第二章土木材料

第二章土木工程材料2.1概述2.2常用土木工程材料2.3建筑功能材料2.4建筑材料的新发展2.1概述土木工程材料是一切土木工程的物质基础。传统土木工程材料：砖、瓦、石、砂、木材近代土木工程材料：钢材、水泥、混凝土现代土木工程材料：沥青、玻璃、陶瓷、塑料、绝热材料、吸声隔声材料等21世纪，土木工程材料正向着高性能、多功能、安全和可持续发展的方向改进。2.2

常用土木工程材料

2.2.1砖按生产工艺：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。按加工后的外形可分为：（1）块状石材：毛石、料石（2）板状石材（3）散状石材：色石渣、石子（碎石、卵石）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。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。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。花岗岩石材碎石、卵石可用作骨料、装饰铺砌材料，其中卵石还可作为园林、庭院等地面的铺砌材料。碎石卵石色石渣由天然大理石或花岗岩等残碎料加工而成，有各种色彩，可作人造大理石、水磨石、水刷石及其它饰面粉刷骨料之用。

水磨石:碎石拌入水泥制成混凝土制品后表面磨光的制品；

水刷石:一种人造石料，制作过程是用水泥﹑小石子或颜料等加水拌和，抹在建筑物的表面，半凝固后，用硬毛刷蘸水刷去表面的水泥浆而使石屑或小石子半露。也叫汰石子色石渣2.2.3木材类型：圆材、方材、条材、板材等。优点：结构自重小、制作容易、架设简便、工期快、造价便宜。缺点：易燃、易腐朽、结构变形较大等。

2.2.4水泥定义：

水泥是一种粉末状材料，加适当水调制后，经一系列物理、化学作用，由最初的可塑性浆体变成坚硬的石状体。具有较高的强度，并且能将散状、块状材料粘结成整体。水泥浆体不仅能在空气中凝结硬化，而且能更好地在水中凝结硬化，并保持发展其强度，因而水泥是典型的水硬性胶凝材料。分类：(1)按其用途及性能分为：通用水泥,专用水泥,特性水泥。(2)按其组成成分分为：硅酸盐水泥（最常用），铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，铁铝酸盐水泥等。其他品种水泥：白色硅酸盐水泥和彩色水泥、高铝水泥、膨胀水泥2.2.5混凝土定义：混凝土也称砼（tóng），由胶结材料，骨料

和水按一定比例配制，经一定时间后硬化而

成的人造石材。

分类：

(1)按胶凝材料种类分为：

水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土、聚合

物混凝、土水玻璃混凝土等（2）按体积密度分为：重混凝土、普通混凝土、轻混凝土（3）按抗压强度分为：

C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60C：混凝土强度符号数字：混凝土立方体抗压强度标准值2.2.5.1普通混凝土

组成材料：

水泥、粗细骨料、水,有时常包括适量的掺合料和外加剂。

各组成材料的作用：

粗细骨料起骨架作用；水泥和水组成水泥浆，包裹骨料表面并填充在骨料空隙中。水泥浆体在硬化前起润滑作用,赋予混凝土拌和物流动性,便于施工。混凝土硬化后起胶结作用,将骨料胶结成整体。和易性：是指混凝土拌合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。和易性是一项综合技术指标，包括流动性、粘聚性和保水性三个主要方面。1、流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。2、粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。3、保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。2.2.5.2其他种类混凝土

(1)高强混凝土

(2)轻骨料混凝土

(3)多孔混凝土

(4)纤维混凝土

(5)聚合物混凝土定义：砂浆是建筑上使用的黏结物质，是由胶凝材料（水泥、石灰、粘土等）和细骨料（砂）加水拌合而成。按胶凝材料分类：

石灰砂浆、水泥砂浆、混合砂浆（水泥石灰砂

浆、水泥粘土砂浆、石灰粘土砂浆）按抗压强度分为6个等级：

M2.5，M5，M7.5，M10，M15，M20。M：砂浆强度符号数字：砂浆抗压强度标准值（Mpa）2.2.6砂浆

建筑砂浆和混凝土的区别在于不含粗骨料。新拌普通砂浆应具有良好的和易性，砂浆的和易性是指砂浆是否容易在砖石等表面铺成均匀、连续的薄层，且与基层紧密黏结的性质。硬化后的砂浆则应具有所需的强度和粘结力。砂浆的和易性与其流动性和保水性有关。

2.2.7钢材

17世纪70年代，人类开始大量应用生铁作建筑材料，到19世纪初发展到用熟铁建造桥梁、房屋等。19世纪中期以后，钢材的规格品种日益增多，强度不断提高，连接等工艺技术也得到发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了基础。19世纪50年代出现了新型的复合建筑材料──钢筋混凝土。至20世纪30年代，高强钢材的出现又推动了预应力混凝土的发展，开创了钢筋混凝土和预应力混凝土占统治地位的新的历史时期，使土木工程发生了新的飞跃。钢材是在严格的技术控制条件下生产的，品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪强度都很高，常温下能承受较大的冲击和振动荷载。钢材具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接和切割，便于装配。建筑钢材分类：（1）钢结构用钢（槽钢、钢管、角钢、H型钢、工字钢等）（2）混凝土结构用钢（钢筋、钢绞线等）2.2.1钢材H型钢钢筋钢绞线槽钢钢管角钢工字钢在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁，便对木桶壁产生一个压应力，若施加的压应力超过水压力引起的拉应力，木桶就不会开裂漏水。同样，在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力，就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形，荷载要构件沿作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消，才能继续使构件沿荷载方向发生变形。这样，预应力就像给构件多施加了一道防护一样。预应力钢筋混凝土：在外荷载作用到构件上之前，预先用某种方法，在构件上（主要在受拉区）施加压，当构件承受由外荷载产生的拉力时，首先抵消混凝土中已有的预压力，然后随荷载增加，才能使混凝土受拉而后出现裂缝，因而延迟了构件裂缝的出现和开展。2.2.8建筑塑料塑料是以聚合物（或树脂）为主要成分，在一定的温度、压力条件下可塑制成一定形状，且在常温下能保持其形状不变的有机材料。主要优点：轻质、比强度高、加工性能好、装饰性优异、耐化学腐蚀性好、耐水性和耐水蒸气性强、电绝缘性优良、具有多功能性、经济性主要缺点：

耐热性差、易燃、易老化、热膨胀性大、刚度小

总之，塑料及其制品的优点大于缺点，且塑料的缺点可以通过采取措施加以改进。随着塑料资源的不断发展，建筑塑料的发展前景是非常广阔的。塑料在建筑中大部分是用于非结构材料。仅有一小部分用于制造承受轻荷载的结构构件，如塑料波形瓦、候车棚、商亭、储水塔罐、充气结构等。然而更多的是与其他材料复合使用，可以充分发挥塑料的特性，如用作电线的被覆绝缘材料、人造板的贴面材料、有泡沫塑料夹心层的各种复合外墙板、屋面板等。所以，建筑塑料是有广阔发展前途的一种建筑材料。2.2.9沥青

沥青是高分子碳氢化合物及其非金属（氧、氮、硫）等衍生物组成的极其复杂的混合物。沥青是一种有机胶凝材料，具有良好的粘性、塑性、耐腐蚀性和憎水性，主要用做防潮、防水、防腐蚀材料，用于屋面、地下防水工程及其它防水工程和防腐工程，大量用于道路工程。分类：1.地沥青：天然沥青石油沥青2.焦油沥青：煤沥青页岩沥青工人在铺设沥青马路沥青马路2.3建筑功能材料定义：建筑功能材料是以材料的力学性能以外的功能为特征的材料，它赋予建筑物防水、防火、绝热、采光、防腐等功能。分类：①建筑防水堵水材料②绝热材料③吸声隔声材料④建筑装饰及复合功能材料（建筑玻璃、建筑陶瓷、建筑涂料、饰面石材等）2.3.1防水材料

建筑物的围护结构要防止雨水、雪水和地下水的渗透，要防止空气中的湿气、蒸汽和其他有害气体与液体的侵蚀。建筑物的分隔结构要防止给排水的渗翻。这些防渗透、渗漏和侵蚀的材料统称为防水材料。

土木工程中最常用的防水材料——沥青材料及其制品。（1）地沥青（天然地沥青和石油地沥青）（2）焦油沥青（煤沥青、木沥青、页岩沥青等）新型建筑防水材料：防水卷材：防水涂料：密封材料：刚性防水材料：（1）沥青防水卷材（2）弹性体改性沥青防水卷材（SBS）（3）塑性体改性沥青防水卷材（APP）（4）合成高分子防水卷材（1)沥青类防水涂料(2)高聚物改性沥青防水涂料(3)合成高分子防水涂料(1)不定型密封材料(2)定型密封材料(1)防水混凝土(2)防水砂浆(3)外加剂(4)注浆堵漏材料

将不易传热的材料，即对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体称为绝热保温材料，是保温和隔热材料的总称。绝热材料是指用于建筑围护或者热工设备、阻抗热流传递的材料或者材料复合体，既包括保温材料，也包括保冷材料。绝热材料一方面满足了建筑空间或热工设备的热环境，另一方面也节约了能源。因此，有些国家将绝热材料看作是继煤炭、石油、天然气、核能之后的“第五大能源”。使用绝热材料可避免建筑物夏季过多吸收热量，冬季过分散失热量。

2.3.2绝热保温材料有机绝热材料：石棉及制品（2）矿渣棉及制品（3）岩棉及制品（4）膨胀珍珠岩及制品（1）软木板（2）泡沫塑料（3）多孔混凝土（4）蜂窝板无机绝热材料：绝热材料按其成分可以分为有机材料和无机材料2.3.3吸声隔声材料

在建筑物内控制声音可以给人们提供一个安全、舒适的生活、工作环境。声音起源于物体的振动。声音大于50分贝就应该考虑采取措施；声音大于120分贝将危害人体健康。

吸声材料，是具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料。

建筑上将主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。材料的吸声着眼于声源一侧反射声能的大小，目标是反射声能要小。隔声材料：（1）无机材料（2）有机材料（3）多孔材料（4)纤维材料(1)隔绝空气声(2)隔绝固体声吸声材料：

材料隔声着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，目标是透射声能要小。2.3.4建筑装饰材料

装修各类土木建筑物以提高其使用功能和美观，保护主体结构在各种环境因素下的稳定性和耐久性的建筑材料及其制品。又称装修材料、饰面材料。

主要有草、木、石、砂、砖、瓦、水泥、石膏、石棉、石灰、玻璃、马赛克、软瓷、陶瓷、油漆涂料、纸、生态木、金属、塑料、织物等，以及各种复合制品。建筑装饰材料通常按照在建筑中的装饰部位可分为：地面装饰材料、外墙装饰材料、内墙装饰材料和天棚装饰材料。2.3.4.1建筑陶瓷

建筑陶瓷是以粘土、长石、石英为基本原料，经配料、制坯、干燥、焙烧而制得的成品。陶瓷制品质地按吸水率大小的分类：

（1）陶质（吸水率大于10%），分粗陶、精陶；（2）瓷质（吸水率小于1%），陶瓷锦砖、生活用瓷等；（3）炻质（吸水率1~10%），半瓷，分粗炻器、细炻器。常用建筑陶瓷制品（1）釉面内墙砖：瓷砖，用于室内墙面铺贴。（2）彩色釉面陶瓷墙地砖：炻质，主要用于外墙铺贴。（3）陶瓷锦砖：马赛克，瓷质，主要用于室内和外墙装饰。（4）无釉陶瓷地砖：陶瓷不施釉，主要用于室内铺设。（5）陶瓷劈离砖：将一块双联砖分为两块砖，用于外墙装饰。（6）建筑琉璃制品：精陶，制品表面涂琉璃釉料，用于民族风格、园林建筑。（7）卫生陶瓷：细炻质制品，用于浴室、盥洗室、厕所等。釉面内墙砖长廊陶瓷锦砖2.3.4.2玻璃

玻璃是以石英砂、砂岩或石英岩、石灰石、长石、白云石及纯碱等为主要原料，经粉碎、筛分、配料、高温熔融、成型、退火、冷却、加工等工序制成。除建筑行业外，玻璃还应用于轻工、交通、医药、化工、电子、航天等领域。

普通玻璃的性质有如下几点：①透明；②脆；③热稳定性差；④化学稳定性好；⑤表观密较大；⑥导热系数较大。玻璃制品（1）普通平板玻璃：窗户玻璃，3㎜厚用量最大。（2）安全玻璃：力学强度高，抗冲击能力较好，被击碎时

碎片不会飞溅伤人，兼有防火功能。

①钢化玻璃：强度高，抗冲击性好，热稳定性高，安

全性高。用于高层建筑的门窗、隔墙与幕墙。

②夹层玻璃：抗冲击性和抗穿透性好，破碎时不伤人。

用于有特殊安全要求的门窗、隔墙、工业厂房天窗

和某些水下工程。

③夹丝玻璃：抗折强度高，防火性能好，破碎时不伤

人。用于厂房天窗、各种采光屋顶和防火门窗。（3）保温绝热玻璃：具有特殊的保温绝热功能。

①吸热玻璃：既能吸收大量红外线辐射，又能保

持良好的光透过率的平板玻璃，常用于门窗或

幕墙。

②热反射玻璃：既有较高的热反射能力，又能保

持良好透光性能的玻璃，又称镀膜玻璃或镜面

玻璃。用于高层建筑幕墙，应用不适当会带来

光污染。

③中空玻璃：保温绝热、节能性好，隔声性能优

良，不结露，适合住宅建筑使用。（4）压花玻璃、磨砂玻璃和喷花玻璃：

平板玻璃表面压花或喷花、磨毛，透光不透视，

用于卫生间、浴室、办公室门窗（有花面对内

安装）（5）玻璃空心砖

绝热、隔声，光线柔和优美，用于砌筑透光墙

壁、隔断、门厅、通道等。（6）玻璃马赛克

半透明玻璃材质，用于外墙装饰磨砂玻璃玻璃马赛克玻璃空心砖

除了陶瓷和玻璃外，经常使用的装饰材料还有建筑涂料、饰面石材和壁纸等，这些材料的基本