现代建筑材料科学-绪论及其全寿命周期经济性

1　绪 论

学习指导

本章共五节，本章的学习目标是：

(1)熟悉建筑材料的定义与分类，以及建筑材料技术标准的种类。

(2)了解建筑材料在工程中的地位与作用及建筑材料的发展趋势。

(3)明确课程目的和基本要求。

本章的难点是掌握建筑材料的发展以及分类的标准。建议结合历史发展来记忆建筑材料的分类与发展，对于本课程，一定要严格按要求学习以达到学以致用的目的。

1.1　现代建筑材料的定义与分类

1.1.1　建筑材料的定义

建筑材料是用于建筑工程中所有材料的总称。按材料所使用的不同工程部位，一般可分为建筑材料和建筑装饰装修材料。建筑材料是指用于建筑工程且构成建筑物组成部分的材料，是建筑工程的物质基础。而建筑装饰装修材料主要指用于装饰工程的材料。本书主要讨论应用于建筑工程的建筑材料。

1.1.2　建筑材料的分类

建筑材料的种类繁多，且性能和组分各异，用途不同，可按多种方法进行分类。通常有以下几种分类方法：

1)按化学成分分类

按建筑材料的化学成分，可分为无机材料、有机材料和复合材料三大类。见表1-1。

表1-1　建筑材料按化学成分分类

续表1-1

2)按使用功能分类

根据建筑材料在建筑工程中的部位和使用功能，可分为结构材料、围护材料和功能材料三大类。

(1)结构材料　主要是指构成建筑物受力构件和结构所用的材料，如基础、梁、板、柱等所用的材料。这类材料的主要技术性能要求是强度和耐久性。目前所用的结构材料主要有砖、砌块、混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土及钢材等。

(2)围护材料　围护材料是用于建筑物围护结构的材料，如墙体、门窗、屋面等部位使用的材料。围护材料不仅应具有一定的强度和耐久性，同时还要求具有保温隔热或防水、隔声等性能。常用的围护材料有砖、砌块、混凝土和各种墙板、屋面板等。

(3)功能材料　功能材料主要是指满足各种功能要求所使用的材料，如防水材料、保温材料、吸声材料、隔声材料、采光材料、室内外装饰材料等。

1.2　现代建筑材料在工程中的地位和作用

(1)建筑材料是建筑工程的物质基础。一方面，不论是高楼大厦，还是普通临时建筑，都是由各种散体建筑材料经缜密设计和复杂施工而建成；另一方面，建筑材料在建筑工程中体现出的巨量性，形成了建筑材料在生产、运输、使用等方面与其他材料的不同。因此，作为一名建筑工程技术人员，无论是从事设计、施工还是管理工作，均必须掌握建筑材料的基本性能。

(2)建筑材料的发展赋予了建筑物以时代的特征和风格，中国古代的木结构宫廷建筑，西方古典石廊建筑，当代钢筋混凝土结构、钢结构超高层建筑，呈现出了鲜明的时代感。

(3)新型建筑材料的诞生推动了建筑结构设计方法和施工工艺的变化，而新的建筑结构设计方法和施工工艺又对建筑材料品种和质量提出了更高和多样化的要求。

(4)建筑材料的合理选用直接影响到建筑工程的造价和投资。建筑工程中，建筑材料的费用占土建工程总投资的60%左右，建筑材料的价格直接影响到建设投资。因此，对建筑材料特性的深入认识和了解，最大限度地发挥其效能，以达到经济效益最大化，具有非常重要的意义。

1.3　建筑材料的现状和发展方向

材料科学的发展标志着人类文明的进步。人类的历史也是按照生产工具所用材料的种类划分的，由史前的石器时代，经过青铜器时代、铁器时代，发展到今天的人工合成材料的时代，均标志着材料科学的进步。同样，建筑材料的发展也标志着建设事业的进步。高层建筑、大跨度结构、预应力结构、海洋工程等，无一不与建筑材料的发展紧密相连。

1.3.1　建筑材料的现状(https://www.xing528.com)

从目前我国的建筑材料的现状发展来看，普通水泥、普通钢材、普通混凝土、普通防水材料仍是最主要的组成部分。这是因为这些材料有比较成熟的生产工艺和应用技术；使用性能尚能满足目前的消费需求。虽然近年来建筑材料工业有了长足的进步与发展，但与发达国家相比，还存在着品种少、质量档次低、生产和使用消耗大及浪费严重等问题。

1.3.2　建筑材料的发展方向

社会发展对建筑材料的发展提出了更高的要求，可持续发展理念已逐渐深入到建筑材料中，具有节能、环保、绿色和健康等特点的建筑材料应运而生。建筑材料正向着追求功能多样性、全寿命周期经济性以及可循环再生利用性等方向发展。

1)绿色健康建筑材料

绿色健康建材指的是具有对环境起到有益作用或对环境负荷很小的情况下，在使用过程中能满足舒适、健康功能的建筑材料。绿色健康材料首先要保证其在使用过程中是无害的，并在此基础上实现其净化及改善环境的功能。根据其作用，绿色健康材料可分为抗菌材料，净化空气材料，防噪音、防辐射材料和产生负离子材料。

2)节能建筑材料

建筑物节能是世界各国建筑学、建筑技术、材料学和相应空调技术研究的重点和方向。目前我国已经制定出台了相应的建筑节能设计标准，并对建筑物的能耗作出了相应的规定。建筑物的能耗是由室内环境所要求的温度与室外环境温度的差异造成的，因此有效降低建筑物的能耗主要有两种途径：一是改善室内采暖、空调设备的能耗效率；二是增强建筑物围护结构的保温隔热性能。从而使建筑节能材料广泛应用于建筑物的围护结构当中。

3)具有全寿命周期经济性的建筑材料

建筑材料全寿命周期经济性是指建筑材料从生产加工、运输、施工、使用到回收全寿命过程的总体经济效益，以最低的经济成本达到预期的功能。自重轻材料、高性能材料以及地产材料是目前的发展趋势。

4)具有可循环再生利用性的建筑材料

根据可持续发展要求，新型建筑材料的生产、使用及回收全过程都要考虑其对环境和资源的影响，实现材料的可循环再生利用。包括建筑废料及工业废料的利用，将成为建筑材料发展的重要方向。

1.4　建筑材料的标准化

产品标准化是现代工业发展的要求，是组织现代化大生产的重要手段，也是科学管理的重要组成部分。世界各国对材料的标准化都很重视，均制定了各自的标准。

与建筑材料生产、应用有关的标准包括产品标准和工程建设标准两类。产品标准是为了保证建筑材料产品的适用性，对该产品必须达到的某些或全部要求所制定的标准，这些标准一般包括产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输和储存等方面的内容。工程建设标准是对工程建设中的勘察、规划、设计、施工、安装、验收等需要协调统一的事项所制定的标准，其中结构设计规范、施工验收规范中包含与建筑材料的选用相关的内容。

我国建筑材料的技术标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准四级。各级标准都有各自的代号，见表1-2。

表1-2　我国建筑材料各级技术标准代号

建筑材料的技术标准，是产品质量的技术依据。对于生产企业，必须按标准生产合格的产品，同时，可促进企业改善管理，提高生产率，实现生产过程的合理化。对于使用部门，则应当按标准选用材料，可使设计和施工标准化，进而可加速施工进度，降低建筑造价。技术标准又是供需双方对产品质量进行验收的依据。

建筑材料的标准内容大致包括材料的质量要求和检验两大方面。由于有些标准的分工细，且相互渗透、联系，有时一种材料的检验要涉及多个标准和规范。

我国加入WTO后，采用和参考国际通用标准是加快我国建筑材料工业与国际接轨的重要措施，对促进建筑材料工业的科技进步、提高产品质量和标准化水平、扩大建筑材料的对外贸易具有重要作用。

常用的国际标准主要有：①美国材料与试验协会标准(ASTM)，属于国际团体和公司标准；②联邦德国工业标准(DIN)、欧洲标准(EN)，属于区域性国家标准；③日本工业标准(JIS)，属于区域性国家标准；④英国标准(BS)，属于区域性国家标准；⑤法国标准(NF)，属于区域性国家标准；⑥国际标准化组织标准(ISO)，属于国际性标准化组织的标准。

1.5　本课程学习目的及要求

建筑材料是土木工程类专业的专业基础课。它是以数学、力学、物理、化学等课程为基础，而又为学习建筑、结构、施工等后续专业课程提供建材基本知识，同时它还为今后从事工程实践和科学研究打下必要的专业基础。

在学习中应结合现行的技术标准，以建筑材料的性能及合理使用为中心，掌握事物的本质及内在联系。例如在学习某一材料的性质时，不能只满足甲乙丙丁的知道该材料具有哪些性质、有哪些表象，重要的是应该知道形成这些性质的外部条件、内在原因及这些性能之间的相互联系。对于同一类属的不同品种材料，不但要学习它们的共性，更重要的是要学习了解它们各自的特性和具备这些特性的原因。例如，学习各种水泥时，不但要知道它们都能在水中硬化等共性，更要注意它们各自质的区别及其反映在性能上的差异。一切材料的性能都不是固定不变的，在使用过程中，甚至在运输和储存过程中，它们的性能都会在一定程度上产生或多或少的变化，为了保证工程的耐久性和控制材料性能的劣化问题，我们必须研究引起变化的外界条件和材料本身的内在原因，从而掌握变化的规律，这对延长建筑物的使用年限具有十分重要的意义。

实验课是本课程的重要教学环节，其任务是验证基本理论，学习试验方法，培养科学研究能力和严谨缜密的科学态度。做实验时要认真严肃，一丝不苟，即使对一些操作简单的实验，也不应例外。要了解实验条件对实验结果的严重影响，并对实验结果作出正确的分析与判断。

课后思考题

1.建筑材料主要有哪些分类?

2.建筑材料的发展方向如何？

3.本课程学习的要点有哪些？