《土木工程概论》课件-第3讲土木工程材料-

1、土木工程概论,第3讲 土木工程材料 1 土木工程材料的分类及性质 2 土木工程材料简述 3 土木工程结构材料,土木工程概论,教学要求】了解土木工程材料的分类及应用概况， 了解大宗地方材料的性能及应用，了解结构材料的特性， 了解材料工业的发展及展望。 【教学重点】各类土木工程材料的分类；地方大宗 材料的性能及应用；四类结构材料的特性。 【教学难点】四类结构材料的特性,第3讲 土木工程材料,土木工程概论,任何土木工程建（构）筑物（包括道路、 桥梁、港口、码头、矿井、隧道等）都是用 材料按一定的要求打造成的，土木工程中所 使用的各种材料统称为土木工程材料。 它将直接影响建（构）筑物的性能、功能、寿

2、命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、 方便性、舒适性,前言,共52页 第1页,土木工程概论,前言,土木工程的发展与材料的数量、质量之间存在着相 互依赖和相互矛盾的关系。长期以来人类一直从事着土 木工程材料的各类研究工作，并不断开发新的材料。几 乎世界上的各种材料都可用作土木工程材料。 材料在土木工程中的三大作用： 保证工程质量； 影响工程造价； 促进工程技术进步,共52页 第2页,土木工程概论,1 土木工程材料的分类及性质,1.1,材 料 分 类,按材料组成分类： 非 无机材料 金 属,材 料 金 属 材 料,有机材料 黑色金属 有色金属,砂、石、砖、瓦、水泥、 石灰、混凝土、砂浆、

3、无机纤维、玻璃,木材、沥青、油漆、有 机纤维、塑料 生铁、铸铁、碳素钢、 合金钢 铝、铅、铜、锌、锡等 及其合金,第3讲 土木工程材料,共52页 第3页,土木工程概论,土 木 工 程 材 料,承重材料,围护材料 装饰材料 胶结材料,1.2 按材料的作用分类： 承受各种作用力，主要有,钢材、混凝土、木材、石材、 砖、砌块等,1 土木工程材料的分类及性质,保持空间和通道使用功能， 主要有：砖、砌块、轻质混 凝土、保温材料等 创造优美和舒适环境，主要 有：石材、玻璃、油漆、木 材、墙地面饰面材料等 水泥、石灰、石膏、沥青 共52页 第4页,土木工程概论,1.3 按材料的用途分类,1 土木工程材料的分

4、类及性质,建筑结构材料,桥梁结构材料,路面结构材料,水工结构材料,建筑墙体材料,建筑防水材料,建筑装饰材料,建筑保温材料,结构材料,功能材料,共52页 第5页,土木工程概论,材 料 性 质,物理性质,1.4 土木工程材料的性质 密度、含水率、吸水,性、透水性、导热性、 耐火性、收缩膨胀等,力学性质 耐久性,强度、变形、弹性、 塑性、韧性等 抗渗性、抗冻性、耐腐 蚀性、耐热性、耐磨性、 耐光性、耐溶蚀性等,1 土木工程材料的分类及性质,共52页 第6页,土木工程概论,第3讲 土木工程材料,2 土木工程材料简述 2.1 砖：砌筑材料 砖是一种常用的砌筑材料，历史攸久，有“秦砖汉瓦”之称。 制砖的原

5、料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于组 合，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。至今仍广泛地用 于墙体、基础、柱等砌筑工程中。 按生产工艺分：烧结砖 和非烧结砖； 按所用原材料分：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉 煤灰砖、炉渣砖 和灰砂砖 等； 按有无孔洞分：空心砖、多孔砖 和实心砖,共52页 第7页,土木工程概论,2.1 砖,传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大，施工 生产中劳动强度高、工效低，国家已明令禁止在建筑物中 使用粘土实心砖。 烧结空心砖,粘土烧结实心砖,烧结多孔砖,共52页 第8页,土木工程概论,煤矸石页岩 烧结砖,利用粉煤灰、煤矸石、页岩和工业废渣制砖，是三废

6、利用、变废为宝的有效途径,2.1 砖,炉渣砖 粉煤灰蒸压砖 蒸压灰砂砖 共52页 第9页,土木工程概论,近年来国内外都在研制非烧结砖。加入少量水泥或石灰作 固结剂及微量外加剂和适量水，混合、搅拌、压制成型，自然养 护或蒸养一定时间即成。 墙体材料改革的方向是：煤矸石页岩烧结砖、粉煤 灰砖、炉渣砖、灰砂砖、混凝土空心砌块、加气混凝土 砌块 等,石膏空心砌块,混 凝 土,空 心 砌 块,2.1 砖,加气混凝土砌块 共52页 第10页,土木工程概论,2.2 瓦：屋面材料 传统的中国瓦，一般指小青瓦和机制平瓦。以粘土为主要原 料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。粘土瓦的生产工艺 与粘土砖相似，但对

7、粘土的质量要求较高，粘土瓦只能应用于较 大坡度的屋面。由于材质脆、自重大、片小，施工效率低等缺 点，在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降,2 土木工程材料简述,机 制 平 瓦,小 青 瓦 共52页 第11页,土木工程概论,目前，瓦的种类较多，有水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝 网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等； 按形状分有平瓦和波形瓦两类,水泥瓦,石棉水泥瓦 玻 璃 钢 瓦,2.2 瓦,共52页 第12页,土木工程概论,毛石（片石,料石 饰面石材 色石渣 石子,2.3 石,凡采自天然岩石， 经过加工或未经加工的 石材，统称为天然石材,天然石材具有很高的,抗压强度，良好的耐磨性 和耐久性，经加工

8、后表面 美观富于装饰性，资源分 布广蕴藏量丰富，便于就 地取材，生产成本低等优 点，是古今土木工程中修,建城垣、桥梁、房屋、道 路及水利工程的主要材料。 是现代土木工程的主要装 饰材料之一,2 土木工程材料简述,共52页 第13页,土木工程概论,毛石挡土墙,羌 族 的,乱 毛 石 建 筑,2.3 石,2.3.1 毛石： 也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规整的石块。毛 石又分为乱毛石和平毛石。平毛石是形状虽不规则，但有两个平面 大致平行的石块，可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等；乱毛石是形 状不规则、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石块,共52页 第14页,土木工程概论,2.3.2 料石

9、： 由人工或机械开采出、较规则的 六面体石块，再略经凿琢而成。按表 面加工的平整程度分为毛料石、粗料 石、半细料石和细料石四种。料石一 般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗 岩加工而成。 料 石 建 筑,2.3 石,汉 白 玉 桥 梁 粗 料 石 桥 梁 粗 料 石 堆 场 共52页 第15页,土木工程概论,用于建筑物内外墙面、柱面、地面、 栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面 石材。饰面石材从岩石种类分主要有大 理石和花岗岩两大类。 五彩缤纷的大理石、花岗岩,2.3.3,饰面石材,2.3 石,共52页 第16页,土木工程概论,板岩,剁 斧 石,火 烧 石,机 刨 石,2.3 石,共52页 第17页

10、,土木工程概论,蘑 菇 石 板 材 蘑菇石装饰墙面效果,2.3 石,共52页 第18页,土木工程概论,文 化 石,2.3 石,网 粘 石 共52页 第19页,土木工程概论,不 同 颜 色 的 色 石 渣,镜 面 水 磨 石 地 面,2.3.4 色石渣： 色石渣也称色石子，是由天然大理石、 白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选 加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、 水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物 面层的装饰工程,2.3 石,共52页 第20页,土木工程概论,2.3 石,2.3.5 石子： 粒径大于 5mm 的岩石颗粒，分碎石 和卵石。在混凝土组成材料中，石子为粗 骨料，也常用作路桥工

11、程、铁路工程的路 基道碴等。 湖北清江水布娅电站砂石加工系统 碎石 卵石,共52页 第21页,土木工程概论,天然砂： 由自然条件作用（主要是岩石风化）而 形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒。 2.4 砂 人工砂： 由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及 粉状物多，一般不用。 天然砂可分为河砂、 海砂和山砂。山砂含泥量 较高、质量较差，海砂含 盐成较多，对混凝土、砂 浆质量有影响，河较为洁 净，应用较为广泛,2.3 石,共52页 第22页,土木工程概论,砂是组成混凝土和砂浆的主要组成 材料之一，是土木工程的大宗材料。根 据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂 之分。土木工程常用的是中、粗砂,2.3 石,人

12、 工 砂 石 骨 料 系 统,砂 石 筛 分,共52页 第23页,土木工程概论,2 土木工程材料简述,2.5 石灰 包括石灰和石膏，属无机胶凝 材料。土木工程中用胶凝材料将散 粒材料（砂、石子）或块状材料 （砖、石块）粘结为一个整体,石灰是在土木工程中使用 较早的矿物胶凝材料之一。石 灰石的主要成分是碳酸钙，将 石灰石煅烧，碳酸钙将分解成 为生石灰,袋装生石灰粉 块灰(团灰,共52页 第24页,土木工程概论,2.5 石灰,块灰（又称团灰），须在工 地设置洗灰池，经水淋、过滤、 沉淀后得到熟化后的石灰膏，俗 称“洗灰”。工地常用的是袋 装生石灰粉。 洗灰池,土木工程中使用最多的 石膏品种是建筑石

13、膏，建筑 石膏的应用很广，除用于室 内抹面、粉刷外，更主要的 用途是制成各种石膏制品,石膏制品 罗马柱,石膏制品 角线,共52页 第25页,土木工程概论,2.6 水泥 是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆 体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成 整体，并形成坚硬石材的材料 。 水泥按其用途及性能分为三类： 通用水泥、专用水泥、特性水泥。 水泥按其主要水硬性物质名称分为： 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸 盐水泥、磷酸盐水泥、以火山灰性或潜在水硬性材料以 及其他活性材料为主要组分的水泥,2 土木工程材料简述,共52页 第26页,土木工程概论,2.6 水泥,土木工程中的

14、常用水泥品种： 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质 硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。 水泥生产工艺： 干法工艺(全面推广)、回转窑工艺(限制工艺)、立窑工艺(质 量不稳定、污染大，属淘汰工艺)。 海螺水泥的干法生产线,共52页 第27页,土木工程概论,2.7 沥青、沥青制品与防水材料 沥青、沥青制品：应用于道路工程、防水材料（房屋建 筑）、防腐材料,2 土木工程材料简述,沥青砼路面摊铺,沥 青 拌 合 站 管 道 防 腐 共52页 第28页,土木工程概论,防水材料：主要有沥青类、高聚合物改性沥青类、橡胶 类、合成高分子类的防水卷材、涂料等。 防水材料 及施工,2

15、.7 沥青、沥青制品及防水材料,共52页 第29页,土木工程概论,2.8 玻璃 具有采光和防护功能，是良好的吸声、 隔热及装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻 璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻 璃纤维,防砸、防侵害的特种玻璃,央 视 新 址 全 面 安 装,玻 璃 幕 墙,2 土木工程材料简述,共52页 第30页,土木工程概论,巴 黎 卢 浮 宫 玻 璃 金 字 塔,2.8 玻璃,共52页 第31页,土木工程概论,2.9 陶瓷制品 由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料，主要品种 有：陶瓷锦砖、陶瓷墙地砖、陶瓷 釉面砖、卫生陶瓷。 瓷 砖 世 界 高 级 地 砖 地 面 陶瓷锦砖（马赛

16、克,2 土木工程材料简述,共52页 第32页,土木工程概论,3,土木工程结构材料,主要有钢材、砼、砌体、木材四大类。 3.1 钢材 钢材具有良好的加工性能，可铸造、锻压、焊接、铆,接和切割，便于装配。土木工程钢材可划分为钢结构用材,和钢筋混凝土用材 两大类,3.1.1 钢结构用钢材 A碳素结构钢 一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材,第3讲 土木工程材料,共52页 第33页,土木工程概论,B低合金结构钢 普通低合金结构钢一般是在 普通碳素钢的基础上，少量添加 若干合金元素而成，在诸如大跨 度桥梁、大型柱网构架、电视塔、 大型厅馆中成为主体结构材料,3.1 钢材,工 字 钢,槽 钢,钢 管

17、,角 钢 共52页 第34页,土木工程概论,日 本 咖 啡 屋,落 地 钢 管 拱,3.1 钢材,H型钢,C型钢,Z型钢,共52页 第35页,土木工程概论,梁 柱 连 接 节 点,柱 子 与 基 础,连 接 节 点,3.1 钢材,屋 面 梁 安 装,共52页 第36页,土木工程概论,鸟巢钢结构吊装,鸟巢钢结构外形初现,评价： 材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装；缺点是 耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高,3.1 钢材,共52页 第37页,土木工程概论,3.1.2 钢筋： 钢筋是指可浇筑在混凝土内做成各种钢筋混凝土构件的线材， 钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。 常用钢筋分为钢筋、钢丝和

18、钢绞线三类： 用于钢筋混凝土构件的是热轧钢筋，俗称级（光面钢筋）、 、级（螺纹钢筋）钢筋,3.1 钢材,共52页 第38页,土木工程概论,用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。 17钢绞线 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝,3.1 钢材,共52页 第39页,土木工程概论,钢筋工程剪影之一 筒仓基础钢筋 近景 筒仓基础钢筋 俯瞰,3.1 钢材,共52页 第40页,土木工程概论,钢筋工程剪影之二 地坑钢筋 像抽象派的工艺画 整齐划一的 筏板钢筋,3.1 钢材,共52页 第41页,土木工程概论,钢筋工程剪影之三-箱梁桥钢筋绑扎,3.1 钢材,共52页 第42页,土木工程概论,3.2 混凝土（砼） 砼的定

19、义 ：由胶结料（水泥）、骨料（砂、石）、 水和外加剂按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条 件下养护而形成的一种人造石。 砼的分类 按材料分：水泥砼、沥青砼、聚合物砼； 按密度分：重砼、普通砼、轻砼； 按功能分：结构砼、道路砼、水工砼、耐热砼等； 按施工工艺分：泵送砼、喷射砼等,3.2 混凝土,共52页 第43页,土木工程概论,砼强度： 结构用砼的强度等级一般为C20C40，预应力砼一 般不低于C40，C50以上称为高强砼，目前C60C80高强 砼已大量应用于结构之中。由于砼的抗拉强度很低，砼结 构多是由砼和钢筋粘结组成钢筋砼结构。 外加剂： 在砼拌和物中掺入不超过水泥重量的5%、能使砼按

20、要求改变性质的物质称为砼外加剂。 如：减水剂、引气剂、 早强剂、缓凝剂、速凝剂、抗冻剂等,3.2 混凝土,共52页 第44页,土木工程概论,砼 自 动 搅 拌 站 砼 运 输 车,砼 输 送 泵,砼 搅 拌 机,砼 振 动 棒,砼结构的评价 优点：具有耐久性、耐火性、整 体性，可塑性好、节约钢材，可就地 取材。 缺点：自重大、抗裂性差、现场 浇筑受季节性气候条件的限制、补强 修复较困难,3.2 混凝土,共52页 第45页,土木工程概论,砼运输浇筑施工集锦,砼泵车进行 箱梁浇筑,桥 墩,砼 浇 筑,3.2 混凝土,共52页 第46页,土木工程概论,3.3 砌体 概念：由石材、粘土、砼、工业废料等材料做 成的块材和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的 砂浆，叠合粘结而成的复合材料。 类型：石砌体、实（空）心砖砌体、中小砼砌 块砌体、硅酸盐砌块砌体等,3 土木工程结构材料,共52页 第47页,土木工程概论,评价 易于就地取材、价格低、施 工简便、隔热保温及耐火性、耐 久性好，但强度低、自重一般较 大，且粘土砖与农田争地，应限 制使用。 加 气 砼 砌 块 墙 体,砼 空 心 砌 块 墙 体,3.3 砌体,共52页