建筑材料Building materials

中图分类号:TU5文献标识码:A

摘要:建筑工程中使用的所有材料统称为建筑材料。材料是保证土木工程质量的基础,所以建筑材料必须有一定结构上的使用性的物理特性。

关键词:建筑材料 混凝土 钢材料 钢筋混凝土等

建筑工程中使用的所有材料统称为建筑材料。材料是保证土木工程质量的基础,所以建筑材料必须有一定结构上的使用性的物理特性。首先,它们必须能够承担荷载或重量而没有永久性的变形。当荷载作用在结构构件上时,构件将变形,那就是说绳索将被拉伸或梁将弯曲。然而当荷载被移去时,绳索和梁将回到原始位置。这种材料的特性就叫做弹性。如果材料不是弹性的,那么在移去荷载后变形存在,重复加载和卸载最终增加变形到结构失去作用。所有用在建筑结构里的材料如石材、砖、木材、铝材、钢筋混凝土和塑料在一定范围内的荷载作用下表现弹性。如果加载超出了范围,两种情况会发生:脆性和塑性。如果是前者,材料将突然破坏;如果是后者,在一定荷载材料开始屈服流动,最后导致破坏。例如,钢材呈现塑性,石材是脆性。材料最终强度由破坏时的应力决定。

建筑材料的另一个重要特性是是它的刚度。这个特性由弹性模量决定。应力(每单位面积上的力)与应变(每单位长度上的变形)的比率就是弹性模量。弹性模量就是描述材料在荷载作用下的变形能力。对于两种有相同面积且荷载相同的材料,弹性模量大的材料变形小。结构用钢的弹性模量是铝的三倍,混凝土的10倍,木材的15倍。

混凝土 concrete

混凝土,简称砼,是指将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥做胶凝材料,砂、石作集料:与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合,经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土,也称普通混凝土,它广泛应用于土木工程

混凝土是担待最主要的建筑材料之一。它是由胶结材料,骨料和水按一定比例配制,经搅拌振捣成型,在一定的条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富,价格低廉,生产工艺简单的特点,因而使用量越来越大:同时混凝土还具有抗压强度高,耐久性好,强度等级范围宽,使其适用范围十分广泛,不仅在各种土木工程中使用,就是造船业,机械工业,海洋的开发,地热工程等,混凝土业是总要的材料。

混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土的强度、变形及耐久性等。

和易性又称工作性,是指混凝土拌合物在一定施工条件下,便于各种施工工序的操作,以保证获得均匀密实的混凝土性能。和易性是一项综合技术指标,包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。

强度是混凝土有硬化后的主要力学性能,反映混凝土抵抗荷载的量化能力。混凝土强度包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大,抗拉强度最小。混凝土变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。非荷载作用下的变形由化学收缩、干湿变形及温度变形等。水泥用量过多,在混凝土内部易产生化学收缩而引起微细的裂缝。

混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用,长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗谈话能力等。

木材lumber

木材是指树木采伐后经过初步加工,可供建筑及制造器物用的材料。

木材有很好的力学性质,但木材是有机各向异性材料,竖纹方向与横纹方向的力学性质有很大的差别。木材的顺纹抗拉和抗压强度较高,但横纹抗拉和抗压的强度较低。木材强度还因树种而异,并受木材缺陷,荷载作用时间、含水率及温度的影响最大。因木节尺寸和位置的不同,受力性质(拉或压)不同,有节木材的强度比误解木材可降低百分之三十到百分之六十。在荷载长期作用下木材的长期强度几乎只有瞬时强度的一半。

砖砌体 masonry

砖砌体是指用砖和砂浆砌筑成的整体材料,是目前使用最广的一种建筑材料。根据砌体中是否配制钢筋,分为无筋砖砌体和配筋砖砌体。

砌体在古代就被使用了。专用在巴比伦城市非宗教的建筑物,石材用在尼罗河谷的大寺庙。埃及金字塔,高481英尺(147米),是最壮观的砌体结构。砌体单元最初没有用任何粘结材料堆起来,而现代砌体结构用水泥浆作为粘结材料。现代结构用材包括石、红烧粘土砖或瓦,混凝土块。

砌体本质上是一种受压材料,他不能承受拉力,砌体最终强度取决于砌块和泥浆。最后强度在1000至4000磅每英寸(70至280千克每立方厘米)范围内变化,取决于砌块和泥浆粘结情况。

钢材 steel

钢材是一种重要的结构材料。当对比其他材料受等重量时,它有很高的强度,即使它的等体积重量是木材的十倍。它的弹性模量很大,结果在荷载作用下变形很小。它能轧制成很多结构形式如工字型梁、板。它也能铸成复杂样式,它也能生产成绳索式用作悬结在一起,如螺栓连接,铆接和焊接。碳素钢易遭受氧化锈蚀因此必须靠喷漆或插入到混凝如来避免与空气接触。添加像硅和锰之类的合金元素,会得到抗拉强度达250000磅/平方英寸的高强钢筋。这些钢用在结构关键部位,如摩天大楼的柱子。

铝 aluminum

当轻质高强和抗锈蚀都成为重要因素时,铝就成为了一种特别有用的建筑材料。因为纯铝是极其软和延性的,所以合金成分,如锰、硅、锌和铜必须加进去增加结构所需的强度。结构用的铝合金表现弹性。他们的弹性模量是刚才的三分之一,因此在同样荷载作用下变形时刚才的三倍。每单位铝合金重量是钢的三分之一。因此相同强度下,铝合金够将比钢构件重量轻。铝合金的极限抗拉强度变化幅度在20000至60000磅/平方英寸之间。

铝能塑成很多形状,它能被挤压成工字梁、拉成绳和杆、轧制成箔和板。铝够将能像钢用同样的方法:铆接、螺栓连接、低强度的焊接连接起来。除了用作建筑框架和预置房,铝业广泛用作门窗和结构幕墙框。

钢筋混凝土

钢筋混凝土由置于到混凝土中的钢筋承担拉力。这些钢筋直径在0.25英寸和2.25英寸之间,表面有刻痕以确保粘结住混凝土。虽然钢筋混凝土在很多国家有所发展,但是它的发现要归功于一个法国园艺师,Joseph Monnier在1868年用一个钢筋网加强混凝土筒。这个操作是可行的,因为当温度变化时,钢筋和混凝土同等的膨胀和收缩。如果不是这样的话,温度改变时,钢筋和混凝土之间的连接被破坏,因为两种材料的反应不同。钢筋混凝土可悲浇注成各种形状,例如梁、柱、板和拱。因此,它易适用于建筑的特殊结构。虽然大部分商品混凝土强度在6000磅/平方英寸,但是钢筋混凝土的极限抗拉强度超过10000磅/平方英寸是有可能的。

塑料

塑料为合成的高分子化合物,又可称为高分子或巨分子,业是一般所俗称的塑料或树脂,可以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反映聚合而成的材料,由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、剂、色料等添加剂组成。

由于品种多,强度高,耐久性和轻质,塑料迅速成为重要的结构材料。有机塑料分成两类:热固性和热塑性。热固性塑料在加热加工时通过化学物质的变化变的坚固,一旦成型,这些塑料不能再被铸造。热塑性塑料在高温时是软弱的,变的坚固前一定要冷却,这种塑料一般不用作结构材料。

参考文献:《建筑材料》 作者:徐文远 《混凝土结构及砌体结构》作者:滕志明 朱金泉等 《土木工程材料》 作者:符芳