土木工程概论幻灯片

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1、2. 土木工程材料与制品 高楼、厂房、道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等土木工程都是用材料按一定的要求建造成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。它们将直接影响建筑物或构筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。 因此，了解材料在土木工程中的作用主要应从三个方面去认识： 材料对保证工程质量的作用； 材料对工程造价的影响； 材料对工程技术进步的促进作用。,2.1 砖、瓦、砂、石、灰 2.1.1 砖 砖是一种常用的砌筑材料。砖瓦的生产和使用在我国历史悠久，有“秦砖汉瓦”之称。 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，所以至

2、今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。 用粘土砖建造的建筑物可较长时间使用，有的可长达几百年甚至上千年。 1911年建造的清华学堂，将近一百年来一直作为教学楼使用，至今仍保持着古朴、典雅的风格。,但生产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，难以适应建筑工业化的需要。 国家四部局1999(295)号文关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知中明确规定了160个大中城市到2003年6月30日完全禁止使用实心粘土砖。 因此，推广利用工业废料制砖，这不仅可以减少环境污染，保护大片良田，而且可以节约大量燃料煤，也符合国家可持续发展的战略方针。,砖按照生产工艺分为烧结砖和非烧

3、结砖； 按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等； 按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。,常用的工业废料有：粉煤灰、煤矸石等，它们的化学成分与粘土相近，但因其颗粒细度不及粘土，故可塑性较差，制砖时常需掺人一定量的粘土或水泥，以增加其可塑性。用这些原料烧成的砖，分别称为烧结粉煤灰砖、烧结煤矸石砖等。,2.1.2 瓦 瓦是屋面材料。 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。,2.1.3 石 毛石:形状不规则的石块。一般高度不小于150mm，一个方向的长度300-400mm，重20-30公斤.

4、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:料石是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。 饰面石材:大理石、花岗岩。 石子:粒径5-40mm。石子除用作混凝土粗骨粒外，也常用作路桥工程、铁道工程的路基道碴等,2.1.4 砂(粒径5mm) 河砂、山砂、海砂。 2.1.5 灰 石灰: 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。 工程上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消解成消石灰(氢氧化钙)，这个过程称为石灰的“消化

5、”，又称“熟化”。 石膏:细腻、干缩性小. 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏加水后拌制的浆体具有良好的可塑性。,建筑石膏的凝结较快，加水后几分钟内即可失去流动性，30分钟产生强度。凝结硬化时，体积不收缩，而是略有膨胀(膨胀值约为1左右)。 建筑石膏具有很好的防火性能、隔热性能和吸音性能，具有良好的装饰性和可加工性。,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。 常见的有：纸面石膏板、石膏装饰板、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。 石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。如浮雕饰线、艺术灯圈、角花等。,2.2 钢材 型材:圆钢、角钢

6、、工字钢、槽钢。 线材:钢筋、钢丝、钢缆线。 板材:钢板,钢材的力学性能: 1) 拉伸性能: 2) 冲击韧性:是指钢材受冲击荷载而不被破坏的能力。 3) 疲劳强度:钢材在交变荷载反复作用下,可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏,这种破坏称为疲劳破坏。疲劳破坏指标称为疲劳强度。 4) 硬度:是指金属材料抵抗硬物压入表面的能力。 钢材的工艺性能: 1) 冷弯 2) 冷加工 3) 焊接,2.3 木材, 木材是一种古老的工程材料。由于具有一些独特的优点，在出现众多新型土木工程材料的今天，木材仍在工程中占有重要地位。 木材在大气环境下性能稳定，不易变质，许多木造建筑物可使用上千年。坐落在杭州钱塘江

7、畔的六和塔，至今已有1 000多年的历史。,木材具有很多优点： 轻质高强；易于加工(如锯、刨、钻等)； 有高强的弹性和韧性； 能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低； 木纹美丽；装饰性好等。 但木材也有缺点： 如构造不均匀，各向异性； 易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩 变形；易燃、易腐等。,木材是由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树两大类。 针叶树树干通直而高大，易得大材，纹理平顺，材质均匀，木质较软而易加工，故又称软木材。常用树种有松、杉、柏等。 阔叶树树干通直部分一般较短，材质较硬，较难加工，故又称硬木材。常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。,树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而

8、木材主要使用木质部。 木材的顺纹(作用力方向与纤维方向平行)强度和横纹(作用力方向与纤维方向垂直)强度有很大的差别。木材各种强度的关系见表2.1。,表2.1 木材各种强度的关系, 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)； 木材的缺陷(木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等)。 工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。,截面宽度,厚度,板 厚,原木 枋木:宽3厚, 小枋:宽厚54cm； 中枋:宽厚55-100cm 大枋:宽厚101-225cm 特大枋:宽厚226cm 板材:宽3厚,薄板:板厚18mm 中板:

9、板厚19-35mm 厚板:板厚36-65mm 特厚板:板厚66mm.,2.4 水泥 属水硬性胶凝材料。普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥. 一. 水泥硬化过程 水泥加入适量的水调成水泥浆后,经过一定时间,由于本身的物理化学变化会逐渐变稠,失去塑性,称为初凝;开始具有强度,称为终凝;凝结后强度继续增长,称为硬化。,二. 水泥的主要技术性质 1) 密度:一般为(3.05-3.2)g/cm 2) 凝结时间 初凝时间:水泥从开始加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的时间。 终凝时间:从水泥开始加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。 国家标准规定:硅

10、酸盐水泥初凝时间不得早于45分钟;终凝时间不得迟于6.5小时。,3) 体积安定性 是反映水泥浆体硬化后因体积膨胀不均匀而变形的状况。 4) 水泥的强度与标号 按规定制作试块,养护并测定抗压和抗折强度值。该值是评定水泥标号的依据。 2.5 混凝土与砂浆 2.5.1 混凝土 由胶凝材料、骨料按适当比例配合,拌合制成的混合物,经一定时间硬化而成的人工石材。,2.5.2 混凝土的分类 1) 按表观密度分: 重混凝土:表观密度大于2600m 普通混凝土:表观密度(1950-2600) /m 轻混凝土:表观密度小于1950/m 表观密度:是指材料在自然状态下,单 位体积所具有的质量。 实际密度:是指材料绝

11、对密实的状态 下单位体积所具有的质量。 堆积密度:是指粉状、粒状或纤维状材料在 堆积状态下,单位体积所具有的质量(含空隙)。,2) 按所用胶结材料分: 水泥混凝土 沥青混凝土 石膏混凝土 水玻璃混凝土 集合物混凝土 3) 按用途分: 结构 防水 道路 防辐射 耐热 耐酸 膨胀混凝土 2.5.3 混凝土的抗压强度与强度等级 1) 混凝土抗压强度:是指其标准试件在压力作用下直到破坏的单位面积所能承受的最大应力。 抗压强度常作为评定混凝土质量的指标,并作为确定强度等级的依据。,2) 根据国家标制作150150150(mm)的标准立方体试件,在标准条件(温度203,相对湿度90以上)下,养护到28天龄

12、期,所测得的抗压强度值为混凝土立方体抗压强度。以fcn表示。 3) 混凝土强度等级采用符号C与立方体抗压强度标准值(以N/mm即MPa计)表示。共分 C7.5、C10、C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60等12个强度等级。 例如,C40表示混凝土立方体抗压强度标准值fcu.k=40MPa。,普通混凝土是由水泥、粗骨料(碎石或卵石)、细骨料(砂)和水拌和，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，使混凝土拌和物具有良好工作性能，硬化后将

13、骨料胶结在一起，形成坚强的整体。其结构如图2.12所示。,2.5.6 混凝土的配合比 1) 常用的表示方法 水泥:砂子:石子:水(如:1:2.4:4:0.6)。 2) 配合比设计的基本要求 (1) 达到混凝土结构设计的强度要求; (2) 满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求; (3) 满足混凝土施工所要求的和易性;(塌落度) (4) 符合经济原则,节约水泥,降低成本. 3) 配合比设计,2.6 建筑砂浆 砌筑砂浆 抹灰砂浆 2.7 沥青、沥青制品及其他防水材料 2.7.1沥青、沥青制品 沥青材料是由一些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。

14、沥青可分为地沥青(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。,2.8 防水材料 高分子新型防水卷材品种有三大类： 橡胶系防水卷材，主要品种有三元乙丙橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶、再生橡胶卷材等； 塑料系防水卷材，主要品种有聚氯乙烯、聚乙烯、氯化聚乙烯卷材等； 橡塑共混型防水卷材，主要品种有氯化聚乙烯一橡塑共混卷材、聚氯乙烯一橡胶共混卷材等。,新型防水材料还有橡胶类胶粘剂，如聚氨酯防水涂料(又称聚氨酯涂膜防水材料)。 新型密封材料，如聚氨酯建筑密封膏(用于各种装配式建筑屋面板楼地面、阳台、窗框、卫生间等部位的接缝，施工缝的密封，给排水管道贮水池等工程的接缝密

15、封，混凝土裂缝的修补)； 丙烯酸酯建筑密封膏(用于混凝土、金属、木材、天然石料、砖、砂浆、玻璃、瓦及水泥石之间的密封防水)。,2.9 玻璃陶瓷制品 玻璃已广泛地应用于建筑物，它不仅有采光和防护的功能，而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。 玻璃分类: 平版玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维. 根据陶瓷材料的原料和烧结密实程度不同，可分为 陶质、炻质和瓷质三种性能不同的人造石材。,为改善陶瓷材料表面的机械强度、化学稳定性、热稳定性、表面光洁程度和装饰效果，降低表面吸水率，提高表面抗污染能力，可在陶瓷材料的表面覆盖一层玻璃态薄层，这一薄层称为釉料。 这种陶瓷材料称为釉面陶瓷材料，

16、其基体多为陶质材料。 常用的陶瓷材料品种可分为以下几类： 陶瓷锦砖(马赛克)； 陶瓷墙地砖； 陶瓷釉面砖； 卫生陶瓷。,2.10 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各种人造板材. 常用人造板材有：胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、木屑板。 2.11 塑料及制品 塑料是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。,2.12 绝热材料 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材料。 绝热材料是保温、隔热材料的总称。 绝热材料应具有较小的传导热量的能力； 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；,2.13 吸声隔声材料 选用适当的材料对建筑物进行吸声和隔声处理是