建筑材料

　　建筑材料（拼音：英文：constructionmaterial），人类进行建筑活动中使用的各种材料及其制品，它既是建筑的物质基础，又是人类建筑文明的见证。通过对天然与人工材料的开采与生产，并按照一定营造方式将其组合，构成建筑物实体，借以提供满足人类生存与生活需求的建筑空间与环境。
　　建筑材料的发展与技术进步有着不可分割的联系。建筑材料的利用不仅受到材料性质与资源条件的制约，而且受到社会生产力和技术水平的影响，依赖于人工组织、加工工具和动力、制造工艺、运输工具和施工技术等因素。建筑材料发展经历了从土、石、木的就地取材的简单利用到水泥、钢材、玻璃的工业化大规模生产的历程。建筑发展也从地方特征明显的传统建筑阶段进入现代建筑阶段。进入20世纪后，伴随着社会环境与需求的变化和增长，建筑材料与建筑结构、构造、施工及其他技术条件共同促进与提高，建筑空间范围得以拓展，建筑使用功能改善，形式风格变化。随着科学技术的突飞猛进，现代材料科学、工程学及工艺水平迅速发展，造就了大量新型建材品种，其材性特征、应用范围及构造方法与传统材料迥然有异，性能不断改善，质量不断提高。智能建材、功能建材异军突起，集质轻高强、绝热、吸声、防火、防水、耐腐蚀、防爆等多功能于一体的复合建筑材料应运而生。
　　在人类与自然界进行的物质交换活动中，建筑材料用量最大，对地球资源、能源、生态环境影响至深。在可持续发展的理念下，近年来提出了关于建筑材料的全寿命周期（从原材料开采、材料生产、运输到应用在建筑上，再到建筑的使用、维护、维修、改造，直到废弃、拆除和回收利用的全过程来评价建筑材料的资源消耗、能源消耗和环境影响）和绿色建材（消耗资源、能源少，对环境影响小，能循环和再生利用，同时无化学气体和粉尘挥发、无放射性、无毒无害的建筑材料）的概念。
　　简史
　　新石器时代以前，人类就利用天然材料，如土、石、草、树干、树叶等营造住所。随着生产力的发展，各种人造材料相继出现。西安半坡村遗址的发掘，证明在约公元前5000年中国人祖先就开始对天然材料进行简单的加工，是人造建筑材料锻烧和复合工艺的开端。以后，又用夯土和土坯筑墙，制作石灰、砖、瓦、琉璃及其他烧土制品。秦砖汉瓦早已闻名于世，足见中国使用人造建材历史之悠久。在国外，古埃及的烧石膏，古希腊、古罗马的石灰和掺火山灰的石灰，印加帝国建筑的高度石工技巧，均在建筑材料的发展史上占据重要地位。正是基于对土、石、木等天然材料的加工技术和人造材料的开发应用，出现了中国的长城、都江堰，埃及的金字塔、罗马帝国的引水道、万神殿等伟大建筑。工业革命以后，钢材开始被用作建筑材料，大跨度建筑和高耸建筑逐渐发展。19世纪初，波特兰水泥问世后，即出现了混凝土和钢筋混凝土。20世纪30年代以后，又发明了预应力混凝土；玻璃和陶瓷制品也大量用于土木建筑，这样就使土木工程的面貌更加日新月异。以桥梁为例，在采用钢材以前，跨度很少达到100米，有了轧制钢材，才出现了跨度500米以上的桁架梁桥和拱桥和1400米以上的悬索桥，而预应力混凝土的发展更使桥梁技术在荷载、跨度、经济、耐久及适用等方面都达到很高的水平。
　　分类
　　建筑材料品种繁多，按性质可分为建筑用非金属材料、金属材料、有机材料和复合材料4类。
　　1。建筑用非金属材料。主要有天然的粘土、砂砾、石材和人造的砖、瓦、陶瓷、琉璃等烧土制品；水泥、石灰、石膏等胶凝材料；以水泥为基础的各种混凝土、砂浆及其制品；各种玻璃及其制品；以及无机涂料、石棉、矿棉、纤维制品、熔岩制品（如铸石）；碳化制品等。
　　2。建筑用金属材料。有以钢铁、有色金属及其合金制造的型材、管材、板材和金属制品等。
　　3。建筑用有机材料。有木材、竹材、建筑塑料、有机涂料、胶结材料（沥青）和保温材料（软木板、毛毡）等。
　　4。建筑用复合材料。狭义地指纤维增强塑料（玻璃钢）和层压材料；广义地则指两种或两种以上的材料复合组成的材料，可包括很多人造建筑材料的品种，如各种水泥砂浆和混凝土被称作水泥基复合材料，还有沥青复合材料和钙塑制品等。建筑材料按用途还可分为绝热材料、吸声材料、防水材料、灌浆材料、装饰材料等。
　　土木建筑材料
　　土木建筑材料，是土木工程所用材料及制品的统称，简称建筑材料。建筑材料以其用量大、用途广的特点，决定了它在国民经济中的重要位置。建筑材料一直是大宗材料，其需要量还在不断增加，水泥、混凝土、钢材、塑料以至土、石、木材等天然材料的用量无不十分庞大。在土木建筑的总造价中，材料费所占比重也很大。生产这样大量的建筑材料，需要消耗大量的能源与资源。近几年来，中国建筑材料工业已成为第四个耗能多的行业。因此，节约与合理使用材料，降低生产中的能耗与料耗，重视建筑物长期使用中的节能，对于降低工程造价、节省能源与资源，都能收到巨大的经济效益。
　　分类
　　建筑材料种类繁多，可按其性质和用途的不同进行分类。按性质分类，可区分为建筑用非金属材料、建筑用金属材料、有机材料，以及由两种以上材料复合而成的复合材料等。按用途分类，可区分为绝热材料、吸声材料、防水材料、灌浆材料，以及愈来愈受到重视的、正在迅速发展的各种装饰、装修材料等。科学技术的进步为土木工程提供了更多的建筑材料新品种，因此材料的分类也将更为精细。
　　开发和技术进步
　　为了适应土木工程发展对材料的需要，满足建筑功能以及坚固、耐久、经济、美观等的要求，除继续发展新的材料品种，并不断开拓新的应用范围，满足某些特殊性能和特殊使用条件，如海上、地下、寒冷、干热、低温、高温、腐蚀等环境的要求以外，还应在改善材料性能，改进制作工艺，利用和开发资源等三个方面进行大量的工作。
　　改善材料性能
　　包括强度、形变、重量以及耐久、防水、隔热等重要性能。在建筑材料的各种性能中，耐久性对于建筑物的安全、适用、经济起着决定性作用，应给予极大的重视。不少古代建筑物历时千载仍然完好。在近代的建筑材料中，水泥混凝土具有良好的耐久性，被称为“人造石材”，只要使用得当，充分发挥其潜力，就能够在严酷的环境条件下持久使用。
　　改进制作工艺
　　可在保证或提高性能的前提下，增加产量、降低成本、节约能源和资源。例如水泥生产采用带窑外分解炉的干法新工艺，与原来的湿法工艺相比，不仅产量大幅度增加，熟料单位热耗也能降低约三分之一。又如玻璃的浮法工艺、卫生陶瓷的低温快烧工艺，无不具有优质、低耗、高效的技术经济效益。近年迅速发展的复合、组合工艺，能够充分利用几种组成材料的共同作用，发挥各种组分的特长，互相补充，使材料具有某些重要的独特性能或多种功能，从而取得显著的节约效果，如预应力混凝土充分利用高强混凝土的抗压强度和高强钢材的抗拉强度，用作大跨度桥梁和大容积储罐，比同类的钢结构可降低能耗达50。
　　水工建筑材料
　　水工建筑材料，是可用以修建水工建筑物的各种材料的总称。水工建筑材料（hydraulicconstructionmaterial）随着社会生产力的发展而逐步发展。中国古代早有“筑土御水”之说。战国时代水利事业获得发展，如在这一时期修建的都江堰工程使用了大量的竹子、木材、砂石料和黏土。南朝梁天监十三年（514）在修建浮山堰中曾应用铁件贯串石块筑堤。明代《天工开物》中详细记载了用糯米石灰三合土修建储水池的方法。19世纪以来，建筑钢材、水泥、混凝土和钢筋混凝土相继问世，成为主要的建筑材料。20世纪又有多种具有特殊性能的水泥、混凝土外加剂、防水材料、合成高分子材料和预应力混凝土等逐步得到发展和应用。
　　水工建筑物由于经常受到水的压力、水流冲刷、磨损、冻融或干湿循环等作用，出现混凝土冻胀破裂、收缩开裂、腐蚀、空化、化学侵蚀、海生物侵蚀、钢材锈蚀、木材腐蚀、沥青与合成高分子材料老化等问题，都较其他建筑物严重，需要重视。水利工程使用的建筑材料种类繁多。
　　土石坝材料
　　用于修建土石坝的天然土、砂、石料。天然材料的性质、数量和分布以及能否合理选用，直接影响土石坝的质量和造价。材料选用一般要满足：具有与其使用目的相应的工程性质、材料性质比较稳定和便于施工等要求。土石坝材料按材料性质可分为土料（含细粒黏性土及砾石土）、砂砾料和石料（含天然卵石、漂石及开采的碎石岩块），按渗透性可分为不透水料、半透水料及透水料，按材料用途及填筑部位可分为防渗料、坝壳料、反滤料、过渡料及护坡料等。
　　1。防渗料。坝体内减小坝身渗流量的材料。一般要求有足够的防渗性能，无过量的可溶盐和有机质，有较好的塑性和渗透稳定性，浸水与失水时体积变化较小和便于施工。具有以上性质的黏性土、砾石土、风化砾石土、开挖出来的风化岩、人工掺和的砾石土都可作为防渗料。
　　2。坝壳料。主要用于保持坝身稳定的材料。一般要求有较高的强度，在下游坝壳水下部位及上游坝壳水位变动区还要有较高的透水性。砂、砾石、卵石、漂石、料场开采和由建筑物地基开挖的石料都可作为坝壳料。20世纪60年代以来，风化岩、软岩石等材料在高坝中得到大量应用。
　　3。反滤料。在防渗料和坝壳料之间为防止渗透破坏，防止细粒土流失而设置的材料。防渗体和坝壳的粒径及刚度相差很大，为避免坝体内刚度突变，常在中间设置过渡料。一般过渡料也兼有反滤料的作用。反滤料和过渡料应具备一定的颗粒级配、一定的透水性，质地致密坚硬，有较高的抗水性和抗风化能力。一般选用天然砂砾料或爆破后的岩块，再经人工破碎、筛分。
　　4。护坡料。保护土石坝坝坡的材料，可用抛石、干砌石、浆砌石、混凝土、沥青混凝土以及草皮等材料。上游护坡石料要求质地坚硬，不易风化，石块尺寸能抵抗风浪淘刷。下游护坡主要防止雨水冲刷，可用砌石、碎石、草皮等材料。
　　混凝土
　　混凝土的主要组分为水泥、砂、石及水，还有掺和料及外加剂。混凝土强度一般指抗压强度，通过标准试块测定。中国水工混凝土分为75、100、150、200、250、300、400、500及600共9个标号。
　　1。水泥。用水泥制成的砂浆或混凝土坚固耐用，在水工建筑物中广泛应用。为适应水利工程的需要，中国还生产大坝水泥、抗硫酸盐水泥和灌浆水泥等。大坝水泥主要用于要求水化热较低的大坝或大体积混凝土工程。抗硫酸盐水泥用于受硫酸盐侵蚀、冻融和干湿作用的河港工程及地下工程。灌浆水泥具有凝结时间较长，流动性较好和析水性较小的特点，适用于固结灌浆、帷幕灌浆和接缝灌浆，还可用于密封伸缩缝和修补裂缝等。
　　2。骨料。砂与石子的总称。一般粒径为0。15～5毫米的骨料为砂，又称细骨料；粒径大于5毫米的骨料为石子，又称粗骨料。产自天然河床或岸上的称天然骨料；开采岩石经机械破碎、粉磨、筛分而成的称人工骨料。一般天然骨料成本较低，宜优先使用。骨料一般占混凝土体积的34以上，起骨架作用，并可减少混凝土因水泥硬化、干缩湿胀而引起的体积变化。砂一般不分级（也有分两级的）。石子分为4级，即小石、中石、大石和特大石，各级的最大粒径分别为20、40、80和120毫米（或150毫米）。根据建筑物断面和钢筋间距大小，一般结构选用二级配或三级配，四级配多用于大断面素混凝土。骨料的粒径越大，越能节约水泥，但限于施工设备及工艺条件，一般最大粒径约为120毫米。
　　3。外加剂。为改善混凝土某些物理力学性能或改善施工条件所掺用的化学制剂及工业副产品，有降低混凝土拌和用水、节约水泥的减水剂，改变混凝土凝结时间的缓凝剂或速凝剂，提高混凝土耐久性的加气剂，易于泵送或生产高强混凝土的高效减水剂等。中国水工建筑物中常用的外加剂有亚硫酸纸浆废液、木质磺酸钙、糖蜜或糖蜜酒精废液、加气剂、松香热聚物等。有时使用有两种以上外加剂的复合制剂，对大体积混凝土，复合制剂既可降低水泥用量，减少水化热，又可降低和推迟温峰，对温度控制、防止裂缝都有积极作用。有的外加剂对水泥有选择性。
　　4。掺和料。在水泥熟料中掺以天然或人工的矿物质材料，用以调节水泥标号，降低水化热，改善混凝土和易性与密实性，提高抗侵蚀能力，防止碱骨料反应等。有的掺和料与水泥产生化学作用，生成水化产物的称为活性混合材，如火山灰、页岩、浮石、硅藻土、凝灰岩、粉煤灰等；有的仅起填充作用或改善和易性，不产生水化产物的称为惰性混合材，如石粉、黏土等。使用最为广泛的掺和料为粉煤灰，它改善水工混凝土性能的作用比较显著，对节约水泥用量、降低工程成本也有显著的经济效益。
　　5。砂浆。由胶凝材料、细骨料和水等按一定比例配制的拌和物。它常以薄层使用，起黏结、传递应力、衬垫以及表面装饰和防护作用，主要用于砌筑砖、石、预制块体和表面抹灰等。按胶凝材料的不同，可分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆、沥青砂浆、树脂砂浆和聚合物水泥砂浆。砂浆按抗压强度等级划分砂浆标号。中国在水工建筑物中常用的标号为25、50、100、150和200号。
　　有机材料
　　水工建筑常用的有机材料主要有以下几类。
　　1。木材。水利工程常用作模板、脚手架、渡槽、闸门、施工便桥以及房屋装修和生活办公用具等。
　　2。沥青。水利工程如渠道、蓄水池、堤防护面、大坝和坝基的防渗体以及伸缩缝、止水井的灌注等多使用黏滞性较低、塑性好的道路石油沥青。
　　3。合成高分子材料。如塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂等。水利工程中塑料可代替部分止水铜片；塑料薄膜可用于渠道、蓄水池的防渗衬砌；塑料与玻璃纤维或其织物的层叠材料称玻璃纤维增强塑料，又称玻璃钢，用于钢丝网水泥薄壁构件和溢流面的护面层；多孔塑料板可用于排水系统；泡沫塑料板可用于混凝土的表面保温；合成橡胶用于闸门的止水；合成橡胶与锦纶或其他帆布组合的层叠材料可用作橡胶坝的坝袋，其乳液作为外加剂可提高水泥混凝土的塑性；纤维织物可用以代替传统的砂砾石反滤层或梢料沉排，或做成巨型砂袋堆筑堤坝等。
　　金属材料
　　水利工程使用普通碳素钢与普通低合金钢（又称低合金高强度钢）较多。建筑用钢大多将钢材制成线材或型钢使用，如圆钢、方钢、扁钢、角钢、槽钢、工字钢、钢轨、钢板、钢带、钢管、钢丝等。钢筋用于钢筋混凝土结构，分光面钢筋和螺纹钢筋。
　　复合材料
　　水工建筑物常用的复合材料有：
　　1。以沥青为基材的防水材料。
　　2。以水泥、石英粉、砂、石等做填料，掺入环氧树脂组成的环氧砂浆或环氧混凝土。
　　3。土工合成材料。主要分为土工织物、土工薄膜及特种土工合成材料。