2-土木工程材料2

第2章土木工程材料2.1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、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。给排水设备和材料、暖通设备和材料、消防设备及材料、强电弱电设备及材料、网络设备及材料等水泥、混凝土、钢材、石灰、木材、石材、沥青、塑料等。广义的土木工程材料构成建筑物、构筑物的材料施工过程中的辅助材料各种设备及材料（用于土木工程的所有材料）狭义的土木工程材料（直接构成土木工程实体的材料）水泥、混凝土、钢材以及围护材料、面层材料、防水材料、装饰材料等脚手架、模板等结构材料功能材料土木工程材料分类金属材料非金属材料一般分为：黑色金属（钢、铁）有色金属无机（矿物质）材料有机材料按功能划分：——承受荷载作用的材料：基础、柱、梁所用的材料——具有其它功能的材料：起围护、防水、装饰、保温隔热作用的材料等按用途划分：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纵观我国历史，劳动人民在土木工程材料的生产和使用方面，曾经取得重大的成就。在金属冶炼、木材防腐和陶瓷工艺等方面，都曾居世界领先地位。我国历代许多有名的建筑物如万里长城、都江堰水利工程、明故宫和一些宏伟壮观的寺庙、楼阁、塔等都说明当时我国土木工程材料特别是天然石料、砖瓦、木材、油漆和粘结材料的生产和应用技术都达到了很高的水平。旧长城原为粘土拌和乱石建造的。现在河北、山西北部的长城明代中叶改用大块精制砖重修，墙高约12m，宽约7～10m，全部材料约3亿m3,比埃及金字塔最大的胡夫金字塔约大120倍，是世界上最伟大的工程之一。传统土木工程材料近代土木工程材料现代土木工程材料2.2传统土木工程材料

1、砖——一种常用的砌筑材料优点：制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于组合。粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等。至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。因此有逐步改革并用新型材料取代的必要。有的城市已禁止在建筑物中使用粘土砖。缺点：由于生产传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大，施工生产中劳动强度高、工效低。砖的分类按生产工艺：按形式：烧结砖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灰砂砖实心砖空心砖多孔砖加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。利用粉煤灰、煤矸石和页岩等为原料烧制砖，制砖时常需掺入一定量的粘土，以增加可塑性。实心砖多孔砖

2、瓦瓦，一般指粘土瓦。以粘土（包括页岩、煤矸石等粉料）为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。——屋面材料中国瓦的生产比砖早。西周时期就形成了独立的制陶业，西汉时期工艺上又取得明显的进步，瓦的质量也有较大提高，因称“秦砖汉瓦”。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，但对粘土的质量要求较高，如含杂质少，塑性高，泥料均化程度高等。中国目前生产的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦。粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质脆、自重大、片小，施工效率低，且需要大量木材等缺点，在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。瓦是一种屋面材料。由于建筑工业的发展，对屋面材料也提出了新的发展要求。目前，瓦的种类较多，按成分分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分有平瓦和波形瓦两类。

3、石凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材

——天然石材由于天然石材具有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，经加工后表面美观富于装饰性，资源分布广蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低等优点，是古今土木工程中修建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。石子毛石（片石）料石饰面石材色石渣石石的种类毛石：也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等，乱毛石也可用作毛石混凝土的骨料。料石：由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。饰面石材：用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。

色石渣：色石渣也称色石子，是由天然大理石、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、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。石子：粒径大于5mm的岩石颗粒，分碎石和卵石。在混凝土组成材料中，石子为粗骨料，也常用作路桥工程、铁路工程的路基道碴等。天然石材经加工后具有良好的装饰性，是现代土木工程的主要装饰材料之一。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

4、砂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。天然砂河砂海砂山砂——较为洁净，应用较广。——含盐分较多，对混凝土和砂浆影响较大。——表面粗糙，颗粒多棱角，含泥量较高，有机杂质较多，质量较差。

5、灰土木工程中用胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结为一个整体。灰是指石灰和石膏，是无机胶凝材料。凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。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。土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏的应用很广，除用于室内抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品。6、木材应县木塔木材是一种古老的工程材料包括物理性质和力学性质，如含水率、热胀干缩、密度、强度(抗拉、抗压、抗弯和抗剪等四种强度)。木材属于各向异性材料，其抗拉、抗压、抗剪强度又有顺纹和横纹之分。顺纹和横纹强度有很大的差别。木材的主要性质：圆材、方材、条材、板材等木材的主要类型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。影响木材强度的主要因素为含水率（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）及木材的缺陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。木材在现代土木工程中的应用——木门窗传统土木工程材料近代土木工程材料现代土木工程材料2.3近代土木工程材料

1、水泥水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整体，并形成坚硬石材的材料。通用水泥专用水泥特性水泥按其用途及性能分为三类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按其主要水硬性物质划分：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。水泥的分类快硬硅酸盐水泥（快硬水泥）快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥）白色硅水泥（白水泥）高铝铝酸盐水泥膨胀水泥其他品种水泥建筑钢材的产品种类2、钢材（1）钢材的种类型材板材管材金属制品型材板材钢管管材金属制品（2）土木工程用钢材钢结构用材钢筋混凝土用材土木工程钢材轻钢厂房普通碳素结构钢，Q235(A3钢)低合金结构钢，Q315(16Mn钢)钢结构用钢材淮南广播电视局钢网架扬州客车厂钢网架2.1土木工程结构材料钢筋混凝土用钢材3、混凝土简写砼，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。1824年Aspdin发明了波特兰水泥（硅酸盐水泥），以水泥作为胶凝材料的混凝土开始问世1850年钢筋混凝土问世1928年预应力混凝土问世世界上第一栋混凝土结构的高层建筑1903年在美国辛辛那提建造了世界上第一栋混凝土结构的高层建筑——英格尔大楼(IngallsBuilding)。混凝土的种类水泥混凝土（普通混凝土）石膏混凝土沥青混凝土聚合物混凝土按胶凝材料划分按表面密度划分重混凝土（ρ>2600kg/m3）普通混凝土（ρ=1950～2600kg/m3）轻混凝土（ρ<1950kg/m3）结构用混凝土道路混凝土水工混凝土耐热混凝土耐酸混凝土防辐射混凝土按使用功能划分按施工工艺划分喷射混凝土泵送混凝土振动灌浆混凝土泵送混凝土——由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。普通混凝土强度等级一般为：砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；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。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。

(1)轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）

(2)纤维增强混凝土（简称FRC）

(3)聚合物混凝土

(4)道路混凝土（碾压砼）

(5)自密实混凝土特种混凝土特种混凝土道路混凝土优点：可模性、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。混凝土特点：砼抗拉强度低，与钢筋粘结组成钢筋砼结构。钢筋砼结构

4、沥青、沥青制品地沥青（包括天然地沥青和石油地沥青）焦油沥青（包括煤沥青、木沥青、页岩沥青等）沥青在土木工程上的主要用途胶凝材料，路面桥面材料防潮防水（房屋建筑）防腐材料5、玻璃透光性良好。2～6mm的普通窗玻璃光透射比为80％～82％（1）普通平板玻璃钢化玻璃机械强度高，耐热、抗震、抗冲击。碎裂时呈网状裂纹，碎片小且无尖锐棱角，不易伤人。主要用于：高层建筑幕墙、室内隔墙、车用玻璃等。（2）安全玻璃钢化玻璃玻璃中嵌夹透明塑料薄片压合而成。抗冲击抗穿透，碎裂时碎片粘于塑料片上，不溅落伤人。主要用于：厂房门窗、隔墙、防弹玻璃、车用玻璃等。夹层玻璃夹丝玻璃玻璃中嵌夹钢丝网，强度高，抗震、抗冲击。碎裂时无碎片溅落，不易伤人。主要用于：厂房天窗、采光屋顶、防火门窗等。6、陶瓷制品陶质制品瓷质制品