第3章 土木工程建筑材料.ppt

第3章土木工程建筑材料 3 1常用建筑材料的基本性质3 2粘土砖瓦3 3胶凝材料3 4混凝土与砂浆3 5建筑钢材与钢筋混凝土3 6木材3 7建筑塑料3 8沥青防水材料3 9保温材料3 10建筑材料图例 3 1常用建筑材料的基本性质 常用建筑材料的基本性质是指建筑实体或建筑施工中所采用的各种材料 在使用过程中表现出来的一系列普遍共性 也是主要的和最基本的性质 归纳起来可分为物理性质 力学性质和耐久性等方面 3 1 1建筑材料的物理性质3 1 2建筑材料的力学性质3 1 3建筑材料的耐久性3 1 4建筑材料的组成与结构 3 1 1建筑材料的物理性质 常用建筑材料的基本性质是指建筑实体或建筑施工中所采用的各种材料 在使用过程中表现出来的一系列普遍共性 也是主要的和最基本的性质 归纳起来可分为物理性质 力学性质和耐久性等方面 3 1 1 1与质量有关的物理性质3 1 1 2与水有关的物理性质3 1 1 3与热工有关的物理性质 3 1 1 1与质量有关的物理性质 1 密度 2 表观密度 3 堆积密度 4 孔隙率 密实度 5 空隙率 填充率 3 1 1 2与水有关的物理性质 1 材料的亲水性和憎水性材料在空气中与水接触时能被水润湿的性质称为亲水性 材料在空气中与水接触时不能被水润湿的性质称为疏水性或憎水性 2 材料的吸水性和吸湿性材料在浸水状态下吸收水分的能力 称为吸水性 吸湿性是指材料吸收空气中水分的能力 3 耐水性材料长期在饱和水的作用下 不产生破坏 而且强度也不显著降低的性质 称为耐水性 4 抗渗性在压力水的作用下 材料抵抗水渗透的性能 称为材料的抗渗性 5 抗冻性抗冻性是指材料在吸水饱和状态下 能经受多次冻融循环作用而不破坏 而强度又不显著降低的性质 3 1 1 3与热工有关的物理性质 1 材料的导热性 2 材料的热容 3 1 2建筑材料的力学性质 3 1 2 1材料的强度3 1 2 2材料的变形3 1 2 3材料的脆性和韧性3 1 2 4材料的硬度与耐磨性 3 1 3建筑材料的耐久性 建筑材料的耐久性是指材料在长期使用过程中 抵抗周围各种介质的侵蚀 且长久地保持材料原有性能而不变质 不破坏的能力 3 1 3 1侵蚀作用主要类型3 1 3 2提高材料耐久性在一定的环境条件下 合理选择材料和正确施工 改善材料的使用条件 减轻外界作用对材料的影响 采取表面保护措施 或使用耐腐蚀材料 可以提高材料的耐久性 3 1 3 1侵蚀作用主要类型 影响材料长期使用的破坏因素往往是复杂多样的 可概括为物理作用 化学作用 生物作用等破坏 物理作用主要有干湿交替所引起的收缩与膨胀 温度变化所引起的开裂破坏 冻融变化所引起的脱落胀裂等 如木材的干缩湿胀现象 寒冷地区混凝土冻融破坏现象等 化学作用主要是指材料受到酸 碱 盐等物质的水溶液或有害气体的侵蚀作用 使材料的组成与成分发生质的变化而被破坏 如钢材的锈蚀等 生物作用主要是指材料受到虫蛀或微生物菌类的腐蚀作用而引起的破坏 对材料耐久性的评定 可根据某些指标将材料划分为若干等级 如混凝土的抗渗等级 抗冻等级等 3 1 4建筑材料的组成与结构 3 1 4 1材料的组成3 1 4 2材料的结构3 1 4 3材料的组成 结构对材料性质的影响 3 1 4 1材料的组成 建筑材料的组成通常是指其化学成分和矿物成分 材料的组成既决定着材料的化学性质 也决定着材料的物理力学性质 当材料与某些介质接触时 在一定条件下 它们会按照化学变化规律发生作用 如钢材的锈蚀 混凝土的碳化等 所以在工程中选用建筑材料时 要考虑到材料的组成 才能达到预期效果 3 1 4 2材料的结构 建筑材料的结构是指包括从原子结构到宏观结构各个层次的构造状况 材料的结构是决定材料物理力学性能的重要因素 1 材料的微观结构微观结构是指物质的分子 原子 离子层次的结构 材料按照微观结构可以分为晶体 玻璃体和胶体 2 材料的宏观结构宏观结构是指用肉眼或放大镜能够分辨的材料的粗大组织 在建筑材料中也称为构造 3 1 4 3材料的组成 结构对材料性质的影响 材料的组成直接影响着材料的性能 材料组成中的某些成分的改变 会对材料某项性质引起较大改变 而对另一些性质虽然也有影响 但却不明显 材料的结构对材料性质的影响主要表现在材料的物理力学性质上 材料在微观结构上的差异影响到材料的强度 硬度 熔点 变形 导热性等性质 材料在宏观结构上的差异 同样影响着材料的性质 3 2粘土砖瓦 砖瓦是建筑工程墙体屋面的常用传统建筑材料 其原料可以就地取材 生产方便 价格低廉 使用灵活 并具有强度较高 耐久性及防火性能较好的特点 但烧制砖瓦需要耗用大量粘土 毁占农田 3 2 1普通粘土实心砖3 2 2黏土空心空心砖与黏土多孔砖3 2 3其他砌墙材料3 2 4瓦 3 3胶凝材料 工程中用来将砂子 石子等散粒材料或砖 板等块片状材料胶结成整体的材料 称为胶凝材料 胶凝材料按材料的组成 分为两大类 有机胶凝材料 如沥青 树脂等 与无机胶凝材料 如石灰 水泥等 无机胶凝材料则按照硬化条件分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料 气硬性胶凝材料只能在空气中硬化 也只能在空气中保持或继续发展其强度 水硬性胶凝材料则不仅能在空气中 而且能更好地在水中硬化 保持并发展其强度 3 3 1石膏3 3 2石灰3 3 3水玻璃3 3 4水泥 3 4混凝土与砂浆 混凝土与砂浆都是由胶凝材料与骨料和水按一定比例配制而成的 二者不同之处是混凝土含有粗骨料而砂浆不含粗骨料 3 4 1普通混凝土3 4 1 1混凝土的原料及生产3 4 1 2混凝土的主要技术性质3 4 2其他品种的混凝土3 4 3建筑砂浆 3 4 1 2混凝土的主要技术性质 混凝土的主要技术性质有 与施工条件相适应的和易性 混凝土在未凝结之前称为混凝土拌合物 拌合物的和易性直接影响着混凝土的搅拌 运输 浇筑 捣实等施工操作及混凝土的质量均匀 成型密实的性能 混凝土的力学性质 混凝土拌合物凝结硬化后 用力学性质来判断混凝土的质量 即应满足混凝土设计强度的要求和混凝土体积变形的要求 混凝土的耐久性 混凝土除了在强度上保证建筑物 构筑物 安全地承受荷载外 还应满足在各种环境介质中具有经久耐用的性能 混凝土强度等级 3 5建筑钢材与钢筋混凝土 土木工程中用钢多以钢筋混凝土结构为主 如各种类型的钢筋混凝土贮水池 尽管自重大 但可节省大量钢材 并克服钢结构易锈蚀和维护费用大的缺点 3 5 1建筑钢材3 5 2钢筋混凝土与预应力混凝土3 5 2 1普通钢筋混凝土3 5 2 2预应力混凝土 3 5 2 1普通钢筋混凝土 在混凝土构件中的受拉部分 放人钢筋 称为钢筋混凝土构件 由钢筋承担拉力 混凝土承担压力 二者分工负责 钢筋混凝土的优点很多 坚固 耐久 耐火 抗震能力强 在建筑工程上用途甚广 常用它制作基础 柱 梁 屋架 屋面板 楼板 楼梯等 钢筋混凝土构件的构造和施工方法 现以过梁为例进行说明 图3 2 图3 3 普通钢筋混凝土构件的制作 按施工方法可分为现浇的和预制的两种 其施工程序都是 支模板 绑钢筋 浇筑混凝土 养护 拆模板 图3 2钢筋混凝土梁的钢筋骨架 图3 3钢筋混凝土梁结构 3 5 2 2预应力混凝土 预应力混凝土是由高强钢筋与强度等级在C30以上的混凝土做成的 预应力就是在构件制作时 预先给混凝土施加的一种压力 使混凝土产生预压应力 这个混凝土的预压应力实际上是由给钢筋施加拉力时所产生的 图3 4预应力混凝土构件制作顺序示意图混凝土的预压应力的作用在于 当构件承受外力荷载后 在构件的受拉区内的混凝土由于事先已被压缩 因此当钢筋拉伸的最初阶段 钢筋并未受到拉力 由预压应力抵消了 待外力荷载继续增大 钢筋又进一步被拉伸时 混凝土才开始受到拉力 这样与非预应力钢筋混凝土相比 推迟了混凝土出现裂缝的时间 充分发挥强度较高钢筋的抗拉能力 因此预应力混凝土在土木工程中已被广泛应用 图3 4预应力混凝土构件制作顺序示意图 3 6木材 木材用于土木工程已有悠久历史 是人类使用最早的建筑材料之一 目前仍是重要的建筑材料 工程中 无论是承重构件的屋架 粱 建筑配件的门窗 墙裙 暖气罩 以及施工时使用的脚手架 模板等 都可以用木材制作 木材与水泥 钢材并列称为建筑三大材料 用于建筑工程的树种主要有针叶栩与阔叶树两大类 木材也存在一些缺点 构造不均匀 各向异性 吸湿后 物理力学性能改变火 易腐朽 易虫蛀 易燃烧 3 7建筑塑料 用于土木工程中的塑料建材具有以下特点 1 优良的加工性能 2 具有多种功能 3 轻质性 4 装饰性能塑料建材还存在着易老化 耐热性差以及防火性能差等缺点 尽管通过适当的配方技术和加工技术可以得到改进 但使用中仍应特别注意 3 8沥青防水材料 沥青是多种碳氢化合物与氧 硫 氮等非金属衍生物的混合物 在常温下呈固体 半固体或粘性液体 沥青材料具有良好的防水性能和粘结力 故在屋顶和地下室都常用它作为防水材料 常用的沥青有石油沥青和煤沥青 它们的制品主要有防水卷材 3 8 1石油沥青3 8 2煤沥青3 8 3沥青玛碲脂3 8 4改性沥青3 8 5油纸和油毡 3 9保温材料 保温材料是指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体 材料的保温性能是以它的导热系数来衡量的 导热系数越小 则通过材料传送的热量越少 保温隔热性能就越好 保温材料以质轻 多孔 吸湿性小 不易腐烂的无机物为最佳 现将几种常用的保温材料介绍如下 3 9 1纤维状保温材料3 9 2粒状保温材料3 9 3多孔状保温材料 3 10建筑材料图例