第二章土木工程材料課件

1、問候 Regarts 同學(xué)們： 大家好 Hi! How Are YOU! 第二章第二章 土木工程材料土木工程材料 教學(xué)目的 1、了解土木工程的材料對于土木工程的重要 意義 2、認(rèn)識土木工程不同時期的材料 3、了解新材料的開發(fā)方向 本章內(nèi)容 2.1 2.1 傳統(tǒng)土木工程材料傳統(tǒng)土木工程材料 2.2 2.2 近代土木工程材料近代土木工程材料 2.3 2.3 現(xiàn)代土木工程材料現(xiàn)代土木工程材料 土木工程材料 任何土木工程建（構(gòu)）筑物（包括道路、橋梁、港任何土木工程建（構(gòu)）筑物（包括道路、橋梁、港 口、碼頭、礦井、隧道等）都是用材料按一定的要求打口、碼頭、礦井、隧道等）都是用材料按一定的要求打 造成的，

2、土木工程中所使用的各種材料都統(tǒng)稱為土木工造成的，土木工程中所使用的各種材料都統(tǒng)稱為土木工 程材料。程材料。 長期以來人類一直在從事著土木工程材料的各類研長期以來人類一直在從事著土木工程材料的各類研 究工作，并不斷開發(fā)新的材料。幾乎世界上的各種材料究工作，并不斷開發(fā)新的材料。幾乎世界上的各種材料 都可用作土木工程材料。都可用作土木工程材料。 一、材料對于土木工程的重要意義 1、概念、概念 土木工程中使用的各種材料統(tǒng)稱為土木工程材料。土木工程中使用的各種材料統(tǒng)稱為土木工程材料。 2、材料對土木工程的重要意義、材料對土木工程的重要意義 材料對保證工程質(zhì)量有重要意義 材料影響工程的造價 材料對工程技術(shù)

3、進步有促進作用 3、傳統(tǒng)的材料開發(fā)的注重方向、傳統(tǒng)的材料開發(fā)的注重方向 滿足建筑物的承載安全 材料尺寸規(guī)格符合設(shè)計 材料的功能和使用壽命 材料對生存環(huán)境的影響 安全性、舒適性、方便性、美觀性 4、材料對能源和環(huán)境的影響、材料對能源和環(huán)境的影響 材料對地球資源、能源的消耗和自然環(huán)境的影響 材料對生態(tài)平衡的影響 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 1、磚： 砌筑材料 優(yōu)點：材料容易獲得 、工藝簡單、價廉體小易組 合 缺點： 取土毀田、能耗高、自重大、費工低效 改進方法：新型材料，如工業(yè)廢料、非燒磚 規(guī)格 240mm115mm53mm 分類 工藝： 燒結(jié)磚 非燒結(jié)磚 材料：粘土磚、 頁巖磚、煤

4、矸石磚 、粉煤灰磚 、 爐渣磚 、灰沙磚 有無孔眼：空心 、多孔 、實心 傳統(tǒng)土木工程材料傳統(tǒng)土木工程材料 磚的分類： 標(biāo)準(zhǔn)磚 多孔磚 砌塊 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 2、瓦、瓦 屋面材料屋面材料 按成分分：粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、 綱絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、 玻璃鋼瓦、瀝青 瓦等 按形狀分：平瓦、波形瓦 按優(yōu)劣分 瓦是屋面材料。瓦是屋面材料。瓦瓦 瓦的照片 2.1.3 2.1.3 石石 3、石材：、石材： 基礎(chǔ)材料、也可作砌筑材料基礎(chǔ)材料、也可作砌筑材料 凡采自天然巖石，經(jīng)過加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱 為天然石材。 優(yōu)點： 強壓高 ，耐磨耐久、易獲得、價廉 缺點： 產(chǎn)地遠

5、時， 不便運輸和搬運。 石的種類： 1.1.毛石毛石 2.2.料石料石 3.3.飾面石材飾面石材 4.4.色石渣色石渣 石子 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 4、砂石：混凝土骨料、砂石：混凝土骨料 路基道渣路基道渣 砂：細(xì)骨料 石：粗骨料 石子分類： 碎石：5mm 加工 卵石：5mm 自然 砂分類 A 天然、人工、5mm 河沙 海沙 山沙 B 混凝土用沙： 中、粗、細(xì) 砂漿用砂：砌筑砂漿 、中砂 抹面、勾縫砂漿：細(xì)砂 砂砂 砂一般分為：天然砂和砂一般分為：天然砂和 人工砂。人工砂。 由自然條件作用（主要由自然條件作用（主要 是巖石風(fēng)化）而形成

6、，粒徑是巖石風(fēng)化）而形成，粒徑 在在5 mm5 mm以下的巖石顆粒，稱以下的巖石顆粒，稱 為天然砂。為天然砂。 人工砂是由巖石軋碎而人工砂是由巖石軋碎而 成，由于成本高、片狀及粉成，由于成本高、片狀及粉 狀物多，一般不用。狀物多，一般不用。 砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌显谝黄鸬?平均粗細(xì)程度。通常有粗砂、中砂、細(xì)砂之分。 黃砂 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 5、灰：、灰： 石灰、石膏、水泥（無機膠凝材料）石灰、石膏、水泥（無機膠凝材料） 膠凝材料：凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成 堅固的石狀體，并能膠結(jié)其他物料而具有一定機械強度 的物質(zhì)，統(tǒng)稱膠凝材料。 石膏石膏 優(yōu)點： 可

7、塑性強、凝結(jié)快、體積不收縮略有膨脹、 價廉。 缺點： 強度低、耐水性差 用途： 抹面、石膏制品 石灰石灰 優(yōu)點： 原料易得、生產(chǎn)工藝簡單 分類； 生石灰、消石灰 用途： 石灰膏、石灰砂漿、水泥砂漿摻入石灰 漿 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 6、木材、木材 優(yōu)點 ：大氣環(huán)境下性能穩(wěn)定、輕質(zhì)、高強、 易加工、較好的彈性和韌性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性低、木 紋美麗。 缺點： 構(gòu)造不均勻，各向異性（順紋橫紋 強度差異大）、吸濕、吸水、易濕脹干縮變形， 易燃、易腐、易蟲蝕。 分類 原木、鋸材、板材 影響木材強度的主要因素為含水率（一般含水率高，強度降 低），溫度（溫度高，強度降低），荷載作用時間（持續(xù)荷

8、載時 間長，強度下降）及木材的缺陷（木節(jié)、腐朽、裂紋、翹曲、病 蟲害等）。 木材的主要性質(zhì)： 木材的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和 力學(xué)性質(zhì)，如含水率、熱脹干縮、 密度、強度(抗拉、抗壓、抗彎 和抗剪等四種強度)，其中抗拉、 抗壓、抗剪強度又有順紋和橫紋 之分。順紋和橫紋強度有很大的 差別。 三、近代土木工程材料三、近代土木工程材料 （一）鋼材（一）鋼材 1、優(yōu)點、優(yōu)點 強度高、構(gòu)件截面小，具光澤、華美、品質(zhì)均勻致 密、具良好加工性 2、缺點、缺點 易銹蝕 3、分類、分類 線材：鋼筋、鋼絲 管材： 板材： 字鋼型材：圓鋼、角鋼、工 2.2.1 鋼材 型材型材 主要有角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、吊車軌道、金

9、屬門窗、鋼板樁型鋼等。 槽鋼 鋼 管 角鋼 工字鋼H型鋼 2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材 . .板材板材 主要指鋼結(jié)構(gòu)用鋼，建筑結(jié)構(gòu)中主要采用中厚板與薄板。 3.3.管材管材 主要用于桁架、塔桅等鋼結(jié)構(gòu)中。 4.4.金屬制品金屬制品 土木工程中主要使用的產(chǎn)品有鋼絲、鋼絲繩以及預(yù)應(yīng)力鋼絲 及鋼絞線。 （二）、土木工程用鋼材 土木工程鋼材可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用材和鋼筋混凝土 用材兩大類。 1.鋼結(jié)構(gòu)用鋼材鋼結(jié)構(gòu)用鋼材 我國鋼結(jié)構(gòu)用 鋼材的鋼類主要有 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和 低合金結(jié)構(gòu)鋼。 主要有Q235(A3鋼)、 Q315(16Mn鋼) 輕鋼廠房 2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材 2.鋼筋混凝土用鋼材 鋼

10、筋混凝土用的鋼材主要指鋼筋。 鋼筋等級： 一級鋼 二級鋼 三級鋼 四級鋼 二級鋼一級鋼 2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材 鋼筋 （三）水泥 1.水泥的定義 水泥是粉狀的水水泥是粉狀的水 硬性膠凝材料，加水硬性膠凝材料，加水 拌合即成塑性漿體，拌合即成塑性漿體， 能在空氣中和水中凝能在空氣中和水中凝 結(jié)硬化，可將其他材結(jié)硬化，可將其他材 料膠結(jié)成整，并形成料膠結(jié)成整，并形成 堅硬石材的材料堅硬石材的材料 。 袋裝水泥 2.水泥的分類 （1)1)水泥按其用途及性能分為三類：水泥按其用途及性能分為三類： 通用水泥通用水泥, , 專用水泥專用水泥, , 特性水泥。特性水泥。 (2)(2)水泥按其主要水

11、硬性物質(zhì)名稱分為：水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱分為： 硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥，磷硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥，磷 酸鹽水泥，以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要酸鹽水泥，以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要 組分的水泥組分的水泥。 2.2.2 2.2.2 水泥水泥 硅酸鹽水泥成分：硅酸鹽水泥成分： 硅酸鹽水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高 爐礦渣、適量石膏 水泥漿體的物理現(xiàn)象水泥漿體的物理現(xiàn)象 初凝：水泥漿在常溫下逐漸變稠直到開始失 去塑性。 終凝：水泥漿塑性消失開始產(chǎn)生強度。 凝結(jié)：水泥漿由初凝到終凝的過程。 硬化：水泥

12、漿終凝后強度增強并形成堅硬的 水泥石。 3、其他品種水泥、其他品種水泥 快硬硅酸鹽水泥（快硬水泥） 3d抗壓強度抗壓強度表示標(biāo)號的水硬性膠凝材料。 儲運中防潮、施工中不與其他水泥混合。 適用于 搶修、低溫、高標(biāo)號 水化放熱，不適合用于大體積混凝土工程。 快凝快硬硅酸鹽水泥（雙快水泥） 適用于軍事、機場、橋梁、隧道等緊急過程。 水化放熱 儲運中防潮、施工中不與其他水泥混合。 白色硅酸鹽水泥：白水泥 用于內(nèi)外裝修，斬假石 高鋁水泥：快硬、高強、耐熱、耐腐蝕 用處：工期緊急的工程 膨脹水泥： 硅酸鹽水泥、石膏、膨脹劑 用于制作大口徑輕水管 （四）混凝土（四）混凝土Concrete 混凝土的等級 C2

13、0 C30 C80 C200 固體混合 纖維 粒狀 填充物（骨料） 人工合成 天然 無機 有機 膠凝材料 混凝土 混凝土 簡寫砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一。簡寫砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一?；炷炷?土是由膠結(jié)材料，骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振土是由膠結(jié)材料，骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振 搗成型，在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材。搗成型，在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材。 混凝土的混凝土的發(fā)展歷史發(fā)展歷史 1824年Aspdin發(fā)明了 波特蘭水泥（硅酸鹽水 泥），以水泥作為膠凝材 料的混凝 土開始問世 1850年鋼筋混凝土問世 1928年預(yù)應(yīng)力混凝土問世 混凝土運輸車 1、混凝

14、土的種類、混凝土的種類 0 聚合物浸漬 纖維增強 預(yù)應(yīng)力 鋼筋混凝土 復(fù)合材料 振動泥漿 泵送 噴射 按施工藝 耐熱、耐酸、防輻射 水工 道路用 結(jié)構(gòu)用 按功能 普通混凝土 輕混凝土 重混凝土 表現(xiàn)密度 聚合物 石膏 瀝青 水泥 按膠凝材料 混凝土 3 3 3 /26001950 /1950 /2600 mkg mkg mkg 2、普通混凝土、普通混凝土 0 水 人造石硬化 砂細(xì)骨料 卵石 碎石 粗骨料 骨料 水泥 普通混凝土 - 1 1 普通混凝土普通混凝土 普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵 石）、細(xì)骨料（砂）和水拌合，經(jīng)硬化而成的一石）、細(xì)骨料（砂）

15、和水拌合，經(jīng)硬化而成的一 種人造石材。種人造石材。 砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水 泥的收縮；泥的收縮； 水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表水泥和水形成水泥漿，包裹在粗細(xì)骨料表 面并填充骨料間的空隙。面并填充骨料間的空隙。 水泥漿體在硬化前起潤滑作用，使混凝土水泥漿體在硬化前起潤滑作用，使混凝土 拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結(jié)在拌合物具有良好工作性能，硬化后將骨料膠結(jié)在 一起，形成堅強的整體。一起，形成堅強的整體。 2.2.3 混凝土 3.3.特種混凝土特種混凝土 (1) 輕集料混凝土（輕質(zhì)砼、輕骨料砼）、 (2) 纖維增強混凝土（簡稱FR

16、C） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾壓砼） (5) 自密實混凝土 4、鋼筋混泥凝土、鋼筋混泥凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土 產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力 張拉鋼筋 混凝土 鈍化保護膜 粘合力 膨脹系數(shù) 鋼筋- - - 四、現(xiàn)代土木工程材料四、現(xiàn)代土木工程材料 0 （一）高強度混凝土（一）高強度混凝土 1、高強度產(chǎn)生的原因、高強度產(chǎn)生的原因 2、高強度的等級指標(biāo)、高強度的等級指標(biāo) （二）高性能混凝土（二）高性能混凝土 用于高層建筑、橋梁 1、研發(fā)原則、研發(fā)原則 結(jié)構(gòu)性能提高 經(jīng)濟成本節(jié)減 環(huán)保 2、研發(fā)目標(biāo)、研發(fā)目標(biāo) 保物理、力學(xué)性能好、環(huán) 可觀的經(jīng)濟效益 優(yōu)越的耐火性 良好的結(jié)構(gòu)性能 低滲透性 超

17、高強度 （三）纖維混凝土（三）纖維混凝土 0 復(fù)合材料 砂漿 水泥石 水泥基料 鋼纖維 人工合成材料纖維 纖維 纖維混凝土 龍適蘭 西沙爾麻 植物纖維 有機纖維：合成纖維 碳纖維 礦棉 玻璃纖維 人造纖維：抗堿 天然、石棉 無機纖維 不銹鋼纖維 鋼纖維 金屬纖維 纖維 尼龍 聚丙烯 聚乙烯 合成纖維 有機纖維 （四）綠色建材（四）綠色建材 0 ）有利于人類健康（環(huán)保 ）最?。ü?jié)能、安全節(jié)能 對地球環(huán)境負(fù)荷 廢料處理 使用、再循環(huán) 產(chǎn)品制造 原料采取 綠色材料 無毒害、無污染、無放射性無毒害、無污染、無放射性 1、綠色建材的基本特征、綠色建材的基本特征 原料：廢物利用 技術(shù)：低能耗、無污染 材料

18、：無毒 產(chǎn)品：有益健康 功能：抗、防 產(chǎn)品后續(xù)利用 2、我國綠色建材的發(fā)展方向、我國綠色建材的發(fā)展方向 作業(yè) 課外檢索 1 1 列舉有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。列舉有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。 2 2 綠色建材全面系統(tǒng)研發(fā)的重要意義。綠色建材全面系統(tǒng)研發(fā)的重要意義。 土木工程系學(xué)生建筑模型制作課程設(shè)計土木工程系學(xué)生建筑模型制作課程設(shè)計 綜合教研室綜合教研室李德倫李德倫 一、全院土木工程學(xué)生在土木工程概論課程內(nèi)，于業(yè)余 時間制作建筑模型。 二、題材自選，工具自買、材料自備，盡可能興廢利舊。 三、制作過程，時間安排： 第6周 布置、分組，每組6人，以寢室為單位。 第7周 設(shè)計指導(dǎo)：人人動手設(shè)