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1、第2章,2.1 土木工程材料概述,2.1.1 土木工程材料的发展,任何土木工程建（结）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统称为土木工程材料。,每当出现新的优良的土木工程材料时，建筑结构就会有飞跃式的发展。土木工程结构的发展历程，就是以材料为主要标志的。,建筑结构的三次飞跃分别是砖瓦的出现、混凝土的兴起、钢材的大量应用。,2.1.2 土木工程材料的分类,土木工程材料种类繁多，可按其化学成分性质、用途和性能等进行分类，如下表所示。,2.2 早期土木工程材料,砖、瓦、砂、石和木材是最基本的建筑材料，由于其工程用量大，原料价格低，
2、取材方便，无论是在古代，还是在近现代的建筑领域中，均处于不可替代的地位。,砂、石等古老而基本的材料建成的埃及金字塔,建于1056年的山西省应县木塔,2.2.1 砖砌筑材料,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 瓦屋面材料,按成分：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。,按铺设位置：烧结屋面瓦和烧结配件瓦。,按表面状态：有釉瓦和无釉瓦。,粘土瓦,按形状：平瓦和波形瓦。,块状石材：毛石、料石,2.2.3 石,按加工后的外形,板
3、状石材,散状石材：色石渣、石子（碎石、卵石）,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。,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。,毛石,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。,料石,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,大理石板材,青石板材,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
4、面粉刷骨料之用。,色石渣,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。 砂的颗粒级配是指不同大小颗粒的砂的搭配比例。,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：,2.2.4 砂,天然集料：碎石、卵石、浮石、天然砂等,通常是指松散的材料，在混合料中起骨架和填充作用的粒料。,2.2.5 集料,人造集料：煤渣、矿渣、陶粒、膨胀珍珠岩等,粗集料：粒径大于5 mm（以圆孔筛计）、粒径大于2.36mm（以方孔筛计）,细集料：粒径小于5 mm（以
5、圆孔筛计）、粒径小于2.36mm（以方孔筛计）,类型：圆材、方材、条材、板材等。,2.2.6 木材,属于各向异性材料，要注意顺纹和横纹方向的强度差异很大。,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。,2.3 近代土木工程材料,2.3.1 钢材,普通碳素结构钢,按材质分,低合金结构钢,钢结构用钢：各种型钢、钢板、钢管等,按用于不同的工程结构分,钢筋混凝土工程用钢：各种钢筋和钢丝等,土木工程中应用量最大的金属材料。,(1). 钢结构用钢,碳素结构钢：一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。,低合金结构钢：在普通碳素钢的基础上，少量添加若干合金
6、元素而成，在诸如大跨度桥梁、大型柱网构架、电视塔、大型厅馆中成为主体结构材料。,碳素结构钢可轧制各种型钢、钢板、钢管与钢筋,槽 钢,钢 管,工字钢,(2). 钢筋混凝土用钢钢筋,普通碳素结构钢,按材质分,低合金结构钢,按生产工艺性能和用途分,热轧钢筋,冷加工钢筋,热处理钢筋,碳素钢丝,刻痕钢丝,钢绞线,钢筋在土木工程中的应用,(3). 评价,优点：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装。,缺点：耐火性差、易于锈蚀、维护费用较高。,2.3.2 水泥,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，并形成坚硬石材的材料。,袋装水泥,通用水泥,按用途及性能
7、分,专用水泥,按主要水硬性物质名称分,特性水泥,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,以火山灰性或潜在水硬性材料以及其他活性材料为主要成分的水泥,2.3.3 混凝土,简写砼，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，是当代最主要的土木工程材料之一。,混凝土运输,(1). 普通混凝土,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。,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，
8、硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。,普通混凝土结构组成,混凝土的强度等级,混凝土的强度是指混凝土在承受各种力作用时，所能承受的极限应力值。我国混凝土结构设计规范规定的混凝土等级共十四个等级，为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、 C55、 C60、 C65、 C70、 C75 、C80 。,C30表示边长为15cm的混凝土立方体，在温度20和相对湿度90%以上潮湿空气中养护28天所测的强度为30MPa，其保证率为95%。,(2). 特种混凝土,轻骨料混凝土,纤维增强混凝土（简称FRC）,聚合物混凝土,道路混凝土（碾压混凝土）,自密实混凝土,(3). 钢筋混凝土
9、与预应力钢筋混凝土,(4). 评价,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。,2.3.4 砂浆,由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成。,水泥砂浆,按胶凝材料不同,石灰砂浆,按用途不同,混合砂浆,砌筑砂浆,抹面砂浆,防水砂浆,其它特种砂浆,2.4 现代土木工程材料,2.4.1 高强混凝土（high strength concrete ）,早前一般指强度等级在C45以上的混凝土。现在一般指强度等级在C60以上的混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减
10、水剂或同时外加粉煤灰、矿粉、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。 目前已应用在实际工程中的最高强度的混凝土为C200。,特点：抗压强度高、脆性大。特别适用于高层建筑。,2.4.2 高性能混凝土（High Performance Concrete）,目前还没有完全统一的定义。 1990年5月美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）举办研讨会的定义： 合乎需求性能及均匀性 性能包括：便于浇捣、不离析；力学性能稳定；早期强度高；具有韧性；体积稳定性好；恶劣环境下寿命长 即HPC要求高强度、高流动性、高耐久性（简称三高）,高性能混凝土的制备,水泥、砂、石和水 高效减水
11、剂降低混凝土的水胶比，保证流动性 磨细矿物外加剂（硅粉、粉煤灰等）填充孔隙提高致密性，提高混凝土的耐久性和强度,2.4.3 纤维混凝土（fiber reinforced concrete ）,是以水泥净浆、砂浆或混凝土做基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维做增强材所组成的水泥基复合材料的总称。 目前主要有合成纤维混凝土和钢纤维混凝土。,钢纤维,聚丙烯纤维,2.4.4 绝热保温材料,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。,有机绝热材料,石棉及制品,矿渣棉及制品,岩棉及制品,膨胀珍珠岩及制品,软木板,泡沫塑料,多孔混凝土,蜂窝板,无机绝热
12、材料,2.4.5 吸声隔声材料,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,无机材料,有机材料,多孔材料,纤维材料,隔绝空气声,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。,2.4.6 膜结构材料,以聚酯纤维基布等配以优质的PVC（聚氯乙烯）表面涂层组成的具有稳定的形状，并可承受一定载荷的建筑纺织品。,优点：轻盈、自洁、可自然采光、耐老化。,应用：可广泛应用于建筑、土工、交通、环保、广告等行业。,缺点：制造成本、维护费用高。,“水立方”膜结构膜结构示意图及安装,2.4.7 金属及其合金材料,(1). 钢结构,采用各种型钢和钢板为主制作的钢结构，一般多用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物。,“鸟巢”钢结构卸载现场,(2). 钛及钛合金材料未来的金属材料,优点：重量轻、强度大、耐热性强、耐腐蚀等。,应用：航空、航天、土木、化工、石油、轻工、冶金、电力。,中国国家大剧院的钛金属屋顶,演讲完毕，谢谢观看！,
