第3章：土木工程材料

1、第第 三三 章：土木工程材料章：土木工程材料 3.1 .1 無機膠凝材料無機膠凝材料 3.2 3.2 水泥水泥 3.3 3.3 混凝土混凝土 3.4 3.4 建筑砂漿建筑砂漿 3.5 3.5 鋼材鋼材 建建 筑筑 工工 程程 3.6 3.6 木材木材 3.7 3.7 建筑塑料建筑塑料 3.8 3.8 墻體材料和屋面材料墻體材料和屋面材料 3.9 3.9 防水材料防水材料 3.10 3.10 裝飾材料裝飾材料 3.11 3.11 建筑功能材料建筑功能材料第三章第三章 土木工程材料土木工程材料2土木工程材料的發(fā)展歷程土木工程材料的發(fā)展歷程天然材料天然材料 土、草、葦、木材、土、草、葦、木材、石材、

2、泥等石材、泥等 燒土制品燒土制品 磚、瓦、石灰、玻璃磚、瓦、石灰、玻璃 鋼鐵、水泥、鋼筋砼、人造板、鋼鐵、水泥、鋼筋砼、人造板、砼、平板玻璃、黏結劑砼、平板玻璃、黏結劑塑料、鋁合金、不銹鋼、外加塑料、鋁合金、不銹鋼、外加劑節(jié)能新型墻體材料、高性能劑節(jié)能新型墻體材料、高性能砼砼等等原始原始材料誕生材料誕生 現代現代建材發(fā)展建材發(fā)展最早最早人工材料人工材料新型新型材料發(fā)展材料發(fā)展最早的穴居、巢居最早的穴居、巢居 用粘土燒制磚瓦用粘土燒制磚瓦 用石灰石燒制石用石灰石燒制石膏膏 大規(guī)模的生產大規(guī)模的生產 發(fā)明創(chuàng)新發(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

3、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，不預加任何外加劑的粉狀膠結料。石膏還可用來生產各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術燈圈、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：

4、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）

5、若缺少水分，會導致水泥水化的停止，出現干粉或產生裂縫；在0以下，水泥的水化停止。4.齡期的影響（28d內發(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、拌制而成經過一定時間硬化而成的人造石材。混凝土的優(yōu)點：1.可根據不同要求配制各種不同性質的混凝土；2.凝結前有良好的塑性；3.與鋼筋有牢固的粘結力；4?？箟簭姸雀吆湍途眯粤己茫?.符合就地取材和經濟的原則；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

6、、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 結構用混凝土 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新拌的混凝新拌的混凝土土18混凝土構件19二、普通混凝土 水泥： 成分 骨料：細骨料（砂5mm) 粗骨料（石35mm) 水：不含酸、堿、鹽、油及污物的水。20三、鋼筋混凝土、預應力混凝土 組成：鋼材、混凝土特點：既高強、耐久，又

7、具有很好的韌性。 鋼筋混凝土的優(yōu)點：（5條） 預應力混凝土 組成：預應力鋼筋、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 ： =C60 5、自密實混凝土 21223.4 3.4 建筑砂漿建筑砂漿建筑砂漿的基本組成：膠凝材料、細骨料、水按適當的比例建筑砂漿的基本組成：膠凝材料、細骨料、水按適當的比例配制而成的建筑材料。在工程上起配制而成的建筑材料。在工程上起粘接、襯墊、傳遞應力粘接、襯墊、傳遞應力的作用。的作用。按照膠凝材料的不同按照膠凝材料的不同，砂漿可以分為砂漿可以分為水泥砂漿水泥砂漿、石灰砂漿、石灰砂漿、混合砂

8、漿混合砂漿。根據用途不同，建筑砂漿分為砌筑砂漿、抹面砂漿、特種砂根據用途不同，建筑砂漿分為砌筑砂漿、抹面砂漿、特種砂漿。漿。1. 1.砌筑砂漿：用于磚石砌體的砂漿，起著粘結磚石和傳遞應力砌筑砂漿：用于磚石砌體的砂漿，起著粘結磚石和傳遞應力的作用。的作用。2.2.抹面砂漿：涂抹于土木工程構件表面的砂漿。分為普通抹抹面砂漿：涂抹于土木工程構件表面的砂漿。分為普通抹面砂漿、裝飾砂漿、防水砂漿等。面砂漿、裝飾砂漿、防水砂漿等。3.3.特種砂漿：耐酸砂漿、防輻射砂漿等。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。鋼材的生產可

9、分為煉鐵、煉鋼和軋制三道程序。工程中常用的鋼材有鋼結構用鋼（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、鋼結構的特點：1）鋼材強度高，結構質量輕。2）材質均勻，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、鋼結構的應用：1）大跨結構。鋼材強度高、結構質量輕優(yōu)勢適用大跨度結構。2）工業(yè)廠房。3）受動力荷載影響的結構。4）多層和高層建

10、筑5）高聳結構（如塔架、桅桿）6）可拆卸的結構（腳手架、模板）。7）容器及其他構筑物（油罐、煤氣罐、海上采油平臺）8）輕型鋼結構9）鋼和混凝土的組合結構28鋼筋混凝土常用的鋼材：碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼、優(yōu)質碳素鋼制成。熱軋鋼筋：經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力。29光圓鋼筋光圓鋼筋變形鋼筋變形鋼筋30鋼絞線鋼絞線313.6 3.6 木材木材木材作為裝飾材料有很多優(yōu)良性質：木材作為裝飾材料有很多優(yōu)良性質：輕質高強、彈性好、韌性輕質高強、彈性好、韌性好、能承受沖擊和振動作用，因導熱性低而具有較好的隔熱、好、能承

11、受沖擊和振動作用，因導熱性低而具有較好的隔熱、保溫性能，紋理美觀，色調溫和古樸，極富裝飾性，易于加保溫性能，紋理美觀，色調溫和古樸，極富裝飾性，易于加工，可制成各種形狀的產品，絕緣性好，無毒性，在水中或工，可制成各種形狀的產品，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。干燥的環(huán)境中有良好的耐久性。木材也有很多缺點：木材也有很多缺點：受材料尺寸的制約較大，構造受材料尺寸的制約較大，構造 不均勻，呈不均勻，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和利用率，耐火性差，易著火燃燒，使用較多而降低了材質和利用率

12、，耐火性差，易著火燃燒，使用保養(yǎng)不當時易腐蝕、蟲蛀保養(yǎng)不當時易腐蝕、蟲蛀。3.6 3.6 木材木材333.6.1 木材的分類與構造木材的分類與構造3.6.2 木材的性能及應用木材的性能及應用 3.6.3 木材的防護與防火木材的防護與防火343.63.6.1 .1 木材的分類與構造木材的分類與構造 樹木的分類樹木的分類：樹木樹木針葉樹針葉樹闊葉樹闊葉樹35特點特點：樹葉細長，樹干通直高大，易得大材樹葉細長，樹干通直高大，易得大材， 紋理順直，材質均勻，木質較軟紋理順直，材質均勻，木質較軟，易于易于 加工，故又稱加工，故又稱軟木材軟木材。 針葉樹針葉樹應用應用：強度較高，表觀密度和脹縮變形較小強度

13、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耐腐性較強，是建筑工程中的主要用 材，廣泛用作承重構件、制作模板、材，廣泛用作承重構件、制作模板、 門窗等。常用樹種有松、杉、門窗等。常用樹種有松、杉、柏等。柏等。 36特點特點：樹葉寬大，多數樹種的樹葉寬大，多數樹種的樹干通直部分樹干通直部分 較短較短，材質堅硬，較難加工，故又，材質堅硬，較難加工，故又稱稱 硬木材硬木材 。 闊葉樹闊葉樹應用應用：表觀表觀密度較大密度較大，脹縮和翹曲變形大，脹縮和翹曲變形大， 易開裂，在建筑中常用作尺寸較小易開裂，在建筑中常用作尺寸較小的的 裝修和裝飾裝修和裝飾 。 種類種類(1)(1)材質較硬

14、，紋理清晰美觀材質較硬，紋理清晰美觀（樟（樟木、木、 水曲柳、桐木、柞木、榆木水曲柳、桐木、柞木、榆木等）等）(2)(2)材質不很堅硬，紋理也不很清晰材質不很堅硬，紋理也不很清晰， 但質地較針葉木要更為細膩但質地較針葉木要更為細膩 （樺木、椴木、山楊、青楊等樺木、椴木、山楊、青楊等） 37闊葉黃檀闊葉黃檀松木松木38橡木橡木黃花梨黃花梨39木材的構造木材的構造 木材的構造決定其性質木材的構造決定其性質，針葉樹針葉樹和闊葉樹的構造略有不同，其性質和闊葉樹的構造略有不同，其性質也也有差異。有差異。圖圖3.10 木材宏觀結構木材宏觀結構1.1.木材的宏觀構造木材的宏觀構造 如圖如圖3.103.10，

15、樹木是由樹木是由樹皮、木質樹皮、木質部和髓心部和髓心三部分組成三部分組成。 通常從樹干的三個切面進行剖析，即通常從樹干的三個切面進行剖析，即橫切面橫切面 ( (垂直于樹軸垂直于樹軸) )、徑切面徑切面( (通過樹軸通過樹軸) )和和弦切面弦切面( (平行于樹軸平行于樹軸) )。40 2.2.木材的微觀結構木材的微觀結構 木材是由無數木材是由無數管狀細胞管狀細胞緊密結合而成，它們絕大部分緊密結合而成，它們絕大部分為縱向排列，少數橫向排列為縱向排列，少數橫向排列( (如木射線如木射線) )。 每個細胞又由每個細胞又由細胞壁細胞壁和和細胞腔細胞腔兩部分組成，兩部分組成，細胞壁細胞壁是是由細纖維組成，

16、細纖維由細纖維組成，細纖維之間可以吸附和滲透水分之間可以吸附和滲透水分，細胞腔，細胞腔是由細胞壁包裹而成的空腔是由細胞壁包裹而成的空腔。 41松木顯微構造立體圖松木顯微構造立體圖1管胞；管胞；2木射線；木射線；3樹脂道樹脂道楓香顯微構造立體圖楓香顯微構造立體圖1導管；導管；2木射線；木射線；3木纖維木纖維42木材的管胞和木纖維木材的管胞和木纖維 43木材木射線木材木射線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（纖維飽和點（fiber saturation point,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是木材僅細胞壁

17、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。時的含水率。其值隨樹種而異。它是木材物理力學性質是否隨含水率而發(fā)生變化的它是木材物理力學性質是否隨含水率而發(fā)生變化的轉折點轉折點。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，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，還有一定數量的自由水。此時，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改變，還有一定數量的自由水。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。

18、縮。當木材的含水率在當木材的含水率在 纖維飽和點纖維飽和點 以下時，隨著含水率的增大，木材體積產以下時，隨著含水率的增大，木材體積產生膨脹，隨著含水率的減小，木材體積收縮。生膨脹，隨著含水率的減小，木材體積收縮。平衡含水率平衡含水率Environmental Moisture Content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對穩(wěn)定的含水率，

19、這時木材的含水率稱為平衡含水率平衡含水率。46 木材的木材的性能及應用性能及應用 木材的性能木材的性能 1.1.木材的含水率及吸濕性木材的含水率及吸濕性 新伐木材的含水率常在新伐木材的含水率常在35%35%以上；風干木材的含水率為以上；風干木材的含水率為15%15%25%25%；室內干燥木材的含水率為室內干燥木材的含水率為8%8%15% 15% 。 2.2.木材的濕脹干縮與變形木材的濕脹干縮與變形 木材的濕脹干縮具有一定規(guī)律：含水率木材的濕脹干縮具有一定規(guī)律：含水率小于小于纖維飽和點纖維飽和點時，隨著含水率的增加，木材體積產生膨脹，隨著含水率減時，隨著含水率的增加，木材體積產生膨脹，隨著含水率

20、減小，木材體積收縮；而含水率小，木材體積收縮；而含水率大于大于纖維飽和點時，只是自由纖維飽和點時，只是自由水的增減，木材的體積不發(fā)生變化。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截面不同位置木材干燥引起的不同變化48 3.3.木材的強度木材的強度 木材的強度主要是指其抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。木材的強度主要是指其抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。由于木材的構造各向不同，致使各方向強度有很大差異由于木材的構造各向不同，致使各方向強度有很大差異，因此因此，木，木材的強度有順紋強度和橫紋強度之分。材的強度有順紋強度和橫紋強度之分

21、。 當設順紋抗壓強度為當設順紋抗壓強度為100100時，木材無缺陷時各強度大小時，木材無缺陷時各強度大小的關系見表。的關系見表。 抗壓抗壓抗拉抗拉抗彎抗彎抗剪抗剪順紋順紋橫紋橫紋頂紋頂紋橫紋橫紋順紋順紋橫紋切斷橫紋切斷100100101030302002003003005 5303015015020020015153030505010010049順紋抗壓順紋抗壓橫紋抗壓橫紋抗壓順紋抗拉順紋抗拉橫紋抗拉橫紋抗拉抗彎抗彎順紋抗剪順紋抗剪橫紋切斷橫紋切斷11/101/3231/201/33/221/71/31/21木材各項強度值的比較木材各項強度值的比較(以順紋抗壓強度為以順紋抗壓強度為1)(a)

22、順紋剪切順紋剪切 (b) 橫紋剪切橫紋剪切 (c) 橫紋切斷橫紋切斷 木材的剪切木材的剪切501順紋抗拉；順紋抗拉；2抗彎；抗彎；3順紋抗壓；順紋抗壓；4順紋抗剪順紋抗剪含水率對木材強度的影響含水率對木材強度的影響513.6.2 3.6.2 木材的應用木材的應用 在建筑工程中直接使用木材常有在建筑工程中直接使用木材常有圓木圓木、鋸鋸木木和和人造板材。人造板材。1 1）圓木：去除根、梢、枝、皮并加工成一定）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。長度和直徑的木段。用于屋架、柱、桁條等。2 2）鋸木：已經加工成一定尺寸的木料，有板）鋸木：已經加工成一定尺寸的木料

23、，有板材、方材。板材用于隔斷、屋面板、地板等；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。方材用于檁條、隔斷木筋、屋架等。3 3）人造板材：利用木材或者含有一定纖維量）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的其他作物做原料，采用物理和化學的方法加工而成的。工而成的。52原木53方木5455拼花木地板拼花木地板56膠膠合板合板57木屑板木屑板58細木工板細木工板(大芯板大芯板) 59杉木集成材杉木集成材60木材的防護木材的防護：防腐、防蟲、防火。：防腐、防蟲、防火。 木材的腐朽與防腐木材的腐朽與防腐原因：原因：木材的腐朽是真菌侵害

24、所致。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真菌在木材中生存和繁殖的三個必要必要條件條件：水分水分、適宜的適宜的溫度溫度和空氣中的和空氣中的氧氧。木材完全干燥和完全浸入水中。木材完全干燥和完全浸入水中都不易腐朽。都不易腐朽。防腐措施：防腐措施： 1. 1.使木結構、木制品和儲存的木材處于經常保持通風使木結構、木制品和儲存的木材處于經常保持通風干燥的狀態(tài)，并對木結構和木制品表面進行油漆處理，油干燥的狀態(tài)，并對木結構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，又隔絕了水分漆涂層既使木材隔絕了空氣，又隔絕了水分； 2. 2.化學防腐劑注入木材中，使真菌無法寄生?；瘜W防腐劑

25、注入木材中，使真菌無法寄生。 613.7 建筑塑料塑料3.7.1 塑料的分類根據塑料受熱后形態(tài)性能表現的不同，可分根據塑料受熱后形態(tài)性能表現的不同，可分為為熱塑性塑料熱塑性塑料和和熱固性塑料熱固性塑料兩大類。兩大類。熱塑性熱塑性塑料受熱后軟化，冷卻后又變硬，塑料受熱后軟化，冷卻后又變硬，這種軟化這種軟化和變硬和重復進行和變硬和重復進行。熱固性熱固性塑料受熱軟化，塑料受熱軟化，發(fā)生化學變化發(fā)生化學變化，生成交聯(lián)聚合物而硬化成形，生成交聯(lián)聚合物而硬化成形，再受熱不能恢復可塑性狀態(tài)。再受熱不能恢復可塑性狀態(tài)。3.7.2 玻璃鋼玻璃鋼又稱為玻璃鋼又稱為玻璃纖維增強塑料（玻璃纖維增強塑料（FRP）.玻璃

26、鋼的玻璃鋼的特性：特性：1）輕質高強；）輕質高強；2）耐腐蝕性能）耐腐蝕性能好；好；3）電性能良好；）電性能良好；4）熱性能良好；）熱性能良好；5）可）可設計性好；設計性好；6）工藝性優(yōu)良。）工藝性優(yōu)良。玻璃鋼玻璃鋼 的不足的不足：1）彈性模量低；）彈性模量低；2）長期耐溫）長期耐溫性差；性差；3）老化現象；）老化現象；4）層間剪切強度低。）層間剪切強度低。3.8 墻體材料和屋面材料墻體墻體材料多為材料多為.磚、砌塊、板材。磚、砌塊、板材。屋面屋面材料為各種材質的材料為各種材質的瓦瓦。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：400240 360220 脊瓦：3001802、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：38523514 脊瓦：46917.53、石棉水泥瓦：水泥、石棉配料攪拌壓制成型，養(yǎng)護而成。 大、中、小波瓦：4種規(guī)格 脊瓦：2種規(guī)格4、鋼絲網水泥瓦：用水泥砂子加水拌和，澆模時中間鋪一層冷拔低炭鋼絲網模壓成型養(yǎng)護而成。6869703.9 防水