《建筑工程概论》教程(2).doc
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1、第二章第二章 建筑材料建筑材料 建筑材料是构成建筑工程的物质基础,建筑材料的品种、规格和质量,是影响到建 筑工程质量和造价的重要因素。掌握建筑材料的种类、特性、基本用途和使用趋势,有 利于资产评估人员更加深刻地理解建筑物的价值,以便更准确地分析建筑物的损耗。 第一节第一节 常用建筑材料常用建筑材料 1.11.1 建筑材料的分类建筑材料的分类 建 筑 材 料 无 机 材 料 金属材料 黑色金属:钢、铁 有色金属:铝、铝合金、铜、铜合金 非 金 属 材 料 天然石材:花岗岩、石灰岩、大理岩、砂岩等 烧结与熔融制品:烧结砖、陶瓷、玻璃、铸石、岩棉等 胶凝材料: 水硬性胶凝材料:各种水泥等; 气硬性胶
2、凝材料:石灰、石膏、水玻璃、菱苦土等 混凝土及砂浆制品等 硅酸盐制品等 无机 材料 植物材料:木材、竹材及其制品等 合成高分子材料:塑料、涂料、胶粘剂、密封材料等 沥青材料:石油沥青、煤沥青及其支品等 有机材料 基 复会材料 无机材料基 复合材料 混凝土、砂浆、钢筋混凝土等 水泥刨花板、聚苯乙烯泡沫混凝土等 有机材料基 复合材料 沥青混凝土、树脂混凝土、玻璃纤维增强塑料(玻璃钢) 等 胶合板、竹胶板、纤维板等 1.21.2 常用建筑材料常用建筑材料 建筑材料中,水泥、木材、建筑钢材的用途最广、用量最大,非其他种类的建筑材 料所能比,因而称为三大建筑材料。 1 1、水泥、水泥 水泥常用来制造各种
3、形式的混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土构件,也常用于配 制砂浆,以及用作灌浆材料等。 水泥种类有:水泥是以石灰质原料(石灰石)与黏土质原料(如黏土、页岩)为主, 加少量铁矿粉按一定比例配合、磨细成生料粉(干法生产)或生料浆(湿法生产),经 均化煅烧到部分熔融,生成以硅酸钙为主要成分的粒块状“熟料”。冷却后加入适量石 膏,共同研磨成粉末状的水硬性胶凝材料,即硅酸盐水泥。 根据水泥熟料中掺入混合材料的成分和比例的不同,可分为: 1)硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料中掺入少量(05%)石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。国外称为“波特兰”水泥。 2)普通硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料
4、中掺入少量(大于 5%且20%)混合材料和 适量石膏磨细而成的水泥。 3)矿渣硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的而成 的水泥。 4)火山灰硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成 的水硬性胶凝材料。 5)粉煤灰硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料、粉煤灰、适量石膏磨细制成的而成的水 泥。 6)复合硅酸盐水泥。在硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石 膏磨细制成的而成的水泥。 水泥硬化过程是水泥反应的过程,由于硬化过程需在潮湿条件下或水肿进行,故水 泥被称为水硬性材料。水泥凝结硬化程度与水泥颗粒细度、温度及用水量有关,颗粒越 细硬化越快,
5、温度越高,硬化越快。但加入的水只有在适量情况下,才能保持较快的硬 化速度。 水泥凝固过程分为初凝和终凝。初凝时间是指自水泥加水拌合时起,到水泥浆(标 准稠度)开始失去可塑性为止所需的时间。而终凝时间是指水泥加水拌合到水泥浆完全 失去可塑性,开始产生强度所需的时间。 在施工中初凝时间不宜过短,终凝时间不宜过长。凡初凝时间不符合规定的水泥为 废品,终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。 水泥的强度等级(习惯称为水泥标号)。是指水泥胶砂的强度,而不是水泥净浆的 强度。按照通用硅酸盐水泥(GB175-2007)规定。 硅酸盐水泥的强度等级(单位:MPa)为:42.5、42.5R,52.5、52.5R,6
6、2.5、62.5R。 普通硅酸盐水泥的强度等级(单位:MPa)为:42.5、42.5R,52.5、52.5R。 矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥、复合硅酸盐水泥的强度等级(单位:MPa)为: 32.5、32.5R,42.5、42.5R,52.5、52.5R。 不同品种的水泥品种的特性和适用范围是不同的,见下表所示。 水泥 品种 特性适 用 范 围 优点缺点适用于不适用于 硅酸 盐水 泥 凝结硬化快 抗冻性好 早期强度高 水化热大 耐海水浸蚀和耐 化学腐蚀性能差 重要结构的高强度混凝 土和预应力混凝土 冬季施工及严寒地区遭 受反复冰冻工程 经常受压力水 作用的工程 受海水、矿物水 作用的工程 大
7、体积混凝土 工程 普通 硅酸 盐水 泥 抗冻性好 早期强度高 水化热大 耐热性差 耐腐蚀与抗渗性 较差 一般土建工程及受冰冻 作用的工程 早期强度要求高的工程 大体积混凝土 工程 受化学及海水 浸蚀的工程 受水压作用的 工程 矿渣 硅酸 盐水 泥 抗浸蚀、耐水性 好 水化热低 耐热性好 蒸汽养护强度发 展较快 后期强度较大 早期强度低,凝 结慢 抗冻性较差 干缩性大,有泌 水现象 地下、水下(含海水) 的工程及受水压作用的 工程 大体积混凝土工程 蒸汽养护工程 有抗浸蚀、耐高温要求 的工程 早期强度要求 高的工程 严寒地区处在 水位升降范围 内的工程 火山 灰硅 酸盐 水泥 水化热低 抗渗性好
8、 抗腐蚀能力强 后期强度较大 耐热性较差 抗冻性差 吸水性强 干缩性较大 地下及水中大体积混凝 土工程 蒸汽养护混凝土构件 有抗浸蚀要求的一般工 程 早期强度要求 高的工程 受冻工程 干燥环境中的 工程 有耐磨性要求 的工程 粉煤 灰硅 酸盐 水泥 水化热低 抗渗性较好 抗腐蚀能力较强 干缩性小 抗碳化能力差地下及水中大体积混凝 土工程 蒸汽养护混凝土构件 有抗浸蚀要求的一般工 程 有碳化要求的 工程 复合 硅酸 盐水 泥 水化热较低 后期强度增长较 快 耐蚀性较好 凝结硬化慢 早期强度低 抗冻性差 在高湿环境中或长期处 于水中的混凝土工程 厚大体积混凝土工程 受浸蚀介质作用的混凝 土工程 要
9、求快硬早强 的混凝土工程 严寒地区处在 水位升降范围 内的工程 2 2、木材、木材 木材的特点表现在其自然性,具有某些生物特性。这些特征对木材的组织结构、技 术性质均有影响。木材美观,富于装饰性。但受到天然生长中产生的木节、斜纹、质地 不均匀等因素限制,力学性能变化较大。木材易燃,故防火性能差。在现代建筑中,木 材作为承重材料已被钢材、混凝土等代替,但在门窗、地板及室内装饰装修方面仍然大 量使用。 根据树种不同,木材可分为两大类:针叶树材和阔叶树材。 针叶树材有各种松、杉、柏树等,树干高大,纹理顺直、材质均匀、耐腐蚀、易加 工。多数质地较软,故也称为软材,是建筑工程中主要用材。 阔叶树材有榆、
10、樟、水曲柳等,树干短,树质坚硬,故也称为硬材,硬材易翘曲开 裂、较难加工,但纹理美观,多用于装饰工程等。 根据建筑型材不同分为: 原木:伐倒后经修枝后按一定长度锯断的木材。 板材:断面宽度为厚度 3 倍及 3 倍以上的型材。 枋材:断面宽度不及厚度 3 倍的型材。 根据综合利用技术不同可分为胶合板、刨花板、硬质纤维板、贴面碎木板等。 木材的物理性质有含水率和湿胀干缩。木材所含水分随环境的温度和湿度而改变。 而木材显著的湿胀干缩对其实际使用带来严重影响。 木材的组织结构决定料木材的抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度均具有明显的方向性。 木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多。当以顺纹抗压强度为 1 时,木材
11、理论上各强度 大小关系见下表所示。 抗 压抗 拉抗 弯抗 剪 顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹 11/101/3231/201/33/221/71/31/21 影响木材的强度的因素,除自身组织结构外,还与含水率、负荷时间、温度、缺陷 (疵病)有关。 木材在建筑结构中,主要应用于屋架、梁柱、门窗及施工中的临时支护结构及模板 等。而在建筑装饰装修中,木材广泛应用于地板、护墙板、木花格、木制装饰等。 3 3、钢材、钢材 建筑钢材主要有型钢、钢板、钢管和各种钢筋、钢丝、钢绞线等。 钢材的优点主要有材质均匀、性能可靠、强度高而结构自重轻;具有良好的塑性和 韧性;能承受较大的冲击荷载和振动荷载;既可采用焊缝连接,
12、又可采用螺栓和铆钉连 接;便于装配,易于拆卸等。但它的缺点有易锈蚀,维护费高,且耐火性差。 钢材根据化学成分不同分为碳素钢和合金钢。 碳素钢按其含碳(C)量的高低可分为低碳钢(C:0.25%),中碳钢(C:0.25 0.6%),高碳钢(C:0.61.3%)。钢含碳量越高,钢材的硬度、强度越高,但其塑性、 韧性越差。 合金钢.除铁(Fe)和碳外,另加入一种或多种的合金元素(如硅 Si、锰 Mn、铬 Cr、 镍 Ni、锑 T、钒 V 等)的钢,称之。 合金钢可分为:低合金钢(合金元素总含量小于 5%)的合金钢;中合金钢(合金元 素总含量 5%10%)的合金钢;高合金钢(合金元素总含量大于 10%)
13、的合金钢。 加入少量合金元素后,钢材的性质变得高强,具有弹性、韧性和良好的可焊性。 根据用途不同,钢材可分为结构钢、工具钢和特殊刚(如不锈钢、耐酸钢、耐热钢 等)。 建筑工程常用的钢材多为普通碳素钢中的结构钢和低合金钢,轧材占绝大部分。 钢材的主要技术性能包括抗拉性、冲击韧性、疲劳强度、硬度、冷弯性能、时效反 应和焊接性能等。 抗拉性能是钢材抵抗拉伸变形的能力。抗拉性能是建筑钢材最重要和最常用的性 能。通过拉伸试验可以测出弹性极限、屈服强度、抗拉强度及伸长率等技术指标。钢材 拉伸变形过程可划分为:弹性阶段、屈服阶段、强化阶段、颈缩阶段。 冲击韧性是指在冲击荷载作用下,钢材抵抗破坏的能力。 疲劳
14、强度是指钢材承受规定次数交变荷载发生破坏所能承受的最大应力。 硬度是指材料抵抗其他较硬物体压入的能力, 也可以说是材料表面抵抗变形的能 力。 冷弯性能是指钢材在常温下承受弯曲变形的能力。承受弯曲变形程度越大,说明 钢材冷弯性能越好。 时效处理是指将经过冷拉的钢筋, 于常温下存放l520d, 或加热到100200 并保持 23h 的过程。前者称自然时效,后者称为人一亡时效。经过时效处理后,钢筋 强度将进一步提高。 可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件下, 在焊缝及其附近过热区不产生裂缝及硬 脆倾向。 1)建筑常用钢材 建筑常用钢材有钢结构用钢和钢筋混凝土结构用钢两类,前者主要采用型钢、钢板 和钢管,
15、后者主要采用钢筋和钢丝。两者所用的原料钢钢种多为碳素钢和低合金钢。 (1)钢筋混凝土、预应力混凝土用钢。包括钢筋、钢丝及钢绞线。 钢筋混凝土中常用的钢筋为热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋等,一般按外形可分 为光面筋及变形钢筋(螺纹筋、月牙纹筋等) 。要求此类钢筋有足够的强度和一定的塑 性,要求钢筋在断裂前应有足够的变形,具有可焊性和与混凝土的足够的握裹力。钢筋 按直径一般有 6、8、10、12、14、16、18、20、25、30mm 等不同规格。 钢筋按强度一般分为 HPB235、 HPB300、 HRB335、 HRB400、 RRB400、 HRB500、 HRBF335、 HRBF400、
16、HRBF500 等不同型号。 大型预应力混凝土构件常采用高强度钢丝或钢绞线作为主要受力钢筋。 预应力混凝土用钢丝具有强度高、柔性好、无接头等优点。 根据预应力混凝土用钢绞线 (GB/T5224-2003)的规定,钢绞线按其结构分为五 类:即用两根钢丝捻制的钢绞线(12) 、用三根钢丝捻制的钢绞线(13) 、用三根刻 痕钢丝捻制的钢绞线(13I) 、用七根钢丝捻制的标准型钢绞线(17) 、用七根钢丝 捻制的且经模拔的钢绞线。 (2)钢结构用钢。包括型钢、钢板和钢管。 型钢的截面形状较为简单,便于轧制,构件间相互连接也比较方便,主要用于建筑 中的主要承重结构及辅助结构,各种规格的型钢可组成各种形式
17、的钢结构。常用的型钢 如角钢、工字钢、槽钢、H 型钢和 T 型钢。 钢板有厚钢材、薄钢板和扁钢(带钢)三种规格。 根据制作方法,钢管分无缝钢管和焊接钢管。 无缝钢管足由优质碳素钢或合金钢制作,有热轧和冷拔两种。用于地质钻探及输送 各种液体、气体的工业管道等。 焊接钢管按表面处理的不同分为镀锌钢管和不镀锌钢管两种。一般用于输水管、煤 气管、暖气管及结构零件等 4 4、气硬性胶凝材料、砌墙砖、建筑砂浆、建筑砌块气硬性胶凝材料、砌墙砖、建筑砂浆、建筑砌块 (1)气硬性胶凝材料 建筑石膏。生产石膏的原料主要为含硫酸钙的天然二水石膏,将其在 107 l70干燥条件下加热,脱去部分水分即得熟石膏,也称半水
18、石膏。建筑石膏加水后发 生水化反应,生成二水石膏并使得浆体变稠而失去可塑性的过程,称为凝结过程。浆体 继续变稠产生强度,石膏一直发展到最大值的过程称为硬化过程:建筑石膏具有凝结硬 化快、凝结硬化时体积微膨胀、孔隙率大、具有一定的调湿性、防火性好,耐久性、耐 水性、抗渗性、抗冻性差等特点。建筑石膏常被用于室内高级抹灰和粉刷。 石灰。石灰是由含碳酸钙(CaC0, )较多的石灰石经过高温煅烧放出二氧化碳而 生成的块状气硬性胶凝材料,其主要成分是氧化钙。石灰呈白色或灰色块状。石灰加水 后消解为熟石灰氢氧化钙(Ca(OH) : )并产生大量水化热的过程称为石灰的熟化。由于 和易性好,且后期在空气中硬化又
19、有较高的强度,所以熟石灰作为胶结材料被广泛使用 在工程建设中。石灰在建筑工程中应用很广,常用的有在石灰膏中加入砂、麻刀、纸筋 等用于室内墙面抹灰,或制成白灰砂浆、水泥石灰混合砂浆,用于砌墙;也可掺拌灰土 或三合土,生产硅酸盐制品、碳化石灰板等。 (2)砌墙砖 烧结砖。凡是通过焙烧而制得的砖称为烧结砖,包括普通粘土砖、烧结多孔砖、 烧结空心砖等。普通粘土砖主要以粘土为原材料,经配料、调制成型、于燥、高温焙烧 而制成。 普通粘土砖以抗压强度大小为标准划分强度等级。 普通粘土砖的抗压强度较高, 有一定的保温隔热作用,其耐久性较好,且原料广泛,因而可用作墙体材料及砌筑柱、 拱、烟囱及基础等。烧结多孔砖
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