第二章土木工程材料课件

1、问候 Regarts 同学们： 大家好 Hi! How Are YOU! 第二章第二章 土木工程材料土木工程材料 教学目的 1、了解土木工程的材料对于土木工程的重要 意义 2、认识土木工程不同时期的材料 3、了解新材料的开发方向 本章内容 2.1 2.1 传统土木工程材料传统土木工程材料 2.2 2.2 近代土木工程材料近代土木工程材料 2.3 2.3 现代土木工程材料现代土木工程材料 土木工程材料 任何土木工程建（构）筑物（包括道路、桥梁、港任何土木工程建（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口、码头、矿井、隧道等）都是用材料按一定的要求打 造成的，

2、土木工程中所使用的各种材料都统称为土木工造成的，土木工程中所使用的各种材料都统称为土木工 程材料。程材料。 长期以来人类一直在从事着土木工程材料的各类研长期以来人类一直在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。都可用作土木工程材料。 一、材料对于土木工程的重要意义 1、概念、概念 土木工程中使用的各种材料统称为土木工程材料。土木工程中使用的各种材料统称为土木工程材料。 2、材料对土木工程的重要意义、材料对土木工程的重要意义 材料对保证工程质量有重要意义 材料影响工程的造价 材料对工程技术

3、进步有促进作用 3、传统的材料开发的注重方向、传统的材料开发的注重方向 满足建筑物的承载安全 材料尺寸规格符合设计 材料的功能和使用寿命 材料对生存环境的影响 安全性、舒适性、方便性、美观性 4、材料对能源和环境的影响、材料对能源和环境的影响 材料对地球资源、能源的消耗和自然环境的影响 材料对生态平衡的影响 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 1、砖： 砌筑材料 优点：材料容易获得 、工艺简单、价廉体小易组 合 缺点： 取土毁田、能耗高、自重大、费工低效 改进方法：新型材料，如工业废料、非烧砖 规格 240mm115mm53mm 分类 工艺： 烧结砖 非烧结砖 材料：粘土砖、 页岩砖、煤

4、矸石砖 、粉煤灰砖 、 炉渣砖 、灰沙砖 有无孔眼：空心 、多孔 、实心 传统土木工程材料传统土木工程材料 砖的分类： 标准砖 多孔砖 砌块 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 2、瓦、瓦 屋面材料屋面材料 按成分分：粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、 纲丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、 玻璃钢瓦、沥青 瓦等 按形状分：平瓦、波形瓦 按优劣分 瓦是屋面材料。瓦是屋面材料。瓦瓦 瓦的照片 2.1.3 2.1.3 石石 3、石材：、石材： 基础材料、也可作砌筑材料基础材料、也可作砌筑材料 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。 优点： 强压高 ，耐磨耐久、易获得、价廉 缺点： 产地远

5、时， 不便运输和搬运。 石的种类： 1.1.毛石毛石 2.2.料石料石 3.3.饰面石材饰面石材 4.4.色石渣色石渣 石子 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 4、砂石：混凝土骨料、砂石：混凝土骨料 路基道渣路基道渣 砂：细骨料 石：粗骨料 石子分类： 碎石：5mm 加工 卵石：5mm 自然 砂分类 A 天然、人工、5mm 河沙 海沙 山沙 B 混凝土用沙： 中、粗、细 砂浆用砂：砌筑砂浆 、中砂 抹面、勾缝砂浆：细砂 砂砂 砂一般分为：天然砂和砂一般分为：天然砂和 人工砂。人工砂。 由自然条件作用（主要由自然条件作用（主要 是岩石风化）而形成

6、，粒径是岩石风化）而形成，粒径 在在5 mm5 mm以下的岩石颗粒，称以下的岩石颗粒，称 为天然砂。为天然砂。 人工砂是由岩石轧碎而人工砂是由岩石轧碎而 成，由于成本高、片状及粉成，由于成本高、片状及粉 状物多，一般不用。状物多，一般不用。 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的 平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。 黄砂 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 5、灰：、灰： 石灰、石膏、水泥（无机胶凝材料）石灰、石膏、水泥（无机胶凝材料） 胶凝材料：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成 坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度 的物质，统称胶凝材料。 石膏石膏 优点： 可

7、塑性强、凝结快、体积不收缩略有膨胀、 价廉。 缺点： 强度低、耐水性差 用途： 抹面、石膏制品 石灰石灰 优点： 原料易得、生产工艺简单 分类； 生石灰、消石灰 用途： 石灰膏、石灰砂浆、水泥砂浆掺入石灰 浆 二、早期土木工程材料二、早期土木工程材料 6、木材、木材 优点 ：大气环境下性能稳定、轻质、高强、 易加工、较好的弹性和韧性、导电导热性低、木 纹美丽。 缺点： 构造不均匀，各向异性（顺纹横纹 强度差异大）、吸湿、吸水、易湿胀干缩变形， 易燃、易腐、易虫蚀。 分类 原木、锯材、板材 影响木材强度的主要因素为含水率（一般含水率高，强度降 低），温度（温度高，强度降低），荷载作用时间（持续荷

8、载时 间长，强度下降）及木材的缺陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病 虫害等）。 木材的主要性质： 木材的性质包括物理性质和 力学性质，如含水率、热胀干缩、 密度、强度(抗拉、抗压、抗弯 和抗剪等四种强度)，其中抗拉、 抗压、抗剪强度又有顺纹和横纹 之分。顺纹和横纹强度有很大的 差别。 三、近代土木工程材料三、近代土木工程材料 （一）钢材（一）钢材 1、优点、优点 强度高、构件截面小，具光泽、华美、品质均匀致 密、具良好加工性 2、缺点、缺点 易锈蚀 3、分类、分类 线材：钢筋、钢丝 管材： 板材： 字钢型材：圆钢、角钢、工 2.2.1 钢材 型材型材 主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金

9、属门窗、钢板桩型钢等。 槽钢 钢 管 角钢 工字钢H型钢 2.2.1 2.2.1 钢材钢材 . .板材板材 主要指钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与薄板。 3.3.管材管材 主要用于桁架、塔桅等钢结构中。 4.4.金属制品金属制品 土木工程中主要使用的产品有钢丝、钢丝绳以及预应力钢丝 及钢绞线。 （二）、土木工程用钢材 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。 1.钢结构用钢材钢结构用钢材 我国钢结构用 钢材的钢类主要有 普通碳素结构钢和 低合金结构钢。 主要有Q235(A3钢)、 Q315(16Mn钢) 轻钢厂房 2.2.1 2.2.1 钢材钢材 2.钢筋混凝土用钢材 钢

10、筋混凝土用的钢材主要指钢筋。 钢筋等级： 一级钢 二级钢 三级钢 四级钢 二级钢一级钢 2.2.1 2.2.1 钢材钢材 钢筋 （三）水泥 1.水泥的定义 水泥是粉状的水水泥是粉状的水 硬性胶凝材料，加水硬性胶凝材料，加水 拌合即成塑性浆体，拌合即成塑性浆体， 能在空气中和水中凝能在空气中和水中凝 结硬化，可将其他材结硬化，可将其他材 料胶结成整，并形成料胶结成整，并形成 坚硬石材的材料坚硬石材的材料 。 袋装水泥 2.水泥的分类 （1)1)水泥按其用途及性能分为三类：水泥按其用途及性能分为三类： 通用水泥通用水泥, , 专用水泥专用水泥, , 特性水泥。特性水泥。 (2)(2)水泥按其主要水

11、硬性物质名称分为：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 组分的水泥组分的水泥。 2.2.2 2.2.2 水泥水泥 硅酸盐水泥成分：硅酸盐水泥成分： 硅酸盐水泥熟料、0%-5%石灰石或粒化高 炉矿渣、适量石膏 水泥浆体的物理现象水泥浆体的物理现象 初凝：水泥浆在常温下逐渐变稠直到开始失 去塑性。 终凝：水泥浆塑性消失开始产生强度。 凝结：水泥浆由初凝到终凝的过程。 硬化：水泥

12、浆终凝后强度增强并形成坚硬的 水泥石。 3、其他品种水泥、其他品种水泥 快硬硅酸盐水泥（快硬水泥） 3d抗压强度抗压强度表示标号的水硬性胶凝材料。 储运中防潮、施工中不与其他水泥混合。 适用于 抢修、低温、高标号 水化放热，不适合用于大体积混凝土工程。 快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥） 适用于军事、机场、桥梁、隧道等紧急过程。 水化放热 储运中防潮、施工中不与其他水泥混合。 白色硅酸盐水泥：白水泥 用于内外装修，斩假石 高铝水泥：快硬、高强、耐热、耐腐蚀 用处：工期紧急的工程 膨胀水泥： 硅酸盐水泥、石膏、膨胀剂 用于制作大口径轻水管 （四）混凝土（四）混凝土Concrete 混凝土的等级 C2

13、0 C30 C80 C200 固体混合 纤维 粒状 填充物（骨料） 人工合成 天然 无机 有机 胶凝材料 混凝土 混凝土 简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝混凝 土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振 捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。 混凝土的混凝土的发展历史发展历史 1824年Aspdin发明了 波特兰水泥（硅酸盐水 泥），以水泥作为胶凝材 料的混凝 土开始问世 1850年钢筋混凝土问世 1928年预应力混凝土问世 混凝土运输车 1、混凝

14、土的种类、混凝土的种类 0 聚合物浸渍 纤维增强 预应力 钢筋混凝土 复合材料 振动泥浆 泵送 喷射 按施工艺 耐热、耐酸、防辐射 水工 道路用 结构用 按功能 普通混凝土 轻混凝土 重混凝土 表现密度 聚合物 石膏 沥青 水泥 按胶凝材料 混凝土 3 3 3 /26001950 /1950 /2600 mkg mkg mkg 2、普通混凝土、普通混凝土 0 水 人造石硬化 砂细骨料 卵石 碎石 粗骨料 骨料 水泥 普通混凝土 - 1 1 普通混凝土普通混凝土 普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵 石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化而成的一石）、细骨料（砂）

15、和水拌合，经硬化而成的一 种人造石材。种人造石材。 砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水 泥的收缩；泥的收缩； 水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表 面并填充骨料间的空隙。面并填充骨料间的空隙。 水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土 拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在 一起，形成坚强的整体。一起，形成坚强的整体。 2.2.3 混凝土 3.3.特种混凝土特种混凝土 (1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）、 (2) 纤维增强混凝土（简称FR

16、C） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土 4、钢筋混泥凝土、钢筋混泥凝土 预应力混凝土预应力混凝土 产生预应力 张拉钢筋 混凝土 钝化保护膜 粘合力 膨胀系数 钢筋- - - 四、现代土木工程材料四、现代土木工程材料 0 （一）高强度混凝土（一）高强度混凝土 1、高强度产生的原因、高强度产生的原因 2、高强度的等级指标、高强度的等级指标 （二）高性能混凝土（二）高性能混凝土 用于高层建筑、桥梁 1、研发原则、研发原则 结构性能提高 经济成本节减 环保 2、研发目标、研发目标 保物理、力学性能好、环 可观的经济效益 优越的耐火性 良好的结构性能 低渗透性 超

17、高强度 （三）纤维混凝土（三）纤维混凝土 0 复合材料 砂浆 水泥石 水泥基料 钢纤维 人工合成材料纤维 纤维 纤维混凝土 龙适兰 西沙尔麻 植物纤维 有机纤维：合成纤维 碳纤维 矿棉 玻璃纤维 人造纤维：抗碱 天然、石棉 无机纤维 不锈钢纤维 钢纤维 金属纤维 纤维 尼龙 聚丙烯 聚乙烯 合成纤维 有机纤维 （四）绿色建材（四）绿色建材 0 ）有利于人类健康（环保 ）最小（节能、安全节能 对地球环境负荷 废料处理 使用、再循环 产品制造 原料采取 绿色材料 无毒害、无污染、无放射性无毒害、无污染、无放射性 1、绿色建材的基本特征、绿色建材的基本特征 原料：废物利用 技术：低能耗、无污染 材料

18、：无毒 产品：有益健康 功能：抗、防 产品后续利用 2、我国绿色建材的发展方向、我国绿色建材的发展方向 作业 课外检索 1 1 列举有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。列举有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。 2 2 绿色建材全面系统研发的重要意义。绿色建材全面系统研发的重要意义。 土木工程系学生建筑模型制作课程设计土木工程系学生建筑模型制作课程设计 综合教研室综合教研室李德伦李德伦 一、全院土木工程学生在土木工程概论课程内，于业余 时间制作建筑模型。 二、题材自选，工具自买、材料自备，尽可能兴废利旧。 三、制作过程，时间安排： 第6周 布置、分组，每组6人，以寝室为单位。 第7周 设计指导：人人动手设