【大学】土木工程概论 土木工程材料

1、土木工程概论土木工程概论第二章 土木工程材料本章内容本章内容2.1 传统土木工程材料2.2 近代土木工程材料 2.3 现代土木工程材料 土木工程材料土木工程材料任何土木工程建（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都统称为土木工程材料。长期以来人类一直在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。2.1 传统土木工程材料 2.1.1 砖砖的分类：标准砖多孔砖砌块瓦是屋面材料。瓦是屋面材料。2.1.2 瓦 瓦，一般指粘土瓦。瓦，一般指粘土瓦。以粘土（包括页岩、煤矸以粘土（包

2、括页岩、煤矸石等粉料）为主要原料，石等粉料）为主要原料，经泥料处理、成型、干燥经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。粘土瓦的和焙烧而制成。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，生产工艺与粘土砖相似，但对粘土的质量要求较高，但对粘土的质量要求较高，如含杂质少，塑性高，泥如含杂质少，塑性高，泥料均化程度高等。中国目料均化程度高等。中国目前生产的粘土瓦有小青瓦、前生产的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦。脊瓦和平瓦。 l 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，且需要大量木材等缺点，在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。l 瓦是屋面材料。由于建筑工业的发展，对屋面材料也提出了新的发展要求

3、。目前，瓦的种类较多，按成分分，有粘土瓦、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。2.1.3 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。石的种类：1、毛石2、料石3、饰面石材4、色石渣 石子 由于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。天然石材经加工后具有良好的装饰性，是现代土木工程的主要装饰材料之一。l 毛石：也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规石也可用作毛石

4、混凝土的骨料。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等，乱毛凿琢而成。l 料石：由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经划的石块。根据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。l 饰面石材：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。 l 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。

5、l 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。法国凡尔赛宫法国凡尔赛宫16611689年建造，占地面积达100多万平方米，其中建筑面积为11万平方米，宫殿中建筑物的墙体以及外部的地面全部使用石材建成。2.1.4 砂砂一般分为：天然砂和人工砂。由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5 mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。人工砂是由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。黄砂2.1.5 灰u 灰灰灰是指石灰和石膏，是无

6、机胶凝材料。灰是指石灰和石膏，是无机胶凝材料。土木工程中用土木工程中用胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结为一个整体。石块）粘结为一个整体。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。2.1.6 木材影响木材强度的主要因素为含水率（一般含水率高，强度降低），温度（温度高，强度降低），荷载作用时间（持续荷载时间长，强度下降）及木材的缺陷（木节、

7、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。木材的主要性质：木材的性质包括物理性质和力学性质，如含水率、热胀干缩、密度、强度(抗拉、抗压、抗弯和抗剪等四种强度)，其中抗拉、抗压、抗剪强度又有顺纹和横纹之分。顺纹和横纹强度有很大的差别。杭州西湖六和塔杭州西湖六和塔 杭州六和塔又名六合塔。杭州六和塔又名六合塔。“六合六合”即天地、东南西北之意，即天地、东南西北之意，以显示其广阔的含义。六和塔位以显示其广阔的含义。六和塔位于杭州西湖南面，钱塘江畔北岸，于杭州西湖南面，钱塘江畔北岸，月轮山上。六和塔，外观八面十月轮山上。六和塔，外观八面十三层，内分七级（合佛教三层，内分七级（合佛教“救人救人一命，胜造七级浮屠一命，

8、胜造七级浮屠”之意）。之意）。高五十九点八九米，占地八百八高五十九点八九米，占地八百八十八平方米。十八平方米。 2.2 近代土木工程材料2.2.1 钢材一、钢材的分类一、钢材的分类 建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材、管材和金属制品四类。2.2.1 2.2.1 钢材钢材1 1、型材、型材 主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金属门窗、钢板桩型钢等。槽钢钢管角钢工字钢H型钢2.2.1 2.2.1 钢材钢材2 2、板材、板材主要指钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与薄板。3 3、管材、管材主要用于桁架、塔桅等钢结构中。4 4、金属制品、金属制品土木工程中主要使用的产品有钢丝、钢丝绳以及预

9、应力钢丝及钢绞线。二、土木工程用钢材二、土木工程用钢材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。1、钢结构用钢材、钢结构用钢材我国钢结构用钢材的钢类主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢。主要有Q235(A3钢)、Q315(16Mn钢)轻钢厂房2.2.1 2.2.1 钢材钢材2 2、钢筋混凝土用钢材、钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋。钢筋等级：一级钢二级钢三级钢四级钢二级钢一级钢2.2.1 2.2.1 钢材钢材钢筋2.2.1 2.2.1 钢材钢材2.2.2 2.2.2 水泥水泥1、水泥的定义、水泥的定义 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

10、硬化，可将其它材料胶结成整，并形成坚硬石材的材料 。袋装水泥2 2、水泥的定义和分类、水泥的定义和分类(1)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。(2)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。2.2.2 2.2.2 水泥水泥2.2.3 混凝土一、一、混凝土混凝土 简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。 二、发展历史二、发展历史 1824年Aspdin发明了波特兰水

11、泥（硅酸盐水泥），以水泥作为胶凝材料的混凝土开始问世 1850年钢筋混凝土问世 1928年预应力混凝土问世混凝土运输车2.2.3 混凝土1、普通混凝土(1)普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。(2)砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩； 水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。 三、混凝土的种类三、混凝土的种类2.2.3 混凝土2.2.3 混凝土2 2、特种混凝土、特种混凝土(1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）、

12、(2) 纤维增强混凝土（简称FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土 2.2.3 混凝土3 3、钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土、钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土 钢筋混凝土是指配置钢筋的混凝土。 钢筋骨架钢筋骨架2.2.3 钢筋混凝土的由来 钢筋混凝土源于法国。法国花匠蒙尼亚经常要移植温室中花盆中的花，一不小心就会把花盆打碎，他先用木盆代替，但木盆比瓦盆贵。当时，水泥已得到了应用，蒙尼亚便用水泥来作花盆，虽然水泥花盆比瓦盆坚硬，但仍易碰裂。花盆摔成了碎片，花根四周的土却仅仅包成一团。“噢！花木的根系纵横交错，把松软的泥土牢牢地连在了一起！他从这件事上得到启发

13、，1868 年的一天，蒙尼亚终于想出一个好办法：在水泥花盆的外面缠上几道铁箍用以加固。为了花盆美观，他又在那些铁箍外面涂上一层水泥，硬结后，发现这种花盆特别坚固，不易碎裂。后来蒙尼亚又用铁丝作骨架，然后在铁丝骨架外面抹上水泥，硬结后就成了坚固的美观的花盆。根据这种花盆的构造，便诞生了钢筋混凝土。 1872年，世界第一座钢筋混凝土结构的建筑在美国纽约落成，人类建筑史上一个崭新的纪元从此开始。 目前中国钢筋砼应用最多的国家，数据显示，2005年的钢筋砼用量达亿吨，占世界总产量48%。钢筋与混凝土能共同工作的原因钢筋与混凝土能共同工作的原因1.两种材料有近似相同的线膨胀系数；两种材料有近似相同的线膨

14、胀系数；2.钢筋与混凝土之间有良好的粘结力；钢筋与混凝土之间有良好的粘结力；3.混凝土中提供的碱性环境，在钢筋表面形混凝土中提供的碱性环境，在钢筋表面形成了一层钝化保护膜，使钢筋在中性与酸成了一层钝化保护膜，使钢筋在中性与酸性环境下更不易腐烂。性环境下更不易腐烂。2.2.3 混凝土 预应力混凝土一般指预应力钢筋混凝土。它是通过张拉钢筋产生预应力。预应力混凝土的优点预应力混凝土的优点 可以提高制品或构件的抗拉能力，可以提高制品或构件的抗拉能力，防止或推迟混凝土裂缝的出现，因而防止或推迟混凝土裂缝的出现，因而能使制品或构件的抗裂度、刚度、耐能使制品或构件的抗裂度、刚度、耐久性都大大提高，减轻自重，

15、节约材久性都大大提高，减轻自重，节约材料。料。 混凝土强度：混凝土的强度混凝土的强度等级一般为：等级一般为：4020CC如何测定？如何测定？2.3 现代土木工程材料 2.3.1 沥青、沥青制品与其他防水材料 地沥青（包括天然地沥青和石油地沥青） 焦油沥青（包括煤沥青、木沥青、页岩沥青等） 沥青复合胎柔性防水卷材u 沥青、沥青制品与其他防水材料沥青、沥青制品与其他防水材料 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。 防水材料：沥青类、高聚合物改性沥青、橡胶、合成高分子。玻璃、陶瓷制品 玻璃：具有采光和防护功能，是良好的吸声、隔热玻璃：具有采光和防护功能，是良好的吸声、隔热及

16、装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、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。新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维。 陶瓷：由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密陶瓷：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（马赛克）、陶瓷墙实材料，主要品种有：陶瓷锦砖（马赛克）、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。2.3 现代土木工程材料2.3.3 2.3.3 高强度混凝土高强度混凝土1.定义：是指强度等级在C60级以上的混凝土。2.目前，在实际工程中应用的最高强度的混凝土为活性粉掺和料混凝土，强度为C200。2.3.4 2.3.4 高性能混凝土高性能混凝土1.定义：高性能混凝土是一种能符合特殊性能综合与均匀性要求的混凝土，此种混凝土往往不能用常规的混凝土组分材料和通常的搅拌、洗捣和养护的习惯做法所获得。2.目前，对高性能混凝土的研究主要在强调环保的基础上，现已研究出防辐射、防磁混凝土，导电混凝土，超耐磨混凝土等。2.3 现代