建筑材料的性能和應(yīng)用

建筑材料的性能和應(yīng)用

建筑材料的基本性能

建筑材料分類

建筑材料指建筑結(jié)構(gòu)物中使用的各種材料及制品，它是一切建筑工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。

在我國現(xiàn)代化建設(shè)中，建筑材料占有極為重要的地位。由于組分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，建筑

材料品種門類繁多、性能各不相同、價格相差懸殊，同時在建筑結(jié)構(gòu)物中用量巨大，因此

正確選擇和合理使用建筑材料，對建筑結(jié)構(gòu)物的安全、實用、美觀、耐久及造價有著重大

意義。一般來說，優(yōu)良的建筑材料必須具備足夠的強(qiáng)度，能夠安全地承受設(shè)計荷載；自身

的重量（表觀密度）以輕為宜，以減少下部結(jié)構(gòu)和地基的負(fù)荷；要求與使用環(huán)境相適應(yīng)的

久性，以便減少維修費用；用于裝飾的材料，應(yīng)能美化房屋并產(chǎn)生一定的藝術(shù)效果；用于

殊部位的材料，應(yīng)具有相應(yīng)的特殊功能，例如屋面材料要能隔熱，防水；樓板和內(nèi)墻材料

能隔聲等。

建筑材料可按不同原則進(jìn)行分類。根據(jù)材料來源，可分為天然材料及人造材料；根據(jù)

使用部位，可分為承重材料、屋面材料、墻體材料和地面材料等：根據(jù)建筑功能，可分為

構(gòu)材料、裝飾材料、防水材料、絕熱材料等。目前，通常根據(jù)組成物質(zhì)的種類及化學(xué)成分

將建筑材料分為無機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料三大類，各大類中又可進(jìn)行更細(xì)的分類，

如圖所示。

一黑色金屬一鋼、鐵、不銹鋼等

金屬材料

一有色金屬一鉛、銅等及其合金

無機(jī)材料I天然石材一砂、石及石材制品等

一非金屬材料I燒土制品一病'瓦'玻璃等

膠凝材料——石灰、石膏、水泥、水玻璃等

I-混凝土及硅酸鹽制品——混凝土、砂漿及硅酸鹽制品

建

植物材料一木材、竹材等

筑2

材—有機(jī)材料—瀝青材料一石油瀝青、煤瀝青、瀝青制品

制高分子材料一塑料、涂料、膠粘劑、合成橡膠等

鼾無機(jī)非金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合一玻璃纖維增強(qiáng)塑料、混合物

復(fù)合材料水泥混凝土、瀝青混合料等

金屬材料與無機(jī)非金屬材料復(fù)合一鋼纖維增強(qiáng)混凝土等

金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合一輕質(zhì)金屬夾芯板

圖建筑材料分類

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建筑材料基本性質(zhì)

在建筑物中，建筑材料要受到各種不同的作用。如用于各種承力結(jié)構(gòu)中的材料，要受

到各種外力的作用：而用于其他不同部位的材料，又會受到風(fēng)霜雨雪的作用；作為工業(yè)建

筑或長期暴露于大氣環(huán)境中或與侵蝕性介質(zhì)相接觸的各種建筑物中的材料，還會受到?jīng)_

刷、磨損、化學(xué)侵蝕、生物作用、干濕循環(huán)、凍融循環(huán)等破壞作用?？梢娊ㄖ牧纤艿?/p>

用是復(fù)雜的，而且它們之間又是相互影響的。因此對建筑材料性質(zhì)的要求應(yīng)當(dāng)是嚴(yán)格的

和多方面的。

建筑材料所具有的各項性質(zhì)又是由材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等因素所決定的。為了

保證建筑物能經(jīng)久耐用，就需要我們掌握建筑材料的性質(zhì)，并了解它們與材料的組成、結(jié)

構(gòu)、構(gòu)造的關(guān)系，從而合理的選用材料。

材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

材料的組成

材料的組成包括材料的化學(xué)組成、礦物組成和相組成。它不僅影響著材料的化學(xué)性

質(zhì)，而且也是決定材料物理力學(xué)性質(zhì)的重要因素。

()化學(xué)組成

化學(xué)組成是指構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類及數(shù)量。當(dāng)材料與外界自然環(huán)境

以及各類物質(zhì)相接觸時，它們之間必然要按化學(xué)變化規(guī)律發(fā)生作用。如材料受到酸、堿、

鹽類物質(zhì)的侵蝕作用，如材料遇到火焰時的耐燃、耐火性能，以及鋼材和其它金屬材料的

銹蝕等等都屬于化學(xué)作用。建筑材料有關(guān)這些方面的性質(zhì)都是由材料的化學(xué)組成所決定

的。

()礦物組成

我們將無機(jī)非金屬材料中具有特定的晶體結(jié)構(gòu)、特定的物理力學(xué)性能的組織結(jié)構(gòu)稱

為礦物。礦物組成是指構(gòu)成材料的礦物的種類和數(shù)量。某些建筑材料如天然石材、無機(jī)

膠凝材料等，其礦物組成是決定其材料性質(zhì)的主要因素。水泥因所含有的熟料礦物的不

同或其含量的不同，則所表現(xiàn)出的水泥性質(zhì)就各有差異。例如硅酸鹽水泥中，熟料礦物硅

酸三鈣含量高，則其硬化速度較快，強(qiáng)度較高。

()相組成

材料中具有相同物理、化學(xué)性質(zhì)的均勻部分稱為相。自然界中的物質(zhì)可分為氣相、液

相、和固相。同種物質(zhì)在溫度、壓力等條件發(fā)生變化時常常會轉(zhuǎn)變其存在的狀態(tài)，如由氣

相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗷蚬滔?。建筑材料大多?shù)是多相固體。凡由兩相或兩相以上物質(zhì)組成的材

料稱為復(fù)合材料。因此，建筑材料大多數(shù)可看作復(fù)合材料。例如，混凝土可認(rèn)為是集料顆

粒(集料相)分散在水泥漿基體(基相)中所組成的兩相復(fù)合材料。

建筑材料的性能和應(yīng)用

復(fù)合材料的性質(zhì)與材料的相組成和界面特性有密切關(guān)系。所謂界面是指多相材料中

相與相之間的分界面，在實際材料中，界面是一個薄區(qū)，它的成分和結(jié)構(gòu)與相內(nèi)是不一樣

的，它們之間是不均勻的，可將其作為界面相”來處理。因此，通過改變和控制材料的相

組成，可改善和提高材料的技術(shù)性能。

材料的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造

材料的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造是決定材料性質(zhì)的極其重要的因素。

材料的結(jié)構(gòu)可分為：宏觀結(jié)構(gòu)、細(xì)觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)。

()宏觀結(jié)構(gòu)

建筑材料的宏觀結(jié)構(gòu)是指用肉眼或放大鏡能夠分辨的粗大組織。其尺寸在

級以上。

建筑材料的宏觀結(jié)構(gòu)，可按其孔隙特征分為：

致密結(jié)構(gòu)可以看作無宏觀層次的孔隙存在。例如鋼鐵、有色金屬、致密天然石

材、玻璃、玻璃鋼、塑料等。

多孔結(jié)構(gòu)指具有粗大孔隙的結(jié)構(gòu)。如加氣混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造

輕質(zhì)多孔材料。

微孔結(jié)構(gòu)是指具有微細(xì)孔隙的結(jié)構(gòu)。如石膏制品、燒粘土制品等。

按存在狀態(tài)或構(gòu)造特征分為：

堆聚結(jié)構(gòu)由集料與膠凝材料膠結(jié)成的結(jié)構(gòu)。具有這種結(jié)構(gòu)的材料種類繁多，如

水泥混凝土、砂漿、瀝青混合料等均可屬此類結(jié)構(gòu)的材料。

纖維結(jié)構(gòu)由纖維狀物質(zhì)構(gòu)成的材料結(jié)構(gòu)。如木材、玻璃鋼、巖棉、鋼纖維增強(qiáng)水

泥混凝土、制品等。

層狀結(jié)構(gòu)天然形成或人工采用粘結(jié)等方法將材料迭合而成層狀的材料結(jié)構(gòu)。如

膠合板、紙面石膏板、蜂窩夾芯板、各種新型節(jié)能復(fù)合墻板等。

散粒結(jié)構(gòu)指松散顆粒狀結(jié)構(gòu)。如混凝土集料、膨脹珍珠巖等。

()細(xì)觀結(jié)構(gòu)

細(xì)觀結(jié)構(gòu)(原稱亞微觀結(jié)構(gòu))是指用光學(xué)顯微鏡所能觀察到的材料結(jié)構(gòu)。其尺寸范圍

在。建筑材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，只能針對某種具體材料來進(jìn)行分類研究。對混

凝土可分為基相、集料相、界面；對天然巖石可分為礦物、晶體顆粒、非晶體組織；對鋼

分為鐵素體、滲碳體、珠光體：對木材可分為木纖維、導(dǎo)管髓線、樹脂道：

材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)層次上的各種組織性質(zhì)各不相同，這些組織的特征、數(shù)量、分布和界面

性質(zhì)對材料性能有重要影響。

()微觀結(jié)構(gòu)

微觀結(jié)構(gòu)是指原子分子層次的結(jié)構(gòu)。可用電子顯微鏡或射線來分析研究該層次

上的結(jié)構(gòu)特征。微觀結(jié)構(gòu)的尺寸范圍在。材料的許多物理性質(zhì)如強(qiáng)度、硬

度、熔點、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性都是由其微觀結(jié)構(gòu)所決定的。

在微觀結(jié)構(gòu)層次上，材料可分為晶體、玻璃體、膠體。

晶體

質(zhì)點(離子、原子、分子)在空間上按特定的規(guī)則呈周期性排列時所形成的結(jié)構(gòu)稱晶

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結(jié)構(gòu)。晶體具有如下特點：

具有特定的幾何外形，這是晶體內(nèi)部質(zhì)點按特定規(guī)則排列的外部表現(xiàn)。

具有各向異性，這是晶體的結(jié)構(gòu)特征在性能上的反映。

具有固定的熔點和化學(xué)穩(wěn)定性，這是晶體鍵能和質(zhì)點所處最低的能量狀態(tài)所決定

的。

結(jié)晶接觸點和晶面是晶體破壞或變形的薄弱部分。

根據(jù)組成晶體的質(zhì)點及化學(xué)鍵的不同，晶體可分為：

原子晶體：中性原子以共價鍵而結(jié)合成的晶體，如石英等。

離子晶體：正負(fù)離子以離子鍵而結(jié)合成的晶體，如等。

分子晶體：以分子間的范德華力即分子鍵結(jié)合而成的晶體，如有機(jī)化合物。

金屬晶體：以金屬陽離子為晶格，由自由電子與金屬陽離子間的金屬鍵結(jié)合而成的晶

體，如鋼鐵材料。

由于各種材料在微觀結(jié)構(gòu)上的差異，它們的強(qiáng)度、變形、硬度、熔點、導(dǎo)熱性等各不

同?？梢娢⒂^結(jié)構(gòu)對其物理力學(xué)性質(zhì)影響巨大。

圖硅氧四面體示意圖

在復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)中，其鍵結(jié)合的情況也是相當(dāng)復(fù)雜的。建筑材料中占有重要地位

的硅酸鹽，其結(jié)構(gòu)是由硅氧四面體單元（圖）與其他金屬離子結(jié)合而成，其中

就是由共價鍵與離子鍵交互構(gòu)成的。四面體可以形成鏈狀結(jié)構(gòu)，如石棉。其纖維與

纖維之間的鍵合力要比鏈狀結(jié)構(gòu)方向上的共價鍵弱得多。所以容易分散成纖維狀。粘

土、云母、滑石等則是由四面體單元互相連結(jié)成片狀結(jié)構(gòu)，許多片狀結(jié)構(gòu)再迭合成層

狀結(jié)構(gòu)。層與層之間是由范德華力結(jié)合的，故其鍵合力很弱，此種結(jié)構(gòu)容易剝成薄片。石

英是由四面體形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以具有堅硬的質(zhì)地。

玻璃體

玻璃體也稱無定形體或非晶體。如無機(jī)玻璃。玻璃體的結(jié)合鍵為共價鍵與離子鍵。

其結(jié)構(gòu)特征為構(gòu)成玻璃體的質(zhì)點在空間上呈非周期性排列。如圖所示。

對玻璃體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，目前存在如下三種觀點：

構(gòu)成玻璃體的質(zhì)點呈無規(guī)則空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此為無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說。

構(gòu)成玻璃體的微觀組織為微晶子，微晶子體之間，通過變形和扭曲的界面彼此相

連。此為微晶子學(xué)說。

構(gòu)成玻璃體的微觀結(jié)構(gòu)為近程有序、遠(yuǎn)程無序。此為近程有序、遠(yuǎn)程無序?qū)W說。

具有一定化學(xué)成分的熔融物質(zhì)，若經(jīng)急冷，則質(zhì)點來不及按一定規(guī)則排列，便凝固成

建筑材料的性能和應(yīng)用

圖晶體與非晶體的原子排列示意圖

()晶體：()非晶體(玻璃體)

固體，此時則得玻璃體結(jié)構(gòu)。

玻璃體是化學(xué)不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，容易與其他物質(zhì)起化學(xué)作用。如火山灰、爐渣、?；?/p>

爐礦渣能與石灰在有水的條件下起硬化作用，而被利用作建筑材料。玻璃體在燒土制品

或某些天然巖石中，起著膠粘劑的作用。

膠體結(jié)構(gòu)

粒徑為的固體顆粒作為分散相，稱為膠粒，分散在連續(xù)相介質(zhì)中形成的

分散體系被稱為膠體。

在膠體結(jié)構(gòu)中，若膠粒較少，液體性質(zhì)對膠體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及變形性質(zhì)影響較大，稱這

種膠體結(jié)構(gòu)為溶膠結(jié)構(gòu)。若膠粒數(shù)量較多，膠粒在表面能的作用下發(fā)生凝聚作用，或由于

物理化學(xué)作用而使膠粒產(chǎn)生彼此相聯(lián)，形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使膠體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增大，

變形性減小，形成固態(tài)或半固體狀態(tài)，稱此膠體結(jié)構(gòu)為凝膠結(jié)構(gòu)。

與晶體及玻璃體結(jié)構(gòu)相比，膠體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低、變形較大。

()構(gòu)造

材料的構(gòu)造是指具有特定性質(zhì)的材料結(jié)構(gòu)單元間的相互組合搭配情況。構(gòu)造這一概

念與結(jié)構(gòu)相比，更強(qiáng)調(diào)了相同材料或不同材料間的搭配組合關(guān)系。如木材的宏觀構(gòu)造和

微觀構(gòu)造，就是指具有相同材料結(jié)構(gòu)單元——木纖維管胞按不同的形態(tài)和方式在宏觀和

微觀層次上的組合和搭配情況。它決定了木材的各向異性等一系列物理力學(xué)性質(zhì)?又如

具有特定構(gòu)造的節(jié)能墻板，就是具有不同性質(zhì)的材料經(jīng)特定組合搭配而成的一種復(fù)合材

料。這種構(gòu)造賦予了墻板良好的隔熱保溫、隔聲吸聲、防火抗震、堅固耐久等整體功能和

綜合性質(zhì)。

隨著材料科學(xué)理論和技術(shù)的日益發(fā)展，深入研究探索材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與材料

性能之間的關(guān)系，不僅有利于為工程正確選用材料，而且會加速人類自由設(shè)計生產(chǎn)工程所

需的特殊性能新型建筑材料的進(jìn)程。

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材料的基本物理性質(zhì)

材料的密度、表觀密度與堆積密度

（）密度（俗稱比重）

密度是指材料在絕對密實狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量。按下式計算:

式中—密度，；

---材料的質(zhì)量，；

——材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，。

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

絕大多數(shù)材料都有一些孔隙。在測定有孔隙材料的密度時，應(yīng)把材料磨成細(xì)粉，干燥后，

用李氏瓶測定其實體積，材料磨得越細(xì)，測得的密度數(shù)值就越精確。磚、石材等塊狀材料

的密度即用此法測得。

在測量某些致密材料（為卵石等）的密度時，直接以塊狀材料為試樣，以排液置換法

體積，材料中部分與外部不連通的封閉孔隙無法排除，這時所求得的密度稱為近似密度（

（）表觀密度（俗稱容重）

表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量，按下式計算：

式中一表觀密度，或；

—材料的質(zhì)量，或；

—材料在自然狀態(tài)下的體積，或稱表觀體積，或。

材料的表觀體積是指包含內(nèi)部孔隙的體積。當(dāng)材料孔隙內(nèi)含有水分時，其重量和體

積均將有所變化，故測定表觀密度時，須注明其含水情況。一般是指材料在氣干狀態(tài)（長

期在空氣中干燥）下的表觀密度。在烘干狀態(tài)下的表觀密度，稱為干表觀密度。

（）堆積密度（松散容重）

堆積密度是指粉狀或粒狀材料，在堆積狀態(tài)下，單位體積的質(zhì)量，按下式計算：

式中——堆積密度，；

一材料的質(zhì)量，；

—材料的堆積體積，。

測定散粒材料的堆積密度時，材料的重量是指填充在一定容器內(nèi)的材料重量，其堆積

體積是指所用容器的容積而言。因此，材料的堆積體積包含了顆粒之間的空隙。

在建筑工程中，計算材料用量、構(gòu)件的自重、配料計算以及確定堆放空間時經(jīng)常要用

到材料的密度、表觀密度和堆積密度等數(shù)據(jù)。常用建筑材料的這方面數(shù)據(jù)見表。

建筑材料的性能和應(yīng)用

常用建筑材料的密度、表觀密度及堆積密度表

材料密度（）表觀密度（）堆積密度（）

石灰?guī)r一

花崗巖-

碎石（石灰?guī)r）-

砂-

粘±-

普通粘土病-

粘土空心磚-

水泥-

普通混凝土一-

輕骨料混凝土--

木材-

鋼材-

泡沫塑料--

材料的密實度與孔隙率

（）密實度

密實度是指材料體積內(nèi)被固體物質(zhì)充實的程度，按下式計算：

密實度一，或一

（）孔隙率

孔隙率是指材料體積內(nèi)，孔隙體積所占的比例。用下式表示：

孔隙率------（

即或密實度孔隙率

孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。材料內(nèi)部孔隙的構(gòu)造，可分為連通的與

封閉的兩種。連通孔隙不僅彼此貫通且與外界相通，而封閉孔隙則不僅彼此不連通且與

外界相隔絕?？紫栋闯叽绱笮∮址譃闃O微細(xì)孔隙、細(xì)小孔隙和較粗大孔隙?？紫兜拇笮?/p>

及其分布對材料的性能影響較大。

材料的填充率與空隙率

（）填充率

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填充率是指散粒材料在某堆積體積中，被其顆粒填充的程度，按下式計算:

填充率或

（）空隙率

空隙率是指散粒材料在某堆積體積中，顆粒之間的空隙體積所占的比例，用下式表

示：

孔隙率.......-（一）

即：或填充率孔隙率

空隙率的大小反映了散粒材料的顆?；ハ嗵畛涞闹旅艹潭??？障堵士勺鳛榭刂苹炷?/p>

土骨料級配與計算含砂率的依據(jù)。

材料的親水性與憎水性-

建筑物常與水或是與大氣中的水汽接觸。、、李q玲法二A一一7X~,

然而水分與不同固體材料表面之間相互作用的""

情況是不同的。在材料、水和空氣的交點處，沿圖材料潤濕邊角

水滴表面的切線與水和固體接觸面所成的夾角。親水性材料（）憎水性材料

（潤濕邊角）愈小，浸潤性愈好。如果潤濕邊角為零，則表示該材料完全被水所浸潤；

居于中間的數(shù)值表示不同程度的浸潤。一般認(rèn)為，當(dāng)潤濕邊角時，如圖

（）所示，水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與材料分子間的相互吸引力，此種材料稱為親

水性材料。當(dāng)時，如圖（）所示，水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與材料

分子間的吸引力，則材料表面不會被水浸潤，此種材料稱為憎水性材料。這一概念也可應(yīng)

用到其他液體對固體材料的浸潤情況，相應(yīng)地稱為親液性材料或憎液性材料。

材料的吸水性與吸濕性

（）含水率

材料中所含水的質(zhì)量與干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量之比，稱為材料的含水率。

式中——材料的含水率，；

—材料在干燥狀態(tài)下的質(zhì)量，；

——材料在含水狀態(tài)下的質(zhì)量，.

（）吸水性

材料與水接觸吸收水分的性質(zhì)，稱為材料的吸水性。當(dāng)材料吸水飽和時，其含水率稱

為吸水率。

多數(shù)情況是按質(zhì)量計算吸水率，但也有按體積計算吸水率的（吸入水的體積占材料自

然狀態(tài)下體積的百分率）。如果材料具有細(xì)微而連通的孔隙，則其吸水率較大，若是封閉

孔隙，水分就不容易滲入，粗大的孔隙水分雖然容易滲入，但僅能潤濕孔壁表面而不易在

孔內(nèi)存留。所以，封閉或粗大孔隙材料，其吸水率是較低的。

建筑材料的性能和應(yīng)用

各種材料的吸水率相差很大，如花崗巖等致密巖石的吸水率僅為，普通

混凝土為，粘土磚為，而木材或其他輕質(zhì)材料的吸水率則常大于

O

()吸濕性

材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。吸濕作用一般是可逆的，也就是說

材料既可吸收空氣中的水分，又可向空氣中釋放水分。

如果是與空氣濕度達(dá)到平衡時的含水率則稱為平衡含水率。木材的吸濕性特別明

顯，它能大量吸收水汽而增加重量，降低強(qiáng)度和改變尺寸。木上窗在潮濕環(huán)境往往不易開

關(guān)，就是由于吸濕所引起的。保溫材料如果吸收水分之后，將很大程度地降低其隔熱性

能。所以要特別注意采取有效的防護(hù)措施。

材料的耐水性

材料抵抗水的破壞作用的能力稱為耐水性。材料廣義的耐水性包括水對材料的力學(xué)

性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、裝飾性等多方面的劣化作用。習(xí)慣上將水對材料的力學(xué)性質(zhì)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)

的劣化作用稱為耐水性。也可稱之為狹義耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會減弱

其內(nèi)部結(jié)合力，強(qiáng)度都有不同程度的降低，即使致密的石料也不能完全避免這種影響，花

崗巖長期浸泡在水中，強(qiáng)度將下降，普通粘土磚和木材所受影響更為顯著。材料的耐

水性可用軟化系數(shù)表示：

錦小三瓶材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度

扒化東數(shù)材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度

軟化系數(shù)的范圍波動在之間。軟化系數(shù)的大小，有時成為選擇材料的重要依

據(jù)。受水浸泡或處于潮濕環(huán)境的重要建筑物，則必須選用軟化系數(shù)不低于的材料建

造，通常軟化系數(shù)大于的材料，可以認(rèn)為是耐水的。

材料的抗?jié)B性

材料抵抗壓力水滲秀的性質(zhì)稱為抗?jié)B性(或不透水性)。材料的抗?jié)B性用滲透系數(shù)

來表示：

式中——滲透系數(shù)，：

—透水量，；

—試件厚度，；

---透水面積，；

——時間，;

---靜水壓力水頭，。

滲透系數(shù)愈小的材料表示其抗?jié)B性愈好。

對于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級來表示:

式中一抗?jié)B等級；

—試件開始滲水時的水壓力，。

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材料抗?jié)B性的好壞，與材料的孔隙率和孔隙特征有密切關(guān)系?？紫堵屎艿投沂欠?/p>

閉孔隙的材料就具有較高的抗?jié)B性能。對于地下建筑及水工構(gòu)筑物，因常受到壓力水的

作用，所以要求材料具有一定的抗?jié)B性，對于防水材料，則要求具有更高的抗?jié)B性。材料

抵抗其他液體滲透的性質(zhì)，也屬于抗?jié)B性，如貯油罐則要求材料具有良好的不滲油性。

材料的基本力學(xué)性質(zhì)

材料的理論強(qiáng)度

固體材料的強(qiáng)度多取決于結(jié)構(gòu)質(zhì)點（原子、離子、分子）之間的相互作用力。以共價

或離子鍵結(jié)合的晶體，其結(jié)合力比較強(qiáng)，材料的彈性模量值也較高。而以分子鍵結(jié)合的晶

體，其結(jié)合力較弱，彈性模量值也較低。

材料受外力（荷載）作用而產(chǎn)生破壞的原因，主要是由于拉力造成結(jié)合鍵的斷裂，或

由于剪力造成質(zhì)點間的滑移而破壞。材料受壓力破壞，實際上也是由壓力引起內(nèi)部產(chǎn)生

拉應(yīng)力或剪應(yīng)力而造成了破壞。

材料的理論抗拉強(qiáng)度，可用下式表示：

式中一理論抗拉強(qiáng)度；

—縱向彈性模量；

——單位表面能；

——原子間的距離。

材料的理論強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于材料的實際強(qiáng)度，這是由于材料實際結(jié)構(gòu)中都存在著許多

缺陷，如晶格的位錯、雜質(zhì)、孔隙、微裂縫等。當(dāng)材料受外力作用時，在裂縫端部產(chǎn)生應(yīng)

集中，其局部應(yīng)力將大大超過平均應(yīng)力，引起了裂縫不斷擴(kuò)展、延伸以至互相連通起來，

后導(dǎo)致材料的破壞。

i

圖材料受力示意圖

（）壓力；（）拉力；O彎曲；（）剪切

建筑材料的性能和應(yīng)用

材料的強(qiáng)度

這里所講的是材料的實際強(qiáng)度。材料在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力稱為強(qiáng)

度。當(dāng)材料承受外力作用時，內(nèi)部就產(chǎn)生應(yīng)力。外力逐漸增加，應(yīng)力也相應(yīng)地加大。直到

質(zhì)點間作用力不再能夠承受時，材料即破壞，此時極限應(yīng)力值就是材料的強(qiáng)度。

根據(jù)外力作用方式的不同，材料強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度等

（圖）。

材料的抗壓、抗拉及抗剪強(qiáng)度的計算公式如下：

式中——材料強(qiáng)度，；

—破壞時最大荷載，：

—受力截面面積，。

材料的抗彎強(qiáng)度與受力情況有關(guān)，一般試驗方法是將條形試件放在兩支點上，中間作

用一集中荷載，對矩形截面試件，則其抗彎強(qiáng)度用下式計算：

也有時在跨度的三分點上作用兩個相等的集中荷載，其抗彎強(qiáng)度要用下式計算:

式中一抗彎強(qiáng)度，；

——彎曲破壞時最大荷載，；

---兩支點的間距，；

、一試件橫截面的寬及高，。

不同種類的材料具有不同的抵抗外力的特點。相同種類的材料-，隨著其孔隙率及構(gòu)

造特征的不同，使材料的強(qiáng)度也有較大的差異。一般孔隙率越大的材料強(qiáng)度越低，其強(qiáng)度

與孔隙率具有近似直線的比例關(guān)系。如圖（）所示。磚、石材、混凝土和鑄鐵等

材料的抗壓強(qiáng)度較高，而其抗拉及抗彎強(qiáng)度很低。木材則順紋抗拉強(qiáng)度高于抗壓強(qiáng)度。

鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都很高。因此，磚、石材、混凝土等多用在房屋的墻和基礎(chǔ)，鋼材

適用于承受各種外力的構(gòu)件。現(xiàn)將常用材料的強(qiáng)度值列于表。

常用材料的強(qiáng)度（）表

材料抗壓抗拉抗彎

花崗巖

普通粘土磚-

普通混凝土-

松木（順?biāo)桑?/p>

建筑鋼材

最新施工項目經(jīng)理工作手冊

大部分建筑材料是根據(jù)其強(qiáng)度的大小，將材料劃分為若干不同的等級（標(biāo)號）。將建

筑材料劃分若干標(biāo)號，對掌握材料性質(zhì)，合理選用材料，正確進(jìn)行設(shè)計和控制工程質(zhì)量都

是非常重要的。

彈性與塑性

材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力取消后，能夠完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)稱為彈

性。這種完全恢復(fù)的變形稱為彈性變形（或瞬時變形）。

在外力作用下材料產(chǎn)生變形，如果取消外力，仍保持變形后的形狀和尺寸，并且不產(chǎn)

生裂縫的性質(zhì)稱為塑性。這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形（或永久變形）。

實際上，單純的彈性材料是沒有的。有的材料在受力不大的情況下，表現(xiàn)為彈性變

形，但受力超過一定限度后，則表現(xiàn)為塑性變形。建筑鋼材就是這樣。有的材料在受力

后，彈性變形及塑性變形同時產(chǎn)生圖（）?如果取消外力，則彈性變形可以恢

復(fù)，而其塑性變形則不能恢復(fù)。混凝土材料受力后的變形就屬于這種類型。

脆性與韌性

當(dāng)外力達(dá)到一定限度后。材料突然破壞，而破壞時并無明顯的塑性變形，材料的這種

性質(zhì)稱為脆性。脆性材料的變形曲線如圖所示。其特點是材料在外力作用下，

達(dá)到破壞荷載時的變形值是很小的。脆性材料的抗壓強(qiáng)度比其抗拉強(qiáng)度往往要高很多

倍。它對承受震動作用和抵抗沖擊荷載是不利的。磚、石材、陶瓷、玻璃、混凝土、鑄鐵

都屬于脆性材料。

在沖擊、震動荷載作用下，材料能夠吸收較大的能量，同時也能產(chǎn)生一定的變形而不

致破壞的性質(zhì)稱為韌性（沖擊韌性）。材料的韌性是用沖擊試驗來檢驗的。建筑鋼材（軟

鋼）、木材等屬于韌性材料。用作路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的結(jié)構(gòu)都要考慮到

料的韌性。

建筑材料的性能和應(yīng)用

材料的耐久性

耐久性是材料在長期使用過程中，抵抗其自身及環(huán)境因素長期破壞作用，保持其原有

性能而不變質(zhì)、不破壞的能力。

處在建筑物不同部位的各種建筑材料，不僅要受到各種外力的作用，同時還將受到其

自身和環(huán)境因素的破壞作用.這些破壞因素往往是復(fù)雜多變的，它們或單獨或交互作用

于材料，形成化學(xué)的、物理的和生物的破壞作用。由于各種破壞因素的復(fù)雜性和多樣性，

使得耐久性又是一綜合性概念。因而針對具體的工程環(huán)境條件下的某種材料，還須研究

其具體的耐久性特征性質(zhì)。

耐久性及破壞因素關(guān)系見表。

耐久性及破壞因素關(guān)系表

名稱破壞因素分類破壞因素種類評定指標(biāo)

抗?jié)B性物理壓力水滲透系數(shù)，抗?jié)B標(biāo)號

抗凍性物理化學(xué)水、凍融作用抗凍標(biāo)號，抗凍系數(shù)

沖磨氣蝕物理流水、泥砂磨蝕率

碳化化學(xué)、碳化深度

化學(xué)侵蝕化學(xué)酸堿鹽及溶液

老化化學(xué)陽光、空氣、水

銹蝕物理化學(xué)、、、電流銹蝕率

堿集料反應(yīng)物理化學(xué)、活性集料膨脹率

腐朽生物、、菌

蟲蛀生物昆蟲

耐熱物理濕熱、冷熱交替

耐火物理高溫、火焰

注：表示可參考其強(qiáng)度變化率、開裂情況、變形情況等進(jìn)行評定。

材料的耐久性是材料的一項重要技術(shù)性質(zhì)。高耐久性材料，可長期在使用條件下保

持工程所需的物理、化學(xué)、力學(xué)及結(jié)構(gòu)性質(zhì)，抵抗各種破壞作用、延長建筑物的使用壽命

使之堅固穩(wěn)定、經(jīng)久耐用。

材料的耐久性還具有明確的經(jīng)濟(jì)意義。使用高耐久性材料，雖然會使原材料價格提高

或施工費用及難度增大，但因其使用壽命延長，建筑物有效使用期可大大延長，降低維修

用，最終使建筑的綜合費用降低，利用率增高，收益增大，從而獲得顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益

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建筑材料的名稱及代號

材料基本性質(zhì)名稱及代號

常用建筑材料基本性質(zhì)、名稱及代號表

名稱代號公式單位說明

實際密度或-材料的質(zhì)量(或)

—-材料在絕對密實狀態(tài)下的體積，

(或)

視密度或-干燥狀態(tài)下材料的質(zhì)量(或)

—-包括封閉孔隙在內(nèi)的顆粒體積(

或)

表觀密度-材料的質(zhì)量()

-材料表觀體積(自然狀態(tài)下的體積)

()

堆積密度一材料的質(zhì)量()

-材料的堆積體積()

密實度

-材料在絕對密實狀態(tài)下的體積()

-材料表觀體積()

孔隙率

—

吸水率溫-材料吸水飽和后的質(zhì)量()

溫干

干干-材料烘干至恒重時的質(zhì)量()

含水率含-材料含水時的質(zhì)量()

含含干

含

干干-材料干燥至恒重時的質(zhì)量()

耐水性飽-材料在飽和水狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度

軟飽

軟

干()

干-材料在干燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度

()

抗凍性材料在以下凍結(jié)，反復(fù)凍融后質(zhì)量

損失，強(qiáng)度降低的凍融次數(shù)

抗?jié)B性-六個試件中三個滲水時的水壓力

()

導(dǎo)熱系數(shù)--傳導(dǎo)熱量()

?()-材料厚度()

-傳熱面積()

T專熱時間()

二材料傳熱時兩面的溫度差()

建筑材料的性能和應(yīng)用

續(xù)表

名稱代號公式單位說明

比熱-材料吸收或放出的熱量（）

()-材料的質(zhì)量（）

-材料受熱或冷卻前后的溫差（）

抗拉、壓、-材料受拉、壓、剪破壞時荷載（）

剪—-材料受力面積（）

抗彎-受彎時破壞荷載（）

一兩支點間的距離（）

、-材料截面寬、高度（）

注：即材料重量，按國際制定義，應(yīng)改稱為質(zhì)量。

幾種常用材料性質(zhì)比較見（表）

幾種常用材料性質(zhì)比較表

密度表觀密度或堆積密度抗壓強(qiáng)度

材料名稱導(dǎo)熱系數(shù)

（）（）（）（?）

普通粘土粘

粘土空心磚

素混凝土

泡沫混凝土

水泥

生石灰塊

生石灰粉

花崗巖

砂子

膨脹蛭石

膨脹珍珠巖

松木

鋼材

水（）

常用建筑材料質(zhì)量見（表）

常用建筑材料參考質(zhì)量表

表觀密度

名稱名稱質(zhì)量

（）

砂子（干、粗砂）灰板條根

()

砂子（干、細(xì)砂）掛瓦條根

()

卵石（干）人造板每塊

()

粘土夾卵石（干）木絲板

砂夾卵石（干）刨花板

砂夾卵石（溫）膠合三夾板（楊木）

碎石膠合三夾板（搬木）

建筑材料的性能和應(yīng)用

各種磚的規(guī)格與表觀密度（表）

表

表觀密度

名稱規(guī)格（）備注

（）

紅磚

礦喳磚

灰砂磚

粉煤灰磚

焦磴空心磚塊

粘土空心病塊

粘土空心病不能承重

水泥空心磚塊

水泥空心成塊

水泥花磚塊

缸磚

耐火磚

耐酸瓷磚

瓷面磚塊

陶瓷錦磚（馬賽克）厚

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氣硬性膠凝材料一石灰、

石膏、水玻璃、菱苦土

氣硬性膠凝材料是指無機(jī)化合物為主要成分，調(diào)制適量的水以后，經(jīng)過一定的物理化

學(xué)變化以后，它只能在空氣凝結(jié)硬化，產(chǎn)生一定強(qiáng)度，并可將松散材料粘結(jié)成整體。如石

灰、石膏、水玻璃、菱苦土均是此類材料。氣硬性膠凝材料在建筑上有廣泛運用.

石灰

石灰的燒制

石灰的燒制原理，是將石灰石（以碳酸鈣為主，也有部分碳酸鎂）加熱分解的過程:

理論分解溫度

埋論分解溫度

因為生產(chǎn)時把石灰石破碎成一塊狀燃燒，為使其分解充分故實際生產(chǎn)燃燒溫

度為一。

燒制石灰溫度不宜過高、也不宜過低。溫度過高，不僅浪費煤，而且會出現(xiàn)過火石

灰”。使用過火石灰”，因其消解速度很慢，用于砌墻或抹面，短時間沒有問題，但過了J

個月或更長時間，就會出現(xiàn)脹裂事故。溫度過低，就會出現(xiàn)欠火石灰”，即沒有充分分解

反應(yīng)的石頭塊，造成浪費。碳酸鎂含量高時要降低煨燒溫度。

按照其成分，石生可分類為：鈣質(zhì)石灰——；鎂質(zhì)石灰——-:高

鎂石灰（也稱白云石質(zhì)石灰）。鈣質(zhì)石灰比鎂質(zhì)石灰消費速度，常用的多屬鈣

質(zhì)石灰。

燒成的塊狀生石灰為白色多孔結(jié)構(gòu)，其比重為-，容重為-。

生石灰技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)表

鈣質(zhì)右灰鎂質(zhì)石灰

技術(shù)指標(biāo)

一等二等三等一等二等三等

有效、含量

未消解顆粒、殘渣含量

注：睢、鋁、鐵氧化物含量之和的生石灰，有效、含量：一等，?.等，三等：未消解顆粒殘渣含量，其

指標(biāo)要求與鎂質(zhì)石灰相同。

建筑材料的性能和應(yīng)用

消石灰粉技術(shù)性質(zhì)指標(biāo)表

鈣質(zhì)消石灰鎂質(zhì)消石灰

技術(shù)指標(biāo)

F~~M=￥

含水率

細(xì)度：方孔篩篩余

方孔篩篩余

石灰的消解和硬化

生石灰（），加水消解（熟化）后即可得消石灰（熟石灰））但應(yīng)如下：

（）

生石灰消解時具有兩個同時發(fā)生的特點，即放出大量熱，并體積膨脹。生石灰放熱量

大，生石灰可放熱約?生石灰消解放熱速度也很快，其最初一天的放熱量是半

水石膏的倍，相當(dāng)硅酸鹽水泥一天水化熱的倍。生石灰消解時的體積膨脹也劇烈，

約膨脹一倍。

由于生石灰消解中的以上特點，其漿體難于和石膏、水泥那樣水化過程中形成的凝膠

—結(jié)晶結(jié)構(gòu)。生石灰使用時往往要預(yù)先消解，這樣即需加水量多，使其膠體顆粒膨脹，

硬化后粘結(jié)力小，強(qiáng)度低，孔隙率大，硬化時間長。

消石灰有消石灰粉和消石灰膏兩種。石灰產(chǎn)漿（膏）量，通常為生石灰可產(chǎn)-

的石灰漿（膏）。澄清后的石灰漿（膏）含水量約，容重為-。石灰

質(zhì)量高，則產(chǎn)漿（膏）也多。

消石灰的硬化，也同時包括兩方面的硬化作用，即結(jié)晶作用和碳化作用。結(jié)晶作用是

石灰硬化產(chǎn)生強(qiáng)度的主要來源。注意，即使結(jié)晶硬化以后的（）仍然具有溶解于水

的特性。碳化作用雖然有，但十分緩慢、十分微弱，其反應(yīng)為：

（）（）

石灰的應(yīng)用

石灰在建筑工程中有廣泛的應(yīng)用，包括：墻體砌筑砂漿，抹面砂漿，石灰乳涂料，基

的灰土墊層，三合土墊層，生產(chǎn)灰砂磚，石灰碳板，以及硅酸鹽制品的材料。

石灰體積重量換算表表

石灰組分密實狀態(tài)下每米每米消石灰用生每米石灰膏用生每噸生石灰消解后

（塊粉）石灰重量石灰數(shù)量石灰數(shù)量的體積

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續(xù)表

石灰組分密實狀態(tài)下每米每米消石灰用生每米石灰膏用生每噸生石灰消解后

（塊粉）石灰重量石灰數(shù)量石灰數(shù)量的體積

-

石膏

天然石膏

天然石膏有天然二水石膏（也叫軟石膏）和天然無水石膏（也叫無水石膏）。我國石

資源豐富，已探明的天然石膏儲量為多億噸。生產(chǎn)建筑石膏一般多用天然二水石膏。

天然二水石膏（?）理論化學(xué)組成為：，，。

按照?含量多少，天然二水石膏可分為四等：

一等：?純凈潔白無雜色，可直接用于裝飾石膏或高級石膏雕塑。

二等：?可用于生產(chǎn)普通建筑石膏、高強(qiáng)建筑石膏、普通模型石膏以

及生產(chǎn)水泥的原料。

三等：可用于生產(chǎn)普通建筑石膏和生產(chǎn)水泥的原料。

四等：?其用途近似于三等的用途。

除天然石膏外，我國還有可觀的化學(xué)石膏可供建筑上使用。化學(xué)石膏是化學(xué)工業(yè)副

產(chǎn)物的石膏廢渣（如磷石膏、氟石膏、硫石膏、銘石膏、硼石膏、鈦石膏及鹽田石膏等）

建筑石膏

建筑石膏也稱熟石膏，它是由天然二水石膏（也稱生石膏）經(jīng)過烘干和-溫

度的煨燒，脫水生產(chǎn)的型半水石膏，再經(jīng)磨細(xì)制成一定細(xì)度的粉料。其反應(yīng)為：

其中?一即為建筑石膏（熟石膏）。在此應(yīng)注意，不同燃燒溫度處理，將會

使各種石膏的性質(zhì)有很大差別。

建筑石膏為白色粉末，比重為-，松散容重為-。

建筑石膏具有以下特性：

（）凝結(jié)時間快：一般一分鐘即凝結(jié)，室內(nèi)一周即可完全硬化，硬化后不收縮、引

裂縫，并有微小膨脹（約的膨脹）。故使用時應(yīng)根據(jù)需要隨配制隨用，每次配制量不宜

多。

建筑材料的性能和應(yīng)用

()建筑石膏(?)理論水化的需水量很少約為，但考慮操作方便實

際用水量則為一,故多余水分的蒸發(fā)，形成石膏硬化后內(nèi)部構(gòu)造有很大的孔隙率，

這是石膏具有輕質(zhì)高強(qiáng)的重要原因，也是具有吸聲、保溫絕熱性質(zhì)的重要原因。

()吸濕性強(qiáng)：由建筑石膏比表面積很大，吸濕性高，故存放要注意防潮，如一般存2

三個月，其強(qiáng)度可降低約。硬化后石膏的多孔構(gòu)造也有很強(qiáng)的吸濕性，用于房間有

一定的調(diào)節(jié)濕度的作用。

()建筑石膏?一經(jīng)大氣壓的蒸壓處理，可轉(zhuǎn)換?一高強(qiáng)

石膏，其實際需水量約-，較實際需水量少得多，且結(jié)晶較粗大，故

天強(qiáng)度可達(dá)-。高強(qiáng)石膏可用于高級裝修，摻防水劑可制作高級防水石膏。

()建筑石膏也是生產(chǎn)硅酸鹽制品重要原料之一。

()生產(chǎn)石膏板需用大量建筑石膏。石膏板是一種新型建筑材料?，有廣闊發(fā)展前景。

熟石膏技術(shù)指標(biāo)表

建筑石膏

技術(shù)指標(biāo)模型石膏高強(qiáng)度石膏

一等二等三等

凝結(jié)時間：初凝，不早于

(分鐘)終凝，不早于

終凝，不遲于

細(xì)度：篩孔

(篩余量)篩孔

抗壓強(qiáng)度：養(yǎng)護(hù)天后-----

()養(yǎng)護(hù)天后

抗壓強(qiáng)度：養(yǎng)護(hù)天后，

()養(yǎng)護(hù)天后，

水玻璃

水玻璃也叫泡花堿，是一種能溶于水的硅酸鹽，是由堿金屬氧化物或和二

氧化硅按不同比例組成的，因此分為硅酸鈉水玻璃?和硅酸鉀水玻璃等，而

前者是最常見的。

水玻璃成品的種類

()固體水玻璃：這是從熔爐的硅酸鈉冷卻后而得的，它不含水分。

()液體水玻璃：這是固體水玻璃溶解于水而得的，但這種液體水玻璃的模數(shù)、濃度才

比重各有不同。常見的有溶液，濃度有三種波美度，即、、，水玻

璃模數(shù)在一之間；?溶液，濃度波美度為，水玻璃模數(shù)在一