土木工程概论2土木工程材料

12023/2/1第2章土木工程材料22023/2/1

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。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都可用作土木工程材料。32023/2/1材料的划分一般分为：金属材料和非金属材料按化学成分：无机材料与有机材料按功能分：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防水材料建筑保温材料结构材料功能材料42023/2/1工程材料在土木工程中的作用

工程材料的三个要素：材料对工程质量的保证材料对工程造价的影响材料对技术进步的促进。

相互依赖和相互矛盾土木工程发展要求材料数量、质量52023/2/1胶凝材料:土木工程材料中，凡经过一系列物理、化学作用，能将砂子、石子、砖、石块、砌块等其他散粒材料或块状材料胶结起来，从浆体变成具有一定强度的石状整体的材料，统称为胶凝材料。

分为：无机+有机两大类

无机胶凝材料：石膏、石灰、水泥

——

工地上俗称为“灰”

按硬化条件分：气硬性、水硬性

只能在空气中硬化的（石膏、石灰）既能在空气中又能在水中硬化的（水泥）

有机胶凝材料：沥青、各种树脂62023/2/1第一节砌体材料

一、石材

经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。天然石材具有很高的抗压强度、良好的耐磨性、耐久性和装饰性。天然石分重岩天然石（表观密度大于18kN/m3）及轻岩天然石（表观密度小于18kN/m3）。在工程中常用的重岩天然石一般有花岗岩、砂岩、石灰石等，轻岩天然石常用的为贝壳石灰岩、凝灰岩等。

72023/2/11．毛石毛石是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等。82023/2/12．料石料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块。92023/2/13．饰面石材用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修的石材称为饰面石材。

102023/2/1二、砖与砌块

1．砖

按生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为实心砖、多孔砖、空心砖。

煤矸石多孔砖和页岩多孔砖

北京等地禁止使用粘土砖112023/2/1常用的工业废料：

粉煤灰、煤矸石等成分与粘土相近，颗粒细度不及粘土，可塑性较差，制砖时需掺入一定量的粘土或水泥，增加可塑性。烧结粉煤灰砖烧结煤矸石砖等非烧结砖

:用不适合种田的山泥、废土、砂等，加少量水泥或石灰固结及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型、自然养护或蒸养而成。

非烧结砖是一种有发展前途的新型材料122023/2/12．砌块

按砌块特征可分为实心砌块和空心砌块两种。凡平行于砌块承重面的面积小于毛截面的75%者属于空心砌块，等于或大于75%者属于实心砌块，空心砌块的空心率一般为30%～50%。

132023/2/11）

普通混凝土小型空心砌块

主规格为390mm×190mm×190mm

142023/2/12）加气混凝土砌块152023/2/1三、瓦（屋面材料）种类按所用材料粘土瓦、石棉水泥瓦、水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦、钢丝网水泥瓦等按形状平瓦、波形瓦根据尺寸偏差优等品、一等品和合格品外观质量分为或物理力学性能一等品和合格品162023/2/1砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。四、砂由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒。由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。人工砂：天然砂：172023/2/1石材或砖用砂浆砌筑成的构件(墙、柱等)称砌体。

乱毛石砌体砖砌体空斗墙配筋砌体结构

五、砌体182023/2/1192023/2/1一、水泥1．水泥的性质

（1）水泥：是水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其他材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。

（2）初凝：水泥为干粉状物，加适量的水并拌合后便形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性，这一现象称为水泥的初凝；（3）终凝：随着塑性的消失,水泥浆体开始产生强度，此时称为水泥的终凝；第二节混凝土与钢材、木材一起并称为土木工程的三大基础材料202023/2/1（4）凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程。（5）硬化：水泥浆体终凝后，其强度会随着时间的延长不断增长，并形成坚硬的水泥石，这一过程称为水泥的硬化。水泥按其用途及性能分为三类：通用水泥,专用水泥,特性水泥。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。212023/2/1二、混凝土（砼）简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。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。

强度：混凝土的强度等级一般为：222023/2/11.按表观密度不同分（1）重混凝土（2）普通混凝土（3）轻混凝土2.按使用功能不同分（1）结构用混凝土（2）道路混凝土（3）水工混凝土（4）耐热混凝土（5）耐酸混凝土（6）防辐射混凝土等232023/2/13.按施工工艺不同分（1）喷射混凝土（2）泵送混凝土（3）振动灌浆混凝土等4.为了克服混凝土抗拉强度低的缺陷，将水泥混凝土与其他材料复合，出现了（1）钢筋混凝土（2）预应力混凝土（3）各种纤维增强混凝土（4）聚合物浸渍混凝土等242023/2/1

砼抗拉强度低，与钢筋粘结组成钢筋砼结构。252023/2/1

评价：优点：耐久性、耐火性、整体性都好，易于就地取材，价格较低，强度比砖、石材都高，能与钢筋粘结做成各种强度高的钢筋砼结构；缺点：自重较大、施工复杂、工序多、工期长、易产生裂缝。262023/2/1三、混凝土外加剂按照外加剂功能分类：1.改善混凝土拌和物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；2.调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；3.改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻钙剂等；4.改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。272023/2/1四、混凝土掺合料1.粉煤灰：煤粉炉排出的烟气中收集到的细粉末。粉煤灰可以增强混凝土拌合物的和易性，降低水化热。2.硅粉：生产硅钛合金或硅钢排出的烟气中收集到的细粉末。可以改善混凝土拌合物的粘聚性与保水性，提高混凝土强度，提高密实度，提高耐久性能。3.沸石粉：天然沸石岩磨细而成。可以改善混凝土拌合物的和易性。沸石粉与高效减水剂配合使用，可提高混凝土强度。282023/2/1土木工程结构材料：主要有

钢材、混凝土、砌体、木材四大类。

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

A．碳素结构钢一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型材。

B．低合金结构钢普通低合金结构钢一般是在普通碳素钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，在诸如大跨度桥梁、电视塔中成为主体结构材料。第三节钢材292023/2/1热轧型钢常用的有等边和不等边的角钢、槽钢、工字钢、T型钢、H型钢、L型钢等。

302023/2/1冷弯薄壁型钢采用1.5~6mm厚的钢板经冷弯和辊压成型的型材采用0.4~1.6mm的薄钢板经辊压成型的压型钢板截面形式和尺寸均按受力特点合理设计充分利用钢材强度、节约钢材，国内外广泛应用轻于钢结构312023/2/1

（2）钢筋混凝土用钢材钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋，钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。322023/2/1

线材（钢筋、钢丝等）在工程中的应用332023/2/1342023/2/1钢筋连接

钢筋连接有搭接、焊接、机械连接。焊接有对头焊接、搭接焊接、帮条焊接、电渣压力焊机械连接有直螺纹接头、锥螺纹接头。

钢筋的焊接

钢筋的直螺纹接头

钢筋的锥螺纹接头

352023/2/1

评价：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装；缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。362023/2/1一、木材

1．木材分类木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类。针叶树树干通直而高大，木质较软易于加工，故又称软木材。常用树种有松树等。阔叶树树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工故称硬木材。常用树种有榆木等。第四节其他材料372023/2/1楠木是一种极高档之木材，其色浅橙黄略灰，纹理淡雅文静，质地温润柔和，无收缩性，遇雨有阵阵幽香。南方诸省均产，唯四川产为最好。楠木不腐不蛀有幽香，皇家藏书楼，金漆宝座，室内装修等多为楠木制作。如文渊阁、乐寿堂、太和殿、长陵等重要建筑都有楠木装修及家具，并常与紫檀配合使用。382023/2/1楠木（金丝楠）392023/2/1楠木（金丝楠）402023/2/1楠木（金丝楠）412023/2/12.木材强度木材顺纹强度

(作用力方向与纤维方向平行)

>>木材横纹强度

(作用力方向与纤维方向垂直）影响木材强度的主要因素

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(持续荷载时间长，强度下降)

木材缺陷(木节、腐朽、裂纹、病虫害等)

422023/2/13．木材的综合利用人造板材是利用木材或含有一定纤维量的其他作物作原料，采用一般物理和化学方法加工而成的。常用的人造板材有：胶合板,纤维板,刨花板。

应用特点

结构自重小、制作容易，架设简便，工期快，造价便宜；但易燃、易腐朽，结构变形较大等。432023/2/1442023/2/1二、玻璃和陶瓷制品

1.玻璃已广泛地应用于建筑物，它有采光和防护的功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。常用玻璃材料品种：平板玻璃；装饰玻璃；安全玻璃；防辐射玻璃；玻璃砖。452023/2/1隔断2.陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材料。常用陶瓷材料品种：陶瓷锦砖(马赛克)；陶瓷墙地砖；陶瓷釉面砖；卫生陶瓷。

462023/2/1三、塑料和塑料制品

塑料是以有机高分子化合物为基本材料，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。

可作为塑料模板、管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水及保温材料等。

塑料模壳成品和施工现场

472023/2/1四、吸声材料1.无机材料水泥蛭石板、石膏砂浆(掺水泥玻璃纤维)、水泥膨胀珍珠岩板、水泥砂浆等2.有机材料软木板、木丝板、穿孔五夹板、三夹板、木质纤维板3.多孔材料泡沫玻璃、泡沫水泥、吸声蜂窝板、泡沫塑料等

482023/2/1五、防腐涂料和材