第3章：土木工程材料

第三章：土木工程材料

3.1无机胶凝材料

3.2水泥

3.3混凝土

3.4建筑砂浆

3.5钢材

土木工程概论建筑工程3.6木材

3.7建筑塑料

3.8墙体材料和屋面材料

3.9防水材料

3.10装饰材料

3.11建筑功能材料第三章土木工程材料你所知道的土木工程材料有哪些？2土木工程材料的发展历程天然材料土、草、苇、木材、石材、泥等

烧土制品砖、瓦、石灰、玻璃

钢铁、水泥、钢筋砼、人造板、砼、平板玻璃、黏结剂塑料、铝合金、不锈钢、外加剂节能新型墙体材料、高性能砼等原始材料诞生

现代建材发展最早人工材料新型材料发展最早的穴居、巢居用粘土烧制砖瓦用石灰石烧制石膏大规模的生产发明创新33.1气硬性胶凝材料和砂浆1、气硬性胶凝材料：和水混合成浆后在空气中能硬化为坚实整体的矿物粉状材料，石灰、石膏、水玻璃等。石膏：石膏以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料。我国石膏资源丰富，已探明天然石膏储量为471.5亿吨，居世界之首。

常见的有：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧水泥等。建筑石膏是以天然二水石膏为主要成分，不预加任何外加剂的粉状胶结料。石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等。

4石膏制品石膏吊顶5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。工程上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解成消石灰（氢氧化钙），这个过程称为石灰的消化或熟化。石灰的特性主要有：1.生石灰水化时水化热大，体积增大；2.可塑性和保水性好；3.硬化缓慢；4.硬化时体积收缩大；5.硬化后强度低，耐水性差。6水玻璃：水玻璃俗称泡花碱，是一种能溶于水的硅酸盐，有不同比例的碱金属和二氧化硅组成，常见的水玻璃有硅酸钠和硅酸钾，其中以硅酸钠水玻璃最常见。水玻璃有良好的粘结能力，硬化时析出的硅酸凝胶有堵塞毛细空隙而防水渗透的作用。水玻璃不燃烧，有高度的耐酸性能等。783.2水泥9101314工艺流程图：影响水泥性能的因素：1.水泥组成成分的影响（最主要因素）2.水泥细度的影响（水泥越细，水化越充分，凝结硬化越快，早期强度较高，但成本高，不宜保存。）3.养护条件的影响（温度和湿度）若缺少水分，会导致水泥水化的停止，出现干粉或产生裂缝；在0℃以下，水泥的水化停止。4.龄期的影响（28d内发展较快）5.拌合用水量的影响6.存储条件的影响（水泥有效存储期为3个月）石灰石粘土铁矿粉生料石膏熟料水泥煅烧1450℃按比例混合磨细磨细153.3混凝土混凝土由凝胶材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制而成经过一定时间硬化而成的人造石材。混凝土的优点：1.可根据不同要求配制各种不同性质的混凝土；2.凝结前有良好的塑性；3.与钢筋有牢固的粘结力；4。抗压强度高和耐久性良好；5.符合就地取材和经济的原则；混凝土的缺点：抗拉强度低，受拉时变形能力小，容易开裂，自重大等。

163.3混凝土

一、混凝土种类

水泥混凝土

1、按成分分类沥青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土重混凝土容重>2600kg/m3

2、按表观密度分类普通混凝土容重=1950-2600kg/m3

轻混凝土容重<1950/m3

结构用混凝土道路用混凝土水工混凝土喷射混凝土

3、按使用功能分类耐热混凝土4、按施工方法分泵送混凝土耐酸混凝土振动灌浆混凝土防辐射混凝土

17新拌的混凝土18混凝土构件19二、普通混凝土

水泥：

成分骨料：细骨料（砂Φ<5mm)粗骨料（石Φ<35mm)

水：不含酸、碱、盐、油及污物的水。20三、钢筋混凝土、预应力混凝土

组成：钢材、混凝土特点：既高强、耐久，又具有很好的韧性。钢筋混凝土的优点：（5条）

预应力混凝土组成：预应力钢筋、混凝土特点：刚度大，变形小。张拉方法：机械法、电热法、化学法张拉顺序：先张法、后张法三、特种混凝土

1、轻骨料混凝土：ρ<1950kg/m3

2、纤维增强混凝土：钢纤维、聚丙烯纤维聚合物浸渍混凝土

3、聚合物混凝土聚合物水泥混凝土聚合物胶结混凝土

4、高强度混凝土：强度达到>=C60

5、自密实混凝土21223.4建筑砂浆建筑砂浆的基本组成：胶凝材料、细骨料、水按适当的比例配制而成的建筑材料。在工程上起粘接、衬垫、传递应力的作用。按照胶凝材料的不同，砂浆可以分为水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆。根据用途不同，建筑砂浆分为砌筑砂浆、抹面砂浆、特种砂浆。1.砌筑砂浆：用于砖石砌体的砂浆，起着粘结砖石和传递应力的作用。2.抹面砂浆：涂抹于土木工程构件表面的砂浆。分为普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆等。3.特种砂浆：耐酸砂浆、防辐射砂浆等。3.5钢材钢是以铁和碳为主要成分的合金，其中铁是最基本的元素，碳和其他元素占的比例很少。钢材的生产可分为炼铁、炼钢和轧制三道程序。工程中常用的钢材有钢结构用钢（型材）和钢筋混凝土用钢（线材）。品种：

钢板（板材）：厚板、中厚板、薄板型钢（型材）：角钢、槽钢、工字钢、扁钢、管钢钢筋（线材）：热轧钢筋冷拉钢筋、热处理钢筋、钢丝

25263.5.1、钢结构的特点：1）钢材强度高，结构质量轻。2）材质均匀，塑性、韧性好。3）有良好的加工性能和焊接性能。4）密封性好5）可重复使用（绿色建筑材料）6）钢材耐热但不耐火。7）耐腐蚀性差8）低温冷脆倾向273.5.2、钢结构的应用：1）大跨结构。钢材强度高、结构质量轻优势适用大跨度结构。2）工业厂房。3）受动力荷载影响的结构。4）多层和高层建筑5）高耸结构（如塔架、桅杆）6）可拆卸的结构（脚手架、模板）。7）容器及其他构筑物（油罐、煤气罐、海上采油平台）8）轻型钢结构9）钢和混凝土的组合结构28钢筋混凝土常用的钢材：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素钢制成。热轧钢筋：经热轧成形并自然冷却的成品钢筋，分为光圆钢筋和带肋钢筋两种。带肋又可分为月牙肋和等高肋。提高混凝土与钢筋的粘结力。29光圆钢筋变形钢筋30钢绞线313.6木材木材作为装饰材料有很多优良性质：轻质高强、弹性好、韧性好、能承受冲击和振动作用，因导热性低而具有较好的隔热、保温性能，纹理美观，色调温和古朴，极富装饰性，易于加工，可制成各种形状的产品，绝缘性好，无毒性，在水中或干燥的环境中有良好的耐久性。木材也有很多缺点：受材料尺寸的制约较大，构造不均匀，呈各向异性，湿涨干缩大，处理不当易翘曲和干裂，天然缺陷较多而降低了材质和利用率，耐火性差，易着火燃烧，使用保养不当时易腐蚀、虫蛀。3.6木材333.6.1木材的分类与构造

3.6.2木材的性能及应用

3.6.3木材的防护与防火343.6.1木材的分类与构造

树木的分类：树木针叶树阔叶树35特点：树叶细长，树干通直高大，易得大材，

纹理顺直，材质均匀，木质较软，易于

加工，故又称软木材。

针叶树应用：强度较高，表观密度和胀缩变形较小，

耐腐性较强，是建筑工程中的主要用

材，广泛用作承重构件、制作模板、

门窗等。常用树种有松、杉、柏等。

36特点：树叶宽大，多数树种的树干通直部分

较短，材质坚硬，较难加工，故又称

硬木材

。

阔叶树应用：表观密度较大，胀缩和翘曲变形大，

易开裂，在建筑中常用作尺寸较小的

装修和装饰

。

种类(1)材质较硬，纹理清晰美观（樟木、

水曲柳、桐木、柞木、榆木等）(2)材质不很坚硬，纹理也不很清晰，

但质地较针叶木要更为细腻

（桦木、椴木、山杨、青杨等）

37阔叶黄檀

松木

38橡木黄花梨

39木材的构造

木材的构造决定其性质，针叶树和阔叶树的构造略有不同，其性质也有差异。图3.10木材宏观结构1.木材的宏观构造

如图3.10，树木是由树皮、木质部和髓心三部分组成。

通常从树干的三个切面进行剖析，即横切面

(垂直于树轴)、径切面(通过树轴)和弦切面(平行于树轴)。

40

2.木材的微观结构

木材是由无数管状细胞紧密结合而成，它们绝大部分为纵向排列，少数横向排列(如木射线)。

每个细胞又由细胞壁和细胞腔两部分组成，细胞壁是由细纤维组成，细纤维之间可以吸附和渗透水分，细胞腔是由细胞壁包裹而成的空腔。41松木显微构造立体图1．管胞；2．木射线；3．树脂道枫香显微构造立体图1．导管；2．木射线；3．木纤维42木材的管胞和木纤维

43木材木射线

44影响木材强度的主要因素：含水率、温度、荷载作用时间、木材的缺陷。45纤维饱和点（fibersaturationpoint,FSP）是木材仅细胞壁中的吸附水达饱和，而细胞腔和细胞间隙中无自由水存在时的含水率。其值随树种而异。它是木材物理力学性质是否随含水率而发生变化的转折点。木材含水量大于纤维饱和点时，表示木材的含水率除吸附水达到饱和外，还有一定数量的自由水。此时，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改变，故不会引起湿胀干缩。当含水率小于纤维饱和点时，能引起木材的湿胀干缩。

当木材的含水率在纤维饱和点以下时，随着含水率的增大，木材体积产生膨胀，随着含水率的减小，木材体积收缩。

平衡含水率EnvironmentalMoistureContent

潮湿的木材能在干燥的空气中失去水分；干燥的木材也能从周围的空气中吸取水分，如果木材长时间处于一定温度和湿度的空气中，便达到某一相对稳定的含水率，这时木材的含水率称为平衡含水率。

46木材的性能及应用

木材的性能

1.木材的含水率及吸湿性新伐木材的含水率常在35%以上；风干木材的含水率为15%～25%；室内干燥木材的含水率为8%～15%。

2.木材的湿胀干缩与变形木材的湿胀干缩具有一定规律：含水率小于纤维饱和点时，随着含水率的增加，木材体积产生膨胀，随着含水率减小，木材体积收缩；而含水率大于纤维饱和点时，只是自由水的增减，木材的体积不发生变化。

47含水率对木材胀缩的影响截面不同位置木材干燥引起的不同变化48

3.木材的强度木材的强度主要是指其抗拉、抗压、抗弯和抗剪强度。由于木材的构造各向不同，致使各方向强度有很大差异，因此，木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分。

当设顺纹抗压强度为100时，木材无缺陷时各强度大小的关系见表。

抗压抗拉抗弯抗剪顺纹横纹顶纹横纹顺纹横纹切断10010～30200～3005～30150～20015～3050～100表：木材无缺陷时各强度大小关系

49木材各项强度值的比较(以顺纹抗压强度为1)(a)顺纹剪切(b)横纹剪切(c)横纹切断

木材的剪切501．顺纹抗拉；2．抗弯；3．顺纹抗压；4．顺纹抗剪

含水率对木材强度的影响513.6.2

木材的应用

在建筑工程中直接使用木材常有圆木、锯木和人造板材。1）圆木：去除根、梢、枝、皮并加工成一定长度和直径的木段。用于屋架、柱、桁条等。2）锯木：已经加工成一定尺寸的木料，有板材、方材。板材用于隔断、屋面板、地板等；方材用于檩条、隔断木筋、屋架等。3）人造板材：利用木材或者含有一定纤维量的其他作物做原料，采用物理和化学的方法加工而成的。52原木53方木5455拼花木地板56胶合板57木屑板58细木工板(大芯板)

59杉木集成材60木材的防护：防腐、防虫、防火。

木材的腐朽与防腐原因：木材的腐朽是真菌侵害所致。

真菌在木材中生存和繁殖的三个必要条件：水分、适宜的温度和空气中的氧。木材完全干燥和完全浸入水中都不易腐朽。防腐措施：1.使木结构、木制品和储存的木材处于经常保持通风干燥的状态，并对木结构和木制品表面进行油漆处理，油漆涂层既使木材隔绝了空气，又隔绝了水分；2.化学防腐剂注入木材中，使真菌无法寄生。

613.7建筑塑料塑料3.7.1塑料的分类根据塑料受热后形态性能表现的不同，可分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。热塑性塑料受热后软化，冷却后又变硬，这种软化和变硬和重复进行。热固性塑料受热软化，发生化学变化，生成交联聚合物而硬化成形，再受热不能恢复可塑性状态。3.7.2玻璃钢玻璃钢又称为玻璃纤维增强塑料（FRP）.玻璃钢的特性：1）轻质高强；2）耐腐蚀性能好；3）电性能良好；4）热性能良好；5）可设计性好；6）工艺性优良。玻璃钢的不足：1）弹性模量低；2）长期耐温性差；3）老化现象；4）层间剪切强度低。3.8墙体材料和屋面材料墙体材料多为.砖、砌块、板材。屋面材料为各种材质的瓦。3.8.2屋面材料—瓦1、粘土瓦：以粘土为材料模压成型、干燥焙烧而成，有红、青二种。平瓦：400×240360×220

脊瓦：300×1802、水泥瓦：以水泥、砂子为原材料加水搅拌模压成型，加水养护而成。平瓦：385×235×14

脊瓦：469×17.53、石棉水泥瓦：水泥、石棉配料搅拌压制成型，养护而成。