土木工程概論第2章-土木工程材料課件

1、第二章 土木工程材料任何土木工程建（構(gòu)）筑物（包括道路、橋梁、港口、碼頭、礦井、隧道等）都是用材料按一定的要求建造的，土木工程中所使用的各種材料統(tǒng)稱為土木工程材料。2.1 土木工程材料的組成都江堰法國盧浮宮山西應縣木塔美國紐約帝國大廈第二章 土木工程材料工程上通常按材料的化學成分將其分為三大類，如下表所示：無機材料金屬材料黑色金屬(鐵、鋼)、有色金屬(鋁、銅及合金非金屬材料天然石材(砂、石及各種巖石加工成的石材)，燒土制品(磚、瓦、陶瓷)玻璃膠凝材料(石灰、石膏、水玻璃、水泥)，混凝土、砂漿有機材料植物材料木材、竹材等瀝青材料石油瀝青、煤瀝青及其制品高分子材料塑料、涂料、膠黏劑復合材料鋼筋混凝

2、土、聚合物混凝土、玻璃鋼、紙面或纖維石膏板土木工程材料的工程分類第二章 土木工程材料2.2 土木工程材料的特性2.2.1 磚、瓦、砂、石、灰磚、瓦、砂、石、灰是最基本的土木工程材料。1.磚磚是常見的砌筑材料，制磚的原料容易取得，生產(chǎn)工藝比較簡單，價格低、體積小、便于組合，至今仍廣泛應用于建筑工程中。實心粘土磚多孔磚第二章 土木工程材料黏土磚具有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優(yōu)點，但黏土磚毀田取土量大，能耗大等缺點，逐步由新型材料取代。除黏土磚外，也可利用粉煤灰、煤矸石和頁巖等為原料燒制磚，不僅可以減少環(huán)境污染，節(jié)約大片良田黏土，而且可以節(jié)省大量燃料煤。磚按照生產(chǎn)工藝分為燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚，按所用原材料

3、分為黏土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等，按有無孔洞分為空心磚、多孔磚和實心磚。第二章 土木工程材料2.瓦 瓦，一般指黏土瓦，以黏土（包括頁巖、煤矸石等粉料）為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒而成。 黏土瓦的生產(chǎn)工藝與黏土磚相似，但較黏土磚的質(zhì)量要求較高，黏土瓦只能應用于較大坡度的屋面，由于黏土瓦自身缺點，它在現(xiàn)代屋面材料中占的比例已逐漸下降。瓦是屋面材料，由于建筑工業(yè)的發(fā)展，對屋面材料也提出了新的發(fā)展要求。目前，瓦的種類較多，按組成材料分為黏土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網(wǎng)水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦等，按形狀分為平瓦和波形瓦兩類。第二章 土木工程材料3.砂砂一

4、般分為天然砂和人工砂。天然砂指自然條件作用下形成的、粒度在5mm以下的巖石顆粒；人工砂由巖石軋碎而成，成本高、片狀及粉狀物多。砂的粗細程度粗砂、中砂、細砂砂的細度模數(shù)級配好的砂子節(jié)省水泥，提高混凝土和砂漿的密實度及強度砂子的孔隙率砂子各級配程度細度模數(shù)越大表示砂越粗a)單一顆粒b)兩種粒徑c)多種粒徑第二章 土木工程材料砂在自然條件下含有一定的水分，其含水狀態(tài)有四種：1、完全干燥狀態(tài)（圖a） 指在烘箱下烘干至恒重時的狀態(tài)2、風干狀態(tài)，也叫氣干狀態(tài)（圖b） 指砂子含水率和周圍濕度達動態(tài)平衡時的狀態(tài)3、飽和面干狀態(tài)（圖c） 指顆粒表面干燥內(nèi)部孔隙吸水達飽和時的狀態(tài)4、完全濕潤狀態(tài)（圖d） 指顆粒內(nèi)

5、部吸水飽和且表面附有吸附水的狀態(tài)第二章 土木工程材料4.灰所謂的灰是指石灰和石膏，均屬于無機膠凝材料。（1）石膏 土木工程中常使用建筑石膏，它具有良好的可塑性、很好的防火性能、隔熱性能和吸聲性能、良好的裝飾性和可加工性。 常見的石膏制品有紙面石膏板、石膏裝飾板、纖維石膏板等，石膏制品具有輕質(zhì)、新穎、美觀、價廉等優(yōu)點，但其強度較低、耐水性能差，為改善缺點，近年研制多種石膏的外加劑。（2）石灰 石灰石的主要成分是碳酸鈣，將石灰石煅燒，碳酸鈣分解成為生石灰。 碳酸鈣在土木工程中的用途有：1）制作石灰乳涂料2）配制砂漿3）拌制石灰土和三合土4）生產(chǎn)硅酸鹽制品石膏板石灰第二章 土木工程材料2.2.2 鋼

6、材土木工程中應用量最大的金屬材料是鋼材，廣泛應用各種結(jié)構(gòu)工程中。鋼材均勻致密、抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強度都很高，有一定的塑性和很好的韌性。建筑鋼材的產(chǎn)品種類一般分為型材、板材、管材和金屬制品四類。土木工程鋼材可劃分為鋼結(jié)構(gòu)用材和鋼筋混凝土用材兩大類。1、鋼結(jié)構(gòu)用鋼材主要有普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼2、鋼筋混凝土用鋼材，按照生產(chǎn)工藝性能和用途不同可分為：（1）熱軋鋼筋（2）冷加工鋼筋，包括冷拉鋼筋、冷拔低碳鋼絲、熱處理鋼筋、碳素鋼絲、刻痕鋼絲和鋼絞線。第二章 土木工程材料2.2.3 木材木材的性質(zhì)包括物理性質(zhì)和力學性質(zhì)，如含水量、熱脹冷縮、密度、強度。其中，抗拉、抗壓、抗剪強度又有順紋和橫紋之

7、分。順紋和橫紋強度有很大的差別。影響木材強度的主要因素為含水量（一般含水量高，強度降低），溫度（溫度高，強度降低），荷載作用時間（持續(xù)荷載時間長，強度下降）及木材的缺陷（木節(jié)、腐朽、裂紋、翹曲、病蟲害等）。順紋和橫紋的強度抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋順紋橫紋順紋橫紋11/101/3231/201/31.521/71/31/21第二章 土木工程材料2.2.4 水泥水泥是粉狀的水硬性膠凝材料，即加水拌和成塑性漿體能在空氣中和水中凝結(jié)硬化可將其他材料膠結(jié)成整體，并形成堅硬石材的材料。凡由硅酸鹽水泥熟料、石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）。在特殊要求的工程

8、，需要一些特殊的水泥，如快硬硅酸鹽水泥、快凝快硬硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥、高鋁水泥、膨脹水泥等。第二章 土木工程材料水泥分類、儲存、運輸和保管的詳細詳細情況見下表水泥的分類水泥的儲存、運輸和保管水泥按其用途及性能分通用水泥分類儲存不同品種、不同標號的水泥應分別存放，不可混雜專業(yè)水泥特性水泥水泥按其主要水硬性物質(zhì)名稱分硅酸鹽水泥，即國外通稱的波特蘭水泥防潮防水不同品種、不同標號的水泥應分別存放，不可混雜。水泥受潮后即產(chǎn)生水化作用，凝結(jié)成塊，影響水泥的正常使用，所以運輸和儲存時應保持干燥。對袋裝水泥，地面墊板要高出地面30cm，四周離墻30cm，堆放高度一般不超過10 袋。存放散裝水泥時，地面要

9、抹水泥砂漿鋁酸鹽水泥硫鋁酸鹽水泥氟鋁酸鹽水泥磷酸鹽水泥以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥需要在水泥命名中標明的主要技術(shù)快硬性: 分為快硬和特快硬兩類儲存期不宜過長儲存期過長，由于空氣中的水蒸氣、二氧化碳作用而降低水泥強度一般來說。儲存三個月后的強度降低10%20%。所以，水泥存放期一般不應超過三個月?？煊菜唷⒏咪X水泥的規(guī)定儲存期限更短(分別為1、2個月)。過期水泥，使用時必須經(jīng)過試驗，并按試驗重新確定的標號使用水化熱: 分為中熱和低熱兩類抗硫酸鹽性: 分為抗硫酸鹽和高抗硫酸鹽兩類膨脹性: 分為膨脹和自應力兩類高溫性: 鋁酸鹽水泥的耐高溫性以水泥中氧化鋁含量分級第二章

10、土木工程材料2.2.5 混凝土與砂漿混凝土是由膠結(jié)材料、骨料和水按一定比例配制，經(jīng)攪拌振搗成型在一定條件下養(yǎng)護而成的人造石材。混凝土具有原料豐富、價格低廉、生產(chǎn)工藝簡單的特點，同時混凝土還具有抗壓強度高、耐久性好、強度等級范圍寬等特點。1.混凝土的種類與發(fā)展混凝土種類很多，按不同的功能性質(zhì)劃分了不同的混凝土，隨著混凝土的發(fā)展與工程的需要，還出現(xiàn)摻加添加劑的混凝土，目前，混凝土扔向著輕質(zhì)、高強、多功能、高效能的方向發(fā)展2.普通混凝土（1）組成材料與結(jié)構(gòu)普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、細骨料（砂）和水拌和，經(jīng)硬化而成的一種人造石材。第二章 土木工程材料（2）主要的技術(shù)性質(zhì)混凝土的技術(shù)的技

11、術(shù)性質(zhì)包括混凝土拌和物的和易性、混凝土強度、變形記耐久性等。1）和易性是指混凝土拌和物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作以保證獲得均勻密實的混凝土性能。2）混凝土強度是混凝土硬化后的主要力學性能反映混凝土抵抗荷載的能力。3）混凝土的變形包括非荷載作用下的變形和荷載作用下的變形。4）混凝土耐久性是指混凝土在實際使用條件下抵抗各種破壞因素作用長期保持強度和外觀完整性的能力。第二章 土木工程材料（1）砌筑砂漿用于磚石砌體的砂漿稱為砌筑砂漿。（2）抹面砂漿凡涂抹在建筑物或土木工程構(gòu)件表面的砂漿，可統(tǒng)稱為抹面砂漿。根據(jù)抹面砂漿功能的不同，一般可將抹面砂漿分為普通抹面砂漿、裝砂漿、防水砂漿和具有某

12、些特殊功能的抹面砂漿（如絕熱、耐酸、防射線砂漿）等。3.砂漿砂漿是由膠凝材料、細骨料和水等材料按適當比例配制而成的。材料體積配合比材料體積配合比水泥：砂1:21:3石灰：石膏：砂1:4:21:2:4石灰：砂1:21:4石灰：黏土：砂1:1:41:1:8水泥：石灰:砂1:1:61:2:9石灰膏：麻刀100:1.3100:2.5（質(zhì)量比）普通抹面砂漿的配合比第二章 土木工程材料2.2.6 其他土木工程材料1.絕熱材料絕熱材料有以下幾種類型：（1）多孔型；（2）纖維型；（3）反射型2.吸聲材料、隔聲材料3.裝飾材料主要有天然石材、建筑陶瓷、建筑玻璃和建筑涂料。4.防水材料主要有防水卷材、防水涂料、密

13、封堵漏材料和防水劑等。絕熱材料：聚氨酯吸聲材料：玻璃棉裝飾材料：涂料防水材料：卷材SBS第二章 土木工程材料2.3 新型土木工程材料及其發(fā)展趨勢1.新型建筑材料它具有輕質(zhì)、高強、美觀、多功能等主要特征及節(jié)能、節(jié)地、節(jié)約木材和綜合利用資源等優(yōu)點。新型建筑材料可以分為三大類：（1）結(jié)構(gòu)材料如GRC(Glass Reinforced Concrete)網(wǎng)架屋面板、FRC(Fiber Reinforced Concrete)壁板、泡沫塑料壁板、玻璃幕墻等。（2）功能材料如鋼化玻璃、中空玻璃、變色玻璃及泡沫聚氯酯保溫板、泰柏板等。（3）裝飾材料第二章 土木工程材料2.新型路橋材料（2）瀝青混凝土材料改性

14、瀝青的研究方向主要有以下幾方面：）尋找更適合煉制道路瀝青的油源）制定更適用的道路瀝青標準）改性瀝青的研制，主要是開發(fā)多種改性劑）其他瀝青外摻劑的研究，包括再生劑、抗剝離劑、抗凍劑及瀝青混合料增強纖維）研制泡沫瀝青（1）水泥混凝土材料顯著發(fā)展有：1）碾壓混凝土；2）混凝土嵌擠塊；3）輕混凝土；4）高強度混凝土；5）纖維增強混凝土；6）聚合物浸漬混凝土第二章 土木工程材料3.新型抗震材料目前抗震的方法主要從隔震和耗能減震兩方面入手(1)隔震材料在隔震系統(tǒng)中，當前廣泛應用的是疊層橡膠支座隔震系統(tǒng)和鉛芯橡膠支座系統(tǒng)第二章 土木工程材料(2) 耗能減震材料在耗能減震系統(tǒng)中，目前耗能減震裝置根據(jù)耗能機理可

15、分為以下四類:：摩擦耗能器、黏彈性耗能器、金屬耗能器和黏滯耗能器，它們各具特色。4.土工合成材料土工合成材料是以聚酯(PET)、聚酰胺(PA)、聚丙烯(PP)、聚丙烯腈(PAN)、聚氯乙烯(PVC) 等高分子聚合物和玻璃等為主要原料制成的一種新的工程材料,應用于巖土工程，曾稱為土工織物，現(xiàn)統(tǒng)一為土工合成材料。第二章 土木工程材料5.土工特種材料1）土工格柵2）土工模袋3）土工網(wǎng)4）土工網(wǎng)墊和土工格室5）聚苯乙烯泡沫塑料無堿高強玻璃纖維土工格柵第二章 土木工程材料6.綠色建筑它是指采用建材衛(wèi)生生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)的無毒害、無污染、無放射性、有利于環(huán)境保護和人體健康、安全的建筑和裝飾材料?！熬G色” 可以歸納為八個“環(huán)保、健康、安全、節(jié)能”7.未來土木工程材料的發(fā)展趨勢()天然材料進一步向合成材料發(fā)展()傳統(tǒng)的