1、传统土木工程材料 近代土木工程材料 现代土木工程材料,1,第二章 土木工程材料,土木工程材料,土木工程中所使用的材料都统称为土木工程材料任何土木工程建筑物都是用材料按要求打造成的 人类一直从事土木工程材料研究工作并开发新材料 几乎世界上的各种材料都可用作土木工程材料,土木工程材料的要求,强度 变形 重量 施工方便 防火、耐高温 经济,土木工程材料的强度,拉压,弯,扭,剪,本章内容,2.1 传统土木工程材料 2.2 近代土木工程材料 2.3 现代土木工程材料,砖的优缺点： 优点 原料容易取得 生产工艺简单，价格低 体积小、便于组合 缺点 耗土量大；能耗高 自重强度比高 不便机械化施工,2.1.1
2、 砖,2.1.1 砖,砖的分类：,砖按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖； 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。 实心砖是由粘土烧制而成，分为青砖和红砖。,青砖、红砖,2.1.1 砖,为了改进普通粘土砖块小、自重大、耗土多等缺点，正向轻质、高强度、空心、大块的方向发展。比如推广使用利用工业废料制砖或生产空心砖等。 除粘土外，也可利用粉煤灰、煤矸石和页岩等为原料烧制砖，这是由于它们的化学成分与粘土相近，但因其颗粒细度不及粘土，故塑性差，制砖时常需掺入一定量的粘土，以增加可塑性。 利用煤矸石和粉煤灰等工业废渣烧砖，不仅可以减少环
3、境污染，节约大片良田粘土，而且可以节省大量燃料煤。,瓦是屋面材料。按材料可分为粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦等；按形状可分为平瓦和波形瓦。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，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,2.1.2 瓦,2.1.3 石,优点 抗压强度高（5MPa） 耐磨耐久性好 资源丰富 生产成本低 缺点 抗拉强度低,2.1.4 砂,一般分为：天然砂和人工砂。 由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5 mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。 人工砂是由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。,砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒
4、混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。,2.1.5 灰,灰是指石灰和石膏。 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，统称胶凝材料。 胶凝材料可分为无机与有机两大类。石膏、石灰、水泥属无机胶凝材料；沥青和各种树脂属有机胶凝材料。,2.1.5 灰,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。,2.1.5 灰,石灰是在
5、土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。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。 石灰在土木工程中作用： 石灰乳和砂浆：石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂浆或水泥石灰混合砂浆，用于砌筑或抹灰工程。 石灰稳定土 将消石灰粉或生石灰粉掺人各种粉碎或原来松散的土中，经拌合、压实及养护后得到的混合料，称为石灰稳定土。,2.1.6 木材,主要优点： 轻质高强 易于加工 弹性韧性好 导电导热性能的 美观,主要缺点： 构造不均匀 易吸水 易燃易腐,2.1.6 木材,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
6、（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。,木材的性质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)，其中抗拉、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。,2.2 近代土木工程材料,2.2.1 钢材 生铁在炼炉中冶炼，含碳量降低到2以下，并使其杂质控制在指定范围即得到钢。钢锭（或钢坯）经过压力加工（轧制、挤压、拉拔等）及相应的工艺后得到钢材。 土木工程所使用的钢材大多为普通碳素结构钢的低碳钢和属普通钢类的低合金结构钢。,钢材在土木工程中的应用,钢材在土木工程中的应用,2.2.1 钢材,1、型材主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、
7、钢板桩型钢,槽钢,钢管,角钢,工字钢,H型钢,2.2.1 钢材,2、板材主要指钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与薄板。 3、管材主要用于桁架、塔桅等钢结构中。 4、金属制品土木工程中主要使用的产品有钢丝、钢丝绳以及预应力钢丝及钢绞线。,二、土木工程用钢材,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、钢结构用钢材我国钢结构用钢材的钢类主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢。主要有Q235(A3钢)、Q315(16Mn钢),轻钢厂房,2.2.1 钢材,钢筋等级： 一级钢 二级钢 三级钢 四级钢,2、钢筋混凝土用钢材,钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋。,二级钢,一级钢,2.2.1 钢材,
8、钢筋,2.2.1 钢材,2.2.2 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，并形成坚硬石材的材料 。,水泥制作过程及分类,水泥的凝结硬化过程,水泥加水拌和后成为水泥浆体。 水泥表面开始与水发生化学反应，逐渐形成水化物膜层。 凝胶体膜层扩展形成网状结构，水泥浆体不断逐渐变稠，粘度不断增高，失去塑性。 水化产物不断生成并填充颗粒之间空隙，结构更加密实，水泥浆体逐渐产生强度而进入硬化阶段。,其它品种水泥 快硬硅酸盐水泥，快凝快硬硅酸盐水泥硬化、强度发展非常迅速，适用于抢修工程和耐火材料；水化热大，不适合于大体积混凝土 白色硅酸盐水泥：加
9、入石膏 高铝水泥：早期强度高、耐高温、耐腐蚀 膨胀水泥：强度发展快，抵抗混凝土硬化过程中的收缩变形,2.2.2 水泥,2.2.3 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。,二、发展历史1824年Aspdin发明了波特兰水泥（硅酸盐水泥1850年钢筋混凝土问世1928年预应力混凝土问世,混凝土运输车,2.2.3 混凝土,混凝土的性质包括和易性、强度、变形及耐久性等。 和易性是指拌合物便于施工工序的操作 强度反映混凝土抵抗荷载的能力 变形包括非荷载作用和荷载作用下的变形。 非荷载作用下的变形有化学收
10、缩、干湿变形及温度变形等。 耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。,混凝土的耐久性,2.2.3 混凝土,混凝土的优点 原料丰富 价格低廉 生产工艺简单 抗压强度高 耐久性好 强度等级范围宽,2.2.3 混凝土,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； 砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥收缩； 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。,四、混凝土的种类,2.2.3 混凝土,2、特种混凝土 (1) 轻集料混凝土（轻质、轻骨料砼 ）light aggregate concrete (2) 纤
11、维增强混凝土（fiber reinforced concrete） (3) 聚合物混凝土 （polymer concrete）(4) 碾压混凝土 （Roller Compacted Concrete) (5) 自密实混凝土 （ Self-compacted Concrete ),2.2.3 混凝土,轻集料混凝土：轻质高强、隔热保温性能好，耐火性能好，抗震性能好，耐久性能好，综合的经济技术效果好。 纤维增强混凝土： 聚合物混凝土,彩色路面（彩色聚合物混凝土透水降噪路面 ）,2.2.3 混凝土,钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土,预应力钢筋混凝土,2.2.3 混凝土,自密实混凝土 流动性好其它特种混凝土
12、 钢管混凝土,2.3.1 高强度混凝土,强度等级为C80或更高; 掺入超细活性掺合料,胶结材料,填充料,=,+,粗粒料,細粒料,水泥砂漿,混凝土,特殊混凝土,掺和料,混凝土,水,水泥,高强混凝土,2.3.3纤维混凝土,2.3.2 高性能混凝土,High Performance Concrete1990美国NIST&ACI定义：合乎需求性能及均匀性 性能：易浇筑、捣实不析离；力学性能佳；早期强度高、韧性佳及体积稳定性好；恶劣环境条件下寿命长 即HPC要求强度高、流动性佳、耐久性好。,2.3.4 绿色建材,Green Building Materials 在原料采用、产品制造、使用或者再循环以及废料处理等环节，对地球负荷最小和有利于人类健康的建筑材料。 Healthy Building Materials, Environmentally Friendly Building Materials, （Ecological Building Materials,2.3.4 绿色建材,特征： 尽可能少用天然资源，大且废弃物； 采用低能耗制造工艺和无环境污染的生产技术。 不得使用甲醛、卤化物溶剂或芳香族碳氢化合物； 产品中不得含有汞及其化合物； 不得用含有铅、镉、铬及其化合物的颜料和添加剂； 无二次污染,沥青混凝土,
