[理学]第0章 绪论哈尔滨工业大学《土木材料工程学》.ppt

建 筑 材 料 Building Materials 祝同学们，在新学期里： 学习进步！ 身体健康！ 生活愉快！ 交通科学与工程学院 于 继 寿 三问： What? Why? How? “建筑材料”课程内容和性质是什么(What)？ 为什么必修“建筑材料”课程(Why) ？ 如何学好“建筑材料”课程(How)？ 一、 建筑材料 建 筑 材 料：人类建造房屋建筑所用一切材料的总称。 土木工程材料：人类建造土木工程所用一切材料的总称。 （建筑、道路、桥梁、水工等工程所用各种材料） 问题 1.你们知道哪些土木工程材料 ？ 2.最古老的土木工程材料是哪些？ 3.什么是今天用量最大、用途最广的 土木工程材料？ 架木桥 河北赵州石桥 v建于1300多年前（桥长约51m，净跨37m） v建造该桥的石材为青白色石灰岩 v比意大利人建石拱桥晚400多年,但在主拱肋与桥 面间设计“敞肩拱” ，比外国早了1200多年 v敞肩拱不仅减轻自重、节省材料、减轻桥基负 担，使桥台轻巧，且位移很小，地基下沉甚微 ，且拱圈内应力很小，是至今位移和沉陷微小 且不坠的重要原因之一； v该桥拱轴线和恒载压力线甚接近，拱圈各横截 面只受压力或微小拉力。该二线重合道理，到 现代才认识。 芦沟桥 天下第一关 万 里 长 城 总长度大约有十万里以上！ 所用土木工程材料： 土、石、木料、砖、石灰 关外有关、城外有城，其材料运输量之浩大 、工程之艰巨世所罕见。 体现我国古代建 筑工程的高度成就，表现我国古代劳动人 民的聪明才智。 最古老的建筑材料 天然石材 天然植物：木材、茅草 粘土及其制品 动物的毛发与制胶等 石灰 现代土木工程材料 v钢材、混凝土 v钢混凝土复合材料 v砖混凝土复合材料 v高分子及其复合材料 二、分类 1、按功能与用途分类： 结构材料、非结构材料； 防水材料、保温材料、吸声材料、装饰材料 、地面材料、屋面材料、墙体材料等 2、按化学成分分类： 无机材料、有机材料、复合材料 材料分类 装饰材料 结构材料 保温材料 防水材料 吸音材料 按 使 用 功 能 分 按 在 建 筑 物 中 的 使 用 部 位 分 墙体材料 顶棚屋面材料 地面材料 建 筑 材 料 无 机 材 料 金属材料黑色金属：钢钢、铁铁 有色金属：铝铝及其合金，铜铜及其合金 非金属材料 天然石材：花岗岗岩、大理岩、石灰岩、玄武岩 烧结烧结 与熔融制品：砖砖、陶瓷、玻璃、铸铸石、岩棉 胶凝材料气硬性胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃 水硬性胶凝材料：各种熟料水泥 砂浆浆与混凝土 硅酸盐盐制品：灰砂砖砖、加气混凝土 有 机 材 料 植物材料：木材、竹材及其制品 合成高分子材料：塑料、橡胶、涂料、胶粘剂剂、密封材料 沥沥青材料：石油沥沥青、煤沥沥青及其制品 复 合 材 料 无机材料基 复合材料 混凝土、砂浆浆、钢钢筋混凝土 水泥刨花板、聚苯乙烯烯混凝土 有机材料基 复合材料 沥沥青混凝土、树树脂混凝土、玻璃纤维纤维 增强塑料 胶合板、纤维纤维 板、竹胶板 三、材料在土木工程中的作用 1、建筑材料是土木工程的物质基础 城镇每年建房13亿m2，且水利、交通也需大量材料，所以任务艰巨。 2、合理选用，降低造价 根据材料性能，按工程及使用环境条件的要求，正确合理选用，充分发挥每种材 料长处，做到材尽其能、物尽其用，这对节约材料、降低工程造价有着十分重要的作 用。 一般工业与民用建筑中材料的费用约占总造价的50%60%，而装饰材料又占其 中的50%80%，直接影响工程造价。 3、材料的性能、品种、质量直接影响工程的坚固性、耐久性及适用性； 在一定程度上影响结构形式和施工方法。 土木工程中许多技术的突破，往往依赖于材料性能的改进与提高，而新材料的出 现又促进了建筑设计、结构设计和施工技术的发展，也使建筑物的功能、适用性、艺 术性、坚固性和耐久性等得到进一步的改善。 钢材和水泥的出现产生了钢结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构及预应力 钢筋混凝土结构，使得高层建筑和大跨度建筑成为可能； 高效减水剂的研制成功，使得混凝土的泵送工艺得以实现； 轻质保温材料的出现对减轻建筑物的自重，提高建筑物的抗震能力、改 善工作与居住环境条件等起到了十分有益作用，并推动了节能建筑的发展； 新型装饰材料的出现使得建筑物的造型及建筑物的内外装饰焕然一新，生 气勃勃。 四、材料的发展历史 建筑材料的发展依赖于生产力的水平和生产关系的形式，反映时代的文化特征 ，成为人类物质文明的主要标志之一。 1、从古代的“穴居巢处”开始； 2、进入石器、铁器时代的凿石成洞、伐木为棚，比天然的巢穴进了一步； 3、砖瓦和石灰的出现，由天然材料进入人工生产； 4、1819世纪，资本主义兴起钢筋和水泥混凝土和钢筋混凝土； 5、20世纪出现了钢筋预应力混凝土和特殊功能的材料 天然石材、木材陶器、砖瓦、石灰、三合土、玻璃、青铜钢材、水泥、混 凝土、钢筋混凝土、预应力混凝上。 近几十年来，随着科学技术的进步和土木工业发展的需要，一大批新型材料应 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)。 天然石材 帕提农神庙（希腊） 赵州桥（安济桥）十七孔桥 混凝土 科洛希姆斗兽场古罗马竞技场 木材、汉白玉、琉璃瓦和青砖等 世界上最宏伟的宫殿群建筑北京故宫 烧制的粘土砖、石块、天然土、砂、苇柳 中国秦汉时期万里长城 土木工程材料的发展 1889年法国巴黎的埃菲尔铁塔 最初钢铁材料结构物的代表。 20世纪70年代加拿大多伦多CN电 视塔世界上最高的电视塔，入选了吉尼 斯世界纪录。（高549m-高强混凝土塔身 ，特殊密实混凝土发射塔基座，钢结构顶 部发射塔）。 1985年 日本青涵海底隧道（世界最长海底 隧道-全长53.86km，穿越海底200多米深） 2004年 台湾“101”金融大楼（508米高） 钢筋混凝土结构。 1998年日本明石海峡大桥-钢结构悬索跨海大桥（ 主跨度1991m） 阿联酋迪拜布吉大楼 设计者：美国SOM设计所 (Skidmore, Owings & Merrill) 阿联酋拥有世界上升速度最 快的电梯时速达到40英里 以及世界上最高的人工建筑 。 预测大楼高1000米，已经建 成160层（688米）。 据来自其官方网站的数据显 示：大楼建设所用的混凝土 数量同10万头大象一样重。 中国中央电视台新址 为北京08奥运会提供电视转播 服务的中央电视台新台址建筑 设计方案最终选中出自荷兰大 都会建筑事务所首席设计师库 哈斯担纲的方案. 建成后的新台址，由主楼、电 视文化中心和附属配套设施组 成，总建筑面积为55万平方米 。这个造价50亿人民币的庞然 大物，竣工后将成为北京的标 志性建筑，届时，央视将从现 在的12个频道，增加为60个频 道，成为亚洲最大的“电视航 空母舰”。 重要数据：230米高，总建筑 面积为55万平方米 上海环球金融中心 2008年8月竣工 高达492米，地上101层，地 下3层。 钢筋混凝土结构（SRC结构 ）、钢结构（S结构） 在85层建有“世界最高的游 泳池”,在79-93层建“世界 最高档次的酒店”,在93层 设置“世界最高的中餐厅 ”,94层的观光大厅和100层 、距地面474米处建造的“ 观光天阁”（超过迪拜塔地 上440米观景台高度）,是欣 赏上海都市全景的最佳观光 景点。 汉诺威世界建筑博览会日本展馆 由日本建筑师坂茂设计的一栋纸建起来的可以全 面回收再利用的多层展厅： 由织物和纸塑料材料制成的半透明薄膜棚面架于 钢桩之上，形成拱状屋顶。 汉诺威世界建筑博览会日本展馆 带有弧度的平板承重结构是由直径20cm、以交叉 图案相连接的弯曲纸板筒构成的。 五、材料发展的方向 1.材料性能方面：轻质高强、高耐久性、高耐火性、高抗震性、高保温性、高吸 声性、优异装饰性及优异防水性的材料。这对提高建筑物的安全性、适用性、 艺术性、经济性及使用寿命等有着非常重要的作用。 2.制品形式方面：预制化、构件化、单元化、复合化、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。 3.资源利用方面：充分利用工业废渣生产建筑材料，以保护自然资源、保护环境 ，维护生态环境的平衡。 4.环保节能方面：研制和生产低能耗(包括材料生产能耗和建筑使用能耗)的新型 节能材料，生产环保型和保健型的生态建材。这对降低建筑材料和建筑物、构 筑物的成本以及建筑物的使用能耗，节约能源起到十分有益的作用。 六、标准及规范 材料生产企业须按照标准生产，并控制其质量；设计部门 则按标准设计；施工企业按标准选用、施工、验收产品。 我国的标准分为国家标准、部委行业标准、地方标准与企 业标准。国家标准和部委行业标准都是全国通用标准，是国家 指令性文件，各级生产、设计、施工等部门均必须严格遵照执 行。按要求执行的程度分为强制性标准和推荐性标准（以/T） 表示。 国家标准GBxxxxxx 例如：GB1751999 建筑工程国家标准GBJ 建设部行业标准JGJ 国家建材局JC 石油化学工业部SH 冶金部标准YB 化工部标准HG 林业部标准LY 中国工程建设标准化协会标准 CECS 地方标准DB 企业标准Q 国外标准 美国材料学会标准ASTM 英国标准BS 日本标准JIS 德国标准DIN 国际标准ISO 七、课程的学习目的与方法 建筑材料是土木工程各专业的专业技术基础课。通过学习，使学生获得 有关建筑材料的基本理论、基本知识和基本技能，为学习房屋建筑学、建筑 施工技术、钢筋混凝土结构设计等专业课程提供建筑材料的基础知识，并为 今后从事设计与施工能够合理选用和正确使用材料奠定基础。 学习方法 1、掌握材料的组成、结构和性质间的关系，材料内部孔隙数量、大小 、状态对材料的性质影响。材料的基本性质是学习各种材料的性质和应用的 基础。 2、通过对比各种材料的组成和结构来掌握它们的性质和应用。 3、密切联系工程实际，重视实验课并做好实验 如何学好“土木工程材料”课程? 课前预习和阅读教材，善于提问 课堂上认真学习、积极参与讨论 课外阅读文献与书籍 认真做好试验与练习 勤于分析思考与归纳总结 1)实践性强 接近工程实际，不像基础理论课程 那样：对具体的现象或结构进行简化、抽象； 2)综合性强 面对浩瀚的工程学复杂问题，需要 广泛知识和综合能力。不像基础理论课程那样， 着重深入分析，而是要善于归纳总结。 土木工程材料课程 特点 u 第一，阅读大量文献和书籍，获得有关材料组成 、结构与性能关系及其规律的理性认识。 u 第二，通过对材料进行相关试验，获得有关性质 的数据，例如强度、弹性模量，为结构设计或分析 提供依据。 u 第三，材料加工、运输和现场施工的工程实践是 感性认识的另一重要来源。 u 第四，由于材料科学和检测技术的发展，对材料 的组成、结构与性能进行深入研究得到的认识。 如何获取知 识 l 学习土木工程材料，有一个很深的印象，就是 要懂得事物的模糊性，不确定的一面。 l 以往的学习，我们总想得到一个确定的（精确 的）解。但实际工程远不是这样，我们必须面对 不确定性、模糊性问题。 l 希望从建材课开始培养这方面的能力认识