土木工程概論2土木工程材料

12023/2/1第2章土木工程材料22023/2/1

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都可用作土木工程材料。32023/2/1材料的劃分一般分為：金屬材料和非金屬材料按化學(xué)成分：無機(jī)材料與有機(jī)材料按功能分：結(jié)構(gòu)材料和功能材料按用途分：建筑結(jié)構(gòu)材料橋梁結(jié)構(gòu)材料水工結(jié)構(gòu)材料路面結(jié)構(gòu)材料建筑墻體材料建筑裝飾材料建筑防水材料建筑保溫材料結(jié)構(gòu)材料功能材料42023/2/1工程材料在土木工程中的作用

工程材料的三個要素：材料對工程質(zhì)量的保證材料對工程造價的影響材料對技術(shù)進(jìn)步的促進(jìn)。

相互依賴和相互矛盾土木工程發(fā)展要求材料數(shù)量、質(zhì)量52023/2/1膠凝材料:土木工程材料中，凡經(jīng)過一系列物理、化學(xué)作用，能將砂子、石子、磚、石塊、砌塊等其他散粒材料或塊狀材料膠結(jié)起來，從漿體變成具有一定強(qiáng)度的石狀整體的材料，統(tǒng)稱為膠凝材料。

分為：無機(jī)+有機(jī)兩大類

無機(jī)膠凝材料：石膏、石灰、水泥

——

工地上俗稱為“灰”

按硬化條件分：氣硬性、水硬性

只能在空氣中硬化的（石膏、石灰）既能在空氣中又能在水中硬化的（水泥）

有機(jī)膠凝材料：瀝青、各種樹脂62023/2/1第一節(jié)砌體材料

一、石材

經(jīng)過加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。天然石材具有很高的抗壓強(qiáng)度、良好的耐磨性、耐久性和裝飾性。天然石分重巖天然石（表觀密度大于18kN/m3）及輕巖天然石（表觀密度小于18kN/m3）。在工程中常用的重巖天然石一般有花崗巖、砂巖、石灰石等，輕巖天然石常用的為貝殼石灰?guī)r、凝灰?guī)r等。

72023/2/11．毛石毛石是采石場由爆破直接獲得的形狀不規(guī)則的石塊。毛石可用于砌筑基礎(chǔ)、堤壩、擋土墻等。82023/2/12．料石料石是由人工或機(jī)械開采出的較規(guī)則的六面體石塊。92023/2/13．飾面石材用于建筑物內(nèi)外墻面、柱面、地面、欄桿、臺階等處裝修的石材稱為飾面石材。

102023/2/1二、磚與砌塊

1．磚

按生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚；按原材料分為粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等；按有無孔洞分為實(shí)心磚、多孔磚、空心磚。

煤矸石多孔磚和頁巖多孔磚

北京等地禁止使用粘土磚112023/2/1常用的工業(yè)廢料：

粉煤灰、煤矸石等成分與粘土相近，顆粒細(xì)度不及粘土，可塑性較差，制磚時需摻入一定量的粘土或水泥，增加可塑性。燒結(jié)粉煤灰磚燒結(jié)煤矸石磚等非燒結(jié)磚

:用不適合種田的山泥、廢土、砂等，加少量水泥或石灰固結(jié)及微量外加劑和適量水混合攪拌壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)或蒸養(yǎng)而成。

非燒結(jié)磚是一種有發(fā)展前途的新型材料122023/2/12．砌塊

按砌塊特征可分為實(shí)心砌塊和空心砌塊兩種。凡平行于砌塊承重面的面積小于毛截面的75%者屬于空心砌塊，等于或大于75%者屬于實(shí)心砌塊，空心砌塊的空心率一般為30%～50%。

132023/2/11）

普通混凝土小型空心砌塊

主規(guī)格為390mm×190mm×190mm

142023/2/12）加氣混凝土砌塊152023/2/1三、瓦（屋面材料）種類按所用材料粘土瓦、石棉水泥瓦、水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦等按形狀平瓦、波形瓦根據(jù)尺寸偏差優(yōu)等品、一等品和合格品外觀質(zhì)量分為或物理力學(xué)性能一等品和合格品162023/2/1砂是組成混凝土和砂漿的主要組成材料之一，是土木工程的大宗材料。根據(jù)粗細(xì)程度不同又有粗砂、中砂、細(xì)砂之分。四、砂由自然條件作用（主要是巖石風(fēng)化）而形成，粒徑在5mm以下的巖石顆粒。由巖石軋碎而成，由于成本高、片狀及粉狀物多，一般不用。人工砂：天然砂：172023/2/1石材或磚用砂漿砌筑成的構(gòu)件(墻、柱等)稱砌體。

亂毛石砌體磚砌體空斗墻配筋砌體結(jié)構(gòu)

五、砌體182023/2/1192023/2/1一、水泥1．水泥的性質(zhì)

（1）水泥：是水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結(jié)硬化，可將其他材料膠結(jié)成整體，并形成堅(jiān)硬石材的材料。

（2）初凝：水泥為干粉狀物，加適量的水并拌合后便形成可塑性的水泥漿體，水泥漿體在常溫下會逐漸變稠直到開始失去塑性，這一現(xiàn)象稱為水泥的初凝；（3）終凝：隨著塑性的消失,水泥漿體開始產(chǎn)生強(qiáng)度，此時稱為水泥的終凝；第二節(jié)混凝土與鋼材、木材一起并稱為土木工程的三大基礎(chǔ)材料202023/2/1（4）凝結(jié)：水泥漿體由初凝到終凝的過程。（5）硬化：水泥漿體終凝后，其強(qiáng)度會隨著時間的延長不斷增長，并形成堅(jiān)硬的水泥石，這一過程稱為水泥的硬化。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。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。212023/2/1二、混凝土（砼）簡寫砼，是當(dāng)代最主要的土木工程材料之一。混凝土是由膠結(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(hù)而成的人造石材。

強(qiáng)度：混凝土的強(qiáng)度等級一般為：222023/2/11.按表觀密度不同分（1）重混凝土（2）普通混凝土（3）輕混凝土2.按使用功能不同分（1）結(jié)構(gòu)用混凝土（2）道路混凝土（3）水工混凝土（4）耐熱混凝土（5）耐酸混凝土（6）防輻射混凝土等232023/2/13.按施工工藝不同分（1）噴射混凝土（2）泵送混凝土（3）振動灌漿混凝土等4.為了克服混凝土抗拉強(qiáng)度低的缺陷，將水泥混凝土與其他材料復(fù)合，出現(xiàn)了（1）鋼筋混凝土（2）預(yù)應(yīng)力混凝土（3）各種纖維增強(qiáng)混凝土（4）聚合物浸漬混凝土等242023/2/1

砼抗拉強(qiáng)度低，與鋼筋粘結(jié)組成鋼筋砼結(jié)構(gòu)。252023/2/1

評價：優(yōu)點(diǎn)：耐久性、耐火性、整體性都好，易于就地取材，價格較低，強(qiáng)度比磚、石材都高，能與鋼筋粘結(jié)做成各種強(qiáng)度高的鋼筋砼結(jié)構(gòu)；缺點(diǎn)：自重較大、施工復(fù)雜、工序多、工期長、易產(chǎn)生裂縫。262023/2/1三、混凝土外加劑按照外加劑功能分類：1.改善混凝土拌和物流變性能的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等；2.調(diào)節(jié)混凝土凝結(jié)時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強(qiáng)劑和速凝劑等；3.改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻鈣劑等；4.改善混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑和泵送劑等。272023/2/1四、混凝土摻合料1.粉煤灰：煤粉爐排出的煙氣中收集到的細(xì)粉末。粉煤灰可以增強(qiáng)混凝土拌合物的和易性，降低水化熱。2.硅粉：生產(chǎn)硅鈦合金或硅鋼排出的煙氣中收集到的細(xì)粉末。可以改善混凝土拌合物的粘聚性與保水性，提高混凝土強(qiáng)度，提高密實(shí)度，提高耐久性能。3.沸石粉：天然沸石巖磨細(xì)而成。可以改善混凝土拌合物的和易性。沸石粉與高效減水劑配合使用，可提高混凝土強(qiáng)度。282023/2/1土木工程結(jié)構(gòu)材料：主要有

鋼材、混凝土、砌體、木材四大類。

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

A．碳素結(jié)構(gòu)鋼一般結(jié)構(gòu)鋼及工程用熱軋板、管、帶、型材。

B．低合金結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼一般是在普通碳素鋼的基礎(chǔ)上，少量添加若干合金元素而成，在諸如大跨度橋梁、電視塔中成為主體結(jié)構(gòu)材料。第三節(jié)鋼材292023/2/1熱軋型鋼常用的有等邊和不等邊的角鋼、槽鋼、工字鋼、T型鋼、H型鋼、L型鋼等。

302023/2/1冷彎薄壁型鋼采用1.5~6mm厚的鋼板經(jīng)冷彎和輥壓成型的型材采用0.4~1.6mm的薄鋼板經(jīng)輥壓成型的壓型鋼板截面形式和尺寸均按受力特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)充分利用鋼材強(qiáng)度、節(jié)約鋼材，國內(nèi)外廣泛應(yīng)用輕于鋼結(jié)構(gòu)312023/2/1

（2）鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用的鋼材主要指鋼筋，鋼筋是土木工程中使用最多的鋼材品種之一。322023/2/1

線材（鋼筋、鋼絲等）在工程中的應(yīng)用332023/2/1342023/2/1鋼筋連接

鋼筋連接有搭接、焊接、機(jī)械連接。焊接有對頭焊接、搭接焊接、幫條焊接、電渣壓力焊機(jī)械連接有直螺紋接頭、錐螺紋接頭。

鋼筋的焊接

鋼筋的直螺紋接頭

鋼筋的錐螺紋接頭

352023/2/1

評價：材質(zhì)均勻、強(qiáng)度高、塑性好、便于加工安裝；缺點(diǎn)是耐火性差，易于銹蝕，維護(hù)費(fèi)用較高。362023/2/1一、木材

1．木材分類木材是由樹木加工而成的，樹木分為針葉樹和闊葉樹兩大類。針葉樹樹干通直而高大，木質(zhì)較軟易于加工，故又稱軟木材。常用樹種有松樹等。闊葉樹樹干通直部分一般較短，材質(zhì)較硬，較難加工故稱硬木材。常用樹種有榆木等。第四節(jié)其他材料372023/2/1楠木是一種極高檔之木材，其色淺橙黃略灰，紋理淡雅文靜，質(zhì)地溫潤柔和，無收縮性，遇雨有陣陣幽香。南方諸省均產(chǎn)，唯四川產(chǎn)為最好。楠木不腐不蛀有幽香，皇家藏書樓，金漆寶座，室內(nèi)裝修等多為楠木制作。如文淵閣、樂壽堂、太和殿、長陵等重要建筑都有楠木裝修及家具，并常與紫檀配合使用。382023/2/1楠木（金絲楠）392023/2/1楠木（金絲楠）402023/2/1楠木（金絲楠）412023/2/12.木材強(qiáng)度木材順紋強(qiáng)度

(作用力方向與纖維方向平行)

>>木材橫紋強(qiáng)度

(作用力方向與纖維方向垂直）影響木材強(qiáng)度的主要因素

含水率(一般含水率高，強(qiáng)度降低)

溫度(溫度高，強(qiáng)度降低)

荷載作用時間(持續(xù)荷載時間長，強(qiáng)度下降)

木材缺陷(木節(jié)、腐朽、裂紋、病蟲害等)

422023/2/13．木材的綜合利用人造板材是利用木材或含有一定纖維量的其他作物作原料，采用一般物理和化學(xué)方法加工而成的。常用的人造板材有：膠合板,纖維板,刨花板。

應(yīng)用特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)自重小、制作容易，架設(shè)簡便，工期快，造價便宜；但易燃、易腐朽，結(jié)構(gòu)變形較大等。432023/2/1442023/2/1二、玻璃和陶瓷制品

1.玻璃已廣泛地應(yīng)用于建筑物，它有采光和防護(hù)的功能，是良好的吸聲、隔熱及裝飾材料。常用玻璃材料品種：平板玻璃；裝飾玻璃；安全玻璃；防輻射玻璃；玻璃磚。452023/2/1隔斷2.陶瓷是由適當(dāng)成分的粘土經(jīng)成型、燒結(jié)而成的較密實(shí)材料。常用陶瓷材料品種：陶瓷錦磚(馬賽克)；陶瓷墻地磚；陶瓷釉面磚；衛(wèi)生陶瓷。

462023/2/1三、塑料和塑料制品

塑料是以有機(jī)高分子化合物為基本材料，加入各種改性添加劑后，在一定的溫度和壓力下塑制而成的材料。

可作為塑料模板、管材、板材、門窗、壁紙、地毯、器皿、絕緣材料、裝飾材料、防水及保溫材料等。

塑料模殼成品和施工現(xiàn)場

472023/2/1四、吸聲材料1.無機(jī)材料水泥蛭石板、石膏砂漿(摻水泥玻璃纖維)、水泥膨脹珍珠巖板、水泥砂漿等2.有機(jī)材料軟木板、木絲板、穿孔五夾板、三夾板、木質(zhì)纖維板3.多孔材料泡沫玻璃、泡沫水泥、吸聲蜂窩板、泡沫塑料等

482023/2/1五、防腐涂料和材