第3章_土木工程中的材料

1、第二章 土木工程材料工程材料（发展）工程材料（发展）土木工程（发展）土木工程（发展） 对能源和环境是否带来对能源和环境是否带来负面影响？负面影响？承载安全、尺寸规模、功能承载安全、尺寸规模、功能和使用寿命；安全性、舒适和使用寿命；安全性、舒适性、方便性和美观性的要求性、方便性和美观性的要求20世纪后半期内 容传统土木工程材料近代土木工程材料现代土木工程材料 工程材料是房屋的物质基工程材料是房屋的物质基础础; 由它构成的房屋构件会受由它构成的房屋构件会受到各种作用。到各种作用。1. 材料的材料的拉伸拉伸和和压缩压缩 拉伸拉伸 材料在荷载作用下材料在荷载作用下的的力学性能：力学性能：1P截面面积截

2、面面积AH1HHHHAPl11,拉应力拉应力拉应变拉应变maxPAPllmaxmax.拉杆拉杆 压缩压缩压杆Apcryyamax.构件被压曲 构件材料受拉被拉断，受压被压构件材料受拉被拉断，受压被压屈，在工程中是屈，在工程中是不允许不允许的。因此学习的。因此学习研究材料的强度非常重要。研究材料的强度非常重要。强度：强度：结构材料承受荷载的极限能力结构材料承受荷载的极限能力。2 结构材料的弹结构材料的弹性和塑性性和塑性 弹性弹性11p 结构材料承受荷载其形结构材料承受荷载其形状会改变，状会改变，移去荷载，恢复移去荷载，恢复原状。原状。 当结构材料荷载承受更大荷载时，当结构材料荷载承受更大荷载时，

3、移去荷载，移去荷载，有残余变形有残余变形，变形不能恢，变形不能恢复原状。复原状。 塑性塑性 不同的结构材料弹、塑性是不同的。不同的结构材料弹、塑性是不同的。 有些材料称为有些材料称为塑性材料塑性材料，如钢材、混凝土等，如钢材、混凝土等，这类材料有较好的塑性，破坏前有明显预兆；反这类材料有较好的塑性，破坏前有明显预兆；反之称为之称为脆性材料脆性材料如石材、玻璃等。如石材、玻璃等。工程材料分类（按化学成分） 山东省聊城市-熬头矶山东省聊城市古砖长沙明朝大型砖石古墓砖长 城故宫 生产工艺：烧结砖、非烧结砖 原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖 空心砖、多孔砖和实心砖砌体砌体 概

4、念：由石材、粘土、混凝概念：由石材、粘土、混凝土、工业废料等材料做成的土、工业废料等材料做成的块材和水泥、石灰膏等胶凝块材和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的浆，叠合粘结而成的复合材复合材料料。 类型类型石砌体石砌体实（空）砖砌体、实（空）砖砌体、中小混凝土块砌体等中小混凝土块砌体等 评价评价优点：优点：易于就地取材，价格低廉，施工易于就地取材，价格低廉，施工简便，隔热保温性能及耐火耐久性好；简便，隔热保温性能及耐火耐久性好；缺点：缺点：强度低、自重大，施工量大，工强度低、自重大，施工量大，工程质量问题多。实心粘土砖与农争田，程质量问题多。实心

5、粘土砖与农争田，破坏生态。破坏生态。1 砌体材料砌体材料共共80页页 第第3页页共共80页页 第第4页页1.2 砌块砌块1.2 砌块砌块共共80页页 第第5页页 1.2 砌块砌块共共80页页 第第6页页瓦 成分：粘土瓦、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 形状：平瓦、波纹瓦 尺寸偏差，外观质量和物理力学性能：优等品、一等品和合格品瓦脊瓦、阴沟瓦小波型瓦、大波型瓦宁波普陀岛-黄墙青瓦水泥瓦屋面石棉瓦玻璃钢瓦玻璃钢瓦屋面沥青瓦 抗压强度高、良好的耐磨性和耐久性，资源丰富，便于就地取材，生产成本低，经加工后具有良好的装饰性。欧洲最大的皇宫凡尔赛宫（16611689年建，占

6、地100多万m2，建筑面积11万m2）凡尔赛宫的花园石拱顶横锁石拱顶横锁石细部细部拱顶细部拱顶细部拱圈拱圈 毛石：毛石：也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石块。不规划的石块。 料石：料石：人工或机械开采出的较规则的六面体石块，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。再略经凿琢而成。 饰面石材：饰面石材：经加工用于建筑物内外墙面、柱面、地经加工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。面、栏杆、台阶等处装修用的石材。 石子：石子：用作混凝土粗骨料或路基、桩基填渣。石子用作混凝土粗骨料或路基、桩基填渣。石子分碎石和卵

7、石，粒径大于分碎石和卵石，粒径大于5mm 石的种类毛石料石古墓 建筑用料石砌筑的门拱饰面石材花岗石板材大理石板材饰面石材色石渣人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石石子卵石碎石分类：水刷石、斩假石、干粘石、假面砖水刷石墙面施工工序： 清理基层湿润墙面设置标筋抹底层砂浆抹中层砂浆弹线和粘贴分格条抹水泥石子浆洗刷养护。 为防止面层开裂，需设置分隔缝。施工时按设计要求在中层面上弹线分格，粘贴分格条。1.水刷石 用于外墙。水刷石抹灰分三层（三遍成活）1）底层砂浆同一般抹灰，1：3水泥砂浆打底。 厚12mm2）中层 素水泥浆一道（或抹水泥浆，抹砂浆时表面压实

8、搓平后划毛，进行面层施工，）中层砂浆凝结后，按设计要求弹分格线，按分格线用水泥浆粘贴湿润过的分格条，贴条必须位置准确，横平、竖直。 3）面层 施工前必须在中层砂浆面上刷水泥浆一道，使面层与中层结合牢固，随后抹11水泥石子（石子为彩色的）浆，厚812mm，抹平后用铁压板压实。 当面层达到用手指按无明显指印时（开始终凝时），用刷子刷去面层的水泥浆，使石子均匀外露，然后用喷雾器自上而下喷清水，将石子表面水泥浆冲洗干净，使石子清晰均匀，无脱落和接缝痕迹。线角处最好用小八厘水泥石子浆。质量要求常用于外墙面的装饰，也可用于檐口，腰线，窗楣，门窗套柱等部位。质量要求：石粉清晰，分布均匀，紧密平整，色泽一致，

9、不得有掉粒和接槎痕迹。水刷石 干粘石施工工序： 清理基层湿润墙面设置标筋抹底层砂浆抹中层砂浆弹线和粘贴分格条抹面层砂浆撒石子修整拍平。2.干粘石 用于外墙干粘石质量要求： 干粘石表面应色泽一致，不露浆，不漏粘，石粒应粘结牢固、分布均匀，阳角处应无明显黑边。干粘石 n添加石骨料的粉刷面层水刷石干粘石斩假石施工工序： 清理基层湿润墙面设置标筋抹底层砂浆抹中层砂浆弹线和粘贴分格条抹水泥石子浆面层养护斩剁清理。 斩假石（又称剁斧石）是一种仿天然石料的建筑饰面，面层用水泥、米粒石、石渣拌和物石子浆。 3. 斩假石 用于公共建筑的外墙和园林建筑，台阶等处。质量要求 斩假石表面剁纹应均匀顺直、深浅一致，应无

10、漏剁处；阳角处应横剁并留出宽窄一致的不剁边条，棱角应无损坏。斩假石剁斧石斩假石可用于地面 斩假石（剁斧石） 砂混凝土和砂浆的主要组成材料之一混凝土和砂浆的主要组成材料之一灰胶凝材料水硬性无机胶凝材料有机胶凝材料气硬性水泥石膏、石灰石膏、石灰沥青、树脂木框架围合纸面石膏板墙石膏特点：石膏特点： 良好的可塑性、凝结快；很良好的可塑性、凝结快；很好的防火性能、隔热性能和隔音好的防火性能、隔热性能和隔音性能；良好的装饰性和可加工性。性能；良好的装饰性和可加工性。石膏用途：石膏用途： 室内抹面、粉刷，各种石膏室内抹面、粉刷，各种石膏制品纸面石膏板、石膏装饰板制品纸面石膏板、石膏装饰板、纤维石膏板、石膏空

11、心条板、纤维石膏板、石膏空心条板、石膏空心砌块和石膏夹心砌块。石膏空心砌块和石膏夹心砌块。 石灰：石灰： 良好的可塑性，价格低廉。良好的可塑性，价格低廉。木材顺纹顺纹横纹切向横纹切向横纹径向横纹径向髓线髓心木质部年轮树皮优点：优点： 轻质高强；易加工；高强度轻质高强；易加工；高强度弹性和韧性；能承受冲击和振东弹性和韧性；能承受冲击和振东作用；导电和导热性能低；木纹作用；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好等。美丽；装饰性好等。缺点：缺点： 构造不均匀，各向异性；易构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，产生较大的湿胀，吸湿、吸水，产生较大的湿胀，干缩变形；易燃、易腐等。可改干缩变形；易燃、易腐等。

12、可改善。善。影响强度因素：影响强度因素：含水率、温度、荷载作用时间和木材缺陷。含水率、温度、荷载作用时间和木材缺陷。 墙内竖有木柱茅草下密排树枝起龙骨作用d56m 自自8000年前年前的斐李岗文化至的斐李岗文化至6000年前的仰韶年前的仰韶(shao)文化期间的木文化期间的木结构。结构。 我国历史上木结构的辉煌成就我国历史上木结构的辉煌成就 山西应县木塔建于公元山西应县木塔建于公元1056年，塔高年，塔高67.3m，八角形，底层，八角形，底层直径直径30.27m。该塔共。该塔共9层，是我国保层，是我国保存至今的唯一木塔，也是存至今的唯一木塔，也是现存的最高现存的最高的木结构之一的木结构之一。它

13、虽经多次大地震仍。它虽经多次大地震仍完整无损。完整无损。 北京故宫太和殿建于明永乐北京故宫太和殿建于明永乐18年，（年，（1420年）是故宫最壮观的建筑，年）是故宫最壮观的建筑，也是我国现存也是我国现存最大的木构殿堂最大的木构殿堂。木梁、。木梁、木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成大挑檐大挑檐。 悬空寺，全国重点文物保护单位，是佛、道教合一的独特寺庙。位于山西悬空寺，全国重点文物保护单位，是佛、道教合一的独特寺庙。位于山西省浑源县城南省浑源县城南5km金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已有金龙峡半崖峭壁间。始建于北魏后期，至今已有1400多多年历史。年历史。第二

14、章 土木工程材料传统土木工程材料近代土木工程材料现代土木工程材料 优点： 强度高（抗拉、抗压、抗弯、抗切强度）、构件截面小；承受较大的冲击和振动荷载；良好的加工性能（锻造、锻压、焊接、和切割）；外表华美。钢材19世纪初桥梁和房屋20世纪30年代预应力钢筋混凝土结构飞越性发展19世纪中叶大跨承重奠定基础. 钢材钢材 线材（钢筋、钢丝等）在工程中的应用线材（钢筋、钢丝等）在工程中的应用 常用钢材的强度常用钢材的强度 低碳钢：抗拉、抗压强度均为低碳钢：抗拉、抗压强度均为235Mpa 低合金钢：高一些，为低合金钢：高一些，为335400Mpa 评价：评价： 材质均匀、强度高、塑性好、材质均匀、强度高、

15、塑性好、便于加工安装；缺点是耐火性差，便于加工安装；缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。易于锈蚀，维护费用较高。钢筋分类型材：型钢、钢轨、钢板、钢管等线材：钢筋或钢丝（碳素钢丝、刻痕钢丝、 钢胶线）我国是最早用铁建造结构的国家之一如： 967年建于南汉朝的广州光孝塔东铁塔； 1061年建于宋朝的玉泉寺踏，高17.9m，共13层。现位于湖北当阳县； 1105年建于宋朝的铁塔寺，高13m，共9层。上述列举的古建筑说明了我国古代的冶金和营造技术达到了高度水平。广州六榕塔初建于南朝，内曾供奉贤劫千佛像，故又名千佛塔。从宋至清经过约11余次修建，但仍保持宋代风格。塔顶有元代所铸千铜柱，上有1000多

16、尊浮雕小佛，及云彩缭绕的天宫宝塔图。 19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展。成功的范例有： 1883年，美国在芝加哥建造的11层保险公司大楼，大楼的主要承重结构体系最先采用铁框架（部分钢梁）做成。 1895年用钢框架建成了61m高14层的信托大楼（Reliance Building)1891年建成的莫纳德洛克（年建成的莫纳德洛克（Monadnock Building)大楼室内铸铁楼梯大楼室内铸铁楼梯中国银行大厦，高度369米，香港，第七高帝国大厦，高度381米，纽约，第五高西尔斯大厦高度443米，美国，第三高水泥 优点： 原料易得、成本较低、良好的工程使用性能以及与环境

17、有较好的相容性。三大基础材料之一。 分类（不同分法）： 用途及性能：通用、专用、特性水泥 水硬性物质名称：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸酸盐水泥等 其它品种水泥 快硬硅酸盐水泥：适用于紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制件，不适合大体积混凝土工程。 快凝快硬硅酸盐水泥：用于军事、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等工程。 白色硅酸盐水泥：用于内外装修 高铝水泥：快硬、高强、耐热及耐腐蚀，用于工程紧急的工程。 膨胀水泥：各种管道混凝土水 混凝土（砼）混凝土（砼） 类型类型：水泥混凝土水泥混凝土轻混凝土轻混凝土沥青混凝土等沥青混凝土等 强度等级：强度等级：4020 CC 砼抗拉强度低，与

18、钢筋粘结组成砼抗拉强度低，与钢筋粘结组成钢筋砼结构钢筋砼结构。 评价：评价：优点是：优点是： 可模性、耐久性、耐火性、整体可模性、耐久性、耐火性、整体性都好，易于就地取材，价格较低，性都好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结做成各种强度高的钢筋砼结构。做成各种强度高的钢筋砼结构。缺点是：缺点是： 自重较大、施工复杂、工序多、自重较大、施工复杂、工序多、工期长、易产生裂缝。工期长、易产生裂缝。 1824年Aspdin发明硅酸盐水泥，1850年和1928年先后出现了钢筋混凝土和预应力混凝土，目前混凝土是用量最大，使用最广泛的土木工程材料。 优点

19、：原料丰富、价格低廉、生产工艺简单；抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等。混凝土的种类不同分类方法水泥混凝土沥青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土胶凝材料施工工艺重混混凝土普通混凝土轻混凝土结构混凝土道路混凝土水工混凝土耐热混凝土耐酸混凝土防辐射混凝土喷射混凝土泵送混凝土振动灌浆混凝土表观密度使用功能不同施工工艺喷射混凝土振动灌浆混凝土泵送混凝土钢筋混凝土泵送的记录！世界上最高的摩天大楼，混凝土灌注量达钢筋混凝土泵送的记录！世界上最高的摩天大楼，混凝土灌注量达160，000立方米之巨。为确保连续泵送并达到立方米之巨。为确保连续泵送并达到385米这样一个高度，米这样一个高度，开发者基于安全因素，采用

20、开发者基于安全因素，采用六台超高压混凝土泵六台超高压混凝土泵及六根分离式及六根分离式布料布料杆灌注混凝土。杆灌注混凝土。不同使用功能结构混凝土道路混凝土水工混凝土龙滩开浇世界第一高碾压混凝土大坝现场特种混凝土 轻骨料混凝土 纤维增强混凝土 聚合物混凝土 碾压混凝土 自密实混凝土 抗渗能力佳，抗冲、耐磨、抗蚀能力强的硅粉混凝土；有环保效益和经济效益的粉煤灰混凝土；特细混凝土、透明混凝土和其它一些特种混凝土。国内部分钢纤维种类平直微扭形弓形 凹凸形、方齿形、端固形、扁异形、合易形端钩形波纹形 直纹形钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土钢筋绑扎完成等待浇注浇注完成基础底板工程预应力混凝土在预制桥梁中广泛应用

21、远眺广州中信远眺广州中信大厦（广场）大厦（广场）第二章 土木工程材料传统土木工程材料近代土木工程材料现代土木工程材料现代土木工程材料 19世纪钢材和混凝土使得土木工程的规模产生了飞越性的发展；20世纪的高分子材料、新型金属材料和各种复合材料则使得土木工程的规模和外观发生了根本性的变化。沥青、沥青制品与其它防水材料 极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。较常用是石油沥青和煤沥青，其次是天然沥青。 通过橡胶、树脂和矿物填料改变石油加工厂制备的沥青的性能，改性后沥青的综合性能可以大大提高。 橡胶系防水卷材、塑料系防水卷材和胶塑共混型防水卷材三类。工

22、人正在搬运“鸟巢”沥青防水卷材遇水膨胀止水条国家大剧院沥青混凝土路面施工现场玻璃、陶瓷制品 玻璃广泛应用于建筑物，不仅有采光和防护功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。2008年奥运会国家游泳中心的方案（水立方）人民大会堂广东厅的微晶玻璃装饰板用于室内装修的印花玻璃香港中银大厦的玻璃外墙陶瓷外墙砖广州陈氏书院的陶塑脊饰玻璃空心砖玻璃马赛克瓦人造板材 采用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为基材，使用胶凝材料、胶粘剂或夹层材料加工而成的各种人造板材。 完全不使用天然木质材料的无机材料人造板。 常用：胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、木屑板。石棉橡胶板竹木地板木地板制作中人造板塑料及制品 以有机高分子

23、化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。绝热材料 保温、隔热材料的总称，主要用于：建筑物的墙壁、屋面保温；热力设备及管道的保温；制冷工程的隔热。 无机绝热材料：石棉及制品、矿渣棉及制品、岩棉及制品、膨胀珍珠岩及制品。 有机绝热材料：软木板、泡沫塑料、多孔混凝土、蜂窝板。绝热材料微观结构轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状聚苯乙烯泡沫夹心板内墙喷涂聚胺酯泡沫层吸声隔音材料 吸声材料着眼于声源一侧反射声能的大小，对入射声能的衰减吸收，吸声能力即吸声系数用小数表示。常用吸声材料分为无机、有机、多孔和纤维材料四种。 隔声材料着眼于入射声源另一侧的

24、透射声能的大小，是透射声能衰减到入射声能的比例，隔音量用分贝表示。隔声材料分为隔绝空气声和隔绝固体声两种。高架路隔声板矿棉吸声板穿孔FC板阻燃轻质吸声材料多孔、疏松、透气装饰材料 集材料、工艺、造型设计、色彩、美学于一身的材料，不仅要求具有装饰功能、保护功能及其他特殊功能，还同时要满足不同的使用要求（绝热、防火、隔音）以及保护主体结构，延长建筑寿命，对人体无害。 按装饰部位可以分为：外墙、内墙、地面和吊顶装饰材料。地面装修室内涂料外墙涂料装修吊顶装修新型复合板材 在传统板材基础上产生的新一代材料；是一种复合材料，可以是有机和无机材料、金属和非金属材料以及同类材料之间的复合；使得土木材料的品种和

25、功能更加多样化。 泰柏板有良好的保温功能，隔声性能好，抗冻性能好，抗振能力强和建造能耗低等优点。阻燃聚苯板为板芯“之”形连接钢丝钢丝网泡沫塑料层内外侧为砂浆抹面 彩钢夹心板材以硬质泡沫塑料或结构岩棉为芯材，在两侧粘上彩色压型镀锌钢板，外露的彩色钢板表面涂以高级彩色塑料涂层。950型岩棉夹芯复合板960型瓦楞聚笨复合板V125型瓦楞聚笨复合板为什么发展绿色建筑 按人均计算，我国属于贫资源国，煤炭、石油、天然气、可耕地、水资源和森林资源的人均拥有量仅为世界平均值的1/2、1/9、1/23、1/3、1/4、1/6。 我国水泥产量已连续近19年居世界第一，目前占世界总产量的50%左右；2004年水泥产量已达约9.4亿吨；2005年全国混凝土用量21亿立方米，2010年将达到25亿立方米。 为什么发展绿色建筑 我国至今仍有砖瓦企业约8万家，占地500多万亩，每年烧砖7000多亿块标准砖，取土14亿立方米，相当于毁坏土地100多万亩。 2004年全国袋装水泥6.4亿吨计算，消耗包装牛皮纸相当于10个大兴安岭一年的木材采伐量。因包装袋内残留水泥一项，全国每年要损失近2000万吨水泥，价值50多亿元。 建材工业是对天