土木工程材料

土木工程材料第一页，共96页。

材料分类：土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料按功能：结构材料

(承受荷载作用)

功能材料

(具有专门功能，如围护、防水、装饰保温隔热等)按材性：金属材料+非金属材料

黑色金属(钢、铁)

有色金属按用途：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；建筑保温材料工程材料需要研究的内容：原料、生产、组成\构造、性质、应用、检验、运输、验收和储存等任何建(构)筑物都是用相应材料按一定要求建造的第二页，共96页。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、质量第3章土木工程材料第三页，共96页。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3.1无

机

胶

凝

材

料第四页，共96页。3.1无

机

胶

凝

材

料3.1.1石膏

一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料

许多优良性质：原料来源丰富，生产能耗较低，应用广泛

我国天然石膏已探明储量470多亿吨(世界第一)

常用：建筑石膏、高强石膏、无水石膏水泥、高温煅烧石膏等

建筑石膏特性

天然二水石膏(CaSO4•2H2O,软石膏或生石膏)为主成分

凝结硬化快,硬化时体积微膨胀，硬化后孔隙率较大

加水拌制的浆体有良好的可塑性、装饰性可加工性良好

表观密度和强度低，耐水性和抗冻性差

防火、隔热和吸音性能好，具有一定的调温调湿性

第五页，共96页。

3.1无

机

胶

凝

材

料

①、应用于室内抹面、粉刷

②、制成各种石膏制品

轻质、新颖、美观、价廉

纸面石膏板、石膏装饰板、但强度较低、耐水性能差

纤维石膏板、石膏空心条板、

石膏空心砌块和石膏夹心砌块等

③、生产各种浮雕和装饰品：

浮雕饰线、艺术灯圈、角花等

石膏外加剂(如石膏专用减水增强剂)

可提高石膏强度及耐水性

罗马柱罗马柱头第六页，共96页。3.1.2石灰：

生产工艺简单、成本低、原料分布广、使用较早

石灰石（CaCO3）煅烧分解而成生石灰(CaO)

生石灰加水消解成消石灰（熟石灰Ca（OH）2）

——

石灰的消化（熟化）

石灰的特性：生石灰水化热大，体积增大；可塑性和保水性好；硬化缓慢且体积收缩大；硬化后强度低耐水性差

石灰主要应用：制作石灰乳涂料、配制砂浆、拌制石灰土和石灰三合土以及生产硅酸盐制品

3.1无

机

胶

凝

材

料第七页，共96页。

石灰膏：生石灰在化灰池中熟化后通过筛网流人储灰坑、

沉淀石灰浆并除去上层水分后的乳膏

水泥砂浆中掺入石灰浆；可显著提高可塑性

石灰乳：熟化好的石灰膏加水搅拌稀释而成

廉价易得的涂料，内墙和天棚刷白

石灰砂浆：将石灰膏、砂加水拌制而成按用途分为砌筑砂浆和抹面砂浆

石灰土(石灰，+粘土)和三合土(石灰十粘土+砂石或炉渣、碎砖)

灰土墙或广场、道路的垫层或简易面层（分层夯实)

灰砂砖：磨细的生(熟)石灰粉+砂拌匀加水,加压成型

,压蒸而成加耐碱颜料，可各种颜色、外形光洁、抗冻性好3.1无

机

胶

凝

材

料第八页，共96页。3.1.3水玻璃（俗称泡花碱）

一种能溶于水的硅酸盐，由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成

常见种类:

硅酸钠(Na2O•nSiO2最为常用)水玻璃硅酸钾(K2O•nSiO2)水玻璃等

水玻璃性能:

粘结能力良好，不燃烧硬化时析出的硅酸凝胶能堵塞毛细孔而防止水渗透高温下硅酸凝胶干燥得更加强烈，强度并不降低高耐酸性能，能抵抗大多数无机酸和有机酸3.1无

机

胶

凝

材

料第九页，共96页。水玻璃用途：①、涂刷建筑材料表面可提高抗风化能力②、配制防水剂③、配制耐酸砂浆和耐酸混凝土④、配制耐热砂浆和耐热混凝土⑤、用于地基处理时的土壤加固⑥、作为建筑物损坏的修补材料3.1无

机

胶

凝

材

料第十页，共96页。

属水硬性胶凝材料

加水拌成塑性浆体，能在空气(水)中凝结硬化，并将其它材料胶结在一起，形成坚硬石材的材料

大量用于工业与民用建筑、道路、桥梁、海港和国防等工程，制造混凝土、钢筋混凝土及预应力混凝土构件和构筑物

有袋装水泥和散装水泥

贮存运输保管水泥注意：

防潮防水、分类贮存、贮存期不宜过长3.2

水泥第十一页，共96页。按用途及性能分：通用水泥，专用水泥，特性水泥按水硬性物质名称分：

硅酸盐系列水泥(最常用)：硅酸盐水泥(分Ⅰ型{,代号PⅠ和Ⅱ型:代号PⅡ)，普通硅酸盐水泥(普通水泥，代号PO)，矿渣硅酸盐水泥(矿渣水泥，代号PS)，火山灰质硅酸盐水泥(火山灰水泥，代号PP)，粉煤灰硅酸盐水泥(粉煤灰水泥，代号PF)和复合硅酸盐水泥(复合水泥，代号PC)

铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥等水泥命名应标明的主要技术特性：①快硬性分为快硬和特快硬两类②水化热分为中热和低热两类③抗硫酸盐性分为抗硫酸盐和高抗硫酸盐两类④膨胀性分为膨胀和自应力两类⑤耐高温性铝酸盐水泥(耐高温性以水泥中氧化铝含量分级)3.2

水泥—分类与命名第十二页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥国家标准(GBl75—92)规定

凡由硅酸盐水泥熟料、<5％的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)

*干粉状物的水泥，加适量水拌合即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（水泥的初凝）*随着塑性的消失，水泥浆体开始产生强度（水泥的终凝）水泥凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程水泥硬化：水泥浆体终凝后，强度还会随着时间不断增长，并形成坚硬的水泥石的过程第十三页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥1、常用水泥的生产

概括为“两磨一烧

”

第十四页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥⒉、常用水泥的特性

⑴、硅酸盐水泥混合材料掺量很少，特性基本由水泥熟料确定：

①水化凝结硬化快，早期强度高②抗冻性好，干缩小③水化过程中的水化热大④耐腐蚀和耐热性能差

⑵、普通硅酸盐水泥硅酸盐水泥熟料中掺一定比例混合材料制成(掺混合材料的主要作用:改变水泥强度等级分布)

性能、应用范围与同等级硅酸盐水泥相近,与其相比：

①早期硬化速度较慢(3d、7d抗压强度稍低)

②抗冻性和耐磨性能也稍差第十五页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥⑶、矿渣硅酸盐水泥

硅酸盐水泥熟料中掺入粒化高炉矿渣制成与硅酸盐水泥相比：

①凝结硬化慢(水化分两步进行),早期强度低;后期强度发展快，能赶上甚至超过硅酸盐水泥②水化热低(适用大体积混凝土工程),耐热性好(用于耐热混凝土工程)

③碱度低,抗碳化能力差,抗溶出性侵蚀及硫酸盐侵蚀能力强

④干缩性较大，抗渗抗冻性和抗干湿交替作用性能均较差

(不宜用于有抗渗要求工程中)

⑤水化硬化过程对环境温度、湿度条件较敏感

(低温凝结硬化慢、湿热条件下强度发展快，适于用蒸压养护)第十六页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥⑷、火山灰硅酸盐水泥

与矿渣水泥有许多性能共同点：

①、水化反应分两步进行，早期强度低，后期强度增长率大

②、水化热低，耐蚀性强，抗冻性差，易碳化等

③、硬化时干缩较矿渣水泥更显著，干热环境中易产生干缩裂缝(使用时须加强养护，使其在较长时间内保持潮湿状态)

④、颗粒较细,泌水性小,抗渗性高(用于有抗渗要求的混凝土工程)⑸、粉煤灰硅酸盐水泥

一种火山灰质混合材料，实质就是火山灰水泥

性能与火山灰水泥相似，主要特点:①、干缩性较小，抗裂性较好②、颗粒致密，吸水少且成球形，配制的混凝土和易性好第十七页，共96页。

3.2.1硅酸盐系列水泥⑹、复合硅酸盐水泥

由硅酸盐水泥、两种或以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶泥材料

特性与所掺混合材料的种类、掺量及相对比例有关总体上特性与矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥均有不同程度的相似

特殊要求工程(如紧急抢修、耐热耐酸、新旧混凝土搭接等)上述硅酸盐系列水泥都不能满足要求

需用其他如高铝水泥、快硬水泥和快凝快硬水泥(双快水泥)、白色硅酸盐水泥(白水泥)和膨胀水泥等第十八页，共96页。

3.2.2

影

响

水

泥

性

能

的

因

素⑴、水泥组成成分的影响

水泥组成成分及各组分比例是造成水泥性能差别的最主要因素

①、增加混合材料含量，减少熟料含量，将使水泥抗侵蚀性提高，水化热降低，早期强度降低②、提高C3S、C3A的含量，将使水泥的凝结硬化加快，早期强度高，同时水化热也大⑵、水泥细度的影响

水泥颗粒越细，遇水后水化越充分，凝结硬化也相应增快，早期强度也高

水泥颗粒过细，会增加磨细的能耗和成本且不宜久存，硬化时还会产生较大收缩第十九页，共96页。

3.2.2

影

响

水

泥

性

能

的

因

素⑶、养护条件(温度、湿度)的影响

水泥水化、凝结硬化时须水分足够，养护期保持潮湿状态有利早期强度发展，缺水会导致水泥水化停止，出现干粉或产生裂缝养护还应温度合适,温度升高水化加快,早期强度发展也快,

若硬化时温度较低,水化速度会减慢,但不影响最终强度

0℃以下水结冰后,水泥水化停止⑷、龄期的影响水泥强度随龄期增长而增加，一般28天内强度发展较快，28天后进入缓慢强度发展期

水泥强度何时停止发展，目前尚无科学数据证明第二十页，共96页。

3.2.2

影

响

水

泥

性

能

的

因

素⑸、拌和用水量的影响

水泥用量不变,增加拌水量,会增加硬化水泥石中的毛细孔，强度下降增加拌水量,还会增加水泥凝结时间;但用水少不满足水化反应所需用水量，也降低水泥强度⑹、贮存条件的影响

水泥应干燥防潮贮存，贮存不当,水泥受潮结块会严重降低强度水泥不宜久存、有效贮存期为3个月

即使贮存良好，受空气中水分和CO2作用也会发生缓慢水化和碳化，

3个月强度约↘10％~29％，6个月↘低15％~30％，1年后↘25％~40％第二十一页，共96页。⑴、快硬硅酸盐水泥

(初凝时间45m、终凝时间<10h)

水泥凝结硬化快，可配制早强、高标号混凝土适用紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制件等

水泥水化热大且迅速，不适合大体积砼工程⑵、快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥）

凝结快且强度增长也快用于军事工程、机场跑道、桥梁隧道涵洞等

紧急抢修工程3.2.☆

其他品种水泥第二十二页，共96页。⑶、白色硅酸盐水泥

(白水泥）

白色硅酸盐水泥熟料+适量石膏

——

磨细而成的水硬性胶凝材料

磨制时、允许加入外加剂

（5％水泥质量的石灰石或窑灰）

强度高，色泽洁白，可配制彩色砂浆和涂料、白色或彩色混凝土、水磨石、斩假石等是生产彩色水泥的主要原料

3.2.☆

其他品种水泥第二十三页，共96页。四、高铝水泥

快硬、高强、耐热及耐腐蚀的胶凝材料

主要特性：早期强度高、耐高温、耐腐蚀用于工期紧急的工程(国防、道路和特殊抢修、冬季施工等)五、膨胀水泥

硅酸盐水泥熟料+

适量石膏和膨胀剂共同磨细而成的水硬性胶凝材料

硬化时不收缩且有适量膨胀，强度发展快，早期强度高用于制作大口径输水管和各种输油、输气管；要求抗渗、补偿收缩的混凝土结构；要求早强的结构节点浇筑等3.2.☆

其他品种水泥第二十四页，共96页。混凝土(砼)是由一定比例的胶结材料+骨料+水

——

搅拌振捣成型

——

养护而成的人造石材

原料丰富，价格低廉，生产工艺简单，抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使用范围广

混凝土质量的基本要求：

符合设计要求的强度适应施工条件的和易性适应工程环境的耐久性3

.

3

混

凝

土彩色混凝土铺地砖广州中信大厦第二十五页，共96页。1、按胶凝材料分：

普通混凝土(水泥混凝土)

沥青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土等

2、按表观密度分：

重混凝土(＞2600kg／m³)

普通混凝

土轻混凝

土(＜2600kg／m³)3.

3.1

混

凝

土的分类

第二十六页，共96页。3、按使用功能分：结构用混凝土道路用混凝土水工混凝土耐热混凝土耐酸混凝土防辐射混凝土等

4、按施工工艺分：

喷射混凝土

泵送混凝

土振动灌浆混凝土等3.

3.1

混

凝

土的分类

第二十七页，共96页。由水泥、粗骨料（碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌合，经硬化面成的一种人造石材

砂、石在混凝土中起骨架作用，抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆,包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙,硬化前起润滑作用,使混凝土拌合物具有良好工作性能,硬化后将骨料胶结一起形成坚固整体掺入适量外加剂和掺合料，能改善混凝土的某些特性3.3.1

混凝土的分类～

1、普通混凝土石子砂子水泥浆气孔第二十八页，共96页。混凝土内合理配置钢筋,共同承受荷载(1867，第1次飞跃)

克服砼抗拉强度低的弱点，发挥砼抗压强度高和钢筋抗拉强度高的特点预应力混凝土

(预应力钢筋混凝土)（1928,第2次飞跃）

通过张拉钢筋，产生预应力(用预先压应力抵消荷载下的拉应力)

提高制品或构件的抗拉能力，减少或推迟混凝土裂缝出现，充分利用高强材料

提高抗裂度、刚度和耐久性、减轻自重，节约材料等预应力的产生

按张拉钢筋方法分：机械法、电热法和化学法按施预应力顺序分：先张法和后张法

3.3.1混凝土的分类

～

2、钢筋砼和预应力钢筋砼第二十九页，共96页。3.3.1混凝土的分类

～

2、钢筋砼和预应力钢筋砼※钢筋混凝土的优点：1）两种材料结合一起使用，构件受压部分用混凝土，受拉部分用钢筋，大大提高构件载力。承受较大荷载后往往不再折断2）两种材料均容易得到，价格也较低3）混凝土热传导性差，钢筋在其包裹保护下，不会因钢筋温度快速升高而达危险程度，耐火性较好4）抗土壤和大气腐蚀的耐久性好，无生物腐蚀，混凝土强度随时间增长而增长，混凝土的弱碱性保护其内钢筋不被锈蚀5）钢筋混凝土可根据构件受力，合理配置钢筋和确定混凝土强度等级，从而达到经济合理第三十页，共96页。

为满足工程的特殊用途，使用采用新型材料、工业废料或采用新的工艺制成（特种水泥混凝土）

、轻骨料混凝土

(轻质砼、轻骨料砼)

用轻质粗骨料、轻质细骨料(或普通砂)、水泥和水配制而成（干表观密度1950kg／m³）

分三大类(原材料与制造方法不同)：轻集料混凝土（用于保温的围护结构或用于承重构件或结构）多孔混凝土（常用作屋面板材料和墙体材料）无砂大孔混凝土（吸湿性、导热系数小，保温性能好，宜作墙体材料）3.3.1

混凝土的分类～

3、特种混凝土第三十一页，共96页。、纤维增强混凝土（简称FRC)

由不连续短纤维（韧性及抗拉强度较高）均匀分散于水泥混凝土基材中（与水泥浆基材形成的粘结较牢固、相互交叉和牵制的纤维网）形成

抗拉、抗弯、抗裂、抗疲劳、抗振及抗冲击能力提高，可克服混凝土抗拉强度低、抗裂性能差、脆性大的缺点

机场跑道+路面及桥面，预制桩基础，薄层结构，隧道衬砌及覆面，防波堤，海洋构筑物，薄壁结构，承受高温或低温的结构，防爆防裂结构，有较高抗震要求的结构等3.3.1

混凝土的分类～

3、特种混凝土第三十二页，共96页。、聚合物混凝土：

以有机聚合物作为组成材(有三种)

聚合物浸渍混凝土(简称PIC)

聚合物水泥混凝土(简称PCC)

聚合物胶结混凝土(简称PC)、自密实混凝土(不用机械振捣，无噪音)

大流动度砼、可自行密实填充到一角落硬化后有很高强度

3.3.1

混凝土的分类～

3、特种混凝土第三十三页，共96页。3.

3.2

混凝土外加剂

、高强混凝土

强度等级≥C60的混凝土用于桥梁、轨枕、高层建筑基础与柱、输水管道、预应力管桩等高强混凝土特点：

强度高、耐久性好、变形小、抗冻性和耐蚀性较好

能适应工程结构向大跨、重载、高耸发展和承受恶劣环境的需要。有明显工程效益和经济效益，推广应用十分重要

随强度等级↗，混凝土抗拉强度与抗压强度的比值↘，混凝土脆性↗，可靠度↘

需研究开发高效外加剂来改善性能第三十四页，共96页。

、碾压混凝土：

用较普通混凝土量少的水泥和水(小水灰比)，有时还大量掺入工业废渣，用碾压设备压实

价廉、施工效率高、抗渗性和抗冻性好

碾压混凝土路面造价比水泥混凝土路面降低10％一20％

道路或机场路面或路面基层，水坝等大体积混凝土材料

、硅粉混凝土：

抗渗能力强，抗冲、耐磨、抗蚀能力强

龙羊峡水电站和葛洲坝泄水闸的修补工程3.3.1

混凝土的分类～

3、特种混凝土第三十五页，共96页。、粉煤灰混凝土：

用粉煤灰硅酸盐水泥拌制或掺有粉煤灰的混凝土

具有环保效益和经济效益

可应用于大体积混凝土、耐腐蚀混凝土、水工混凝土、碾压混凝土、防水混凝土、泵送混凝土、蒸养混凝土，高强混凝土结构等

、其他混凝土：

防水混凝土、耐酸混凝土、耐火混凝土、防辐射混凝土、自应力混凝土等3.3.1

混凝土的分类～

3、特种混凝土第三十六页，共96页。3.

3.2

混凝土外加剂为改善混凝土性能，拌制混凝土时掺入的的物质掺量≤水泥重量的5％(特殊情况除外)

外加剂掺量虽小，技术经济效果显著，是混凝土的重要组成部分，应用会愈来愈广按主要功能外加剂分四类：1)

改善混凝土拌合物流变性能的外加剂：减水剂、引气剂、泵送剂等2)

调节混凝土凝结时间和硬化性能的外加剂：缓凝剂、早强剂等3)

改善混凝土耐久性的外加剂：防水剂、阻锈剂、抗冻剂等4)

提供特殊性能的外加剂：加气剂、膨胀剂、着色剂等第三十七页，共96页。3.

3.2

混凝土外加剂

拌制混凝土加少量外加剂能使混凝土拌合物在不增加水泥用量的条件下，获得良好和易性(混凝土拌合物易于施工并能获得质量均匀、成型密实的性能),

增大流动性和改善粘聚性、降低泌水性和提高耐久性

因混凝土强度等级提高，脆性显著增加，塑性和韧性降低，破坏前无明显塑性变形预兆，常会突然爆裂，给工程应用带来困难，不能轻易去用高强混凝土，需要高性能混凝土

高性能混凝土：在适宜的水灰比(混凝土中水和水泥的比值)条件下，调配各种掺入物(粗、细骨料，尤其是外加剂)，混凝土强度和韧性都达到最佳的一种新型混凝土随着科技进步，各种优质高性能混凝土会被研发并广泛应用

(今后混凝土研究的主题方向)第三十八页，共96页。3.4

建筑砂浆

由胶凝材料、细骨料（多用天然砂）和水等材料按适当比例配制而成与混凝土的区别：不含粗骨料常用的胶凝材料：水泥、石灰、石膏按胶凝材料分：

水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆（有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆等）

、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（砌体的重要组成部分）

为改善砂浆和易性和节约水泥常掺人适量石灰或粘土膏浆

——

混合砂浆第三十九页，共96页。、抹面砂浆

涂抹在建筑物或土木工程构件表面的砂浆按功能分：普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆和特殊功能抹面砂浆

(如绝热、耐酸、防射线砂浆等)(1)普通抹面砂浆（胶凝材料应比砌筑砂浆多）

功能：保护结构主体，提高耐久性，改善结构外观

常用:石灰砂浆、水泥砂浆、水泥混合砂浆、麻刀石灰浆或纸筋石灰浆

加少量107胶可改善抹面砂浆的保水性和粘结力加麻刀等纤维材料可提高抗拉强度、防止抹面砂浆的开裂3.4

建筑砂浆第四十页，共96页。(2)装饰砂浆

涂抹在建筑物内外墙表面，具有美观装饰效果的抹面砂浆

选用一定颜色的胶凝材料(普通水泥、矿渣水泥、火山灰质水泥、白水泥、彩色水泥《在常用水泥中掺加某些耐碱矿物颜料配成》、石灰、石膏等)和骨料(大理石、花岗石等带颜色的细石渣或玻璃、陶瓷碎粒等)，采用某种特殊的操作、工艺(色彩、线条与花纹等不同装饰效果)制成(3)防水砂浆

用于防水层的砂浆

可用特种水泥来制作，也可在水泥砂浆中掺人防水剂来提高抗渗能力3.4

建筑砂浆第四十一页，共96页。(4)其他特种砂浆绝热砂浆：

水泥、石灰、石膏等+膨胀珍珠岩，膨账蛭石或陶粒砂等轻质多孔骨料配制的砂浆（质轻、吸声性能、绝热性能好）

耐酸砂浆：

是用水玻璃(硅酸钠)

与氟硅酸钠拌制而成

（用于衬砌材料、耐酸地面和耐酸容器的内壁防护层）防X射线砂浆：

掺入重晶石粉和砂（用于射线防护工程）抗中子辐射砂浆：

掺加硼砂、硼酸等（用于射线防护工程）3.4

建筑砂浆第四十二页，共96页。钢结构用钢材(型材)和钢筋混凝土用钢材(线材)

型材：轧制的各种型钢、钢轨、钢板、钢管等线材：钢筋或钢丝

钢材功能要求：高强度、良好塑性和韧性、良好加工性能钢筋按直径分:

粗钢筋(直径≥12mm)

细钢筋钢筋按抗拉强度分:

四等级（Ⅰ～Ⅳ)3.5钢

材第四十三页，共96页。钢丝有碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线

预应力混凝土专用钢丝

由优质碳素结构钢经冷加工、热处理、冷轧、绞捻等过程制得强度高安全可靠便于施工

3.5钢

材第四十四页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

1、钢结构特点1)钢材强度高，结构重量轻密度与强度比值小，承受同样荷载，钢结构要比较轻，运输吊装方便。但钢构件较柔细，稳定问题突出，应充分注意

2)材质均匀，且塑性韧性好重量轻和韧性好，抗震性能优于其他结构

3)良好的加工性能和焊接性能

4)密封性好焊接连接的钢板结构，水密性和气密性好，可制作压力容器、管道，载人太空结构第四十五页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

1、钢结构特点5)钢材可重复使用钢结构加工产生的余料、碎屑以及废弃和破坏的钢结构或构件,均可回炉重新炼成钢材重复使用(绿色建材或可持续发展材料)

6)钢材耐热但不耐火

钢材长期经受100℃辐射热时，性能变化不大，具有一定的耐热性能。但温度超过200℃会出现兰脆现象，温度达600℃进入热塑性状态，丧失承载能力。有防火要求采用钢结构时须用耐火材料加以保护

7)耐腐蚀性差:须构采取防护措施

8)钢结构的低温冷脆倾向厚钢板焊接的受拉和受弯的构件及节点，低温下有脆性破坏倾向，应予以重视第四十六页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

⒉钢结构应用(1)、大跨结构钢材强度高重量轻，适合大跨结构(大跨空间结构和大跨桥梁结构)

结构形式：空间桁架、网架、网壳、悬索(含斜拉体系)、张弦梁、实腹或格构式拱架和框架等(2)、工业厂房吊车起重量大或工作繁重的车间主要承重骨架多用钢结构，有强烈辐射热的车间，也常用钢结构

结构形式：钢屋架和柱组成的门式刚架或排架，网架屋盖压型钢板等轻型屋面材料使轻钢结构工业厂房发展迅速

结构形式主要是实腹式变截面门式刚架第四十七页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

⒉钢结构应用(3)、受动力荷载影响的结构

钢材韧性好，有较大锻锤或其他产生动力作用设备的厂房，屋架多钢制。抗震能力要求高的结构用钢结构比较适宜

(4)、多层和高层建筑

钢结构综合效益优良，多、高层民用建筑中也广泛应用

结构形式：多层框架、框架-支撑结构、框筒、悬挂、巨型框架等

(5)、高耸结构塔架和桅杆结构(高压输电线路的塔架、广播、通信和电视发射用的塔架和桅杆、火箭卫星发射塔架等)第四十八页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

⒉钢结构应用(6)、可拆卸结构

钢结构重量轻，可用螺栓或其他便于拆装的手段来连接，适于需搬迁的结构(建筑工地、油田和需野外作业的生产和生活用房的骨架等,钢筋混凝土结构施工用的模板和支架以及施工脚手架等)

(7)、容器和其他构筑物冶金、石油、化工企业大量采用钢板容器(包括油罐、煤气罐、高炉、热风炉等)

皮带通廊栈桥、管道支架、锅炉支架、海上采油平台以及其他构筑物，多用钢结构第四十九页，共96页。3.

5.

1

钢

结

构

—

⒉钢结构应用(8)、轻型钢结构钢结构重量轻不仅有利于大跨结构，对屋面活荷载特别小的结构也有利。因为当屋面活荷载特别轻时，小跨结构的自重也成为一个重要因素

冷弯薄壁型钢屋架在一定条件下用钢量比钢筋混凝土屋架还少

结构形式：实腹变截面门式刚架、冷弯薄壁型钢结构(含金属拱形波纹屋盖)及钢管结构等(9)、钢和混凝土的组合结构钢强度高但有个受压稳定问题，混凝土宜于受压不适于受拉，将两种材料并用，且都发挥长处，成组合结构广泛用于高层建筑(如深圳的赛格广场)、大跨桥梁、工业厂房和地铁站台柱等

构件形式：钢与混凝土组合梁和钢管混凝土柱等第五十页，共96页。3.5.1

钢结构

—

3、钢结构用材规格⑴、钢板:厚钢板:大型梁、柱等实腹式构件的翼缘和腹板及节点板等薄钢板:制造冷弯薄壁型钢扁钢(带钢):

焊接组合梁、柱的翼缘板、连接板、加劲肋等⑵、热轧型钢角钢、工字钢、槽钢等钢管:无缝钢管+焊接钢管回转半径大，用作桁架、网架、网壳等格构式结构杆件

钢管混凝土柱

(在钢管中浇筑混凝土而形成的，大大提高构件承载力且塑性和韧性良好，经济效果显著，施工简单，工期短)

钢管混凝土用于厂房柱、构架柱、地铁站台柱、塔柱和高层建筑等第五十一页，共96页。3.5.1

钢结构

—

3、钢结构用材规格⑶、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第五十二页，共96页。3.

5.

2钢筋混凝土常用钢材钢筋混凝土结构用钢筋：碳素结构钢、低合金高强结构钢和优质碳素钢制成①热轧钢筋

经热轧成型并自然冷却的成品钢筋

按外形：光圆+带肋两种

带肋钢按肋纹形状：月牙肋和等高肋钢筋表面字纹或螺纹可提高混凝土与钢筋的粘结力第五十三页，共96页。3.

5.

2钢筋混凝土常用钢材②、其他常用钢筋⑴、冷拔钢丝和冷轧带肋钢筋冷拔钢丝由直径6.5~8mm的Q235或Q215热轧圆盘条经冷拔而成冷轧带肋钢筋是由热轧圆盘条经冷轧或冷拔减轻后在其表面冷轧成两面或三面有肋钢筋或经低温回火处理与冷拔低碳钢丝相比，冷轧带肋钢筋强度高、塑性好、与混凝土粘结牢固、节约钢材、质量稳定等⑵、预应力混凝土用热处理钢筋用热轧带肋钢筋经淬火和回火的调质处理而成的按外形分：有纵筋和无纵筋两种（都有横肋）⑶、预应力混凝土用钢丝和钢绞线无明显屈服点,强度高、柔韧性好、无接头、质量稳定、施工简便等使用时按要求长度切割，用于大荷载、大跨度、曲线配筋的预应力钢筋混凝土结构第五十四页，共96页。优点:

轻质高强易加工(锯、刨、钻)；弹性、韧性高；能承受冲击振动作用；导电、热性低；木纹美丽；装饰性好缺点:

构造不均匀、各向异性；吸湿吸水产生较大湿胀和干缩变形；易燃易腐树种分针叶树+阔叶树：针叶树：树干直高大，易成大材，纹理平顺，材质均匀,

材质软易加工（软木材）

——

常用有松、杉、柏等阔叶树：树干通直部分短，材质硬难加工（硬木材）

——

常用有榆木、水曲柳、柞木等3.6木

材第五十五页，共96页。分树皮、木质部和髓心三部分

木材主要使用木质部分木材顺纹强度

(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、翘曲、病虫害等)

3.6木

材第五十六页，共96页。

工程木材分为原木+锯材+人造板材

原木：已经除去皮(也有不去皮的)，根、树梢而未加工成规定材品的木材

锯材：已经加工锯成一定尺寸的木料板材(宽度为厚度的三倍或三倍以上)

方材

人造板材：由木材或含有一定纤维量的其他作物原料，用一般物理和化学方法加工而成比天然木材板面宽，表面平整光洁，无节子，不翘曲开裂，经加工处理可有防水、防火、防腐、防酸性能常用人造板材：胶合板，纤维板，刨花板、木丝板、木屑板3.6木

材第五十七页，共96页。

以有机高分子化合物为基材，加入各种改性添加剂，在一定的温度和压力下塑制而成的材料

表观密度小、导热性差，强度重量比大、化学稳定、电绝缘性、消音吸振性好、富有装饰性弹性模量较小、刚度差、易老化

管材、板材、门窗、壁纸、地毯、器皿、绝缘材料、装饰材料、防水、粘结及保温材料等塑料排水扳或隔离层、塑料土工布或加筋网等、管道、容器、材料或防水材料，有时也可用作结构材料3.7

建筑塑料第五十八页，共96页。3.7

建筑塑料塑料的优异性能：1）表观密度小2）比强度（密度与强度的比值）高，是轻质高强材料3）塑料可加工性好，可用多种方法加工成薄板、管材、门窗异型材等各种形状的产品4）施工安装方便5）耐化学腐蚀性好，对环境水及盐类有较好的抗腐蚀能力6）具有良好的抗振、吸声和保温性7）导热性小第五十九页，共96页。3.7

建筑塑料8）用塑料(特别是泡沫塑料)可减小振动、降低噪音和隔热保温9）耐水性和耐水蒸气性强，可用于防潮防水工程10）塑料制品可有各种鲜艳的颜色，还可进行印刷、电镀、压花等加工，装饰效果好主要缺点：易老化、不耐高温和易燃塑料的热变形温度一般在60~120℃。部分塑料易着火或缓慢燃烧，同时产生大量有毒烟雾，是造成建筑物失火时人员伤亡的主要原因第六十页，共96页。

3.

7.

1

塑

料

的

分

类

根据受热后形态性能表现的不同分为热塑性塑料和热固性塑料两大类

热塑性塑料：受热软化，冷却变硬，软化和变硬可重复进行

—聚氯乙烯塑料(PVC)、聚乙烯塑料(PE)等

热固性塑料:

加工时受热软化发生化学变化，形成交联聚合物逐渐硬化成型，再受热不能回复可塑性状态

——酚醛树脂、不饱和聚酯、有机硅等

土木工程使用最多的是聚氯乙烯塑料(成本低、产量大，耐久性好，加入不同添加剂可加工成软质和硬质产品)第六十一页，共96页。“玻璃钢”(中国名)即“玻璃纤维增强塑料”（FRP）

实质上是纤维增强塑料，是以聚合物为基体，以玻璃纤维及其制品(玻璃布、带、毡等)为分散质制成的复合材料（优良的纤维增强复合材料）比强度很高，被越来越多地用新型建筑结构

玻璃纤维增强热塑性树脂

——热塑性玻璃钢(FRTP)

玻璃纤维增强热固性树脂

——热固性玻璃钢(FRP)

目前,玻璃钢主要是指热固性玻璃钢(FRP)

3.

7.

2玻

璃

钢第六十二页，共96页。⒈、玻璃钢的特性和不足FRP的优良特性：⑴、轻质高强：

相对密度是碳素钢的1/4~1/5，拉伸强度却接近甚至超过碳素钢，比强度可比美高级合金钢—用于航空、火箭、宇宙飞行器、高压容器及其他需减轻自重的制品，环氧FRP的拉伸、弯曲和压缩强度均≥400Mpa⑵、耐腐蚀性能好对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐及多种油类和溶剂均有较好的抵抗能力—用于化工防腐，正取代碳钢、不锈钢、木材、有色金属等⑶、电性能好优良的绝缘材料，用来制造的绝缘体，高频下仍保持良好介电性和微波透过性—用于雷达天线罩

3.

7.

2玻

璃

钢第六十三页，共96页。⑷、热性能良好热导率低(金属的1/100~1/1000），是优良绝热材料和瞬时超高温时的理想热防护和耐烧蚀材料—能保护宇宙飞行器在2000℃以上承受高速气流的冲刷⑸、可设计性好

1）可设计各种满足使用要求的结构产品且整体性好

2）可充分选择材料来满足产品的性能—耐腐，耐瞬时高温、某方向特高强度、介电性好等⑹、工艺性优良

1）可据产品形状、技术要求、用途及数量来灵活地选择成型工艺

2）工艺简单，可一次成型，经济效果突出，尤其对形状复杂、不易成型、数量少的产品

3.

7.

2玻

璃

钢第六十四页，共96页。FRP的特性缺陷：⑴、弹性模量低，易变形，结构产品常感刚性不足

弹性模量比木材大两倍，比钢（E=2.1×106）小10倍—可做成薄壳结构、夹层结构或通过高模量纤维及加强筋等弥补⑵、长期耐温性差，不能在高温下长期使用

通用聚酯FRP在50℃以上强度明显下降，一般只在100℃以下使用通用型环氧FRP在60℃以上强度明显下降—选耐高温树脂，长期工作温度在200~300℃是可能的⑶、老化现象：

塑料的共同缺陷，FRP也不例外紫外线、风沙雨雪、化学介质、机械应力等作用下易导致性能下降

⑷、层间剪切强度低（靠树脂来承担,所以低)可通过选择工艺、使用偶联剂等方法来提高层间粘结力或在产品设计时尽量避免使层间受剪

3.

7.

2玻

璃

钢第六十五页，共96页。3.7

建筑塑料2、FRP的生产方法基本分两大类：湿法接触成型+干法加压成型按工艺特点：手糊成型（手糊法、袋压法、喷射法、湿糊低压法和无模手糊法)、层压成型、RTM法、挤拉法、模压成型、缠绕成型等目前使用最多的四种：1）手糊法：中国(90%)、挪威、日本(50%)、英国、丹麦等

湿法接触成型，设备简单费用少，一次能糊10m以上的整体产品。但机械化程度低，生产周期长，质量不稳定2）喷射法：瑞典、美国、挪威等3）模压法：德国等4）FTM法：欧美各国、日本

中国也有模压法、缠绕法、层压法等第六十六页，共96页。3.8.1砖、瓦、砂、石、灰

（地方材料：工程用量大，原料价格低，当地或附近采购）1、砖：原料易取、价格低、体积小、易组合用做墙体——分隔、保温破坏耕地、能耗高、自重大、施工劳动强度高、工效低

墙体改革、并用新型材料取代

按生产工艺:烧结砖和非烧结按所用材料：粘土砖、粉煤灰砖、煤矸石砖、炉渣砖页岩砖、灰砂砖等按有无孔洞：空心砖、多孔砖和实心砖北京等地禁止使用粘土砖3.8

墙体材料和屋面材料第六十七页，共96页。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。

日本:土、水泥和EER液,搅拌压型，自然风干,EER非烧结砖江西省建材研究院：用红壤土、石灰非烧结砖深圳建筑科学中心：水泥、石灰、粘土-非烧结空心砖非烧结砖是一种有发展前途的新型材料第六十八页，共96页。2、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第六十九页，共96页。3、砂（配制混凝土和砂浆、大宗材料）天然砂和人工砂两类天然砂：由自然岩石风化而形成、粒径

5mm的岩石颗粒按产源分——

河砂、海砂和山砂

较洁净含盐分表面粗糙，多棱角，含泥、有机杂质、表面圆滑质量较差，与水泥粘结好与水泥粘结差按粗细程度（指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度）分

——

粗砂、中砂、细砂砌筑砂浆可用粗砂或中砂优先选用配制混凝土毛石砌体：最大粒径1/4—1／5砂浆层厚度抹面及勾缝砖砌体：粒径2．5mm的中砂第七十页，共96页。4、石：指天然石材：

采自天然岩石（经过加工或未经加工）的石材

一、毛石（片石）二、料石三、饰面石材四、色石渣（色石子）五、石子

最古老的土木工程材料抗压强度高，耐磨、耐久加工后富有装饰性

资源丰富、就地取材、成本低3.8

墙体材料和屋面材料第七十一页，共96页。

按平整程度分：乱毛右和平毛石两类：

(1)乱毛石形状不规则

一般高度150mm，单方向长度

(2)平毛石是由乱毛石略经加工而成

基本上有六个面，但表面粗糙。

一、毛石（片石）：

在采石场由爆破直接获得、形状不规则的石块砌筑基础、堤坝、挡土墙、毛石混凝土等3.8

墙体材料和屋面材料第七十二页，共96页。

二、料石

由人工或机械开采出的较规则的六面体石块,

略经加工而成

一般是

致密均匀的

砂岩

石灰岩

花岗岩

按表面加工平整程度(四种)

：

毛料石粗料石半细料石细料石3.8

墙体材料和屋面材料第七十三页，共96页。

按岩石种类分：大理石花岗岩

按饰面石材的外形分：平面板材定型材

(形成各种曲面的)

按表面平整分：

一般平整面毛面

(凹凸不平)

镜面(精磨抛光)

内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等装修使用的石材三、饰面石材3.8

墙体材料和屋面材料第七十四页，共96页。

四、色石渣（色石子）

由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎、筛选加工而成作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水制石、干粘石、斩假石等建筑物面层俗称和粒径有关

大二分、一分半、大八厘、中八厘、小八厘、米粒石3.8

墙体材料和屋面材料第七十五页，共96页。

五、石子

混凝土粗骨料（砂称为细骨料）路桥工程、铁道工程的路基道渣等碎石天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于5mm的岩石颗粒卵石（圆滑）

由自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒3.8

墙体材料和屋面材料第七十六页，共96页。

1、屋面、地下及其他工程的防水材料：从沥青类—高聚合物改性沥青、橡胶、合成高分子类

我国高分子新型防水卷材品种目前有三类

橡胶类防水卷材：三元乙丙橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、再生橡胶卷材等

塑料类防水卷材：

聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯卷材等

橡塑共混型防水卷材：氯化聚乙烯，橡塑共混卷材、聚氯乙烯—橡胶共混卷材等3．9防水材料第七十七页，共96页。

2、新型防水（接缝、胶粘、密封）材料：

橡胶类胶粘剂：聚氨酯防水涂料等

各种装配式建筑屋面板、楼地面、阳台、窗框、卫生间等接缝，施工缝、密封，给排水管道贮水池等工程的接缝密封，混凝土裂缝的修补

密封材料：聚氨酯建筑密封膏、丙烯酸酯建筑密封膏

砼、金属、木材、天然石料、砖、砂浆、玻璃、瓦及水泥石间的密封防水3．9防水材料第七十八页，共96页。

3、沥青和沥青制品

由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属(氧、硫、氮)

衍生物所组成的混合物按在自然界中获得的方式分：地沥青(包括天然地沥青和石油地沥青)和焦油沥青(包括煤沥青、木沥青、页岩沥青等)

最常用的是石油沥青和煤沥青，其次是天然沥青

（我国储量较大）用于道路工程、房屋建筑防水、一般土木工程的防腐等

沥青砂浆：由沥青+矿质粉料+砂（用于防水）沥青混凝土：再+碎石或卵石（用于路面和车间大面积地面等）3．9防水材料第七十九页，共96页。基本要求：装饰功能+保护功能+其他特殊功能

装饰效果绝热、防火、隔音（质感、线条和色彩三因素）

保护主体结构，延长建筑寿命对人体无害（尤重要）！按化学性质分：

无机材料与有机材料及其复合材料按在建筑物的装饰部位分：

外墙装饰材料内墙装饰材料地面装饰材料吊顶装饰材料3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十页，共96页。

3.10.1天然石材

资源丰富，强度高，耐久性好，加工后装饰效果强，是重要的装饰材料，同时也是重要的砌筑材料天然石材用做装饰材料的有花岗岩和大理石3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十一页，共96页。

3.10.2陶瓷

由适当成分的粘土经成型、烧结而成的人造石材按原料和烧结密实程度分：陶质、炻质和瓷质

材料密实度较差材料密实度很大

釉面陶瓷材料：陶瓷材料的表面覆盖釉料（玻璃态薄层）而成（基体多为陶质）可改善陶瓷表面的机械强度、化学稳定性、热稳定性、表面光洁程度、装饰效果，降低表面吸水率，提高表面抗污染能力

品种有：陶瓷锦砖（马赛克）陶质釉面砖、卫生陶瓷等3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十二页，共96页。

3.10.3建筑玻璃：

玻璃是—种透明的无定形硅酸盐固体物质

原材料：石英砂(主材)、纯碱(助熔剂)、长石、石灰石(稳定剂,使玻璃具有良好抗水性)等

主要特点和用途：现代建筑中玻璃窗用采光发展为兼有采光控光、防护、吸声隔音、保温隔热及内外装饰的多功能建筑光学材料,用于建筑、轻工、交通、医药、化工、电子、航天等领域

玻璃及制品分类：普通平板玻璃、安全玻璃、保温绝热玻璃、压花磨砂玻璃、玻璃空心砖和玻璃锦砖等3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十三页，共96页。

3.10.4建筑装饰涂料（简称涂料）

与油漆属同概念，是涂敷于物体表面能与基体材料很好粘结并形成完整而坚韧保护膜的物料

成膜基料、分散介质以和颜料填料三种基本成分+根据需要加入辅助材料（催干剂、流平剂、防结皮剂、固化剂、增塑剂等）按主要成膜物质性质：

有机涂料、无机涂料+有机无机复合涂料按使用部位：外墙涂料、内墙涂料+地面涂料按分散介质种类：溶剂型+水性3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十四页，共96页。

3.10.5其他装饰材料主要有：

装饰板材类：木材装饰板类：胶合板、大芯板、纤维板、木丝板等金属装饰板类：铝合金装饰板、不锈钢装饰板、彩色压型钢板和金属陶瓷板等复合性能类：装饰板（石膏板、塑料装饰板、钙塑板)等

裱糊类装饰材料：墙纸类：PVC塑料墙纸、纺织物面墙纸、金属面墙纸等墙布类：玻璃纤维装饰墙布和织锦墙布3．10装饰材料（起装饰作用的材料）第八十五页，共96页。

不易传热的材料（对热流有显著阻抗性的材料或材料复合体）绝热材料是保温、隔热材料的总称，具有较小的传导热量能力。

建筑物的墙壁、屋面保温；热力设备及管道的保温；制冷工程的隔热