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文檔簡介
第三章:土木工程材料
3.1無機膠凝材料
3.2水泥
3.3混凝土
3.4建筑砂漿
3.5鋼材
土木工程概論建筑工程3.6木材
3.7建筑塑料
3.8墻體材料和屋面材料
3.9防水材料
3.10裝飾材料
3.11建筑功能材料第三章土木工程材料你所知道的土木工程材料有哪些?2土木工程材料的發(fā)展歷程天然材料土、草、葦、木材、石材、泥等
燒土制品磚、瓦、石灰、玻璃
鋼鐵、水泥、鋼筋砼、人造板、砼、平板玻璃、黏結(jié)劑塑料、鋁合金、不銹鋼、外加劑節(jié)能新型墻體材料、高性能砼等原始材料誕生
現(xiàn)代建材發(fā)展最早人工材料新型材料發(fā)展最早的穴居、巢居用粘土燒制磚瓦用石灰石燒制石膏大規(guī)模的生產(chǎn)發(fā)明創(chuàng)新33.1氣硬性膠凝材料和砂漿1、氣硬性膠凝材料:和水混合成漿后在空氣中能硬化為堅實整體的礦物粉狀材料,石灰、石膏、水玻璃等。石膏:石膏以硫酸鈣為主要成分的氣硬性膠凝材料。我國石膏資源豐富,已探明天然石膏儲量為471.5億噸,居世界之首。
常見的有:建筑石膏、高強石膏、無水石膏水泥、高溫煅燒水泥等。建筑石膏是以天然二水石膏為主要成分,不預(yù)加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料。石膏還可用來生產(chǎn)各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術(shù)燈圈、角花等。
4石膏制品石膏吊頂5石灰:是在土木工程中使用較早的礦物膠凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸鈣,將石灰石煅燒,碳酸鈣將分解成為生石灰。工程上使用石灰時,通常將生石灰加水,使之消解成消石灰(氫氧化鈣),這個過程稱為石灰的消化或熟化。石灰的特性主要有:1.生石灰水化時水化熱大,體積增大;2.可塑性和保水性好;3.硬化緩慢;4.硬化時體積收縮大;5.硬化后強度低,耐水性差。6水玻璃:水玻璃俗稱泡花堿,是一種能溶于水的硅酸鹽,有不同比例的堿金屬和二氧化硅組成,常見的水玻璃有硅酸鈉和硅酸鉀,其中以硅酸鈉水玻璃最常見。水玻璃有良好的粘結(jié)能力,硬化時析出的硅酸凝膠有堵塞毛細空隙而防水滲透的作用。水玻璃不燃燒,有高度的耐酸性能等。783.2水泥9101314工藝流程圖:影響水泥性能的因素:1.水泥組成成分的影響(最主要因素)2.水泥細度的影響(水泥越細,水化越充分,凝結(jié)硬化越快,早期強度較高,但成本高,不宜保存。)3.養(yǎng)護條件的影響(溫度和濕度)若缺少水分,會導致水泥水化的停止,出現(xiàn)干粉或產(chǎn)生裂縫;在0℃以下,水泥的水化停止。4.齡期的影響(28d內(nèi)發(fā)展較快)5.拌合用水量的影響6.存儲條件的影響(水泥有效存儲期為3個月)石灰石粘土鐵礦粉生料石膏熟料水泥煅燒1450℃按比例混合磨細磨細153.3混凝土混凝土由凝膠材料、水和粗、細骨料按適當比例配合、拌制而成經(jīng)過一定時間硬化而成的人造石材?;炷恋膬?yōu)點:1.可根據(jù)不同要求配制各種不同性質(zhì)的混凝土;2.凝結(jié)前有良好的塑性;3.與鋼筋有牢固的粘結(jié)力;4。抗壓強度高和耐久性良好;5.符合就地取材和經(jīng)濟的原則;混凝土的缺點:抗拉強度低,受拉時變形能力小,容易開裂,自重大等。
163.3混凝土
一、混凝土種類
水泥混凝土
1、按成分分類瀝青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土重混凝土容重>2600kg/m3
2、按表觀密度分類普通混凝土容重=1950-2600kg/m3
輕混凝土容重<1950/m3
結(jié)構(gòu)用混凝土道路用混凝土水工混凝土噴射混凝土
3、按使用功能分類耐熱混凝土4、按施工方法分泵送混凝土耐酸混凝土振動灌漿混凝土防輻射混凝土
17新拌的混凝土18混凝土構(gòu)件19二、普通混凝土
水泥:
成分骨料:細骨料(砂Φ<5mm)粗骨料(石Φ<35mm)
水:不含酸、堿、鹽、油及污物的水。20三、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土
組成:鋼材、混凝土特點:既高強、耐久,又具有很好的韌性。鋼筋混凝土的優(yōu)點:(5條)
預(yù)應(yīng)力混凝土組成:預(yù)應(yīng)力鋼筋、混凝土特點:剛度大,變形小。張拉方法:機械法、電熱法、化學法張拉順序:先張法、后張法三、特種混凝土
1、輕骨料混凝土:ρ<1950kg/m3
2、纖維增強混凝土:鋼纖維、聚丙烯纖維聚合物浸漬混凝土
3、聚合物混凝土聚合物水泥混凝土聚合物膠結(jié)混凝土
4、高強度混凝土:強度達到>=C60
5、自密實混凝土21223.4建筑砂漿建筑砂漿的基本組成:膠凝材料、細骨料、水按適當?shù)谋壤渲贫傻慕ㄖ牧?。在工程上起粘接、襯墊、傳遞應(yīng)力的作用。按照膠凝材料的不同,砂漿可以分為水泥砂漿、石灰砂漿、混合砂漿。根據(jù)用途不同,建筑砂漿分為砌筑砂漿、抹面砂漿、特種砂漿。1.砌筑砂漿:用于磚石砌體的砂漿,起著粘結(jié)磚石和傳遞應(yīng)力的作用。2.抹面砂漿:涂抹于土木工程構(gòu)件表面的砂漿。分為普通抹面砂漿、裝飾砂漿、防水砂漿等。3.特種砂漿:耐酸砂漿、防輻射砂漿等。3.5鋼材鋼是以鐵和碳為主要成分的合金,其中鐵是最基本的元素,碳和其他元素占的比例很少。鋼材的生產(chǎn)可分為煉鐵、煉鋼和軋制三道程序。工程中常用的鋼材有鋼結(jié)構(gòu)用鋼(型材)和鋼筋混凝土用鋼(線材)。品種:
鋼板(板材):厚板、中厚板、薄板型鋼(型材):角鋼、槽鋼、工字鋼、扁鋼、管鋼鋼筋(線材):熱軋鋼筋冷拉鋼筋、熱處理鋼筋、鋼絲
25263.5.1、鋼結(jié)構(gòu)的特點:1)鋼材強度高,結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕。2)材質(zhì)均勻,塑性、韌性好。3)有良好的加工性能和焊接性能。4)密封性好5)可重復(fù)使用(綠色建筑材料)6)鋼材耐熱但不耐火。7)耐腐蝕性差8)低溫冷脆傾向273.5.2、鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用:1)大跨結(jié)構(gòu)。鋼材強度高、結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕優(yōu)勢適用大跨度結(jié)構(gòu)。2)工業(yè)廠房。3)受動力荷載影響的結(jié)構(gòu)。4)多層和高層建筑5)高聳結(jié)構(gòu)(如塔架、桅桿)6)可拆卸的結(jié)構(gòu)(腳手架、模板)。7)容器及其他構(gòu)筑物(油罐、煤氣罐、海上采油平臺)8)輕型鋼結(jié)構(gòu)9)鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)28鋼筋混凝土常用的鋼材:碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成。熱軋鋼筋:經(jīng)熱軋成形并自然冷卻的成品鋼筋,分為光圓鋼筋和帶肋鋼筋兩種。帶肋又可分為月牙肋和等高肋。提高混凝土與鋼筋的粘結(jié)力。29光圓鋼筋變形鋼筋30鋼絞線313.6木材木材作為裝飾材料有很多優(yōu)良性質(zhì):輕質(zhì)高強、彈性好、韌性好、能承受沖擊和振動作用,因?qū)嵝缘投哂休^好的隔熱、保溫性能,紋理美觀,色調(diào)溫和古樸,極富裝飾性,易于加工,可制成各種形狀的產(chǎn)品,絕緣性好,無毒性,在水中或干燥的環(huán)境中有良好的耐久性。木材也有很多缺點:受材料尺寸的制約較大,構(gòu)造不均勻,呈各向異性,濕漲干縮大,處理不當易翹曲和干裂,天然缺陷較多而降低了材質(zhì)和利用率,耐火性差,易著火燃燒,使用保養(yǎng)不當時易腐蝕、蟲蛀。3.6木材333.6.1木材的分類與構(gòu)造
3.6.2木材的性能及應(yīng)用
3.6.3木材的防護與防火343.6.1木材的分類與構(gòu)造
樹木的分類:樹木針葉樹闊葉樹35特點:樹葉細長,樹干通直高大,易得大材,
紋理順直,材質(zhì)均勻,木質(zhì)較軟,易于
加工,故又稱軟木材。
針葉樹應(yīng)用:強度較高,表觀密度和脹縮變形較小,
耐腐性較強,是建筑工程中的主要用
材,廣泛用作承重構(gòu)件、制作模板、
門窗等。常用樹種有松、杉、柏等。
36特點:樹葉寬大,多數(shù)樹種的樹干通直部分
較短,材質(zhì)堅硬,較難加工,故又稱
硬木材
。
闊葉樹應(yīng)用:表觀密度較大,脹縮和翹曲變形大,
易開裂,在建筑中常用作尺寸較小的
裝修和裝飾
。
種類(1)材質(zhì)較硬,紋理清晰美觀(樟木、
水曲柳、桐木、柞木、榆木等)(2)材質(zhì)不很堅硬,紋理也不很清晰,
但質(zhì)地較針葉木要更為細膩
(樺木、椴木、山楊、青楊等)
37闊葉黃檀
松木
38橡木黃花梨
39木材的構(gòu)造
木材的構(gòu)造決定其性質(zhì),針葉樹和闊葉樹的構(gòu)造略有不同,其性質(zhì)也有差異。圖3.10木材宏觀結(jié)構(gòu)1.木材的宏觀構(gòu)造
如圖3.10,樹木是由樹皮、木質(zhì)部和髓心三部分組成。
通常從樹干的三個切面進行剖析,即橫切面
(垂直于樹軸)、徑切面(通過樹軸)和弦切面(平行于樹軸)。
40
2.木材的微觀結(jié)構(gòu)
木材是由無數(shù)管狀細胞緊密結(jié)合而成,它們絕大部分為縱向排列,少數(shù)橫向排列(如木射線)。
每個細胞又由細胞壁和細胞腔兩部分組成,細胞壁是由細纖維組成,細纖維之間可以吸附和滲透水分,細胞腔是由細胞壁包裹而成的空腔。41松木顯微構(gòu)造立體圖1.管胞;2.木射線;3.樹脂道楓香顯微構(gòu)造立體圖1.導管;2.木射線;3.木纖維42木材的管胞和木纖維
43木材木射線
44影響木材強度的主要因素:含水率、溫度、荷載作用時間、木材的缺陷。45纖維飽和點(fibersaturationpoint,FSP)是木材僅細胞壁中的吸附水達飽和,而細胞腔和細胞間隙中無自由水存在時的含水率。其值隨樹種而異。它是木材物理力學性質(zhì)是否隨含水率而發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點。木材含水量大于纖維飽和點時,表示木材的含水率除吸附水達到飽和外,還有一定數(shù)量的自由水。此時,木材如受到干燥或受潮,只是自由水改變,故不會引起濕脹干縮。當含水率小于纖維飽和點時,能引起木材的濕脹干縮。
當木材的含水率在纖維飽和點以下時,隨著含水率的增大,木材體積產(chǎn)生膨脹,隨著含水率的減小,木材體積收縮。
平衡含水率EnvironmentalMoistureContent
潮濕的木材能在干燥的空氣中失去水分;干燥的木材也能從周圍的空氣中吸取水分,如果木材長時間處于一定溫度和濕度的空氣中,便達到某一相對穩(wěn)定的含水率,這時木材的含水率稱為平衡含水率。
46木材的性能及應(yīng)用
木材的性能
1.木材的含水率及吸濕性新伐木材的含水率常在35%以上;風干木材的含水率為15%~25%;室內(nèi)干燥木材的含水率為8%~15%。
2.木材的濕脹干縮與變形木材的濕脹干縮具有一定規(guī)律:含水率小于纖維飽和點時,隨著含水率的增加,木材體積產(chǎn)生膨脹,隨著含水率減小,木材體積收縮;而含水率大于纖維飽和點時,只是自由水的增減,木材的體積不發(fā)生變化。
47含水率對木材脹縮的影響截面不同位置木材干燥引起的不同變化48
3.木材的強度木材的強度主要是指其抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。由于木材的構(gòu)造各向不同,致使各方向強度有很大差異,因此,木材的強度有順紋強度和橫紋強度之分。
當設(shè)順紋抗壓強度為100時,木材無缺陷時各強度大小的關(guān)系見表。
抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋頂紋橫紋順紋橫紋切斷10010~30200~3005~30150~20015~3050~100表:木材無缺陷時各強度大小關(guān)系
49木材各項強度值的比較(以順紋抗壓強度為1)(a)順紋剪切(b)橫紋剪切(c)橫紋切斷
木材的剪切501.順紋抗拉;2.抗彎;3.順紋抗壓;4.順紋抗剪
含水率對木材強度的影響513.6.2
木材的應(yīng)用
在建筑工程中直接使用木材常有圓木、鋸木和人造板材。1)圓木:去除根、梢、枝、皮并加工成一定長度和直徑的木段。用于屋架、柱、桁條等。2)鋸木:已經(jīng)加工成一定尺寸的木料,有板材、方材。板材用于隔斷、屋面板、地板等;方材用于檁條、隔斷木筋、屋架等。3)人造板材:利用木材或者含有一定纖維量的其他作物做原料,采用物理和化學的方法加工而成的。52原木53方木5455拼花木地板56膠合板57木屑板58細木工板(大芯板)
59杉木集成材60木材的防護:防腐、防蟲、防火。
木材的腐朽與防腐原因:木材的腐朽是真菌侵害所致。
真菌在木材中生存和繁殖的三個必要條件:水分、適宜的溫度和空氣中的氧。木材完全干燥和完全浸入水中都不易腐朽。防腐措施:1.使木結(jié)構(gòu)、木制品和儲存的木材處于經(jīng)常保持通風干燥的狀態(tài),并對木結(jié)構(gòu)和木制品表面進行油漆處理,油漆涂層既使木材隔絕了空氣,又隔絕了水分;2.化學防腐劑注入木材中,使真菌無法寄生。
613.7建筑塑料塑料3.7.1塑料的分類根據(jù)塑料受熱后形態(tài)性能表現(xiàn)的不同,可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料受熱后軟化,冷卻后又變硬,這種軟化和變硬和重復(fù)進行。熱固性塑料受熱軟化,發(fā)生化學變化,生成交聯(lián)聚合物而硬化成形,再受熱不能恢復(fù)可塑性狀態(tài)。3.7.2玻璃鋼玻璃鋼又稱為玻璃纖維增強塑料(FRP).玻璃鋼的特性:1)輕質(zhì)高強;2)耐腐蝕性能好;3)電性能良好;4)熱性能良好;5)可設(shè)計性好;6)工藝性優(yōu)良。玻璃鋼的不足:1)彈性模量低;2)長期耐溫性差;3)老化現(xiàn)象;4)層間剪切強度低。3.8墻體材料和屋面材料墻體材料多為.磚、砌塊、板材。屋面材料為各種材質(zhì)的瓦。3.8.2屋面材料—瓦1、粘土瓦:以粘土為材料模壓成型、干燥焙燒而成,有紅、青二種。平瓦:400×240360×220
脊瓦:300×1802、水泥瓦:以水泥、砂子為原材料加水攪拌模壓成型,加水養(yǎng)護而成。平瓦:385×235×14
脊瓦:469×17.53、石棉水泥瓦:水泥、石棉配料攪拌壓制成型,養(yǎng)護而成。
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