《建筑材料科學基礎》為三篇共8章,第一篇建筑材料概述,包括第1章建筑材料的研究內容和第2章建筑材料的基本性質;第二篇建筑結構材料,包括第3章金屬結構材料,第4章無機非金屬結構材料和第5章高分子結構材料;第三篇建筑功能材料,包括第6章金屬功能材料,第7章無機非金屬功能材料和第8章高分子功能材料。
《建筑材料科學基礎》融合了材料科學、房屋建筑學、建筑材料學、建筑材料質量檢測、建筑物理、材料力學、建材產品設計、色彩學、礦物巖石學、木材學等多方面知識,引用了大量技術標準,對有關問題進行了案例分析。全書內容充實,面向工程實際,文字通俗易懂。
《建筑材料科學基礎》可作為材料科學與工程專業建筑材料方向的本科生教材,也可作為建筑施工、建筑材料生產企業技術人品的參考用書。
材料的種類繁多,按應用領域,分為醫用材料、紡織材料、電子材料、建筑材料等。不同種類的材料之間,性能差異可能非常巨大,而同一大類的材料一般具有相似的共性。建筑材料的一般特點是:
(1)用量大,這就涉及資源、儲運、成本等方面的問題。建筑材料的運輸半徑從經濟方面考慮應不超過500km,建筑材料的生產需要消耗大量的黏土、砂石、木材等自然資源,而現代工業生產同時產生大量的化工廢渣、尾礦、建筑渣土等廢棄物,如果這兩方面能進行有機的結合,變廢棄物為再生資源,就會在降低成本、保護自然資源、減少環境污染等方面產生巨大的社會經濟效益。
(2)有安全耐久性要求。建筑物一般暴露于大氣環境中,常年經受風吹日曬、雨淋霜凍,偶爾還可能遭遇地震、火災、爆炸、洪水等極端作用,要能在設計使用年限內屹立不倒,必須具有一定的耐久性;同時,建筑物往往與人體距離較近,建筑材料的輻射、揮發性有機化合物(VOC)等指標應符合規范要求。
(3)涵蓋面廣。這表現在多個方面:①建筑材料主要涉及建材生產企業,建筑施工企業,地質、采礦、機械制造、節能環保等行業;②建筑用于民居、廠房、道路、港口、水利設施、軍事設施等,不同的用途對建筑材料有不同的基本要求,如民居要求保溫隔音,廠房要求抗重載耐腐蝕,道路要求耐磨耐候性,水工要求耐沖刷抗凍性,等等;③建筑材料種類眾多、性能差異很大,如用于房屋建筑的梁、板、柱、墻等承重構件的材料,要求其具有足夠的強度、剛度、耐久性,而不必要求其外觀的裝飾性,用于建筑物的保溫、防水、裝飾等目的的功能材料,在使用時依附于結構材料上,因此對其強度等力學性能方面的要求不高,這樣來看,討論建筑材料的性能就不是針對一種材料,而是面對一大批材料,應分門別類進行討論;④單純就建筑材料行業本身而言,涉及原材料供應、產品生產、性能檢測、標準制定及行業管理、教學與科研等方面。
(4)可選擇余地較大。如建一幢房屋,原始人用石塊、樹枝、獸皮等建造;林區建木屋,山區建石屋;農民自力更生可以建土坯房、磚瓦房;現代化城市用混凝土、鋼材建造。所以對于某一特定的項目,可選用的建筑材料不是唯一的,在作出合理選擇的時候應考慮建筑物的性質、當地建筑材料供應情況、建筑施工技術、投資規模、建筑物所處環境條件、政策導向等因素。
(5)建筑材料的生產屬于粗放式,產品的尺寸精度往往是毫米級甚至厘米級,原材料的雜質含量、產品的性能波動往往超過5%,甚至10%.生產條件往往是高污染、高能耗,典型的如燒結黏土磚的土窯、混凝土現場攪拌。雖然不乏一些現代化的大型生產企業在這方面管理較嚴,但建筑材料從業企業眾多、魚龍混雜,目前存在的問題仍然較多。
(6)在建筑材料粗陋的表象之下,蘊含著科技的進步。以水泥混凝土為例,高強混凝土、輕質混凝土、泵送混凝土等技術,成就了多姿多彩的現代化城市建筑,這其中包含了建筑材料科研人員不懈的努力,體現了水泥化學、混凝土外加劑技術、混凝土流變學等知識在工程實踐中的成功應用。建筑材料的研究,早已不再只是工匠式的經驗探索,材料科學的發展也惠及建筑材料行業,因此相關的工程技術人員應該學習掌握一些必要的理論知識和專業技能。
對于種類繁多的研究對象,一個簡單有效的處理方法是對其進行分類。通常,建筑材料按組成分為金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料;按作用分為結構材料、功能材料。本書內容基本按這種方式編排。
科學體系分為三個層次:基礎科學、應用科學和工程。基礎科學主要包括數學、物理學、化學、力學;應用科學包括生命科學、地學、冶金學等;工程包括地質工程、醫學、機械工程、化學工程、土木工程、電氣工程等。材料科學屬于應用科學,本書內容涉及應用科學、工程,更偏重于工程。
我國高等院校本科教育專業設置分為三個層次:學科門類、學科大類(一級學科)、專業(二級學科)。我國高校目前開設有12個學科門類、88個一級學科、358個二級學科,每個專業都有十幾門專業課程。本書內容屬于工學(門類代碼08)、材料科學與工程(一級學科代碼0805)、材料物理與化學(二級學科代碼080501)、材料學(=級學科代碼080502)、材料加工工程(二級學科代碼080503),少量內容涉及礦物巖石學(二級學科代碼070901)、結構工程(二級學科代碼081402)。可以看出,在我國高校學科設置中,沒有建筑材料這一專業,但是在教學計劃中,《建筑材料》(也稱《土木工程材料》)是作為材料科學與工程、土木工程、建筑工程管理等土建類專業的專業基礎課列出的,而且在國家一級注冊建筑師資格考試、注冊巖土工程師資格考試中,有建筑材料(也稱土木工程材料)方面的考試內容。
不同學科有各自的專業分工,但有些新興學科是跨專業的,材料科學即是如此。材料科學的形成,是固體物理、無機化學、有機化學、物理化學、力學、金屬學、陶瓷學、高分子材料學、復合材料學等學科發展、融合的結果。材料科學家本質上偏重化學,結構工程師注重力學。材料工程師應該兩者兼顧,工程應用偏重力學,材料研究偏重化學。本書在涉及跨專業內容時,只做人門式介紹,讀者可依據參考書目自行選擇深入研究。
科學的特點之一是嚴謹性,結論可加以驗證。檢驗應按照統一的尺度,因此產生相應的標準、規范。雖然目前高校還沒有設立專門的標準專業,但是在實際工作中,標準具有十分重要的作用。
1989年4月1日起施行的《中華人民共和國標準化法》,對下列技術要求進行了統一:①工業產品的品種、規格、質量、等級或者安全、衛生要求;②工業產品的設計、生產、檢驗、包裝、儲存、運輸、使用的方法或者生產、儲存、運輸過程中的安全、衛生要求;③有關環境保護的各項技術要求和檢驗方法;④建設工程的設計、施工方法和安全要求;⑤有關工業生產、工程建設和環境保護的技術術語、符號、代號和制圖方法。
GB/T20000.1-2002《標準化工作指南第1部分:標準化和相關活動的通用詞匯》第2.3.2項對標準的定義是:為了在一定的范圍內獲得最佳秩序,經協商一致制定并由公認機構批準,共同使用的和重復使用的一種規范性文件(標準宜以科學、技術和經驗的綜合成果為基礎,以促進最佳的共同效益為目的)。
編者的話
前言
第一篇 建筑材料概述
第1章 建筑材料的研究內容
1.1 材料科學基本原理
1.1.1 材料的組成
1.1.2 材料的結構
1.1.3 材料的性能
1.2 建筑材料的分類
1.2.1 按組成分
1.2.2 按作用分
1.2.3 按慣例分
1.3 建筑材料的發展歷程
1.4 建筑材料的研究方法
1.4.1 材料開發
1.4.2 材料性能分析
1.4.3 材料生產工藝
1.4.4 材料測試方法
1.4.5 產品設計
1.4.6 產品成本分析
1.4.7 計算機應用
1.5 建筑材料與建筑結構
1.5.1 房屋的組成
1.5.2 建筑的分類
1.5.3 建筑結構分類
1.5.4 建筑構件
1.5.5 建筑節能
1.6 建筑材料質量控制
1.7 綠色建筑材料
1.7.1 綠色建材的特點
1.7.2 綠色建材認證
參考文獻
第2章 建筑材料的基本性質
2.1 建筑材料的物理性質
2.1.1 重量與密實程度
2.1.2 與水有關的性質
2.1.3 與熱有關的性質
2.1.4 與聲有關的性質
2.1.5 與光有關的性質
2.2 建筑材料的力學性質
2.2.1 強度
2.2.2 受力變形
2.2.3 斷裂
2.2.4 硬度
2.2.5 耐磨性
2.3 建筑材料的耐久性
2.4 材料的表面性質——表面張力
參考文獻
第二篇 建筑結構材料
第3章 金屬結構材料
3.1 金屬材料的結構與性能
3.1.1 金屬材料的結構
3.1.2 金屬材料的性能
3.2 鋼材的分類
3.2.1 按含碳量分類
3.2.2 按化學成分分類
3.2.3 鋼的其他分類
3.2.4 鋼產品分類
3.2.5 建筑用鋼材
3.3 鋼結構用鋼
3.4 鋼筋混凝土用鋼
3.4.1 普通鋼筋
3.4.2 預應力鋼筋
3.4.3 其他類
3.5 建筑鋼材的基本性質
3.5.1 力學性能
3.5.2 工藝性能
3.5.3 鋼材的冷加工
3.5.4 化學成分對鋼材性能的影響
3.6 鋁及鋁合金
3.6.1 鋁及鋁合金的分類
3.6.2 鋁及鋁合金的特性
3.6.3 鋁合金結構設計要點
3.6.4 建筑工程常用的鋁合金結構
3.7 銅及銅合金
3.7.1 銅及銅合金的分類
3.7.2 銅及銅合金的應用
參考文獻
第4章 無機非金屬結構材料
4.1 水泥混凝土
4.1.1 概述
4.1.2 水泥混凝土的組成材料
4.1.3 基本性質
4.1.4 配合比設計
4.1.5 質量控制
4.1.6 預制混凝土產品設計初步
4.1.7 混凝土結構的修復及加固
4.2 磚與砌塊
4.2.1 磚
4.2.2 砌塊
4.3 石材
4.3.1 巖石的組成與分類
4.3.2 石材的基本性質
4.3.3 石材的應用
參考文獻
第5章 高分子結構材料
5.1 木材
5.1.1 木材的分類
5.1.2 木材的構造
5.1.3 木材的性質
5.1.4 木材的處理
5.1.5 木材的綜合利用
5.2 瀝青混凝土
5.2.1 瀝青混凝土的分類
5.2.2 瀝青混凝土的組成與結構
5.2.3 瀝青混凝土的性質
5.2.4 瀝青混凝土在道路工程中的應用
5.2.5 瀝青混凝土在水利工程中的應用
5.3 合成高分子材料
5.3.1 結構用建筑塑料
5.3.2 建筑橡膠結構材料
5.3.3 建筑結構用膠黏劑
5.3.4 土工合成材料
參考文獻
第三篇 建筑功能材料
第6章 金屬功能材料
6.1 金屬防水材料
6.1.1 金屬板防水層
6.1.2 金屬止水帶
6.2 金屬絕熱材料
6.3 金屬吸聲材料
6.4 金屬裝飾材料
6.4.1 金屬吊頂板
6.4.2 金屬飾面板
6.4.3 金屬飾面防火板
第7章 無機非金屬功能材料
7.1 防水透水材料
7.1.1 防水砂漿
7.1.2 防水混凝土
7.1.3 瓦
7.1.4 透水混凝土
7.2 保溫絕熱材料
7.2.1 保溫絕熱材料的結構及物理性能
7.2.2 巖棉
7.2.3 玻璃棉
7.2.4 膨脹珍珠巖
7.2.5 陶粒
7.2.6 泡沫水泥
7.2.7 加氣混凝土
7.2.8 微孔硅酸鈣
7.2.9 墻體保溫系統
7.3 防火耐火材料
7.3.1 概述
7.3.2 硅酸鋁質耐火材料
7.3.3 硅質耐火材料
7.3.4 鎂質耐火材料
7.3.5 熔鑄耐火材料
7.3.6 輕質耐火磚
7.3.7 不定形耐火材料
7.3.8 含碳耐火材料
7.4 建筑玻璃
7.4.1 玻璃的性質
7.4.2 普通平板玻璃
7.4.3 深加工玻璃制品及其應用
7.5 吸聲材料
7.5.1 吸聲材料(結構)的分類
7.5.2 多孔性吸聲材料
7.5.3 共振吸聲結構
7.5.4 其他吸聲結構
7.6 隔聲材料
7.6.1 空氣聲隔絕
7.6.2 固體聲(撞擊聲)隔絕
第8章 高分子功能材料
8.1 防水材料
8.1.1 研究與應用現狀
8.1.2 瀝青
8.1.3 防水卷材
8.1.4 防水涂料
8.1.5 密封材料
8.2 絕熱材料
8.2.1 泡沫塑料
8.2.2 碳化軟木
8.2.3 植物纖維復合板
8.2.4 蜂窩板
8.3 采光材料
8.3.1 玻璃鋼
8.3.2 聚碳酸酯板