土木工程概論-02土木工程材料

土木工程概論

第2章土木工程材料2.1早期土木工程材料早期使用的土木工程材料主要有磚、瓦、砂、石、灰、木材等。2.1.1磚優(yōu)點(diǎn)：制磚原料容易取得，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低、體積小，便于組合，且結(jié)構(gòu)的耐久性和耐候性好。標(biāo)準(zhǔn)粘土磚240mm×115mm×53mm）多孔磚爐渣磚粉煤灰磚2.1早期土木工程材料2.1.1磚缺點(diǎn)：粘土磚取土毀田量大、能耗高、自重大、施工生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度高、工效低。頁(yè)巖燒結(jié)頁(yè)巖磚2.1早期土木工程材料2.1.2瓦瓦是屋面材料，種類眾多，早期常用的是小青瓦。按成分分為：粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、玻璃鋼瓦、聚乙烯瓦、瀝青瓦；按形狀分為平瓦和波形瓦小青瓦屋面小青瓦2.1早期土木工程材料2.1.3石材石材是最古老的土木工程材料之一，天然石材具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）很高的抗壓強(qiáng)度；2）良好的耐磨性和耐久性；3）加工后表面美觀富于裝飾性；4）資源分布廣、蘊(yùn)藏量豐富、便于就地取材、生產(chǎn)成本低等。2.1早期土木工程材料2.1.3石材凡爾賽宮（1661-1689）此外還有：長(zhǎng)城、比薩斜塔等著名建筑和遍布全國(guó)的石拱橋2.1早期土木工程材料2.1.4砂石混凝土組成材料中，石子稱為粗骨料，砂稱為細(xì)骨料。石子除用作混凝土粗骨料外，也常用于路橋工程和鐵道工程的路基道渣等。石子分碎石和卵石。碎石（由天然巖石或卵石經(jīng)破碎、篩分而得粒徑大于5mm的巖石顆粒）卵石（巖石經(jīng)自然條件作用而形成的粒徑大于5mm的顆粒）2.1早期土木工程材料2.1.4砂石砂是混凝土和砂漿的主要組成材料之一，一般分天然砂和人工砂兩類。天然砂（由自然條件作用而形成的粒徑在5mm以下的巖石顆粒）按產(chǎn)源分：山砂、河砂和海砂；按粗細(xì)程度分：粗、中、細(xì)砂2.1早期土木工程材料2.1.5灰灰是指石灰和石膏。1、石膏石膏具有如下特性：建筑石膏加水拌制的漿體具有良好的可塑性；建筑石膏的凝結(jié)速度快，加水幾分鐘后即可失去流動(dòng)性，30min產(chǎn)生強(qiáng)度；凝結(jié)硬化時(shí)，體積不收縮，且有約1%的體積膨脹；石膏制品的優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)、新穎、美觀和價(jià)廉等缺點(diǎn)：但強(qiáng)度低、耐水性能差2.1早期土木工程材料2.1.5灰灰是指石灰和石膏。2、石灰石灰是土木工程界較早使用的礦物膠凝材料之一；石灰石經(jīng)高溫煅燒后，碳酸鈣將分解成為生石灰（氧化鈣）；生石灰加水消解成為消石灰（氫氧化鈣）；工程界一般使用的是消石灰。2.1早期土木工程材料2.1.6木材木材是一種古老的工程材料。木材的優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)、高強(qiáng)、易于加工、有較好的彈性和韌性、能承受沖擊和振動(dòng)作用、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能低、木紋美麗裝飾性好等；木材的缺點(diǎn)：構(gòu)造不均勻、各向異性，易吸濕吸水，產(chǎn)生較大的濕脹、干縮變形，易燃易腐等；2.2近代土木工程材料2.2.1鋼材19世紀(jì)初，鋼材開(kāi)始用于建造橋梁和房屋。鋼材的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、構(gòu)件截面尺寸小、金屬材料具有光澤，外表華美，質(zhì)地堅(jiān)實(shí)，具有良好的加工性能；鋼材的缺點(diǎn)：易銹蝕、耐火性差等；土木工程常用鋼材的種類：鋼筋、鋼絲、角鋼、槽鋼工字鋼、鋼板和管材等；2.2近代土木工程材料2.2.2水泥1、定義及分類水泥至今已有170多年歷史，與鋼材、木材一起并稱為土木工程的三大基礎(chǔ)材料。水泥：是粉狀的水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結(jié)硬化，可將其他材料膠結(jié)成整體，并形成堅(jiān)硬石材的材料；水泥的分類缺點(diǎn)：按用途及性能分：通用水泥、專用水泥、特性水泥；按其主要水硬性物質(zhì)名稱分：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥等；2.2近代土木工程材料2、硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。硅酸鹽水泥為干粉狀，加適量水并拌合后便形成可塑性的水泥漿體。水泥漿體在常溫下變稠直至開(kāi)始失去塑性，稱為水泥的初凝；隨著塑性的消失，水泥漿開(kāi)始產(chǎn)生強(qiáng)度，稱為水泥的終凝；水泥漿由初凝——終凝過(guò)程稱為水泥的凝結(jié)；水泥漿終凝后，其強(qiáng)度隨時(shí)間的延長(zhǎng)不斷增長(zhǎng)，并形成堅(jiān)硬的水泥石，這一過(guò)程稱為水泥的硬化。2.2近代土木工程材料2、其他品種水泥（1）快硬硅酸鹽水泥以硅酸鹽水泥熟料和適量石膏磨細(xì)制成的，以3d抗壓強(qiáng)度表示標(biāo)號(hào)的水硬性膠凝材料稱為快硬硅酸鹽水泥。因其硬化速度快，故適用于緊急搶修工程、低溫施工工程等。但在運(yùn)輸和存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)注意防潮，不能與其他水泥混合使用，同時(shí)因其水化放熱量大而迅速，不適合于大體積混凝土工程。水泥漿體在常溫下變稠直至開(kāi)始失去塑性，稱為水泥的初凝；2.2近代土木工程材料2、其他品種水泥（2）白色硅酸鹽水泥由白色硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為白色硅酸鹽水泥（白水泥）。（3）高鋁水泥是一種快硬、高強(qiáng)、耐熱、耐腐蝕的膠凝材料，主要有早期強(qiáng)度高、耐高溫和耐腐蝕的特點(diǎn)。主要用于工期緊急的工程，如國(guó)防、道路和特殊搶修工程，也可用于冬期施工的工程。（4）膨脹水泥由硅酸鹽水泥熟料與適量石膏和膨脹劑磨細(xì)制成的的水硬性膠凝材料稱為膨脹水泥。適用于：大口徑輸水管和各種輸油、輸氣管，有抗?jié)B要求工程、要求補(bǔ)償收縮的混凝土工程等。2.2近代土木工程材料2.2.3混凝土混凝土是由膠結(jié)材料（水泥漿）、骨料（粗集料即碎石或卵石，細(xì)集料即砂）和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護(hù)而成的人造石材（砼-tong）?；炷翉?qiáng)度等級(jí)：是以混凝土英文名稱Concrete的第一個(gè)字母加上其立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)表達(dá)，如C20即表示混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為20MPa；我國(guó)一般采用150mm×150mm×150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，也可采用如下的非標(biāo)準(zhǔn)試塊：100mm×100mm×100mm（換算成標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度時(shí)×0.95），200mm×200mm×200mm（換算成標(biāo)準(zhǔn)試塊強(qiáng)度時(shí)×1.05）2.2近代土木工程材料2.2.3混凝土1、分類按膠凝材料分：水泥混凝土，瀝青混凝土、石膏混凝土和聚合物混凝土；按表觀密度分：重混凝土（

ρ>2600kN/m3），普通混凝土（

ρ=19502600kN/m3），輕混凝土（

ρ<1950kN/m3）；按使用功能分：結(jié)構(gòu)用混凝土，道路混凝土，水工混凝土，耐熱混凝土，耐酸混凝土和防輻射混凝土；按施工工藝不同分：噴射混凝土，泵送混凝土，振動(dòng)灌漿混凝土；此外為了克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的缺陷，還可將混凝土與其他材料復(fù)合，出現(xiàn)了鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土和各種纖維混凝土等。2.2近代土木工程材料2、普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細(xì)集料（砂）和水拌合，經(jīng)硬化而成的一種人造石材。砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮；水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表面并填充骨料間隙。水泥漿體在硬化前起潤(rùn)滑作用，使混凝土拌合物具有良好的工作性能，硬化后漿將骨料膠結(jié)在一起，形成堅(jiān)實(shí)的整體。3、特種混凝土為滿足工程特殊用途，在某些工程中經(jīng)常使用如下特種水泥混凝土：（1）輕骨料混凝土；（2）纖維混凝土（簡(jiǎn)稱FRC）；（3）聚合物混凝土；（4）道路混凝土（碾壓混凝土）；（4）自密實(shí)混凝土。2.2近代土木工程材料4、鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土是指配置鋼筋的混凝土。為了克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的弱點(diǎn)，在其中合理配置（受拉區(qū)）鋼筋可充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度高和鋼筋抗拉強(qiáng)度高的各自特點(diǎn)，共同承擔(dān)荷載并滿足工程結(jié)構(gòu)的需要?；炷梁弯摻钅芄餐ぷ鞯脑颍?/p>

砼結(jié)硬后與鋼筋牢固地粘結(jié)在一起，能相互傳遞應(yīng)力鋼筋與砼有相近的線膨脹系數(shù)鋼筋：c=1.2×10-5/℃

砼：c=1.0×10-5~1.5×10-5/℃砼可以保護(hù)鋼筋不被銹蝕。2.2近代土木工程材料4、鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土是指：（1）構(gòu)件受力前，在使用中受拉區(qū)預(yù)先施加預(yù)壓應(yīng)力；（2）構(gòu)件受力后，預(yù)先施加預(yù)壓應(yīng)力首先將全部或部分抵消使用荷載作用的拉應(yīng)力，從而延緩構(gòu)件的開(kāi)裂；特別適用于大跨結(jié)構(gòu)2.3現(xiàn)代土木工程材料2.3.1高強(qiáng)度混凝土高強(qiáng)混凝土：混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上的泥混凝土，目前實(shí)際工程中應(yīng)用的最高強(qiáng)度等級(jí)已達(dá)C200；高強(qiáng)混凝土是通過(guò)摻入超細(xì)活性摻合料，使他們?cè)谒酀{中微細(xì)孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細(xì)孔，達(dá)到增密和增強(qiáng)的作用。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高缺點(diǎn)：比較脆，施工難度大2.3現(xiàn)代土木工程材料2.3.2高性能混凝土高性能混凝土：是一種能符合特殊性能綜合與均勻性要求的混凝土，此種泥混凝土往往不能用常規(guī)的混凝土組分材料和通常的攪拌、澆搗和養(yǎng)護(hù)的習(xí)慣做法所獲得。主要指標(biāo)：超高的強(qiáng)度、低滲透性、良好的結(jié)構(gòu)性能、優(yōu)越的耐久性、可觀的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保性。2.3現(xiàn)代土木工程材料2.3.3纖維混凝土纖維混凝土：是在混凝土中加入合成材料纖維絲或鋼纖維，是由纖維和水泥基料（水泥石、砂漿或混凝土）組成的復(fù)合材料的總稱。所用纖維按其材料性質(zhì)可分為：（1）金屬纖維。如鋼纖維、不銹鋼纖維；（2）無(wú)機(jī)纖維。天然礦物纖維（溫石棉、青石棉、鐵石棉）和人造纖維（抗堿玻璃纖維和抗堿礦棉等碳纖維）；（3）有機(jī)纖維。合成纖維（聚乙烯、聚丙烯、尼龍等）和植物纖維（麻、龍舌蘭等）；2.3現(xiàn)代土木工程材料2.3.4綠色建材又稱生態(tài)建材、環(huán)保建材和健康建材