土木工程材料(2.2近代土木工程材料)

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1、第二章 土木工程材料,传统土木工程材料 近代土木工程材料 现代土木工程材料,钢材,2.1 土木工程结构材料,评价： 材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装； 缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。,2.1 土木工程结构材料,土木工程钢材可划分为钢结构用材和钢筋混凝土用材两大类。 （1）钢结构用钢材 A碳素结构钢 一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。 B低合金结构钢 普通低合金结构钢一般是在普通碳素钢的基础上，少量添加若干合金元素而成，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。,（2）钢筋混凝土用钢材 钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋，钢筋是土木工程中使用最多的钢

2、材品种之一。,钢材分类,型材：型钢、钢轨、钢板、钢管等,线材：钢筋或钢丝（碳素钢丝、刻痕钢丝、 钢胶线）,我国是最早用铁建造结构的国家之一如： 967年建于南汉朝的广州光孝塔东铁塔； 1061年建于宋朝的玉泉寺踏，高17.9m，共13层。现位于湖北当阳县； 1105年建于宋朝的铁塔寺，高13m，共9层。,上述列举的古建筑说明了我国古代的冶金和营造技术达到了高度水平。,广州六榕塔初建于南朝，内曾供奉贤劫千佛像，故又名千佛塔。从宋至清经过约11余次修建，但仍保持宋代风格。塔顶有元代所铸千铜柱，上有1000多尊浮雕小佛，及云彩缭绕的天宫宝塔图。,19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中

3、的发展。成功的范例有： 1883年，美国在芝加哥建造的11层保险公司大楼，大楼的主要承重结构体系最先采用铁框架（部分钢梁）做成。 1895年用钢框架建成了61m高14层的信托大楼（Reliance Building),1891年建成的莫纳德洛克（Monadnock Building)大楼室内铸铁楼梯,中国银行大厦，高度369米，香港，第七高,帝国大厦，高度381米，纽约，第五高,西尔斯大厦高度443米，美国，第三高,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 。,水泥,“两磨一烧”,优点： 原料易得、成 本较低、良好

4、的工 程使用性能以及与 环境有较好的相容性。三大基础材料之一。 分类（不同分法）： 用途及性能：通用、专用、特性水泥 水硬性物质名称：硅酸盐水泥、铝酸盐水 泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸酸盐水泥等,其它品种水泥 快硬硅酸盐水泥：适用于紧急抢修、低 温施工工程和高标号混凝土预制件，不适合 大体积混凝土工程。 快凝快硬硅酸盐水泥：用于军事、机场跑 道、桥梁、隧道和涵洞等工程。 白色硅酸盐水泥：用于内外装修 高铝水泥：快硬、高强、耐热及耐腐蚀， 用于工程紧急的工程。 膨胀水泥：各种管道,混凝土,混凝土起源 1824年Aspdin发明硅酸盐水泥，1850年和1928年先后出现了钢筋混凝土和预应力混凝土，目前

5、混凝土是用量最大，使用最广泛的土木工程材料。,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。,类型：水泥混凝土、轻混凝土、沥青混凝土等。,强度：,混凝土的强度等级一般为：,如何测定？,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。,混凝土的种类,不同施工工艺,钢筋混凝土泵送的记录！世界上最高的摩天大楼，混凝土灌注量达160，000立方米之巨。为确保连续泵送并达到385

6、米这样一个高度，开发者基于安全因素，采用六台超高压混凝土泵及六根分离式布料杆灌注混凝土。,不同使用功能,水工混凝土,龙滩开浇世界第一高碾压混凝土大坝现场,特种混凝土,轻骨料混凝土 纤维增强混凝土 聚合物混凝土 碾压混凝土 自密实混凝土 抗渗能力佳，抗冲、耐磨、抗蚀能力强的硅粉混凝土；有环保效益和经济效益的粉煤灰混凝土；特细混凝土、透明混凝土和其它一些特种混凝土。,国内部分钢纤维种类,平直微扭形,弓形,凹凸形、方齿形、 端固形、扁异形、合易形,端钩形,波纹形,直纹形,钢筋混凝土,是在混凝土中配置钢筋形成的复合建筑材料。 既可以充分利用混凝土的抗压强度， 又可以发挥混凝土对钢筋的保护作用， 充分利

7、用钢筋的抗拉、抗弯强度,砼抗拉强度低，与钢筋粘结组成钢筋砼结构。,素砼梁与钢筋砼梁破坏示意图,钢筋与砼共同工作的原因,混凝土硬化后钢筋与混凝土产生良好的粘结力，两者从而可靠地结合，在荷载的作用下能够共同变形； 两种材料的温度线胀系数颇为接近。,钢筋混凝土的优点,合理发挥材料的性能 耐久性好 耐火性好 整体性好 就地取材 灵活性大,钢筋混凝土的缺点,自重大 抗裂性较差 保温效果差 施工受气候影响大，修复困难,预应力钢筋混凝土的出现,预应力钢筋混凝土是在外荷载作用下，预先建 立有内应力的混凝土。混凝土的预压应力一般是 在结构或者构件受拉区域，通过对预应力筋进行 张拉，锚固，放松，借助钢筋的弹性回缩

8、，使受 拉区混凝土事先获得预压应力来实现的。,钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土,钢筋绑扎完成等待浇注,浇注完成基础底板工程,预应力混凝土在预制桥梁中广泛应用,马来西亚石油双塔大厦（世界第二高大厦450m，世界最高混凝土结构，双塔地上88层。从底层至84层采用的都是钢筋混凝土结构。84层以上是钢柱和钢环梁。大厦在第60层、72层、82层、85层处收进，46层以下有两个圆形副楼）,远眺广州中信大厦（广场）,广州中信大厦（大厦1996年建成。由三座塔楼和裙房组成，主塔楼为办公楼，是80层的钢筋混凝土框架筒体结构，高322.5m，连同桅杆（钢塔）总高382.5m，为国内最高，世界第二高的钢筋混凝土建筑）,

9、第二章 土木工程材料,传统土木工程材料 近代土木工程材料 现代土木工程材料,19世纪钢材和混凝土使得土木工程的规模产生了飞越性的发展；20世纪的高分子材料、新型金属材料和各种复合材料则使得土木工程的规模和外观发生了根本性的变化。,沥青、沥青制品与其它防水材料,极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生物所组成的混合物。较常用是石油沥青和煤沥青，其次是天然沥青。 通过橡胶、树脂和矿物填料改变石油加工厂制备的沥青的性能，改性后沥青的综合性能可以大大提高。 橡胶系防水卷材、塑料系防水卷材和胶塑共混型防水卷材三类。,工人正在搬运“鸟巢”沥青防水卷材,遇水膨胀止水条,国家大

10、剧院（鸟巢）,沥青混凝土路面施工现场,玻璃、陶瓷制品,2008年奥运会国家游泳中心的方案（水立方）,玻璃、陶瓷制品 玻璃：具有采光和防护功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维。 陶瓷：由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料，主要品种有：陶瓷锦砖（马赛克）、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。,人民大会堂广东厅的微晶玻璃装饰板,用于室内装修的印花玻璃,香港中银大厦的玻璃外墙,陶瓷外墙砖,广州陈氏书院的陶塑脊饰,玻璃空心砖,玻璃马赛克,瓦,人造板材,采用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为基材，使用胶凝材料、胶粘剂或夹层材料加工而成的

11、各种人造板材。 完全不使用天然木质材料的无机材料人造板。 常用：胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、木屑板。,石棉橡胶板,竹木地板,木地板,制作中人造板,塑料及制品,以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材料。,绝热材料,保温、隔热材料的总称，主要用于：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。 无机绝热材料：石棉及制品、矿渣棉及制品、岩棉及制品、膨胀珍珠岩及制品。 有机绝热材料：软木板、泡沫塑料、多孔混凝土、蜂窝板。,绝热材料微观结构轻质、疏松多孔的，且孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状,聚苯乙烯泡沫夹心板,内墙喷涂聚胺酯泡沫层,

12、吸声隔音材料,吸声材料着眼于声源一侧反射声能的大小，对入射声能的衰减吸收，吸声能力即吸声系数用小数表示。常用吸声材料分为无机、有机、多孔和纤维材料四种。 隔声材料着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，是透射声能衰减到入射声能的比例，隔音量用分贝表示。隔声材料分为隔绝空气声和隔绝固体声两种。,高架路隔声板,矿棉吸声板,穿孔FC板,阻燃轻质吸声材料多孔、疏松、透气,装饰材料,集材料、工艺、造型设计、色彩、美学于一身的材料，不仅要求具有装饰功能、保护功能及其他特殊功能，还同时要满足不同的使用要求（绝热、防火、隔音）以及保护主体结构，延长建筑寿命，对人体无害。 按装饰部位可以分为：外墙、内墙、地面和吊

13、顶装饰材料。,地面装修,室内涂料,外墙涂料装修,吊顶装修,新型复合板材,在传统板材基础上产生的新一代材料；是一种复合材料，可以是有机和无机材料、金属和非金属材料以及同类材料之间的复合；使得土木材料的品种和功能更加多样化。,泰柏板有良好的保温功能，隔声性能好，抗冻性能好，抗振能力强和建造能耗低等优点。,阻燃聚苯板为板芯,彩钢夹心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，外露的彩色钢板表面涂以高级彩色塑料涂层。,为什么发展绿色建筑,按人均计算，我国属于贫资源国，煤炭、石油、天然气、可耕地、水资源和森林资源的人均拥有量仅为世界平均值的1/2、1/9、1/23、1/3、1/4、1

14、/6。 我国水泥产量已连续近19年居世界第一，目前占世界总产量的50%左右；2004年水泥产量已达约9.4亿吨；2005年全国混凝土用量21亿立方米，2010年将达到25亿立方米。,为什么发展绿色建筑,我国至今仍有砖瓦企业约8万家，占地500多万亩，每年烧砖7000多亿块标准砖，取土14亿立方米，相当于毁坏土地100多万亩。 2004年全国袋装水泥6.4亿吨计算，消耗包装牛皮纸相当于10个大兴安岭一年的木材采伐量。因包装袋内残留水泥一项，全国每年要损失近2000万吨水泥，价值50多亿元。 建材工业是对天然资源和能源资源消耗最高、破坏土地最多、对大气污染最为严重的行业之一，是对不可再生资源依存度

15、非常高的行业。,绿色建材,1988年日本学者首次提出绿色材料的概念。 1992年，学术界明确提出绿色材料定义：在材料采取、产品制造、使用或者再循环以及废料处理等环节中对地球环境负荷最小和有利于人类健康的材料。,国外发展 1）1992年，世界环境与发展大会召开，确立可持续发展的战略方针，各国制定法律条款，推广绿色产品。 2）欧洲推行环保绿色建材的认证，建立市场准入制度。 3）建成健康、生态环保建筑示范工程。如美国、加拿大等国。,国内发展 1）1992年开始广泛研制“绿色建材”； 2）1994开始对部分产品实行环境标志，设立中国环境标志委员会，制定环境标志的评定标准。 发展绿色建材的意义：节省能源

16、，减少污染，鼓励和倡导生产、使用绿色建材，对保护环境，改善人民的居住质量，做到可持续的经济发展是至关重要的。,怎么做？,目标：到2010年，全国新建建筑对不可再生资源的总消耗比现在下降10；到2020年，新建建筑对不可再生资源的总消耗比2010年再下降20。,怎么做？,新型保温节能墙体材料 轻质高强建筑材料 工业废渣的应用 人造骨料、再生骨料的应用 废弃砖瓦的应用 废弃植物纤维的应用 采用商品混凝土和商品砂浆,怎么做？,采用可再生原料生产的建筑材料或可循环再利用的建筑材料 采用有利于提高材料循环利用效率的新型结构体系 尽量就地取材，减少建筑材料在运输过程中造成的损坏及浪费。,问 题,材料发展与土木工程发展的关系？ 结合身边建筑材料的使用，举例建筑材料对人体和环境造成危害的例子？,