第三章：土木工程材料

3.1無(wú)機(jī)膠凝材料

3.2水泥

3.3混凝土

3.4建筑砂漿

3.5鋼材

土木工程概論建筑工程3.6木材

3.7建筑塑料

3.8墻體材料和屋面材料

3.9防水材料

3.10裝飾材料

3.11建筑功能材料第三章土木工程材料你所知道的土木工程材料有哪些？2土木工程材料的發(fā)展歷程天然材料土、草、葦、木材、石材、泥等

燒土制品磚、瓦、石灰、玻璃

鋼鐵、水泥、鋼筋砼、人造板、砼、平板玻璃、黏結(jié)劑塑料、鋁合金、不銹鋼、外加劑節(jié)能新型墻體材料、高性能砼等原始材料誕生

現(xiàn)代建材發(fā)展最早人工材料新型材料發(fā)展最早的穴居、巢居用粘土燒制磚瓦用石灰石燒制石膏大規(guī)模的生產(chǎn)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堅(jiān)實(shí)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(guó)石膏資源豐富，已探明天然石膏儲(chǔ)量為471.5億噸，居世界之首。

常見(jiàn)的有：建筑石膏、高強(qiáng)石膏、無(wú)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(yù)加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料。石膏還可用來(lái)生產(chǎn)各種浮雕和裝飾品。如浮雕飾線、藝術(shù)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(shí)，通常將生石灰加水，使之消解成消石灰（氫氧化鈣），這個(gè)過(guò)程稱為石灰的消化或熟化。石灰的特性主要有：1.生石灰水化時(shí)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(shí)體積收縮大；5.硬化后強(qiáng)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(jiàn)的水玻璃有硅酸鈉和硅酸鉀，其中以硅酸鈉水玻璃最常見(jiàn)。水玻璃有良好的粘結(jié)能力，硬化時(shí)析出的硅酸凝膠有堵塞毛細(xì)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(xì)度的影響（水泥越細(xì)，水化越充分，凝結(jié)硬化越快，早期強(qiáng)度較高，但成本高，不宜保存。）3.養(yǎng)護(hù)條件的影響（溫度和濕度）若缺少水分，會(huì)導(dǎo)致水泥水化的停止，出現(xiàn)干粉或產(chǎn)生裂縫；在0℃以下，水泥的水化停止。4.齡期的影響（28d內(nèi)發(fā)展較快）5.拌合用水量的影響6.存儲(chǔ)條件的影響（水泥有效存儲(chǔ)期為3個(gè)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(xì)磨細(xì)153.3混凝土混凝土由凝膠材料、水和粗、細(xì)骨料按適當(dāng)比例配合、拌制而成經(jīng)過(guò)一定時(shí)間硬化而成的人造石材。混凝土的優(yōu)點(diǎn)：1.可根據(jù)不同要求配制各種不同性質(zhì)的混凝土；2.凝結(jié)前有良好的塑性；3.與鋼筋有牢固的粘結(jié)力；4。抗壓強(qiáng)度高和耐久性良好；5.符合就地取材和經(jīng)濟(jì)的原則；混凝土的缺點(diǎn)：抗拉強(qiáng)度低，受拉時(shí)變形能力小，容易開(kāi)裂，自重大等。

163.3混凝土

一、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(jié)構(gòu)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(dòng)灌漿混凝土防輻射混凝土

17新拌的混凝土18混凝土構(gòu)件19二、普通混凝土

水泥：

成分骨料：細(xì)骨料（砂Φ<5mm)粗骨料（石Φ<35mm)

水：不含酸、堿、鹽、油及污物的水。20三、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土

組成：鋼材、混凝土特點(diǎn)：既高強(qiáng)、耐久，又具有很好的韌性。鋼筋混凝土的優(yōu)點(diǎn)：（5條）

預(yù)應(yīng)力混凝土組成：預(yù)應(yīng)力鋼筋、混凝土特點(diǎn)：剛度大，變形小。張拉方法：機(jī)械法、電熱法、化學(xué)法張拉順序：先張法、后張法三、特種混凝土

1、輕骨料混凝土：ρ<1950kg/m3

2、纖維增強(qiáng)混凝土：鋼纖維、聚丙烯纖維聚合物浸漬混凝土

3、聚合物混凝土聚合物水泥混凝土聚合物膠結(jié)混凝土

4、高強(qiáng)度混凝土：強(qiáng)度達(dá)到>=C60

5、自密實(shí)混凝土21223.4建筑砂漿建筑砂漿的基本組成：膠凝材料、細(xì)骨料、水按適當(dāng)?shù)谋壤渲贫傻慕ㄖ牧稀Ｔ诠こ躺掀鹫辰印⒁r墊、傳遞應(yīng)力的作用。按照膠凝材料的不同，砂漿可以分為水泥砂漿、石灰砂漿、混合砂漿。根據(jù)用途不同，建筑砂漿分為砌筑砂漿、抹面砂漿、特種砂漿。1.砌筑砂漿：用于磚石砌體的砂漿，起著粘結(jié)磚石和傳遞應(yīng)力的作用。2.抹面砂漿：涂抹于土木工程構(gòu)件表面的砂漿。分為普通抹面砂漿、裝飾砂漿、防水砂漿等。3.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(chǎn)可分為煉鐵、煉鋼和軋制三道程序。工程中常用的鋼材有鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1）鋼材強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕。2）材質(zhì)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(fù)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(jié)構(gòu)的應(yīng)用：1）大跨結(jié)構(gòu)。鋼材強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕優(yōu)勢(shì)適用大跨度結(jié)構(gòu)。2）工業(yè)廠房。3）受動(dòng)力荷載影響的結(jié)構(gòu)。4）多層和高層建筑5）高聳結(jié)構(gòu)（如塔架、桅桿）6）可拆卸的結(jié)構(gòu)（腳手架、模板）。7）容器及其他構(gòu)筑物（油罐、煤氣罐、海上采油平臺(tái)）8）輕型鋼結(jié)構(gòu)9）鋼和混凝土的組合結(jié)構(gòu)28鋼筋混凝土常用的鋼材：碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼制成。熱軋鋼筋：經(jīng)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(jié)力。29光圓鋼筋變形鋼筋30鋼絞線313.6木材木材作為裝飾材料有很多優(yōu)良性質(zhì)：輕質(zhì)高強(qiáng)、彈性好、韌性好、能承受沖擊和振動(dòng)作用，因?qū)嵝缘投哂休^好的隔熱、保溫性能，紋理美觀，色調(diào)溫和古樸，極富裝飾性，易于加工，可制成各種形狀的產(chǎn)品，絕緣性好，無(wú)毒性，在水中或干燥的環(huán)境中有良好的耐久性。木材也有很多缺點(diǎn)：受材料尺寸的制約較大，構(gòu)造不均勻，呈各向異性，濕漲干縮大，處理不當(dāng)易翹曲和干裂，天然缺陷較多而降低了材質(zhì)和利用率，耐火性差，易著火燃燒，使用保養(yǎng)不當(dāng)時(shí)易腐蝕、蟲(chóng)蛀。3.6木材333.6.1木材的分類與構(gòu)造

3.6.2木材的性能及應(yīng)用

3.6.3木材的防護(hù)與防火343.6.1木材的分類與構(gòu)造

樹(shù)木的分類：樹(shù)木針葉樹(shù)闊葉樹(shù)35特點(diǎn)：樹(shù)葉細(xì)長(zhǎng)，樹(shù)干通直高大，易得大材，

紋理順直，材質(zhì)均勻，木質(zhì)較軟，易于

加工，故又稱軟木材。

針葉樹(shù)應(yīng)用：強(qiáng)度較高，表觀密度和脹縮變形較小，

耐腐性較強(qiáng)，是建筑工程中的主要用

材，廣泛用作承重構(gòu)件、制作模板、

門窗等。常用樹(shù)種有松、杉、柏等。

36特點(diǎn)：樹(shù)葉寬大，多數(shù)樹(shù)種的樹(shù)干通直部分

較短，材質(zhì)堅(jiān)硬，較難加工，故又稱

硬木材

。

闊葉樹(shù)應(yīng)用：表觀密度較大，脹縮和翹曲變形大，

易開(kāi)裂，在建筑中常用作尺寸較小的

裝修和裝飾

。

種類(1)材質(zhì)較硬，紋理清晰美觀（樟木、

水曲柳、桐木、柞木、榆木等）(2)材質(zhì)不很堅(jiān)硬，紋理也不很清晰，

但質(zhì)地較針葉木要更為細(xì)膩

（樺木、椴木、山楊、青楊等）

37闊葉黃檀

松木

38橡木黃花梨

39木材的構(gòu)造

木材的構(gòu)造決定其性質(zhì)，針葉樹(shù)和闊葉樹(shù)的構(gòu)造略有不同，其性質(zhì)也有差異。圖3.10木材宏觀結(jié)構(gòu)1.木材的宏觀構(gòu)造

如圖3.10，樹(shù)木是由樹(shù)皮、木質(zhì)部和髓心三部分組成。

通常從樹(shù)干的三個(gè)切面進(jìn)行剖析，即橫切面

(垂直于樹(shù)軸)、徑切面(通過(guò)樹(shù)軸)和弦切面(平行于樹(shù)軸)。

40

2.木材的微觀結(jié)構(gòu)

木材是由無(wú)數(shù)管狀細(xì)胞緊密結(jié)合而成，它們絕大部分為縱向排列，少數(shù)橫向排列(如木射線)。

每個(gè)細(xì)胞又由細(xì)胞壁和細(xì)胞腔兩部分組成，細(xì)胞壁是由細(xì)纖維組成，細(xì)纖維之間可以吸附和滲透水分，細(xì)胞腔是由細(xì)胞壁包裹而成的空腔。41松木顯微構(gòu)造立體圖1．管胞；2．木射線；3．樹(shù)脂道楓香顯微構(gòu)造立體圖1．導(dǎo)管；2．木射線；3．木纖維42木材的管胞和木纖維

43木材木射線

44影響木材強(qiáng)度的主要因素：含水率、溫度、荷載作用時(shí)間、木材的缺陷。45纖維飽和點(diǎn)（fibersaturationpoint,FSP）是木材僅細(xì)胞壁中的吸附水達(dá)飽和，而細(xì)胞腔和細(xì)胞間隙中無(wú)自由水存在時(shí)的含水率。其值隨樹(shù)種而異。它是木材物理力學(xué)性質(zhì)是否隨含水率而發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。木材含水量大于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，表示木材的含水率除吸附水達(dá)到飽和外，還有一定數(shù)量的自由水。此時(shí)，木材如受到干燥或受潮，只是自由水改變，故不會(huì)引起濕脹干縮。當(dāng)含水率小于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，能引起木材的濕脹干縮。

當(dāng)木材的含水率在纖維飽和點(diǎn)以下時(shí)，隨著含水率的增大，木材體積產(chǎn)生膨脹，隨著含水率的減小，木材體積收縮。

平衡含水率EnvironmentalMoistureContent

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(zhǎng)時(shí)間處于一定溫度和濕度的空氣中，便達(dá)到某一相對(duì)穩(wěn)定的含水率，這時(shí)木材的含水率稱為平衡含水率。

46木材的性能及應(yīng)用

木材的性能

1.木材的含水率及吸濕性新伐木材的含水率常在35%以上；風(fēng)干木材的含水率為15%～25%；室內(nèi)干燥木材的含水率為8%～15%。

2.木材的濕脹干縮與變形木材的濕脹干縮具有一定規(guī)律：含水率小于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，隨著含水率的增加，木材體積產(chǎn)生膨脹，隨著含水率減小，木材體積收縮；而含水率大于纖維飽和點(diǎn)時(shí)，只是自由水的增減，木材的體積不發(fā)生變化。

47含水率對(duì)木材脹縮的影響截面不同位置木材干燥引起的不同變化48

3.木材的強(qiáng)度木材的強(qiáng)度主要是指其抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強(qiáng)度。由于木材的構(gòu)造各向不同，致使各方向強(qiáng)度有很大差異，因此，木材的強(qiáng)度有順紋強(qiáng)度和橫紋強(qiáng)度之分。

當(dāng)設(shè)順紋抗壓強(qiáng)度為100時(shí)，木材無(wú)缺陷時(shí)各強(qiáng)度大小的關(guān)系見(jiàn)表。

抗壓抗拉抗彎抗剪順紋橫紋頂紋橫紋順紋橫紋切斷10010～30200～3005～30150～20015～3050～100表：木材無(wú)缺陷時(shí)各強(qiáng)度大小關(guān)系

49木材各項(xiàng)強(qiáng)度值的比較(以順紋抗壓強(qiáng)度為1)(a)順紋剪切(b)橫紋剪切(c)橫紋切斷

木材的剪切501．順紋抗拉；2．抗彎；3．順紋抗壓；4．順紋抗剪

含水率對(duì)木材強(qiáng)度的影響513.6.2

木材的應(yīng)用

在建筑工程中直接使用木材常有圓木、鋸木和人造板材。1）圓木：去除根、梢、枝、皮并加工成一定長(zhǎng)度和直徑的木段。用于屋架、柱、桁條等。2）鋸木：已經(jīng)加工成一定尺寸的木料，有板材、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。3）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(xué)的方法加工而成的。52原木53方木5455拼花木地板56膠合板57木屑板58細(xì)木工板(大芯板)

59杉木集成材60木材的防護(hù)：防腐、防蟲(chóng)、防火。

木材的腐朽與防腐原因：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(gè)必要條件：水分、適宜的溫度和空氣中的氧。木材完全干燥和完全浸入水中都不易腐朽。防腐措施：1.使木結(jié)構(gòu)、木制品和儲(chǔ)存的木材處于經(jīng)常保持通風(fēng)干燥的狀態(tài)，并對(duì)木結(jié)構(gòu)和木制品表面進(jìn)行油漆處理，油漆涂層既使木材隔絕了空氣，又隔絕了水分；2.化學(xué)防腐劑注入木材中，使真菌無(wú)法寄生。

613.7建筑塑料塑料3.7.1塑料的分類根據(jù)塑料受熱后形態(tài)性能表現(xiàn)的不同，可分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。熱塑性塑料受熱后軟化，冷卻后又變硬，這種軟化和變硬和重復(fù)進(jìn)行。熱固性塑料受熱軟化，發(fā)生化學(xué)變化，生成交聯(lián)聚合物而硬化成形，再受熱不能恢復(fù)可塑性狀態(tài)。3.7.2玻璃鋼玻璃鋼又稱為玻璃纖維增強(qiáng)塑料（FRP）.玻璃鋼的特性：1）輕質(zhì)高強(qiáng)；2）耐腐蝕性能好；3）電性能良好；4）熱性能良好；5）可設(shè)計(jì)性好；6）工藝性優(yōu)良。玻璃鋼的不足：1）彈性模量低；2）長(zhǎng)期耐溫性差；3）老化現(xiàn)象；4）層間剪切強(qiáng)度低。3.8墻體材料和屋面材料墻體材料多為.磚、砌塊、板材。屋面材料為各種材質(zhì)的瓦。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：400×240360×220

脊瓦：300×1802、水泥瓦：以水泥、砂子為原材料加水?dāng)嚢枘撼尚停铀B(yǎng)護(hù)而成。平瓦：385×235×14

脊瓦：469×17.53、石棉水泥瓦：水泥、石棉配料攪拌壓制成型，養(yǎng)護(hù)而成。