土木工第2章土木工程材料

第2章土木工程材料教教學(xué)目標(biāo)

學(xué)目標(biāo)了解土木工程材料的分類，掌握常見材料的基本性能和用途，重點(diǎn)掌握木材、磚、鋼材、水泥、混凝土、建筑砂漿的種類和用途，對其它材料作一般了解。了解材料工業(yè)的發(fā)展趨勢。教學(xué)目標(biāo)具有對施工現(xiàn)場常用土木工程材料的辨識能力及分析能力,為日后對施工現(xiàn)場常用土木工程材料及制品的選用、進(jìn)場驗(yàn)收、檢測、保管工作打好基礎(chǔ)。知識目標(biāo)技能目標(biāo)第一節(jié)

土木工程材料概述第二節(jié)木材第三節(jié)氣硬性膠凝材料第四節(jié)

水硬性膠凝材料第五節(jié)建筑鋼材第六節(jié)磚、瓦、砂、石第七節(jié)瀝青及瀝青混合料第八節(jié)建筑功能材料目錄土木工程材料概述任何土木工程建（構(gòu)）筑物（包括道路、橋梁、港口、碼頭、機(jī)場、隧道等）都是用材料按一定的要求建造的，土木工程中所用的各種材料統(tǒng)稱土木工程材料。土木工程材料的地位1、土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。2、材料與建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工之間存在著相互促進(jìn)、相互依存的密切關(guān)系。3、土木工程材料的性能對構(gòu)筑物的功能和使用壽命具有決定性作用。4、建設(shè)工程質(zhì)量很大程度上取決于材料的質(zhì)量控制。5、構(gòu)筑物的可靠度評價(jià)很大程度上依存于材料可靠度評價(jià)。土木工程材料的性質(zhì)土木工程材料的物理性質(zhì)

1.材料的密度、表觀密度和堆積密度

2.材料的孔隙和空隙土木工程材料概述土木工程材料的性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)

1.強(qiáng)度與比強(qiáng)度

2.材料的彈性與塑性

3.脆性和韌性

4.硬度和耐磨性

5.材料的徐變和應(yīng)力松弛土木工程材料概述土木工程材料的性質(zhì)材料與水有關(guān)的性質(zhì)

1.材料的親水性與憎水性

2.材料的吸濕性和吸水性

3.耐水性

4.抗?jié)B性

5.抗凍性土木工程材料概述土木工程材料的性質(zhì)材料的熱性質(zhì)

1.熱容性

2.導(dǎo)熱性

3.熱變形性土木工程材料概述土木工程材料的性質(zhì)材料的耐久性材料在使用過程中能抵抗周圍各種介質(zhì)侵蝕而不破壞，也不易失去原有性能的性質(zhì)稱為耐久性。土木工程材料概述土木工程材料的種類:土木工程材料按化學(xué)成分

無機(jī)材料有機(jī)材料復(fù)合材料按用途絕熱材料吸聲材料防水材料灌漿材料各類裝飾、裝修材料按性能土木工程結(jié)構(gòu)材料土木工程功能材料土木工程材料的種類:

1無機(jī)材料：金屬材料、非金屬材料金屬材料：黑色金屬（鐵、鋼）、有色金屬（鋁、銅及合金等）及其合金制造的型材、管材、板材和金屬制品等。土木工程材料的種類:非金屬材料：天然石材、燒土制品、玻璃膠凝材料混凝土、砂漿、無機(jī)涂料、石棉、礦棉、纖維制品和熔巖制品等。土木工程材料的種類:

2有機(jī)材料植物材料瀝青材料高分子材料土木工程材料的種類:

3復(fù)合材料玻璃鋼防腐管道水泥砂漿混凝土土木工程材料的種類:

4土木工程結(jié)構(gòu)材料概念：指構(gòu)成土木工程受力構(gòu)件和結(jié)構(gòu)所用的材料，如梁、板、柱、基礎(chǔ)、框

架、墻體、拱圈、瀝青混凝土路面、無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)

定基層及底基層和其它受力構(gòu)件、結(jié)構(gòu)等所用的材料。技術(shù)性能要求：強(qiáng)度和耐久性。港珠澳大橋土木工程材料的種類:

5土木工程功能材料概念：土木工程功能材料主要是指擔(dān)負(fù)某些建筑功能的非承重用材料，如防水材料、絕熱材料、吸聲和隔聲材料、采光材料、裝飾材料等。一般來講，土木工程結(jié)構(gòu)物的可靠度與安全度主要由土木工程材料組成的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)體系所決定，而土木工程結(jié)構(gòu)物的使用功能與品質(zhì)主要決定于土木工程功能材料。此外，對某一種具體材料來說，它可能兼有多種功能。丘浚故居木材由于木材具有其獨(dú)特的優(yōu)良特性，所以，木材在建筑工程尤其是裝飾領(lǐng)域中，始終保持著重要的地位。

但是，林木生長緩慢，我國又是森林資源貧乏的國家之一，因此，在建筑工程中，一定要經(jīng)濟(jì)合理地使用木材，做到長材不短用，優(yōu)材不劣用，并加強(qiáng)對木材的防腐、防火處理，以提高木材的耐久性，延長使用年限。

木材

木材的構(gòu)造

樹木由樹冠、樹干和樹根三部分組成。樹干由樹皮、形成層、木質(zhì)部（即木材）和髓心組成木材

木材的主要性質(zhì)

木材的主要性質(zhì)包括物理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)，如含水量，熱脹冷縮、溫度、強(qiáng)度（抗拉、抗彎、抗壓和抗剪）。木材的強(qiáng)度主要有抗壓、抗拉、抗剪及及抗彎強(qiáng)度，而抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度又有順紋、橫紋之分。含水率高，強(qiáng)度降低。木材的剪切含水率對木材強(qiáng)度的影響木材的干燥、防腐與防火

2010年11月13日凌晨，清華標(biāo)志性建筑清華學(xué)堂起火，木結(jié)構(gòu)基本被毀，圖為清華學(xué)堂著火前后。木材

工程木材分類工程木材分為原木、鋸材、人造板材。鐵路枕木橡木原木氣硬性膠凝材料

石膏石膏是一種以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料，石膏性能優(yōu)良。我國石膏資源豐富，居世界首位。土木工程中使用最多的石膏品種是建筑石膏，建筑石膏具有良好的可塑性、很好的防火性能、隔熱性能和吸聲性能，具有良好的裝飾性和可加工性。氣硬性膠凝材料

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。氣硬性膠凝材料

石灰

優(yōu)點(diǎn)：保水性和可塑性好、生產(chǎn)工藝簡單，成本低廉，原料分布廣等。缺點(diǎn)：運(yùn)輸和儲存困難等。水硬性膠凝材料

水泥凡由硅酸鹽水泥熟料、0-5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）。水硬性膠凝材料

水泥水泥的性能為了滿足土木工程應(yīng)用的要求，水泥需具備三方面的性能：物理力學(xué)性能、施工性能、耐久性能。水硬性膠凝材料

水泥水泥的凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間為水泥加水開始到水泥漿失去流動性，即從可塑性發(fā)展到固體狀態(tài)所需要的時(shí)間。包括：初凝時(shí)間、終凝時(shí)間。水硬性膠凝材料

水泥水泥凝結(jié)時(shí)間測定方法：用標(biāo)準(zhǔn)稠度的水泥凈漿，在規(guī)定的溫濕度下，用凝結(jié)時(shí)間測定儀來測定。水硬性膠凝材料

水泥特種水泥特種水泥包括：快硬硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥、高鋁水泥、膨脹水泥水硬性膠凝材料

水泥水泥儲存、運(yùn)輸和保管

不同品種、不同標(biāo)號的水泥應(yīng)分別存放，不可混雜。對袋裝水泥，地面墊板要高出地面30cm，四周離墻30cm．，堆放高度一般不超過10袋。存放散裝水泥時(shí)，地面要抹水泥砂漿?；炷?/p>

普通混凝土普通混凝土組成1—石子2—砂3—水泥漿4—?dú)饪變?yōu)點(diǎn)：可塑性好、抗壓能力高、耐久性能較好、取材方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用等。缺點(diǎn)：自重大、抗拉強(qiáng)度低、容易開裂等。混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)1.混凝土拌合物的和易性：

和易性也可稱工作性，是指混凝土在攪拌、運(yùn)輸、澆灌、搗實(shí)等過程中易于工作，能保持質(zhì)量均勻而不發(fā)生離析的性能。

混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)2.混凝土的強(qiáng)度：按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2002），制作邊長為150mm的立方體在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)[溫度（20±2）℃、相對濕度在95%以上]條件下，養(yǎng)護(hù)至28d齡期，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的極限抗壓強(qiáng)度，稱為混凝土標(biāo)準(zhǔn)立方體抗壓強(qiáng)度。影響混凝土強(qiáng)度等級的因素主要有水泥等級和水灰比、集料、齡期、養(yǎng)護(hù)溫度和濕度等?；炷?/p>

普通混凝土普通混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)3.混凝土的強(qiáng)度等級：混凝土強(qiáng)度等級采用符號C與立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（單位為MPa）來表示。按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）規(guī)定，普通混凝土劃分為十四個(gè)等級，即：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80?；炷?/p>

普通混凝土普通混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)4.混凝土的耐久性是指抵抗環(huán)境介質(zhì)作用并長期保持其良好的使用性能和外觀完整性的能力。主要包括抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、碳化、堿骨料反應(yīng)等性能。硂性質(zhì)和易性流動性粘聚性保水性強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度變形耐久性混凝土

鋼筋混凝土

鋼筋混凝土（簡寫為RC），工程上常被簡稱為鋼筋砼。是指通過在混凝土中加入鋼筋與之共同工作來改善混凝土力學(xué)性質(zhì)的一種組合材料?；炷?/p>

預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受外力荷載作用前，先人為地對它施加壓力，由此產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力狀態(tài)用以減小或抵消外荷載所引起的拉應(yīng)力，即借助于混凝土較高的抗壓強(qiáng)度來彌補(bǔ)其抗拉強(qiáng)度的不足，達(dá)到推遲受拉區(qū)混凝土開裂的目的。輕混凝土：輕骨料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土等。纖維增強(qiáng)混凝土：鋼纖維增強(qiáng)混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)混凝土、碳纖維增強(qiáng)混凝土、聚丙烯纖維增強(qiáng)混凝土等。高性能水泥混凝土綠色混凝土：綠色高性能混凝土、再生集料混凝土、環(huán)?；炷?、智能混凝土、砂漿

砌筑砂漿

用于磚石砌體的砂漿，起粘結(jié)磚石和傳遞荷載的作用。在結(jié)構(gòu)工程中，把單塊的磚、石、砌塊等膠結(jié)起來構(gòu)成砌體。砂漿

抹面砂漿凡涂抹在建筑物或土木工程構(gòu)件表面的砂漿，可統(tǒng)稱為抹面砂漿。一般可將抹面砂漿分為以下主要幾種：普通抹面砂漿、裝飾砂漿、防水砂漿砂漿

其它特種砂漿。

主要有絕熱砂漿、吸聲砂漿、耐酸砂漿、防X射線砂漿、抗中子輻射砂漿。鋼結(jié)構(gòu)立體停車場建筑鋼材

在土木工程中，應(yīng)用量最大的金屬材料是鋼材，土木工程用的鋼材是指用于鋼結(jié)構(gòu)的各種型材（如圓鋼、角鋼、工字鋼）、鋼板、管材和用于鋼筋混凝土中的各種鋼筋、鋼絲等。中國國家體育館中國國家體育館建筑鋼材

鋼材冶煉

煉鐵煉鋼軋制建筑鋼材

鋼材力學(xué)性能

強(qiáng)度鋼材在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。反映它的指標(biāo)主要有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度。強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)，也是材料購銷和檢驗(yàn)工作中的重要指標(biāo)。建筑鋼材

鋼材力學(xué)性能

塑性塑性是鋼材在外力作用下，產(chǎn)生變形而不破壞的能力。塑性的好壞直接影響鋼材的加工、成形及使用。建筑鋼材

鋼材力學(xué)性能

沖擊韌性沖擊韌性是指鋼材在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力，是衡量鋼材抵抗動荷載能力的指標(biāo)，它是強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)，是判斷鋼材在動荷載作用下是否出現(xiàn)脆性破壞的主要指標(biāo)之一。建筑鋼材

鋼材力學(xué)性能

疲勞疲勞是指鋼材在循環(huán)應(yīng)力和交變應(yīng)力作用下，局部產(chǎn)生永久性積累損傷，一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生斷裂的過程。建筑鋼材

鋼材冷加工與冷作硬化冷加工包括冷軋、冷彎、冷拔等延伸性加工，也包括剪、沖、鉆、刨等切削性加工。鋼材的冷作硬化是指當(dāng)鋼材冷加工超過其彈性極限卸載后產(chǎn)生殘余塑性變形，再次加載時(shí)，強(qiáng)度提高，同時(shí)塑性、韌性降低的現(xiàn)象。建筑鋼材

土木工程常用鋼材鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材

1.鋼板：鋼板有厚鋼板、薄鋼板、扁鋼2熱軋型鋼：常用的有角鋼、工字鋼、槽鋼、H型鋼、T型鋼、鋼管等。建筑鋼材

土木工程常用鋼材鋼結(jié)構(gòu)常用鋼材3.冷彎薄壁型鋼建筑鋼材

土木工程常用鋼材鋼筋混凝土常用鋼材土木工程結(jié)構(gòu)中常用的鋼材有鋼筋、鋼絲和鋼絞線三類。鋼筋是土木工程中使用最多的鋼材品種之一。鋼筋鋼絞線磚、瓦、石、砂

磚磚的分類按生產(chǎn)工藝：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚按所用材料：粘土磚和巖土砌塊、粉煤灰磚和粉煤灰砌塊、煤矸石磚和煤矸石砌塊、淤泥磚和淤泥砌塊、頁巖磚和頁巖砌塊、固體廢棄物磚和固體廢棄物砌塊等按有無孔洞：空心磚、多孔磚和實(shí)心磚磚、瓦、石、砂

磚燒結(jié)多孔磚、多孔砌塊燒結(jié)多孔磚頁巖燒結(jié)空心砌塊磚、瓦、石、砂

磚燒結(jié)多孔磚、多孔砌塊煤矸石頁結(jié)磚爐渣磚磚、瓦、石、砂

瓦

粘土瓦彩鋼瓦玻璃鋼瓦磚、瓦、石、砂

砂砂的顆粒級配骨料顆粒級配示意圖

(a)單一顆粒（b）兩種粒徑（c）多種粒徑粘土瓦磚、瓦、石、砂

砂砂的含水狀態(tài)砂粒含水狀態(tài)

(a)完全干燥狀態(tài)（b)風(fēng)干狀態(tài)（c）飽和狀態(tài)（d)完全濕潤狀態(tài)

磚、瓦、石、砂

石石：指天然石材：采自天然巖石（經(jīng)過加工或未經(jīng)加工）的石材。包括：毛石、料石、飾面石材、色石渣、石子。石材

1塊狀石材料石毛石石材

2塊狀石材花崗巖大理石青石板石材

3散狀石材色渣石卵石碎石瀝青及瀝青混合料

石油瀝青石油瀝青的主要性質(zhì)①粘滯性（粘性）②塑性③溫度敏感性④黏附性⑤大氣穩(wěn)定性⑥施工安全性瀝青及瀝青混合料

瀝青混合料瀝青混合料是由瀝青和礦質(zhì)材料(砂、石子、填充料等)在加熱或常溫時(shí)按適當(dāng)比例配制而成的混合料的總稱。

其中熱拌熱鋪的密級配碎石瀝青混凝土經(jīng)久耐用，強(qiáng)度高，整體性好，是修筑高級瀝青路面的代表性材料，應(yīng)用得最廣

瀝青及瀝青混合料

瀝青混合料

瀝青路面工程上對瀝青混合料的主要要求：1.良好的力學(xué)性能2.良好的抗滑性能3.施工和易性4.高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。建筑功能材料

建筑防水材料防水卷材

常用的有以下兩種：高聚物改性瀝青防水卷材、合成高分子防水卷材

SBS改性瀝青防水卷材PVC塑料防水卷材建筑功能材料

建筑絕熱材料絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復(fù)合體。常用絕熱材料有：無機(jī)絕熱材料、有機(jī)絕熱材料

絕熱材料絕熱材料是保溫和隔熱材料的總稱。傳統(tǒng)的保溫隔熱材料是以提高氣相空隙率，降低導(dǎo)熱系數(shù)和傳導(dǎo)系數(shù)為主。窯爐用絕熱耐熱陶瓷纖維毯絕熱保溫涂料片材建筑功能材料

建筑吸聲材料吸聲材料是具有較強(qiáng)的吸收聲能、減低噪聲性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而對入射聲能具有吸聲作用常用吸聲材料：多孔吸聲材料、薄板振動吸聲結(jié)構(gòu)、共振吸聲結(jié)構(gòu)、穿孔板組合共振吸聲結(jié)構(gòu)、懸掛空間吸聲體、簾幕吸聲體、柔性吸聲材料等

分類種類和特點(diǎn)吸聲材料無機(jī)材料

水泥蛭石板、石膏砂漿（摻水泥玻纖）、水泥膨脹珍珠巖板、水泥砂漿等。有機(jī)材料

軟木板、木絲板、穿孔五夾板、三夾板、木質(zhì)纖維板等。多孔材料

泡沫玻璃、脲醛泡沫塑料、泡沫水泥、吸聲蜂窩板、泡沫塑料等。纖維材料

礦渣棉、玻璃棉、酚醛玻璃纖維板、工業(yè)毛氈等。隔聲材料隔絕空氣聲（通過空氣傳播的聲音）

主要服從質(zhì)量定律，即材料的容積密度越大，質(zhì)量越大，隔聲性越好，因此應(yīng)選用密實(shí)的材料作為隔聲材料，如磚、混凝土、鋼板等。隔絕固體聲（通過撞擊或振動傳播的聲音）

最有效的措施是采用不連續(xù)的結(jié)構(gòu)處理，即在墻壁和承重梁之間、房屋的框架和墻板之間加彈性襯墊，如毛氈、軟木、橡皮等材料或在樓板上加彈性地毯。建筑功能材料

建筑裝飾材料建筑裝飾材料，又稱建筑飾面材料，是指鋪設(shè)或涂裝在建筑物表面起裝飾和美化環(huán)境作用的材料。

建筑功能材料

建筑裝飾材料建筑裝飾材料的功能

1.裝飾功能

2.保護(hù)功能

3.室內(nèi)環(huán)境改善功能

建筑功能材料

建筑裝飾材料建筑裝飾材料的種類

1.天然石材

2.建筑陶瓷

3.建筑玻璃

4.建筑裝飾涂料

5.其它裝飾材料復(fù)合材料

1鋼絲網(wǎng)水泥類夾芯復(fù)合板材（泰柏板）復(fù)合材料包括有機(jī)材料與無機(jī)材料的復(fù)合、金屬材料與非金屬材料的復(fù)合以及同類材料之間的復(fù)合等。1－外側(cè)砂漿層；2－內(nèi)側(cè)砂漿層；3－泡沫塑料層；4－連接鋼絲；5－鋼絲網(wǎng)泰柏板結(jié)構(gòu)示意圖復(fù)合材料

2彩鋼夾芯板材

彩鋼夾芯板材以硬質(zhì)泡沫塑料或結(jié)構(gòu)巖棉為芯材，在兩側(cè)粘上彩色壓型鍍鋅鋼板。復(fù)合材料

3碳纖維材料優(yōu)點(diǎn)：自重小、剛度大、抗拉能力強(qiáng)、能恢復(fù)和提高結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能。缺點(diǎn)：抗剪強(qiáng)度