土木工程概论

第2章2.1土木工程材料概述

2.1.1土木工程材料的发展任何土木工程建（结）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。每当出现新的优良的土木工程材料时，建筑结构就会有飞跃式的发展。土木工程结构的发展历程，就是以材料为主要标志的。建筑结构的三次飞跃分别是砖瓦的出现、混凝土的兴起、钢材的大量应用。2.1.2土木工程材料的分类土木工程材料种类繁多，可按其化学成分性质、用途和性能等进行分类，如下表所示。2.2早期土木工程材料

砖、瓦、砂、石和木材是最基本的建筑材料，由于其工程用量大，原料价格低，取材方便，无论是在古代，还是在近现代的建筑领域中，均处于不可替代的地位。砂、石等古老而基本的材料建成的埃及金字塔建于1056年的山西省应县木塔2.2.1砖—砌筑材料按生产工艺：烧结砖和非烧结砖。按所用原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、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。空心砖多孔砖实心砖2.2.2瓦—屋面材料按成分：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、沥青瓦等。按铺设位置：烧结屋面瓦和烧结配件瓦。按表面状态：有釉瓦和无釉瓦。粘土瓦按形状：平瓦和波形瓦。块状石材：毛石、料石2.2.3石按加工后的外形板状石材散状石材：色石渣、石子（碎石、卵石）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。

毛石也称片石，是不成形的石料，是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块，处于开采以后的自然状态。毛石

料石是用毛料加工成的具有一定规格，用来砌筑建筑物用的石料。料石

板状石材是用致密的岩石经凿平、锯断、磨光等各种加工方法制作而成的石料，如花岗石、大理石和青石板材等。花岗岩石材大理石板材材青石板材碎石、卵石石可用作骨料、装饰饰铺砌材料料，其中卵石石还可作为为园林、庭庭院等地面面的铺砌材材料。碎石卵石色石渣由天然大理石石或花岗岩岩等残碎料料加工而成，有各各种色彩，，可作人造造大理石、、水磨石、、水刷石及及其它饰面粉刷骨骨料之用。色石渣砂是组成混凝土和砂浆的主要组成成材料之一一，是土木木工程的大宗材料。根据粗细程度不不同又有粗砂、中砂、细砂之分。砂的颗粒级级配是指不不同大小颗颗粒的砂的的搭配比例例。由自然条件件作用（主主要是岩石石风化）而而形成，粒粒径在5mm以下的的岩石颗粒粒。由岩石轧碎碎而成，由由于成本高高、片状及及粉状物多多，一般不不用。人工砂：天然砂：2.2.4砂天然集料：：碎石、卵卵石、浮石石、天然砂砂等通常是指松散的材料料，在混合料料中起骨架和填充作用的粒料料。2.2.5集料人造集料：：煤渣、矿矿渣、陶粒粒、膨胀珍珍珠岩等粗集料：粒粒径大于5mm（（以圆孔筛筛计）、粒粒径大于2.36mm（以方方孔筛计））细集料：粒粒径小于5mm（（以圆孔筛筛计）、粒粒径小于2.36mm（以方方孔筛计））类型：圆材、方材材、条材、、板材等。。2.2.6木材属于各向异异性材料，，要注意顺顺纹和横纹纹方向的强强度差异很很大。优点：结构自重小小、制作容容易、架设设简便、工工期快、造造价便宜。。缺点：易燃、易腐腐朽、结构构变形较大大等。2.3近近代土木工工程材料2.3.1钢材普通碳素结结构钢按材质分低合金结构构钢钢结构用钢钢：各种型型钢、钢板板、钢管等等按用于不同同的工程结结构分钢筋混凝土土工程用钢钢：各种钢钢筋和钢丝丝等土木工程中中应用量最最大的金属属材料。(1).钢钢结构用用钢碳素结构钢钢：一般结结构钢及工工程用热轧轧板、管、、带、型、、棒材。低合金结构构钢：在普普通碳素钢钢的基础上上，少量添加若干合合金元素而成，在诸诸如大跨度度桥梁、大大型柱网构构架、电视视塔、大型型厅馆中成成为主体结结构材料。。碳素结构钢钢可轧制各各种型钢、、钢板、钢钢管与钢筋筋槽钢钢管工字钢(2).钢钢筋混凝凝土用钢——钢筋普通碳素结结构钢按材质分低合金结构构钢按生产工艺艺性能和用用途分热轧钢筋冷加工钢筋筋热处理钢筋筋碳素钢丝刻痕钢丝钢绞线钢筋在土木木工程中的的应用(3).评评价优点：材质均匀、、强度高、、塑性好、、便于加工工安装。缺点：耐火性差、、易于锈蚀蚀、维护费费用较高。。2.3.2水泥粉状的水硬硬性胶凝材材料，即加加水拌合成成塑性浆体体，能在空空气中和水水中凝结硬硬化，可将将其它材料料胶结成整整，并形成成坚硬石材材的材料。。袋装水泥通用水泥按用途及性性能分专用水泥按主要水硬硬性物质名名称分特性水泥硅酸盐水泥泥铝酸盐水泥泥硫铝酸盐水水泥氟铝酸盐水水泥磷酸盐水泥泥以火火山山灰灰性性或或潜潜在在水水硬硬性性材材料料以以及及其其他他活活性性材材料料为为主主要要成成分分的的水水泥泥混混凝凝土土简写写砼砼，，是是由由胶胶结结材材料料，，骨骨料料和和水水按按一一定定比比例例配配制制，，经经搅搅拌拌振振捣捣成成型型，，在在一一定定条条件件下下养养护护而而成成的的人人造造石石材材，，是是当当代代最最主主要要的的土土木木工工程程材材料料之之一一。。混凝凝土土运运输输(1).普普通通混混凝凝土土由水泥泥、粗骨骨料料（碎碎石石或或卵卵石石））、、细骨骨料料（砂砂））和和水拌合合，，经经硬硬化化而而成成的的一一种种人造造石石材材。砂、、石石在在混混凝凝土土中中起起骨骨架架作作用用，，并并抑抑制制水水泥泥的的收收缩缩；；水水泥泥和和水水形形成成水水泥泥浆浆，，包包裹裹在在粗粗细细骨骨料料表表面面并并填填充充骨骨料料间间的的空空隙隙。。水水泥泥浆浆体体在在硬硬化化前前起起润润滑滑作作用用，，使使混混凝凝土土拌拌合合物物具具有有良良好好工工作作性性能能，，硬硬化化后后将将骨骨料料胶胶结结在在一一起起，，形形成成坚坚强强的的整整体体。。普通通混混凝凝土土结结构构组组成成混凝凝土土的的强强度度等等级级混凝凝土土的的强强度度是是指指混混凝凝土土在在承承受受各各种种力力作作用用时时，，所所能能承承受受的的极极限限应应力力值值。。我我国国《《混混凝凝土土结结构构设设计计规规范范》》规规定定的的混混凝凝土土等等级级共共十十四四个个等等级级，，为为C15、、C20、、C25、、C30、、C35、、C40、、C45、、C50、、C55、、C60、、C65、、C70、、C75、、C80。C30表表示示边边长长为为15cm的的混混凝凝土土立立方方体体，，在在温温度度20℃℃和和相相对对湿湿度度90%以以上上潮潮湿湿空空气气中中养养护护28天天所所测测的的强强度度为为30MPa，，其其保保证证率率为为95%。。(2).特特种种混混凝凝土土轻骨骨料料混混凝凝土土纤维维增增强强混混凝凝土土（（简简称称FRC））聚合合物物混混凝凝土土道路路混混凝凝土土（（碾碾压压混混凝凝土土））自密密实实混混凝凝土土(3).钢钢筋筋混混凝凝土土与与预预应应力力钢钢筋筋混混凝凝土土(4).评评价价优点点：：可模模性性、、耐耐久久性性、、耐耐火火性性、、整整体体性性都都好好，，易易于于就就地地取取材材，，价价格格较较低低，，强强度度比比砖砖、、石石材材都都高高，，能能与与钢钢筋筋粘粘结结做做成成各各种种强强度度高高的的钢钢筋筋砼砼结结构构。。缺点点：：自重重较较大大、、施施工工复复杂杂、、工工序序多多、、工工期期长长、、易易产产生生裂裂缝缝。。砂砂浆浆由胶胶凝凝材材料料、、细细骨骨料料和和水水等等材材料料按按适适当当比比例例配配制制而而成成。。水泥泥砂砂浆浆按胶胶凝凝材材料料不不同同石灰灰砂砂浆浆按用用途途不不同同混合合砂砂浆浆砌筑砂砂浆抹面砂砂浆防水砂砂浆其它特特种砂砂浆2.4现现代土土木工工程材材料高高强混混凝土土（highstrengthconcrete）早前一一般指指强度度等级级在C45以上上的混混凝土土。现现在一一般指指强度度等级级在C60以上的的混凝凝土。。它是是用水水泥、、砂、、石原原材料料外加加减水水剂或或同时时外加加粉煤煤灰、、矿粉粉、硅硅粉等等混合合料，，经常常规工工艺生生产而而获得得高强强的混混凝土土。目前已已应用用在实实际工工程中中的最最高强强度的的混凝凝土为为C200。特点：：抗压压强度度高、、脆性性大。。特别别适用用于高高层建建筑。。高高性能能混凝凝土（（HighPerformanceConcrete）目前还还没有有完全全统一一的定定义。。1990年年5月月美国国国家家标准准与技技术研研究所所（NIST））与美美国混混凝土土协会会（ACI）举举办研研讨会会的定定义：：合乎需需求性性能及及均匀匀性性能包包括：：便于于浇捣捣、不不离析析；力力学性性能稳稳定；；早期期强度度高；；具有有韧性性；体体积稳稳定性性好；；恶劣劣环境境下寿寿命长长即HPC要要求高强度度、高流动动性、高耐久久性（简称称三高高）高性能能混凝凝土的的制备备水泥、、砂、、石和和水高效减减水剂剂———降低低混凝凝土的的水胶胶比，，保证证流动动性磨细矿矿物外外加剂剂（硅硅粉、、粉煤煤灰等等）———填填充孔孔隙提提高致致密性性，提提高混混凝土土的耐耐久性性和强强度纤纤维混混凝土土（fiberreinforcedconcrete）是以水水泥净净浆、、砂浆浆或混混凝土土做基基材，，以非非连续续的短短纤维维或连连续的的长纤纤维做做增强强材所所组成成的水水泥基基复合合材料料的总总称。。目前主主要有有合成成纤维维混凝凝土和和钢纤纤维混混凝土土。钢纤维维聚丙烯烯纤维维绝绝热保保温材材料将不易易传热热的材材料，，即对热流流有显显著阻阻抗性性的材料料或材材料复复合体体称为为绝热热保温温材料料，是是保温温和隔隔热材材料的的总称称。有机绝绝热材材料石棉及及制品品矿渣棉棉及制制品岩棉及及制品品膨胀珍珍珠岩岩及制制品软木板板泡沫塑塑料多孔混混凝土土蜂窝板板无机绝绝热材材料吸吸声隔隔声材材料材料的的吸声声着眼眼于声源一一侧反反射声声能的的大小小，目标标是反反射声声能要要小。。隔声材材料无机材材料有机材材料多孔材材料纤维材材料隔绝空空气声声隔绝固固体声声吸声材材料材料隔隔声着着眼于于入射射声源源另一一侧的的透射射声能能的大大小，，目标