2土木工程概论实用教案

1、 土木工程材料土木工程材料(cilio)(cilio)种类繁多，可按其化学成分性质、种类繁多，可按其化学成分性质、用途和性能等进行分类，如下表所示。用途和性能等进行分类，如下表所示。第1页/共44页第一页，共45页。 砖、瓦、砂、石和木材是最基本的建筑材料，由于其工程砖、瓦、砂、石和木材是最基本的建筑材料，由于其工程用量大，原料价格低，取材用量大，原料价格低，取材(qci)(qci)方便，无论是在古代，方便，无论是在古代，还是在近现代的建筑领域中，均处于不可替代的地位。还是在近现代的建筑领域中，均处于不可替代的地位。砂、石等古老而基本砂、石等古老而基本(jbn)的材料建成的埃及金字塔的材料建成

2、的埃及金字塔建于建于1056年年的山西的山西省应县省应县木塔木塔第2页/共44页第二页，共45页。按按生产工艺生产工艺：烧结砖和非烧结砖：烧结砖和非烧结砖。按所用按所用(su yn)原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等。煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等。按有无按有无(yu w)孔洞：空心砖、多孔砖和实心砖。孔洞：空心砖、多孔砖和实心砖。空心砖空心砖多孔砖多孔砖实心砖实心砖第3页/共44页第三页，共45页。按成分：粘土瓦、水泥瓦、石棉按成分：粘土瓦、水泥瓦、石棉(shmin)水泥瓦、钢丝网水泥瓦、水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青

3、瓦等。聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等。按铺设按铺设(p sh)位置：烧结屋面瓦和烧结配件瓦。位置：烧结屋面瓦和烧结配件瓦。按按表面状态表面状态：有釉瓦和无釉瓦：有釉瓦和无釉瓦。粘土瓦粘土瓦按按形状形状：平瓦和波形瓦：平瓦和波形瓦。第4页/共44页第四页，共45页。块状石材：毛石块状石材：毛石(mo sh)(mo sh)、料、料石石按加工按加工(ji gng)(ji gng)后的外形后的外形板状石材板状石材(sh ci)(sh ci)散状石材：色石渣、石子（碎散状石材：色石渣、石子（碎石、卵石）石、卵石） 凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材

4、，统称为天然石材。然石材。第5页/共44页第五页，共45页。 毛石也称片石，是不成形的石料，是采石场由爆破直接获得的毛石也称片石，是不成形的石料，是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块，处于开采以后的自然形状不规则的石块，处于开采以后的自然(zrn)(zrn)状态。状态。毛石毛石(mo (mo sh)sh)第6页/共44页第六页，共45页。 料石料石(lio sh)(lio sh)是用毛料加工成的具有一定规格，用来是用毛料加工成的具有一定规格，用来砌筑建筑物用的石料。砌筑建筑物用的石料。料石料石(lio (lio sh)sh)第7页/共44页第七页，共45页。 板状石材是用致密的岩石经凿平、

5、锯断、磨光等各种加工板状石材是用致密的岩石经凿平、锯断、磨光等各种加工(ji gng)(ji gng)方法制作而成的石料，如花岗石、大理石和青石方法制作而成的石料，如花岗石、大理石和青石板材等。板材等。花岗岩石材花岗岩石材(sh (sh ci)ci)第8页/共44页第八页，共45页。大理石板材大理石板材(bn ci)第9页/共44页第九页，共45页。青石板材青石板材第10页/共44页第十页，共45页。 碎石、卵石可用作骨料、装饰铺砌材料碎石、卵石可用作骨料、装饰铺砌材料(cilio)(cilio)，其中，其中卵石还可作为园林、庭院等地面的铺砌材料卵石还可作为园林、庭院等地面的铺砌材料(cili

6、o)(cilio)。碎石碎石(su (su sh)sh)卵石卵石(lunsh)(lunsh)第11页/共44页第十一页，共45页。 色石渣由天然大理石或花岗岩等残碎料加工而成，色石渣由天然大理石或花岗岩等残碎料加工而成，有各种色彩，可作人造大理石、水磨石、水刷石及其它有各种色彩，可作人造大理石、水磨石、水刷石及其它饰面粉刷饰面粉刷(fnshu)(fnshu)骨料之用。骨料之用。色石渣色石渣第12页/共44页第十二页，共45页。砂是组成砂是组成(z chn)(z chn)混混凝土和砂浆的主要组成凝土和砂浆的主要组成(z (z chn)chn)材料之一，是土木工材料之一，是土木工程的大宗材料。程的

7、大宗材料。根据粗细程度不同又有根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。粗砂、中砂、细砂之分。砂的颗粒级配是指不同砂的颗粒级配是指不同大小颗粒的砂的搭配比例。大小颗粒的砂的搭配比例。由自然条件作用由自然条件作用(zuyng)（主要是岩石（主要是岩石风化）而形成，粒径在风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗以下的岩石颗粒。粒。由岩石轧碎而成，由于成本由岩石轧碎而成，由于成本(chngbn)(chngbn)高、高、片状及粉状物多，一般不用。片状及粉状物多，一般不用。人工砂：人工砂：天然砂：天然砂：第13页/共44页第十三页，共45页。天然集料：碎石天然集料：碎石(su sh)、卵石、浮石、天然砂等

8、、卵石、浮石、天然砂等 通常是指松散的材料，在混合通常是指松散的材料，在混合(hnh)(hnh)料中起骨架和料中起骨架和填充作用的粒料。填充作用的粒料。人造集料：煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等人造集料：煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等粗集料：粒径大于粗集料：粒径大于5 mm（以圆孔筛计）、粒径大于（以圆孔筛计）、粒径大于2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计）细集料：粒径小于细集料：粒径小于5 mm（以圆孔筛计）、粒径小于（以圆孔筛计）、粒径小于2.36mm（以方孔筛计）（以方孔筛计）第14页/共44页第十四页，共45页。类型类型(lixng)：圆材、：圆材、方材、条材、板材等。方材、条材、板材

9、等。 属于各向异性属于各向异性( ( xin y xn)xin y xn)材料，材料，要注意顺纹和横纹方要注意顺纹和横纹方向的强度差异很大。向的强度差异很大。优点：优点：结构自重小、制作容易、架设简便、工期快、造价便宜。结构自重小、制作容易、架设简便、工期快、造价便宜。缺点：缺点：易燃、易腐朽、结构变形较大等。易燃、易腐朽、结构变形较大等。第15页/共44页第十五页，共45页。普通普通(ptng)碳素结构碳素结构钢钢按材质分按材质分低合金结构钢低合金结构钢钢结构用钢：各种型钢、钢板、钢管等钢结构用钢：各种型钢、钢板、钢管等按用于不同的按用于不同的工程结构分工程结构分钢筋混凝土工程用钢：各种钢筋

10、和钢丝等钢筋混凝土工程用钢：各种钢筋和钢丝等土木工程中应用量最大的金属材料。土木工程中应用量最大的金属材料。第16页/共44页第十六页，共45页。 碳素结构钢：一般碳素结构钢：一般(ybn)(ybn)结构钢及工程用热轧板、结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。管、带、型、棒材。 低合金结构钢：在普通低合金结构钢：在普通(ptng)(ptng)碳素钢的基础上，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。柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。第17页/共44页第十七页，共45

11、页。碳素结构钢可轧制各种型钢、钢碳素结构钢可轧制各种型钢、钢板、钢管板、钢管(gnggun)与钢筋与钢筋 第18页/共44页第十八页，共45页。槽槽 钢钢第19页/共44页第十九页，共45页。钢钢 管管第20页/共44页第二十页，共45页。工字钢工字钢第21页/共44页第二十一页，共45页。普通普通(ptng)碳素结碳素结构钢构钢按材质按材质(ci zh)分分低合金结构钢低合金结构钢按生产工艺按生产工艺性能和用途性能和用途分分 热轧钢筋热轧钢筋 冷加工钢筋冷加工钢筋 热处理钢筋热处理钢筋 碳素钢丝碳素钢丝 刻痕钢丝刻痕钢丝 钢绞线钢绞线 第22页/共44页第二十二页，共45页。钢筋在土木工程钢

12、筋在土木工程(tm gngchng)中的应用中的应用第23页/共44页第二十三页，共45页。优点：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工优点：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工(ji gng)安装。安装。缺点：耐火性差、易于缺点：耐火性差、易于(yy)锈蚀、维护费用较高。锈蚀、维护费用较高。第24页/共44页第二十四页，共45页。 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，并形成(xngchng)坚硬石材的材料。袋装水泥袋装水泥(shun)第25页/共44页第二十五页，共45页。通用通用(tngyng)水泥水泥按用途按用途(yngt)及性及性能分能

13、分专用专用(zhunyng)水泥水泥按主要水硬按主要水硬性物质名称性物质名称分分特性水泥特性水泥硅酸盐水泥硅酸盐水泥铝酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥磷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以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要成分的水泥料为主要成分的水泥第26页/共44页第二十六页，共45页。 简写砼，是由胶结材料，骨料和水按一定比例(bl)配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土运输混凝土运输(ynsh)第27页/共44页第二十七页，共45页。 由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、

14、细骨料（砂）和由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化水拌合，经硬化(ynghu)(ynghu)而成的一种人造石材。而成的一种人造石材。 砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；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合物具有良好工作性能(xngnng)(xngnng)，硬化后将骨料胶，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。结在一起，形成坚强的整体。第

15、28页/共44页第二十八页，共45页。普通混凝土结构普通混凝土结构(jigu)组成组成 第29页/共44页第二十九页，共45页。混凝土的强度混凝土的强度(qingd)(qingd)等级等级 混凝土的强度是指混凝土在承受各种力作用时，所能承受的极限(jxin)应力值。我国混凝土结构设计规范规定的混凝土等级共十四个等级，为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、 C65、 C70、 C75 、C80 。 C30表示边长为15cm的混凝土立方体，在温度20和相对湿度90%以上(yshng)潮湿空气中养护28天所测的强度为30MPa，其保证率为95%。 第3

16、0页/共44页第三十页，共45页。轻骨料轻骨料( lio)混凝土混凝土纤维增强纤维增强(zngqing)混凝土（简称混凝土（简称FRC）聚合物混凝土聚合物混凝土道路混凝土（碾压混凝土）道路混凝土（碾压混凝土）自密实混凝土自密实混凝土第31页/共44页第三十一页，共45页。优点：可模性、耐久性、耐火性、整体性都好，易于就地取材，优点：可模性、耐久性、耐火性、整体性都好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结价格较低，强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结(zhn ji)做成做成各种强度高的钢筋砼结构。各种强度高的钢筋砼结构。缺点：自重较大、施工复杂、工序多、工期长、易产生缺点：自重较

17、大、施工复杂、工序多、工期长、易产生(chnshng)裂缝。裂缝。第32页/共44页第三十二页，共45页。由胶凝材料(cilio)、细骨料和水等材料(cilio)按适当比例配制而成。水泥砂浆水泥砂浆按胶凝材料按胶凝材料(cilio)不同不同石灰砂浆石灰砂浆按用途不同按用途不同混合砂浆混合砂浆砌筑砂浆砌筑砂浆抹面砂浆抹面砂浆防水砂浆防水砂浆其它特种砂浆其它特种砂浆第33页/共44页第三十三页，共45页。 早前一般指强度等级在C45以上的混凝土。现在一般指强度等级在C60以上的混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、矿粉、硅粉等混合料，经常规工艺(gngy)生产而获得高强的混凝

18、土。 目前已应用在实际工程中的最高强度的混凝土为C200。特点：抗压强度高、脆性大。特别适用于高层建筑。特点：抗压强度高、脆性大。特别适用于高层建筑。第34页/共44页第三十四页，共45页。 目前还没有完全统一的定义(dngy)。 1990年5月美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）举办研讨会的定义(dngy)： 合乎需求性能及均匀性性能包括：便于浇捣、不离析；力学性能稳定；早期强度高；具有韧性；体积稳定性好；恶劣环境下寿命长 即HPC要求高强度、高流动性、高耐久性（简称三高）第35页/共44页第三十五页，共45页。高性能混凝土的制备高性能混凝土的制备(zhbi)水泥、

19、砂、石和水 高效减水剂降低混凝土的水胶比，保证流动性磨细矿物(kungw)外加剂（硅粉、粉煤灰等）填充孔隙提高致密性，提高混凝土的耐久性和强度第36页/共44页第三十六页，共45页。钢纤维聚丙烯纤维(xinwi)第37页/共44页第三十七页，共45页。 将不易传热的材料，即对热流(rli)有显著阻抗性的材料或材料复合体称为绝热保温材料，是保温和隔热材料的总称。有机有机(yuj)绝热材绝热材料料石棉石棉(shmin)及制品及制品矿渣棉及制品矿渣棉及制品岩棉及制品岩棉及制品膨胀珍珠岩及制品膨胀珍珠岩及制品软木板软木板泡沫塑料泡沫塑料多孔混凝土多孔混凝土蜂窝板蜂窝板无机绝热材料无机绝热材料第38页/

20、共44页第三十八页，共45页。 材料的吸声材料的吸声(x shn(x shn) )着眼于声源一侧反射声能的大小，目标着眼于声源一侧反射声能的大小，目标是反射声能要小。是反射声能要小。隔声隔声( ( shnshn) )材材料料无机材料无机材料有机材料有机材料多孔材料多孔材料纤维材料纤维材料隔绝空气声隔绝空气声隔绝固体声隔绝固体声吸声材料吸声材料 材料隔声着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，目标是透材料隔声着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，目标是透射声能要小。射声能要小。第39页/共44页第三十九页，共45页。 以聚酯纤维基布等配以优质的以聚酯纤维基布等配以优质的PVCPVC（聚氯乙烯）表面涂（聚氯乙烯）表面涂层组成的具有层组成的具有(jyu)(jyu)稳定的形状，并可承受一定载荷的建稳定的形状，并可承受一定载荷的建筑纺织品。筑纺织品。优点：轻盈优点：轻盈(qngyng)、自洁、可自然采光、耐老化。、自洁、可自然采光、耐老化。应用：应用：可广泛应用于建筑、土工、交通、环保、广告等可广泛应用于建筑、土工、交通、环保、广告等行业。行业。缺点：缺点：制造成本、维护费用高。制造成本、维护费用高。第40页/共44页第四十页，共45页。“水立方水