第二讲 土木工程材料及制品

1、第二讲土木工程材料与制品第二讲土木工程材料与制品本讲主要内容本讲主要内容一、传统土木工程材料一、传统土木工程材料二、近代土木工程材料二、近代土木工程材料三、现代土木工程材料三、现代土木工程材料简述简述材料在土木工程中的作用材料在土木工程中的作用材料对保证土木工程质量的作用材料对保证土木工程质量的作用材料对工程造价的影响材料对工程造价的影响1. 材料对土木工程技术的影响材料对土木工程技术的影响 工程实践表明，工程质量的优劣通常与所采用材料的优劣及使用是否合理有直接关系。国内外土木工程的重大质量事故大多与材料的质量不良有关。因此，在土木工程建设中要获得质量可靠的工程，就必须准确熟练的掌握有关材料的

2、知识，能够正确的选择和使用有关材料。 在一般土木工程的总造价中，与材料有关的费用通常占百分之五十以上。在实际工程建设过程中，在满足相同技术指标和质量要求的前提下，选择不同的材料可能对工程的工程成本影响很大；相同的材料采用不同的使用方法也可能产生不同的经济效果。工程实际中只有通过合理选择、使用、管理材料，才能最大限度地获得经济效益。土木工程建设中通过降低材料损耗的方法来控制成本，这也是工程技术人员通常采用的方法。 在土木工程建设中，工程的设计方法、施工方法都与材料密切相关。通常，采用不同的材料就决定了工程的施工工艺和施工方法。从土木工程和土木工程技术发展的历史来看，材料性能的变化往往是变革工程建

3、造方法的基础，是决定土木工程结构设计形式和施工方法的主要因素。 每当出现新的建筑材料时，土木工程就有飞每当出现新的建筑材料时，土木工程就有飞跃式的发展。跃式的发展。 土木工程的三次飞跃发展是：土木工程的三次飞跃发展是：砖瓦的出现砖瓦的出现钢材的大量运用钢材的大量运用混凝土的兴起。混凝土的兴起。 材料的划分材料的划分 一般分为：金属材料和非金属材料一般分为：金属材料和非金属材料 按化学成分：无机（矿物质）与有机按化学成分：无机（矿物质）与有机 按功能分：结构材料和功能材料按功能分：结构材料和功能材料 按用途分：建筑结构材料；桥梁结构材料；按用途分：建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构材料；路面结

4、构材料；水工结构材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑防水材料；建筑保温材料等。建筑防水材料；建筑保温材料等。按化学成分分为：按化学成分分为：无机无机材料材料 金属金属材料材料 黑色金属（铁、钢）、有色黑色金属（铁、钢）、有色金属（铝、铜及合金等）金属（铝、铜及合金等） 非金非金属材属材料料 天然石材（砂、石及各种岩天然石材（砂、石及各种岩石加工成的石材），烧土制石加工成的石材），烧土制品（砖、瓦、陶瓷），玻璃品（砖、瓦、陶瓷），玻璃胶凝材料（石灰、石膏、水胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥），混凝土、砂玻璃、水泥），混凝土、砂浆浆 有机有机材料材料

5、植物材料植物材料 木材、竹材木材、竹材等等 沥青材料沥青材料 石油沥青、石油沥青、煤沥青及其煤沥青及其制品制品 高分子材料高分子材料 塑料、涂料、塑料、涂料、胶粘剂胶粘剂 复合复合材料材料 钢筋混凝土、聚合物混凝土、钢筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃钢、纸面或纤维石膏板玻璃钢、纸面或纤维石膏板 一传统土木工程材料一传统土木工程材料1 1、砖、砖2 2、瓦、瓦3 3、砂、砂4 4、石、石5 5、灰、灰6 6、木材、木材 1 1、砖、砖砖是一种常用的砌筑材料。砖是一种常用的砌筑材料。 优点：制砖的原料容易取得优点：制砖的原料容易取得 生产工艺比较简单生产工艺比较简单 价格低、体积小便于组合价格低、体积

6、小便于组合 粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。 缺点：生产传统粘土砖毁田取土量大缺点：生产传统粘土砖毁田取土量大 能耗高、砖自重大能耗高、砖自重大 施工生产中劳动强度高、工效低施工生产中劳动强度高、工效低那么拿什么来取代它呢？你有什么好办法？那么拿什么来取代它呢？你有什么好办法？ 砖的分类砖的分类 按生产工艺：烧结砖和非烧结砖按生产工艺：烧结砖和非烧结砖 按所用原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、按所用原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等 按有无孔洞：空心砖、多孔砖和实心砖按有无孔洞：空心砖、多孔砖和

7、实心砖 4 4、石、石优点：抗压强度高 耐磨性好 耐久性好 便于就地取材 生产成本低缺点：抗拉强度低 自重大（1 1）毛石）毛石 毛石也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等，乱毛石也可用作毛石混凝土的骨料。 （2 2）料石）料石 料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据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。 料石主要用于基础、勒脚、墙体等部位 （3 3）饰面石材）饰面石材 用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆

8、、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。 花岗岩属岩浆岩，主要化学成分为 和 。耐酸性强，不抗火。 大理岩属变质岩。纯大理岩为白色，俗称汉白玉。抗压强度高、硬度不大、抗风化性差。大理岩不宜做城市内建筑的外部装饰，因为城市内空气常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸，再变成硫酸，与大理石中的碳酸钙起反应，生成易溶于水的石膏，使大理石表面失去光泽，变得粗糙而多孔，失去装饰效果。 2SiO32OAl天安门前的华表（汉白玉）故宫太和殿室外装饰室内装饰花岗岩饰材（4 4）石子）石子 石子：碎石和卵石，粒径大于5mm的岩石颗粒， 5 5、灰、灰 灰是指石灰和石膏。石灰

9、和石膏是无机胶凝材料，土木工程中用胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结为一个整体。 那什么是胶凝材料？ 胶凝材料是指在物理、化学作用下，能将散粒或块状材料粘结成整体的材料，又称胶结材料 （1 1）石膏）石膏 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏。建筑石膏性质：凝结、硬化快；空隙率大，强度较低，表观密度小导热性小，吸声性强硬化时体积有微膨胀耐水性差，抗冻性差抗火性较好-石膏制品成分 ，遇火时其结晶水蒸发，吸收热量，表面生成无水石膏为良好的热绝缘体 建筑石膏的应用很广，主要用于室内装饰、绝热保温、吸音等。如做成石膏抹面灰浆、装饰制品、纸面石膏板、空心石膏条板、装饰石膏板等

10、OHCaSO242石膏生产石膏使用（2 2）石灰）石灰 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。生石灰加水，消解为熟石灰或称消石灰，这过程叫熟化（或消化）石灰的性质与应用性质： 石灰熟化时形成很细的胶体分散状的氢氧化钙，表面吸附一层厚水膜，可显著改善砂浆的可塑性（易和性）； 只能在空气中硬化，硬化速度较慢，硬化后强度不高； 耐水性差，受潮石灰会溶解，强度降低，在水中会溃散； 硬化时体积显著收缩，故不宜单独使用，常掺砂等，避免产生收缩裂缝应用： 石灰在建筑业中主要用来配制各种砂浆，如砌筑用的混合砂浆，抹面砂浆。以及作基础垫层和

11、路基的石灰土和三合土。也可配成石灰乳液，作涂料粉刷内墙6 6、木材、木材木材的优点： 轻质高强 易于加工（如锯、刨、钻等） 有较高的弹性和韧性 能承受冲击和振动作用 导电和导热性能低 木纹美丽 装饰性好木材的缺点： 如构造不均匀，各向异性 易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形 易燃、易腐（1 1）木材的分类）木材的分类 木材分为针叶树和阔叶树两大类。 针叶树树干通直而高大，易得大材，纹理平顺，材质均匀，木质较软而易于加工，故又称软木材。常用树种有松、杉、柏等。 阔叶树树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工，故又名硬木材。常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。 （2 2）木材的构造）木材的构造

12、 树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。 边材、心材边材、心材 在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。心材含水量较少，不易翘曲变形，抗蚀性较强；外面部分颜色较浅，称为边材。边材含水量高，易干燥，也易被湿润，所以容易翘曲变形，抗蚀性也不如心材。 春材、夏材 春天生长的木质色浅、质软，称为春材；夏秋两季生长的木质色深、质硬，称夏材（晚材）。相同的树种，年轮越密越均匀，树质越好。夏材部分越多，强度越高。 髓心、髓线 第一年轮组成的初生木质部分称为髓心（树心）。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为髓线。髓心材质松软，强度低，易腐朽开裂。髓线与周围细胞联结软弱，在干燥过程中

13、，木材易沿髓线开裂。 （3）顺纹、横纹 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。木材各种强度的关系见表。 抗压 抗 拉 抗弯 抗剪 顺纹 横纹 顺纹 横纹顺纹横纹11/101/3 23 1/201/3 1.52 1/71/3 1/21 二 近代土木工程材料1、钢材2、水泥3、混凝土钢材 钢的分类 建筑钢材的主要力学性能 建筑钢材的种类和选用钢的分类 按化学成分分类 碳素钢-成分中除含有铁和碳外，还含有硅、锰、硫、磷、氧、氮等。其中硫、磷、氧、氮为有害杂质。 合金

14、钢-指在炼钢过程中，有意加入一种或多种能改善钢材性能的合金元素而制得的钢种。 按冶炼时脱氧程度分类 沸腾钢-脱氧不完全的钢，代号为“F”组织不够致密，成份不均匀，质量差，但成本低。广泛用于一般建筑工程 镇静钢-指脱氧完全的钢，代号为“Z”。质量好但成本高，适用于预应力混凝土等重要结构工程。 半镇静钢（b）；特殊镇静钢（TZ） 按有害杂质含量分类 按钢中有害杂质硫、磷的含量多少分为：普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。建筑钢材的主要力学性能 抗拉性能 冷弯性能 冲击韧性 耐疲劳性建筑钢材的种类和选用 钢结构用钢材 碳素结构钢、低合金结构钢、型钢和钢板 钢筋砼用钢筋 热轧钢筋-分为光圆钢筋和带

15、肋钢筋型材型材 工字钢工字钢 角钢角钢 槽钢槽钢 管材管材 主要用于桁架、塔桅等钢结构中主要用于桁架、塔桅等钢结构中钢管钢管 2 2、水泥、水泥 水泥的定义与分类水泥的定义与分类 硅酸盐水泥硅酸盐水泥 特种水泥特种水泥 水泥的定义与分类水泥的定义与分类 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，并形成坚硬石材的材料。水泥不但大量应用于土木工程，还广泛用于工业、农业和国防体建设等工程。 我国建筑工程中目前通用的水泥有：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特性水泥各种水泥的特点 普通硅酸盐水泥

16、 与硅酸盐水泥相比，早期硬化速度稍慢，3d强度稍低，抗冻性、耐磨性稍差。 矿渣硅酸盐水泥 凝结、硬化速度较慢；抗海水、硫酸盐腐蚀能力较强；耐热性较好；需水量较大，干缩性较大；抗冻性、抗渗性较差。 火山灰质硅酸盐水泥 水化热较小，宜用于大体积混凝土工程；抗渗性好；需水量大、收缩大、抗冻性差。 粉煤灰硅酸盐水泥 硬化慢、水化热较小；干缩性小，抗裂性较高；耐硫酸盐腐蚀能力较强；抗冻性差特种水泥特种水泥 快硬硅酸盐水泥 应用于：早强要求高的工程、抢修工程、冬季施工、预应力混凝土构件 白色水泥 应用于建筑物外表面的装饰工程 高铝水泥 特点：强度高且增长快，但长期强度有下降趋势；水化热大，且放热速度快；抗

17、渗性好；抗硫酸盐侵蚀性好；耐热性好；耐碱性差 膨胀水泥 主要用于配置防水砂浆、防水混凝土和补偿收缩混凝土；构件、管子的接头；结构的修补3、混凝土、混凝土普通混凝土主要技术性质普通混凝土主要技术性质 和易性：包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性 混凝土强度：包括抗压、抗拉、抗弯等 变形：化学收缩、干湿变形、温度变形和在荷载作用下的变形 耐久性：抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力 三现代土木工程材料三现代土木工程材料沥青、沥青制品与其他防水材料沥青、沥青制品与其他防水材料 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 防水材料防水卷材、防水涂料、刚性防水材料、密封材料玻璃、陶瓷制品玻璃、陶瓷制品 玻璃平板玻璃、镀膜玻璃、中空玻璃、夹层玻璃（安全玻璃）、纳米自洁净玻璃 陶瓷陶制、炻质、瓷质釉料陶瓷锦砖（马赛克）、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷塑料及制品塑料及制品应用于： 塑料门窗 塑料管材门窗类型优点缺点木门窗加工制作简单导热系数低绝缘性好造价低廉易燃易腐蚀、变形油漆、维护费用高密封性差、资源有限钢门窗强度高、不易变形断面细小、采光面大导热系数大、保温差密封性差、绝缘性差易锈蚀、维护费高生产能耗高铝门窗装饰性好、密封性好