土木工程概论 第二章土木工程材料ppt课件

1、土木工程概论 第二章 土木工程材料 在土木工程建造中，所使用的各种材料统称为土木工在土木工程建造中，所使用的各种材料统称为土木工程材料。程材料。 材料一般分为金属材料和非金属材料两类。金属材料材料一般分为金属材料和非金属材料两类。金属材料包括黑色金属钢、铁与有色金属；非金属材料包包括黑色金属钢、铁与有色金属；非金属材料包括水泥、石灰、石膏、砂石、木材、玻璃等。括水泥、石灰、石膏、砂石、木材、玻璃等。 材料按功能分类，一般分为结构材料承受荷载作用材料按功能分类，一般分为结构材料承受荷载作用和非结构材料，非结构材料有围护材料、防水材料、和非结构材料，非结构材料有围护材料、防水材料、装饰材料、保温隔

2、热材料等。装饰材料、保温隔热材料等。 第一节 砌体材料 一、石材一、石材 经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。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、天然石材具有很高的抗压强度、良好的耐磨性、耐久性和装饰性。耐久性和装饰性。 天然石分重岩天然石表观密度大于天然石分重岩天然石表观密度大于18kN/m318kN/m3及轻岩天然石表观密度小于及轻岩天然石表观密度小于18kN/ m318kN/ m3）。在）。在工程中常用的重岩天然石一般有花岗岩、砂岩、工程中常用的重岩天然石一般有花岗岩、砂岩、石灰石等，轻岩天然石常用的为贝壳石灰岩、石灰石等，轻岩天然

3、石常用的为贝壳石灰岩、凝灰岩等。凝灰岩等。 1毛石毛石 毛石是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。毛石是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。 毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等。2料石料石 料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块。料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块。3饰面石材饰面石材 用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修的石材称为饰面石材。装修的石材称为饰面石材。 4色石渣色石渣 色石渣也称色石子。作为骨料主要用于人造大理石、色石渣也称色石子。作为骨料主要用于人造大理石、水磨

4、石、水刷石、干粘石等建筑物面层的装饰工程。水磨石、水刷石、干粘石等建筑物面层的装饰工程。 二、砖与砌块二、砖与砌块 1 1砖砖 按生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按原材料按生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为实心砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为实心砖、多孔砖、空心砖。多孔砖、空心砖。 煤矸石多孔砖和页岩多孔砖煤矸石多孔砖和页岩多孔砖 2砌块砌块 按砌块特征可分为实心砌块和空心砌块两种。按砌块特征可分为实心砌块和空心砌块两种。 凡平行于砌块承重面的面积小于毛截面的凡平行于砌块承重面

5、的面积小于毛截面的75%者属于空心砌块，等于或大于者属于空心砌块，等于或大于75%者属于实心者属于实心砌块，空心砌块的空心率一般为砌块，空心砌块的空心率一般为30%50%。 2砌块砌块 1） 普通混凝土小型空心砌块普通混凝土小型空心砌块 主规格为主规格为390mm190mm190mm，配以，配以34种种辅助规格辅助规格 2砌块砌块 2加气混凝土砌块加气混凝土砌块2砌块砌块 3石膏砌块石膏砌块 三、瓦三、瓦 瓦是屋面材料，按形状分平瓦和波形瓦两类。瓦是屋面材料，按形状分平瓦和波形瓦两类。 四、砂四、砂 砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，砂一般砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，砂一般分

6、为天然砂和人工砂两类。分为天然砂和人工砂两类。五、石膏和石灰五、石膏和石灰 石灰、石膏和水成浆后，能硬化为坚实整体的矿物质石灰、石膏和水成浆后，能硬化为坚实整体的矿物质粉状材料。粉状材料。 砂浆是石灰、石膏或水泥等胶凝材料掺砂或矿渣等细砂浆是石灰、石膏或水泥等胶凝材料掺砂或矿渣等细骨料加水拌和而成的，用以砌筑砌体或抹灰、粉刷。骨料加水拌和而成的，用以砌筑砌体或抹灰、粉刷。 六、砌体六、砌体 石材或砖用砂浆砌筑成的构件石材或砖用砂浆砌筑成的构件(墙、柱等墙、柱等)称砌体。称砌体。 乱毛石砌体乱毛石砌体 砖砌体砖砌体 空斗墙空斗墙配筋砌体结构配筋砌体结构 第二节 混凝土 一、水泥一、水泥1水泥的性

7、质水泥的性质 （1水泥：是水硬性胶凝材料，即加水拌合成水泥：是水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。 （2初凝：水泥为干粉状物，加适量的水并拌初凝：水泥为干粉状物，加适量的水并拌合后便形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常合后便形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝；称为水泥的初凝；（3终凝：随着塑性的消失终凝：随着塑性的消失,水泥浆体开始产生水泥浆体开始产

8、生强度，此时称为水泥的终凝；强度，此时称为水泥的终凝； （4 4凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程。凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程。（5 5硬化：水泥浆体终凝后，其强度会随着时间的延硬化：水泥浆体终凝后，其强度会随着时间的延长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥的硬化。泥的硬化。2 2水泥品种水泥品种 配制普通混凝土常用的五大类水泥。配制普通混凝土常用的五大类水泥。 （1 1硅酸盐水泥硅酸盐水泥 （2 2普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥 （3 3矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥 （4 4火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥 （5 5粉煤灰硅酸盐水

9、泥粉煤灰硅酸盐水泥 二、混凝土二、混凝土 优点：原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的优点：原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性特点。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽。好，强度等级范围宽。 缺点：抗拉强度低，自重大。缺点：抗拉强度低，自重大。 1.1.按胶凝材料不同分按胶凝材料不同分（1 1水泥混凝土水泥混凝土( (普通混凝土普通混凝土) )（2 2沥青混凝土沥青混凝土（3 3石膏混凝土石膏混凝土（4 4聚合物混凝土等聚合物混凝土等2.2.按表观密度不同分按表观密度不同分（1 1重混凝土重混凝土（2 2普通混凝土普通混凝土（3 3轻混凝土轻

10、混凝土3.3.按使用功能不同分按使用功能不同分（1 1结构用混凝土结构用混凝土（2 2道路混凝土道路混凝土（3 3水工混凝土水工混凝土（4 4耐热混凝土耐热混凝土（5 5耐酸混凝土耐酸混凝土（6 6防辐射混凝土等防辐射混凝土等4.4.按施工工艺不同分按施工工艺不同分（1 1喷射混凝土喷射混凝土（2 2泵送混凝土泵送混凝土（3 3振动灌浆混凝土等振动灌浆混凝土等5.5.为了克服混凝土抗拉强度低的缺陷，将水泥为了克服混凝土抗拉强度低的缺陷，将水泥混凝土与其他材料复合，出现了混凝土与其他材料复合，出现了（1 1钢筋混凝土钢筋混凝土（2 2预应力混凝土预应力混凝土（3 3各种纤维增强混凝土各种纤维增强

11、混凝土（4 4聚合物浸渍混凝土等聚合物浸渍混凝土等 三、混凝土外加剂三、混凝土外加剂 按照外加剂功能分类：按照外加剂功能分类：1.1.改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，包括各改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；种减水剂、引气剂和泵送剂等；2. 2. 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；3. 3. 改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻钙剂等；防水剂和阻钙剂等；4.4.改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、改善混凝土

12、其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。 四、混凝土掺合料四、混凝土掺合料 1. 1. 粉煤灰：煤粉炉排出的烟气中收集到的细粉粉煤灰：煤粉炉排出的烟气中收集到的细粉末。粉煤灰可以增强混凝土拌合物的和易性，末。粉煤灰可以增强混凝土拌合物的和易性，降低水化热，抑制碱骨料反应。降低水化热，抑制碱骨料反应。2. 2. 硅粉：生产硅钛合金或硅钢排出的烟气中收硅粉：生产硅钛合金或硅钢排出的烟气中收集到的细粉末。可以改善混凝土拌合物的粘聚集到的细粉末。可以改善混凝土拌合物的粘聚性与保水性，提高混凝土强度，提高密实度，性与保水性，提高混

13、凝土强度，提高密实度，提高耐久性能。提高耐久性能。3. 3. 沸石粉：天然沸石岩磨细而成。可以改善混沸石粉：天然沸石岩磨细而成。可以改善混凝土拌合物的和易性。沸石粉与高效减水剂配凝土拌合物的和易性。沸石粉与高效减水剂配合使用，可提高混凝土强度。合使用，可提高混凝土强度。 第三节 钢材 一、常用建筑钢材品种一、常用建筑钢材品种1碳素结构钢碳素结构钢 适合生产各种型钢、钢筋和钢丝等。适合生产各种型钢、钢筋和钢丝等。2低碳合金结构钢低碳合金结构钢 是在普通钢种内加入微量合金元素，但硫、磷是在普通钢种内加入微量合金元素，但硫、磷杂质的含量保持普通钢的水平，而具有较好的杂质的含量保持普通钢的水平，而具有

14、较好的综合力学性能。主要用于桥梁、建筑钢筋、重综合力学性能。主要用于桥梁、建筑钢筋、重轨和轻轨等方面。轨和轻轨等方面。3优质碳素结构钢优质碳素结构钢 含碳量小于含碳量小于0.8%，有害杂质含量较小，用于制，有害杂质含量较小，用于制作钢丝和钢绞线。作钢丝和钢绞线。 二、钢筋二、钢筋 1 1热轧钢筋热轧钢筋 是土木工程中用量最大的钢筋品种之一，主要是土木工程中用量最大的钢筋品种之一，主要用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构用于钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的配筋。的配筋。 热轧钢筋的表面形式为光面钢筋与变形钢筋。热轧钢筋的表面形式为光面钢筋与变形钢筋。 月牙形钢筋月牙形钢筋 螺纹钢筋螺纹

15、钢筋 2 2冷轧带肋钢筋冷轧带肋钢筋 将普通低碳钢热轧圆盘条，在冷轧机上冷轧成三面将普通低碳钢热轧圆盘条，在冷轧机上冷轧成三面或二面有月牙形横肋的钢筋。或二面有月牙形横肋的钢筋。3 3热处理钢筋热处理钢筋 对热轧中碳低合金钢筋经淬火、回火调质处理。对热轧中碳低合金钢筋经淬火、回火调质处理。4 4冷拉低碳钢筋和冷拔低碳钢丝冷拉低碳钢筋和冷拔低碳钢丝 对低碳钢和低合金钢冷加工，可提高屈服极限和强对低碳钢和低合金钢冷加工，可提高屈服极限和强度极限，又可满足塑性的要求。度极限，又可满足塑性的要求。5 5预应力钢丝、刻痕钢丝和钢绞线预应力钢丝、刻痕钢丝和钢绞线 以优质碳素结构钢圆盘条经等温淬火并拔制而成

16、。以优质碳素结构钢圆盘条经等温淬火并拔制而成。 三、钢筋连接三、钢筋连接 钢筋连接有搭接、焊接、机械连接。钢筋连接有搭接、焊接、机械连接。 焊接有对头焊接、搭接焊接、帮条焊接、电渣焊接有对头焊接、搭接焊接、帮条焊接、电渣压力焊压力焊 机械连接有直螺纹接头、锥螺纹接头。机械连接有直螺纹接头、锥螺纹接头。 钢筋的焊接钢筋的焊接 钢筋的直螺纹接头钢筋的直螺纹接头 钢筋的锥螺纹接头钢筋的锥螺纹接头 四、型钢四、型钢 1. 1.热轧型钢：常用的有等边和不等边的角热轧型钢：常用的有等边和不等边的角钢、槽钢、钢、槽钢、 工字钢、工字钢、T T型钢、型钢、H H 型钢、型钢、L L型钢等。型钢等。 四、型钢四

17、、型钢 2. 2. 冷弯薄壁型钢：通常是用冷弯薄壁型钢：通常是用26mm26mm薄钢板薄钢板冷弯或模压而成，有角钢、槽钢等开口薄冷弯或模压而成，有角钢、槽钢等开口薄壁型钢和方形、矩形等空心薄壁型钢，可壁型钢和方形、矩形等空心薄壁型钢，可用于轻型钢结构。用于轻型钢结构。四、型钢四、型钢 3. 3. 钢管：常用的有热轧无缝钢管和钢管：常用的有热轧无缝钢管和焊接钢管。焊接钢管。 五、钢板与焊接组合截面钢材五、钢板与焊接组合截面钢材 钢板和压型钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢钢板和压型钢板用光面轧辊轧制而成的扁平钢材，以平板状态供货的称钢板；以卷状供货的材，以平板状态供货的称钢板；以卷状供货的称钢带。称

18、钢带。 按厚度来分按厚度来分: :热轧钢板分为厚板厚度大于热轧钢板分为厚板厚度大于4mm4mm和薄板厚度为和薄板厚度为0.354mm0.354mm两种；冷轧钢板只两种；冷轧钢板只有薄板厚度为有薄板厚度为0.24mm0.24mm一种。一种。 厚板可用于焊接结构。厚板可用于焊接结构。 焊接组合截面焊接组合截面 厚厚H H型钢型钢 钢薄板或其他金属钢薄板或其他金属材料薄板可用作屋面材料薄板可用作屋面或墙面等围护结构，或墙面等围护结构，或作为涂层钢板的原或作为涂层钢板的原料。料。压型钢压型钢板板 钛金属质地坚钛金属质地坚硬，比钢坚硬硬，比钢坚硬30%30%，质量比钢，质量比钢材轻，抗腐蚀性材轻，抗腐蚀

19、性能非常强。多用能非常强。多用于建筑标准高或于建筑标准高或环境条件恶劣地环境条件恶劣地区。区。 杭州大剧院杭州大剧院 六、钢材化学成分及其对钢材性能的影响六、钢材化学成分及其对钢材性能的影响 1. 1. 钢材中除主要化学成分铁钢材中除主要化学成分铁FeFe外，还含有外，还含有少量的碳少量的碳C C）、硅）、硅StSt）、锰）、锰MnMn）、磷）、磷P P）、硫）、硫S S）、氧）、氧O O）、氮）、氮N N）、钛）、钛TiTi）、钒）、钒V V等元素，这些元素虽含量很少，等元素，这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大。但对钢材性能的影响很大。2. 2. 碳是决定钢材性能的最重要元素，它影响

20、到碳是决定钢材性能的最重要元素，它影响到钢材的强度、塑性、韧性等机械力学性能。钢材的强度、塑性、韧性等机械力学性能。 3. 3. 钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺入量可冶炼成低合金钢。入量可冶炼成低合金钢。4. 4. 钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别注意控制其含量。注意控制其含量。 第四节第四节 其他材料其他材料 一、木材一、木材 1 1木材分类木材分类 木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类。两大类。 针叶树树干通直而高大，纹理平姻木质较软而易于

21、加针叶树树干通直而高大，纹理平姻木质较软而易于加工，故又称软木材。常用树种有松、杉、柏等。工，故又称软木材。常用树种有松、杉、柏等。 阔叶树树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工阔叶树树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工故称硬木材。常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。故称硬木材。常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。2木材的强度木材的强度 木材的顺纹强度和横纹强度有很大的差别。一般针叶木材的顺纹强度和横纹强度有很大的差别。一般针叶树横纹抗压强度约为顺纹抗压强度的树横纹抗压强度约为顺纹抗压强度的10；阔叶树为；阔叶树为1520。3木材的品种木材的品种 工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。工程

22、中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。 4木材的综合利用木材的综合利用 人造板材是利用木材或含有一定纤维量的其他作物作人造板材是利用木材或含有一定纤维量的其他作物作原料，采用一般物理和化学方法加工而成的。原料，采用一般物理和化学方法加工而成的。 常用的人造板材有：胶合板常用的人造板材有：胶合板,纤维板纤维板,刨花板、木丝板、刨花板、木丝板、木屑板。木屑板。 三、玻璃和陶瓷制品三、玻璃和陶瓷制品 1. 1. 玻璃已广泛地应用子建筑物，它有采光和防玻璃已广泛地应用子建筑物，它有采光和防护的功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。护的功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。 常用玻璃材料品种：平板玻璃；装

23、饰玻璃；安常用玻璃材料品种：平板玻璃；装饰玻璃；安全玻璃；防辐射玻璃；玻璃砖。全玻璃；防辐射玻璃；玻璃砖。 阳光房阳光房隔断隔断三、玻璃和陶瓷制品三、玻璃和陶瓷制品 2. 2. 陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材料。的较密实材料。 常用陶瓷材料品种：陶瓷锦砖常用陶瓷材料品种：陶瓷锦砖( (马赛克马赛克) )；陶瓷；陶瓷墙地砖；陶瓷釉面砖；卫生陶瓷。墙地砖；陶瓷釉面砖；卫生陶瓷。 四、塑料和塑料制品四、塑料和塑料制品 塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。制而成的材料。 可作为塑料模板、管材、板材、门窗、壁纸、可作为塑料模板、管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水及保地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水及保温材料等。温材料等。 塑料模壳成品和施工现场塑料模壳成品和施工现场 五、吸声材料五、吸声材料 常用吸声材料常用吸声材料: :1. 1. 无机材料无机材料