建筑材料复习大纲核心知识点精讲与实战技巧助你高效备考掌握重点难点

第一章：建筑材料的基本性质

1.1 材料的密度、表观密度与堆积密度

核心知识点：

• 密度（True Density）：材料在绝对密实状态下单位体积的质量，不包括内部孔隙。
• 表观密度（Apparent Density）：材料在自然状态下单位体积的质量，包括内部孔隙。
• 堆积密度（Bulk Density）：散粒材料在堆积状态下单位体积的质量，包括颗粒间的空隙。

精讲与实战技巧： 理解这三个密度的关键在于区分“绝对密实状态”、“自然状态”和“堆积状态”。

• 绝对密实状态：指材料内部没有孔隙，如钢材、玻璃等。
• 自然状态：指材料在自然堆放状态，如砖块、石材等。
• 堆积状态：指颗粒状材料，如砂、石子等。

实战技巧： 在计算题中，首先要明确题目给出的是哪种密度，然后利用公式进行换算。 例如，已知砂的堆积密度为 \(1450 \, \text{kg/m}^3\)，空隙率为 \(42\%\)，求砂的表观密度。 解题思路：利用空隙率公式 \(P = (1 - \frac{\rho'_0}{\rho_0}) \times 100\%\)，其中 \(\rho'_0\) 为堆积密度，\(\rho_0\) 为表观密度。 代入数据：\(0.42 = 1 - \frac{1450}{\rho_0}\)，解得 \(\rho_0 \approx 2500 \, \text{kg/m}^3\)。

1.2 材料的孔隙率与空隙率

核心知识点：

• 孔隙率（Porosity）：材料内部孔隙体积占材料总体积的百分率。
• 空隙率（Void Ratio）：散粒材料颗粒间的空隙体积占堆积体积的百分率。

精讲与实战技巧： 孔隙率针对的是块状材料本身，而空隙率针对的是散粒材料的堆积体。

• 孔隙率公式：\(P = (1 - \frac{\rho_0}{\rho}) \times 100\%\)，其中 \(\rho\) 为密度，\(\rho_0\) 为表观密度。
• 空隙率公式：\(P' = (1 - \frac{\rho'_0}{\rho_0}) \times 100\%\)，其中 \(\rho'_0\) 为堆积密度。

实战技巧： 孔隙率直接影响材料的强度、吸水性、导热性等。孔隙率越大，强度越低，吸水性越强，保温性越好（如果孔隙是封闭的）。在选择保温材料时，要选择孔隙率大、闭口孔隙多的材料。

1.3 材料的亲水性与憎水性

核心知识点：

• 润湿边角 \(\theta\)：水与材料表面接触时，水滴表面切线与材料表面的夹角。
• 亲水性：\(\theta \leq 90^\circ\)，表示材料容易被水润湿。
• 憎水性：\(\theta > 90^\circ\)，表示材料不易被水润湿。

实战技巧： 憎水性材料常作为防水材料，如沥青、石蜡等。亲水性材料容易吸水，从而影响其耐久性和强度。

1.4 材料的耐水性、抗渗性与抗冻性

核心知识点：

• 耐水性：材料在吸水饱和后，其强度不显著降低的性质。用软化系数 \(K\) 表示。 $\(K = \frac{f_{\text{饱}}}{f_{\text{干}}}\)\( 其中 \)f{\text{饱}}\( 为吸水饱和后的抗压强度，\)f{\text{干}}\( 为干燥状态下的抗压强度。 \)K\( 值在 0~1 之间，\)K > 0.85$ 的材料称为耐水性材料，可用于潮湿或水下环境。
• 抗渗性（不透水性）：材料抵抗压力水渗透的性质。用渗透系数 \(K\) 或抗渗等级 \(P\) 表示（如 P6, P8）。
• 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不破坏，且强度不显著降低的性质。用抗冻等级 \(F\) 表示（如 F15, F50）。

实战技巧：

• 耐水性：用于室外或潮湿环境的建筑材料（如基础、墙体），其软化系数不宜低于 0.85。
• 抗冻性：北方寒冷地区使用的材料必须具有良好的抗冻性。抗冻等级越高，材料耐久性越好。
• 抗渗性：地下工程、水工结构必须具有高抗渗性。

1.5 材料的导热性与热容量

核心知识点：

• 导热系数 \(\lambda\)：表示材料传导热量的能力，单位为 \(W/(m \cdot K)\)。\(\lambda\) 值越小，保温性能越好。
• 比热容 \(c\)：单位质量的材料温度升高 1K 所需的热量，单位为 \(J/(kg \cdot K)\)。

实战技巧： 选择保温材料的原则是“轻质、多孔、低导热”。

• 常见保温材料：岩棉板、聚苯乙烯泡沫板（EPS）、挤塑板（XPS）。
• 导热系数排序：金属 > 非金属固体 > 液体 > 气体。

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第二章：气硬性胶凝材料

2.1 石灰

核心知识点：

• 原料：主要成分为 \(CaCO_3\) 的石灰石，高温煅烧生成生石灰（\(CaO\)）。
• 熟化（消解）：生石灰加水生成熟石灰（\(Ca(OH)_2\)）的过程，放出大量热。 $\(CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + \text{热量}\)$
• 陈伏：熟化后的石灰浆体需在储灰坑中放置两周以上，以消除过火石灰的危害（“爆灰”现象）。
• 硬化：包括干燥硬化、碳化硬化（\(Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O\)）。

实战技巧：

• 石灰的特性：保水性好、凝结硬化慢、强度低、体积收缩大（易开裂）。
• 应用：拌制石灰砂浆、石灰土（灰土）、三合土；生产硅酸盐制品（如灰砂砖）。
• 考点：石灰不能单独用于地面或外墙抹灰，必须掺加砂子等骨料以减少收缩开裂。

2.2 石膏

核心知识点：

• 原料：天然二水石膏（\(CaSO_4 \cdot 2H_2O\)）。
• 生产：加热脱水生成建筑石膏（\(\beta\)型半水石膏，\(CaSO_4 \cdot 0.5H_2O\)）。 $\(CaSO_4 \cdot 2H_2O \xrightarrow{107\sim170^\circ C} CaSO_4 \cdot 0.5H_2O + 1.5H_2O\)$
• 水化与硬化：建筑石膏加水拌合，重新生成二水石膏晶体，浆体凝结硬化。 $\(CaSO_4 \cdot 0.5H_2O + 1.5H_2O \rightarrow CaSO_4 \cdot 2H_2O\)$

实战技巧：

• 石膏的特性：凝结硬化快、微膨胀（不开裂）、孔隙率大（轻质、保温、吸声）、防火性能好、耐水性差。
• 应用：室内装饰（石膏板、石膏线）、模型制作。
• 注意：石膏制品严禁用于潮湿环境。

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第三章：水泥

3.1 硅酸盐水泥（P·I, P·II）

核心知识点：

• 定义：凡由硅酸盐水泥熟料、0~5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。
• 主要矿物成分：
  1. 硅酸三钙 (\(C_3S\))：水化速度快，早期强度高，水化热大。
  2. 硅酸二钙 (\(C_2S\))：水化速度慢，早期强度低，后期强度高，水化热小。
  3. 铝酸三钙 (\(C_3A\))：水化极快，强度不高，水化热最大，干缩大。
  4. 铁铝酸四钙 (\(C_4AF\))：强度低，水化热中等。

实战技巧（对比记忆）：

矿物成分	水化速度	早期强度	后期强度	水化热	耐化学侵蚀
\(C_3S\)	快	高	高	大	中
\(C_2S\)	慢	低	高	小	良
\(C_3A\)	极快	低	低	最大	差
\(C_4AF\)	快	低	低	中	良

3.2 水泥的水化热与凝结硬化

核心知识点：

• 水化热：水泥在水化过程中放出的热量。
• 凝结：水泥浆失去可塑性。
• 硬化：水泥浆体强度增长的过程。

实战技巧：

• 水化热的影响：
  • 有利：冬季施工，利于保温防冻。
  • 不利：大体积混凝土（如大坝、厚基础）易因内外温差过大产生温度裂缝。
• 解决措施：选用水化热低的水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），掺加粉煤灰，埋冷却水管。

3.3 水泥的体积安定性

核心知识点：

• 定义：水泥在硬化过程中，体积变化是否均匀的性质。
• 原因：主要是熟料中游离氧化钙 (\(f-CaO\))、氧化镁 (\(f-MgO\)) 过多，或石膏掺量过多。
• 后果：体积安定性不良的水泥必须报废，严禁用于工程中。

实战技巧：

• 检测方法：沸煮法（检测 \(f-CaO\)）。
• 必考点：体积安定性不合格的水泥是废品。

3.4 水泥的强度与等级

核心知识点：

• 强度等级：根据 3天和 28天的抗压强度和抗折强度划分。
• P·O（普通硅酸盐水泥）：掺活性混合材料不超过 15%。
• P·P（火山灰质）、P·S（矿渣）、P·F（粉煤灰）：掺量较大。

实战技巧：

• 强度发展规律：早期强度增长快，后期增长慢。
• 注意：不同品种、不同强度等级的水泥不能混用。

3.5 水泥的腐蚀与防止

核心知识点：

• 软水侵蚀：雨水、雪水等，使水泥中 \(Ca(OH)_2\) 溶解流失。
• 酸类侵蚀：工业废水、酸雨，与 \(Ca(OH)_2\) 反应生成易溶盐。
• 盐类侵蚀：如硫酸盐与水泥中的水化铝酸钙反应，生成钙矾石，体积膨胀导致破坏。

实战技巧：

• 防止措施：
  1. 根据环境选择合适的水泥品种（如抗硫酸盐水泥）。
  2. 提高混凝土的密实度（降低水灰比，加强振捣）。
  3. 设置保护层。

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第四章：混凝土

4.1 混凝土的组成材料

核心知识点：

• 水泥：强度等级应为混凝土强度等级的 1.5~2.0 倍。
• 细骨料（砂）：粒径在 0.15~4.75mm 之间。重点控制含泥量和泥块含量。
• 粗骨料（石子）：粒径 > 4.75mm。重点控制针片状颗粒含量、含泥量和最大粒径。
• 水：拌合用水必须洁净，pH值、氯离子、硫酸盐含量需符合规范。
• 外加剂：减水剂、早强剂、引气剂、缓凝剂等。

实战技巧：

• 砂率：砂占砂、石总重的百分比。
  • 砂率过大：骨料总表面积大，需水量大，强度降低。
  • 砂率过小：砂浆不足，包裹石子困难，和易性差，易离析。
• 减水剂的作用：在保持流动性不变的情况下，减少拌合用水量，从而降低水灰比，提高强度；或者在保持水灰比不变的情况下，提高流动性。

4.2 混凝土的技术性质

核心知识点：

• 和易性（Workability）：包括流动性、粘聚性、保水性。
  • 坍落度试验：测定流动性。
  • 维勃稠度试验：用于干硬性混凝土。
• 影响和易性的因素：
  • 水泥浆：起决定性作用，浆越多，流动性越好。
  • 水灰比：水灰比过大，易离析泌水；过小，流动性差。
  • 砂率：见上文。
  • 外加剂：减水剂效果显著。
  • 温度与时间：温度高，坍落度损失快。

实战技巧：

• 坍落度选择：
  • 泵送混凝土：120mm~180mm。
  • 普通楼板：30~50mm。
  • 基础：70~90mm。

4.3 混凝土的强度

核心知识点：

• 立方体抗压强度 \(f_{cu}\)：标准试块（150mm立方体），标准养护（20±2℃，湿度>95%），28天龄期。
• 影响强度的主要因素：
  1. 水灰比（W/C）：决定性因素。水灰比越小，强度越高（符合水灰比定则）。 $\(f_{cu} = A \cdot f_{ce} (\frac{C}{W} - B)\)$
  2. 骨料的性质：碎石比卵石强度高。
  3. 养护条件：温度、湿度适宜，强度发展快。
  4. 龄期：强度随龄期增长，早期快，后期慢。
  5. 施工质量：搅拌均匀、振捣密实。

实战技巧：

• 配合比设计：
  • 三个参数：水灰比、单位用水量、砂率。
  • 计算步骤：
    1. 计算配制强度 \(f_{cu,0} = f_{cu,k} + 1.645\sigma\)（\(\sigma\) 为标准差）。
    2. 根据 \(f_{cu,0}\) 计算水灰比 \(W/C\)。
    3. 根据坍落度和石子最大粒径确定单位用水量 \(m_{w0}\)。
    4. 计算水泥用量 \(m_{c0} = m_{w0} / (W/C)\)。
    5. 确定砂率 \(\beta_s\)。
    6. 采用体积法或质量法计算砂、石用量。

4.4 混凝土的耐久性

核心知识点：

• 抗渗性：与水灰比密切相关。水灰比越小，抗渗性越好。
• 抗冻性：与孔隙率、孔结构有关。引气剂可显著提高抗冻性。
• 碳化：\(Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O\)。
  • 危害：使混凝土碱度降低，导致钢筋锈蚀；产生收缩裂缝。
  • 有利：使表面硬度增加。
• 碱骨料反应：水泥中的碱与骨料中的活性二氧化硅反应，生成膨胀物质，导致混凝土开裂。

实战技巧：

• 防止钢筋锈蚀的措施：
  1. 保证混凝土的密实度（控制水灰比）。
  2. 保证足够的混凝土保护层厚度。
  3. 使用防锈剂。
• 防止碱骨料反应：使用低碱水泥，或掺加粉煤灰等活性混合材料。

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第五章：建筑钢材

5.1 钢的分类与牌号

核心知识点：

• 按化学成分：碳素钢（低碳钢 \(C<0.25\%\)，中碳钢，高碳钢）、合金钢。
• 按脱氧程度：沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、特殊镇静钢（TZ）。
• 牌号表示：
  • 碳素结构钢：Q235-A·F（Q代表屈服强度，235代表屈服强度值，A代表质量等级，F代表沸腾钢）。
  • 低合金高强度结构钢：Q345（16Mn）。

实战技巧：

• 应用：Q235 是建筑中应用最广泛的钢材，强度适中，塑性、韧性好，可焊性好。

5.2 建筑钢材的力学性能

核心知识点：

• 拉伸性能（最重要）：
  • 屈服强度 (\(\sigma_s\))：设计时取值的依据。
  • 抗拉强度 (\(\sigma_b\))：钢材破坏前的最大应力。
  • 屈强比 (\(\sigma_s / \sigma_b\))：比值越小，安全性越高，但利用率低。一般在 0.60~0.75 之间。
  • 伸长率 (\(\delta\))：衡量塑性的指标。\(\delta\) 越大，塑性越好。
• 冲击韧性：抵抗冲击荷载的能力。随温度降低而下降，存在脆性临界温度。
• 硬度：表面抵抗硬物压入的能力。
• 耐疲劳性：在交变荷载作用下，钢材在应力远低于抗拉强度时发生断裂。

实战技巧：

• 冷弯性能：衡量钢材在常温下加工弯曲时产生裂纹的抵抗能力。冷弯性能比伸长率更能揭示钢材的内部组织缺陷（如夹渣、气泡）。
• 焊接性能：低碳钢（如 Q235）可焊性最好。

5.3 钢材的冷加工与热处理

核心知识点：

• 冷加工强化：在常温下进行冷拉、冷拔、冷轧。
  • 原理：产生塑性变形，晶格扭曲，强度提高，塑性降低。
• 时效：冷加工后的钢材，在常温下放置一段时间（自然时效）或加热到一定温度（人工时效），屈服强度进一步提高，塑性韧性降低。
• 热处理：退火、正火、淬火、回火。

实战技巧：

• 钢筋的冷拉：既提高强度，又节约钢材。冷拉只能提高屈服强度，不能提高抗拉强度。
• 钢筋的调直：常用冷拉方法，冷拉率必须控制在规定范围内。

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第六章：沥青材料与防水材料

6.1 石油沥青

核心知识点：

• 组分：油分（液体，赋予流动性）、树脂（塑性）、地沥青质（固体，赋予粘性和温度稳定性）。
• 技术性质：
  1. 粘性（粘度）：针入度（P）表示，数值越小，粘性越大。
  2. 塑性：延度（D）表示，数值越大，塑性越好，抗断裂能力越强。
  3. 温度敏感性：软化点（S）表示，软化点越高，温度敏感性越小，耐热性越好。
  4. 大气稳定性：蒸发损失百分率和针入度比。

实战技巧：

• 牌号划分：按针入度划分（如 60号甲、60号乙）。
• 沥青混合料：由沥青、粗骨料、细骨料、矿粉组成。具有良好的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性。

6.2 高分子防水材料

核心知识点：

• SBS 改性沥青防水卷材：具有良好的低温柔性（适合寒冷地区）。
• APP 改性沥青防水卷材：具有良好的高温稳定性（适合炎热地区）。
• 合成高分子卷材：三元乙丙橡胶（EPDM）、聚氯乙烯（PVC）等，耐老化性能好。

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第七章：实战技巧与备考策略

7.1 记忆口诀与方法

1. 水泥矿物成分记忆：

   • \(C_3S\)：三个字，早期强（“三早”）。
   • \(C_2S\)：二个字，后期强（“二后”）。
   • \(C_3A\)：铝多，热量大（“铝热”）。

2. 混凝土配合比设计步骤：

   • “强配水，定用水，算水泥，选砂率，求砂石”。

3. 钢材性能：

   • 屈服强度是依据，抗拉强度是极限，屈强比是安全，伸长率是塑性。

7.2 常见计算题型归纳

1. 密度换算题：

   • 关键：搞清楚 \(P\)（孔隙率）和 \(P'\)（空隙率）的公式，以及 \(\rho, \rho_0, \rho'_0\) 的定义。
   • 技巧：画一个体积关系图，标出实体体积、孔隙体积、空隙体积。

2. 混凝土配合比计算题：

   • 关键：记住公式 \(f_{cu,0} = f_{cu,k} + 1.645\sigma\) 和 \(f_{cu} = A \cdot f_{ce} (\frac{C}{W} - B)\)。
   • 技巧：注意单位统一（kg/m³），注意砂石含水率的调整（施工配合比）。

7.3 易错点辨析

1. 水泥体积安定性：不合格是废品，不是降级使用。
2. 水泥凝结时间：初凝时间不得短于 45分钟（为了有足够时间搅拌、运输、浇筑），终凝时间不得过长（为了尽快拆模、硬化）。
3. 混凝土强度：水灰比是决定强度的唯一内在因素（原材料一定的情况下）。
4. 钢材：脆性断裂通常发生在低温下，且没有明显预兆。

7.4 考场答题策略

1. 选择题：

   • 排除法：先排除绝对错误的选项。
   • 对比法：对于相似选项，找出细微差别（如“宜”与“不宜”，“大于”与“小于”）。
   • 常识法：利用工程常识判断。

2. 简答题：

   • 分点作答，条理清晰。
   • 抓住关键词（如：水灰比、孔隙率、碱骨料反应）。
   • 举例说明：题目问“影响耐久性的因素”，不仅要列出，最好能简单解释一下机理。

3. 计算题：

   • 写出公式。
   • 代入数据（注意单位）。
   • 计算结果（保留有效数字）。
   • 必要时写上文字说明。

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结语

建筑材料是一门实践性很强的学科，复习时切忌死记硬背。建议大家在理解材料微观结构（如孔隙、晶体结构）的基础上，去推导其宏观性能（如强度、耐久性）。掌握了“结构决定性能，性能决定用途”这一主线，就能在考试中举一反三，游刃有余。

祝各位考生复习顺利，考试通关！