1、情景一 工程材料的选用,情景一 工程材料的选用,情景一 工程材料的选用,【学习目标】1.根据工程需要和材料性质，提出经济有效 的采购建议。2.实施有效的采购方案。3.客观评价材料采购效果。,【学习内容】各类土木工程材料的分类；地方大宗材料的性能及应用；四类结构材料的特性。,情景一 工程材料的选用,渝中半岛-重庆,情景一 工程材料的选用,共62页 第1页,任何土木工程建筑物（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。,它将直接影响建（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。,香港
2、维多利亚港夜景,土木工程的发展与材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。长期以来人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作，并不断开发新的材料。几乎世界上的各种材料都可用作土木工程材料。, 保证工程质量； 影响工程造价； 促进工程技术进步。,材料在土木工程中的三大作用：,共62页 第2页,底特律风光,情景一 工程材料的选用,1 土木工程材料的分类及性质1.1 按材料组成分类,非 金 属 材 料,材料分类,无机材料,金 属 材 料,有机材料,有色金属,黑色金属,砂、石、砖、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂浆、无机纤维、玻璃,木材、沥青、油漆、有机纤维、塑料,生铁、铸铁、碳素钢、合金钢,铝、铅
3、、铜、锌、锡等及其合金,共62页 第3页,情景一 工程材料的选用,1.2 按材料的作用分类,土木工程材料,承重材料,围护材料,胶结材料,装饰材料,承受各种作用力，主要有：钢材、混凝土、木材、石材、砖、砌块等,保持空间和通道使用功能，主要有：砖、砌块、轻质混凝土、保温材料等,创造优美和舒适环境，主要有：石材、玻璃、油漆、木材、墙地面饰面材料等,水泥、石灰、石膏、沥青,共62页 第4页,情景一 工程材料的选用,1.3 按材料的用途分类,建筑结构材料,桥梁结构材料,路面结构材料,水工结构材料,建筑墙体材料,建筑防水材料,建筑装饰材料,建筑保温材料,结构材料,功能材料,共62页 第5页,情景一 工程材
4、料的选用,1.4 土木工程材料的性质,材料性质,物理性质,力学性质,密度、含水率、吸水性、透水性、导热性、耐火性、收缩膨胀等,耐久性,强度、变形、弹性、塑性、韧性等,抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、耐光性、耐溶蚀性等,共62页 第6页,情景一 工程材料的选用,2 土木工程材料简述,2.1 砖,砖是一种常用的砌筑材料，历史攸久，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，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。至今仍广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。,情景一 工程材料的选用, 按生产工艺分：烧结、非烧结 按原材料分：粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰、
5、炉渣、灰砂 按有无孔洞分：空心、多孔、实心,共62页 第7页,传统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，国家已明令禁止在建筑物中使用粘土实心砖。,烧结空心砖,粘土烧结实心砖 烧结多孔砖,共62页 第8页,情景一 工程材料的选用,煤矸石页岩 烧结砖,粉煤灰蒸压砖,蒸压灰砂砖,炉渣砖,利用粉煤灰、煤矸石、页岩和工业废渣制砖，是三废利用、变废为宝的有效途径。,共62页 第9页,情景一 工程材料的选用,近年来国内外都在研制非烧结砖。加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水，混合、搅拌、压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。墙体材料改革的方向是：煤矸石页岩烧结砖、粉煤
6、灰砖、炉渣砖、灰砂砖、混凝土空心砌块、加气混凝土砌块,石膏空心砌块 加气混凝土砌块,混凝土 空心砌块,共62页 第10页,情景一 工程材料的选用,2.2 瓦（屋面材料）,传统的中国瓦，一般指小青瓦和机制平瓦。以粘土为主要原料，经泥料处理 成型 干燥 焙烧制成。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，但对粘土的质量要求较高，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，施工效率低等缺点,在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。,小青瓦,机制平瓦,共62页 第11页,情景一 工程材料的选用,目前，瓦的种类较多，有水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯（PVC）瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦、彩钢琉璃瓦等
7、；按形状分有平瓦和波形瓦两类。,水泥瓦 古建水泥瓦 石棉水泥瓦,PVC浪瓦 玻璃钢瓦,共62页 第12页,彩钢琉璃瓦,情景一 工程材料的选用,大型公共建筑的金属屋面系统,是以钛锌、镀铝锌、铝镁合金板或不锈钢薄板作为面材，配以保温隔热、吸音隔声及防水材料组装成的屋面围护系统。具有自重轻、耐久性强及经济性能高的特点和优异的隔声、保温、防水、防火及结构性能，是一种理想的绿色环保建筑材料。,小青瓦,金属屋面 的构造,共62页 第13页,情景一 工程材料的选用,石子,毛石（片石）,料石,饰面石材,色石渣,2.3 石材,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，亦称为“荒料”。,天然石材：
8、抗压强度、耐磨性、耐久性、装饰性,资源分布广蕴藏量丰富，就地取材，生产成本低。是古今土木工程中修建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。是现代土木工程的主要装饰材料之一。,共62页 第14页,石材荒料堆场,情景一 工程材料的选用,也称片石，由爆破直接获得的形状不规整的石块。又分为乱毛石和平毛石。平毛石是不规则,但有两个面大致平行。可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等；乱毛石是形状不规则、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石块。,浆砌片石挡土墙 毛石基础 道路基层的手摆片石,羌族的乱毛石建筑,2.3.1 毛石,共62页 第15页,情景一 工程材料的选用,汉白玉桥梁 粗料石桥梁 粗料石堆场,由人
9、工或机械开采出、较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。按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。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。,2.3.2 料石,料石建筑,共62页 第16页,情景一 工程材料的选用,五彩缤纷的大理石、花岗岩,主要有大理石和花岗岩,饰面效果好、耐久、造价高。大理石：经地壳内高温高压形成的变质岩，有纹理，偏软，用于室内墙地面、窗台、台面；花岗岩是岩质坚硬密实的火成岩，表面有彩色斑点，用于室外墙地面、栏杆、台阶等。,2.3.3 饰面石材,共62页 第17页,情景一 工程材料的选用,板岩,剁斧石,火烧石,机刨石,共62页 第18页,情景一 工程材
10、料的选用,蘑菇石装饰墙面效果,蘑菇石板材,共62页 第19页,情景一 工程材料的选用,文化石,网粘石,共62页 第20页,情景一 工程材料的选用,不同颜色的色石渣,也称色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。,镜面水磨石地面,2.3.4 色石渣,共62页 第21页,情景一 工程材料的选用,碎石,粒径大于 5mm 的岩石颗粒，分碎石和卵石。在混凝土组成材料中，石子为粗骨料，也常用作路桥工程、铁路工程的路基材料或道碴等。,2.3.5 石子,卵石,湖北清江水布娅电站砂石加工系统,共62页
11、 第22页,情景一 工程材料的选用,2.4 砂,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,共62页 第23页,天然砂可分为河砂、海砂和山砂。山砂含泥量较高、质量较差，海砂含盐成分较多，对混凝土、砂浆质量有影响，河砂较为洁净，应用较为广泛。北方亦称河砂为“水砂”。,情景一 工程材料的选用,人工砂石骨料系统 -砂石筛分,共62页 第24页,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。土木工程常用的是中、粗砂。,情景一 工程材料的选用,2.5
12、 石灰,中国在公元前7世纪即开始使用石灰，至今仍是用途广泛的建筑材料。石灰是由石灰石、白云石或白垩等原料，经煅烧而得的以氧化钙为主要成分的气硬性无机胶凝材料。,袋装消石灰(氧化钙),块灰(团灰),共62页 第25页,石灰有生石灰和熟石灰(即消石灰)之分。生石灰有生石灰粉和块灰两种，块灰(又称团灰)，须在工地设置洗灰池，经水淋、过滤、沉淀后得到熟石灰膏，俗称“洗灰”。工地常用的是袋装消石灰(氧化钙)。,洗灰池块灰熟化,块灰 (团灰),情景一 工程材料的选用,石灰在土木工程中的应用, 配制砌筑或抹灰砂浆：用石灰膏或消石灰粉可配制石灰砂浆或水泥混合砂浆，用于砌体砌筑或墙体内外抹灰。, 拌制灰土垫层：
13、将消石灰粉或生石灰粉掺入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。广泛用作建筑物的基础、地面垫层及道路的路面基层。,路基二八灰土垫层施工, 硅酸盐制品：以消石灰粉或生石灰粉与砂、粉煤灰、火山灰、矿渣等硅质材料为主要原料，经配料、拌合、成型和养护可制得灰砂砖、粉煤灰砖、煤渣砖等硅酸盐制品。,共62页 第26页,情景一 工程材料的选用,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。,2.6 水泥,共62页 第27页, 水泥按其主要水硬性物质名称分为：, 水泥按其用途及性能分为三类：通用水泥、专
14、用水泥、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组分的水泥。,散装水泥罐 散装水泥运输车,袋装水泥 袋装水泥,情景一 工程材料的选用,海螺水泥的干法生产线,硅酸盐水泥、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、复合硅酸盐水泥。,干法工艺(全面推广)、回转窑工艺(限制工艺)、立窑工艺(质量不稳定、污染大，属淘汰工艺)。, 土木工程中的常用水泥品种：, 水泥生产工艺：,共62页 第28页,情景一 工程材料的选用,2.7 沥青、沥青制品与防水材料 沥青、沥青制品：应用于道路工程、防水材料（
15、房屋建筑）、防腐材料。,沥青砼路面摊铺,沥青拌合站 管道防腐,共62页 第29页,情景一 工程材料的选用,防水材料 及施工, 防水材料：主要有沥青类、高聚合物改性沥青类、橡胶类、合成高分子类的防水卷材、涂料等。,共62页 第30页,情景一 工程材料的选用,2.8 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(Low-E中空玻璃)、玻璃砖、玻璃纤维。,共62页 第31页,钢化玻璃 夹层玻璃 防火玻璃 夹丝玻璃,防火玻璃用于防火门窗、隔断墙、采光顶等既透明又防火的建筑部件中；夹丝玻璃防火性能优越兼具防盗性能，主要用于屋顶天窗、阳台窗。,情景
16、一 工程材料的选用,钢化玻璃的抗弯强度、抗冲击强度、能承受的温差分别是普通玻璃的3、5、3倍。同时改善了玻璃的易碎性质，钢化玻璃破碎也呈无锐角的小碎片。广泛用作高层建筑门窗、玻璃幕墙、室内隔断、采光顶棚、玻璃护栏等的玻璃。,夹层玻璃即使碎裂，碎片也会被粘在PVB中间膜上，能有效防止碎片坠落事件的发生，夹层玻璃有极好的抗震入侵能力。中间膜能抵御锤子、劈柴刀等凶器的连续攻击。,钢化玻璃的缺点：一是钢化后的玻璃不能再进行切割和加工，二是钢化玻璃在温差变化大时有自爆的可能性。,夹层玻璃检验,Low-E中空玻璃,共62页 第32页,情景一 工程材料的选用,巴黎卢浮宫玻璃金字塔,共62页 第33页,情景一
17、 工程材料的选用,2.9 陶瓷制品,是以粘土、石英沙等材料，经研磨、混合、压制、施釉、烧结而形成的瓷质或石质装饰材料，统称为瓷砖。按品种可分为：釉面砖、通体砖、抛光砖、玻化砖、陶瓷锦砖(马赛克)等。要求表面光洁、色彩一致，不得有暗痕和裂纹，吸水率不大于10%。,瓷制釉面砖 瓷土烧制而成,背面呈灰白色 强度较高,吸水率较低,陶制釉面砖 陶土烧制而成,背面呈暗红色 强度较低,吸水率较高。,金属釉面砖,共62页 第34页,情景一 工程材料的选用,抛光砖是通体砖的表面经打磨、抛光的一种光亮的砖，坚硬耐磨，适合在除洗手间、厨房以外的多数室内空间中使用,抛光砖,玻化砖是经打磨但不抛光,表面如镜面一样光滑透
18、亮，其吸水率、边直度、弯曲强度、耐酸碱性等方面都优于普通釉面砖、抛光砖及大理石。缺陷是灰尘、油污等容易渗入。适用于客厅、卧室的地面及走道等。,玻化砖拼花走道,共62页 第35页,情景一 工程材料的选用,通体砖通体砖的表面不上釉，正面和反面的材质和色泽一致，通体砖比较耐磨，但其花色比不上釉面砖。适用于室外墙面及厅堂、过道和室外走道等地面。,外墙通体砖 防滑地砖 陶瓷锦砖(马赛克),马赛克是由数十块小块的砖组成一个相对的大砖。主要有陶瓷马赛克、玻璃马赛克。适用于室内小面积地、墙面和室外墙面。,共62页 第36页,情景一 工程材料的选用,2.10 门窗制品,普通门窗：木门窗、铝合金门窗、塑钢门窗。特
19、种门窗：防火门窗、防盗门、自动门、全玻门、旋转门、金属卷帘门、人防密闭门等。,自动门 旋转门 金属卷帘门 人防密闭门,高级实木窗 的构造,铝型材表面的 电泳涂漆,共62页 第37页,情景一 工程材料的选用,建筑石膏的应用很广，除配制石膏砂浆外，主要用于制作纸面石膏板、纤维石膏板、装饰石膏板，还可制作建筑雕塑和模型。,石膏制品 罗马柱,石膏制品 角线,共62页 第38页,2.11 建筑石膏制品,建筑石膏也称熟石膏或半水石膏，是由含硫酸钙的天然石膏(生石膏)在高温下锻烧制成。建筑石膏与水拌合后，浆体随水化反应凝结、硬化成人造石材。建筑石膏颜色洁白、表面光滑，可锯、可刨、可钉，具有良好的装饰性和可加
20、工性。,纸面石膏板 防火石膏板 石膏复合板,石膏墙板,情景一 工程材料的选用,按建筑部位分,按使用层次分,按成膜物质分,木器漆,外墙漆,内墙漆,地坪漆,防腐漆,底 漆,中间漆,面 漆,腻 子,硝基漆,调和漆,磁 漆,聚酯漆,聚氨酯漆,乳胶漆,2.12 建筑涂料,涂料由成膜物质、颜料、溶剂、助剂四部分组成。油漆是涂料的旧称，泛指油类和漆类涂料产品，现通称“涂料”，在现代化工产品的分类中属精细化工产品，是一类多功能性的工程材料。将其涂覆在建筑部件的表面,形成粘附牢固、具有一定强度、连续的固态薄膜。该膜通称涂膜,又称漆膜或涂层。,共62页 第39页,情景一 工程材料的选用,2.12.1 木器漆,清漆
21、3底2面，较高要求增加1遍底漆或面漆； 色漆采用3底2面； 白漆喷涂采用，2底1面。,硝基木器漆 (长颈鹿牌),天然植物油环保 木器漆清漆,水玲珑水性木器漆 (美涂士牌),立邦木器漆,共62页 第40页,刷 涂 擦 涂,喷 涂,情景一 工程材料的选用,2.12.2 墙面涂料及工具,墙面涂料一般为丙稀酸乳胶漆，按建筑部位分为内墙乳胶漆和外墙乳胶漆；按施工层次分为底漆和面漆。,熟胶粉 封闭底漆 外墙漆 内墙漆 遮蔽保护膜 接缝纸带,喷 枪,滚 筒,羊毛刷,涂料搅拌器,共62页 第41页,情景一 工程材料的选用,2.12.4 地坪漆,地坪漆的种类繁多，主要有环氧地坪漆、聚氨酯地坪漆、丙烯酸地坪漆等，
22、最常用的是环氧类地坪漆。,锯齿刮板,消泡滚筒,带齿镘刀 地板刮刀,环氧地坪漆,会议厅的环氧地坪漆地面,共62页 第42页,情景一 工程材料的选用,3 土木工程结构材料,主要有钢材、混凝土、砌体、木材四大类。,3.1 钢材,共62页 第43页,3.1.1 钢结构用钢材,钢材具有良好的加工性能，可铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。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。,A碳素结构钢,一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。,热轧线材生产线料 热轧钢钢管生产线,情景一 工程材料的选用,B低合金结构钢,工字钢,槽 钢,钢 管,角 钢,共62页 第44页,普通低合金结构钢一
23、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。,情景一 工程材料的选用,日本咖啡屋 （落地钢管拱）,H型钢,C型钢,Z型钢,共62页 第45页,情景一 工程材料的选用,梁柱连接节点,柱子与基础 连接节点,屋面梁安装,共62页 第46页,情景一 工程材料的选用,鸟巢钢结构外形初现, 评价：,共62页 第47页,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。,上海东方明珠,情景一 工程材料的选用,3.1.2 钢筋,共62页 第48页,钢筋是指可浇筑在混凝土内做成各种钢筋混凝土构件的线材
24、,钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。常用钢筋分为钢筋、钢丝和钢绞线三类：用于钢筋混凝土构件的是热轧钢筋，俗称级（光面钢筋）、级（螺纹钢筋）钢筋。,情景一 工程材料的选用,17钢绞线 刻痕钢丝 螺旋肋钢丝,用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。,共52页 第49页,情景一 工程材料的选用,钢筋工程剪影之一,筒仓基础钢筋 近景,筒仓基础钢筋 俯瞰,共62页 第50页,情景一 工程材料的选用,钢筋工程剪影之二,地坑钢筋 像抽象派的工艺画,整齐划一的筏板钢筋,共62页 第51页,情景一 工程材料的选用,钢筋工程剪影之三-箱梁桥钢筋绑扎,共62页 第52页,情景一 工程材料的选用,3.2
25、混凝土（砼）,砼的定义 ：由胶结料(水泥)、骨料(砂、石)、水和外加剂按一定比例配制，经搅拌、振捣、成型，在一定条件下养护而形成的一种人造石。,共62页 第53页,按材料分：水泥砼、沥青砼、聚合物砼；按密度分：重砼、普通砼、轻砼；按功能分：结构砼、道路砼、水工砼、耐热砼等；按施工工艺分：泵送砼、喷射砼等。, 砼的分类,精心浇注混凝土,情景一 工程材料的选用,结构用砼的强度等级一般为C20C40，预应力砼一般不低于C40，C50以上称为高强砼，目前C60C80高强砼已大量应用于结构之中。由于砼的抗拉强度很低，砼结构多是由砼和钢筋粘结组成钢筋砼结构。, 砼强度, 外加剂,在砼拌和物中掺入不超过水泥
26、重量的5%、能使砼按要求改变性质的物质称为砼外加剂。 如：减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、防水剂、膨胀剂、抗冻剂等。,共62页 第54页,减水剂,速凝剂,早强剂,缓凝剂,膨胀剂,防水剂,情景一 工程材料的选用,优点：具有耐久性、耐火性、整体性，可塑性好、节约钢材，可就地取材。缺点：自重大、抗裂性差、现场浇筑受季节性气候条件的限制、补强修复较困难。,砼自动搅拌站 砼运输车 砼输送泵,砼搅拌机砼振动棒, 砼结构的评价,共62页 第55页,情景一 工程材料的选用,砼运输浇筑施工集锦,砼泵车进行 箱梁浇筑,桥墩 砼浇筑,共62页 第56页,情景一 工程材料的选用,3.3 砌体, 概念：是指普通
27、黏土砖、承重黏土空心砖、蒸压灰砂砖、粉煤灰砖,中小型砌块和石材由胶凝材料砌筑砂浆叠合粘结而成的各类砌体。,共62页 第57页,砌体类型,石砌体,实(空)心砖 砌体,中小砼砌块 砌体,硅酸盐砌块 砌体,情景一 工程材料的选用,易于就地取材、价格低、施工简便、隔热保温及耐火性、耐久性好，但强度低、自重一般较大，且粘土砖与农田争地，应限制使用。,加气砼砌块墙体,评 价,砼空心砌块墙体,共62页 第58页,情景一 工程材料的选用,3.4 木材, 类型：圆材、方材、条材、板材等。 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。, 应用特点：结构自重小、制作容易，架设简便，工期快，造价便宜；但
28、易燃、易腐朽，结构变形较大等。,共62页 第59页,情景一 工程材料的选用,木结构房屋 大跨度木结构屋盖,共62页 第60页,情景一 工程材料的选用,大跨,共62页 第61页,情景一 工程材料的选用,木结构别墅,共62页 第62页,情景一 工程材料的选用,学习任务,1、简述土木工程中材料的重要性。2、试述材料在土木工程中的作用。3、为什么说钢材、砼、木材、砌体是土木工程中4种最重要和最大宗的材料？4、试对上述4种材料在使用范围、物理性质、力学性质、耐久性 经济价值、优缺点等方面作分析比较。5、试列数你在校所使用的教室、寝室、道路、操场所用的土木材料。,情景一 工程材料的选用,1、柳俊哲.土木工程材料.科学出版社. 2006.2、焦宝祥.土木工程材料.高等教育出版社.2009.3、宋少民，孙凌.土木工程材料.武汉理工大学出版社.2006.4、苏达根等.土木工程材料百问.建筑工业出版社.2008.5、田文玉.道路建筑材料.人民交通出版社.2006.6、汪澜.水泥混凝土组成性能应用.建材工业出版社. 2005.7、王立久,曹明莉.建筑材料新技术.建材工业出版社.2007.8、张仁瑜.建筑材料新进展及工程应用.建材工业出版社.2008.,参 考 书 目,情景一 工程材料的选用,
