本书主要介绍天然石材、胶凝材料、水泥混凝土、建筑砂浆、建筑钢材、沥青及沥青混合料、木材、墙体材料、合成高分子材料与建筑功能材料等,建筑工程中常用材料的基本成分、生产工艺、技术性能、应用方法及其他基本知识,并根据教学大纲的要求,介绍了常用材料的试验方法和有关知识。本书全部采用新标准和新规范,对近几年不断涌现的新材料、新品种作了不同程度的补充和介绍,借以跟上科技和社会发展的步伐。
本书可作为普通高等院校“材料科学与工程”、“土木工程”等专业的教学用书,也可用作继续教育与自学考试的教学或自学教材,还可供从事实际工程的技术人员和管理人员参考使用。

绪论
0.1 建筑材料及其分类
0.2 建筑材料在土建工程中的地位
0.3 建筑材料的可持续发展
O.4 我国建筑材料的现状和发展趋势
0.5 建筑材料的检验方法及标准化
O.6 课程的目的和要求
复习思考题
第1章 建筑材料的基本性质
1.1 材料的组成、结构与构造
1.2 材料的基本物理性质
1.3 材料的力学性质
1.4 材料的耐久性
复习思考题
第2章 天然石材
2.1 岩石的基本知识
2.2 建筑工程常用的岩石
2.3 天然石材的应用及防护
复习思考题
第3章 胶凝材料
3.1 气硬性胶凝材料
3.2 水泥
3.3 特性水泥
复习思考题
第4章 水泥混凝土
4.1 混凝土概述
4.2 普通混凝土的基本组成材料
4.3 普通混凝土的性能
4.4 混凝土外加剂和掺合料
4.5 普通混凝土的质量控制与评定
4.6 混凝土的配合比设计
4.7 其他品种水泥混凝土
复习思考题
第5章 建筑砂浆
5.1 建筑砂浆的定义和分类
5.2 砂浆对组成材料的要求
5.3 砌筑砂浆的技术性质
5.4 砂浆的配合比设计
5.5 砂浆的取样规定与强度评定
5.6 其他砂浆
复习思考题
第6章 建筑钢材
6.1 钢材的生产及钢的分类
6.2 建筑钢材的主要技术性质
6.3 钢的组成与结构
6.4 钢材的冷加工和热处理
6.5 建筑用钢、钢材的标准和选用
6.6 钢材的防护
复习思考题
第7章 沥青材料
7.1 石油沥青
7.2 其他沥青
7.3 沥青混合料
复习思考题
第8章 木材
8.1 木材的分类与构造
8.2 木材的主要性能
8.3 木材的干燥、防腐和防火
8.4 木材的综合利用
复习思考题
第9章 墙体材料
9.1 墙体材料概述
9.2 砖
9.3 建筑砌块
9.4 墙板
复习思考题
第10章 合成高分子材料与建筑功能材料
10.1 合成高分子材料
10.2 建筑功能材料
复习思考题
第11章 建筑材料实验
11.1 概述
11.2 水泥实验
11.3 混凝土用砂、石子骨料实验
11.4 普通混凝土实验
11.5 建筑砂浆实验
11.6 砌墙砖实验
11.7 建筑钢筋实验
11.8 石油沥青实验
参考文献

第1章 建筑材料的基本性质
建筑物由多种建筑材料组成。材料性能的优劣在很大程度上决定了建筑物的**性、耐久性、适用性和美观性。换言之,土木工程建设对工程性能的要求*终主要体现为对其构成材料性能的要求。建筑材料的技术性质很多,为了便于研究,一般将不同材料所具有的一些重要的共同性质称为材料的基本性质。
1.1 材料的组成、结构与构造
影响材料性质的因素有多种,常归纳为外部因素和材料自身的内部因素两部分。材料的组成与结构是决定材料性质的内因。
1.1.1 材料的组成
材料的组成包括化学组成和矿物组成,材料的组成是决定材料各种性质的重要因素。
建筑材料的组成有些较简单,有些则非常复杂。例如,石膏制品的化学组成主要就是二水硫酸钙;而沥青的组成就非常复杂,由于分子量从几十到几万都有,且同一分子式中又包含了很多同分异构体物质,因此,几乎不可能测出所有的化学组成。对于大多数建筑材料,都可从化学组成或矿物组成上分析材料组成与性能之间的关系。
(1)化学组成
化学组成指构成材料的基本化合物或化学元素的种类和数量。材料按化学组成可以分为无机材料、有机材料和复合材料。无机材料又包括金属材料(如钢、铁、铝、铜等)和非金属材料(如水泥、混凝土、玻璃、陶瓷等);有机材料主要含有碳、氢、氧、硫、氮、磷等元素,例如木材、竹材、沥青、防水卷材等;复合材料是指由几种不同化学组成的物质构成的材料,例如,普通水泥混凝土由水泥、砂子、石子和水组成,是由无机非金属材料复合而成,钢筋混凝土由金属材料和无机非金属材料复合而成,沥青混合料由无机材料和有机材料复合而成,合金钢由多种金属复合而成。
材料的化学组成不同则技术性质不同,影响性能的因素及改善性能的措施也不相同。有时即使材料化学组成相同,性质也不尽相同,例如,由相同材料配制的混凝土,由于施工及养护条件的不同,混凝土的抗压强度和抗渗性能指标可以相差很大。
(2)矿物组成
矿物组成主要针对各类矿物材料、水泥及各类硅酸盐制品而言。矿物组成指构成材料的矿物种类与数量。矿物是指具有相对固定的化学成分和结构特征的单质或化合物,包括天然矿物和人造矿物。组成矿物的物质是各种氧化物和无机盐类。
无机非金属材料通常由几种矿物成分组成。例如,大理石主要矿物成分是方解石和白云石,并含有少量石英、玉髓、石墨、赤铁矿、黄铁矿、绿泥石、蛇纹石、透辉石等。又如高岭土,矿物成分主要为高岭石和多水高岭石,并含有少量水云母、明矾石、水铝英石、蒙脱石、石英、云母、碳酸盐、铁的硫化物和氧化物、有机质等。每一种矿物都具有一些特殊的性质。无机非金属材料的性质主要取决于组成该材料的各种矿物的相对含量。例如,在硅酸盐水泥的熟料矿物中,硅酸三钙含量高时,该水泥的早期强度发展快;硅酸二钙含量较多时,该水泥为水化速度较慢的低热水泥。
1.1.2 材料的结构与构造
材料的结构是指用肉眼或放大镜不能观察到的材料内部的组织状态,可分为微观结构和亚微观结构两个层次。结构是材料性能*重要的决定因素。
材料的构造是指宏观的内部组织状态和具有特定性质的材料单元的组合情况。材料的性质不但与材料的组成和结构有关,与材料的构造也密切相关。
结构可以看成是材料自身固有的,反映了材料自身的特性;而构造则是通过制作工艺形成的,是为了满足各种需要而塑造出来的。比如烧结普通黏土砖与烧结黏土空心砖,两者固体部分的结构可认为是相同的,而后者通过制作工艺形成数个大的孔洞,从而两者的构造明显不同。砖的空心构造可以达到节省原料、降低自重、改善隔热保温性能等目的。
(1)微观结构
微观结构是原子、分子层次的材料内部组织状态,通常认为线度尺寸在1nm以下,通过电子显微镜、x射线衍射等检测手段,对其进行观察、分析和研究。建筑材料的微观组织结构可分为三种:晶体、玻璃体和胶体结构。
1)晶体结构
晶体结构是材料内部质点(离子、原子、分子)在三维空间按照特定的规则排列形成的呈周期重复的空间点阵。质点按照在空间的排列规则不同而构成不同的晶格形式。材料的晶格发生改变,其性质也随之而异。
单晶体具有几何外形规则、熔点固定、各向异性、化学稳定性好等特点。这些性能特点与单晶体中质点种类及相互作用力、排列方式、密集程度、质点处于*低能量位置等结构特征有必然的联系。质点之间的相互作用根据质点种类的不同有离子键(如NaCl)、共价键(如金刚石)、金属键(如铝)、分子键(如萘)和氢键(如冰)等,其中原子键力*大,离子键力次之,分子键力*小。金属键力则由电子数目确定,电子越多,结合力越大。质点密集程度较高的材料密度较大,强度较高,硬度也较高。钢材由于晶格的质点密集程度很高,质点间以金属键连接,因而具有很大的塑性变形能力以及良好的导热性和导电性。一定数目的自由电子也使得钢材具有较高的强度。如果晶格中质点的密集程度不高,则材料的变形能力就很小,即使质点间以共价键连接。其脆性也很大,例如天然石材等。
实际上,多数晶体材料是由很多的微小晶粒杂乱堆积而成的多晶体,因而其性能特点是大致各向同性,且具有固定的熔点和稳定的化学性质。材料结构中微小晶粒之间的接触面称为晶界面,晶界面的界面性质及界面面积在很大程度上影响着材料的宏观性质。晶体尺寸越小,单位体积晶界面积就越大,通常情况下,材料的内聚力也就越大,从而具有较好的宏观力学性质。因此,常采用合金化、热处理等工艺措施,使建筑钢材中的晶粒细化、粒形改变、铁素体强化来获得较好的力学性能。
复杂的晶体结构中,原子团可以连接成不同的结构形式。在建筑材料中占有重要地位的硅酸盐晶体材料,其基本结构单元——硅氧四面体连接形式的不同导致了性能上的巨大差异。具有空间结构形式的硅酸盐晶体材料,其整体性好,也比较坚固(如石英砂等);具有平面网状结构的硅酸盐晶体材料,由于结构平面间的连接比较薄弱,因而易分解成片状(如云母等);具有链状结构形式的硅酸盐晶体材料,链与链之间的连接作用弱于链本身,则形成纤维状物质,纤维材料顺纤维方向的抗拉强度和抵抗变形的能力均很高(如石棉等)。
2)玻璃体(非晶体)结构
玻璃体结构是材料内部质点无规则排列而形成的紊乱的空间点阵。玻璃体材料为各向同性,无固定熔点、只出现软化现象,具有化学不稳定性。其性能特点与结构内部质点种类及质点在空间无规则排列的紊乱程度有关。
晶体材料熔融物经缓慢冷却后可重新生成晶体,再结晶程度与冷却速度有关。如果熔融物冷却速度很快,液相黏度将急剧增大,质点来不及回到原来的位置便凝固成固体状态,就形成了玻璃体结构。玻璃体结构是无机非金属晶体熔融物经急速冷却后在常温下保留的高温组织状态。由于高温组织状态中各质点都处于极不稳定的位置且能量较高,因此玻璃体材料具有较高的内能。在一定条件下,无机非金属玻璃体材料容易发生化学反应。例如,火山灰、粉煤灰、粒化高炉矿渣粉在碱性或硫酸盐环境中,具有较好的水硬胶凝性能,因而被用来生产水泥或作为混凝土掺合料;在混凝土用天然岩石骨料中,若含有无定型二氧化硅,则易产生碱-骨料反应,导致混凝土开裂破坏;而含结晶态二氧化硅的石英砂在常温下则不能与碱发生碱.骨料反应。
3)胶体结构
胶体结构是指大量微小的固体粒子均匀稳定地分散在介质中所形成的结构。随分散介质的形态不同,胶体材料在常温下可呈固态、膏状态、液态等。胶体材料在结构上分子比例不固定,例如水泥水化产物中的水化硅酸钙,其中的氧化钙、二氧化硅和水的比例是不确定的;同样水化铁酸钙中,氧化钙、氧化铁和水的比例也是不确定的。沥青、油膏、塑料及树脂等有机材料也是胶体结构。
胶体结构材料的性能取决于分散相和分散介质的性质,以及两者之间的相互作用和相对含量。由于分散相固体粒子的尺寸很小,内比表面积和表面能很大,因而胶体材料具有很强的吸附能力和黏结强度。水泥石强度理论认为:水泥石具有较高强度的原因是由于水泥水化产物——水泥凝胶具有巨大的内比表面积。对于沥青材料,由于石油沥青和煤沥青两者表面张力相差较大,因此两者不能直接混合形成稳定的胶体结构。
液态和膏状态胶体由于脱水作用或质点的凝聚作用而产生凝胶。凝胶具有固体性质,但在长期应力作用下又具有黏性液体的流动性,这个性质是混凝土徐变机理的理论依据。
……

本书是根据“材料科学与工程”、“土木工程”等专业的特点,按照普通高等学校工科类建筑材料教学大纲的要求,结合多年的教学经验编写而成的。主要阐述工业与民用建筑、交通土建等工程中所必须掌握的建筑材料知识,**突出水泥、混凝土、建筑钢材及沥青材料等有关内容,同时也介绍了一些国内外出现并在工程中应用的新材料和新技术,以适应当前建筑工程发展的要求。每章后均列有复习思考题,可帮助学生归纳总结,加深印象,检验学习掌握的程度。由于建筑材料课程强调实践环节。