土木工程概論

第2章2.1土木工程材料概述

2.1.1土木工程材料的發(fā)展任何土木工程建（結(jié)）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統(tǒng)稱為土木工程材料。每當(dāng)出現(xiàn)新的優(yōu)良的土木工程材料時，建筑結(jié)構(gòu)就會有飛躍式的發(fā)展。土木工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程，就是以材料為主要標(biāo)志的。建筑結(jié)構(gòu)的三次飛躍分別是磚瓦的出現(xiàn)、混凝土的興起、鋼材的大量應(yīng)用。2.1.2土木工程材料的分類土木工程材料種類繁多，可按其化學(xué)成分性質(zhì)、用途和性能等進(jìn)行分類，如下表所示。2.2早期土木工程材料

磚、瓦、砂、石和木材是最基本的建筑材料，由于其工程用量大，原料價格低，取材方便，無論是在古代，還是在近現(xiàn)代的建筑領(lǐng)域中，均處于不可替代的地位。砂、石等古老而基本的材料建成的埃及金字塔建于1056年的山西省應(yīng)縣木塔2.2.1磚—砌筑材料按生產(chǎn)工藝：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚。按所用原材料：粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等。按有無孔洞：空心磚、多孔磚和實心磚。空心磚多孔磚實心磚2.2.2瓦—屋面材料按成分：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。按鋪設(shè)位置：燒結(jié)屋面瓦和燒結(jié)配件瓦。按表面狀態(tài)：有釉瓦和無釉瓦。粘土瓦按形狀：平瓦和波形瓦。塊狀石材：毛石、料石2.2.3石按加工后的外形板狀石材散狀石材：色石渣、石子（碎石、卵石）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。

毛石也稱片石，是不成形的石料，是采石場由爆破直接獲得的形狀不規(guī)則的石塊，處于開采以后的自然狀態(tài)。毛石

料石是用毛料加工成的具有一定規(guī)格，用來砌筑建筑物用的石料。料石

板狀石材是用致密的巖石經(jīng)鑿平、鋸斷、磨光等各種加工方法制作而成的石料，如花崗石、大理石和青石板材等。花崗巖石材大理石板材材青石板材碎石、卵石石可用作骨料、裝飾飾鋪砌材料料，其中卵石石還可作為為園林、庭庭院等地面面的鋪砌材材料。碎石卵石色石渣由天然大理石石或花崗巖巖等殘碎料料加工而成，有各各種色彩，，可作人造造大理石、、水磨石、、水刷石及及其它飾面粉刷骨骨料之用。色石渣砂是組成混凝土和砂漿的主要組成成材料之一一，是土木木工程的大宗材料。根據(jù)粗細(xì)程度不不同又有粗砂、中砂、細(xì)砂之分。砂的顆粒級級配是指不不同大小顆顆粒的砂的的搭配比例例。由自然條件件作用（主主要是巖石石風(fēng)化）而而形成，粒粒徑在5mm以下的的巖石顆粒粒。由巖石軋碎碎而成，由由于成本高高、片狀及及粉狀物多多，一般不不用。人工砂：天然砂：2.2.4砂天然集料：：碎石、卵卵石、浮石石、天然砂砂等通常是指松散的材料料，在混合料料中起骨架和填充作用的粒料料。2.2.5集料人造集料：：煤渣、礦礦渣、陶粒粒、膨脹珍珍珠巖等粗集料：粒粒徑大于5mm（（以圓孔篩篩計）、粒粒徑大于2.36mm（以方方孔篩計））細(xì)集料：粒粒徑小于5mm（（以圓孔篩篩計）、粒粒徑小于2.36mm（以方方孔篩計））類型：圓材、方材材、條材、、板材等。。2.2.6木材屬于各向異異性材料，，要注意順順紋和橫紋紋方向的強強度差異很很大。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)自重小小、制作容容易、架設(shè)設(shè)簡便、工工期快、造造價便宜。。缺點：易燃、易腐腐朽、結(jié)構(gòu)構(gòu)變形較大大等。2.3近近代土木工工程材料2.3.1鋼材普通碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼按材質(zhì)分低合金結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼鋼結(jié)構(gòu)用鋼鋼：各種型型鋼、鋼板板、鋼管等等按用于不同同的工程結(jié)結(jié)構(gòu)分鋼筋混凝土土工程用鋼鋼：各種鋼鋼筋和鋼絲絲等土木工程中中應(yīng)用量最最大的金屬屬材料。(1).鋼鋼結(jié)構(gòu)用用鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼：一般結(jié)結(jié)構(gòu)鋼及工工程用熱軋軋板、管、、帶、型、、棒材。低合金結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼：在普普通碳素鋼鋼的基礎(chǔ)上上，少量添加若干合合金元素而成，在諸諸如大跨度度橋梁、大大型柱網(wǎng)構(gòu)構(gòu)架、電視視塔、大型型廳館中成成為主體結(jié)結(jié)構(gòu)材料。。碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼可軋制各各種型鋼、、鋼板、鋼鋼管與鋼筋筋槽鋼鋼管工字鋼(2).鋼鋼筋混凝凝土用鋼——鋼筋普通碳素結(jié)結(jié)構(gòu)鋼按材質(zhì)分低合金結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼按生產(chǎn)工藝藝性能和用用途分熱軋鋼筋冷加工鋼筋筋熱處理鋼筋筋碳素鋼絲刻痕鋼絲鋼絞線鋼筋在土木木工程中的的應(yīng)用(3).評評價優(yōu)點：材質(zhì)均勻、、強度高、、塑性好、、便于加工工安裝。缺點：耐火性差、、易于銹蝕蝕、維護(hù)費費用較高。。2.3.2水泥粉狀的水硬硬性膠凝材材料，即加加水拌合成成塑性漿體體，能在空空氣中和水水中凝結(jié)硬硬化，可將將其它材料料膠結(jié)成整整，并形成成堅硬石材材的材料。。袋裝水泥通用水泥按用途及性性能分專用水泥按主要水硬硬性物質(zhì)名名稱分特性水泥硅酸鹽水泥泥鋁酸鹽水泥泥硫鋁酸鹽水水泥氟鋁酸鹽水水泥磷酸鹽水泥泥以火火山山灰灰性性或或潛潛在在水水硬硬性性材材料料以以及及其其他他活活性性材材料料為為主主要要成成分分的的水水泥泥混混凝凝土土簡寫寫砼砼，，是是由由膠膠結(jié)結(jié)材材料料，，骨骨料料和和水水按按一一定定比比例例配配制制，，經(jīng)經(jīng)攪攪拌拌振振搗搗成成型型，，在在一一定定條條件件下下養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)而而成成的的人人造造石石材材，，是是當(dāng)當(dāng)代代最最主主要要的的土土木木工工程程材材料料之之一一。?；炷镣吝\運輸輸(1).普普通通混混凝凝土土由水泥泥、粗骨骨料料（碎碎石石或或卵卵石石））、、細(xì)骨骨料料（砂砂））和和水拌合合，，經(jīng)經(jīng)硬硬化化而而成成的的一一種種人造造石石材材。砂、、石石在在混混凝凝土土中中起起骨骨架架作作用用，，并并抑抑制制水水泥泥的的收收縮縮；；水水泥泥和和水水形形成成水水泥泥漿漿，，包包裹裹在在粗粗細(xì)細(xì)骨骨料料表表面面并并填填充充骨骨料料間間的的空空隙隙。。水水泥泥漿漿體體在在硬硬化化前前起起潤潤滑滑作作用用，，使使混混凝凝土土拌拌合合物物具具有有良良好好工工作作性性能能，，硬硬化化后后將將骨骨料料膠膠結(jié)結(jié)在在一一起起，，形形成成堅堅強強的的整整體體。。普通通混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)組組成成混凝凝土土的的強強度度等等級級混凝凝土土的的強強度度是是指指混混凝凝土土在在承承受受各各種種力力作作用用時時，，所所能能承承受受的的極極限限應(yīng)應(yīng)力力值值。。我我國國《《混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)范范》》規(guī)規(guī)定定的的混混凝凝土土等等級級共共十十四四個個等等級級，，為為C15、、C20、、C25、、C30、、C35、、C40、、C45、、C50、、C55、、C60、、C65、、C70、、C75、、C80。C30表表示示邊邊長長為為15cm的的混混凝凝土土立立方方體體，，在在溫溫度度20℃℃和和相相對對濕濕度度90%以以上上潮潮濕濕空空氣氣中中養(yǎng)養(yǎng)護(hù)護(hù)28天天所所測測的的強強度度為為30MPa，，其其保保證證率率為為95%。。(2).特特種種混混凝凝土土輕骨骨料料混混凝凝土土纖維維增增強強混混凝凝土土（（簡簡稱稱FRC））聚合合物物混混凝凝土土道路路混混凝凝土土（（碾碾壓壓混混凝凝土土））自密密實實混混凝凝土土(3).鋼鋼筋筋混混凝凝土土與與預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力鋼鋼筋筋混混凝凝土土(4).評評價價優(yōu)點點：：可模模性性、、耐耐久久性性、、耐耐火火性性、、整整體體性性都都好好，，易易于于就就地地取取材材，，價價格格較較低低，，強強度度比比磚磚、、石石材材都都高高，，能能與與鋼鋼筋筋粘粘結(jié)結(jié)做做成成各各種種強強度度高高的的鋼鋼筋筋砼砼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)。。缺點點：：自重重較較大大、、施施工工復(fù)復(fù)雜雜、、工工序序多多、、工工期期長長、、易易產(chǎn)產(chǎn)生生裂裂縫縫。。砂砂漿漿由膠膠凝凝材材料料、、細(xì)細(xì)骨骨料料和和水水等等材材料料按按適適當(dāng)當(dāng)比比例例配配制制而而成成。。水泥泥砂砂漿漿按膠膠凝凝材材料料不不同同石灰灰砂砂漿漿按用用途途不不同同混合合砂砂漿漿砌筑砂砂漿抹面砂砂漿防水砂砂漿其它特特種砂砂漿2.4現(xiàn)現(xiàn)代土土木工工程材材料高高強混混凝土土（highstrengthconcrete）早前一一般指指強度度等級級在C45以上上的混混凝土土。現(xiàn)現(xiàn)在一一般指指強度度等級級在C60以上的的混凝凝土。。它是是用水水泥、、砂、、石原原材料料外加加減水水劑或或同時時外加加粉煤煤灰、、礦粉粉、硅硅粉等等混合合料，，經(jīng)常常規(guī)工工藝生生產(chǎn)而而獲得得高強強的混混凝土土。目前已已應(yīng)用用在實實際工工程中中的最最高強強度的的混凝凝土為為C200。特點：：抗壓壓強度度高、、脆性性大。。特別別適用用于高高層建建筑。。高高性能能混凝凝土（（HighPerformanceConcrete）目前還還沒有有完全全統(tǒng)一一的定定義。。1990年年5月月美國國國家家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)與技技術(shù)研研究所所（NIST））與美美國混混凝土土協(xié)會會（ACI）舉舉辦研研討會會的定定義：：合乎需需求性性能及及均勻勻性性能包包括：：便于于澆搗搗、不不離析析；力力學(xué)性性能穩(wěn)穩(wěn)定；；早期期強度度高；；具有有韌性性；體體積穩(wěn)穩(wěn)定性性好；；惡劣劣環(huán)境境下壽壽命長長即HPC要要求高強度度、高流動動性、高耐久久性（簡稱稱三高高）高性能能混凝凝土的的制備備水泥、、砂、、石和和水高效減減水劑劑———降低低混凝凝土的的水膠膠比，，保證證流動動性磨細(xì)礦礦物外外加劑劑（硅硅粉、、粉煤煤灰等等）———填填充孔孔隙提提高致致密性性，提提高混混凝土土的耐耐久性性和強強度纖纖維混混凝土土（fiberreinforcedconcrete）是以水水泥凈凈漿、、砂漿漿或混混凝土土做基基材，，以非非連續(xù)續(xù)的短短纖維維或連連續(xù)的的長纖纖維做做增強強材所所組成成的水水泥基基復(fù)合合材料料的總總稱。。目前主主要有有合成成纖維維混凝凝土和和鋼纖纖維混混凝土土。鋼纖維維聚丙烯烯纖維維絕絕熱保保溫材材料將不易易傳熱熱的材材料，，即對熱流流有顯顯著阻阻抗性性的材料料或材材料復(fù)復(fù)合體體稱為為絕熱熱保溫溫材料料，是是保溫溫和隔隔熱材材料的的總稱稱。有機絕絕熱材材料石棉及及制品品礦渣棉棉及制制品巖棉及及制品品膨脹珍珍珠巖巖及制制品軟木板板泡沫塑塑料多孔混混凝土土蜂窩板板無機絕絕熱材材料吸吸聲隔隔聲材材料材料的的吸聲聲著眼眼于聲源一一側(cè)反反射聲聲能的的大小小，目標(biāo)標(biāo)是反反射聲聲能要要小。。隔聲材材料無機材材料有機材材料多孔材材料纖維材材料隔絕空空氣聲聲隔絕固固體聲聲吸聲材材料材料隔隔聲著著眼于于入射射聲源源另一一側(cè)的的透射射聲能能的大大小，，目標(biāo)