課程導(dǎo)論

導(dǎo)論描述

通過(guò)本導(dǎo)論的學(xué)習(xí)，掌握工程材料的定義、分類，了解工程材料在建筑工程中的地位、作用及其發(fā)展現(xiàn)狀，明確本課程的任務(wù)和基本要求。

教學(xué)目標(biāo)

1.能力目標(biāo)

能準(zhǔn)確搜索、查閱工程材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.知識(shí)目標(biāo)

（1）了解工程材料的分類與發(fā)展現(xiàn)狀；

（2）掌握工程材料檢測(cè)技術(shù)與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

0.1　工程材料的定義及其分類

工程材料是指用于土木建筑結(jié)構(gòu)物的所有材料和材料制品的總稱，包括磚、石材、石灰、石膏、水泥、砂漿、混凝土、鋼材、木材、瀝青、玻璃、涂料、塑料等。工程材料是建筑物與構(gòu)筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類社會(huì)的發(fā)展伴隨著材料的發(fā)明和發(fā)展，經(jīng)歷了石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等，而今人類已跨入了人工合成材料的新時(shí)代。

工程材料的種類繁多，常用的分類方法是按材料的化學(xué)成分、用途、功能和來(lái)源的不同進(jìn)行分類。

（1）按工程材料的化學(xué)成分及組織結(jié)構(gòu)不同，可分為無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料和復(fù)合材料，如表0-1所示。

無(wú)機(jī)材料由小分子化合物構(gòu)成，分子量較小，又可以分為金屬材料和非金屬材料。

有機(jī)材料由高分子化合物構(gòu)成，主要化學(xué)成分為碳與氫，分子量較大。

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料經(jīng)過(guò)適當(dāng)組合成為一體的材料。復(fù)合材料可以克服單一材料的不足之處，發(fā)揮其綜合特性。通過(guò)適當(dāng)?shù)膹?fù)合手段，可以根據(jù)工程所處環(huán)境與工程使用要求重新設(shè)計(jì)和生產(chǎn)材料。可以說(shuō)，材料的復(fù)合化已經(jīng)成為當(dāng)今材料科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)之一。

（2）按工程材料在建筑物中的功能不同，可以分為承重材料（如鋼材、磚、石材、混凝土、木材等）、防水材料（如石油瀝青制品、高分子防水涂料等）、保溫隔熱材料（如石棉制品、植物纖維制品、膨脹珍珠巖制品等）、吸音材料（如石膏制品、木絲板、泡沫塑料、植物纖維制品等）和裝飾材料（如鋁合金、銅合金、金、銀、石材、木材、竹材、玻璃制品）。

（3）按工程材料的用途不同，可以分為結(jié)構(gòu)材料、圍護(hù)材料和功能材料。

結(jié)構(gòu)材料是指構(gòu)成建筑物受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁、板、柱、基礎(chǔ)等構(gòu)件或結(jié)構(gòu)使用的材料。結(jié)構(gòu)材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐久性。常用的結(jié)構(gòu)材料有鋼材、磚、石材、混凝土、木材等。

圍護(hù)材料是指用于建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的材料，如墻體、屋面等部位使用的材料。圍護(hù)材料不僅要求具有一定的強(qiáng)度和耐久性，還要求具有良好的保溫、隔熱、隔音性能。常用的圍護(hù)材料有磚、砌塊、大型墻板、瓦等。

功能材料是指能夠滿足各種功能要求所使用的材料，如防水材料、裝飾材料、保溫隔熱材料、吸聲隔音材料等。

（4）按工程材料的來(lái)源不同，可以分為天然材料和人造材料。

0.2　工程材料在建筑工程中的地位和作用

工程材料是建筑物與構(gòu)筑物的物質(zhì)基礎(chǔ)，任何一座建筑物與構(gòu)筑物，都是通過(guò)合理地組合各種材料及其制品，構(gòu)成所需的建筑實(shí)體。可以說(shuō)，如果沒(méi)有工程材料作為物質(zhì)基礎(chǔ)，就不可能有形態(tài)各異、功能不同的建筑產(chǎn)品。

工程材料的種類繁多，性能各異。工程材料的品種、性能和質(zhì)量，在很大程度上決定著建筑物是否堅(jiān)固、耐久、經(jīng)濟(jì)和美觀。在建筑工程實(shí)踐中，從材料的選擇、儲(chǔ)運(yùn)、檢測(cè)到使用，任何環(huán)節(jié)的失誤，都會(huì)降低建筑工程質(zhì)量，影響工程的使用效果和耐久性能，甚至?xí)斐蓢?yán)重的工程事故。例如在修建蘭新鐵路時(shí)，因施工單位使用了體積安定性不合格的水泥，致使該鐵路某段多處涵洞在尚未交付使用時(shí)就已開裂、報(bào)廢，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

在我國(guó)的建筑工程中，工程材料所占的投資比例可達(dá)50％～70％，因此在保證材料質(zhì)量的前提下，降低材料費(fèi)用，對(duì)降低工程造價(jià)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，將起到很大的積極作用。大量實(shí)踐證明：正確選材、合理利用、科學(xué)管理、減少浪費(fèi)是降低工程費(fèi)用的有效途徑。

工程材料的發(fā)展與建筑工程技術(shù)的進(jìn)步有著相互依存、相互制約和相互推動(dòng)的關(guān)系。新型高性能材料的誕生和應(yīng)用，必將推動(dòng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)和施工工藝的革新；而全新的設(shè)計(jì)理念和施工技術(shù)對(duì)工程材料的品種、質(zhì)量和功能，又提出了更高和更多樣化的要求。如水泥、鋼材的大量應(yīng)用，取代了傳統(tǒng)的磚、石、木材，使結(jié)構(gòu)物的高度、跨度不斷增加；而現(xiàn)代高層建筑和大跨度結(jié)構(gòu)，又要求工程材料應(yīng)具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)。

總之，材料的性質(zhì)對(duì)建筑物的使用性能、堅(jiān)固性和耐久性起著決定性的作用；材料的使用與工程造價(jià)有著密切的關(guān)系；新材料的發(fā)展又可以促進(jìn)結(jié)構(gòu)形式的變化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)和施工技術(shù)的變革。因此，作為一名從事建筑工程的技術(shù)人員，如何合理選用工程材料，對(duì)保證結(jié)構(gòu)物的適用性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

0.3　工程材料的發(fā)展

工程材料是隨著人類社會(huì)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)水平的提高而逐步發(fā)展起來(lái)的。在很早以前，人們就利用石塊、木材、土等天然材料從事建筑活動(dòng)。如始建于公元前2700年古埃及的金字塔、公元前7世紀(jì)春秋時(shí)代的長(zhǎng)城、公元125年古羅馬建造的萬(wàn)神廟和公元595年～605年修建的趙州橋，全部采用石塊、磚、土為結(jié)構(gòu)材料。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)建筑工程的要求也越來(lái)越高，這種要求與工程材料的數(shù)量和質(zhì)量之間，總是存在著相互依賴、相互矛盾的關(guān)系。工程材料的生產(chǎn)和使用，就是在不斷解決矛盾的過(guò)程中逐漸向前發(fā)展的。與此同時(shí)，其他相關(guān)科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步也為工程材料的發(fā)展提供了有利條件。1824年英國(guó)J.Aspdin發(fā)明了波特蘭水泥（即硅酸鹽水泥），混凝土隨之問(wèn)世，并首先大規(guī)模應(yīng)用于泰晤士河隧道工程。19世紀(jì)中葉人們掌握了工業(yè)化煉鋼技術(shù)，將具有強(qiáng)度高、延性好、質(zhì)量均勻的建筑鋼材作為結(jié)構(gòu)材料。鋼結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，使建筑物的跨度、高度由過(guò)去的幾米、幾十米增加到如今的幾百米。

20世紀(jì)以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種高性能的新型材料不斷涌現(xiàn)。20世紀(jì)初人工合成高分子材料的問(wèn)世，20世紀(jì)30年代預(yù)應(yīng)力混凝土的產(chǎn)生，21世紀(jì)高性能混凝土（HPC）的廣泛使用，為大跨度結(jié)構(gòu)，特別是大跨度橋梁、水工、海港、道路、高層建筑等工程提供了較為理想的結(jié)構(gòu)材料。與此同時(shí)，一些具有特殊功能的材料，如保溫絕熱、吸聲、耐磨、耐熱、耐腐蝕、防輻射等材料應(yīng)運(yùn)而生。隨著人們對(duì)工作空間、生活環(huán)境和城市面貌的要求越來(lái)越高，各種環(huán)保型工程材料也越來(lái)越受到人們的重視。

工程材料產(chǎn)業(yè)不僅是推動(dòng)建筑業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一。為了適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需要，工程材料正向研制、開發(fā)高性能工程材料和綠色材料的方向發(fā)展。

高性能工程材料是指性能及質(zhì)量更加優(yōu)異，輕質(zhì)、高強(qiáng)、多功能、更加耐久和更富有裝飾效果的材料，是便于機(jī)械化施工和更有利于提高施工生產(chǎn)效率的材料。

綠色材料又稱之為生態(tài)材料、環(huán)保材料。它是采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，不用或少用天然資源和能源，大量使用工農(nóng)業(yè)或城市固態(tài)廢棄物生產(chǎn)的無(wú)毒害、無(wú)污染、無(wú)放射性，在達(dá)到使用周期后可以回收利用，有利于環(huán)境保護(hù)和人們健康的工程材料。

綠色材料具有以下基本特征：

（1）以相對(duì)較低的資源、能源消耗和環(huán)境污染為代價(jià)生產(chǎn)的高性能工程材料，如采用現(xiàn)代先進(jìn)工藝和生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)的生態(tài)水泥。

（2）采用低能耗制造工藝生產(chǎn)的具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、保溫、隔音等多功能的新型墻體材料。

（3）具有改善居室生態(tài)環(huán)境，有益于人體健康和具有功能化的材料，如具有抗菌、滅菌、調(diào)濕、消磁、防射線、抗靜電、阻燃、隔熱等功能的玻璃、陶瓷、涂料等。

（4）以工業(yè)廢棄物為主要原料生產(chǎn)的各種材料制品。

（5）產(chǎn)品可以循環(huán)和回收再利用，無(wú)污染環(huán)境的廢棄物。

綠色材料代表了21世紀(jì)工程材料的發(fā)展方向，是符合世界發(fā)展趨勢(shì)和人類要求的工程材料，是符合科學(xué)的發(fā)展觀和以人為本思想的工程材料。在未來(lái)的建筑行業(yè)中綠色材料必然會(huì)占主導(dǎo)地位，成為今后工程材料發(fā)展的必然趨勢(shì)。

0.4　工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為了確保工程材料的產(chǎn)品質(zhì)量，適應(yīng)建筑工業(yè)飛速發(fā)展的需要，我國(guó)絕大多數(shù)的工程材料都制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括產(chǎn)品規(guī)格、分類、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法、驗(yàn)收規(guī)則、標(biāo)志、運(yùn)輸、儲(chǔ)存及使用說(shuō)明等內(nèi)容。工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是材料生產(chǎn)、質(zhì)量檢驗(yàn)、驗(yàn)收及材料應(yīng)用等方面的技術(shù)準(zhǔn)則和必須遵守的技術(shù)法規(guī)。工程材料生產(chǎn)廠家必須依照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)并控制產(chǎn)品質(zhì)量；工程材料使用部門要按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選用、設(shè)計(jì)和施工，并按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料的質(zhì)量與性能進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收。可以說(shuō)，工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是供需雙方對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)收的依據(jù)，是保證工程質(zhì)量的先決條件，也是使產(chǎn)品與國(guó)際接軌的重要依據(jù)。

目前我國(guó)工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)。其中國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是全國(guó)通用標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)家指令性技術(shù)文件。各級(jí)材料的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、施工等部門必須嚴(yán)格遵守執(zhí)行，不得低于此標(biāo)準(zhǔn)。地方標(biāo)準(zhǔn)是地方主管部門發(fā)布的地方性技術(shù)文件。企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)僅適用于本企業(yè)，凡是沒(méi)有制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，均應(yīng)制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的表示方法由標(biāo)準(zhǔn)名稱、部門代號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)、批準(zhǔn)年份四部分組成。各類標(biāo)準(zhǔn)的代號(hào)和表示方法見表0-2所示。

了解并熟悉工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)掌握材料性能與質(zhì)量，合理選用材料是十分必要的。由于工程材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)一定時(shí)期的技術(shù)水平制訂的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與使用要求的提高，需要對(duì)工程材料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷進(jìn)行修訂，因此要隨時(shí)注意新修訂標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)。

0.5　本課程的任務(wù)及基本要求

本課程是鐵道工程專業(yè)及其他相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。它的任務(wù)是通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得有關(guān)工程材料的基本理論、基本知識(shí)與基本技能。本課程重點(diǎn)講述建筑工程中常用工程材料的基本性質(zhì)和試驗(yàn)方法。在材料性質(zhì)方面，要求掌握材料的組成、技術(shù)性質(zhì)、特性，了解材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境等因素對(duì)材料性質(zhì)的影響；在材料試驗(yàn)方面，要求熟悉常用工程材料的技術(shù)規(guī)范及其質(zhì)量檢測(cè)方法，能夠?qū)λ貌牧掀焚|(zhì)做出準(zhǔn)確判別，為今后學(xué)習(xí)專業(yè)課程提供有關(guān)工程材料的基礎(chǔ)知識(shí)，也為學(xué)生今后從事專業(yè)技術(shù)工作，在材料選用、材料驗(yàn)收、質(zhì)量鑒定、儲(chǔ)存運(yùn)輸、防腐處理等方面打下必要的基礎(chǔ)，并獲得主要工程材料試驗(yàn)的基本技能訓(xùn)練。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，應(yīng)以材料的基本性質(zhì)、應(yīng)用范圍和質(zhì)量檢測(cè)方法為重點(diǎn)，但也要了解材料的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、生產(chǎn)加工過(guò)程和外部環(huán)境等因素對(duì)材料性能的影響，注意各項(xiàng)性能之間的有機(jī)聯(lián)系，同時(shí)還應(yīng)重視試驗(yàn)課的學(xué)習(xí)。由于本課程是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，為配合理論教學(xué)，開設(shè)了必要的工程材料試驗(yàn)部分教學(xué)。旨在通過(guò)試驗(yàn)，加深和鞏固理論知識(shí)，熟悉工程材料的質(zhì)量檢測(cè)方法，掌握試驗(yàn)操作技能，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出正確的分析和結(jié)論。工程材料的品種多樣，在學(xué)習(xí)中還必須注意分析和比較同類材料不同品種的共性與特性，以便于在實(shí)際工作中能夠根據(jù)工程要求和工程環(huán)境特點(diǎn)，合理選用材料。