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土木工程概论 第二章 土木工程材料 本章内容 2.1 土木工程材料与工程结构的关系 2.2 土木工程材料的主要属性、特点 2.3 日新月异的土木工程材料 土木工程材料 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都统称为土木工程材料。 长期以来人类一直在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。 2.1材料与工程结构的关系 材料的选择与土木工程设计、方案、工程经济性及使用性能密切相关。 材料对、结构形式、工程寿命有决定性影响。 材料的品种很多，一般分为金属材料和非金属材料两大类。金属材料包括黑色金属（钢、铁）与有色金属；而非金属材料，按其化学成分，则有无机（矿物质）与有机之别。 材料也可按功能分类，一般分为结构材料（承受荷载作用的材料，如基础、柱、梁所用的材料）和功能材料（具有其它功能的材料，如起围护作用的材料；起防水作用的材料；起隔热作用的材料；起抗腐作用的材料等）。 材料还可按用途分类，如建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰材料；建筑防水材料；建筑保温材料等。 2.2材料的主要属性、特点 2.2.1 砖、瓦、石 砖的分类： 砖 多孔砖 砌块 2.1.1 砖 原料容易取得 生产工艺简单 价格低，体积小，便于组合 使用期长 质感柔和，使人易于接近 传统实心粘土砖优点： 毁田取土量大 耗能高 砖自重大 施工劳动强度高、功效低 缺点： 对策：推广利用工业废料制砖或生产空心砖 减少环境污染，保护大片粮田，节 约大量燃料煤 砖的分类 按照生产工艺 烧结砖 非烧结砖 按有无孔洞 实心砖 空心砖 多孔砖 按所用原材料粘土砖 页岩砖 煤矸石砖 粉煤灰砖 炉渣砖 灰砂砖 实心砖 空心砖 多孔转 粉煤灰 煤矸石 非烧结砖 利用不适合种田的山泥、废土、砂等，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 减少了土地毁坏，节约能源，环保，变废为宝 视频 路面砖 现代砖多用于装饰，如路砖、外墙砖等 装饰砖 瓦是屋面材料。 瓦 屋面材料 按成分分类：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。 按形状分类：平瓦、波形瓦。 等级划分：优等品、一等品、合格品 2.1.3 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。 　　石的种类： 1、毛石 2、料石 3、饰面石材 4、色石渣 石子 2.1.3 石 抗压强度高 耐磨性好 耐水性好 耐久性好 就地取材 生产成本低 加工后具有良好的装饰性 优点: 石的种类 1.毛石 也称片石，使采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块 用途：砌筑基础、堤 坝、挡土墙、毛石混凝土的骨料 2.料石 人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成 3.饰面石材 分类：花岗岩、大理石 用途：装饰石材，用于内外墙、柱面、地面、栏杆、台阶等处的装修 .石子 多用于混凝土的粗骨料，路桥工程、铁道工程的路基道渣。 分类：碎石——天然石经破碎筛分得到， 粒径>5mm 卵石——自然作用形成，粒径 >5mm 砂 砂一般分为：天然砂和人工砂。 砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。 黄砂 2.2.2 木材 辽代山西应县木塔 木材的优点： 轻质高强 易于加工（锯、刨、钻等） 高强的弹性和韧性 能承受冲击和振动作用 导电和导热性能低 木纹美丽，装饰性能好 构造不均匀，各向异性 以吸湿、吸水，从而产生较大的湿涨、干缩变形 易燃、易腐 缺点： 木材各种强度的关系 2.2.3 混凝土 一、混凝土 简写砼，是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土是由胶结材料，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石材。 二、发展历史 1824年Aspdin发明了波特兰水泥（硅酸盐水泥），以水泥作为胶凝材料的混凝土开始问世 1850年钢筋混凝土问世 1928年预应力混凝土问世 混凝土运输车 2.2.3 混凝土 1、普通混凝土 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。 三、混凝土的种类 2.2.3 混凝土 2.2.3 混凝土 2、特种混凝土 (1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）、 (2) 纤维增强混凝土（简称FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土 2.2.3钢材 一、钢材的分类 建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材、管材和金属制品四类。 2.2.1 钢材 1、型材 主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金属门窗、钢板桩型钢等。 槽钢 钢管 角钢 工字钢 H型钢 2.2.1 钢材 2、板材 　　主要指钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与薄板。 3、管材 　　主要用于桁架、塔桅等钢结构中。 4、金属制品 　　土木工程中主要使用的产品有钢丝、钢丝绳以及预应力钢丝及钢绞线。 二、土木工程用钢材 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 　　我国钢结构用钢材的钢类主要有普通碳素结构钢和低合金结构钢。主要有Q235(A3钢)、Q315(16Mn钢) 轻钢厂房 2.2.3 钢材 2、钢筋混凝土用钢材 钢筋混凝土用的钢材主要指钢筋。 二级钢 一级钢 2.2.3 钢材 钢筋 2.2.3 钢材 2.2.5 沥青、沥青制品与其他防水材料 天然沥青 改性沥青 沥青复合胎柔性防水卷材 2.3 日系月异的土木工程材料 一、往轻质高强方向发展 混凝土：C10 → C25 → C60 → C80 → C100 → C200 轻骨料（陶粒、浮石等）混凝土和多孔（主要是加气）混凝土得到迅速发展，其重度为14－18KN/m3 预应力混凝土 二、往绿色环保方向发展 三、智能工程材料的研发 四、工程材料生产建工的工业化与产品化 2.3 日系月异的土木工程材料 二、往绿色环保方向发展 绿色材料是指在原料采取、产品制造、使用或者再循环以及废料等环节中对地球环境负荷最小和有利于人类健康的材料。 2.3 日系月异的土木工程材料 三、智能工程材料的研发 智能材料具有感知环境刺激、对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征材料。 如形状记忆合金、压电陶瓷、智能玻璃、光纤和电磁流变液。 2.3 日系月异的土木工程材料 四、工程材料生产建工的工业化与产品化 如商品混凝土、预制构件、集成阻尼器等。 现代砖多用于装饰，如路砖、外墙砖等