第二章土木材料

第二章土木工程材料2.1概述2.2常用土木工程材料2.3建筑功能材料2.4建筑材料的新發(fā)展2.1概述土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)。傳統(tǒng)土木工程材料：磚、瓦、石、砂、木材近代土木工程材料：鋼材、水泥、混凝土現(xiàn)代土木工程材料：瀝青、玻璃、陶瓷、塑料、絕熱材料、吸聲隔聲材料等21世紀(jì)，土木工程材料正向著高性能、多功能、安全和可持續(xù)發(fā)展的方向改進(jìn)。2.2

常用土木工程材料

2.2.1磚按生產(chǎn)工藝：燒結(jié)磚和非燒結(jié)磚。按所用原材料：粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等。按有無孔洞：空心磚、多孔磚和實(shí)心磚?？招拇u多孔磚實(shí)心磚2.2.2石

凡采自天然巖石，經(jīng)過加工或未經(jīng)加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。按加工后的外形可分為：（1）塊狀石材：毛石、料石（2）板狀石材（3）散狀石材：色石渣、石子（碎石、卵石）毛石也稱片石，是不成形的石料，是采石場(chǎng)由爆破直接獲得的形狀不規(guī)則的石塊，處于開采以后的自然狀態(tài)。料石是用毛料加工成的具有一定規(guī)格，用來砌筑建筑物用的石料。板狀石材是用致密的巖石經(jīng)鑿平、鋸斷、磨光等各種加工方法制作而成的石料，如花崗石、大理石和青石板材等?；◢弾r石材碎石、卵石可用作骨料、裝飾鋪砌材料，其中卵石還可作為園林、庭院等地面的鋪砌材料。碎石卵石色石渣由天然大理石或花崗巖等殘碎料加工而成，有各種色彩，可作人造大理石、水磨石、水刷石及其它飾面粉刷骨料之用。

水磨石:碎石拌入水泥制成混凝土制品后表面磨光的制品；

水刷石:一種人造石料，制作過程是用水泥﹑小石子或顏料等加水拌和，抹在建筑物的表面，半凝固后，用硬毛刷蘸水刷去表面的水泥漿而使石屑或小石子半露。也叫汰石子色石渣2.2.3木材類型：圓材、方材、條材、板材等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)自重小、制作容易、架設(shè)簡便、工期快、造價(jià)便宜。缺點(diǎn)：易燃、易腐朽、結(jié)構(gòu)變形較大等。

2.2.4水泥定義：

水泥是一種粉末狀材料，加適當(dāng)水調(diào)制后，經(jīng)一系列物理、化學(xué)作用，由最初的可塑性漿體變成堅(jiān)硬的石狀體。具有較高的強(qiáng)度，并且能將散狀、塊狀材料粘結(jié)成整體。水泥漿體不僅能在空氣中凝結(jié)硬化，而且能更好地在水中凝結(jié)硬化，并保持發(fā)展其強(qiáng)度，因而水泥是典型的水硬性膠凝材料。分類：(1)按其用途及性能分為：通用水泥,專用水泥,特性水泥。(2)按其組成成分分為：硅酸鹽水泥（最常用），鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥，鐵鋁酸鹽水泥等。其他品種水泥：白色硅酸鹽水泥和彩色水泥、高鋁水泥、膨脹水泥2.2.5混凝土定義：混凝土也稱砼（tóng），由膠結(jié)材料，骨料

和水按一定比例配制，經(jīng)一定時(shí)間后硬化而

成的人造石材。

分類：

(1)按膠凝材料種類分為：

水泥混凝土、瀝青混凝土、石膏混凝土、聚合

物混凝、土水玻璃混凝土等（2）按體積密度分為：重混凝土、普通混凝土、輕混凝土（3）按抗壓強(qiáng)度分為：

C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60C：混凝土強(qiáng)度符號(hào)數(shù)字：混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.2.5.1普通混凝土

組成材料：

水泥、粗細(xì)骨料、水,有時(shí)常包括適量的摻合料和外加劑。

各組成材料的作用：

粗細(xì)骨料起骨架作用；水泥和水組成水泥漿，包裹骨料表面并填充在骨料空隙中。水泥漿體在硬化前起潤滑作用,賦予混凝土拌和物流動(dòng)性,便于施工。混凝土硬化后起膠結(jié)作用,將骨料膠結(jié)成整體。和易性：是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實(shí)的混凝土性能。和易性是一項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo)，包括流動(dòng)性、粘聚性和保水性三個(gè)主要方面。1、流動(dòng)性是指新拌混凝土在自重或機(jī)械振搗的作用下，能產(chǎn)生流動(dòng)，并均勻密實(shí)地填滿模板的性能。2、粘聚性是指新拌混凝土的組成材料之間有一定的粘聚力，在施工過程中，不致發(fā)生分層和離析現(xiàn)象的性能。3、保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工過程中，不致產(chǎn)生嚴(yán)重泌水現(xiàn)象的性能。2.2.5.2其他種類混凝土

(1)高強(qiáng)混凝土

(2)輕骨料混凝土

(3)多孔混凝土

(4)纖維混凝土

(5)聚合物混凝土定義：砂漿是建筑上使用的黏結(jié)物質(zhì)，是由膠凝材料（水泥、石灰、粘土等）和細(xì)骨料（砂）加水拌合而成。按膠凝材料分類：

石灰砂漿、水泥砂漿、混合砂漿（水泥石灰砂

漿、水泥粘土砂漿、石灰粘土砂漿）按抗壓強(qiáng)度分為6個(gè)等級(jí)：

M2.5，M5，M7.5，M10，M15，M20。M：砂漿強(qiáng)度符號(hào)數(shù)字：砂漿抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）2.2.6砂漿

建筑砂漿和混凝土的區(qū)別在于不含粗骨料。新拌普通砂漿應(yīng)具有良好的和易性，砂漿的和易性是指砂漿是否容易在磚石等表面鋪成均勻、連續(xù)的薄層，且與基層緊密黏結(jié)的性質(zhì)。硬化后的砂漿則應(yīng)具有所需的強(qiáng)度和粘結(jié)力。砂漿的和易性與其流動(dòng)性和保水性有關(guān)。

2.2.7鋼材

17世紀(jì)70年代，人類開始大量應(yīng)用生鐵作建筑材料，到19世紀(jì)初發(fā)展到用熟鐵建造橋梁、房屋等。19世紀(jì)中期以后，鋼材的規(guī)格品種日益增多，強(qiáng)度不斷提高，連接等工藝技術(shù)也得到發(fā)展，為建筑結(jié)構(gòu)向大跨重載方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)50年代出現(xiàn)了新型的復(fù)合建筑材料──鋼筋混凝土。至20世紀(jì)30年代，高強(qiáng)鋼材的出現(xiàn)又推動(dòng)了預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展，開創(chuàng)了鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土占統(tǒng)治地位的新的歷史時(shí)期，使土木工程發(fā)生了新的飛躍。鋼材是在嚴(yán)格的技術(shù)控制條件下生產(chǎn)的，品質(zhì)均勻致密，抗拉、抗壓、抗彎、抗剪強(qiáng)度都很高，常溫下能承受較大的沖擊和振動(dòng)荷載。鋼材具有良好的加工性能，可以鑄造、鍛壓、焊接和切割，便于裝配。建筑鋼材分類：（1）鋼結(jié)構(gòu)用鋼（槽鋼、鋼管、角鋼、H型鋼、工字鋼等）（2）混凝土結(jié)構(gòu)用鋼（鋼筋、鋼絞線等）2.2.1鋼材H型鋼鋼筋鋼絞線槽鋼鋼管角鋼工字鋼在還沒裝水之前采用鐵箍或竹箍套緊桶壁，便對(duì)木桶壁產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力，若施加的壓應(yīng)力超過水壓力引起的拉應(yīng)力，木桶就不會(huì)開裂漏水。同樣，在受彎構(gòu)件的荷載加上去之前給構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)和與荷載作用產(chǎn)生的變形相反的變形，荷載要構(gòu)件沿作用方向發(fā)生變形之前必須最先把這個(gè)與荷載相反的變形抵消，才能繼續(xù)使構(gòu)件沿荷載方向發(fā)生變形。這樣，預(yù)應(yīng)力就像給構(gòu)件多施加了一道防護(hù)一樣。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土：在外荷載作用到構(gòu)件上之前，預(yù)先用某種方法，在構(gòu)件上（主要在受拉區(qū)）施加壓，當(dāng)構(gòu)件承受由外荷載產(chǎn)生的拉力時(shí)，首先抵消混凝土中已有的預(yù)壓力，然后隨荷載增加，才能使混凝土受拉而后出現(xiàn)裂縫，因而延遲了構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)和開展。2.2.8建筑塑料塑料是以聚合物（或樹脂）為主要成分，在一定的溫度、壓力條件下可塑制成一定形狀，且在常溫下能保持其形狀不變的有機(jī)材料。主要優(yōu)點(diǎn)：輕質(zhì)、比強(qiáng)度高、加工性能好、裝飾性優(yōu)異、耐化學(xué)腐蝕性好、耐水性和耐水蒸氣性強(qiáng)、電絕緣性優(yōu)良、具有多功能性、經(jīng)濟(jì)性主要缺點(diǎn)：

耐熱性差、易燃、易老化、熱膨脹性大、剛度小

總之，塑料及其制品的優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)，且塑料的缺點(diǎn)可以通過采取措施加以改進(jìn)。隨著塑料資源的不斷發(fā)展，建筑塑料的發(fā)展前景是非常廣闊的。塑料在建筑中大部分是用于非結(jié)構(gòu)材料。僅有一小部分用于制造承受輕荷載的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如塑料波形瓦、候車棚、商亭、儲(chǔ)水塔罐、充氣結(jié)構(gòu)等。然而更多的是與其他材料復(fù)合使用，可以充分發(fā)揮塑料的特性，如用作電線的被覆絕緣材料、人造板的貼面材料、有泡沫塑料夾心層的各種復(fù)合外墻板、屋面板等。所以，建筑塑料是有廣闊發(fā)展前途的一種建筑材料。2.2.9瀝青

瀝青是高分子碳?xì)浠衔锛捌浞墙饘伲ㄑ酢⒌?、硫）等衍生物組成的極其復(fù)雜的混合物。瀝青是一種有機(jī)膠凝材料，具有良好的粘性、塑性、耐腐蝕性和憎水性，主要用做防潮、防水、防腐蝕材料，用于屋面、地下防水工程及其它防水工程和防腐工程，大量用于道路工程。分類：1.地瀝青：天然瀝青石油瀝青2.焦油瀝青：煤瀝青頁巖瀝青工人在鋪設(shè)瀝青馬路瀝青馬路2.3建筑功能材料定義：建筑功能材料是以材料的力學(xué)性能以外的功能為特征的材料，它賦予建筑物防水、防火、絕熱、采光、防腐等功能。分類：①建筑防水堵水材料②絕熱材料③吸聲隔聲材料④建筑裝飾及復(fù)合功能材料（建筑玻璃、建筑陶瓷、建筑涂料、飾面石材等）2.3.1防水材料

建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)要防止雨水、雪水和地下水的滲透，要防止空氣中的濕氣、蒸汽和其他有害氣體與液體的侵蝕。建筑物的分隔結(jié)構(gòu)要防止給排水的滲翻。這些防滲透、滲漏和侵蝕的材料統(tǒng)稱為防水材料。

土木工程中最常用的防水材料——瀝青材料及其制品。（1）地瀝青（天然地瀝青和石油地瀝青）（2）焦油瀝青（煤瀝青、木瀝青、頁巖瀝青等）新型建筑防水材料：防水卷材：防水涂料：密封材料：剛性防水材料：（1）瀝青防水卷材（2）彈性體改性瀝青防水卷材（SBS）（3）塑性體改性瀝青防水卷材（APP）（4）合成高分子防水卷材（1)瀝青類防水涂料(2)高聚物改性瀝青防水涂料(3)合成高分子防水涂料(1)不定型密封材料(2)定型密封材料(1)防水混凝土(2)防水砂漿(3)外加劑(4)注漿堵漏材料

將不易傳熱的材料，即對(duì)熱流有顯著阻抗性的材料或材料復(fù)合體稱為絕熱保溫材料，是保溫和隔熱材料的總稱。絕熱材料是指用于建筑圍護(hù)或者熱工設(shè)備、阻抗熱流傳遞的材料或者材料復(fù)合體，既包括保溫材料，也包括保冷材料。絕熱材料一方面滿足了建筑空間或熱工設(shè)備的熱環(huán)境，另一方面也節(jié)約了能源。因此，有些國家將絕熱材料看作是繼煤炭、石油、天然氣、核能之后的“第五大能源”。使用絕熱材料可避免建筑物夏季過多吸收熱量，冬季過分散失熱量。

2.3.2絕熱保溫材料有機(jī)絕熱材料：石棉及制品（2）礦渣棉及制品（3）巖棉及制品（4）膨脹珍珠巖及制品（1）軟木板（2）泡沫塑料（3）多孔混凝土（4）蜂窩板無機(jī)絕熱材料：絕熱材料按其成分可以分為有機(jī)材料和無機(jī)材料2.3.3吸聲隔聲材料

在建筑物內(nèi)控制聲音可以給人們提供一個(gè)安全、舒適的生活、工作環(huán)境。聲音起源于物體的振動(dòng)。聲音大于50分貝就應(yīng)該考慮采取措施；聲音大于120分貝將危害人體健康。

吸聲材料，是具有較強(qiáng)的吸收聲能、減低噪聲性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而對(duì)入射聲能具有吸收作用的材料。

建筑上將主要起隔絕聲音作用的材料稱為隔聲材料。材料的吸聲著眼于聲源一側(cè)反射聲能的大小，目標(biāo)是反射聲能要小。隔聲材料：（1）無機(jī)材料（2）有機(jī)材料（3）多孔材料（4)纖維材料(1)隔絕空氣聲(2)隔絕固體聲吸聲材料：

材料隔聲著眼于入射聲源另一側(cè)的透射聲能的大小，目標(biāo)是透射聲能要小。2.3.4建筑裝飾材料

裝修各類土木建筑物以提高其使用功能和美觀，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在各種環(huán)境因素下的穩(wěn)定性和耐久性的建筑材料及其制品。又稱裝修材料、飾面材料。

主要有草、木、石、砂、磚、瓦、水泥、石膏、石棉、石灰、玻璃、馬賽克、軟瓷、陶瓷、油漆涂料、紙、生態(tài)木、金屬、塑料、織物等，以及各種復(fù)合制品。建筑裝飾材料通常按照在建筑中的裝飾部位可分為：地面裝飾材料、外墻裝飾材料、內(nèi)墻裝飾材料和天棚裝飾材料。2.3.4.1建筑陶瓷

建筑陶瓷是以粘土、長石、石英為基本原料，經(jīng)配料、制坯、干燥、焙燒而制得的成品。陶瓷制品質(zhì)地按吸水率大小的分類：

（1）陶質(zhì)（吸水率大于10%），分粗陶、精陶；（2）瓷質(zhì)（吸水率小于1%），陶瓷錦磚、生活用瓷等；（3）炻質(zhì)（吸水率1~10%），半瓷，分粗炻器、細(xì)炻器。常用建筑陶瓷制品（1）釉面內(nèi)墻磚：瓷磚，用于室內(nèi)墻面鋪貼。（2）彩色釉面陶瓷墻地磚：炻質(zhì)，主要用于外墻鋪貼。（3）陶瓷錦磚：馬賽克，瓷質(zhì)，主要用于室內(nèi)和外墻裝飾。（4）無釉陶瓷地磚：陶瓷不施釉，主要用于室內(nèi)鋪設(shè)。（5）陶瓷劈離磚：將一塊雙聯(lián)磚分為兩塊磚，用于外墻裝飾。（6）建筑琉璃制品：精陶，制品表面涂琉璃釉料，用于民族風(fēng)格、園林建筑。（7）衛(wèi)生陶瓷：細(xì)炻質(zhì)制品，用于浴室、盥洗室、廁所等。釉面內(nèi)墻磚長廊陶瓷錦磚2.3.4.2玻璃

玻璃是以石英砂、砂巖或石英巖、石灰石、長石、白云石及純堿等為主要原料，經(jīng)粉碎、篩分、配料、高溫熔融、成型、退火、冷卻、加工等工序制成。除建筑行業(yè)外，玻璃還應(yīng)用于輕工、交通、醫(yī)藥、化工、電子、航天等領(lǐng)域。

普通玻璃的性質(zhì)有如下幾點(diǎn)：①透明；②脆；③熱穩(wěn)定性差；④化學(xué)穩(wěn)定性好；⑤表觀密較大；⑥導(dǎo)熱系數(shù)較大。玻璃制品（1）普通平板玻璃：窗戶玻璃，3㎜厚用量最大。（2）安全玻璃：力學(xué)強(qiáng)度高，抗沖擊能力較好，被擊碎時(shí)

碎片不會(huì)飛濺傷人，兼有防火功能。

①鋼化玻璃：強(qiáng)度高，抗沖擊性好，熱穩(wěn)定性高，安

全性高。用于高層建筑的門窗、隔墻與幕墻。

②夾層玻璃：抗沖擊性和抗穿透性好，破碎時(shí)不傷人。

用于有特殊安全要求的門窗、隔墻、工業(yè)廠房天窗

和某些水下工程。

③夾絲玻璃：抗折強(qiáng)度高，防火性能好，破碎時(shí)不傷

人。用于廠房天窗、各種采光屋頂和防火門窗。（3）保溫絕熱玻璃：具有特殊的保溫絕熱功能。

①吸熱玻璃：既能吸收大量紅外線輻射，又能保

持良好的光透過率的平板玻璃，常用于門窗或

幕墻。

②熱反射玻璃：既有較高的熱反射能力，又能保

持良好透光性能的玻璃，又稱鍍膜玻璃或鏡面

玻璃。用于高層建筑幕墻，應(yīng)用不適當(dāng)會(huì)帶來

光污染。

③中空玻璃：保溫絕熱、節(jié)能性好，隔聲性能優(yōu)

良，不結(jié)露，適合住宅建筑使用。（4）壓花玻璃、磨砂玻璃和噴花玻璃：

平板玻璃表面壓花或噴花、磨毛，透光不透視，

用于衛(wèi)生間、浴室、辦公室門窗（有花面對(duì)內(nèi)

安裝）（5）玻璃空心磚

絕熱、隔聲，光線柔和優(yōu)美，用于砌筑透光墻

壁、隔斷、門廳、通道等。（6）玻璃馬賽克

半透明玻璃材質(zhì)，用于外墻裝飾磨砂玻璃玻璃馬賽克玻璃空心磚

除了陶瓷和玻璃外，經(jīng)常使用的裝飾材料還有建筑涂料、飾面石材和壁紙等，這些材料的基本