建筑材料的发展历史在建筑工程中的作用分类建筑材料.pptx

建建 筑筑 材材 料料Construction MaterialsConstruction Materials&Building Materials 问题1.1.你们知道哪些建筑材料？你们知道哪些建筑材料？2.2.最古老最古老的建筑材料都有哪些？的建筑材料都有哪些？3.3.今天今天用量最大用量最大、用途最广用途最广的是什么建筑材料的是什么建筑材料？4.4.建筑材料建筑材料与与结构工程材料结构工程材料的异同点在哪里？的异同点在哪里？绪绪 论论0.1 建筑材料建筑材料人类人类环境关系环境关系0.2 建筑材料建筑材料工程结构关系工程结构关系0.3 建筑材料的组成建筑材料的组成结构结构性能关系性能关系0.4 建筑材料课程的特点与学习内容建筑材料课程的特点与学习内容0.1 建筑材料建筑材料人类人类环境环境的关系的关系建筑材料建筑材料人类人类环境环境 建筑材料是人类建造活建筑材料是人类建造活动所用一切材料的总称。人类动所用一切材料的总称。人类社会的基本活动社会的基本活动衣、食、衣、食、住、行，无一不直接或间接地住、行，无一不直接或间接地和建筑材料密切相关。和建筑材料密切相关。万里长城万里长城总长度大约有总长度大约有1010万里以上！万里以上！所用建筑材料：所用建筑材料：土、石、木料、砖、石灰土、石、木料、砖、石灰关关外外有有关关、城城外外有有城城，其其材材料料运运输输量量之之浩浩大大、工工程程之之艰艰巨巨世世所所罕罕见见。体体现现出出我我国国古古代代建建筑筑工工程程的的高高度度成成就就，表表现出我国古代劳动人民的聪明才智。现出我国古代劳动人民的聪明才智。都江堰河北河北赵州石桥赵州石桥n n建于建于13001300多年前（桥长约多年前（桥长约51m51m，净跨，净跨37m37m）n n建造该桥的石材为青白色石灰岩建造该桥的石材为青白色石灰岩n n比比意意大大利利人人建建石石拱拱桥桥晚晚400400多多年年,但但在在主主拱拱肋肋与与桥桥面面间间设设计计“敞敞肩肩拱拱”，比比外外国国早早了了12001200多多年年n n敞敞肩肩拱拱不不仅仅减减轻轻自自重重、节节省省材材料料、减减轻轻桥桥基基负负担担，使使桥桥台台轻轻巧巧，且且位位移移很很小小，地地基基下下沉沉甚甚微微，且且拱拱圈圈内内应应力力很很小小，是是至至今今位位移移和和沉沉陷陷微微小小且且不坠的重要原因之一；不坠的重要原因之一；n n该该桥桥拱拱轴轴线线和和恒恒载载压压力力线线甚甚接接近近，拱拱圈圈各各横横截截面面只只受受压压力力或或微微小小拉拉力力。该该二二线线重重合合道道理理，到到现代才认识现代才认识。现代主要结构工程材料n n 钢材、混凝土n n 钢混凝土复合、组合n n 砌体混凝土钢材复合各种桥梁各种桥梁建筑材料的可持续发展Sustainable Development of Construction materials 建筑材料生产消耗大量自然资源、能源，建筑材料生产消耗大量自然资源、能源，并产生废气、废渣，对环境构成污染。如冶并产生废气、废渣，对环境构成污染。如冶炼炼1 1吨钢耗煤吨钢耗煤1.66吨、水吨、水48.6m3；生产生产1吨水吨水泥耗煤泥耗煤178kg，排放约，排放约1吨吨CO2。全世界目前每年生产全世界目前每年生产25亿多吨水泥（我亿多吨水泥（我国占其中国占其中52%）；排放的；排放的CO2，约占全世界，约占全世界总排放量的总排放量的7。建筑材料的可持续发展 Sustainable Development of Construction materials 同时，建筑材料生产又可以消纳同时，建筑材料生产又可以消纳与利用许多工、农业废料，包括有毒与利用许多工、农业废料，包括有毒或放射性的废料。如电厂的粉煤灰；或放射性的废料。如电厂的粉煤灰；冶炼铁、铝、铜排放的矿渣以及许多冶炼铁、铝、铜排放的矿渣以及许多农产品的农产品的秸杆秸杆、谷壳等。、谷壳等。可持续发展可持续发展实现可持续发展建筑有两种观点：实现可持续发展建筑有两种观点：一是强调材料使用过程的无害性；一是强调材料使用过程的无害性；二是强调能耗，即节能。二是强调能耗，即节能。前者往往指责后者在前者往往指责后者在前者往往指责后者在前者往往指责后者在降低生产、制造过程降低生产、制造过程降低生产、制造过程降低生产、制造过程中能耗的同时，却提中能耗的同时，却提中能耗的同时，却提中能耗的同时，却提高了合体能耗。高了合体能耗。高了合体能耗。高了合体能耗。这种分歧的根源在于绿色建材是一个系统这种分歧的根源在于绿色建材是一个系统工程的概念，不能只看成是生产或使用过程工程的概念，不能只看成是生产或使用过程中的某个环节。中的某个环节。评价绿色建材与环境协调能力的方法一评价绿色建材与环境协调能力的方法一般都用生命周期评价方法（般都用生命周期评价方法（Life Cycle Assessment）。该方法是对建筑材料整个生）。该方法是对建筑材料整个生命周期里的环境污染、能源和资源消耗与资命周期里的环境污染、能源和资源消耗与资源影响大小进行评价，包括规划设计、建造、源影响大小进行评价，包括规划设计、建造、建造物日常维护使用以及破坏拆除所损耗的建造物日常维护使用以及破坏拆除所损耗的运输能源等。运输能源等。新型建材促进 结构工程发展 古古古古罗罗罗罗马马马马万万万万神神神神殿殿殿殿，素素素素混混混混凝凝凝凝土土土土半半半半球球球球穹穹穹穹顶顶顶顶直直直直径径径径43.5m43.5m43.5m43.5m，重重重重12000120001200012000吨。吨。吨。吨。波兰世纪大厅钢筋混凝土肋形拱顶直径波兰世纪大厅钢筋混凝土肋形拱顶直径波兰世纪大厅钢筋混凝土肋形拱顶直径波兰世纪大厅钢筋混凝土肋形拱顶直径65m65m65m65m，重，重，重，重1500150015001500吨。吨。吨。吨。墨墨墨墨西西西西哥哥哥哥一一一一饭饭饭饭店店店店双双双双曲曲曲曲抛抛抛抛物物物物面面面面钢钢钢钢混混混混薄薄薄薄壳壳壳壳屋屋屋屋盖盖盖盖直直直直径径径径32m32m32m32m、厚厚厚厚4cm4cm4cm4cm，重仅，重仅，重仅，重仅100100100100吨。吨。吨。吨。德德德德国国国国园园园园艺艺艺艺展展展展览览览览厅厅厅厅双双双双曲曲曲曲抛抛抛抛物物物物面面面面玻玻玻玻璃璃璃璃纤纤纤纤维维维维增增增增强强强强水水水水泥泥泥泥屋屋屋屋盖盖盖盖，直直直直径径径径31m31m31m31m、厚、厚、厚、厚1cm1cm1cm1cm，重，重，重，重25252525吨。吨。吨。吨。现现现现代代代代的的的的轻轻轻轻钢钢钢钢彩彩彩彩板板板板仅仅仅仅厚厚厚厚1mm1mm1mm1mm，可可可可现现现现场场场场加加加加工工工工成成成成大大大大跨跨跨跨度度度度屋屋屋屋面面面面，重重重重量量量量进进进进一一一一步步步步减减减减轻轻轻轻；而而而而膜膜膜膜建建建建筑筑筑筑厚厚厚厚度度度度仅仅仅仅为为为为0.2mm0.2mm0.2mm0.2mm，用用用用其其其其搭搭搭搭建建建建的的的的新型膜结构每平方米重量才新型膜结构每平方米重量才新型膜结构每平方米重量才新型膜结构每平方米重量才20Kg20Kg20Kg20Kg。材料的进步促进结构与施工的进步材料的进步促进结构与施工的进步n n高强结构材料高耸大跨结构n n高效减水剂泵送混凝土施工 “鸟巢”的设计理念是先进的，但目前可供使用的材料不能满足要求，只能放弃部分功能。新型结构工程材料n n纤维增强材料n n轻钢彩板n n建筑膜n n建筑玻璃与金属结构结构设计与材料性能的关系 熟熟悉悉建建筑筑材材料料的的基基本本知知识识、掌掌握握各各种种新新材材料料的的特特性性，是是进进行行结结构构设设计计必必要要的的基基本本条条件件，否否则则会会影影响响结结构构物物的的外外观观、使使用用功功能能或或耐耐用用性性。反反之之，从从事事材材料料研研究究的的人人们们可可能能由由于于对对结结构构、对对工工程程环环境境不不够够了了解解，也也会会事事倍倍功功半半，甚至产生相反的结果。甚至产生相反的结果。湖南某大桥湖南某大桥 施工是运用建筑材施工是运用建筑材料实现设计意图的中间料实现设计意图的中间环节，也是建筑材料生环节，也是建筑材料生产的最终环节。产的最终环节。因此，施工既是结因此，施工既是结构设计得到充分体现的构设计得到充分体现的必要保证；也是建筑材必要保证；也是建筑材料性能能够正常发挥的料性能能够正常发挥的重要保证。重要保证。作为一位结构工程师，无论是从事设计、施工还是科研，都必须要注意创新，今后世界的竞争是很激烈的，要努力处于领先地位。杨裕球杨裕球(林同炎公司副总裁林同炎公司副总裁）注重创新，提高综合能力工程师是做什么的？科学讲分析，它设法去了解自然是什么；工程要综合，它努力去创造可能的东西。Wm.A.WulfWm.A.Wulf（美国工程院院长）工程：在约束条件下设计Engineering:Design under Constraint 工程是创造，是设计可能的东西，但它受到自然、造价、安全的考虑，可靠性、环境的影响，可制造性、可维护性以及许多其他的“性”的限制。美国工程院院长 Wm.A.WulfWm.A.Wulf 规范和标准是在总结前人大量实规范和标准是在总结前人大量实践的基础上制订的，需要尊重，但是践的基础上制订的，需要尊重，但是并不等于照抄、照搬。伴随着工程实并不等于照抄、照搬。伴随着工程实践的创新和发展，规范和标准也需要践的创新和发展，规范和标准也需要不断更新、不断完善。从这个角度来不断更新、不断完善。从这个角度来说，与设计、施工相结合的科研工作，说，与设计、施工相结合的科研工作，目的就在于将规范和标准不断地推进，目的就在于将规范和标准不断地推进，反过来促进工程实践与理论的发展，反过来促进工程实践与理论的发展，这也是培养高层次的结构工程师和设这也是培养高层次的结构工程师和设计人才的需要。计人才的需要。0.3 建筑材料的结构建筑材料的结构性能性能组成组成性能组成结构材料的结构性能组成关系材料科学的主要任务建筑材料的种类建筑材料的种类n n结构材料结构材料n n围护材料围护材料n n隔热材料隔热材料n n防水材料防水材料n n吸音与隔声材料吸音与隔声材料n n装饰材料装饰材料 按功能分类按功能分类 按组成分类：按组成分类：对结构材料的性能要求对结构材料的性能要求n n强度强度力学性能力学性能n n变形性能变形性能n n耐久性能耐久性能n n其他性能（快速交付使用；经济性）其他性能（快速交付使用；经济性）分析材料的尺度 分子尺度分子尺度分子尺度分子尺度（对象：分子、原子）：决定物质的化学性质（对象：分子、原子）：决定物质的化学性质（对象：分子、原子）：决定物质的化学性质（对象：分子、原子）：决定物质的化学性质n n10107 7 10103 3mm(C-S-Hmm(C-S-H水化物、氢氧化钙结晶水化物、氢氧化钙结晶水化物、氢氧化钙结晶水化物、氢氧化钙结晶 )材料结构尺度材料结构尺度材料结构尺度材料结构尺度（对象：相和界面）：决定材料的物理性质（对象：相和界面）：决定材料的物理性质（对象：相和界面）：决定材料的物理性质（对象：相和界面）：决定材料的物理性质n n5105103 3mm(mm(木材细胞壁木材细胞壁木材细胞壁木材细胞壁)240mm(240mm(砖块砖块砖块砖块)工程尺度工程尺度工程尺度工程尺度 （对象：材料）：决定材料的工程性质（对象：材料）：决定材料的工程性质（对象：材料）：决定材料的工程性质（对象：材料）：决定材料的工程性质 n n1010 3 3mm mm(金金金金 属属属属)100mm100mm（混混混混 凝凝凝凝 土土土土）1000mm1000mm（砌体结构）（砌体结构）（砌体结构）（砌体结构）材料的变异性材料的变异性 样样本本数数或或频频率率密密度度材料品种材料品种材料品种材料品种 平均强度平均强度平均强度平均强度 变异系数变异系数变异系数变异系数 备备备备 注注注注 (MPa)(MPa)(%)(%)钢材钢材钢材钢材 460t460t 2 2 结构低碳素钢结构低碳素钢结构低碳素钢结构低碳素钢 混凝土混凝土混凝土混凝土 40c40c 15 15 普通混凝土普通混凝土普通混凝土普通混凝土28d28d 立方体强度立方体强度立方体强度立方体强度 木材木材木材木材 30t30t 35 35 针叶木原材针叶木原材针叶木原材针叶木原材 *120t120t 18 18 无节疤、直纹针叶木无节疤、直纹针叶木无节疤、直纹针叶木无节疤、直纹针叶木 11t11t 10 10 结构用木屑板结构用木屑板结构用木屑板结构用木屑板 纤维水泥制品纤维水泥制品纤维水泥制品纤维水泥制品 18t18t 10 10受力方向掺受力方向掺受力方向掺受力方向掺6%6%连续连续连续连续 聚丙烯纤维聚丙烯纤维聚丙烯纤维聚丙烯纤维 砖砌体砖砌体砖砌体砖砌体 20c20c 10 10矮小的墙壁，砖直接矮小的墙壁，砖直接矮小的墙壁，砖直接矮小的墙壁，砖直接 码放码放码放码放 不同建筑材料强度的变异性t:抗拉强度抗拉强度C:抗压强度抗压强度材料变异性的表征n n常用平均值和标准偏差表示：平均值：标准偏差：为了真实地表征变异性大的材料的性能，需要有足够的样本数。04 04 课程特点与学习内容课程特点与学习内容第一，通过对材料进行力学试验，获得有关第一，通过对材料进行力学试验，获得有关性质的数据，例如强度、弹性模量，为结构性质的数据，例如强度、弹性模量，为结构设计或分析提供依据设计或分析提供依据第二，材料加工、运输和现场施工的实践是第二，材料加工、运输和现场施工的实践是非常重要的另一来源非常重要的另一来源第三，由于材料科学和检测技术的发展，对第三，由于材料科学和检测技术的发展，对材料的物理和化学结构进行深入研究得到的材料的物理和化学结构进行深入研究得到的认识认识。建筑材料建筑材料材料科学土木与水利工程1)1)实践性强实践性强 接近工程实际，不像基础接近工程实际，不像基础理论课程那样：对具体的现象或结构进理论课程那样：对具体的现象或结构进行简化、抽象；行简化、抽象；2)2)综合性强综合性强 面对浩瀚的工程学复杂问面对浩瀚的工程学复杂问题，需要广泛知识和综合能力。不像基题，需要广泛知识和综合能力。不像基础理论课程那样，着重深入分析。础理论课程那样，着重深入分析。建筑材料课程特点 学学习习建建筑筑材材料料，有有一一个个很很深深的的印印象象，就就是是要要懂懂得得事事物物的的模模糊糊性性，不不确确定定的的一一面面。以以往往的的学学习习，我我们们总总想想得得到到一一个个确确定定的的（精精确确的的）解解。但但实实际际工工程程远远不不是是这这样样，我我们们必必须须面面对对不不确确定定性性、模模糊糊性性问问题题。希希望望从从建建材材课课开开始始培培养养这这方方面面的的能能力力认认识识和和解解决决不不确确定性的问题。定性的问题。学习心得 基础部分并不成什么体系，它只是列举了基础部分并不成什么体系，它只是列举了一些研究材料性质的考察角度，各章之间的联一些研究材料性质的考察角度，各章之间的联系是松散的。因为我们对具体材料的了解还很系是松散的。因为我们对具体材料的了解还很缺乏。只要留下一个印象，知道日后碰到问题缺乏。只要留下一个印象，知道日后碰到问题时应该翻什么书，看哪些部分就可以了。在日时应该翻什么书，看哪些部分就可以了。在日后具体材料的学习中，多联系前面基础部分的后具体材料的学习中，多联系前面基础部分的内容，搞清楚材料为什么有它特有的性质，增内容，搞清楚材料为什么有它特有的性质，增强基础部分与后续部分的逻辑连贯性。强基础部分与后续部分的逻辑连贯性。关于建筑材料科学基础关于建筑材料科学基础学习心得学习心得建筑材料课程学习内容建筑材料课程学习内容n n绪论绪论n n第一章第一章 建筑材料科学基础建筑材料科学基础n n第二章第二章 金属材料金属材料n n第三章第三章 混凝土混凝土n n第四章第四章 沥青混凝土沥青混凝土n n第五章第五章 砌体材料砌体材料n1.理论讲授理论讲授n2.讨论讨论n3.实实验验n4.现场参观现场参观 参考书参考书:Construction Materials.E&FN SPON Concrete:Microstructure,Properies and Materials.P.K.Mehta 教科书教科书:建筑材料建筑材料 清华大学出版社清华大学出版社 思考题思考题 从绿色建筑与绿色建材角度，谈谈你对学校从绿色建筑与绿色建材角度，谈谈你对学校建设绿色大学的设想和建议。建设绿色大学的设想和建议。考核方式考核方式 作业作业 考试学习心得、论文考试学习心得、论文 增大灵活性、发挥主动性增大灵活性、发挥主动性希望和同学们保持紧密联系！希望和同学们保持紧密联系！