【大學(xué)】土木工程概論 土木工程材料

1、土木工程概論土木工程概論第二章 土木工程材料本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.1 傳統(tǒng)土木工程材料2.2 近代土木工程材料 2.3 現(xiàn)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（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。長(zhǎng)期以來(lái)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都可用作土木工程材料。2.1 傳統(tǒng)土木工程材料 2.1.1 磚磚的分類：標(biāo)準(zhǔn)磚多孔磚砌塊瓦是屋面材料。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（包括頁(yè)巖、煤矸以粘土（包

2、括頁(yè)巖、煤矸石等粉料）為主要原料，石等粉料）為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒而制成。粘土瓦的和焙燒而制成。粘土瓦的生產(chǎn)工藝與粘土磚相似，生產(chǎn)工藝與粘土磚相似，但對(duì)粘土的質(zhì)量要求較高，但對(duì)粘土的質(zhì)量要求較高，如含雜質(zhì)少，塑性高，泥如含雜質(zhì)少，塑性高，泥料均化程度高等。中國(guó)目料均化程度高等。中國(guó)目前生產(chǎn)的粘土瓦有小青瓦、前生產(chǎn)的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦。脊瓦和平瓦。 l 粘土瓦只能應(yīng)用于較大坡度的屋面。由于材質(zhì)脆、自重大、片小，施工效率低，且需要大量木材等缺點(diǎn)，在現(xiàn)代建筑屋面材料中的比例已逐漸下降。l 瓦是屋面材料。由于建筑工業(yè)的發(fā)展，對(duì)屋面材料也提出了新的發(fā)展要求

3、。目前，瓦的種類較多，按成分分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦等；按形狀分有平瓦和波形瓦兩類。2.1.3 石 凡采自天然巖石，經(jīng)過(guò)加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。石的種類：1、毛石2、料石3、飾面石材4、色石渣 石子 由于天然石材具有很高的抗壓強(qiáng)度，良好的耐磨性和耐久性，經(jīng)加工后表面美觀富于裝飾性，資源分布廣蘊(yùn)藏量豐富，便于就地取材，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，是古今土木工程中修建城垣、橋梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。天然石材經(jīng)加工后具有良好的裝飾性，是現(xiàn)代土木工程的主要裝飾材料之一。l 毛石：也稱片石，是采石場(chǎng)由爆破直接獲得的形狀不規(guī)石也可用作毛石

4、混凝土的骨料。根據(jù)平整程度又將其分為亂毛石和平毛石兩類。毛石可用于砌筑基礎(chǔ)、堤壩、擋土墻等，亂毛鑿琢而成。l 料石：由人工或機(jī)械開采出的較規(guī)則的六面體石塊，再略經(jīng)劃的石塊。根據(jù)表面加工的平整程度分為毛料石、粗料石、半細(xì)料石和細(xì)料石四種。料石一般由致密均勻的砂巖、石灰?guī)r、花崗巖加工而成。l 飾面石材：用于建筑物內(nèi)外墻面、柱面、地面、欄桿、臺(tái)階等處裝修用的石材稱為飾面石材。飾面石材從巖石種類分主要有大理石和花崗巖兩大類。 l 色石渣：色石渣也稱色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花崗巖等石材經(jīng)破碎篩選加工而成，作為骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石等建筑物面層的裝飾工程。

5、l 石子：粒徑大于 5mm的巖石顆粒，分碎石和卵石。在混凝土組成材料中，石子為粗骨料，也常用作路橋工程、鐵路工程的路基道碴等。法國(guó)凡爾賽宮法國(guó)凡爾賽宮16611689年建造，占地面積達(dá)100多萬(wàn)平方米，其中建筑面積為11萬(wàn)平方米，宮殿中建筑物的墻體以及外部的地面全部使用石材建成。2.1.4 砂砂一般分為：天然砂和人工砂。由自然條件作用（主要是巖石風(fēng)化）而形成，粒徑在5 mm以下的巖石顆粒，稱為天然砂。人工砂是由巖石軋碎而成，由于成本高、片狀及粉狀物多，一般不用。 砂的粗細(xì)程度是指不同粒徑的砂?；旌显谝黄鸬钠骄旨?xì)程度。通常有粗砂、中砂、細(xì)砂之分。黃砂2.1.5 灰u 灰灰灰是指石灰和石膏，是無(wú)

6、機(jī)膠凝材料。灰是指石灰和石膏，是無(wú)機(jī)膠凝材料。土木工程中用土木工程中用膠凝材料將散粒材料（如砂和石子）或塊狀材料（如磚和膠凝材料將散粒材料（如砂和石子）或塊狀材料（如磚和石塊）粘結(jié)為一個(gè)整體。石塊）粘結(jié)為一個(gè)整體。土木工程中使用最多的石膏品種是建筑石膏，建筑石膏的應(yīng)用很廣，除用于室內(nèi)抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各種石膏制品。石灰是在土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸鈣，將石灰石煅燒，碳酸鈣將分解成為生石灰。2.1.6 木材影響木材強(qiáng)度的主要因素為含水率（一般含水率高，強(qiáng)度降低），溫度（溫度高，強(qiáng)度降低），荷載作用時(shí)間（持續(xù)荷載時(shí)間長(zhǎng)，強(qiáng)度下降）及木材的缺陷（木節(jié)、

7、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(qiáng)度(抗拉、抗壓、抗彎和抗剪等四種強(qiáng)度)，其中抗拉、抗壓、抗剪強(qiáng)度又有順紋和橫紋之分。順紋和橫紋強(qiáng)度有很大的差別。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?！傲狭稀奔刺斓?、東南西北之意，即天地、東南西北之意，以顯示其廣闊的含義。六和塔位以顯示其廣闊的含義。六和塔位于杭州西湖南面，錢塘江畔北岸，于杭州西湖南面，錢塘江畔北岸，月輪山上。六和塔，外觀八面十月輪山上。六和塔，外觀八面十三層，內(nèi)分七級(jí)（合佛教三層，內(nèi)分七級(jí)（合佛教“救人救人一命，勝造七級(jí)浮屠一命，

8、勝造七級(jí)浮屠”之意）。之意）。高五十九點(diǎn)八九米，占地八百八高五十九點(diǎn)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 鋼材一、鋼材的分類一、鋼材的分類 建筑鋼材的產(chǎn)品種類一般分為型材、板材、管材和金屬制品四類。2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材1 1、型材、型材 主要有角鋼、工字鋼、槽鋼、方鋼、吊車軌道、金屬門窗、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2 2、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)

9、應(yīng)力鋼絲及鋼絞線。二、土木工程用鋼材二、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(guó)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 2、鋼筋混凝土用鋼材、鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用的鋼材主要指鋼筋。鋼筋等級(jí)：一級(jí)鋼二級(jí)鋼三級(jí)鋼四級(jí)鋼二級(jí)鋼一級(jí)鋼2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材鋼筋2.2.1 2.2.1 鋼材鋼材2.2.2 2.2.2 水泥水泥1、水泥的定義、水泥的定義 水泥是粉狀的水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結(jié)

10、硬化，可將其它材料膠結(jié)成整，并形成堅(jiān)硬石材的材料 。袋裝水泥2 2、水泥的定義和分類、水泥的定義和分類(1)水泥按其用途及性能分為三類：通用水泥, 專用水泥, 特性水泥。(2)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。2.2.2 2.2.2 水泥水泥2.2.3 混凝土一、一、混凝土混凝土 簡(jiǎn)寫砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一?；炷潦怯赡z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(hù)而成的人造石材。 二、發(fā)展歷史二、發(fā)展歷史 1824年Aspdin發(fā)明了波特蘭水

11、泥（硅酸鹽水泥），以水泥作為膠凝材料的混凝土開始問(wèn)世 1850年鋼筋混凝土問(wèn)世 1928年預(yù)應(yīng)力混凝土問(wèn)世混凝土運(yùn)輸車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）、細(xì)骨料（砂）和水拌合，經(jīng)硬化而成的一種人造石材。(2)砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收縮； 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。水泥漿體在硬化前起潤(rùn)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)在一起，形成堅(jiān)強(qiáng)的整體。 三、混凝土的種類三、混凝土的種類2.2.3 混凝土2.2.3 混凝土2 2、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）、

12、(2) 纖維增強(qiáng)混凝土（簡(jiǎn)稱FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾壓砼） (5) 自密實(shí)混凝土 2.2.3 混凝土3 3、鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土、鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土 鋼筋混凝土是指配置鋼筋的混凝土。 鋼筋骨架鋼筋骨架2.2.3 鋼筋混凝土的由來(lái) 鋼筋混凝土源于法國(guó)。法國(guó)花匠蒙尼亞經(jīng)常要移植溫室中花盆中的花，一不小心就會(huì)把花盆打碎，他先用木盆代替，但木盆比瓦盆貴。當(dāng)時(shí)，水泥已得到了應(yīng)用，蒙尼亞便用水泥來(lái)作花盆，雖然水泥花盆比瓦盆堅(jiān)硬，但仍易碰裂?；ㄅ杷こ闪怂槠?，花根四周的土卻僅僅包成一團(tuán)?！班蓿』镜母悼v橫交錯(cuò)，把松軟的泥土牢牢地連在了一起！他從這件事上得到啟發(fā)

13、，1868 年的一天，蒙尼亞終于想出一個(gè)好辦法：在水泥花盆的外面纏上幾道鐵箍用以加固。為了花盆美觀，他又在那些鐵箍外面涂上一層水泥，硬結(jié)后，發(fā)現(xiàn)這種花盆特別堅(jiān)固，不易碎裂。后來(lái)蒙尼亞又用鐵絲作骨架，然后在鐵絲骨架外面抹上水泥，硬結(jié)后就成了堅(jiān)固的美觀的花盆。根據(jù)這種花盆的構(gòu)造，便誕生了鋼筋混凝土。 1872年，世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑在美國(guó)紐約落成，人類建筑史上一個(gè)嶄新的紀(jì)元從此開始。 目前中國(guó)鋼筋砼應(yīng)用最多的國(guó)家，數(shù)據(jù)顯示，2005年的鋼筋砼用量達(dá)億噸，占世界總產(chǎn)量48%。鋼筋與混凝土能共同工作的原因鋼筋與混凝土能共同工作的原因1.兩種材料有近似相同的線膨脹系數(shù)；兩種材料有近似相同的線膨

14、脹系數(shù)；2.鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力；鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)力；3.混凝土中提供的堿性環(huán)境，在鋼筋表面形混凝土中提供的堿性環(huán)境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護(hù)膜，使鋼筋在中性與酸成了一層鈍化保護(hù)膜，使鋼筋在中性與酸性環(huán)境下更不易腐爛。性環(huán)境下更不易腐爛。2.2.3 混凝土 預(yù)應(yīng)力混凝土一般指預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。它是通過(guò)張拉鋼筋產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn)預(yù)應(yīng)力混凝土的優(yōu)點(diǎn) 可以提高制品或構(gòu)件的抗拉能力，可以提高制品或構(gòu)件的抗拉能力，防止或推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，因而防止或推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，因而能使制品或構(gòu)件的抗裂度、剛度、耐能使制品或構(gòu)件的抗裂度、剛度、耐久性都大大提高，減輕自重，

15、節(jié)約材久性都大大提高，減輕自重，節(jié)約材料。料。 混凝土強(qiáng)度：混凝土的強(qiáng)度混凝土的強(qiáng)度等級(jí)一般為：等級(jí)一般為：4020CC如何測(cè)定？如何測(cè)定？2.3 現(xiàn)代土木工程材料 2.3.1 瀝青、瀝青制品與其他防水材料 地瀝青（包括天然地瀝青和石油地瀝青） 焦油瀝青（包括煤瀝青、木瀝青、頁(yè)巖瀝青等） 瀝青復(fù)合胎柔性防水卷材u 瀝青、瀝青制品與其他防水材料瀝青、瀝青制品與其他防水材料 瀝青、瀝青制品：應(yīng)用于道路工程、防水材料（房屋建筑）、防腐材料。 防水材料：瀝青類、高聚合物改性瀝青、橡膠、合成高分子。玻璃、陶瓷制品 玻璃：具有采光和防護(hù)功能，是良好的吸聲、隔熱玻璃：具有采光和防護(hù)功能，是良好的吸聲、隔熱及

16、裝飾材料。又分為平板玻璃、裝飾玻璃、安全玻璃、及裝飾材料。又分為平板玻璃、裝飾玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃磚、玻璃纖維。新型建筑玻璃、玻璃磚、玻璃纖維。 陶瓷：由適當(dāng)成分的粘土經(jīng)成型及燒結(jié)而成的較密陶瓷：由適當(dāng)成分的粘土經(jīng)成型及燒結(jié)而成的較密實(shí)材料，主要品種有：陶瓷錦磚（馬賽克）、陶瓷墻實(shí)材料，主要品種有：陶瓷錦磚（馬賽克）、陶瓷墻地磚、陶瓷釉面磚、衛(wèi)生陶瓷。地磚、陶瓷釉面磚、衛(wèi)生陶瓷。2.3 現(xiàn)代土木工程材料2.3.3 2.3.3 高強(qiáng)度混凝土高強(qiáng)度混凝土1.定義：是指強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上的混凝土。2.目前，在實(shí)際工程中應(yīng)用的最高強(qiáng)度的混凝土為活性粉摻和料混凝土，強(qiáng)度為C200。2.3.4 2.3.4 高性能混凝土高性能混凝土1.定義：高性能混凝土是一種能符合特殊性能綜合與均勻性要求的混凝土，此種混凝土往往不能用常規(guī)的混凝土組分材料和通常的攪拌、洗搗和養(yǎng)護(hù)的習(xí)慣做法所獲得。2.目前，對(duì)高性能混凝土的研究主要在強(qiáng)調(diào)環(huán)保的基礎(chǔ)上，現(xiàn)已研究出防輻射、防磁混凝土，導(dǎo)電混凝土，超耐磨混凝土等。2.3 現(xiàn)代