课程导论

导论描述

通过本导论的学习，掌握工程材料的定义、分类，了解工程材料在建筑工程中的地位、作用及其发展现状，明确本课程的任务和基本要求。

教学目标

1.能力目标

能准确搜索、查阅工程材料技术标准。

2.知识目标

（1）了解工程材料的分类与发展现状；

（2）掌握工程材料检测技术与技术标准。

0.1　工程材料的定义及其分类

工程材料是指用于土木建筑结构物的所有材料和材料制品的总称，包括砖、石材、石灰、石膏、水泥、砂浆、混凝土、钢材、木材、沥青、玻璃、涂料、塑料等。工程材料是建筑物与构筑物的物质基础，也是人类生活和生产的物质基础。人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，经历了石器时代、青铜器时代、铁器时代等，而今人类已跨入了人工合成材料的新时代。

工程材料的种类繁多，常用的分类方法是按材料的化学成分、用途、功能和来源的不同进行分类。

（1）按工程材料的化学成分及组织结构不同，可分为无机材料、有机材料和复合材料，如表0-1所示。

无机材料由小分子化合物构成，分子量较小，又可以分为金属材料和非金属材料。

有机材料由高分子化合物构成，主要化学成分为碳与氢，分子量较大。

复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料经过适当组合成为一体的材料。复合材料可以克服单一材料的不足之处，发挥其综合特性。通过适当的复合手段，可以根据工程所处环境与工程使用要求重新设计和生产材料。可以说，材料的复合化已经成为当今材料科学发展的趋势之一。

（2）按工程材料在建筑物中的功能不同，可以分为承重材料（如钢材、砖、石材、混凝土、木材等）、防水材料（如石油沥青制品、高分子防水涂料等）、保温隔热材料（如石棉制品、植物纤维制品、膨胀珍珠岩制品等）、吸音材料（如石膏制品、木丝板、泡沫塑料、植物纤维制品等）和装饰材料（如铝合金、铜合金、金、银、石材、木材、竹材、玻璃制品）。

（3）按工程材料的用途不同，可以分为结构材料、围护材料和功能材料。

结构材料是指构成建筑物受力构件和结构所用的材料，如梁、板、柱、基础等构件或结构使用的材料。结构材料应具有足够的强度和耐久性。常用的结构材料有钢材、砖、石材、混凝土、木材等。

围护材料是指用于建筑物围护结构的材料，如墙体、屋面等部位使用的材料。围护材料不仅要求具有一定的强度和耐久性，还要求具有良好的保温、隔热、隔音性能。常用的围护材料有砖、砌块、大型墙板、瓦等。

功能材料是指能够满足各种功能要求所使用的材料，如防水材料、装饰材料、保温隔热材料、吸声隔音材料等。

（4）按工程材料的来源不同，可以分为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

工程材料是建筑物与构筑物的物质基础，任何一座建筑物与构筑物，都是通过合理地组合各种材料及其制品，构成所需的建筑实体。可以说，如果没有工程材料作为物质基础，就不可能有形态各异、功能不同的建筑产品。

工程材料的种类繁多，性能各异。工程材料的品种、性能和质量，在很大程度上决定着建筑物是否坚固、耐久、经济和美观。在建筑工程实践中，从材料的选择、储运、检测到使用，任何环节的失误，都会降低建筑工程质量，影响工程的使用效果和耐久性能，甚至会造成严重的工程事故。例如在修建兰新铁路时，因施工单位使用了体积安定性不合格的水泥，致使该铁路某段多处涵洞在尚未交付使用时就已开裂、报废，给国家经济建设造成较大的经济损失。

在我国的建筑工程中，工程材料所占的投资比例可达50％～70％，因此在保证材料质量的前提下，降低材料费用，对降低工程造价，提高企业经济效益，将起到很大的积极作用。大量实践证明：正确选材、合理利用、科学管理、减少浪费是降低工程费用的有效途径。

工程材料的发展与建筑工程技术的进步有着相互依存、相互制约和相互推动的关系。新型高性能材料的诞生和应用，必将推动建筑结构设计方法的改进和施工工艺的革新；而全新的设计理念和施工技术对工程材料的品种、质量和功能，又提出了更高和更多样化的要求。如水泥、钢材的大量应用，取代了传统的砖、石、木材，使结构物的高度、跨度不断增加；而现代高层建筑和大跨度结构，又要求工程材料应具有轻质高强的特点。

总之，材料的性质对建筑物的使用性能、坚固性和耐久性起着决定性的作用；材料的使用与工程造价有着密切的关系；新材料的发展又可以促进结构形式的变化、结构设计方法的改进和施工技术的变革。因此，作为一名从事建筑工程的技术人员，如何合理选用工程材料，对保证结构物的适用性、耐久性和经济性具有十分重要的意义。

0.3　工程材料的发展

工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐步发展起来的。在很早以前，人们就利用石块、木材、土等天然材料从事建筑活动。如始建于公元前2700年古埃及的金字塔、公元前7世纪春秋时代的长城、公元125年古罗马建造的万神庙和公元595年～605年修建的赵州桥，全部采用石块、砖、土为结构材料。随着社会的不断进步，人们对建筑工程的要求也越来越高，这种要求与工程材料的数量和质量之间，总是存在着相互依赖、相互矛盾的关系。工程材料的生产和使用，就是在不断解决矛盾的过程中逐渐向前发展的。与此同时，其他相关科学技术的日益进步也为工程材料的发展提供了有利条件。1824年英国J.Aspdin发明了波特兰水泥（即硅酸盐水泥），混凝土随之问世，并首先大规模应用于泰晤士河隧道工程。19世纪中叶人们掌握了工业化炼钢技术，将具有强度高、延性好、质量均匀的建筑钢材作为结构材料。钢结构的运用，使建筑物的跨度、高度由过去的几米、几十米增加到如今的几百米。

20世纪以来，随着科学技术的不断发展，各种高性能的新型材料不断涌现。20世纪初人工合成高分子材料的问世，20世纪30年代预应力混凝土的产生，21世纪高性能混凝土（HPC）的广泛使用，为大跨度结构，特别是大跨度桥梁、水工、海港、道路、高层建筑等工程提供了较为理想的结构材料。与此同时，一些具有特殊功能的材料，如保温绝热、吸声、耐磨、耐热、耐腐蚀、防辐射等材料应运而生。随着人们对工作空间、生活环境和城市面貌的要求越来越高，各种环保型工程材料也越来越受到人们的重视。

工程材料产业不仅是推动建筑业发展的物质基础，也是国民经济的主要基础产业之一。为了适应我国经济建设和社会发展的需要，工程材料正向研制、开发高性能工程材料和绿色材料的方向发展。

高性能工程材料是指性能及质量更加优异，轻质、高强、多功能、更加耐久和更富有装饰效果的材料，是便于机械化施工和更有利于提高施工生产效率的材料。

绿色材料又称之为生态材料、环保材料。它是采用清洁生产技术，不用或少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，在达到使用周期后可以回收利用，有利于环境保护和人们健康的工程材料。

绿色材料具有以下基本特征：

（1）以相对较低的资源、能源消耗和环境污染为代价生产的高性能工程材料，如采用现代先进工艺和生产技术生产的生态水泥。

（2）采用低能耗制造工艺生产的具有轻质、高强、保温、隔音等多功能的新型墙体材料。

（3）具有改善居室生态环境，有益于人体健康和具有功能化的材料，如具有抗菌、灭菌、调湿、消磁、防射线、抗静电、阻燃、隔热等功能的玻璃、陶瓷、涂料等。

（4）以工业废弃物为主要原料生产的各种材料制品。

（5）产品可以循环和回收再利用，无污染环境的废弃物。

绿色材料代表了21世纪工程材料的发展方向，是符合世界发展趋势和人类要求的工程材料，是符合科学的发展观和以人为本思想的工程材料。在未来的建筑行业中绿色材料必然会占主导地位，成为今后工程材料发展的必然趋势。

0.4　工程材料的技术标准

为了确保工程材料的产品质量，适应建筑工业飞速发展的需要，我国绝大多数的工程材料都制定了相应的技术标准，包括产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、标志、运输、储存及使用说明等内容。工程材料的技术标准是材料生产、质量检验、验收及材料应用等方面的技术准则和必须遵守的技术法规。工程材料生产厂家必须依照技术标准生产并控制产品质量；工程材料使用部门要按照技术标准选用、设计和施工，并按标准对材料的质量与性能进行检验和验收。可以说，工程材料的技术标准是供需双方对产品质量验收的依据，是保证工程质量的先决条件，也是使产品与国际接轨的重要依据。

目前我国工程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。其中国家标准和行业标准是全国通用标准，是国家指令性技术文件。各级材料的生产、设计、施工等部门必须严格遵守执行，不得低于此标准。地方标准是地方主管部门发布的地方性技术文件。企业标准仅适用于本企业，凡是没有制定国家标准和行业标准的产品，均应制定企业标准。

技术标准的表示方法由标准名称、部门代号、标准编号、批准年份四部分组成。各类标准的代号和表示方法见表0-2所示。

了解并熟悉工程材料的技术标准，对掌握材料性能与质量，合理选用材料是十分必要的。由于工程材料的技术标准是根据一定时期的技术水平制订的，随着科学技术的发展与使用要求的提高，需要对工程材料技术标准不断进行修订，因此要随时注意新修订标准的出现。

0.5　本课程的任务及基本要求

本课程是铁道工程专业及其他相关专业的专业基础课。它的任务是通过本课程的学习，使学生获得有关工程材料的基本理论、基本知识与基本技能。本课程重点讲述建筑工程中常用工程材料的基本性质和试验方法。在材料性质方面，要求掌握材料的组成、技术性质、特性，了解材料的化学成分、结构、外部环境等因素对材料性质的影响；在材料试验方面，要求熟悉常用工程材料的技术规范及其质量检测方法，能够对所用材料品质做出准确判别，为今后学习专业课程提供有关工程材料的基础知识，也为学生今后从事专业技术工作，在材料选用、材料验收、质量鉴定、储存运输、防腐处理等方面打下必要的基础，并获得主要工程材料试验的基本技能训练。

在学习过程中，应以材料的基本性质、应用范围和质量检测方法为重点，但也要了解材料的化学成分、结构、构造、生产加工过程和外部环境等因素对材料性能的影响，注意各项性能之间的有机联系，同时还应重视试验课的学习。由于本课程是一门实践性很强的课程，为配合理论教学，开设了必要的工程材料试验部分教学。旨在通过试验，加深和巩固理论知识，熟悉工程材料的质量检测方法，掌握试验操作技能，并对试验结果做出正确的分析和结论。工程材料的品种多样，在学习中还必须注意分析和比较同类材料不同品种的共性与特性，以便于在实际工作中能够根据工程要求和工程环境特点，合理选用材料。