第1章 土木工程材料試驗基本知識

1.1 建筑材料的定義分類與發展概況

1.1.1 建筑材料的定義

建筑材料是用于建造建筑物和構筑物所有材料和制品的總稱。從地基基礎、承重構件（梁、板、柱等），直到地面、墻體、屋面等所用的材料都屬于建筑材料。水泥、鋼筋、木材、混凝土、砌墻磚、石灰、瀝青、瓷磚等都是常見的建筑材料，實際上建筑材料還遠不止這些，其品種達數千種之多。

1.1.2 建筑材料的分類

建筑材料種類繁多，為了方便使用和研究，常按一定的原則對建筑材料進行分類。根據材料來源，可分為天然材料和人工材料；根據材料在建筑工程中的功能，可分為結構材料和非結構材料、絕熱吸聲材料、建筑裝飾材料、防水材料等；根據材料在建筑工程中的使用部位，可分為墻體材料、屋面材料、地面材料、飾面材料等。最常見的分類原則是按照材料的化學成分來分類，分為無機材料、有機材料和復合材料三大類，各大類中又可細分，見表1.1。

1.1.3 建筑材料的歷史現狀與發展

建筑材料是隨著社會生產力和科學技術水平的發展而發展的，根據建筑物所用的建筑材料，大致分為3個階段。

（1）天然材料。天然材料是指取之于自然界，進行物理加工的材料，如天然石材、木材、黏土、茅草等。早在原始社會時期，人們為了抵御雨雪風寒和防止野獸的侵襲，居于天然山洞或樹巢中，即“穴居巢處”。進入石器、鐵器時代，人們開始利用簡單的工具砍伐樹木和葦草，搭建簡單的房屋，開鑿石材建造房屋及紀念性構筑物，比天然巢穴進了一步。進入青銅器時代，出現了木結構建筑及“版筑建筑”（指墻體用木板或木棍做邊框，然后在框內填入黏土，用木杵夯實之后將木板拆除的建筑物），建造出了舒適性較好的建筑物。

（2）燒土制品。到了人類能夠用黏土燒制磚、瓦，用石灰巖燒制石灰之后，建筑材料才由天然材料進入了人工生產階段。雖然我國古代建筑有“秦磚漢瓦”、描金漆繪裝飾藝術、造型優美的石塔和石拱橋的輝煌，但實際上在封建社會時期，生產力發展停滯不前，使用的建筑材料不過磚、石和木材而已。

（3）鋼筋混凝土。18—19世紀，資本主義興起，由于大跨度廠房、高層建筑和橋梁等建筑工程建設的需要，舊有材料在性能上滿足不了新的建設需求，建筑材料在有關科學技術的發展下，進入了一個新的發展階段，相繼出現了鋼材、水泥、混凝土、鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土及其他材料。近幾十年來，隨著科學技術的進步和建筑工程發展的需要，一大批新型建筑材料應運而生，出現了塑料、涂料、新型建筑陶瓷與玻璃、新型復合材料（纖維增強材料、夾層材料等），但當代主要結構材料仍為鋼筋混凝土。

隨著社會的進步、環境保護和節能降耗的需要，對建筑材料提出了更高、更多的要求。因而，今后一段時間內，建筑材料將向以下幾個方向發展：

（1）輕質高強。現今鋼筋混凝土結構材料自重大（重約2500kg/m3），限制了建筑物向高層、大跨度方向進一步發展。通過減輕材料自重，以盡量減輕結構物自重，可提高經濟效益。目前，世界各國都在大力發展高強混凝土、加氣混凝土、輕骨料混凝土、空心磚、石膏板等材料，以適應建筑工程發展的需要。

（2）節約能源。建筑材料的生產能耗和建筑物使用能耗，在國家總能源中一般占20%～35%，研制和生產低能耗的新型節能建筑材料，是構建節約型社會的需要。

（3）利用廢渣。充分利用工業廢渣、生活廢渣、建筑垃圾生產建筑材料，將各種廢渣盡可能資源化，以保護環境、節約自然資源，使人類社會可持續發展。

（4）智能化。智能化材料是指材料本身具有自我診斷和預告破壞、自我修復的功能以及可重復利用性。建筑材料向智能化方向發展，是人類社會向智能化社會轉變的需要。

（5）多功能化。利用復合技術生產多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，這對提高建筑物的使用功能、經濟性及加快施工速度等有著十分重要的作用。

（6）綠色化。產品的設計是以改善生產環境、提高生活質量為宗旨，產品具有多功能，不僅無損且有益于人的健康；產品可循環或回收再利用，或形成無污染環境的廢棄物。因此，生產材料所用的原料盡可能少用天然資源，大量使用尾礦、廢渣、垃圾、廢液等廢棄物；采用低能耗制造工藝和對環境無污染的生產技術；產品配制和生產過程中，不使用對人體和環境有害的污染物質。

1.1.4 建筑材料的技術標準

標準是指對重復事物和概念所作的統一規定，它以科學、技術和實踐的綜合成果為基礎，經有關方面協調一致，由主管部門批準發布，作為共同遵守的準則和依據。

與建筑材料的生產和選用有關的標準主要有產品標準和工程建設類標準兩類。產品標準是為保證建筑材料產品的適用性，對產品必須達到的某些或全部要求所規定的標準，包括品種、規格、技術性能、試驗方法、檢測規則、包裝、儲存、運輸等內容。工程建設類標準是對工程建設中的勘察、規劃、設計、施工、安裝、驗收等需要協調統一的事項所制定的標準。其中結構設計規范、施工及驗收規范中有與建筑材料的選用相關的內容。

建筑材料的采購、驗收、質量檢驗均應以產品標準為依據，建筑材料的產品標準分為國家標準、部門行業標準和企業標準三類，其含義、代號及舉例見表1.2。

技術標準代號按標準名稱、部門代號、編號和批準年份的順序編寫，按要求執行的程度分為強制性標準和推薦標準（在部門代號后加“/T”表示“推薦”）。與建筑材料技術標準有關的部門代號有GB——國家標準、GBJ——建筑工程國家標準、JGJ——建設部行業標準（曾用BJG）、JG——建筑工業行業標準、JC——國家建材局標準（曾用“建標”）、SH——石油化學工業部或中國石油化學總公司標準（曾用SY）、YB——冶金部標準、HG——化工部標準、ZB——國家級專業標準、CECS——中國工程建設標準化協會標準、DB——地方性標準、QB——企業標準等。例如，國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175—2007），部門代號為GB，編號為175，批準年份為2007年，為強制性標準；國家標準《碳素結構鋼》（GB/T700—1988），部門代號為GB，編號為700，批準年份為1988年，為推薦性標準。現行部分建材行業標準有兩個年份，第一個年份為批準年份，隨后括號中的年份為重新校對年份，如《粉煤灰磚》[JC239—1991（1996）]。

技術標準是根據一定時期的技術水平制定的，因而隨著技術的發展與使用要求的不斷提高，需要對標準進行修訂，修訂標準實施后，舊標準自動廢除，如國家標準《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175—1999）已廢除。

工程中使用的建筑材料除必須滿足產品標準外，有時還必須滿足有關的設計規范、施工及驗收規范或規程等的規定。這些規范或規程對建筑材料的選用、使用、質量要求及驗收等還有專門的規定（其中有些規范或規程的規定與建筑材料產品標準的要求相同）。例如，混凝土用砂，除滿足《建筑用砂》（GB/T14684—2001）外，還須滿足《普通混凝土用砂的質量標準及檢驗方法》（JGJ52—1992）的規定。

國家標準或者部門行業標準，都是全國通用標準，屬國家指令性技術文件，均必須嚴格遵照執行，尤其是強制性標準。

采用和參考國際通用標準、先進標準是加快我國建筑材料工業與世界接軌的重要措施，對促進建筑材料工業的科技進步、提高產品質量和標準化水平、建筑材料的對外貿易有著重要作用。常用的國際標準有以下幾類：

（1）美國材料與試驗協會標準（ASTM），屬于國際團體和公司標準。

（2）德國工業標準（DIN）、歐洲標準（EN），屬于區域性國家標準。

（3）國際標準化組織標準（ISO），屬于國際化標準組織的標準。