1、第2章 土木工程材料,,Company Logo,本章内容,2.1 传统土木工程的常见材料2.2 土木工程中的特殊功能材料,本章要求,1、掌握常见材料的基本性能和用途，特别是木材、砖、钢材、水泥、混凝土、建筑砂浆的种类以及各种用途。 2、对特殊功材料做一般了解。,土木工程材料,任何土木工程建（构）筑物（包括房屋建筑、厂房、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都统称为土木工程材料。长期以来人类一直在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。,？,思考题,木材是土木工程中的重要材料之一
2、，是生活中常见的材料，假如让你选用一种木材加工一种家具，你会选择那种木材？加工哪种家具？为什么？,2.1 土木工程中的常见材料,2.1.1 木材优点：质轻而强度高；具有较高的弹性和韧性；导电和导热性能低；木纹美丽；装饰性好，易于加工，环保且接近自然。缺点：构造不均匀；各向异性；容易吸收或散发水分，导致尺寸和强度的改变，甚至引起裂缝和翘曲；保护不善，容易腐朽虫蛀；耐火性极差，容易燃烧。,1、木材的分类,木材由树木加工而成的，树木分为针叶树和阔叶树。针叶树:树干通直而高大，易得大材，纹理平顺，材质均匀，木质较软而易于加工（软木材），胀缩变形较小，耐腐蚀性强。建筑上广泛用作承重构件和装修材料。常用树
3、种有松树、杉树、柏树、福建相等。,松树,松木,杉木,杉树,柏树,柏木,阔叶树：树干通直部分较短，材质较硬（硬木材），较难加工，材板面通常较美观，具有很好的装饰作用。适于做家具、室内装修及胶合板，常见树种有榆木、水曲柳、柞木、枫木、核桃木、酸枣木等。,榆木,榆树,枫木,柞木,核桃木,水曲柳,2、木材的构造,树木分树皮、木质部和髓心。髓心 树皮木质部木材主要使用木质部，髓心不适宜做结构材料。,3、木材的缺陷,木材在生长、采伐、储运、加工和使用过程中会产生一些缺陷，如节、裂纹、腐朽、央皮、斜纹、弯曲、伤疤、和虫害等。这些缺陷不仅降低木材的力学性能，而且影响木材的外观质量。,4、木材的强度,木材质地不
4、均匀，各方面强度不一致是木材的主要特点。木材顺纹（作用力方向与纤维方向平行）强度和木材横纹（作用力方向与纤维方向垂直）强度有很大的差别。影响木材强度的主要因素：木材的含水量(一般含水率高，强度降低)温度(温度高，强度降低)荷载(持续荷载时间长，强度下降)木材缺陷(木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等),5、土木工程中常见的木材及木质材料制品,a、 常用木材按其加工程度和用途不同，分为原条、原木、枕木、锯材四种。原条就是指未经加工的原木。原木是原条长向按尺寸、形状、质量的标准规定或特殊规定截成一定长度的木段，这个木段称为原木。枕木是承载物体，是用于铁路、专用轨道走行设备铺设和承载设备铺垫的材料 锯材
5、是根据实际加工需要锯切成一定规格形状的板材。,原条,原木,枕木,枕木,b、木质材料制品包括改性材料、木质人造材料和木质复合材料。改性木材:是木材经过各种物理、化学方法经过特殊处理的产品。通过处理，提高了木材的强度、耐腐性和阻燃性等性能。人造板材：是利用木材或含有一定量的纤维的其他植物做原料，采用一般物理和化学方法加工制成的。按其几何形状可分类为木质人造方材、木质人造板材和木质模压制品等，常见的如胶合板、纤维板、刨花板等。,木质复合材料：是以木质材料为主、复合其他材料而构成具有微观结构和特殊性能的新型材料。它克服了木材和其他木质材料许多缺点，扬构组分之长，使木质复合材料具有优良的综合性能，以满足
6、现代社会对复合材料越来越高的要求。,锯材,改性木材,胶合板,纤维板,纤维板,刨花板,木塑复合材料,2.1.2 砖、瓦、石、砂,2.1.2.1 砖优点：就地取材；生产工艺比较简单，价格低、体积小，便于组合，黏土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等。缺点：毁田取土量大、能耗高、自重大，施工生产中劳动强度高、功效低。,2、砖的分类,按生产工艺分:烧结砖和非烧结砖（压制砖、蒸养砖和蒸压砖 ）。按原材料分:黏土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖、灰砂砖和混凝土砖。按有无空洞分:实心砖（无孔洞或孔洞小于25%的砖 ）多孔砖（孔洞率等于或大于25%，孔的尺寸小而数量多的砖，常用于承重部位，强度等级较高 ）空心
7、砖（孔洞率等于或大于40%，孔的尺寸大而数量少的砖，常用于非承重部位，强度等级偏低。 ）,3、常用砖,（1）烧结黏土砖标准尺寸：240mm*115mm*53mm抗压强度分为：MU30、 MU25、 MU20、 MU15、 MU10。,烧结普通砖可用作建筑维护结构，砌筑柱、拱、烟囱、窑身、沟道及基础等；可与轻骨料混凝土、加气混凝土、岩棉等隔热材料配套使用，砌成两面为砖、中间以轻质材料填充的轻体墙；可在砌体中配置适当的钢筋或钢筋网成为配筋砌筑体，代替钢筋混凝土圈梁、过梁等。,烧结普通砖适用范围,（2）烧结多孔砖是以黏土、页岩或煤矸石为主要原料烧制的孔洞率超过25%，孔尺寸小而多，且为竖向孔的主要用
8、于结构承重的多孔砖。 抗压强度分为：MU30、 MU25、 MU20、 MU15、 MU10。尺寸：190mm*190mm*190mm(M型)240mm*180mm*115mm(P型)烧结多孔砖主要用于六层以下建筑物的承重墙体。M型砖符合建筑模数，使设计规范化、系列化，提高施工速度，节约砂浆；P型砖便于与普通砖配套使用。,烧结多孔砖,4、烧结空心砖,是以黏土、页岩或粉煤灰为主要原料烧制的孔洞率大于35%，孔尺寸大而少，且为水平孔 的主要用于非承重部位的空心砖。 尺寸：290mm*190mm*90mm240mm*180mm*115mm按砖的表观密度不同，把空心砖分成800，900，1000，11
9、00。烧结空心砖：自重较轻，多用作非承重墙，如多层建筑内隔墙或框架结构的填充墙。,为改进普通粘土砖块小、自重大、耗土多的缺点，正向轻质、高强度、空心、大块的方向发展。,依据国务院办公厅关于进一步推进墙体材料革新和推广节能建筑的通知“粘土制品不得用于各直辖市、沿海地区的大中城市和人均占有耕地面积不足0.8亩的省的大中城市的新建工程”（建设事业“十一五”推广应用和限制禁止使用技术公告（第一批），并应严格遵守各地区关于禁止生产和使用粘土制品的各项政策。,非烧结砖是一种有发展前途的新型材料,非烧结砖 :用不适合种田的山泥、废土、砂等，加少量水泥或石灰固结及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型、自然养护或
10、蒸养而成。,2.1.2.2 瓦,瓦，一般指黏土瓦。以黏土包括（页岩、煤矸石等粉料）为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成的。,常见的瓦,黏土瓦:生产工艺与黏土砖相似，但对黏土的质量要求较高，如含杂质少、塑性高、泥料均化程度高等。我国目前生产的粘土瓦有小青瓦、脊瓦、和平瓦。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，且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。琉璃瓦:最早的琉璃瓦实物见于唐昭陵。呈现不同的颜色，具有良好的防水性和稳定性。,小青瓦,平瓦 脊瓦,瓦,琉璃瓦,2.1.2.3 砂,1、砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料，是土木工程的大宗材料。2
11、、砂的分类（1）砂一般分为天然砂和人工砂。天然砂：由自然岩石风化而形成、粒径 5mm的岩石颗粒。人工砂：由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物较多，一般不用。,（2）砂根据细度模数大小范围，把砂划分为粗砂、中砂、细砂、特细砂。,砂的粗细程度：指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。配制混凝土时优先选用中砂。当采用粗砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量；当采用细砂时，宜适当降低砂率。毛石砌体： 最大粒径 1/415砂浆层厚度 砖砌体： 粒径25mm的中砂抹面及勾缝砂浆：应采用细沙,砂,2.1.2.4 石,凡采自天然岩石，经过加工或未加工的石材，统称为天然石材。特点：抗压强度高，耐磨、耐久，
12、加工后富于装饰性，资源丰富，就地取材，成本低。,1、毛石,毛石（片石）是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。根据平整度分为乱毛石和平毛石。毛石用于砌筑基础、堤坝、挡土墙、毛石混凝土骨料等。,2、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。根据表明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。,3、饰面石材,用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修使用的石材称为饰面石材。从岩石种类分主要有大理石和花岗石两大类。按外形分：平面板材、定型材(各种曲面的)按表面平整分：一般平整面、毛面 (凹凸不平)、镜面
13、 (精磨抛光),4、色石渣,色石渣（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、干黏石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。,5、石子,（1）在混凝土组成材料中，砂称为细骨料，石子称为粗骨料。 （2）石子主要用作混凝土粗骨料，路桥工程、铁道工程的路基道渣等也常用。 （3）石子分碎石和卵石。碎石：由天然碎石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于5mm的不规则状岩石颗粒。卵石：由于自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的似球形颗粒岩石。,2.1.3 钢材,建筑钢材广泛用于大跨度结构、多层及高层建筑、受动力荷载结构和重型工业厂房结构，广泛用
14、于钢筋混凝土之中，建筑钢材是最重要的建筑结构材料之一。,型材：轧制的各种型钢（圆钢、角钢、槽钢、工字钢）、钢轨、钢板、钢管等。 线材：钢筋、钢丝和钢绞线 门窗和建筑五金：铁门、铁窗、金属工具与耗材 钢材功能要求：高强度、具有一定的弹性和塑性变形能力，能承受冲击振动荷载，加工性能好、装配施工方便。 钢材的缺点：容易生锈、维护费用大，耐火性差。,建筑钢材包括钢结构用的钢材(型材)和钢筋混凝土用的钢材(线材)、门窗和建筑五金等。,型材主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金属门窗、钢板桩型钢等。,槽钢,钢管,角钢,工字钢,H型钢,钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋。,钢筋等级： 一级钢 二级钢 三级钢
15、 四级钢,二级钢,一级钢,1、钢的冶炼,钢和铁的主要成分都是铁和碳，用含碳量的多少加以区别，含碳量大于2.06%的为生铁，小于2.06%的为钢。钢由生铁冶炼而成。生铁由铁矿石、焦炭和少量石灰石冶炼而成。生铁主要成分是碳以及硫、磷、硅、锰等杂质，生铁性质硬而脆，塑性很差，抗拉强度很低，使用受到很大限制。炼钢的目的就是通过冶炼将生铁中的含碳量降至2.06%以下，其它杂质降到一定范围内，以显著改善其技术性能，提高质量。钢的冶炼方法主要有氧气转炉法（现代主要炼钢方法）、电炉法、平炉法（基本淘汰）,2、钢材的分类,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、钢结构用材（1）碳素结构钢:一般
16、结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材，主要应用的碳素结构钢可轧制各种型钢、钢板、钢管、钢筋。（2）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，如硅、锰、钒、钛、铌等，加入这些合金元素可使这些钢的强度、耐腐蚀性、耐磨性、低温冲击韧性等得到显著提高和改善。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。,b、钢筋混凝土用钢材,钢筋混凝土所用钢材主要指钢筋，其材质包括普通碳素钢和普通低合金钢。钢筋按生产工艺性能和用途的不同可分为热轧钢筋、冷轧钢筋。,2.1.3 钢材的性能,刚材的性能主要包括力学性能（抗拉性能、冲击韧性、疲劳强度和硬度）和工艺性能（冷弯性
17、能、焊接性能和热处理性能）,课后作业,1、根据课程中对各种材料的介绍，找到生活中这些材料在哪些场所应用？2、砖、砂、石子、钢材的基本性能和用途？,2.1.4 水泥,1、水泥的定义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 。,袋装水泥,2、水泥的历史,在5,000 年前，水泥的一些形式已经被人们所使用。 埃及人用石灰砂浆建造金字塔， 罗马人用石灰和火山灰混合物建造罗马圆形大剧场及一样著名的众神庙和古壁石道。 1796年英国人J.帕克用泥灰岩烧制一种棕色水泥，称为罗马水泥或天然水泥。 1824年英国人J.阿斯普丁用石灰石
18、和黏土烧制成水泥，硬化后色彩与英格兰岛上波特兰地方用于建筑的石头相似，被命名为波特兰水泥，并取得了专利权。,3、水泥的分(1)水泥按其用途及性能分为三类：通用水泥, 专用水泥, 特性水泥。(2)水泥按其主要水硬性物质名称分为：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。,4、水泥的贮存、运输和保管,不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂； 水泥受潮后产生水化作用，凝结成块，影响其正常使用，运输、贮存时应保持干燥； 对于袋装水泥，堆放时，地面垫板要高出地面30Cm，四周离墙30Cm，堆放高度一般不超过10
19、袋。对方散装水泥时，地面要抹水泥砂浆。,2.1.5 混凝土,一、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），以水泥作为胶凝材料的混凝土开始问世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,1、普通混凝土 (1)普通混凝土是由水泥、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。 (2)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
20、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，硬化后将骨料胶结在一起，形成坚强的整体。,三、混凝土的种类,(1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼） (2) 纤维增强混凝土（简称FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土,2、特种混凝土,三、混凝土的种类,三、混凝土的种类,3、钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土 （1）钢筋混凝土是指配置钢筋的混凝土。 （2）预应力混凝土一般指预应力钢筋混凝土。,2.1.6 砂浆,建筑砂浆主要用于以下几个方面： 在结构工程中，把单块的砖、石、砌块等胶结起来构成砌体； 在装配式结构中，砖墙的勾缝、大型墙板和各种构件的接缝。
21、 在装饰工程中，地面、梁柱结构等表面抹面； 天然石材、人造石、瓷砖等的镶贴。,2.1.6 砂浆,砂浆分类： 根据用途，建筑砂浆可分为：砌筑砂浆、抹面砂浆（普通抹面砂浆、防水砂浆、装饰砂浆等）、特种砂浆（隔热砂浆、耐腐蚀砂浆、吸声砂浆等）。 根据所用胶凝材料分，分为：水泥砂浆、石灰砂浆、混合砂浆。,2.1.7 其他,常用合成树脂 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯 （主要用于生产防水材料，给排水管材等） 建筑塑料 常用的塑料制品有：塑料贴面装饰板、有机玻璃板、塑料地板块、塑料卷材、塑料门窗。,2.2 土木工程中的特殊材料,2.2.1 防水材料 土木工程中，防水材料 有两种：防潮和防渗（漏）。目前在建筑工程
22、中，防水材料 的造价约占工程总造价的15%， 地下室建筑则高达25%-30%。,2.2 土木工程中的特殊材料,防水材料须具备的性能 耐候性、抗渗性、整体性、强度、耐腐蚀性,2.2.2 装饰材料,基本要求：装饰功能 + 保护功能 + 其他特殊功能装饰效果 绝热、防火、隔音 （质感、线条和色彩三因素）保护主体结构，延长建筑寿命 对人体无害（尤重要）！,基本要求：装饰功能 + 保护功能 + 其他特殊功能装饰效果 绝热、防火、隔音 （质感、线条和色彩三因素）保护主体结构，延长建筑寿命 对人体无害（尤重要）！ 按化学性质分：无机材料与有机材料及其复合材料,2.2.2 装饰材料（起装饰作用的材料）,2.2
23、.2 装饰材料,按化学性质分：无机材料与有机材料及其复合材料 按在建筑物的装饰部位分：外墙装饰材料内墙装饰材料地面装饰材料吊顶装饰材料,2.2.3 绝热材料,在建筑中，习惯把阻止室内热量外流的材料叫保温材料；把防止室外热量进入室内的材料叫隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。,绝热材料的种类无机绝热材料：多孔轻质类无机绝热材料（多孔混凝土、微孔硅酸钙）、纤维状无机绝热材料（石棉、矿棉、玻璃棉）、泡沫状无机绝热材料（泡沫玻璃）。有机绝热材料：泡沫塑料、硬质泡沫橡胶、植物纤维复合板,2.2.4 吸声隔声材料,吸声材料的特点多孔、疏松、透气，主要用于音乐厅、影剧院、大会堂及噪声大的工厂车间等室内墙面、地面、顶棚等部位。 隔声材料分为隔绝空气声和隔绝固体声两种。隔绝空气声：应选用密实的材料，如砖、混粘土、钢板。隔绝固体声：应选用不连续结构的材料，如毛毡、软木、橡皮等。,2.2.5 建筑高分子材料,三大合成材料：塑料、橡胶、纤维,课外检索,1、列举有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。 2、绿色建材全面系统研发的含义。,在下次上课前一天交！,作业,1、根据课程中对各种材料的介绍，找到生活中这些材料在那些场所应用？ 2、根据材料的特点，思考其适用于土木工程中不同场所的原因？ 3、新型的建筑材料有哪些？,在下上课之前一天交！,
