材料。

(四)材料的抗?jié)B性(PermeabilityResistance)

材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性，或稱不透水性。

材料的抗?jié)B性通常用滲透系數K表示。

滲透系數的物理意義是：一定厚度的材料，在一定水壓力下，在單位時間內透

過單位面積的水量。用公式表示為：

W-------透過材料試件的水量(IT.L)；

t-------透水時間(t)；

A-------透水面積(cn?)；

h靜水壓力水頭(cm)；

d-------試件厚度(cm).

K值愈大，表示材料滲透的水量愈多，即抗?jié)B性愈差。

混凝土的抗?jié)B性用抗?jié)B等級表示。抗?jié)B等級是以規(guī)定的試件、在標準試驗方法

下所能承受的最大靜水壓力來確定，以符號Pn表示，其中n為該材料所能承受的最大

水壓力的十倍的MPa數，如P4、P6、P8、PIO、P12等,分別表示材料能承受0.4、0.6、

0.8、1.0、1.2MPa的水壓而不滲水。材料的抗?jié)B性與其孔隙率和孔隙特征有關，

(五)材料的抗凍性(FrostResistance)

材料在水飽和狀態(tài)下，能經受屢次凍融循環(huán)作用而不破壞，也不嚴重降低強度

的性質，稱為材料的抗凍性。

材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級是以規(guī)定的試件，在規(guī)定試驗條件下,

測得其強度降低不超過25%,且質量損失不超過5%時所能承受的最多的循環(huán)次數來表

O

用符號Fn表示，其中n即為最大凍融循環(huán)次數，如F25、F50等。

材料抗凍標號的選擇，是根據結構物的種類、使用條件、氣候條件等來決定的。

1.2建筑材料的根本力學性質

一、材料的強度

材料在外力作用下抵抗破壞的能力，稱為材料的強度。

根據外力作用形式的不同，材料的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度及抗

剪強度等，均以材料受外力破壞時單位面積上所承受的力的大小來表不。材料的這些

強度是通過靜力試驗來測定的，故總稱為靜力強度。材料的靜力強度是通過標準試件的

破壞試驗而測得，必須嚴格按照國家規(guī)定的試驗方法標準進行。材料的強度是大多數材

料劃分等級的依據。表1.2.1列出了材料的抗壓、抗拉、抗剪和抗彎強度的計算公式。

表L2.1材料的抗壓、抗拉、抗剪、抗彎強度計算公式

強度類別受力作用不意圖強度計算式附注

L，/J.

抗壓強度fc(MPa)

P

F一一破壞荷載(N);

抗拉強度

卜,一-------「

ft(MPa)A受東面枳

(mm);

4r

X=4

A1跨度(mm);

抗剪強度fv(MPa)

b斷面寬度

F

(mm);

__________________________1__________________________總_3Fl_

ftm=礪h斷面高度(mm)

1_________j

抗彎強度ftn(MPa)1

二、材料的等級

大局部建筑材料根據其極限強度的大小，可劃分為假設干不同的強度等級。如:

燒結普通磚按抗壓強度分為六個等級：Mu30>Mu25、Mu20、Mul5.MulO.

Mu7.5；

硅酸鹽水泥按抗壓和抗折強度分為四個等級：32.5、42.5、52.5、62.5等；

混凝土按其抗壓強度分為十二個等級：C7.5、C10、…、C80等；

碳素結構鋼按其抗拉強度分為五個等級，如Q195、Q215、Q235、Q255、Q275等。

建筑材料按強度劃分為假設干個強度等級，對生產者和使用者均有重要的意義，它可

使生產者在生產中控制產品質量時有依據，從而確保產品的質量。對使用者而言，那么

有利于掌握材料的性能指標，便于合理選用材料、正確進行設計和控制工程施工質量。

常用建筑材料的強度見表1.2.2所示。

表1.2.2常用建筑材料的強度(MPa)

材料抗壓強度抗拉強度抗彎強度

花崗巖100~2505~810~14

燒結普通磚7.5~30—1.8~4.0

普通混凝土7.5?60廣4—

松木1順紋)30~5080^12060^100

建筑鋼材23516002351600—

三、材料的比強度

比強度是按單位質量計算的材料強度，其值等于材料強度與其表觀密度之比。

對于不同強度的材料進行比擬，可采用比強度這個指標。比強度是按單位體積質量計算

的材料強度，其值等于材料強度與其表觀密度之比。比強度是衡量材料輕質高強性能的

重要指標。優(yōu)質的結構材料，必須具有較高的比強度。幾種主要材料的比強度見表所示。

由表1.2.3可知，玻璃鋼和木材是輕質高強的高效能材料，而普通混凝土為質量

大而強度較低的材料，所以努力促進普通混凝土這一當代最重要的結構材料向輕質、高

強方向開展，是一項十分重要的工作。

表1.2.3鋼材、木材和混凝土的強度比擬

抗壓強度

材料表觀密度%(kg/m3)比強度fc/0O

fc(MPa)

低碳鋼78604150.053

松木50034.3(順紋)0.069

普通混凝土240029.40.012

四、材料的彈性與塑性

材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，材料變形即可消失并能完全恢復

原來形狀的性質，稱為彈性。材料的這種當外力取消后瞬間內即可完全消失的變形，稱

為彈性變形c彈性變形屬可逆變形，其數值大小與外力成正比，其比例系數E稱為材料

的彈性模量。材料在彈性變形范圍內，彈性模量E為常數，其值等于應力。與應變￡

的比值，即

式中：?！牧系膽?MPa)；

￡——材料的應變；

E一一材料的彈性模量(MPa)o

彈性模量是衡量材料抵抗變形能力的一個指標。E值愈大，材料愈不易變形，亦即剛

度好。彈性模量是結構設計時的重要參數。

在外力作用下材料產生變形，如果取消外力，仍保持變形后的形狀尺寸，并且不

產生裂縫的性質，稱為塑性。這種不能恢復的變形稱為塑性變形。塑性變形為不可逆變

形，是永久變形。

實際上純彈性變形的材料是沒有的，通常一些材料在受力不大時，僅產生彈性變

形；受力超過一定極限后，即產生塑性變形。有些材料在受力時，如建筑鋼材，當所受

外力小于彈性極限時，僅產生彈性變形；而外力大于彈性極限后，那么除了彈性變形外,

還產生塑性變形。有些材料在受力后，彈性變形和塑性變形同時產生，當外力取消后，

彈性變形會恢復,而塑性變形不能消失，如混凝土。彈塑性材料的變形曲線如下圖1.2.1,

圖中ab為可恢復的彈性變形，bo為不可恢復的塑性變形。

圖1.2.1彈塑性材料的變形曲線

五、材料的脆性與韌性

材料在外力作用下，當外力到達一定限度后，材料發(fā)生突然破壞，且破壞時無

明顯的塑性變形，這種性質稱為脆性。具有這種性質的材料稱脆性材料。

脆性材料抵抗沖擊荷載或振動荷載作用的能力很差。其抗壓強度遠大于抗拉強度,

可高達數倍甚至數十倍。所以脆性材料不能承受振動和沖擊荷載，也不宜用作受拉構件,

只適于用作承壓構件。建筑材料中大局部無機非金屬材料均為脆性材料，如天然巖石、

陶瓷、玻璃、普通混凝土等。

材料在沖擊或振動荷載作用下，能吸收較大的能量，產生一定的變形而不破壞，

這種性質稱為韌性。如建筑鋼材、木材等屬于韌性較好的材料。材料的韌性值用沖擊韌

性指標QK表示。沖擊韌性指標系指用帶缺口的試件做沖擊破壞試驗時，斷U處單位面

積所吸收的功。其計算公式為

2

式中：QK—材料的沖擊韌性指標（J/mm）；

AK-試件破壞時所消耗的功（J）；

A—試件受力凈截面積（mm）o

在建筑工程中，對于要求承受沖擊荷載和有抗震要求的結構，如吊車梁、橋梁、

路面等所用的材料，均應具有較高的韌性。

六、材料的硬度、耐磨性

L硬度

硬度是材料外表能抵抗其它較硬物體壓入或刻劃的能力。不同材料的硬度測定方

法不同，通常采用的有刻劃法和壓入法兩種?？虅澐ǔＳ糜跍y定天然礦物的硬度。礦物

硬度分為10級（莫氏硬度），其遞增的順序為：滑石1;石膏2；方解石3；螢石4；

磷灰石5；正長石6；石英7；黃玉8；剛玉9；金剛石10。鋼材、木材及混凝土等的硬

度常用鋼球壓人法測定（布氏硬度HB）。材料的硬度愈大，那么其耐磨性愈好，但不易

加工。工程中有時也可用硬度來間接推算材料的強度。

2.耐磨性

耐磨性是材料外表抵抗磨損的能力。材料的耐磨性用磨損率（B）表示，其計算

公式為

B=―——式中：B——材料的磨損率

A

（g/cm2）；

叫、叱一分別為材料磨損前、后的質量（g）;

A一試件受磨損的面積（cm?）。

材料的耐磨性與材料的組成成分、結構、強度、硬度等有關。在建筑工程中，

對于用作踏步、臺階、地面、路面等的材料，應具有較高的耐磨性。一般來說，強度較

高且密實的材料，其硬度較大，耐磨性較好。

1.3建筑材料的耐久性

一、概念

材料的耐久性是指用于建筑物的材料，在環(huán)境的多種因素作用下不變質、不破

壞，長久地保持其使用性能的能力。

耐久性是材料的一種綜合性質，諸如抗凍性、抗風化性、抗老化性、耐化學腐

蝕性等均屬耐久性的范圍。

此外，材料的強度、抗?jié)B性、耐磨性等也與材料的耐久性有密切關系。

二、環(huán)境影響因素

材料在建筑物使用過程中長期受到周圍環(huán)境和各種自然因素的破壞作用，一般

可分為物理作用、化學作用、機械作用、生物作用等。

物理作用包括材料的干濕變化、溫度變化及凍融變化等。

化學作用包括酸、堿、鹽等物質的水溶液及氣體對材料產生的侵蝕作用，使材料產生質

的變化而破壞。

生物作用是昆蟲、菌類等對材料所產生的蛀蝕腐朽等破壞作用。

鋼材易受氧化而銹蝕

無機金屬材料常囚氧化、風化、碳化、溶蝕、凍融、熱應力、干濕交替作用而

破壞

有機材料因腐爛、蟲蛀、老化而變質

1.4本章小結

本章是學習建筑材料課程應首先具備的根底知識和理論。材料的材質不同，其性質

也必有差異。通過本章學習可以了解、明辨建筑材料所具有的各種根本性能的定義、內

涵、參數及計算表征方法，了解材料性能對建筑結構質量的影響作用，為下一步學習材

料的性能打下根底。

1.5復習思考題

1、何謂材料的實際密度、表觀密度和堆積密度？如何計算？

2、何謂材料的密實度和孔隙率？兩者有什么關系？

3、某一塊狀材料的全干質量為100g,自然狀態(tài)體積為cm：',絕對密實狀態(tài)下的

體積為33cm3,試計算其密度、表觀密度、密實度和孔隙率。

4、建筑材料的親水性和憎水性在建筑工程中有什么實際意義？

5、材料的質量吸水率和體積吸水率有何不同？兩者存在什么關系？什么情況下

采用體積吸水率或質量吸水率來反映材料的吸水性？

6、何謂材料的吸水性、吸濕性、耐水性、抗?jié)B性和抗凍性？各用什么指標表示？

7、材料的孔隙率與孔隙特征對材料的表觀密度、吸水、吸濕、抗?jié)B、抗凍、強

度及保溫隔熱等性能有何影響？

8、軟化系數是反映材料什么性質的指標？為什么要控制這個指標？

9、彈性材料與塑性材料有何不同？

10、何謂材料的強度？根據外力作用方式不同，各種強度如何計算？其單位如

何表示？

11、何謂材料的耐久性？它包括哪些內容？

第二章石材

內容提要

重點了解常用建筑石材的品種、性能和應用范圍。通過對天然石材形成過程的了解,

認識巖石的形成條件對其結構、構造和性質的影響，理解材料的組成、結構與技術性能

之間的關系。正確、經濟的選用石材。

一、石材的定義

建筑石材是指具有一定的物理、化學性能，可用作建筑材料的巖石。它有天然

形成的和人工制造的兩大類。

由天然巖石開采的，經過或不經過加工而制得的材料，稱為天然石材。人造石

材是用無機或有機膠結料、礦物質原料及各種外加劑配制而成，例如人造大理石、花崗

石等。從廣義而言，各種混凝土也屬這一類。由于人造石材可以人為控制其性能、形狀、

花色圖案等，因此也得到廣泛應用。

石材建筑物：河北的隋代趙州永濟橋、江蘇洪洋湖大堤、北京人民英雄紀念碑等。

二、石材的應用

重質致密的塊體石材，常用于砌筑根底、橋涵、擋土墻、護坡、溝渠與隧道襯

砌等，是主要的石砌體材料；

散粒石料，如碎石、礫石、砂等，那么廣泛用作混凝土骨料、道硝和鋪路材料

等；

輕質多孔的塊體石材常用作墻體材料，粒狀石料可用作輕混凝土的骨料；

鞏固耐久、色澤美觀的石材可用作建筑物的飾面或保護材料。

由于天然石材具有抗壓強度高，耐久性和耐磨性良好，資源分布廣，便于就地取材等

優(yōu)點而至今仍被廣泛應用。但巖石的性質較脆，抗拉強度較低，表觀密度大，硬度高，

因此開采和加工比擬困難。

2.1建筑中常用的天然巖石

巖石是由各種不同地質作用所形成的天然固態(tài)礦物組成的集合體。礦物是在地殼中

受各種不同地質作用，所形成的具有一定化學組成和物理性質的單質（如石英、方解石

等）或化合物（如云母、角閃石等）。而組成巖石的礦物稱為造巖礦物。目前，已發(fā)現

的礦物有3300多種，絕大多數是固態(tài)無機物。主要的造巖礦物有30多種。由單一礦物

組成的巖石叫單礦巖；由兩種或更多種礦物組成的巖石叫多礦巖。例如：石灰?guī)r是主要

由方解石礦物組成的單礦巖；花崗巖是由長石、石英、云母等幾種礦物組成的多礦巖。

根據巖石的成因，按地質分類法，天然巖石可以分為巖漿巖、沉積巖、變質巖

三大類。

一、巖漿巖（1）巖漿巖的形成和種類

巖漿巖又稱火成巖，是地殼內的熔融巖漿在地下或噴出地面后冷凝而成的巖石。

根據不同的形成條件，巖漿巖可分為以下三種：

深成巖一一是地殼深處的巖漿，在受上部覆蓋層壓力的作用下，經緩慢冷凝而

形成的巖石。建筑上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、橄欖巖、閃長巖和輝長巖等。

噴出巖一一是巖漿沖破覆蓋層噴出地表時，在壓力降低和冷卻較快的條件下而

形成的巖石。建筑上常用的噴出巖有玄武巖、安山巖等。

火山碎屑巖一一是火山爆發(fā)時，巖漿被噴到空中而急速冷卻后形成的巖石。

（2）建筑中常用的巖漿巖

花崗巖一一是巖漿巖中分布較廣的一種巖石，主要由長石、石英和少量云母（或

角閃石等）組成，具有致密的結晶結構和塊狀構造。在建筑中花崗巖常用于根底、閘壩、

橋墩、臺階、路面、墻石和勒腳及紀念性建筑物等。但在高溫作用下，由于花崗巖內的

石英膨脹而引起破壞，因此其耐火性不好。

玄武巖一一是噴出巖中最普通的一種，顏色一般為黑色或棕黑色，常呈玻璃質

或隱晶質結構，有時也呈多孔狀或斑狀構造。常用作高強混凝土的骨料，也用其鋪筑道

路路面等。

輝綠巖一一具有深灰、墨綠等色，致密塊狀構造，有時有氣孔或杏仁狀構造。

可用作建筑材料，鋪砌道路，它具有較高的耐酸性，可作耐酸混凝土骨料。

火山灰一一顆粒粒徑小于2mm，具有火山灰活性，磨細后在常溫和有水的情況下,

可與石灰反響生成具有水硬性膠凝能力的水化物。因此，可作水泥的混合材料及混凝土

的摻合料。

浮石一一是粒徑大于5mm并具有多孔構造1海綿狀或泡沫狀火山玻璃）的火山

碎屑巖，其表觀密度小，可作輕質混凝土的骨料。

凝灰?guī)r一一是凝聚并膠結成大塊的火山碎屑巖，具有多孔構造，表觀密度小，

抗壓強度為5?20MPa,可作砌墻材料和輕混凝土的骨料。

二、沉積巖

U）沉積巖的形成和種類

沉積巖又稱水成巖，是由沉積物固結而形成的巖石。根據沉積巖的生成條件，

可分為以下三種：

機械沉積巖一一由自然風化而逐漸破碎松散的巖石及砂等，經風、雨、冰川、

沉積等機械力的作用而重新壓實或膠結而成的巖石，如砂巖、頁巖等。

化學沉積巖一一由溶解于水中的礦物質經聚積、反響、重結晶等并沉積而形成

的巖石。如石膏、白云巖等。

有機沉積巖一一由各種有機體的殘骸沉積而成的巖石。如生物碎屑灰?guī)r、硅藻

土等。

（2）建筑中常用的沉積巖

石灰?guī)r一一俗稱灰石或青石，主要化學成分為CaC03。主要礦物成分為方解石。

石灰?guī)r來源廣，硬度低，易劈裂，便于開采，具有一定的強度和耐久性，因而廣泛用于

建筑工程中。其塊石可作根底、墻身、階石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。此

外，它也是生產水泥和石灰的主要原料。

砂巖一一主要是由石英砂或石灰?guī)r等的細小碎屑經沉積并重新膠結而成的巖

石。它的性質決定于膠結物的種類及膠結的致密程度。致密的硅質砂巖性能接近于花崗

巖，密度大、強度高、硬度大、加工較困難，可用于紀念性建筑及耐酸工程等；鈣質砂

巖的性質類似于石灰?guī)r，較易加工，應用較廣，可作根底、踏步、人行道等，但不耐酸

的侵蝕；鐵質砂巖的性能比鈣質砂巖差，其中密實者可用于一般建筑工程；粘土質砂巖

侵水易軟化，建筑中一般不用。

三、變質巖

（1）變質巖的形成及種類

變質巖是由原有巖石經變質后形成的巖石。即地殼中原有的各類巖石，在地層

的壓力或溫度作用下，在固體狀態(tài)下發(fā)生再結晶作用，而使其礦物成分、結構構造以至

化學成分發(fā)生局部或全部改變而形成的新巖石，如大理巖、石英巖等。

（2）建筑中常用的變質巖

大理巖一一又稱大理石，是一種碳酸鹽礦物大于50%的變質巖。大理石構造致

密，密度大，但硬度不大，易于分割。鋸切、雕刻性能好，磨光后非常美觀，可用于高

級建筑物的裝飾和飾面工程。

石英巖一一是由硅質砂巖變質而成，晶體結構。巖體均勻致密，抗壓強度高，

耐久性好。但硬度大，加工困難。常用作重要建筑物的貼面石，耐磨耐酸的貼而材料，

其碎塊可用于道路或作混凝土的骨料。

片麻巖一一是由花崗巖變質而成，其礦物成分與花崗巖相似，呈片狀構造，因

而各個方向的物理力學性質不同。常用作碎石、塊石及人行道石板等。

2.2天然石材的技術性質、加工類型及選用原那么

一、技術性質

天然石材的技術性質，可分為物理性質、力學性質和工藝性質。

(-)物理性質

(1)表觀密度

天然石材根據表觀密度大小可分為：

輕質石材表觀密度W1800kg/m3；

重質石材表觀密度＞IBOUkg/n?。

表觀密度的大小常間接反映石材的致密程度與孔隙多少。在通常情況下，同種

石材的表觀密度愈大，那么抗壓強度愈高，吸水率愈小，耐久性好，導熱性好。

⑵吸水性

吸水率低于1.5%的巖石稱為低吸水性巖石，介于1.5%?3.0%的稱為中吸水性巖

石，吸水率高于3.0%的稱高吸水性巖石。

巖漿深成巖以及許多變質巖，它們的孔隙率都很小，故而吸水率也很小，例如花崗

巖的吸水率通常小于0.5%。沉積巖由于形成條件、密實程度與膠結情況有所不同，因

而孔隙率與孔隙特征的變動很大，這導致石材吸水率的波動也很大，例如致密的石灰?guī)r,

它的吸水率可小于1%,而多孔的貝殼石灰?guī)r吸水率可高達15%。

石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會降低顆粒之間的粘結

力，從而使強度降低。有些巖石還容易被水溶蝕，因此，吸水性強與易溶的巖石，其耐

水性較差。

⑶耐水性

石材的耐水性以軟化系數表示。巖石中含有較多的粘土或易溶物質時，軟化系數那

么較小，其耐水性較差。杈據軟化系數大小，可將石材分為高、中、低三個等級。軟化

系數＞0.90為高耐水性，軟化系數在0.75-0.90之間的為中耐水性，軟化系數在0.60?

0.75之間為低耐水性，軟化系數V0.60者，那么不允許用于重要建筑物中。

(4)抗凍性

石材的抗凍性，是指其抵抗凍融破壞的能力。其值是根據石材在水飽和狀態(tài)下按標

準要求所能經受的凍融循環(huán)次數表示。能經受的凍融循環(huán)次數越多，那么抗凍性越好。

石材抗凍性與吸水性有密切的關系，吸水率大的石材其抗凍性也差。根據經驗，吸水率

＜0.5%的石材，那么認為是抗凍的。

(5)耐熱性

石材的耐熱性與其化學成分及礦物組成有關。石材經高溫后，由于熱脹冷縮、體積

變化而產生內應力或因組成礦物發(fā)生分解和變異等導致結構破壞。如含有石膏的石材，

在100℃以上時就開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高于725℃會發(fā)生破壞；含有碳

酸鈣的石材，溫度達827C時開始破壞。由石英與其它礦物所組成的結晶石材，如花崗

巖等，當溫度到達700℃以上時，由于石英受熱發(fā)生膨脹，強度迅速下降。

(二)力學性質

天然石材的力學性質主要包括：抗壓強度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。

(1)抗壓強度

石材的抗壓強度，是以三個邊長為70mm的立方體試塊的抗壓破壞強度的平均值表

示。根據抗壓強度值的大小，石材共分九個強度等級：ML100、MU80、MU60、MU50、MU40、

MU30、MU20、MU15、和MU10。抗壓試件也可采用表3.1所列各種邊長尺寸的立方體，但

應對其試驗結果乘以相應的換算系數。

表2.2.1石材強度等級的換算系

數

立方體邊(mm)2001501007050

換算系數1.431.281.1410.86

(2)沖擊韌性

石材的沖擊韌性決定于巖石的礦物組成與構造。石英巖、硅質砂巖脆性較大。含暗

色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有較高的韌性。通常，晶體結構的巖石較非晶體結構

的巖石具有較高的韌性。

⑶硬度

它取決于石材的礦物組成的硬度與構造。凡由致密、堅硬礦物組成的石材，其硬度

就高。巖石的硬度以莫氏硬度表示。

(4)耐磨性

耐磨性是指石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復雜作用的能力。石

材的耐磨性包括耐磨損與耐磨耗兩方面。但凡用于可能遭受磨損作用的場所，例如臺階、

人行道、地面、樓梯踏步等和可能遭受磨耗作用的場所，例如道路路面的碎石等，應采

用具有高耐磨性的石材。

（三）工藝性質

石材的工藝性質，主要指其開采和加工過程的難易程度及可能性，包括加工性、

磨光性與抗鉆性等。

（1）加工性

石材的加工性，主要是指對巖石開采、鋸解、切割、鑿琢、磨光和拋光等加工工藝

的難易程度。凡強度、硬度、韌性較高的石材，不易加工；質脆而粗糙，有顆粒交錯結

構，含有層狀或片狀構造，以及業(yè)己風化的巖石，都難以滿足加工要求。

⑵磨光性

指石材能否磨成平整光滑外表的性質。致密、均勻、細粒的巖石，一般都有良好的

磨光性，可以磨成光滑亮潔的外表。疏松多孔、有鱗片狀構造的巖石，磨光性不好。

⑶抗鉆性

指石材鉆孔時，其難易程度的性質。影響抗鉆性的因素很復雜，一般石材的強度越

高、硬度越大，越不易鉆孔。

由于用途和使用條件的不同，對石材的性質及其所要求的指標均有所不同。工程中

用于根底、橋梁、隧道以及石砌工程的石材，一般規(guī)定其抗壓強度、抗凍性與耐水性必

須到達一定指標。

建筑工程中常用天然石材的技術性能可參見表2.2.2o

表2.2.2建筑中常用天然石材的性能及用途

主要質量指標

名稱主要用途

項II指標

表觀密度（）

kg/n?2500?2700根底、橋墩、

抗壓120?250堤壩、拱石、階石、路

-花44-岡LU石LU強度(MPa)抗折8.5?15.0面、海港結構、基座、

抗剪13?19勒腳、窗臺、裝飾石材

等

吸水率（％）<1

膨脹系數(ioVc)5.6?7.34

平均韌性(cm)8

平均質量磨耗率(％)11

耐用年限(年)75?200

表觀密度(kg/m3)1000-2600

抗壓22.0-140.0

強度(MPa)抗折1.8?20

墻身、橋墩、

抗剪7.0-14.0

根底、階石、路面、石

石灰?guī)r吸水率［%)2?6

灰及粉刷材料的原料

膨脹系數

(10VO6.75?6.77等

平均韌性(cm)7

平均質量磨耗率(%)8

耐用年限(年)20?40

表觀密度(kg/m3)2200?2500

抗壓47?140

強度(MPa)抗折3.5?14

根底、墻身、

抗剪8.5-18