第二講土木工程材料與制品

第二講土木工程材料與制品本講主要內(nèi)容一、傳統(tǒng)土木工程材料二、近代土木工程材料三、現(xiàn)代土木工程材料簡(jiǎn)述材料在土木工程中的作用材料對(duì)保證土木工程質(zhì)量的作用材料對(duì)工程造價(jià)的影響材料對(duì)土木工程技術(shù)的影響工程實(shí)踐表明，工程質(zhì)量的優(yōu)劣通常與所采用材料的優(yōu)劣及使用是否合理有直接關(guān)系。國(guó)內(nèi)外土木工程的重大質(zhì)量事故大多與材料的質(zhì)量不良有關(guān)。因此，在土木工程建設(shè)中要獲得質(zhì)量可靠的工程，就必須準(zhǔn)確熟練的掌握有關(guān)材料的知識(shí)，能夠正確的選擇和使用有關(guān)材料。在一般土木工程的總造價(jià)中，與材料有關(guān)的費(fèi)用通常占百分之五十以上。在實(shí)際工程建設(shè)過(guò)程中，在滿足相同技術(shù)指標(biāo)和質(zhì)量要求的前提下，選擇不同的材料可能對(duì)工程的工程成本影響很大；相同的材料采用不同的使用方法也可能產(chǎn)生不同的經(jīng)濟(jì)效果。工程實(shí)際中只有通過(guò)合理選擇、使用、管理材料，才能最大限度地獲得經(jīng)濟(jì)效益。土木工程建設(shè)中通過(guò)降低材料損耗的方法來(lái)控制成本，這也是工程技術(shù)人員通常采用的方法。在土木工程建設(shè)中，工程的設(shè)計(jì)方法、施工方法都與材料密切相關(guān)。通常，采用不同的材料就決定了工程的施工工藝和施工方法。從土木工程和土木工程技術(shù)發(fā)展的歷史來(lái)看，材料性能的變化往往是變革工程建造方法的基礎(chǔ)，是決定土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式和施工方法的主要因素。每當(dāng)出現(xiàn)新的建筑材料時(shí)，土木工程就有飛躍式的發(fā)展。土木工程的三次飛躍發(fā)展是：磚瓦的出現(xiàn)鋼材的大量運(yùn)用混凝土的興起。材料的劃分一般分為：金屬材料和非金屬材料按化學(xué)成分：無(wú)機(jī)（礦物質(zhì)）與有機(jī)按功能分：結(jié)構(gòu)材料和功能材料按用途分：建筑結(jié)構(gòu)材料；橋梁結(jié)構(gòu)材料；水工結(jié)構(gòu)材料；路面結(jié)構(gòu)材料；建筑墻體材料；建筑裝飾材料；建筑防水材料；建筑保溫材料等。按化學(xué)成分分為：無(wú)機(jī)材料金屬材料黑色金屬（鐵、鋼）、有色金屬（鋁、銅及合金等）非金屬材料天然石材（砂、石及各種巖石加工成的石材），燒土制品（磚、瓦、陶瓷），玻璃膠凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥），混凝土、砂漿有機(jī)材料植物材料木材、竹材等瀝青材料石油瀝青、煤瀝青及其制品高分子材料塑料、涂料、膠粘劑復(fù)合材料鋼筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃鋼、紙面或纖維石膏板一傳統(tǒng)土木工程材料1、磚2、瓦3、砂4、石5、灰6、木材1、磚

磚是一種常用的砌筑材料。優(yōu)點(diǎn)：制磚的原料容易取得生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單價(jià)格低、體積小便于組合粘土磚還有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：生產(chǎn)傳統(tǒng)粘土磚毀田取土量大能耗高、磚自重大施工生產(chǎn)中勞動(dòng)強(qiáng)度高、工效低

那么拿什么來(lái)取代它呢？你有什么好辦法？

磚的分類按生產(chǎn)工藝：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚按所用原材料：粘土磚、頁(yè)巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等按有無(wú)孔洞：空心磚、多孔磚和實(shí)心磚4、石優(yōu)點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高耐磨性好耐久性好便于就地取材生產(chǎn)成本低缺點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低自重大（1）毛石毛石也稱片石，是采石場(chǎng)由爆破直接獲得的形狀不規(guī)劃的石塊。根據(jù)平整程度又將其分為亂毛石和平毛石兩類。毛石可用于砌筑基礎(chǔ)、堤壩、擋土墻等，亂毛石也可用作毛石混凝土的骨料。

（2）料石料石是由人工或機(jī)械開(kāi)采出的較規(guī)則的六面體石塊，再略經(jīng)鑿琢而成。根據(jù)表面加工的平整程度分為毛料石、粗料石、半細(xì)料石和細(xì)料石四種。料石一般由致密均勻的砂巖、石灰?guī)r、花崗巖加工而成。料石主要用于基礎(chǔ)、勒腳、墻體等部位

（3）飾面石材用于建筑物內(nèi)外墻面、柱面、地面、欄桿、臺(tái)階等處裝修用的石材稱為飾面石材。飾面石材從巖石種類分主要有大理石和花崗巖兩大類。

花崗巖屬巖漿巖，主要化學(xué)成分為和。耐酸性強(qiáng)，不抗火。

大理巖屬變質(zhì)巖。純大理巖為白色，俗稱漢白玉。抗壓強(qiáng)度高、硬度不大、抗風(fēng)化性差。大理巖不宜做城市內(nèi)建筑的外部裝飾，因?yàn)槌鞘袃?nèi)空氣常含有二氧化硫，遇水后生成亞硫酸，再變成硫酸，與大理石中的碳酸鈣起反應(yīng)，生成易溶于水的石膏，使大理石表面失去光澤，變得粗糙而多孔，失去裝飾效果。

天安門前的華表（漢白玉）故宮太和殿室外裝飾室內(nèi)裝飾花崗巖飾材（4）石子石子：碎石和卵石，粒徑大于5mm的巖石顆粒，5、灰

灰是指石灰和石膏。石灰和石膏是無(wú)機(jī)膠凝材料，土木工程中用膠凝材料將散粒材料（如砂和石子）或塊狀材料（如磚和石塊）粘結(jié)為一個(gè)整體。那什么是膠凝材料？膠凝材料是指在物理、化學(xué)作用下，能將散?；驂K狀材料粘結(jié)成整體的材料，又稱膠結(jié)材料

（1）石膏土木工程中使用最多的石膏品種是建筑石膏。建筑石膏性質(zhì)：凝結(jié)、硬化快；空隙率大，強(qiáng)度較低，表觀密度小導(dǎo)熱性小，吸聲性強(qiáng)硬化時(shí)體積有微膨脹耐水性差，抗凍性差抗火性較好---石膏制品成分，遇火時(shí)其結(jié)晶水蒸發(fā)，吸收熱量，表面生成無(wú)水石膏為良好的熱絕緣體建筑石膏的應(yīng)用很廣，主要用于室內(nèi)裝飾、絕熱保溫、吸音等。如做成石膏抹面灰漿、裝飾制品、紙面石膏板、空心石膏條板、裝飾石膏板等石膏生產(chǎn)石膏使用（2）石灰石灰是在土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一。

石灰石的主要成分是碳酸鈣，將石灰石煅燒，碳酸鈣將分解成為生石灰。生石灰加水，消解為熟石灰或稱消石灰，這過(guò)程叫熟化（或消化）石灰的性質(zhì)與應(yīng)用性質(zhì)：石灰熟化時(shí)形成很細(xì)的膠體分散狀的氫氧化鈣，表面吸附一層厚水膜，可顯著改善砂漿的可塑性（易和性）；只能在空氣中硬化，硬化速度較慢，硬化后強(qiáng)度不高；耐水性差，受潮石灰會(huì)溶解，強(qiáng)度降低，在水中會(huì)潰散；硬化時(shí)體積顯著收縮，故不宜單獨(dú)使用，常摻砂等，避免產(chǎn)生收縮裂縫應(yīng)用：石灰在建筑業(yè)中主要用來(lái)配制各種砂漿，如砌筑用的混合砂漿，抹面砂漿。以及作基礎(chǔ)墊層和路基的石灰土和三合土。也可配成石灰乳液，作涂料粉刷內(nèi)墻6、木材木材的優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)高強(qiáng)易于加工（如鋸、刨、鉆等）有較高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木材的缺點(diǎn)：如構(gòu)造不均勻，各向異性易吸濕、吸水，因而產(chǎn)生較大的濕脹、干縮變形易燃、易腐（1）木材的分類木材分為針葉樹(shù)和闊葉樹(shù)兩大類。針葉樹(shù)樹(shù)干通直而高大，易得大材，紋理平順，材質(zhì)均勻，木質(zhì)較軟而易于加工，故又稱軟木材。常用樹(shù)種有松、杉、柏等。闊葉樹(shù)樹(shù)干通直部分一般較短，材質(zhì)較硬，較難加工，故又名硬木材。常用樹(shù)種有榆木、水曲柳、柞木等。

（2）木材的構(gòu)造樹(shù)木可分為樹(shù)皮、木質(zhì)部和髓心三個(gè)部分。而木材主要使用木質(zhì)部。邊材、心材在木質(zhì)部中，靠近髓心的部分顏色較深，稱為心材。心材含水量較少，不易翹曲變形，抗蝕性較強(qiáng)；外面部分顏色較淺，稱為邊材。邊材含水量高，易干燥，也易被濕潤(rùn)，所以容易翹曲變形，抗蝕性也不如心材。春材、夏材春天生長(zhǎng)的木質(zhì)色淺、質(zhì)軟，稱為春材；夏秋兩季生長(zhǎng)的木質(zhì)色深、質(zhì)硬，稱夏材（晚材）。相同的樹(shù)種，年輪越密越均勻，樹(shù)質(zhì)越好。夏材部分越多，強(qiáng)度越高。

髓心、髓線第一年輪組成的初生木質(zhì)部分稱為髓心（樹(shù)心）。從髓心成放射狀橫穿過(guò)年輪的條紋，稱為髓線。髓心材質(zhì)松軟，強(qiáng)度低，易腐朽開(kāi)裂。髓線與周圍細(xì)胞聯(lián)結(jié)軟弱，在干燥過(guò)程中，木材易沿髓線開(kāi)裂。（3）順紋、橫紋

木材的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)、如含水率；熱脹干縮；密度；強(qiáng)度(抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等四種強(qiáng)度)，其中抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度又有順紋和橫紋之分。順紋和橫紋強(qiáng)度有很大的差別。木材各種強(qiáng)度的關(guān)系見(jiàn)表?？箟?/p>

抗

拉

抗彎

抗剪

順紋

橫紋

順紋

橫紋順紋橫紋11/10～1/32～31/20～1/31.5～21/7～1/31/2～1二近代土木工程材料1、鋼材2、水泥3、混凝土鋼材鋼的分類建筑鋼材的主要力學(xué)性能建筑鋼材的種類和選用鋼的分類按化學(xué)成分分類

碳素鋼----成分中除含有鐵和碳外，還含有硅、錳、硫、磷、氧、氮等。其中硫、磷、氧、氮為有害雜質(zhì)。

合金鋼----指在煉鋼過(guò)程中，有意加入一種或多種能改善鋼材性能的合金元素而制得的鋼種。按冶煉時(shí)脫氧程度分類沸騰鋼----脫氧不完全的鋼，代號(hào)為“F”組織不夠致密，成份不均勻，質(zhì)量差，但成本低。廣泛用于一般建筑工程

鎮(zhèn)靜鋼----指脫氧完全的鋼，代號(hào)為“Z”。質(zhì)量好但成本高，適用于預(yù)應(yīng)力混凝土等重要結(jié)構(gòu)工程。

半鎮(zhèn)靜鋼（b）；特殊鎮(zhèn)靜鋼（TZ）按有害雜質(zhì)含量分類按鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的含量多少分為：普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。建筑鋼材的主要力學(xué)性能抗拉性能冷彎性能沖擊韌性耐疲勞性建筑鋼材的種類和選用鋼結(jié)構(gòu)用鋼材碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、型鋼和鋼板鋼筋砼用鋼筋熱軋鋼筋----分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋型材工字鋼角鋼槽鋼管材主要用于桁架、塔桅等鋼結(jié)構(gòu)中鋼管2、水泥水泥的定義與分類硅酸鹽水泥特種水泥水泥的定義與分類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，可將其它材料膠結(jié)成整，并形成堅(jiān)硬石材的材料。水泥不但大量應(yīng)用于土木工程，還廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和國(guó)防體建設(shè)等工程。我國(guó)建筑工程中目前通用的水泥有：硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥粉煤灰硅酸鹽水泥復(fù)合硅酸鹽水泥特性水泥各種水泥的特點(diǎn)普通硅酸鹽水泥與硅酸鹽水泥相比，早期硬化速度稍慢，3d強(qiáng)度稍低，抗凍性、耐磨性稍差。礦渣硅酸鹽水泥凝結(jié)、硬化速度較慢；抗海水、硫酸鹽腐蝕能力較強(qiáng)；耐熱性較好；需水量較大，干縮性較大；抗凍性、抗?jié)B性較差。火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥水化熱較小，宜用于大體積混凝土工程；抗?jié)B性好；需水量大、收縮大、抗凍性差。粉煤灰硅酸鹽水泥硬化慢、水化熱較??；干縮性小，抗裂性較高；耐硫酸鹽腐蝕能力較強(qiáng)；抗凍性差特種水泥快硬硅酸鹽水泥應(yīng)用于：早強(qiáng)要求高的工程、搶修工程、冬季施工、預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件

白色水泥應(yīng)用于建筑物外表面的裝飾工程

高鋁水泥特點(diǎn)：強(qiáng)度高且增長(zhǎng)快，但長(zhǎng)期強(qiáng)度有下降趨勢(shì)；水化熱大，且放熱速度快；抗?jié)B性好；抗硫酸鹽侵蝕性好；耐熱性好；耐堿性差膨脹水泥

主要用于配置防水砂漿、防水混凝土和補(bǔ)償收縮混凝土；構(gòu)件、管子的接頭；結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)3、混凝土普通混凝土主要技術(shù)性質(zhì)和易性：包括流動(dòng)性（稠度）、粘聚性和保水性混凝土強(qiáng)度：包括抗壓、抗拉、抗彎等變形：化學(xué)收縮、干濕變形、溫度變形和在荷載作用下的變形

耐久性：抗凍性、抗?jié)B性、抗蝕性及抗碳化能力三現(xiàn)代土木工程材料瀝青、瀝青制品與其他防水材料瀝青、瀝青制品應(yīng)用于：道路工程、防水材料（房屋建筑）、防腐材料防水材料防水卷材、防水涂料、剛性防水材料、密封材料玻璃、陶瓷制品玻璃平板玻璃、鍍膜玻璃、中空玻璃、夾層玻璃（安全玻璃）、納米自潔凈玻璃陶瓷陶制、炻質(zhì)、瓷質(zhì)釉料陶瓷錦磚（馬賽克）、陶瓷墻地磚、陶瓷釉面磚、衛(wèi)生陶瓷塑料及制品應(yīng)用于：塑料門窗塑料管材門窗類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)木門窗加工制作簡(jiǎn)單導(dǎo)熱系數(shù)低絕緣性好造價(jià)低廉易燃易腐蝕、變形油漆、維護(hù)費(fèi)用高密封性差、資源有限鋼門窗強(qiáng)度高、不易變形斷面細(xì)小、采光面大導(dǎo)熱系數(shù)大、保溫差密封性差、絕緣性差易銹蝕、維護(hù)費(fèi)高生產(chǎn)能耗高鋁門窗裝飾性好、密封性好斷面輕巧組裝簡(jiǎn)便、價(jià)格適中導(dǎo)熱系數(shù)大、保溫差