土木工程概论第2章-土木工程材料课件

1、第二章 土木工程材料任何土木工程建（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建造的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。2.1 土木工程材料的组成都江堰法国卢浮宫山西应县木塔美国纽约帝国大厦第二章 土木工程材料工程上通常按材料的化学成分将其分为三大类，如下表所示：无机材料金属材料黑色金属(铁、钢)、有色金属(铝、铜及合金非金属材料天然石材(砂、石及各种岩石加工成的石材)，烧土制品(砖、瓦、陶瓷)玻璃胶凝材料(石灰、石膏、水玻璃、水泥)，混凝土、砂浆有机材料植物材料木材、竹材等沥青材料石油沥青、煤沥青及其制品高分子材料塑料、涂料、胶黏剂复合材料钢筋混凝

2、土、聚合物混凝土、玻璃钢、纸面或纤维石膏板土木工程材料的工程分类第二章 土木工程材料2.2 土木工程材料的特性2.2.1 砖、瓦、砂、石、灰砖、瓦、砂、石、灰是最基本的土木工程材料。1.砖砖是常见的砌筑材料，制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小、便于组合，至今仍广泛应用于建筑工程中。实心粘土砖多孔砖第二章 土木工程材料黏土砖具有防火、隔热、隔声、吸潮等优点，但黏土砖毁田取土量大，能耗大等缺点，逐步由新型材料取代。除黏土砖外，也可利用粉煤灰、煤矸石和页岩等为原料烧制砖，不仅可以减少环境污染，节约大片良田黏土，而且可以节省大量燃料煤。砖按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖，按所用原材料

3、分为黏土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等，按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。第二章 土木工程材料2.瓦 瓦，一般指黏土瓦，以黏土（包括页岩、煤矸石等粉料）为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而成。 黏土瓦的生产工艺与黏土砖相似，但较黏土砖的质量要求较高，黏土瓦只能应用于较大坡度的屋面，由于黏土瓦自身缺点，它在现代屋面材料中占的比例已逐渐下降。瓦是屋面材料，由于建筑工业的发展，对屋面材料也提出了新的发展要求。目前，瓦的种类较多，按组成材料分为黏土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等，按形状分为平瓦和波形瓦两类。第二章 土木工程材料3.砂砂一

4、般分为天然砂和人工砂。天然砂指自然条件作用下形成的、粒度在5mm以下的岩石颗粒；人工砂由岩石轧碎而成，成本高、片状及粉状物多。砂的粗细程度粗砂、中砂、细砂砂的细度模数级配好的砂子节省水泥，提高混凝土和砂浆的密实度及强度砂子的孔隙率砂子各级配程度细度模数越大表示砂越粗a)单一颗粒b)两种粒径c)多种粒径第二章 土木工程材料砂在自然条件下含有一定的水分，其含水状态有四种：1、完全干燥状态（图a） 指在烘箱下烘干至恒重时的状态2、风干状态，也叫气干状态（图b） 指砂子含水率和周围湿度达动态平衡时的状态3、饱和面干状态（图c） 指颗粒表面干燥内部孔隙吸水达饱和时的状态4、完全湿润状态（图d） 指颗粒内

5、部吸水饱和且表面附有吸附水的状态第二章 土木工程材料4.灰所谓的灰是指石灰和石膏，均属于无机胶凝材料。（1）石膏 土木工程中常使用建筑石膏，它具有良好的可塑性、很好的防火性能、隔热性能和吸声性能、良好的装饰性和可加工性。 常见的石膏制品有纸面石膏板、石膏装饰板、纤维石膏板等，石膏制品具有轻质、新颖、美观、价廉等优点，但其强度较低、耐水性能差，为改善缺点，近年研制多种石膏的外加剂。（2）石灰 石灰石的主要成分是碳酸钙，将石灰石煅烧，碳酸钙分解成为生石灰。 碳酸钙在土木工程中的用途有：1）制作石灰乳涂料2）配制砂浆3）拌制石灰土和三合土4）生产硅酸盐制品石膏板石灰第二章 土木工程材料2.2.2 钢

6、材土木工程中应用量最大的金属材料是钢材，广泛应用各种结构工程中。钢材均匀致密、抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度都很高，有一定的塑性和很好的韧性。建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材、管材和金属制品四类。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、钢结构用钢材主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢2、钢筋混凝土用钢材，按照生产工艺性能和用途不同可分为：（1）热轧钢筋（2）冷加工钢筋，包括冷拉钢筋、冷拔低碳钢丝、热处理钢筋、碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。第二章 土木工程材料2.2.3 木材木材的性质包括物理性质和力学性质，如含水量、热胀冷缩、密度、强度。其中，抗拉、抗压、抗剪强度又有顺纹和横纹之

7、分。顺纹和横纹强度有很大的差别。影响木材强度的主要因素为含水量（一般含水量高，强度降低），温度（温度高，强度降低），荷载作用时间（持续荷载时间长，强度下降）及木材的缺陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。顺纹和横纹的强度抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顺纹横纹顺纹横纹11/101/3231/201/31.521/71/31/21第二章 土木工程材料2.2.4 水泥水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌和成塑性浆体能在空气中和水中凝结硬化可将其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。凡由硅酸盐水泥熟料、石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（波特兰水泥）。在特殊要求的工程

8、，需要一些特殊的水泥，如快硬硅酸盐水泥、快凝快硬硅酸盐水泥、白色硅酸盐水泥、高铝水泥、膨胀水泥等。第二章 土木工程材料水泥分类、储存、运输和保管的详细详细情况见下表水泥的分类水泥的储存、运输和保管水泥按其用途及性能分通用水泥分类储存不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂专业水泥特性水泥水泥按其主要水硬性物质名称分硅酸盐水泥，即国外通称的波特兰水泥防潮防水不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂。水泥受潮后即产生水化作用，凝结成块，影响水泥的正常使用，所以运输和储存时应保持干燥。对袋装水泥，地面垫板要高出地面30cm，四周离墙30cm，堆放高度一般不超过10 袋。存放散装水泥时，地面要

9、抹水泥砂浆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需要在水泥命名中标明的主要技术快硬性: 分为快硬和特快硬两类储存期不宜过长储存期过长，由于空气中的水蒸气、二氧化碳作用而降低水泥强度一般来说。储存三个月后的强度降低10%20%。所以，水泥存放期一般不应超过三个月。快硬水泥、高铝水泥的规定储存期限更短(分别为1、2个月)。过期水泥，使用时必须经过试验，并按试验重新确定的标号使用水化热: 分为中热和低热两类抗硫酸盐性: 分为抗硫酸盐和高抗硫酸盐两类膨胀性: 分为膨胀和自应力两类高温性: 铝酸盐水泥的耐高温性以水泥中氧化铝含量分级第二章

10、土木工程材料2.2.5 混凝土与砂浆混凝土是由胶结材料、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。混凝土具有原料丰富、价格低廉、生产工艺简单的特点，同时混凝土还具有抗压强度高、耐久性好、强度等级范围宽等特点。1.混凝土的种类与发展混凝土种类很多，按不同的功能性质划分了不同的混凝土，随着混凝土的发展与工程的需要，还出现掺加添加剂的混凝土，目前，混凝土扔向着轻质、高强、多功能、高效能的方向发展2.普通混凝土（1）组成材料与结构普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌和，经硬化而成的一种人造石材。第二章 土木工程材料（2）主要的技术性质混凝土的技术的技

11、术性质包括混凝土拌和物的和易性、混凝土强度、变形记耐久性等。1）和易性是指混凝土拌和物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作以保证获得均匀密实的混凝土性能。2）混凝土强度是混凝土硬化后的主要力学性能反映混凝土抵抗荷载的能力。3）混凝土的变形包括非荷载作用下的变形和荷载作用下的变形。4）混凝土耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用长期保持强度和外观完整性的能力。第二章 土木工程材料（1）砌筑砂浆用于砖石砌体的砂浆称为砌筑砂浆。（2）抹面砂浆凡涂抹在建筑物或土木工程构件表面的砂浆，可统称为抹面砂浆。根据抹面砂浆功能的不同，一般可将抹面砂浆分为普通抹面砂浆、装砂浆、防水砂浆和具有某

12、些特殊功能的抹面砂浆（如绝热、耐酸、防射线砂浆）等。3.砂浆砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成的。材料体积配合比材料体积配合比水泥：砂1:21:3石灰：石膏：砂1:4:21:2:4石灰：砂1:21:4石灰：黏土：砂1:1:41:1:8水泥：石灰:砂1:1:61:2:9石灰膏：麻刀100:1.3100:2.5（质量比）普通抹面砂浆的配合比第二章 土木工程材料2.2.6 其他土木工程材料1.绝热材料绝热材料有以下几种类型：（1）多孔型；（2）纤维型；（3）反射型2.吸声材料、隔声材料3.装饰材料主要有天然石材、建筑陶瓷、建筑玻璃和建筑涂料。4.防水材料主要有防水卷材、防水涂料、密

13、封堵漏材料和防水剂等。绝热材料：聚氨酯吸声材料：玻璃棉装饰材料：涂料防水材料：卷材SBS第二章 土木工程材料2.3 新型土木工程材料及其发展趋势1.新型建筑材料它具有轻质、高强、美观、多功能等主要特征及节能、节地、节约木材和综合利用资源等优点。新型建筑材料可以分为三大类：（1）结构材料如GRC(Glass Reinforced Concrete)网架屋面板、FRC(Fiber Reinforced Concrete)壁板、泡沫塑料壁板、玻璃幕墙等。（2）功能材料如钢化玻璃、中空玻璃、变色玻璃及泡沫聚氯酯保温板、泰柏板等。（3）装饰材料第二章 土木工程材料2.新型路桥材料（2）沥青混凝土材料改性

14、沥青的研究方向主要有以下几方面：）寻找更适合炼制道路沥青的油源）制定更适用的道路沥青标准）改性沥青的研制，主要是开发多种改性剂）其他沥青外掺剂的研究，包括再生剂、抗剥离剂、抗冻剂及沥青混合料增强纤维）研制泡沫沥青（1）水泥混凝土材料显著发展有：1）碾压混凝土；2）混凝土嵌挤块；3）轻混凝土；4）高强度混凝土；5）纤维增强混凝土；6）聚合物浸渍混凝土第二章 土木工程材料3.新型抗震材料目前抗震的方法主要从隔震和耗能减震两方面入手(1)隔震材料在隔震系统中，当前广泛应用的是叠层橡胶支座隔震系统和铅芯橡胶支座系统第二章 土木工程材料(2) 耗能减震材料在耗能减震系统中，目前耗能减震装置根据耗能机理可

15、分为以下四类:：摩擦耗能器、黏弹性耗能器、金属耗能器和黏滞耗能器，它们各具特色。4.土工合成材料土工合成材料是以聚酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC) 等高分子聚合物和玻璃等为主要原料制成的一种新的工程材料,应用于岩土工程，曾称为土工织物，现统一为土工合成材料。第二章 土木工程材料5.土工特种材料1）土工格栅2）土工模袋3）土工网4）土工网垫和土工格室5）聚苯乙烯泡沫塑料无碱高强玻璃纤维土工格栅第二章 土木工程材料6.绿色建筑它是指采用建材卫生生产技术生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康、安全的建筑和装饰材料。“绿色” 可以归纳为八个“环保、健康、安全、节能”7.未来土木工程材料的发展趋势()天然材料进一步向合成材料发展()传统的