土木工程材料

關(guān)于土木工程材料第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論土木工程中所使用的各種材料統(tǒng)稱為土木工程材料。

材料在土木工程中的三大作用：

●保證工程質(zhì)量； ●影響工程造價(jià)； ●促進(jìn)工程技術(shù)進(jìn)步。第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三1.1材料分類土木工程概論土木工程材料1土木工程材料的分類及性質(zhì)按材料組成分類：

非無機(jī)材料 金 屬砂、石、磚、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂漿、無機(jī)纖維、玻璃材料金屬材料有機(jī)材料黑色金屬有色金屬木材、瀝青、油漆、有機(jī)纖維、塑料生鐵、鑄鐵、碳素鋼、合金鋼鋁、鉛、銅、鋅、錫等及其合金第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程材料土木工程概論1土木工程材料的分類及性質(zhì)1.2按材料的作用分類：

承受各種作用力，主要有：承重材料圍護(hù)材料裝飾材料膠結(jié)材料鋼材、混凝土、木材、石材、磚、砌塊等保持空間和通道使用功能，主要有：磚、砌塊、輕質(zhì)混凝土、保溫材料等創(chuàng)造優(yōu)美和舒適環(huán)境，主要有：石材、玻璃、油漆、木材、墻地面飾面材料等 水泥、石灰、石膏、瀝青第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論1土木工程材料的分類及性質(zhì)1.3按材料的用途分類建筑結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料水工結(jié)構(gòu)材料橋梁結(jié)構(gòu)材料路面結(jié)構(gòu)材料建筑墻體材料功能材料建筑保溫材料建筑防水材料建筑裝飾材料第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三材料性質(zhì)土木工程概論1土木工程材料的分類及性質(zhì)1.4土木工程材料的年代

密度、含水率、吸水傳統(tǒng)土木工程材料：磚、瓦、石、砂、木、灰；近代土木工程材料：鋼材、水泥、混凝土；現(xiàn)代土木工程材料：瀝青、瀝青制品與其他防水材料、玻璃、高強(qiáng)度混凝土、綠色建材。第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三材料性質(zhì)土木工程概論1土木工程材料的分類及性質(zhì)1.5土木工程材料的性質(zhì)

密度、含水率、吸水物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì) 耐久性性、透水性、導(dǎo)熱性、耐火性、收縮膨脹等強(qiáng)度、變形、彈性、塑性、韌性等抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、耐熱性、耐磨性、耐光性、耐溶蝕性等第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論土木工程材料

2早期土木工程材料

2.1磚：砌筑材料

磚是一種常用的砌筑材料，歷史攸久，有“秦磚漢瓦”之稱。制磚的原料容易取得，生產(chǎn)工藝比較簡單，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)。至今仍廣泛地用于墻體、基礎(chǔ)、柱等砌筑工程中。

●按生產(chǎn)工藝分：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚； ●按所用原材料分：粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉 煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等； ●按有無孔洞分：空心磚、多孔磚和實(shí)心磚。第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.1磚

利用粉煤灰、煤矸石、頁巖和工業(yè)廢渣制磚，是三廢利用、變廢為寶的有效途徑。煤矸石頁巖 燒結(jié)磚

爐渣磚粉煤灰蒸壓磚蒸壓灰砂磚

第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.1磚

近年來國內(nèi)外都在研制非燒結(jié)磚。加入少量水泥或石灰作固結(jié)劑及微量外加劑和適量水，混合、攪拌、壓制成型，自然養(yǎng)護(hù)或蒸養(yǎng)一定時(shí)間即成。

墻體材料改革的方向是：煤矸石頁巖燒結(jié)磚、粉煤灰磚、爐渣磚、灰砂磚、混凝土空心砌塊、加氣混凝土砌塊等?？招钠鰤K混凝土石膏空心砌塊加氣混凝土砌塊

第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

2.2瓦：屋面材料

傳統(tǒng)的中國瓦，一般指小青瓦和機(jī)制平瓦。以粘土為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒而制成。粘土瓦的生產(chǎn)工藝與粘土磚相似，但對(duì)粘土的質(zhì)量要求較高，粘土瓦只能應(yīng)用于較大坡度的屋面。由于材質(zhì)脆、自重大、片小，施工效率低等缺點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑屋面材料中的比例已逐漸下降。機(jī)制平瓦

小 青 瓦第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.2瓦

目前，瓦的種類較多，有水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦等；

按形狀分有平瓦和波形瓦兩類。水泥瓦石棉水泥瓦 玻 璃 鋼 瓦第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2土木工程材料簡述毛石（片石）天然石材具有很高的2.3石料石 飾面石材 色石渣 石子抗壓強(qiáng)度，良好的耐磨性和耐久性，經(jīng)加工后表面美觀富于裝飾性，資源分布廣蘊(yùn)藏量豐富，便于就地取材，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是古今土木工程中修

凡采自天然巖石，經(jīng)過加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。建城垣、橋梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。是現(xiàn)代土木工程的主要裝飾材料之一。第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石

2.3.1毛石：

也稱片石，是采石場(chǎng)由爆破直接獲得的形狀不規(guī)整的石塊。毛石又分為亂毛石和平毛石。平毛石是形狀雖不規(guī)則，但有兩個(gè)平面大致平行的石塊，可用于砌筑基礎(chǔ)、堤壩、擋土墻等；亂毛石是形狀不規(guī)則、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石塊。毛石擋土墻亂毛石建筑羌族的第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三漢白玉橋梁粗料石橋梁土木工程概論2.3石

2.3.2料石：

由人工或機(jī)械開采出、較規(guī)則的六面體石塊，再略經(jīng)鑿琢而成。按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 建 筑

粗 料 石 堆 場(chǎng)第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石2.3.3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。

五彩繽紛的大理石、花崗巖第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三機(jī)刨石土木工程概論2.3石剁斧石 板巖火燒石第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石

蘑 菇 石 板 材蘑菇石裝飾墻面效果第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石文化石

網(wǎng) 粘 石第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石

2.3.4色石渣：

色石渣也稱色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花崗巖等石材經(jīng)破碎篩選加工而成，作為骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石等建筑物面層的裝飾工程。鏡面水磨石地面不同顏色的色石渣第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石

2.3.5石子：

粒徑大于5mm的巖石顆粒，分碎石和卵石。在混凝土組成材料中，石子為粗骨料，也常用作路橋工程、鐵路工程的路基道碴等。

湖北清江水布婭電站砂石加工系統(tǒng)

碎石 卵石第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.3石

天然砂：由自然條件作用（主要是巖石風(fēng)化）而 形成，粒徑在5mm以下的巖石顆粒。

2.4砂

人工砂：由巖石軋碎而成，由于成本高、片狀及 粉狀物多，一般不用。

天然砂可分為河砂、海砂和山砂。山砂含泥量較高、質(zhì)量較差，海砂含鹽成較多，對(duì)混凝土、砂漿質(zhì)量有影響，河較為潔凈，應(yīng)用較為廣泛。第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三--土木工程概論2.3石

砂是組成混凝土和砂漿的主要組成材料之一，是土木工程的大宗材料。根據(jù)粗細(xì)程度不同又有粗砂、中砂、細(xì)砂之分。土木工程常用的是中、粗砂。砂石篩分人工砂石骨料系統(tǒng)第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

2.5石灰

包括石灰和石膏，屬無機(jī)膠凝材料。土木工程中用膠凝材料將散粒材料（砂、石子）或塊狀材料（磚、石塊）粘結(jié)為一個(gè)整體。

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。

袋裝生石灰粉塊灰(團(tuán)灰)第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論2.5石灰

塊灰（又稱團(tuán)灰），須在工地設(shè)置洗灰池，經(jīng)水淋、過濾、沉淀后得到熟化后的石灰膏，俗稱“洗灰”。工地常用的是袋裝生石灰粉。

洗灰池石膏制品 羅馬柱石膏制品 角線

土木工程中使用最多的石膏品種是建筑石膏，建筑石膏的應(yīng)用很廣，除用于室內(nèi)抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各種石膏制品。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

2.6木材

●類型：圓材、方材、條材、板材等。 ●木材屬于各向異性材料，要注意順紋和橫紋方向的強(qiáng)度差異很大。

●應(yīng)用特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)自重小、制 作容易，架設(shè)簡便， 工期快，造價(jià)便宜； 但易燃、易腐朽，結(jié) 構(gòu)變形較大等。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論木結(jié)構(gòu)房屋大跨度木結(jié)構(gòu)屋蓋第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論?大跨第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論木結(jié)構(gòu)別墅第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三3土木工程概論土木工程材料

近代土木工程材料

3.1鋼材

鋼材具有良好的加工性能，可鑄造、鍛壓、焊接、鉚接和切割，便于裝配。土木工程鋼材可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用材和鋼筋混凝土用材兩大類。3.1.1鋼結(jié)構(gòu)用鋼材A．碳素結(jié)構(gòu)鋼一般結(jié)構(gòu)鋼及工程用熱軋板、管、帶、型、棒材。第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三工字鋼槽鋼土木工程概論3.1鋼材

B．低合金結(jié)構(gòu)鋼

普通低合金結(jié)構(gòu)鋼一般是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，少量添加若干合金元素而成，在諸如大跨度橋梁、大型柱網(wǎng)構(gòu)架、電視塔、大型廳館中成為主體結(jié)構(gòu)材料。

鋼 管

角 鋼第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材H型鋼C型鋼Z型鋼（落地鋼管拱）日本咖啡屋第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材梁柱連接節(jié)點(diǎn)屋面梁安裝連接節(jié)點(diǎn)柱子與基礎(chǔ)第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材

●評(píng)價(jià)：

材質(zhì)均勻、強(qiáng)度高、塑性好、便于加工安裝；缺點(diǎn)是耐火性差，易于銹蝕，維護(hù)費(fèi)用較高。鳥巢鋼結(jié)構(gòu)吊裝鳥巢鋼結(jié)構(gòu)外形初現(xiàn)第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材

3.1.2鋼筋：

鋼筋是指可澆筑在混凝土內(nèi)做成各種鋼筋混凝土構(gòu)件的線材，鋼筋是土木工程中使用最多的鋼材品種之一。 常用鋼筋分為鋼筋、鋼絲和鋼絞線三類： 用于鋼筋混凝土構(gòu)件的是熱軋鋼筋，俗稱Ⅰ級(jí)（光面鋼筋）、Ⅱ、Ⅲ級(jí)（螺紋鋼筋）鋼筋。第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材用于預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的是鋼絞線和預(yù)應(yīng)力鋼絲。

1×7鋼絞線

刻痕鋼絲 螺旋肋鋼絲第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材

鋼筋工程剪影之一

筒倉基礎(chǔ)鋼筋 近景筒倉基礎(chǔ)鋼筋 俯瞰第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材鋼筋工程剪影之二

地坑鋼筋 像抽象派的工藝畫 整齊劃一的 筏板鋼筋第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3.1鋼材鋼筋工程剪影之三---箱梁橋鋼筋綁扎第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

3.2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)成整體，并形成堅(jiān)硬石材的材料。

●水泥按其用途及性能分為三類：

通用水泥、專用水泥、特性水泥。

●水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱分為：

硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、磷酸鹽水泥、以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

●土木工程中的常用水泥品種：

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。

●水泥生產(chǎn)工藝：

干法工藝(全面推廣)、回轉(zhuǎn)窯工藝(限制工藝)、立窯工藝(質(zhì)量不穩(wěn)定、污染大，屬淘汰工藝)。

海螺水泥的干法生產(chǎn)線第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

3.3混凝土（砼）

砼的定義：由膠結(jié)料（水泥）、骨料（砂、石）、水和外加劑按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型，在一定條件下養(yǎng)護(hù)而形成的一種人造石。

⑴砼的分類

按材料分：水泥砼、瀝青砼、聚合物砼； 按密度分：重砼、普通砼、輕砼； 按功能分：結(jié)構(gòu)砼、道路砼、水工砼、耐熱砼、預(yù)應(yīng)力等； 按施工工藝分：泵送砼、噴射砼等。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論

⑵砼強(qiáng)度：

結(jié)構(gòu)用砼的強(qiáng)度等級(jí)一般為C20～C40，預(yù)應(yīng)力砼一般不低于C40，C50以上稱為高強(qiáng)砼，目前C60～C80高強(qiáng)砼已大量應(yīng)用于結(jié)構(gòu)之中。由于砼的抗拉強(qiáng)度很低，砼結(jié)構(gòu)多是由砼和鋼筋粘結(jié)組成鋼筋砼結(jié)構(gòu)。

⑶外加劑：

在砼拌和物中摻入不超過水泥重量的5%、能使砼按要求改變性質(zhì)的物質(zhì)稱為砼外加劑。如：減水劑、引氣劑、早強(qiáng)劑、緩凝劑、速凝劑、抗凍劑等。第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三砼自動(dòng)攪拌站砼運(yùn)輸車土木工程概論

⑷砼結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：具有耐久性、耐火性、整體性，可塑性好、節(jié)約鋼材，可就地取材。

缺點(diǎn)：自重大、抗裂性差、現(xiàn)場(chǎng)澆筑受季節(jié)性氣候條件的限制、補(bǔ)強(qiáng)修復(fù)較困難。砼振動(dòng)棒砼攪拌機(jī)砼輸送泵第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期三土木工程概論3土木工程結(jié)構(gòu)材料

3.4砌體

●概念：由石材、粘土、砼、工業(yè)廢料等材料做成的塊材和水泥、石灰膏等膠凝材料與砂、水混合做成的砂漿，疊合粘結(jié)而成的復(fù)合材料。

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