土木工程材料概述.pptx

机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论第第2 2章章土木工程土木工程(tm(tm gngchng)gngchng)材材料料第一页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.1 概述概述(i sh)土木工程中所使用的各种材料及其制品统称为土木工程材料，它是一切土木工程的物质基础，任何土木工程建（构）筑物（包括道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等）都是用材料按一定的要求打造而成的，正确选择和合理使用土木工程材料，对土木工程建（构）筑物的安全、实用、美观、耐久及造价有着重大的意义。1、分类：土木工程材料的品种很多，一般分为金属材料和非金属材料两大类。材料也可按功能分类，工程上通常根据材料组成物质的种类及化学成分将材料分为三大类，如表2-1所示。2、发展：土木工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高而逐步发展起来(q li)的。古代：金属冶炼、陶瓷工艺、天然石料、砖瓦、木材、油漆和粘结材料 近代：钢材的大量运用、水泥混凝土的兴起 第二页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论现代：原材料充分利用再生资源和工业废料(filio)生产工艺降低能耗和环境污染 产品性能轻质、高强、耐久、绿色及多功能 产品形式预制技术，构件化，单元化表2-1 土木工程材料(cilio)的分类第三页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论(a)古塔(b)万里长城(c)现代高层建筑图2-1 典型古代与现代建筑第四页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.2土木工程(tm gngchng)材料的基本性质参数 土木工程建（构）筑物使用的各种材料要受到各种不同的作用，从而要求材料具有相应的不同性质。用于各种承力结构中的材料，要受到各种外力的作用；长期暴露于大气中或与侵蚀介质相接触的建（构）筑物中的材料，还会受到冲刷、磨损、化学侵蚀、生物作用、干湿循环、冻融循环等破坏作用。为了保证建（构）筑物能经久耐用，要求设计人员(rnyun)必须掌握材料的基本性质，并能合理的选用和使用材料。2.2.1材料的基本物理性质 材料的基本物理性质是表示材料物理状态特征的指标，1、材料的密度、表观密度和堆积密度 2、材料的孔隙率和空隙率 3、材料的亲水性和憎水性 4、材料的吸湿性和吸水性 5、材料的耐水性 6、材料的抗渗性和抗冻性 7、材料的导热性、热容量和耐燃性第五页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.2.2材料材料(cilio)的基本力学性质的基本力学性质 材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化(binhu)的性质。这些变化(binhu)包括材料的变形和破坏。材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的改变来吸收能量。根据变形的特点，分为弹性变形和塑性变形。材料的破坏指当外力超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化(binhu)。根据破坏形式的不同，材料可分为脆性材料和韧性材料。1强度(qingd)2、弹性与塑 3、韧性与脆性 4、硬度 图2-2 材料的受力形式 ()抗压()抗拉()抗折()抗剪第六页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.2.32.2.3材料材料(cilio)(cilio)的耐久性与环境协调性的耐久性与环境协调性 土木工程材料的发展方向要求(yoqi)除具有良好的使用性能外，还须具有良好的环境协调性能，即具有好的耐久性、低的环境负荷值和高的可循环再生率，强调环保绿色建材。1、材料的耐久性：材料在长期使用过程中，能保持其原有性能而不变质、不破坏的性质(xngzh)，统称之为耐久性，它是一种复杂的、综合的性质(xngzh),包括材料的抗冻性、耐热性、大气稳定性和耐腐蚀性等。2、材料的环境协调性：材料的环境协调性是指材料在生产、使用和废弃全寿命周期中要有较低的环境负荷，包括生产中废物的利用、减少三废的产生，使用中减少对环境的污染，废弃时有较高可回收率。图2-3 酸雨腐蚀 第七页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.2.4材料的组成、结构、构造材料的组成、结构、构造(guzo)及其对性能的影响及其对性能的影响 材料的组成是指材料的化学成分、矿物组成和相组成。材料组成是材料性质的基础(jch)，它对材料的性质起着决定性的作用。材料的结构和构造是决定材料性质极其重要的因素，可分为宏观组成结构、细观结构和微观结构。1、材料(cilio)的微观结构及其对材料(cilio)性质的影响 材料(cilio)的微观结构是指物相的种类、形态、大小及其分布特征。它与材料(cilio)的强度、硬度、弹塑性、熔点、导电性、导热性等重要性质有着密切的关系。2、材料(cilio)的宏观构造及其对性能的影响 材料(cilio)的宏观构造是指可用肉眼能观察到的外部和内部的结构。常见的构造形式有：密实构造、多孔构造、纤维构造、层状构造、散粒构造、纹理构造。(a)碳含量小于0.2%(b)碳含量为0.2%0.4%图2-4 两种钢材的矿物组成第八页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.3天然天然(tinrn)石材、砖、瓦石材、砖、瓦 天然石材、砖、瓦是最基本的建筑材料。无论是在古代，还是在现代的土木工程(tm gngchng)领域中都处于不可替代的地位。2.3.1天然石材天然石材 凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称(tngchng)为天然石材。为天然石材。天然石材是最古老的土木工程材料之一。由于天然石材具有很高的天然石材是最古老的土木工程材料之一。由于天然石材具有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，经加工后表面美观富于装饰性，资抗压强度，良好的耐磨性和耐久性，经加工后表面美观富于装饰性，资源分布广蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低等优点，是古今土木源分布广蕴藏量丰富，便于就地取材，生产成本低等优点，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。天然石材工程中修建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。天然石材经加工后具有良好的装饰性，是现代土木工程的主要装饰材料之一。经加工后具有良好的装饰性，是现代土木工程的主要装饰材料之一。土木工程主要应用的天然石材品种有：土木工程主要应用的天然石材品种有：毛石、料石、饰面石、色毛石、料石、饰面石、色石渣、混凝土用砂、石子等。石渣、混凝土用砂、石子等。第九页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.3.2 砖砖 砖是一种常用的墙体材料(cilio)。砖瓦的生产和使用在我国历史悠久，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。所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。但是由于生产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，因此有逐步改革并用新型材料(cilio)取代的必要。有的城市已禁止在建筑物中使用粘土砖。砖按照(nzho)生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖（见图2-8）。图2-8 各种墙体砖材第十页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.3.3瓦瓦 瓦，一般指粘土瓦。中国瓦的生产比砖早，因称“秦砖汉瓦”。中国目前生产的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦等（如图2-9）。粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质(ci zh)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。由于建筑工业的发展，对屋面材料也提出了新的发展要求。目前，瓦的种类较多，按成分分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分有平瓦和波形瓦两类。图2-9 典型的古代汉瓦第十一页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.4无机(wj)胶凝材料 凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定机械强度(qingd)的物质，统称为胶凝材料。胶凝材料包括有机胶凝材料与无机胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件不同可分为气硬性和水硬性两类。水硬性胶凝材料：拌和水后既可在空气中硬化亦可于水中硬化，并保持及发展强度(qingd)。（水泥）气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持和继续发展强度(qingd)者称为气硬性胶凝材料。（石灰、石膏等）第十二页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.4.1石灰石灰 石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。1、石灰的生产及分类、石灰的生产及分类 将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在将主要成分为碳酸钙的天然岩石，在900 1100 下燃烧，排下燃烧，排除分解出的二氧化碳后，所得以除分解出的二氧化碳后，所得以CaO为主要成分的产品即为生石灰。为主要成分的产品即为生石灰。工程常用的石灰种类有生石灰粉、消石灰粉、石灰膏。工程常用的石灰种类有生石灰粉、消石灰粉、石灰膏。2、石灰的熟化与硬化、石灰的熟化与硬化生石灰（生石灰（CaO）与水反应生成氢氧化钙称为石灰的熟化。）与水反应生成氢氧化钙称为石灰的熟化。石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个过程，后者过程缓慢。石灰浆体的硬化包括干燥结晶和碳化两个过程，后者过程缓慢。3、石灰的性质与技术要求、石灰的性质与技术要求 石灰的性质：可塑性好；硬化较慢、强度低；硬化时体积收缩大；石灰的性质：可塑性好；硬化较慢、强度低；硬化时体积收缩大；耐水性差；石灰吸湿性强。耐水性差；石灰吸湿性强。国家对生石灰、生石灰粉及消石灰粉的主要技术指标有相关的规国家对生石灰、生石灰粉及消石灰粉的主要技术指标有相关的规定。定。4、石灰的应用、石灰的应用 石灰在建筑上的用途很广，主要用于制作石灰乳涂料、配制混合石灰在建筑上的用途很广，主要用于制作石灰乳涂料、配制混合(hnh)砂浆、拌制石灰土和石灰三合土、生产硅酸盐制品等。砂浆、拌制石灰土和石灰三合土、生产硅酸盐制品等。第十三页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 我国石膏资源丰富，已探明天然石膏储量(ch lin)为471.5亿吨，居世界之首。1、石膏的种类 天然二水石膏（CaSO42H2O）矿石是生产石膏胶凝材料的主要原料 化工石膏含有CaSO42H2O与CaSO4混合物的化工副产品及废渣 天然无水石膏（CaSO4）结晶紧密，结构比天然二水石膏致密，质地较硬，难溶于水，又称天然硬石膏。一般作为生产水泥的原料。建筑石膏（半水石膏）是以半水石膏（-CaSO41/2H2O）为主要成分，其反应式为：CaSO42H2O -CaSO41/2H2O3/2H2O 建筑石膏晶体较细，调制成一定稠度的浆体时，需水量较大，因而强度较低。高强石膏将二水石膏置于具有0.13MPa、124的过饱和蒸汽条件下蒸压，或置于某些盐溶液中沸煮，可获得晶粒较粗、较致密的型半水石膏（-CaSO41/2H2O），高强石膏晶粒粗大，调制成浆体时需水量较小，因而强度较高。2.4.2石石 膏膏第十四页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2、建筑石膏的性质与应用 性质：建筑石膏具有良好(lingho)的可塑性、防火性能、隔热性能、吸音性能、装饰性和可加工性。但强度较低、耐水性能差。用途：建筑石膏的应用很广，除用于室内抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品，广泛应用于各种装修装饰工程（如图2-10）。图2-10 石膏制品的应用(a)石膏雕塑(b)室内装饰第十五页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.4.3水泥水泥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体，并形成坚硬石材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。的材料。1、水泥的分类：、水泥的分类：水泥按其用途及性能分：通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥按其用途及性能分：通用水泥、专用水泥、特性水泥。水泥按其主要水硬性物质名称分：硅酸盐系水泥（波特兰水泥）水泥按其主要水硬性物质名称分：硅酸盐系水泥（波特兰水泥）、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥、磷酸盐系水、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、氟铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥和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泥和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。水泥。2、通用水泥、通用水泥：硅酸盐系列水泥。根据活（非）混合材料的种：硅酸盐系列水泥。根据活（非）混合材料的种类和比例不同硅酸盐系水泥主要品种有：硅酸盐水泥、普通硅酸盐类和比例不同硅酸盐系水泥主要品种有：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、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。和复合硅酸盐水泥等。3、特性水泥和专用水泥、特性水泥和专用水泥特性水泥是指某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥；特性水泥是指某种性能比较突出的水泥，如快硬硅酸盐水泥；专用水泥是指专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥。专用水泥是指专门用途的水泥，如道路硅酸盐水泥。（1）快硬硅酸盐水泥：）快硬硅酸盐水泥：3d抗压强度表示标号，适用于紧急抢修抗压强度表示标号，适用于紧急抢修工程工程(gngchng)、低温施工工程、低温施工工程(gngchng)和高标号混凝土预制和高标号混凝土预制件等件等.第十六页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论（2）快凝快硬硅酸盐水泥：小时强度增长快，主要用于军事工程、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程。（3）白色硅酸盐水泥：根据白度及标号，分为优等品、一等品和合格品。用于建筑物的内外装修工程，（4）高铝水泥：铝酸盐系水泥，是一种快硬、高强、耐热及耐腐蚀的胶凝材料。主要用于国防、道路和特殊抢修工程等，但不宜用于永久性工程。（5）膨胀水泥：具有膨胀性，按水泥的主要成分不同，分为硅酸盐、铝酸盐和硫铝酸盐型膨胀水泥；按水泥的膨胀值及其用途不同，又分为收缩补偿水泥和自应力水泥两大类。可用于制作大口径输水管和各种输油、输气管，有抗渗要求的工程。要求补偿收缩的混凝土结构、要求早强的工程结构节点浇筑等。（6）中热水泥和低热矿渣水泥：主要特点为水化热低，适用于大坝和大体积混凝土工程（7）道路水泥:由较高铁铝酸钙含量的硅酸盐道路水泥熟料，010活性混合材和适量(shling)石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为道路硅酸盐水泥。特点是抗裂性能好。第十七页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 4、水泥的贮存、运输和保管（1）分类贮存：不同品种、不同标号的水泥应分别存放，不可混杂。（2）防潮防水：水泥受潮后即产生水化作用(zuyng)，凝结成块，影响水泥的正常使用。（3）贮存期不宜过长：贮存期过长，由于空气中的水汽、二氧化碳作用(zuyng)而降低水泥强度。一般来说，贮存三个月后的强度约降低1020。所以，通用水泥存放期一般不应超过三个月。快硬水泥、高铝水泥的规定贮存期限更短（分别为一、二个月）。过期水泥，使用时必须经过试验，并按试验重新确定的标号使用。第十八页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.5混凝土与砂浆(shjing)2.5.1混凝土混凝土 混凝土也称砼，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料，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(rnzo)石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等 第十九页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 1、混凝土的种类与发展 混凝土的种类很多。按胶凝材料不同分：水泥混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土及聚合物混凝土等；按表观密度不同分重混凝土、普通(ptng)混凝土、轻混凝土；按使用功能不同分：结构用混凝土、道路混凝土、水工混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土及防辐射混凝土等；按施工工艺不同分：喷射混凝土、泵送混凝土、振动灌浆混凝土等。为了克服混凝土抗拉强度低的缺陷，人们还将水泥混凝土与其他材料复合，出现了钢筋混凝土，预应力混凝土，各种纤维增强混凝土及聚合物浸渍混凝土等。此外，随着混凝土的发展和工程的需要，还出现了膨胀混凝土，加气混凝土，纤维混凝土等各种特殊功能的混凝土。泵送混凝土，商品混凝土以及新的施工工艺给混凝土施工带来方便。目前，混凝土仍向着轻质、高强、多功能、高效能的方向发展，发展复合材料，不断扩大资源，发展预制混凝土和使混凝土商品化也是今后发展的重要方向。第二十页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 2、普通(ptng)混凝土图2-11 混凝土织构 (1)组成材料与结构 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。其织构如图2-11。(2)主要技术性质 混凝土的性质包括混凝土拌合物的和易性、混凝土强度、变形及耐久性等。和易性又称工作性，包括流动性（稠度）、粘聚性和保水性三个主要方面。强度是反映混凝土抵抗荷载的量化能力。包括抗压、抗拉、抗剪、抗弯、抗折及握裹强度。其中以抗压强度最大，抗拉强度最小。混凝土的变形包括非荷载作用下的变形（化学收缩、干湿变形及温度变形等）和荷载作用下的变形。混凝土耐久性是指混凝土在实际(shj)使用条件下抵抗各种破坏因素作用，长期保持强度和外观完整性的能力。包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。第二十一页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.5.2砂浆(shjing)砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例(bl)配制而成的。砂浆与混凝土的区别在于不含粗骨料，可认为砂浆是混凝土的一种特例，也可称为细骨料混凝土。砂浆常用的胶凝材料有水泥、石灰、石膏。按胶凝材料不同砂浆分为水泥砂浆、石灰砂浆和混合砂浆。混合砂浆有水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆和石灰粘土砂浆等。按用途分砌筑砂浆、抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆和其它特种砂浆等。1、砌筑砂浆 用于砖石砌体的砂浆称为砌筑砂浆。它起着传递荷载的作用。要求具有良好(lingho)的和易性。和易性良好(lingho)的砂浆容易在粗糙的砖石面上铺设成均匀的薄层，而且能够和底面紧密粘结。硬化后应具有所需的强度和对底面的粘结力，而且其变形性不能过大。影响砂浆强度的因素有材料性质、配比、施工质量等，此外还受被粘结块体材料的表面吸水性影响。第二十二页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 2、抹面砂浆 凡涂抹在建筑物或土木工程构件表面的砂浆，可统称为抹面砂浆。根据抹面砂浆功能的不同，一般可将抹面砂浆分为普通抹面砂浆、装饰砂浆、防水砂浆和具有某些特殊功能的抹面砂浆（如绝热、耐酸、防射线砂浆）等。3、装饰砂浆：涂抹在建筑物内外墙表面，能具有美观装饰效果的抹面砂浆通称为装饰砂浆。要选用具有一定颜色的胶凝材料和骨料以及采用某种特殊的操作工艺，使表面呈现出各种不同的色彩、线条与花纹等装饰效果。4、防水砂浆：制作防水层的砂浆叫做防水砂浆，又叫刚性防水层。5、其它特种砂浆绝热砂浆是采用胶凝材料与膨胀珍珠岩砂，膨胀蛭石或陶粒砂等轻质多孔骨料，按一定比例配制的。绝热砂浆具有质轻和良好的绝热性能。吸声砂浆是由轻质多孔骨料制成。吸声砂浆用于室内墙壁(qingb)和平顶的吸声。耐酸砂浆是用水玻璃（硅酸钠）与氟硅酸钠拌制而成，防射线砂浆是在水泥浆中掺入重晶石粉，配制成有防x射线能力的砂浆；第二十三页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.6.1建筑(jinzh)钢材的分类 建筑(jinzh)钢材是指用于钢结构的各种型材（如圆钢、角钢、工字钢等）、钢板、管材和用于钢筋混凝土中的各种钢筋、钢丝等。建筑(jinzh)钢材大多为普通碳素结构钢、低碳钢和低合金结构钢。2.6建筑(jinzh)钢材 土木工程中应用量最大的金属材料是钢材，它广泛应用于铁路、桥梁、建筑工程等各种结构工程中，在国民经济建设中发挥(fhu)着重要作用。图2-12 各种型钢和钢板制作的钢结构第二十四页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论(a)工字钢(b)角钢(c)槽钢(d)钢管(e)钢筋图2-13 土木工程常用钢材第二十五页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.6.2建筑钢材的主要性能建筑钢材的主要性能 钢材是在严格的技术控制条件下生产钢材是在严格的技术控制条件下生产(shngchn)的，品质均的，品质均匀致密，强度高。有一定的塑性和很好的韧性。钢材具有良好的匀致密，强度高。有一定的塑性和很好的韧性。钢材具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。还加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。还可以通过热处理方法，在很大范围内改变或控制钢材的性能。采可以通过热处理方法，在很大范围内改变或控制钢材的性能。采用各种型钢和钢板制做的钢结构，具有自重小、安全性大的特点，用各种型钢和钢板制做的钢结构，具有自重小、安全性大的特点，适用于大跨及多层结构。（如图适用于大跨及多层结构。（如图2-12）。）。钢筋与混凝土组成的钢筋混凝土结构，虽然自重大，但节省钢筋与混凝土组成的钢筋混凝土结构，虽然自重大，但节省钢材。由于混凝土的保护作用，克服了钢材易锈蚀、维护费用高钢材。由于混凝土的保护作用，克服了钢材易锈蚀、维护费用高的缺点。的缺点。由于各类建筑物、构筑物对在各种复杂条件下的使用功能的由于各类建筑物、构筑物对在各种复杂条件下的使用功能的要求日益提高，建筑用金属材料的发展趋势：要求日益提高，建筑用金属材料的发展趋势：一是以高效钢材为主体的低合金钢将得到进一步的发展和应一是以高效钢材为主体的低合金钢将得到进一步的发展和应用；用；二是随着冶金工业生产二是随着冶金工业生产(shngchn)技术的发展，建筑钢材将技术的发展，建筑钢材将向具有高强、耐腐蚀、耐疲劳、易焊接、高韧性或耐磨等综合性向具有高强、耐腐蚀、耐疲劳、易焊接、高韧性或耐磨等综合性能的方向发展；能的方向发展；三是各种焊接材料及其工艺将随低合金钢的发展不断完善和三是各种焊接材料及其工艺将随低合金钢的发展不断完善和配套。配套。第二十六页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.6.3土木工程常用土木工程常用(chn yn)的钢材的钢材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 1、钢结构用钢材：主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢。2、钢筋混凝土用钢材：按生产工艺性能和用途可分为下列各类。(1)热轧钢筋：钢筋混凝土结构，对热轧钢筋的要求是机械强度较高，具有一定的塑性、韧性、冷弯性和可焊性。分级、级、与级钢筋。(2)冷加工钢筋：冷拉后钢筋的强度提高，但塑性、韧性变差。不宜用于受冲击或重复荷载作用的结构。（3）热处理钢筋：热处理钢筋是用热轧螺纹钢筋经淬火(cu hu)和回火的调质处理而成的，其强度大幅度提高，目前主要用于预应力钢筋混凝土。（4）碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线：碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线是预应力混凝土专用钢丝，它们由优质碳素结构钢经过冷加工、热处理、冷轧、绞捻等过程制得。它们的特点是强度高、安全可靠、便于施工。第二十七页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.7木材(mci)木材是古老而永恒的土木工程材料。古代木构建筑在我国历史上创建了千古不朽的功绩。优点：如轻质高强；易于加工（如锯、刨、钻等）；有较高的弹性和韧性；能承受冲击和振动作用；导电和导热性能低；木纹美丽(mil)；装饰性好等。缺点：如构造不均匀，各向异性；易吸湿、吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形；易燃、易腐等。不过，这些缺陷经加工和处理后，可得到很大程度的改善。2.7.1木材的分类与构造 1、分类：树木分为针叶树和阔叶树两大类。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，故又称软木材。常用树种有松、杉、柏等。阔叶树树干通直部分(b fen)一般较短，材质较硬，较难加工，故又 名硬木材。常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。第二十八页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 2、树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。而木材主要使用木质部。木质部的构造特征如下：(1)边材、心材：在木质部中，靠近髓心的部分颜色较深，称为心材。外面部分颜色较浅，称为边材。(2)年轮、春材、夏材：横切面上可以(ky)看到深浅相间的同心圆，称为年轮。年轮中浅色部分是树木在春季生长的，由于生长快，细胞大而排列疏松，细胞壁较薄，颜色较浅，称为春材（早材）；深色部分是树木在夏季生长的，由于生长迟绶，细胞小，细胞壁较厚，组织紧密坚实，颜色较深，称为夏材（晚材）。(3)髓心、髓线 第一年轮组成的初生木质部分称为髓心（树心）。从髓心成放射状横穿过年轮的条纹，称为髓线。年轮中夏材所占的比例越大，木材的强度越高。(图2-14)。图2-14 树木的年轮第二十九页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.7.2木材的主要木材的主要(zhyo)性质性质 木材的性质包括物理性质和力学(l xu)性质，如含水率；热胀干缩；密度；强度可分为：抗拉、抗压、抗弯和抗剪等四种强度，其中抗拉、抗压、抗剪强度又有顺纹和横纹之分。顺纹和横纹强度有很大的差别。影响木材强度的主要(zhyo)因素为含水率（一般含水率高，强度降低），温度（温度高，强度降低），荷载作用时间（持续荷载时间长，强度下降）及木材的缺陷（木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等）。表2-3 木材各种强度的关系第三十页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.7.3木材(mci)的应用 木材在土木工程材料领域是一种供不应求的材料。我国是少林国家，林木生长速度缓慢。与我国环境保护需要和建设事业大量耗用木材的矛盾十分突出。因此，要求土木工程中在经济合理的条件(tiojin)下，尽可能的少用木材，避免大材小用，长材短用，优材劣用。充分利用木材的边角废料，生产各种人造板材，提高木材的综合利用率。木材在土木工程材料中可被用作桁架、梁、柱、桩、门窗、地板、脚手架、混凝土模板以及其他一些装饰、装修。木材的综合利用就是将木材加工过程中的边角、碎料、刨花、木屑、锯末等，经过再加工处理，制成各种人造板材。主要品种有：胶合板、纤维板、刨花板等。近年来，利用植物废料开发的各种人造板材相继问世，不但节约木材，也推动土木工程材料领域的发展。第三十一页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8其他功能其他功能(gngnng)材料材料2.8.1 建筑防水建筑防水(fn shu)堵水材料堵水材料 防水材料是指具有防止建筑(jinzh)工程结构免受雨水、地下水、生活用水浸蚀的材料。1、防水材料的分类与组成 建筑(jinzh)防水材料依据其外观形态可分为防水卷材、防水涂料、密封材料和刚性防水材料四大系列。防水卷材是建筑(jinzh)工程防水材料的主要品种之一，目前的防水卷材主要包括沥青防水卷材、高聚物改性沥青防水卷材和合成高分子防水卷材等三大类。防水涂料广泛适用于工业与民用建筑(jinzh)的屋面防水工程、地下室防水工程和地面防潮、防渗等。主要有：沥青胶、冷底子油、乳化石油沥青。建筑(jinzh)密封材料是能承受位移嵌人建筑(jinzh)接缝中起气密或水密作用的定形和不定形的材料。主要有：建筑(jinzh)防水沥青嵌缝油膏、聚氨酯密封材料、有机硅增水剂（防水涂料）。第三十二页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 刚性防水材料是一种既能防水又兼作承重、围护结构的多功能材料。其耐久性好、不燃、无毒、无味。主要有：防水砂浆和防水混凝土。3、建筑堵水材料 建筑堵水材料主要用于房屋建筑、构筑物、水土建筑等在有水或潮湿(chosh)环境下的防水堵漏。柔性嵌缝材料（止水橡皮及橡胶止水带、自粘性橡胶、丁基不干性密封材料、塑料止水带）：刚性止水材料和刚性抹面材料（无机复合堵漏剂、无机铝盐防水剂、有机硅防水砂浆、阳离子氯丁胶乳、水泥防水砂浆等）。第三十三页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8.2绝热材料绝热材料 在建筑中，习惯上把用于控制室内热量外流的材料叫做保温材料；把防止室外热量进入(jnr)室内的材料叫做隔热材料。保温、隔热材料统称为绝热材料。1、绝热材料的性能要求 导热性指材料传递热量的能力。材料的导热能力用导热系数表示。材料导热系数越大，导热性能越好。工程上将导热系数0.23W/mK的材料称为绝热材料。影响因素有：材料组成、微观结构、含水率、孔隙特征等。绝热材料除应具有较小的导热系数外，还应具有适宜的或一定的强度、抗冻性、耐水性、防火性、耐热性和耐低温性、耐腐蚀性，有时还需具有较小的吸湿性或吸水性等。辐射传热也是一种重要的传热方式，铝箔等金属薄膜，由于具有很强的反射能力，具有隔绝辐射传热的作用，因而也是理想的绝热材料。2、绝热材料的种类绝热材料按照它们的化学组成可以分为无机绝热材料和有机绝热材料。常用无机绝热材料有多孔轻质类无机绝热材料、纤维状无机绝热材料和泡沫状无机绝热材料；常用有机绝热材料有泡沫塑料和硬质泡沫橡胶。第三十四页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8.3 吸声材料吸声材料 1、吸声材料的定义 当声波遇到材料表面时，被吸收声能与入射声能之比，称为吸声系数。通常取125，250，500，1000，2000，4000（Hz）等六个频率的吸声系数来表示材料的吸声频率特性。凡六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，称为吸声材料。2、吸声材料及其结构吸声材料和吸声结构的种类很多，按其材料结构状况可分为多孔吸声材料、共振吸声结构和其它吸声结构三大类。吸声材料的气孔是开放的，且互相连通，其气孔越多，吸收性能(xngnng)越好。大多数吸收强度较低，因此，吸收材料应设置在护壁台度以上，以免碰撞坏。多孔吸收材料易于吸湿，安装时应考虑胀缩的影响。第三十五页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8.4 隔声材料隔声材料建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主建筑上把主要起隔绝声音作用的材料称为隔声材料。隔声材料主要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通要用于外墙、门窗、隔墙以及隔断等。隔声可分为隔绝空气声（通过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。过空气传播的声音）和隔绝固体声（通过撞击或振动传播的声音）。两者的隔声原理截然不同。两者的隔声原理截然不同。对于空气声，根据声学中的对于空气声，根据声学中的质量定律质量定律，其传声的大小主要取，其传声的大小主要取决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果决于墙或板的单位面积质量，质量越大，越不易震动，则隔声效果越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致越好。可以认为：固体声的隔绝主要是吸收，这和吸声材料是一致的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘的；而空气声的隔绝主要是反射，因此必须选择密实、沉重的如粘土砖、钢板等作为隔声材料。土砖、钢板等作为隔声材料。对于隔绝固体声音最有效的措施对于隔绝固体声音最有效的措施(cush)是采用不连续结构处是采用不连续结构处理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性理。即在墙壁和承重梁之间，房屋的框架和墙壁及楼板之间加弹性衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软衬垫，这些衬垫的材料大多可以采用上述的吸声材料，如毛毡、软木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。木等。将固体声转换成空气声后而被吸声材料吸收。第三十六页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8.5建筑装饰材料建筑装饰材料 在建筑上，把铺设、粘贴或涂刷在建筑内外表面，主要起装在建筑上，把铺设、粘贴或涂刷在建筑内外表面，主要起装饰作用的材料，称为装饰材料。饰作用的材料，称为装饰材料。1、建筑装饰材料的分类、建筑装饰材料的分类建筑装饰材料通常按照在建筑中的装饰部位分类，也有按材料建筑装饰材料通常按照在建筑中的装饰部位分类，也有按材料的组成来分类。常用的建筑装饰材料有由木材、塑料、石膏、铝合的组成来分类。常用的建筑装饰材料有由木材、塑料、石膏、铝合金、铝塑等制作的装饰材料，此外还有涂料、玻璃制品、陶瓷、饰金、铝塑等制作的装饰材料，此外还有涂料、玻璃制品、陶瓷、饰面石材等。面石材等。2、建筑装饰材料的基本要求、建筑装饰材料的基本要求建筑装饰材料的基本要求除了颜色、光泽、透明度、表面组织建筑装饰材料的基本要求除了颜色、光泽、透明度、表面组织及形状尺寸等美感方面外，还应根据不同的装饰目的和部位，要求及形状尺寸等美感方面外，还应根据不同的装饰目的和部位，要求具有一定具有一定(ydng)的环保、强度、硬度、防火性、阻燃性、耐水性、的环保、强度、硬度、防火性、阻燃性、耐水性、抗冻性、耐污染性、耐腐蚀性等特性要求。为了加强对室内装饰装抗冻性、耐污染性、耐腐蚀性等特性要求。为了加强对室内装饰装修材料污染的控制，保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制修材料污染的控制，保障人民群众的身体健康和人身安全，国家制订了订了GB 6566-2001建筑材料放射性核素限量以及关于室内装饰建筑材料放射性核素限量以及关于室内装饰装修材料有害物质限量等装修材料有害物质限量等10项国家标准，并于项国家标准，并于2002年正式实施。年正式实施。第三十七页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论 3、建筑常用的装饰材料 建筑玻璃（平板玻璃、钢化玻璃、压花玻璃、磨砂玻璃、有色玻璃、玻璃空心砖、夹层玻璃、中空玻璃、马赛克等）(2)建筑陶瓷（釉面砖、外墙面(qin min)砖、地面砖、陶瓷锦砖、卫生陶瓷等）(3)建筑装饰涂料（墙面(qin min)涂料、地面涂料、防水涂料、防火涂料、特种涂料）(4)装饰石材（天然装饰石材：如大理石、花岗岩；人造装饰石材：如树脂型人造石材、水泥型人造石材、复合型人造石材和烧结型人造石材等）（5）建筑塑料装饰制品 建筑塑料装饰制品是目前应用最广泛的装饰材料，主要制品有：塑料壁纸、塑料地板、塑料地毯、塑料装饰板等 （6）木材与竹材 （7）装饰金属第三十八页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论图2-15 陶瓷外墙面砖图2-16墙面涂料装饰图2-17 花岗石板材图2-18大理石板材第三十九页，共41页。机械工业出版社机械工业出版社土木工程概论土木工程概论2.8.6 建筑功能材料建筑功能材料(cilio)的发展的发展 建筑功能材料发展迅速，且在三方面有较大的发展：一是注重环境协调性，注重健康、环保；二是复合多功能；三是智能化。1、绿色建筑功能材料绿色建材又称生态建材、环保建材等，其本质内涵是相通的，即采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市废弃物生产无毒害、无污染、达生命周期后可回收再利用，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。在当前的科学技术和社会生产力条件下，已经可以利用各类工业废渣生产水泥、砌块、装饰砖和装饰混凝土等；利用废弃的泡沫塑料生产保温墙体材料；利用无机抗菌剂生产各种抗菌涂料(tlio)和建筑陶瓷等各种新型绿色功能建筑材料。2、