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1、2.1 早期土木工程材料 2.2 近代土木工程材料 2.3 现代土木工程材料,土 木 工 程 概 论,第 2 章 土 木 工 程 材 料,土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料,任何建(构)筑物都是用相应材料按一定要求建造的,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 材料的数量、质量,以往研究，侧重满足建筑物的承载安全、尺寸规模、功能和使用寿命等要求，以及人们对所构筑的生存环境的安全性、舒适性、方便性和美观性等的要求，较少考虑材料的生产和使用给生态环境、能耗等方面造成的影
2、响。,20世纪后半期，人居环境与可持续发展成为世界关注的焦点。 土木工程材料对自然资源具有重要的影响，因此在从事土木工程材料的研究及开发工程中，不仅需要考虑材料的性能能否满足人类的需求，还要考虑材料的生存和使用对能源和环境是否带来过大的负面影响。,人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作,2.1 早期土木工程材料,1、砖：原料易取、价格低、体积小、易组合 用做墙体、基础、柱等砌筑工程中 粘土砖破坏耕地、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
3、砖和实心砖,北京等地禁止使用粘土砖,2.1.1 砖,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,搅拌压制成型，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,2.1.2 瓦（屋面材料）,种 类按成分 粘土瓦、石棉水泥瓦、 水
4、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,平 瓦,波形瓦,石材：指天然石材： 采自天然岩石（经过加工或未经加工）的石材,古今土木工程中新建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料,最古老的土木工程材料 抗压强度高，耐磨、耐久性，加工后富有装饰性 资源丰富、就地取材、成本低,2.1.3 石 材,混凝土组成材料中 石子称为粗骨料（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）
5、由自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒,2.1.4 砂 石,2.1.4 砂 石,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 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 1/415砂浆层厚度 抹面及勾缝 砖砌体： 粒径25mm的中砂,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
6、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,2.1.5 灰,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) 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏 建筑石膏特性 天然二水石膏(CaSO42H2O,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
7、水拌制的浆体有良好的可塑性，装饰性可加工性良好 防火、隔热和吸音性能好，具有一定的调温调湿性,2.1.5 灰,、应用于室内抹面、粉刷 、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 、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,2.1.5 灰,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
8、（熟化） 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,2.1.5 灰,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）,2.1.6 木 材,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
9、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,2.1.6 木 材,2.2 近代土木工程材料,钢材用于土木工程历史： 19世纪初，开始用于建造桥梁和房屋， 19世纪中叶，钢材品种、规格、生产规模大幅度增长，强度不断提高，钢材的切割和连接等加工技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。 20世纪20年代，预应力混凝土出现，使近代土木工程结构的形式和规模发生了飞跃性的进展。钢材特点
10、：品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，常温下能承受较大的冲击和振动荷载；具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。,2.2.1 钢 材,土木工程用钢材是指用于钢结构的各种型材（如：圆钢、角钢、工字钢等）、钢板、管材和各种钢筋和钢丝。,2.2.1 钢 材,钢筋,槽钢,钢管,角钢,工字钢,H型钢,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（),2.2.1 钢 材,属水硬性
11、胶凝材料 加水拌成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，并将其它材料胶结成整体，形成坚硬石材的材料,2.2.2 水 泥,袋装水泥,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(分型：代号P和型:代号P)，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,1、水 泥 定义和分类,2、 硅 酸 盐 系 列 水 泥,国家标准(GBl7592)规
12、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 *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,、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、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,
