第1章 土木工程材料试验基本知识

1.1 建筑材料的定义分类与发展概况

1.1.1 建筑材料的定义

建筑材料是用于建造建筑物和构筑物所有材料和制品的总称。从地基基础、承重构件（梁、板、柱等），直到地面、墙体、屋面等所用的材料都属于建筑材料。水泥、钢筋、木材、混凝土、砌墙砖、石灰、沥青、瓷砖等都是常见的建筑材料，实际上建筑材料还远不止这些，其品种达数千种之多。

1.1.2 建筑材料的分类

建筑材料种类繁多，为了方便使用和研究，常按一定的原则对建筑材料进行分类。根据材料来源，可分为天然材料和人工材料；根据材料在建筑工程中的功能，可分为结构材料和非结构材料、绝热吸声材料、建筑装饰材料、防水材料等；根据材料在建筑工程中的使用部位，可分为墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料等。最常见的分类原则是按照材料的化学成分来分类，分为无机材料、有机材料和复合材料三大类，各大类中又可细分，见表1.1。

1.1.3 建筑材料的历史现状与发展

建筑材料是随着社会生产力和科学技术水平的发展而发展的，根据建筑物所用的建筑材料，大致分为3个阶段。

（1）天然材料。天然材料是指取之于自然界，进行物理加工的材料，如天然石材、木材、黏土、茅草等。早在原始社会时期，人们为了抵御雨雪风寒和防止野兽的侵袭，居于天然山洞或树巢中，即“穴居巢处”。进入石器、铁器时代，人们开始利用简单的工具砍伐树木和苇草，搭建简单的房屋，开凿石材建造房屋及纪念性构筑物，比天然巢穴进了一步。进入青铜器时代，出现了木结构建筑及“版筑建筑”（指墙体用木板或木棍做边框，然后在框内填入黏土，用木杵夯实之后将木板拆除的建筑物），建造出了舒适性较好的建筑物。

（2）烧土制品。到了人类能够用黏土烧制砖、瓦，用石灰岩烧制石灰之后，建筑材料才由天然材料进入了人工生产阶段。虽然我国古代建筑有“秦砖汉瓦”、描金漆绘装饰艺术、造型优美的石塔和石拱桥的辉煌，但实际上在封建社会时期，生产力发展停滞不前，使用的建筑材料不过砖、石和木材而已。

（3）钢筋混凝土。18—19世纪，资本主义兴起，由于大跨度厂房、高层建筑和桥梁等建筑工程建设的需要，旧有材料在性能上满足不了新的建设需求，建筑材料在有关科学技术的发展下，进入了一个新的发展阶段，相继出现了钢材、水泥、混凝土、钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土及其他材料。近几十年来，随着科学技术的进步和建筑工程发展的需要，一大批新型建筑材料应运而生，出现了塑料、涂料、新型建筑陶瓷与玻璃、新型复合材料（纤维增强材料、夹层材料等），但当代主要结构材料仍为钢筋混凝土。

随着社会的进步、环境保护和节能降耗的需要，对建筑材料提出了更高、更多的要求。因而，今后一段时间内，建筑材料将向以下几个方向发展：

（1）轻质高强。现今钢筋混凝土结构材料自重大（重约2500kg/m3），限制了建筑物向高层、大跨度方向进一步发展。通过减轻材料自重，以尽量减轻结构物自重，可提高经济效益。目前，世界各国都在大力发展高强混凝土、加气混凝土、轻骨料混凝土、空心砖、石膏板等材料，以适应建筑工程发展的需要。

（2）节约能源。建筑材料的生产能耗和建筑物使用能耗，在国家总能源中一般占20%～35%，研制和生产低能耗的新型节能建筑材料，是构建节约型社会的需要。

（3）利用废渣。充分利用工业废渣、生活废渣、建筑垃圾生产建筑材料，将各种废渣尽可能资源化，以保护环境、节约自然资源，使人类社会可持续发展。

（4）智能化。智能化材料是指材料本身具有自我诊断和预告破坏、自我修复的功能以及可重复利用性。建筑材料向智能化方向发展，是人类社会向智能化社会转变的需要。

（5）多功能化。利用复合技术生产多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，这对提高建筑物的使用功能、经济性及加快施工速度等有着十分重要的作用。

（6）绿色化。产品的设计是以改善生产环境、提高生活质量为宗旨，产品具有多功能，不仅无损且有益于人的健康；产品可循环或回收再利用，或形成无污染环境的废弃物。因此，生产材料所用的原料尽可能少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾、废液等废弃物；采用低能耗制造工艺和对环境无污染的生产技术；产品配制和生产过程中，不使用对人体和环境有害的污染物质。

1.1.4 建筑材料的技术标准

标准是指对重复事物和概念所作的统一规定，它以科学、技术和实践的综合成果为基础，经有关方面协调一致，由主管部门批准发布，作为共同遵守的准则和依据。

与建筑材料的生产和选用有关的标准主要有产品标准和工程建设类标准两类。产品标准是为保证建筑材料产品的适用性，对产品必须达到的某些或全部要求所规定的标准，包括品种、规格、技术性能、试验方法、检测规则、包装、储存、运输等内容。工程建设类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、施工及验收规范中有与建筑材料的选用相关的内容。

建筑材料的采购、验收、质量检验均应以产品标准为依据，建筑材料的产品标准分为国家标准、部门行业标准和企业标准三类，其含义、代号及举例见表1.2。

技术标准代号按标准名称、部门代号、编号和批准年份的顺序编写，按要求执行的程度分为强制性标准和推荐标准（在部门代号后加“/T”表示“推荐”）。与建筑材料技术标准有关的部门代号有GB——国家标准、GBJ——建筑工程国家标准、JGJ——建设部行业标准（曾用BJG）、JG——建筑工业行业标准、JC——国家建材局标准（曾用“建标”）、SH——石油化学工业部或中国石油化学总公司标准（曾用SY）、YB——冶金部标准、HG——化工部标准、ZB——国家级专业标准、CECS——中国工程建设标准化协会标准、DB——地方性标准、QB——企业标准等。例如，国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—2007），部门代号为GB，编号为175，批准年份为2007年，为强制性标准；国家标准《碳素结构钢》（GB/T700—1988），部门代号为GB，编号为700，批准年份为1988年，为推荐性标准。现行部分建材行业标准有两个年份，第一个年份为批准年份，随后括号中的年份为重新校对年份，如《粉煤灰砖》[JC239—1991（1996）]。

技术标准是根据一定时期的技术水平制定的，因而随着技术的发展与使用要求的不断提高，需要对标准进行修订，修订标准实施后，旧标准自动废除，如国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—1999）已废除。

工程中使用的建筑材料除必须满足产品标准外，有时还必须满足有关的设计规范、施工及验收规范或规程等的规定。这些规范或规程对建筑材料的选用、使用、质量要求及验收等还有专门的规定（其中有些规范或规程的规定与建筑材料产品标准的要求相同）。例如，混凝土用砂，除满足《建筑用砂》（GB/T14684—2001）外，还须满足《普通混凝土用砂的质量标准及检验方法》（JGJ52—1992）的规定。

国家标准或者部门行业标准，都是全国通用标准，属国家指令性技术文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。

采用和参考国际通用标准、先进标准是加快我国建筑材料工业与世界接轨的重要措施，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、建筑材料的对外贸易有着重要作用。常用的国际标准有以下几类：

（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）德国工业标准（DIN）、欧洲标准（EN），属于区域性国家标准。

（3）国际标准化组织标准（ISO），属于国际化标准组织的标准。