《土木工程概论》课件-第3讲-土木工程材料.ppt

土木工程概论第3讲 土木工程材料1 土木工程材料的分类及性质2 土木工程材料简述3 土木工程结构材料土木工程概论【教学要求】了解土木工程材料的分类及应用概况，了解大宗地方材料的性能及应用，了解结构材料的特性，了解材料工业的发展及展望。【教学重点】各类土木工程材料的分类；地方大宗材料的性能及应用；四类结构材料的特性。【教学难点】四类结构材料的特性。第3讲 土木工程材料土木工程概论任何土木工程建（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成的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。它将直接影响建（构）筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。前言共52页 第1页土木工程概论前言土木工程的发展与材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。长期以来人类一直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。材料在土木工程中的三大作用：保证工程质量；影响工程造价；促进工程技术进步。共52页 第2页土木工程概论1 土木工程材料的分类及性质1.1材料分类按材料组成分类：非 无机材料金属材料金属材料有机材料黑色金属有色金属砂、石、砖、瓦、水泥、石灰、混凝土、砂浆、无机纤维、玻璃木材、沥青、油漆、有机纤维、塑料生铁、铸铁、碳素钢、合金钢铝、铅、铜、锌、锡等及其合金第3讲 土木工程材料共52页 第3页土木工程概论土木工程材料承重材料围护材料装饰材料胶结材料1.2 按材料的作用分类：承受各种作用力，主要有：钢材、混凝土、木材、石材、砖、砌块等1 土木工程材料的分类及性质保持空间和通道使用功能，主要有：砖、砌块、轻质混凝土、保温材料等创造优美和舒适环境，主要有：石材、玻璃、油漆、木材、墙地面饰面材料等水泥、石灰、石膏、沥青共52页 第4页土木工程概论1.3 按材料的用途分类1 土木工程材料的分类及性质建筑结构材料桥梁结构材料路面结构材料水工结构材料建筑墙体材料建筑防水材料建筑装饰材料建筑保温材料结构材料功能材料共52页 第5页土木工程概论材料性质物理性质1.4 土木工程材料的性质密度、含水率、吸水性、透水性、导热性、耐火性、收缩膨胀等力学性质耐久性强度、变形、弹性、塑性、韧性等抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、耐热性、耐磨性、耐光性、耐溶蚀性等1 土木工程材料的分类及性质共52页 第6页土木工程概论第3讲 土木工程材料2 土木工程材料简述2.1 砖：砌筑材料砖是一种常用的砌筑材料，历史攸久，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。至今仍广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。按生产工艺分：烧结砖 和非烧结砖；按所用原材料分：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：空心砖、多孔砖 和实心砖。共52页 第7页土木工程概论2.1 砖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，国家已明令禁止在建筑物中使用粘土实心砖。烧结空心砖粘土烧结实心砖烧结多孔砖共52页 第8页土木工程概论煤矸石页岩烧结砖利用粉煤灰、煤矸石、页岩和工业废渣制砖，是三废利用、变废为宝的有效途径。2.1 砖炉渣砖粉煤灰蒸压砖蒸压灰砂砖共52页 第9页土木工程概论近年来国内外都在研制非烧结砖。加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水，混合、搅拌、压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。墙体材料改革的方向是：煤矸石页岩烧结砖、粉煤灰砖、炉渣砖、灰砂砖、混凝土空心砌块、加气混凝土砌块 等。石膏空心砌块混凝土空心砌块2.1 砖加气混凝土砌块共52页 第10页土木工程概论2.2 瓦：屋面材料传统的中国瓦，一般指小青瓦和机制平瓦。以粘土为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，但对粘土的质量要求较高，粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质脆、自重大、片小，施工效率低等缺点，在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。2 土木工程材料简述机制平瓦小青瓦共52页 第11页土木工程概论目前，瓦的种类较多，有水泥瓦、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。水泥瓦石棉水泥瓦玻璃钢瓦2.2 瓦共52页 第12页土木工程概论毛石（片石）料石饰面石材色石渣石子2.3 石凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。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。是现代土木工程的主要装饰材料之一。2 土木工程材料简述共52页 第13页土木工程概论毛石挡土墙羌族的乱毛石建筑2.3 石2.3.1 毛石：也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规整的石块。毛石又分为乱毛石和平毛石。平毛石是形状虽不规则，但有两个平面大致平行的石块，可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等；乱毛石是形状不规则、只可用作毛石混凝土的骨料或路基填筑的石块。共52页 第14页土木工程概论2.3.2 料石：由人工或机械开采出、较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。按表面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。料石建筑2.3 石汉白玉桥梁粗料石桥梁粗料石堆场共52页 第15页土木工程概论用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。五彩缤纷的大理石、花岗岩饰面石材：2.3 石共52页 第16页土木工程概论板岩剁斧石火烧石机刨石2.3 石共52页 第17页土木工程概论蘑菇石板材蘑菇石装饰墙面效果2.3 石共52页 第18页土木工程概论文化石2.3 石网粘石共52页 第19页土木工程概论不同颜色的色石渣镜面水磨石地面2.3.4 色石渣：色石渣也称色石子，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、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。2.3 石共52页 第20页土木工程概论2.3 石2.3.5 石子：粒径大于 5mm 的岩石颗粒，分碎石和卵石。在混凝土组成材料中，石子为粗骨料，也常用作路桥工程、铁路工程的路基道碴等。湖北清江水布娅电站砂石加工系统碎石卵石共52页 第21页土木工程概论天然砂：由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒。2.4 砂人工砂：由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。天然砂可分为河砂、海砂和山砂。山砂含泥量较高、质量较差，海砂含盐成较多，对混凝土、砂浆质量有影响，河较为洁净，应用较为广泛。2.3 石共52页 第22页-土木工程概论砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程的大宗材料。根据粗细程度不同又有粗砂、中砂、细砂之分。土木工程常用的是中、粗砂。2.3 石人工砂石骨料系统砂石筛分共52页 第23页土木工程概论2 土木工程材料简述2.5 石灰包括石灰和石膏，属无机胶凝材料。土木工程中用胶凝材料将散粒材料（砂、石子）或块状材料（砖、石块）粘结为一个整体。石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰石的主要成分是碳酸钙，将石灰石煅烧，碳酸钙将分解成为生石灰。袋装生石灰粉块灰(团灰)共52页 第24页土木工程概论2.5 石灰块灰（又称团灰），须在工地设置洗灰池，经水淋、过滤、沉淀后得到熟化后的石灰膏，俗称“洗灰”。工地常用的是袋装生石灰粉。洗灰池土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，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。石膏制品罗马柱石膏制品角线共52页 第25页土木工程概论2.6 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，并形成坚硬石材的材料。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。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。2 土木工程材料简述共52页 第26页土木工程概论2.6 水泥 土木工程中的常用水泥品种：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、复合硅酸盐水泥。水泥生产工艺：干法工艺(全面推广)、回转窑工艺(限制工艺)、立窑工艺(质量不稳定、污染大，属淘汰工艺)。海螺水泥的干法生产线共52页 第27页土木工程概论2.7 沥青、沥青制品与防水材料 沥青、沥青制品：应用于道路工程、防水材料（房屋建筑）、防腐材料。2 土木工程材料简述沥青砼路面摊铺沥青拌合站管道防腐共52页 第28页土木工程概论 防水材料：主要有沥青类、高聚合物改性沥青类、橡胶类、合成高分子类的防水卷材、涂料等。防水材料及施工2.7 沥青、沥青制品及防水材料共52页 第29页土木工程概论2.8 玻璃具有采光和防护功能，是良好的吸声、隔热及装饰材料。又分为平板玻璃、装饰玻璃、安全玻璃、新型建筑玻璃、玻璃砖、玻璃纤维。防砸、防侵害的特种玻璃央视新址全面安装玻璃幕墙2 土木工程材料简述共52页 第30页土木工程概论巴黎卢浮宫玻璃金字塔2.8 玻璃共52页 第31页土木工程概论2.9 陶瓷制品由适当成分的粘土经成型及烧结而成的较密实材料，主要品种有：陶瓷锦砖、陶瓷墙地砖、陶瓷釉面砖、卫生陶瓷。瓷砖世界高级地砖地面陶瓷锦砖（马赛克）2 土木工程材料简述共52页 第32页土木工程概论3土木工程结构材料主要有钢材、砼、砌体、木材四大类。3.1 钢材钢材具有良好的加工性能，可铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。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。3.1.1 钢结构用钢材A碳素结构钢一般结构钢及工程用热轧板、管、带、型、棒材。第3讲 土木工程材料共52页 第33页土木工程概论B低合金结构钢普通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，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。3.1 钢材工字钢槽钢钢管角钢共52页 第34页土木工程概论日本咖啡屋（落地钢管拱）3.1 钢材H型钢C型钢Z型钢共52页 第35页土木工程概论梁柱连接节点柱子与基础连接节点3.1 钢材屋面梁安装共52页 第36页土木工程概论鸟巢钢结构吊装鸟巢钢结构外形初现 评价：材质均匀、强度高、塑性好、便于加工安装；缺点是耐火性差，易于锈蚀，维护费用较高。3.1 钢材共52页 第37页土木工程概论3.1.2 钢筋：钢筋是指可浇筑在混凝土内做成各种钢筋混凝土构件的线材，钢筋是土木工程中使用最多的钢材品种之一。常用钢筋分为钢筋、钢丝和钢绞线三类：用于钢筋混凝土构件的是热轧钢筋，俗称级（光面钢筋）、级（螺纹钢筋）钢筋。3.1 钢材共52页 第38页土木工程概论用于预应力混凝土构件中的是钢绞线和预应力钢丝。17钢绞线刻痕钢丝螺旋肋钢丝3.1 钢材共52页 第39页土木工程概论钢筋工程剪影之一筒仓基础钢筋近景筒仓基础钢筋俯瞰3.1 钢材共52页 第40页土木工程概论钢筋工程剪影之二地坑钢筋像抽象派的工艺画整齐划一的筏板钢筋3.1 钢材共52页 第41页土木工程概论钢筋工程剪影之三-箱梁桥钢筋绑扎3.1 钢材共52页 第42页土木工程概论3.2 混凝土（砼）砼的定义：由胶结料（水泥）、骨料（砂、石）、水和外加剂按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而形成的一种人造石。砼的分类按材料分：水泥砼、沥青砼、聚合物砼；按密度分：重砼、普通砼、轻砼；按功能分：结构砼、道路砼、水工砼、耐热砼等；按施工工艺分：泵送砼、喷射砼等。3.2 混凝土共52页 第43页土木工程概论 砼强度：结构用砼的强度等级一般为C20C40，预应力砼一般不低于C40，C50以上称为高强砼，目前C60C80高强砼已大量应用于结构之中。由于砼的抗拉强度很低，砼结构多是由砼和钢筋粘结组成钢筋砼结构。外加剂：在砼拌和物中掺入不超过水泥重量的5%、能使砼按要求改变性质的物质称为砼外加剂。如：减水剂、引气剂、早强剂、缓凝剂、速凝剂、抗冻剂等。3.2 混凝土共52页 第44页土木工程概论砼自动搅拌站砼运输车砼输送泵砼搅拌机砼振动棒 砼结构的评价优点：具有耐久性、耐火性、整体性，可塑性好、节约钢材，可就地取材。缺点：自重大、抗裂性差、现场浇筑受季节性气候条件的限制、补强修复较困难。3.2 混凝土共52页 第45页土木工程概论砼运输浇筑施工集锦砼泵车进行箱梁浇筑桥墩砼浇筑3.2 混凝土共52页 第46页土木工程概论3.3 砌体 概念：由石材、粘土、砼、工业废料等材料做成的块材和水泥、石灰膏等胶凝材料与砂、水混合做成的砂浆，叠合粘结而成的复合材料。类型：石砌体、实（空）心砖砌体、中小砼砌块砌体、硅酸盐砌块砌体等。3 土木工程结构材料共52页 第47页土木工程概论 评价易于就地取材、价格低、施工简便、隔热保温及耐火性、耐久性好，但强度低、自重一般较大，且粘土砖与农田争地，应限制使用。加气砼砌块墙体砼空心砌块墙体3.3 砌体共52页 第48页土木工程概论3 土木工程结构材料3.4 木材 类型：圆材、方材、条材、板材等。木材属于各向异性材料，要注意顺纹和横纹方向的强度差异很大。应用特点：结构自重小、制作容易，架设简便，工期快，造价便宜；但易燃、易腐朽，结构变形较大等。共52页 第49页土木工程概论木结构房屋大跨度木结构屋盖3.4 木材共52页 第50页土木工程概论 大跨3.4 木材共52页 第51页土木工程概论木结构别墅3.4 木材共52页 第52页土木工程概论思 考 题1、简述土木工程中材料的重要性。2、试述材料在土木工程中的作用。3、为什么说钢材、砼、木材、砌体是土木工程中4种最重要和最大宗的材料？4、试对上述4种材料在使用范围、物理性质、力学性质、耐久性、经济价值、优缺点等方面作分析比较。5、试列数你在校所使用的教室、寝室、道路、操场所用的土木材料。第3讲 土木工程材料土木工程概论参考书目1、柳俊哲主编.土木工程材料.科学出版社.2006.2、焦宝祥主编.土木工程材料.高等教育出版社.2009.3、宋少民，孙凌.土木工程材料.武汉理工大学出版社.2006.4、苏达根等.土木工程材料百问.中国建筑工业出版社.2008.5、田文玉.道路建筑材料.人民交通出版社.2006.6、汪澜.水泥混凝土组成 性能 应用.中国建材工业出版社.2005.7、王立久,曹明莉.建筑材料新技术.中国建材工业出版社.2007.8、张仁瑜.建筑材料新进展及工程应用.中国建材工业出版社.2008.第3讲 土木工程材料