土木工程材料（第三版）課件 第1章 緒論

土木工程材料

緒論

學(xué)習(xí)本課程的主要目的：了解常用土木工程材料的基本知識、基本性能，學(xué)會如何選擇與使用材料。掌握土木工程材料有關(guān)知識的重要性：合理選用材料，材盡其能，保證工程安全、實(shí)用、耐久并降低造價等

關(guān)于實(shí)驗(yàn)課關(guān)于考試什么叫土木工程?土木工程(CivilEngineering)泛指建筑工程(ConstructionalEngineering)、道路橋梁工程(Road&BridgeEngineering)、水利工程(irrigationWorks)等建設(shè)性工程。什么叫土木工程材料？土木工程中所使用的各種材料及制品，都統(tǒng)稱為土木工程材料（也稱為建筑材料）（按用途和應(yīng)用領(lǐng)域來劃分的）(ConstructionMaterials,BuildingMaterials)。

材料與土木工程的關(guān)系（材料在土木工程中的作用）材料是土木工程的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在土木工程中，材料費(fèi)用一般要占工程造價的50%-70%。在材料的選擇、生產(chǎn)、儲運(yùn)、保管、使用和檢驗(yàn)評定的各個環(huán)節(jié)中，任何環(huán)節(jié)的失誤都可能造成工程質(zhì)量缺陷，甚至是重大的質(zhì)量事故。

土木工程材料的發(fā)展歷史天然材料（遠(yuǎn)古時期）→磚、瓦（5000-3000年B.C.）→石灰、石膏（2500-1000年B.C.）→玻璃、青銅（2000年B.C.）→鐵（1400年B.C.）→鋼材、水泥、混凝土等（18世紀(jì)以來）→化學(xué)建材、新型功能材料、新型建筑裝飾材料（20世紀(jì)以來）→智能建材（未來……）材料的不斷發(fā)展推動了社會物質(zhì)文明的發(fā)展水泥混凝土強(qiáng)度發(fā)展歷程年代強(qiáng)度等級20世紀(jì)50年代C2020世紀(jì)60年代C3020世紀(jì)70-80年代C6020世紀(jì)90年代C80本世紀(jì)C90、C100、C115各時期最高建筑的高度年份大廈名稱層數(shù)高度(m)備注1870紐約公正大廈7約251885芝加哥家庭保險大廈—551902紐約大都會保險大廈—871913紐約伍爾沃斯大廈—2411930紐約克萊斯勒大廈773191931紐約帝國大廈1023811973紐約世界貿(mào)易中心1104179.11被毀1974芝加哥西爾斯大廈1094421997馬來西亞吉隆坡石油大廈884502003中國臺北金融大廈101508含天線2007上海環(huán)球金融中心1014922010韓國仁川大廈1516102009阿聯(lián)酋比斯迪拜大廈160828——日本空中城市----1000設(shè)想——上海仿生大廈3001250設(shè)想——日本X-SEED400----4000設(shè)想東西塔金字塔雅典衛(wèi)城角斗場比薩斜塔喜馬拉雅山雪巴族人的小屋長城泰姬陵埃菲爾鐵塔巴黎圣母院紐約帝國大廈世貿(mào)中心東方明珠臺北101大廈

迪拜塔中央電視臺主樓

一號塔樓51層，

二號塔樓44層，

總建筑面積約為

38萬平方米，

高159m。

工程采用了世界

罕見的大懸臂結(jié)構(gòu)，最大懸臂長

度達(dá)75.165m，

懸臂結(jié)構(gòu)平均高

度56米，施工難度極大。

鳥巢都江堰水利工程二灘水電站三峽大壩修建中的三峽工程重慶鵝公巖大橋重慶李家沱大橋重慶朝天門大橋菜園壩大橋

重大工程事故掠影?。?！2012.8.24哈爾濱陽明灘大橋引橋垮塌1999年1月4日重慶市綦江縣城區(qū)一座步行橋（彩虹橋）突然整體垮塌，共造成40人死亡。垮塌原因——工程質(zhì)量問題土木工程對材料的基本要求①必須具備足夠的強(qiáng)度(strength)，能夠安全地承受設(shè)計荷載；②輕質(zhì)(lightweight)。材料自身的質(zhì)量以輕為宜(即表觀密度較小)，以減輕下部結(jié)構(gòu)和地基的負(fù)荷；③具有與使用環(huán)境相適應(yīng)的耐久性(durability)，以減少維修費(fèi)用；④美觀(beautiful)。用于裝飾的材料，應(yīng)能美化建筑，產(chǎn)生一定的藝術(shù)效果；⑤多功能(multi-function)。用于特殊部位的材料，應(yīng)具有相應(yīng)的特殊功能，例如屋面材料能隔熱、防水，樓板和內(nèi)墻材料能隔聲等。土木工程材料的分類按化學(xué)成分分類按材料在建筑物或構(gòu)筑物中的功能分類按材料的使用部位分類按化學(xué)成分分類土木工程材料無機(jī)材料金屬材料非金屬材料黑色金屬：鋼、鐵、不銹鋼等有色金屬：鋁、銅等及其合金天然石材：砂、石及石材制品等燒土制品：磚、瓦、玻璃等膠凝材料：石灰、石膏、水泥、水玻璃等混凝土及硅酸鹽制品：混凝土、砂漿及硅酸鹽制品有機(jī)材料植物材料：木材、竹材等瀝青材料：石油瀝青、煤瀝青、瀝青制品高分子材料：塑料、涂料、膠粘劑等復(fù)合材料無機(jī)非金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合：玻璃鋼、聚合物混凝土、瀝青混合料等金屬材料與無機(jī)非金屬材料復(fù)合：鋼纖維混凝土等金屬材料與有機(jī)材料復(fù)合：輕質(zhì)金屬夾芯板無機(jī)非金屬材料的定義無機(jī)非金屬材料幾乎包括了除金屬材料、高分子材料之外的所有材料，主要有陶器、瓷器、磚、瓦、玻璃、搪瓷、膠凝材料（水泥、石灰和石膏等）、混凝土、耐火材料和天然礦物材料等傳統(tǒng)材料以及氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、復(fù)合陶瓷、微晶玻璃、光纖玻璃、MDF水泥、纖維增強(qiáng)混凝土等新型材料。無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)①比金屬的晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜；②沒有自由電子（金屬的自由電子密度高）；③具有比金屬鍵穩(wěn)定的共價鍵、離子鍵和混合鍵；④結(jié)晶化合物的熔點(diǎn)比許多金屬和有機(jī)高分子高；⑤硬度高，抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)；⑥絕大多數(shù)是絕緣體，高溫導(dǎo)電能力比金屬低；⑦光學(xué)性能優(yōu)良，制成薄膜時大多是透明的；⑧一般比金屬的導(dǎo)熱性低；⑨在大多數(shù)情況下觀察不到變形。金屬材料：黑色金屬、有色金屬

金屬材料的特點(diǎn)：（1）結(jié)合鍵為金屬鍵；（2）熔點(diǎn)高；（3）具有金屬光澤；（4）延性好、可加工性好；（5）強(qiáng)度高、韌性好；（6）導(dǎo)熱導(dǎo)電性好；（7）易被氧化。有機(jī)高分子材料：按使用性質(zhì)：橡膠、塑料、涂料、纖維等；按主鏈結(jié)構(gòu)：碳鏈、雜鏈、元素高聚物等；按熱學(xué)性質(zhì)：熱塑性、熱固性、熱穩(wěn)定性等。高分子材料基本性質(zhì)：（1）結(jié)合鍵主要是共價鍵，部分為范氏力；（2）分子量大，無明顯熔點(diǎn)；（3）有玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)，強(qiáng)度較高；（4）質(zhì)量輕；（5）絕緣性好；（6）化學(xué)穩(wěn)定性相對較好；（7）耐高溫性能差按材料在建筑物或構(gòu)筑物中的功能分類

承重材料、非承重材料、保溫隔熱材料、吸聲隔聲材料、防水材料、裝飾材料按材料的使用部位分類

結(jié)構(gòu)材料、墻體材料、屋面材料、地面材料、飾面材料及其他用途的材料土木工程材料的特點(diǎn)用量大：2011年中國水泥產(chǎn)量達(dá)20.6億噸商品混凝土總產(chǎn)量達(dá)到了14.2億立方米

種類多：100多類，2000多種使用年限長：50年，100年，永久土木工程材料的發(fā)展趨向①高性能(highperformance)。輕質(zhì)、高強(qiáng)、高耐久性、優(yōu)異裝飾性和多功能復(fù)合。②可持續(xù)(sustainablegrowth)。節(jié)約資源(resourcesaving)。充分利用地方材料，盡量少用天然資源，大量使用尾礦、廢渣、垃圾等廢棄物作為生產(chǎn)土木工程材料的資源，以及保護(hù)自然資源和維護(hù)生態(tài)環(huán)境的平衡。節(jié)約能源(energysaving)。采用低能耗、無環(huán)境污染的生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)先開發(fā)、生產(chǎn)低能耗的材料以及能降低建筑物使用能耗的節(jié)能型材料。健康(healthy)。材料生產(chǎn)中不得使用有損人體健康的添加劑和顏料，如甲醛、鉛、鎘、鉻及其化合物等。同時要開發(fā)對人體健康有益的材料功能，如抗菌、滅菌、除臭、除霉、防火、調(diào)溫、消磁、防輻射、抗靜電等。環(huán)保(environmentalprotection)。產(chǎn)品可再生循環(huán)和回收利用