1、土木工程概論土木工程概論本 章 內 容 2.1 2.1 概述概述 2.2 2.2 膠凝材料膠凝材料 2.3 2.3 砂漿和混凝土砂漿和混凝土 2.4 2.4 鋼材鋼材 2.5 2.5 木材木材 2.6 2.6 墻體材料墻體材料 2.7 2.7 功能材料簡介功能材料簡介2.1 2.1 概述概述 概念：概念：土木工程材料（下文簡稱“工程材料”）是修建道路、橋梁、房 屋、隧道、港口、市政工程等所用材料的統稱 分類：分類： 有機材料、無機材料和復合材料 無機材料包括金屬材料和非金屬材料兩大類。金屬材料分為有色金屬（如鋁、銅、合金等）和黑色金屬(如鋼、鐵)兩大類。 結構材料、功能材料 新型工程材料特點：

2、新型工程材料特點： 復合 、多功能 、綠色 、節能 、輕質高強 、工業化 2.2 2.2 膠凝材料膠凝材料概念：概念：凡是能夠在一系列物理、化學作用下，從漿狀體變成堅固的石狀體，并能膠結其他工程材料而具有一定機械強度的物質，稱為膠凝材料。一、石灰一、石灰 石灰：石灰：主要成分為碳酸鈣的石灰石在適當溫度下煅燒，所得以氧化鈣為主要成分的材料即石灰。 生石灰的“熟化”：土木工程中使用石灰時，通常將生石灰加水，使其消解成消石灰，這個過程稱為生石灰的“消化”（又稱“熟化”）。生石灰加水后生成消石灰細粒并放出大量熱量，且熟化后體積可增大12.5倍。 特點：可塑性較好； 硬化速度慢、強度低； 保水性好，耐水

3、性差； 硬化時體積收縮大。 用途：配制石灰砂漿或混合砂漿，作為砌筑材料。 二、石膏二、石膏概念：概念：石膏的主要成分是硫酸鈣。 特點特點：建筑石膏中含有許多自由水蒸發后留下的孔隙，故其表面密度小、絕熱性好、吸聲性強，但這也使其具有強度較低、吸水率較大、抗滲性和抗凍性差等缺點。 用途用途：建筑石膏除可用作室內抹灰、粉刷、水泥原料中的緩凝劑和激發劑外，更多則是用于制造各種石膏制品，如各類石膏板和石膏砌體等。 石膏板石膏板 石膏板是以建筑石膏為主要原料經制漿、澆筑、凝固、烘干等工 序制成的一種輕質板材。 紙面石膏板：紙面石膏板：紙面石膏板是在建筑石膏中摻入纖維材料和外加劑構 成芯材，兩面用紙作護面而

4、成的一種輕質板材。 空心石膏條板：空心石膏條板：以建筑石膏為主要原料加入適量纖維材料，經拌和 成料漿、澆注成型、抽芯、干燥等工藝制成的輕質板材。 裝飾石膏板：裝飾石膏板：在建筑石膏中摻入適量纖維增強材料等，與水攪拌成 均勻的漿體，經澆筑、干燥而成的裝飾板材。在澆筑時采用不同 的模具，可以獲得不同花紋圖案的正方形板材。 三、水泥三、水泥 硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥l 概念：概念：凡由硅酸鹽水泥熟料，05石灰石或粒化高爐礦渣、適量 石膏磨細制成的水硬性膠凝材料，稱為硅酸鹽水泥。 l 初凝、終凝、凝結和硬化：初凝、終凝、凝結和硬化：水泥漿體在常溫下會逐漸變稠直到開始失去塑性，但尚不具有強度的現象稱為水泥的

5、初凝；隨著塑性的消失，水泥漿體開始產生強度，此時稱為水泥的終凝；水泥漿體由初凝到終凝的過程稱為水泥的凝結。水泥漿體終凝后，強度會隨著時間的延長不斷增長，并形成堅硬的水泥石，這一過程稱為水泥的硬化。 普通硅酸鹽水泥：普通硅酸鹽水泥： 由硅酸鹽水泥熟料、6%20%混合材料、適量石膏磨細而制成的水硬性膠凝材料。其礦物組成成分和基本性能與硅酸鹽水泥接近，是土木工程中應用最廣泛的水泥品種。 其它品種水泥：其它品種水泥： 有特殊需要的水泥，如道路硅酸鹽水泥、中低熱水泥、快硬硅酸鹽水泥、白色硅酸鹽水泥與彩色硅酸鹽水泥等。四、瀝青及其它膠凝材料四、瀝青及其它膠凝材料 瀝青：瀝青： 瀝青為憎水性材料，是由一些極

6、其復雜的高分子碳氫化合物 及其非金屬衍生物所組成的暗褐色有機混合物。 l 分類：分類：天然瀝青、石油瀝青和焦油瀝青三大類 l 用途：用途：道路工程、防水、防腐 橡膠：橡膠： 橡膠是一種在室溫下具有較高彈性的高分子化合物。 l 特性：特性：優異的彈性變形能力，良好的抗拉強度、耐疲勞強度 、不透水性、不透氣性、耐酸堿性和電絕緣性等。 l 用途：用途：防水材料、密封材料l 分類：分類：天然橡膠、合成橡膠和再生橡膠 合成樹脂：合成樹脂： 合成樹脂是由低分子原料單體（如乙烯、丙烯、氯乙烯等） 通過聚合反應結合成大分子而生成的高分子材料，是組成塑 料、涂料和膠粘劑的主要材料。 2.3 2.3 砂漿和混凝土

7、砂漿和混凝土一、砂漿一、砂漿 概念：概念： 砂漿是由一定比例的膠凝材料、細骨料、摻合料和水拌合而 成的土木工程材料 。l 分類：分類：砂漿按照砂漿中膠凝材料的不同分為水泥砂漿、石灰 砂漿、瀝青砂漿、石膏砂漿和混合砂漿等。 砂漿按照用途則可分為砌筑砂漿、抹面砂漿、裝飾砂 漿和特種功能砂漿等 砌筑砂漿：砌筑砂漿：用于砌筑磚、石、砌體的砂漿，或拼接、安裝板 材成為墻體的砂漿，稱為砌筑砂漿。 l 作用：作用：砌筑砂漿起著粘結塊體材料、填充塊材間的縫隙和傳 遞荷載的作用。 l 砂漿的和易性：砂漿的和易性：包含流動性和保水性兩方面含義。l 砂漿強度劃分：砂漿強度劃分：M20、M15、M10、M7.5、M5

8、、M2.5等六個等級 抹面砂漿：抹面砂漿：抹面砂漿是指涂抹在建筑物或土木工程基底材料 表面的砂漿，具有保護基層和美觀的作用。 l 一般抹面砂漿：一般抹面砂漿： 功能：抹平構件表面，保護結構主體免遭各種侵害，提高結 構的耐久性，延長使用壽命，改善結構的外觀。 常用抹面砂漿：石灰砂漿、水泥砂漿、水泥混合砂漿、麻刀 石灰漿或紙筋石灰漿等。 l 裝飾砂漿：裝飾砂漿：涂抹在建筑物內外墻表面，具有美觀裝飾效果的 抹面砂漿稱為裝飾砂漿。 裝飾砂漿所用水泥主要有：普通硅酸鹽水泥、白色水泥、彩 色水泥等。白色水泥可配制白色或彩色砂漿。 l 防水砂漿：防水砂漿：用于防水層的砂漿叫做防水砂漿。防水砂漿可以 用普通水

9、泥砂漿來制作，也可以在水泥砂漿中摻入防水劑以 提高砂漿的抗滲能力。l 其它特種砂漿：其它特種砂漿：絕熱砂漿、吸聲砂漿、聚合物砂漿、耐酸砂 漿等二、混凝土二、混凝土 概念：概念： 混凝土是由膠凝材料、骨料和水按一定比例配制，經攪拌振 搗成型，在一定條件下養護而成的人造石材。 l 優點：優點： (1) 可根據需要配制各種不同性質的混凝土。 (2) 可用不同型式的模板澆筑成需要的形狀和尺寸。 (3) 和鋼筋具有良好的粘結力，可保證二者共同工作。 (4) 硬化后抗壓強度高、耐久性好。 (5) 生產工藝簡單，價格低廉。 l 缺點：缺點：抗拉強度低、自重大 l 分類：分類：按混凝土所用膠凝材料種類的不同分

10、為水泥混凝土 （又叫普通混凝土）、瀝青混凝土、石膏混凝土及聚合物混 凝土等。 l普通混凝土強度普通混凝土強度 ： C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50 、C55、C60、C65、C70、C75、C80共十四個等級 。l 混凝土外加劑混凝土外加劑包括：包括：改善混凝土流變性的外加劑 、調節混凝土 凝結時間、硬化性能的外加劑 、改善混凝土耐久性的外加 劑 、改善混凝土其它性能的外加劑 二、新型水泥基材料二、新型水泥基材料 高性能混凝土：高性能混凝土：通常認為強度等級大于C50的混凝土稱為高強混凝土。高強混凝土具有很高的抗壓強度，可以大幅度提高土木工程受壓構件的承載能力，同

11、時減少用鋼量，其抗滲性、抗凍性、耐腐蝕性等方面都優于普通混凝土。輕質混凝土：輕質混凝土：表觀密度小于1950kg/m3的混凝土為輕質混凝土，與普通混凝土相比，輕質混凝土具有表觀密度小、保溫性好、抗震與抗裂能力強等優點。輕質混凝土變形較大、成本較高的缺點也很明顯。 纖維增強混凝土：纖維增強混凝土：以普通混凝土為基材，摻入各種有機、無機或金屬的短切纖維而制成的水泥基復合材料。纖維能有效阻止了普通混凝土在荷載作用下內部的微小裂縫的發展，提高了混凝土的抗拉性能、韌性、抗裂性能以及抗疲勞性等諸多性能。 聚合物混凝土：聚合物混凝土：由有機聚合物、無機聚合物材料和集料結合而制成的一種新型混凝土，結合了有機聚

12、合物和無機聚合物的優點，提高了混凝土的抗滲性、抗凍性和耐磨性等性能，但是由于其造價較高且工藝復雜，目前應用并不廣泛 。 2.4 2.4 鋼材鋼材一、鋼材的分類一、鋼材的分類 鋼材中所用鋼材主要有低碳鋼和低合金剛。 包括型材和線材兩種外觀形式。二、鋼材的力學性能二、鋼材的力學性能 鋼材的力學性能主要包括抗拉性能、冷彎性能、沖擊韌性、 耐疲勞性、硬度等 。l 抗拉性能的主要技術指標：抗拉性能的主要技術指標： 伸長率、屈服強度、抗拉強度 l鋼材的冷彎性能：鋼材的冷彎性能：指鋼材在常溫下承受彎曲變形的能力，是鋼材 的工藝性能指標。l沖擊韌性：沖擊韌性：反映了鋼材抵抗沖擊荷載的能力。 三、鋼材的加工三、

13、鋼材的加工l鋼材的冷加工：鋼材的冷加工：鋼材使用前，在常溫下進行加工，其性能會發生 一些變化，這種加工過程稱為冷加工。 冷加工可以提高鋼材屈服強度，節約鋼材，但冷加工往往使 鋼材的塑性、韌性及彈性模量降低。 土木工程中常用冷加工形式有冷拉、冷拔和冷軋。 l鋼筋熱處理：鋼筋熱處理：按照一定方式對鋼材進行加熱、保溫、冷卻，從 而改變鋼的晶體組織、微觀結構或消除由于冷加工在材料內 部產生的內應力，改變鋼材力學性能。 常用熱處理方式包括：淬火、回火、退火、正火等。 概念：概念： 木材具有輕質高強、彈性和韌性好、耐沖擊、導熱性低、裝 飾性強等優點，是土木工程的常用材料。 l 分類：分類：木材加工后的材種

14、可分為原木、原條、板方材、 木質人造板材。l 用途：用途：在工程中常用作承重構件，也可用于加工家具；制作 較小尺寸構件和室內裝飾。 2.5 2.5 木材木材2.6 2.6 墻體材料墻體材料一、磚一、磚 概念：概念： 磚是房屋建筑中的主要墻體材料，其外形多為長方體，一般長度不超過365mm，寬度不超過240mm，高度不超過115mm。 l 分類：分類：按照生產工藝不同可分為燒結磚和非燒結磚。 燒結磚是以粘土、頁巖、煤矸石、粉煤灰為主要原料，經過焙燒而成的長方體塊體。非燒結磚不需要焙燒，一般是以硅質材料（如粉砂、粉煤灰）和鈣質材料（如石灰、石膏）為主要原料，加入少量水泥或石灰作固結劑，再加入微量外

15、加劑和適量水混合攪拌壓制成型，經自然養護或蒸養一定時間即成的塊體材料。 二、砌塊二、砌塊 概念：概念： 砌塊為采用各類混凝土、工業廢料和地方性材料加工而成尺 寸較大的塊狀制品。 l 特點：特點：砌塊制作工藝較為簡單，塊體尺寸較大，施工方便，勞動效率較高，可以充分利用地方資源和工業廢渣。l 分類：分類：按砌塊的制作材料分為混凝土小型砌塊、輕骨料混凝土砌塊、加氣混凝土砌塊、復合砌塊等。 普通混凝土小型空心砌塊：普通混凝土小型空心砌塊：由水泥、砂、最大粒徑10mm的石子或石屑配置而成的塑性混凝土，在金屬模內振動成型，脫模養護而成的墻用承重空心塊材。生產材料來源廣、工藝簡單、效率高、無需焙燒或蒸壓養護

16、，在施工方面具有適應性強、自重較輕、組合靈活、施工較粘土磚簡便、快速等優點。輕骨料混凝土小型空心砌塊：輕骨料混凝土小型空心砌塊：由輕骨料混凝土制作的小型空心塊材。常用的輕骨料材料有浮石、火山渣、煤矸石、煤渣、陶粒、膨脹珍珠巖等。 加氣混凝土砌塊加氣混凝土砌塊 ：以鈣質材料（水泥或石灰）和硅質材料（砂或粉煤灰等）為基本原料，以鋁粉為發氣劑，經過蒸壓養護等工藝制成的一種多孔輕質新型墻體材料。該材料具有輕質、保溫、耐火、抗震、足夠的強度和良好的可加工性能等優點。裝飾混凝土砌塊裝飾混凝土砌塊 ：是帶有裝飾面的混凝土砌塊。該砌塊適合砌筑清水墻，砌筑時省時、省工，并能產生新穎的裝飾效果。 三、輕質墻板三、

17、輕質墻板 概念：概念： 是工廠或施工現場預制的大板、條板或薄板，板高至少達到一個樓層，直接現裝或組裝，成為一面墻體的板式材料。l 特點：特點：采用墻板可改善墻體功能，減輕自重，減少工程現場濕作業，加快墻體施工速度。 l 分類：分類：按照墻板的形式可分為薄板、條板、輕型復合板等。每種墻板根據制作材料的不同又有不同分類，如：薄板有纖維水泥板、石膏板、水泥木屑板等。 一、防水材料一、防水材料 概念：概念：防水材料是保證土木工程防止雨水、地下水及其他水分滲透的重要功能材料。聚合物改性瀝青防水卷材聚合物改性瀝青防水卷材 ：以合成高分子聚合物改性瀝青為涂蓋層，纖維織物或纖維氈為胎體，粉狀、粒狀、片狀或薄膜

18、狀材料為覆蓋材料制成的可卷曲片狀防水材料。它克服了傳統瀝青防水卷材溫度穩定性差、延伸率小的不足，具有高溫不流淌、低溫不脆裂、拉伸強度高、延伸率較大等優點。 2.7 2.7 功能材料簡介功能材料簡介合成高分子防水卷材合成高分子防水卷材 ：防水材料是保證土木工程防止雨水、地下水及其他水分滲透的重要功能材料。聚合物改性瀝青防水卷材聚合物改性瀝青防水卷材 ：以合成橡膠、合成樹脂或它們兩者的共混體為基料，加入適量的化學助劑和填充料等，經混煉、壓延或擠出等工序而制成的可卷曲的片狀防水材料。 防水涂料防水涂料：以高分子合成材料為主體，在常溫下為無定型液態狀，涂布后能夠在結構物表面形成無接縫的完整防水膜的材料

19、。防水涂料適合于各種復雜、不規則部位的防水，可以采用冷施工，從而大大改善了勞動條件，施工方便、快捷。 二、二、 保溫隔熱材料保溫隔熱材料 概念：概念：保溫隔熱材料也稱為絕熱材料，主要用于建筑工程的墻壁、屋面保溫、熱力管道保溫、制冷工程隔熱等。 建筑保溫隔熱材料按材質可分為：建筑保溫隔熱材料按材質可分為：無機保溫隔熱材料和有機保溫隔熱材料兩大類。 三、聲學材料三、聲學材料 概念：概念： 具有吸聲特性的材料和結構稱為吸聲材料或結構。 l吸聲系數是表征材料和結構吸聲能力的主要指標。吸聲系數是表征材料和結構吸聲能力的主要指標。主要吸聲材料的種類見表2.1。 l 分類：分類：吸聲材料按照吸聲機理分為多孔性吸聲材料、共振吸聲結構以及空間吸聲體、簾幕吸聲體等。 四、裝飾材料四、裝飾材料 陶瓷：陶瓷：陶瓷是以粘土、長石、石英為基本原料，經配料、成型、干燥、燒結而成的較密實產品。 l 分類：分類：根據陶瓷材料的原料和燒結密實程度不同，可將陶瓷分為陶質、炻質和瓷質三種性能不同的人造石材。 常用的建筑陶