土木工第2章土木工程材料

第2章土木工程材料教教学目标

学目标了解土木工程材料的分类，掌握常见材料的基本性能和用途，重点掌握木材、砖、钢材、水泥、混凝土、建筑砂浆的种类和用途，对其它材料作一般了解。了解材料工业的发展趋势。教学目标具有对施工现场常用土木工程材料的辨识能力及分析能力,为日后对施工现场常用土木工程材料及制品的选用、进场验收、检测、保管工作打好基础。知识目标技能目标第一节

土木工程材料概述第二节木材第三节气硬性胶凝材料第四节

水硬性胶凝材料第五节建筑钢材第六节砖、瓦、砂、石第七节沥青及沥青混合料第八节建筑功能材料目录土木工程材料概述任何土木工程建（构）筑物（包括道路、桥梁、港口、码头、机场、隧道等）都是用材料按一定的要求建造的，土木工程中所用的各种材料统称土木工程材料。土木工程材料的地位1、土木工程材料是一切土木工程的物质基础。2、材料与建筑结构的设计和施工之间存在着相互促进、相互依存的密切关系。3、土木工程材料的性能对构筑物的功能和使用寿命具有决定性作用。4、建设工程质量很大程度上取决于材料的质量控制。5、构筑物的可靠度评价很大程度上依存于材料可靠度评价。土木工程材料的性质土木工程材料的物理性质

1.材料的密度、表观密度和堆积密度

2.材料的孔隙和空隙土木工程材料概述土木工程材料的性质材料的力学性质

1.强度与比强度

2.材料的弹性与塑性

3.脆性和韧性

4.硬度和耐磨性

5.材料的徐变和应力松弛土木工程材料概述土木工程材料的性质材料与水有关的性质

1.材料的亲水性与憎水性

2.材料的吸湿性和吸水性

3.耐水性

4.抗渗性

5.抗冻性土木工程材料概述土木工程材料的性质材料的热性质

1.热容性

2.导热性

3.热变形性土木工程材料概述土木工程材料的性质材料的耐久性材料在使用过程中能抵抗周围各种介质侵蚀而不破坏，也不易失去原有性能的性质称为耐久性。土木工程材料概述土木工程材料的种类:土木工程材料按化学成分

无机材料有机材料复合材料按用途绝热材料吸声材料防水材料灌浆材料各类装饰、装修材料按性能土木工程结构材料土木工程功能材料土木工程材料的种类:

1无机材料：金属材料、非金属材料金属材料：黑色金属（铁、钢）、有色金属（铝、铜及合金等）及其合金制造的型材、管材、板材和金属制品等。土木工程材料的种类:非金属材料：天然石材、烧土制品、玻璃胶凝材料混凝土、砂浆、无机涂料、石棉、矿棉、纤维制品和熔岩制品等。土木工程材料的种类:

2有机材料植物材料沥青材料高分子材料土木工程材料的种类:

3复合材料玻璃钢防腐管道水泥砂浆混凝土土木工程材料的种类:

4土木工程结构材料概念：指构成土木工程受力构件和结构所用的材料，如梁、板、柱、基础、框

架、墙体、拱圈、沥青混凝土路面、无机结合料稳

定基层及底基层和其它受力构件、结构等所用的材料。技术性能要求：强度和耐久性。港珠澳大桥土木工程材料的种类:

5土木工程功能材料概念：土木工程功能材料主要是指担负某些建筑功能的非承重用材料，如防水材料、绝热材料、吸声和隔声材料、采光材料、装饰材料等。一般来讲，土木工程结构物的可靠度与安全度主要由土木工程材料组成的构件和结构体系所决定，而土木工程结构物的使用功能与品质主要决定于土木工程功能材料。此外，对某一种具体材料来说，它可能兼有多种功能。丘浚故居木材由于木材具有其独特的优良特性，所以，木材在建筑工程尤其是装饰领域中，始终保持着重要的地位。

但是，林木生长缓慢，我国又是森林资源贫乏的国家之一，因此，在建筑工程中，一定要经济合理地使用木材，做到长材不短用，优材不劣用，并加强对木材的防腐、防火处理，以提高木材的耐久性，延长使用年限。

木材

木材的构造

树木由树冠、树干和树根三部分组成。树干由树皮、形成层、木质部（即木材）和髓心组成木材

木材的主要性质

木材的主要性质包括物理性质和力学性质，如含水量，热胀冷缩、温度、强度（抗拉、抗弯、抗压和抗剪）。木材的强度主要有抗压、抗拉、抗剪及及抗弯强度，而抗压、抗拉、抗剪强度又有顺纹、横纹之分。含水率高，强度降低。木材的剪切含水率对木材强度的影响木材的干燥、防腐与防火

2010年11月13日凌晨，清华标志性建筑清华学堂起火，木结构基本被毁，图为清华学堂着火前后。木材

工程木材分类工程木材分为原木、锯材、人造板材。铁路枕木橡木原木气硬性胶凝材料

石膏石膏是一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料，石膏性能优良。我国石膏资源丰富，居世界首位。土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏具有良好的可塑性、很好的防火性能、隔热性能和吸声性能，具有良好的装饰性和可加工性。气硬性胶凝材料

石灰

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。气硬性胶凝材料

石灰

优点：保水性和可塑性好、生产工艺简单，成本低廉，原料分布广等。缺点：运输和储存困难等。水硬性胶凝材料

水泥凡由硅酸盐水泥熟料、0-5%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）。水硬性胶凝材料

水泥水泥的性能为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能：物理力学性能、施工性能、耐久性能。水硬性胶凝材料

水泥水泥的凝结时间凝结时间为水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。包括：初凝时间、终凝时间。水硬性胶凝材料

水泥水泥凝结时间测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。水硬性胶凝材料

水泥特种水泥特种水泥包括：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、膨胀水泥水硬性胶凝材料

水泥水泥储存、运输和保管

不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂。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，地面要抹水泥砂浆。混凝土

普通混凝土普通混凝土组成1—石子2—砂3—水泥浆4—气孔优点：可塑性好、抗压能力高、耐久性能较好、取材方便，经济实用等。缺点：自重大、抗拉强度低、容易开裂等。混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技术指标1.混凝土拌合物的和易性：

和易性也可称工作性，是指混凝土在搅拌、运输、浇灌、捣实等过程中易于工作，能保持质量均匀而不发生离析的性能。

混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技术指标2.混凝土的强度：按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T50081-2002），制作边长为150mm的立方体在标准养护[温度（20±2）℃、相对湿度在95%以上]条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度。影响混凝土强度等级的因素主要有水泥等级和水灰比、集料、龄期、养护温度和湿度等。混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技术指标3.混凝土的强度等级：混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值（单位为MPa）来表示。按照《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）规定，普通混凝土划分为十四个等级，即：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。混凝土

普通混凝土普通混凝土的主要技术指标4.混凝土的耐久性是指抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性的能力。主要包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱骨料反应等性能。硂性质和易性流动性粘聚性保水性强度抗压强度抗拉强度抗弯强度抗剪强度变形耐久性混凝土

钢筋混凝土

钢筋混凝土（简写为RC），工程上常被简称为钢筋砼。是指通过在混凝土中加入钢筋与之共同工作来改善混凝土力学性质的一种组合材料。混凝土

预应力混凝土预应力混凝土结构，是在结构构件受外力荷载作用前，先人为地对它施加压力，由此产生的预应力状态用以减小或抵消外荷载所引起的拉应力，即借助于混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，达到推迟受拉区混凝土开裂的目的。轻混凝土：轻骨料混凝土、多孔混凝土、大孔混凝土等。纤维增强混凝土：钢纤维增强混凝土、玻璃纤维增强混凝土、碳纤维增强混凝土、聚丙烯纤维增强混凝土等。高性能水泥混凝土绿色混凝土：绿色高性能混凝土、再生集料混凝土、环保混凝土、智能混凝土、砂浆

砌筑砂浆

用于砖石砌体的砂浆，起粘结砖石和传递荷载的作用。在结构工程中，把单块的砖、石、砌块等胶结起来构成砌体。砂浆

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。一般可将抹面砂浆分为以下主要几种：普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆砂浆

其它特种砂浆。

主要有绝热砂浆、吸声砂浆、耐酸砂浆、防X射线砂浆、抗中子辐射砂浆。钢结构立体停车场建筑钢材

在土木工程中，应用量最大的金属材料是钢材，土木工程用的钢材是指用于钢结构的各种型材（如圆钢、角钢、工字钢）、钢板、管材和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。中国国家体育馆中国国家体育馆建筑钢材

钢材冶炼

炼铁炼钢轧制建筑钢材

钢材力学性能

强度钢材在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。反映它的指标主要有屈服强度、抗拉强度。强度是工程设计和选材的重要依据，也是材料购销和检验工作中的重要指标。建筑钢材

钢材力学性能

塑性塑性是钢材在外力作用下，产生变形而不破坏的能力。塑性的好坏直接影响钢材的加工、成形及使用。建筑钢材

钢材力学性能

冲击韧性冲击韧性是指钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，是衡量钢材抵抗动荷载能力的指标，它是强度和塑性的综合表现，是判断钢材在动荷载作用下是否出现脆性破坏的主要指标之一。建筑钢材

钢材力学性能

疲劳疲劳是指钢材在循环应力和交变应力作用下，局部产生永久性积累损伤，一定循环次数后产生裂纹或突然发生断裂的过程。建筑钢材

钢材冷加工与冷作硬化冷加工包括冷轧、冷弯、冷拔等延伸性加工，也包括剪、冲、钻、刨等切削性加工。钢材的冷作硬化是指当钢材冷加工超过其弹性极限卸载后产生残余塑性变形，再次加载时，强度提高，同时塑性、韧性降低的现象。建筑钢材

土木工程常用钢材钢结构常用钢材

1.钢板：钢板有厚钢板、薄钢板、扁钢2热轧型钢：常用的有角钢、工字钢、槽钢、H型钢、T型钢、钢管等。建筑钢材

土木工程常用钢材钢结构常用钢材3.冷弯薄壁型钢建筑钢材

土木工程常用钢材钢筋混凝土常用钢材土木工程结构中常用的钢材有钢筋、钢丝和钢绞线三类。钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。钢筋钢绞线砖、瓦、石、砂

砖砖的分类按生产工艺：烧结砖和非烧结砖按所用材料：粘土砖和岩土砌块、粉煤灰砖和粉煤灰砌块、煤矸石砖和煤矸石砌块、淤泥砖和淤泥砌块、页岩砖和页岩砌块、固体废弃物砖和固体废弃物砌块等按有无孔洞：空心砖、多孔砖和实心砖砖、瓦、石、砂

砖烧结多孔砖、多孔砌块烧结多孔砖页岩烧结空心砌块砖、瓦、石、砂

砖烧结多孔砖、多孔砌块煤矸石页结砖炉渣砖砖、瓦、石、砂

瓦

粘土瓦彩钢瓦玻璃钢瓦砖、瓦、石、砂

砂砂的颗粒级配骨料颗粒级配示意图

(a)单一颗粒（b）两种粒径（c）多种粒径粘土瓦砖、瓦、石、砂

砂砂的含水状态砂粒含水状态

(a)完全干燥状态（b)风干状态（c）饱和状态（d)完全湿润状态

砖、瓦、石、砂

石石：指天然石材：采自天然岩石（经过加工或未经加工）的石材。包括：毛石、料石、饰面石材、色石渣、石子。石材

1块状石材料石毛石石材

2块状石材花岗岩大理石青石板石材

3散状石材色渣石卵石碎石沥青及沥青混合料

石油沥青石油沥青的主要性质①粘滞性（粘性）②塑性③温度敏感性④黏附性⑤大气稳定性⑥施工安全性沥青及沥青混合料

沥青混合料沥青混合料是由沥青和矿质材料(砂、石子、填充料等)在加热或常温时按适当比例配制而成的混合料的总称。

其中热拌热铺的密级配碎石沥青混凝土经久耐用，强度高，整体性好，是修筑高级沥青路面的代表性材料，应用得最广

沥青及沥青混合料

沥青混合料

沥青路面工程上对沥青混合料的主要要求：1.良好的力学性能2.良好的抗滑性能3.施工和易性4.高温稳定性和低温抗裂性。建筑功能材料

建筑防水材料防水卷材

常用的有以下两种：高聚物改性沥青防水卷材、合成高分子防水卷材

SBS改性沥青防水卷材PVC塑料防水卷材建筑功能材料

建筑绝热材料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。常用绝热材料有：无机绝热材料、有机绝热材料

绝热材料绝热材料是保温和隔热材料的总称。传统的保温隔热材料是以提高气相空隙率，降低导热系数和传导系数为主。窑炉用绝热耐热陶瓷纤维毯绝热保温涂料片材建筑功能材料

建筑吸声材料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声作用常用吸声材料：多孔吸声材料、薄板振动吸声结构、共振吸声结构、穿孔板组合共振吸声结构、悬挂空间吸声体、帘幕吸声体、柔性吸声材料等

分类种类和特点吸声材料无机材料

水泥蛭石板、石膏砂浆（掺水泥玻纤）、水泥膨胀珍珠岩板、水泥砂浆等。有机材料

软木板、木丝板、穿孔五夹板、三夹板、木质纤维板等。多孔材料

泡沫玻璃、脲醛泡沫塑料、泡沫水泥、吸声蜂窝板、泡沫塑料等。纤维材料

矿渣棉、玻璃棉、酚醛玻璃纤维板、工业毛毡等。隔声材料隔绝空气声（通过空气传播的声音）

主要服从质量定律，即材料的容积密度越大，质量越大，隔声性越好，因此应选用密实的材料作为隔声材料，如砖、混凝土、钢板等。隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）

最有效的措施是采用不连续的结构处理，即在墙壁和承重梁之间、房屋的框架和墙板之间加弹性衬垫，如毛毡、软木、橡皮等材料或在楼板上加弹性地毯。建筑功能材料

建筑装饰材料建筑装饰材料，又称建筑饰面材料，是指铺设或涂装在建筑物表面起装饰和美化环境作用的材料。

建筑功能材料

建筑装饰材料建筑装饰材料的功能

1.装饰功能

2.保护功能

3.室内环境改善功能

建筑功能材料

建筑装饰材料建筑装饰材料的种类

1.天然石材

2.建筑陶瓷

3.建筑玻璃

4.建筑装饰涂料

5.其它装饰材料复合材料

1钢丝网水泥类夹芯复合板材（泰柏板）复合材料包括有机材料与无机材料的复合、金属材料与非金属材料的复合以及同类材料之间的复合等。1－外侧砂浆层；2－内侧砂浆层；3－泡沫塑料层；4－连接钢丝；5－钢丝网泰柏板结构示意图复合材料

2彩钢夹芯板材

彩钢夹芯板材以硬质泡沫塑料或结构岩棉为芯材，在两侧粘上彩色压型镀锌钢板。复合材料

3碳纤维材料优点：自重小、刚度大、抗拉能力强、能恢复和提高结构的承载能力和抗裂性能。缺点：抗剪强度