《土木工程概论》第讲 土木工程材料

.,土木工程概论,第3讲土木工程材料1土木工程材料的分类及性质2土木工程材料简述3土木工程结构材料,.,土木工程概论,【教学要求】了解土木工程材料的分类及应用概况，了解大宗地方材料的性能及应用，了解结构材料的特性，了解材料工业的发展及展望。【教学重点】各类土木工程材料的分类；地方大宗材料的性能及应用；四类结构材料的特性。【教学难点】四类结构材料的特性。,第3讲土木工程材料,.,土木工程概论,任何土木工程建（构）筑物（包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等）都是用材料按一定的要求打造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。它将直接影响建（构）筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。,前言,共52页第1页,.,土木工程概论,前言,土木工程的发展与材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。长期以来人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作，并不断开发新的材料。几乎世界上的各种材料都可用作土木工程材料。材料在土木工程中的三大作用：保证工程质量；影响工程造价；促进工程技术进步。,共52页第2页,.,土木工程概论,1土木工程材料的分类及性质,1.1,材料分类,按材料组成分类：非无机材料金属,材料金属材料,有机材料黑色金属有色金属,砂、石、砖、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂浆、无机纤维、玻璃,木材、沥青、油漆、有机纤维、塑料生铁、铸铁、碳素钢、合金钢铝、铅、铜、锌、锡等及其合金,第3讲土木工程材料,共52页第3页,.,土木工程概论,土木工程材料,承重材料,围护材料装饰材料胶结材料,1.2按材料的作用分类：承受各种作用力，主要有：,钢材、混凝土、木材、石材、砖、砌块等,1土木工程材料的分类及性质,保持空间和通道使用功能，主要有：砖、砌块、轻质混凝土、保温材料等创造优美和舒适环境，主要有：石材、玻璃、油漆、木材、墙地面饰面材料等水泥、石灰、石膏、沥青共52页第4页,.,土木工程概论,1.3按材料的用途分类,1土木工程材料的分类及性质,建筑结构材料,桥梁结构材料,路面结构材料,水工结构材料,建筑墙体材料,建筑防水材料,建筑装饰材料,建筑保温材料,结构材料,功能材料,共52页第5页,.,土木工程概论,材料性质,物理性质,1.4土木工程材料的性质密度、含水率、吸水,性、透水性、导热性、耐火性、收缩膨胀等,力学性质耐久性,强度、变形、弹性、塑性、韧性等抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、耐光性、耐溶蚀性等,1土木工程材料的分类及性质,共52页第6页,.,土木工程概论,第3讲土木工程材料,2土木工程材料简述2.1砖：砌筑材料砖是一种常用的砌筑材料，历史攸久，有“秦砖汉瓦”之称。制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于组合，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。至今仍广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。按生产工艺分：烧结砖和非烧结砖；按所用原材料分：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分：空心砖、多孔砖和实心砖。,共52页第7页,.,土木工程概论,2.1砖,传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大，施工生产中劳动强度高、工效低，国家已明令禁止在建筑物中使用粘土实心砖。烧结空心砖,粘土烧结实心砖,烧结多孔砖,共52页第8页,.,土木工程概论,煤矸石页岩烧结砖,利用粉煤灰、煤矸石、页岩和工业废渣制砖，是三废利用、变废为宝的有效途径。,2.1砖,炉渣砖粉煤灰蒸压砖蒸压灰砂砖共52页第9页,.,土木工程概论,近年来国内外都在研制非烧结砖。加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水，混合、搅拌、压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。墙体材料改革的方向是：煤矸石页岩烧结砖、粉煤灰砖、炉渣砖、灰砂砖、混凝土空心砌块、加气混凝土砌块等。,石膏空心砌块,混凝土,空心砌块,2.1砖,加气混凝土砌块共52页第10页,.,土木工程概论,2.2瓦：屋面材料传统的中国瓦，一般指小青瓦和机制平瓦。以粘土为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，但对粘土的质量要求较高，粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质脆、自重大、片小，施工效率低等缺点，在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。,2土木工程材料简述,机制平瓦,小青瓦共52页第11页,.,土木工程概论,目前，瓦的种类较多，有水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分有平瓦和波形瓦两类。,水泥瓦,石棉水泥瓦玻璃钢瓦,2.2瓦,共52页第12页,.,土木工程概论,毛石（片石）,料石饰面石材色石渣石子,2.3石,凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。,天然石材具有很高的,抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，经加工后表面美观富于装饰性，资源分布广蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低等优点，是古今土木工程中修,建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。是现代土木工程的主要装饰材料之一。,2土木工程材料简述,共52页第13页,.,土木工程概论,毛石挡土墙,羌族的,乱毛石建筑,2.3石,2.3.1毛石：也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规整的石块。毛石又分为乱毛石和平毛石。平毛石是形状虽不规则，但有两个平面大致平行的石块，可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等；乱毛石是形状不规则、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石块。,共52页第14页,.,土木工程概论,2.3.2料石：由人工或机械开采出、较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。按表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。料石建筑,2.3石,汉白玉桥梁粗料石桥梁粗料石堆场共52页第15页,.,土木工程概论,用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。五彩缤纷的大理石、花岗岩,2.3.3,饰面石材：,2.3石,共52页第16页,.,土木工程概论,板岩,剁斧石,火烧石,机刨石,2.3石,共52页第17页,.,土木工程概论,蘑菇石板材蘑菇石装饰墙面效果,2.3石,共52页第18页,.,土木工程概论,文化石,2.3石,网粘石共52页第19页,.,土木工程概论,不同颜色的色石渣,镜面水磨石地面,2.3.4色石渣：色石渣也称色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。,2.3石,共52页第20页,.,土木工程概论,2.3石,2.3.5石子：粒径大于5mm的岩石颗粒，分碎石和卵石。在混凝土组成材料中，石子为粗骨料，也常用作路桥工程、铁路工程的路基道碴等。湖北清江水布娅电站砂石加工系统碎石卵石,共52页第21页,.,土木工程概论,天然砂：由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒。2.4砂人工砂：由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。天然砂可分为河砂、海砂和山砂。山砂含泥量较高、质量较差，海砂含盐成较多，对混凝土、砂浆质量有影响，河较为洁净，应用较为广泛。,2.3石,共52页第22页,.,-,土木工程概论,砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。土木工程常用的是中、粗砂。,2.3石,人工砂石骨料系统,砂石筛分,共52页第23页,.,土木工程概论,2土木工程材料简述,2.5石灰包括石灰和石膏，属无机胶凝材料。土木工程中用胶凝材料将散粒材料（砂、石子）或块状材料（砖、石块）粘结为一个整体。,石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸钙，将石灰石煅烧，碳酸钙将分解成为生石灰。,袋装生石灰粉块灰(团灰),共52页第24页,.,土木工程概论,2.5石灰,块灰（又称团灰），须在工地设置洗灰池，经水淋、过滤、沉淀后得到熟化后的石灰膏，俗称“洗灰”。工地常用的是袋装生石灰粉。洗灰池,土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏的应用很广，除用于室内抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品。,石膏制品罗马柱,石膏制品角线,共52页第25页,.,土木工程概论,2.6水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。水泥按其用途及性能分为三类：通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥按其主要水硬性物质名称分为：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥、以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要组分的水泥。,2土木工程材料简述,共52页第26页,.,土木工程概论,2.6水泥,土木工程中的常用水泥品种：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。水泥生产工艺：干法工艺(全面推广)、回转窑工艺(限制工艺)、立窑工艺(质量不稳定、污染大，属淘汰工艺)。海螺水泥的干法生产线,共52页第27页,.,土木工程概论,2.7沥青、沥青制品与防水材料沥青、沥青制品：应用于道路工程、防水材料（房屋建筑）、防腐材料。,2土木工程材料简述,沥青砼路面摊铺,沥青拌合站管道防腐共52页第28页,.,土木工程概论,防水材料：主要有沥青类、高聚合物改性沥青类、橡胶类、合成高分子类的防水卷材、涂料等。防水材料及施工,2.7沥青、沥青制品及防水材料,共52页第29页,.,土木工程概论,2.8玻璃具有采光和防护功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维。,防砸、防侵害的特种玻璃,央视新址全面安装,玻璃幕墙,2土木工程材料简述,共52页第30页,.,土木工程概论,巴黎卢浮宫玻璃金字塔,2.8玻璃,共52页第31页,.,土木工程概论,2.9陶瓷制品由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料，主要品种有：陶瓷锦砖、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。瓷砖世界高级地砖地面陶瓷锦砖（马赛克）,2土木工程材料简述,共52页第32页,.,土木工程概论,3,土木工程结构材料,主要有钢材、砼、砌体、木材四大类。3.1钢材钢材具有良好的加工性能，可铸造、锻压、焊接、铆,接和切割，便于装配。土木工程钢材可划分为钢结构用材,和钢筋混凝土用材两大类。,3.1.1钢结构用钢材A碳素结构钢一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。,第3讲土木工程材料,共52页第33页,.,土木工程概论,B低合金结构钢普通低合金结构钢一般是在普通碳素钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，在诸如大跨度桥梁、大型柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。,3.1钢材,工字钢,槽钢,钢管,角钢共52页第34页,.,土木工程概论,日本咖啡屋,（落地钢管拱）,3.1钢材,H型钢,C型钢,Z型钢,共52页第35页,.,土木工程概论,梁柱连接节点,柱子与基础,连接节点,3.1钢材,屋面梁安装,共52页第36页,.,土木工程概论,鸟巢钢结构吊装,鸟巢钢结构外形初现,评价：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装；缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。,3.1钢材,共52页第37页,.,土木工程概论,3.1.2钢筋：钢筋是指可浇筑在混凝土内做成各种钢筋混凝土构件的线材，钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。常用钢筋分为钢筋、钢丝和钢绞线三类：用于钢筋混凝土构件的是热轧钢筋，俗称级（光面钢筋）、级（螺纹钢筋）钢筋。,3.1钢材,共52页第38页,.,土木工程概论,用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。17钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝,3.1钢材,共52页第39页,.,土木工程概论,钢筋工程剪影之一筒仓基础钢筋近景筒仓基础钢筋俯瞰,3.1钢材,共52页第40页,.,土木工程概论,钢筋工程剪影之二地坑钢筋像抽象派的工艺画整齐划一的筏板钢筋,3.1钢材,共52页第41页,.,土木工程概论,钢筋工程剪影之三-箱梁桥钢筋绑扎,3.1钢材,共52页第42页,.,土木工程概论,3.2混凝土（砼）砼的定义：由胶结料（水泥）、骨料（砂、石）、水和外加剂按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而形成的一种人造石。砼的分类按材料分：水泥砼、沥青砼、聚合物砼；按密度分：重砼、普通砼、轻砼；按功能分：结构砼、道路砼、水工砼、耐热砼等；按施工工艺分：泵送砼、喷射砼等。,3.2混凝土,共52页第43页,.,土木工程概论,砼强度：结构用砼的强度等级一般为C20C40，预应力砼一般不低于C40，C50以上称为高强砼，目前C60C80高强砼已大量应用于结构之中。由于砼的抗拉强度很低，砼结构多是由砼和钢筋粘结组成钢筋砼结构。外加剂：在砼拌和物中掺入不超过水泥重量的5%、能使砼按要求改变性质的物质称为砼外加剂。如：减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、抗冻剂等。,3.2混凝土,共52页第44页,.,土木工程概论,砼自动搅拌站砼运输车,砼输送泵,砼搅拌机,砼振动棒,砼结构的评价优点：具有耐久性、耐火性、整体性，可塑性好、节约钢材，可就地取材。缺点：自重大、抗裂性差、现场浇筑受季节性气候条件的限制、补强修复较困难。,3.2混凝土,共52页第45页,.,土木工程概论,砼运输浇筑施工集锦,砼泵车进行箱梁浇筑,桥墩,砼浇筑,3.2混凝土,共52页第46页,.,土木工程概论,3.3砌体概念：由石材、粘土、砼、工业废料等材料做成的块材和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的复合材料。类型：石砌体、实（空）心砖砌体、中小砼砌块砌体、硅酸盐砌块砌体等。,3土木工程结构材料,共52页第47页,.,土木工程概论,评价易于就地取材、价格低、施工简便、隔热保温及耐火性、耐久性好，但强度低、自重一般较大，且粘土砖与农田争地，应限制使用。加气砼砌块墙体,砼空心砌块墙体,3.3砌体,共52页第48页,.,土木工程概论,3土