土木工程材料

关于土木工程材料土木工程概论土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。

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。第2页,共51页，2024年2月25日，星期天1.1材料分类土木工程概论土木工程材料1土木工程材料的分类及性质按材料组成分类：

非无机材料 金 属砂、石、砖、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂浆、无机纤维、玻璃材料金属材料有机材料黑色金属有色金属木材、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页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程材料土木工程概论1土木工程材料的分类及性质1.2按材料的作用分类：

承受各种作用力，主要有：承重材料围护材料装饰材料胶结材料钢材、混凝土、木材、石材、砖、砌块等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、沥青第4页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论1土木工程材料的分类及性质1.3按材料的用途分类建筑结构材料结构材料水工结构材料桥梁结构材料路面结构材料建筑墙体材料功能材料建筑保温材料建筑防水材料建筑装饰材料第5页,共51页，2024年2月25日，星期天材料性质土木工程概论1土木工程材料的分类及性质1.4土木工程材料的年代

密度、含水率、吸水传统土木工程材料：砖、瓦、石、砂、木、灰；近代土木工程材料：钢材、水泥、混凝土；现代土木工程材料：沥青、沥青制品与其他防水材料、玻璃、高强度混凝土、绿色建材。第6页,共51页，2024年2月25日，星期天材料性质土木工程概论1土木工程材料的分类及性质1.5土木工程材料的性质

密度、含水率、吸水物理性质力学性质 耐久性性、透水性、导热性、耐火性、收缩膨胀等强度、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、耐溶蚀性等第7页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论土木工程材料

2早期土木工程材料

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。第8页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.1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。煤矸石页岩 烧结砖

炉渣砖粉煤灰蒸压砖蒸压灰砂砖

第9页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.1砖

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。空心砌块混凝土石膏空心砌块加气混凝土砌块

第10页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

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。机制平瓦

小 青 瓦第11页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.2瓦

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 瓦第12页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2土木工程材料简述毛石（片石）天然石材具有很高的2.3石料石 饰面石材 色石渣 石子抗压强度，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

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。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。第13页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论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。毛石挡土墙乱毛石建筑羌族的第14页,共51页，2024年2月25日，星期天汉白玉桥梁粗料石桥梁土木工程概论2.3石

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

粗 料 石 堆 场第15页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.3石2.3.3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。

五彩缤纷的大理石、花岗岩第16页,共51页，2024年2月25日，星期天机刨石土木工程概论2.3石剁斧石 板岩火烧石第17页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.3石

蘑 菇 石 板 材蘑菇石装饰墙面效果第18页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.3石文化石

网 粘 石第19页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.3石

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。镜面水磨石地面不同颜色的色石渣第20页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论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 卵石第21页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论2.3石

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。第22页,共51页，2024年2月25日，星期天--土木工程概论2.3石

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。砂石筛分人工砂石骨料系统第23页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

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)第24页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论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。

洗灰池石膏制品 罗马柱石膏制品 角线

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。第25页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

2.6木材

●类型：圆材、方材、条材、板材等。 ●木材属于各向异性材料，要注意顺纹和横纹方向的强度差异很大。

●应用特点：

结构自重小、制 作容易，架设简便， 工期快，造价便宜； 但易燃、易腐朽，结 构变形较大等。第26页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论木结构房屋大跨度木结构屋盖第27页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论•大跨第28页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论木结构别墅第29页,共51页，2024年2月25日，星期天3土木工程概论土木工程材料

近代土木工程材料

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30页,共51页，2024年2月25日，星期天工字钢槽钢土木工程概论3.1钢材

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。

钢 管

角 钢第31页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材H型钢C型钢Z型钢（落地钢管拱）日本咖啡屋第32页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材梁柱连接节点屋面梁安装连接节点柱子与基础第33页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材

●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。鸟巢钢结构吊装鸟巢钢结构外形初现第34页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材

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Ⅰ级（光面钢筋）、Ⅱ、Ⅲ级（螺纹钢筋）钢筋。第35页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。

1×7钢绞线

刻痕钢丝 螺旋肋钢丝第36页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材

钢筋工程剪影之一

筒仓基础钢筋 近景筒仓基础钢筋 俯瞰第37页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材钢筋工程剪影之二

地坑钢筋 像抽象派的工艺画 整齐划一的 筏板钢筋第38页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3.1钢材钢筋工程剪影之三---箱梁桥钢筋绑扎第39页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

3.2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。第40页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

●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第41页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

3.3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。

⑴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、预应力等； 按施工工艺分：泵送砼、喷射砼等。第42页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论

⑵砼强度：

结构用砼的强度等级一般为C20～C40，预应力砼一般不低于C40，C50以上称为高强砼，目前C60～C80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。

⑶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。第43页,共51页，2024年2月25日，星期天砼自动搅拌站砼运输车土木工程概论

⑷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。砼振动棒砼搅拌机砼输送泵第44页,共51页，2024年2月25日，星期天土木工程概论3土木工程结构材料

3.4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