1、第二章 土木工程材料工程材料（發展）工程材料（發展）土木工程（發展）土木工程（發展） 對能源和環境是否帶來對能源和環境是否帶來負面影響？負面影響？承載安全、尺寸規模、功能承載安全、尺寸規模、功能和使用壽命；安全性、舒適和使用壽命；安全性、舒適性、方便性和美觀性的要求性、方便性和美觀性的要求20世紀后半期內 容傳統土木工程材料近代土木工程材料現代土木工程材料 工程材料是房屋的物質基工程材料是房屋的物質基礎礎; 由它構成的房屋構件會受由它構成的房屋構件會受到各種作用。到各種作用。1. 材料的材料的拉伸拉伸和和壓縮壓縮 拉伸拉伸 材料在荷載作用下材料在荷載作用下的的力學性能：力學性能：1P截面面積截

2、面面積AH1HHHHAPl11,拉應力拉應力拉應變拉應變maxPAPllmaxmax.拉桿拉桿 壓縮壓縮壓桿Apcryyamax.構件被壓曲 構件材料受拉被拉斷，受壓被壓構件材料受拉被拉斷，受壓被壓屈，在工程中是屈，在工程中是不允許不允許的。因此學習的。因此學習研究材料的強度非常重要。研究材料的強度非常重要。強度：強度：結構材料承受荷載的極限能力結構材料承受荷載的極限能力。2 結構材料的彈結構材料的彈性和塑性性和塑性 彈性彈性11p 結構材料承受荷載其形結構材料承受荷載其形狀會改變，狀會改變，移去荷載，恢復移去荷載，恢復原狀。原狀。 當結構材料荷載承受更大荷載時，當結構材料荷載承受更大荷載時，

3、移去荷載，移去荷載，有殘余變形有殘余變形，變形不能恢，變形不能恢復原狀。復原狀。 塑性塑性 不同的結構材料彈、塑性是不同的。不同的結構材料彈、塑性是不同的。 有些材料稱為有些材料稱為塑性材料塑性材料，如鋼材、混凝土等，如鋼材、混凝土等，這類材料有較好的塑性，破壞前有明顯預兆；反這類材料有較好的塑性，破壞前有明顯預兆；反之稱為之稱為脆性材料脆性材料如石材、玻璃等。如石材、玻璃等。工程材料分類（按化學成分） 山東省聊城市-熬頭磯山東省聊城市古磚長沙明朝大型磚石古墓磚長 城故宮 生產工藝：燒結磚、非燒結磚 原材料：粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚 空心磚、多孔磚和實心磚砌體砌體 概

4、念：由石材、粘土、混凝概念：由石材、粘土、混凝土、工業廢料等材料做成的土、工業廢料等材料做成的塊材和水泥、石灰膏等膠凝塊材和水泥、石灰膏等膠凝材料與砂、水混合做成的砂材料與砂、水混合做成的砂漿，疊合粘結而成的漿，疊合粘結而成的復合材復合材料料。 類型類型石砌體石砌體實（空）磚砌體、實（空）磚砌體、中小混凝土塊砌體等中小混凝土塊砌體等 評價評價優點：優點：易于就地取材，價格低廉，施工易于就地取材，價格低廉，施工簡便，隔熱保溫性能及耐火耐久性好；簡便，隔熱保溫性能及耐火耐久性好；缺點：缺點：強度低、自重大，施工量大，工強度低、自重大，施工量大，工程質量問題多。實心粘土磚與農爭田，程質量問題多。實心

5、粘土磚與農爭田，破壞生態。破壞生態。1 砌體材料砌體材料共共80頁頁 第第3頁頁共共80頁頁 第第4頁頁1.2 砌塊砌塊1.2 砌塊砌塊共共80頁頁 第第5頁頁 1.2 砌塊砌塊共共80頁頁 第第6頁頁瓦 成分：粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、鋼絲網水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦 形狀：平瓦、波紋瓦 尺寸偏差，外觀質量和物理力學性能：優等品、一等品和合格品瓦脊瓦、陰溝瓦小波型瓦、大波型瓦寧波普陀島-黃墻青瓦水泥瓦屋面石棉瓦玻璃鋼瓦玻璃鋼瓦屋面瀝青瓦 抗壓強度高、良好的耐磨性和耐久性，資源豐富，便于就地取材，生產成本低，經加工后具有良好的裝飾性。歐洲最大的皇宮凡爾賽宮（16611689年建，占

6、地100多萬m2，建筑面積11萬m2）凡爾賽宮的花園石拱頂橫鎖石拱頂橫鎖石細部細部拱頂細部拱頂細部拱圈拱圈 毛石：毛石：也稱片石，是采石場由爆破直接獲得的形狀也稱片石，是采石場由爆破直接獲得的形狀不規劃的石塊。不規劃的石塊。 料石：料石：人工或機械開采出的較規則的六面體石塊，人工或機械開采出的較規則的六面體石塊，再略經鑿琢而成。再略經鑿琢而成。 飾面石材：飾面石材：經加工用于建筑物內外墻面、柱面、地經加工用于建筑物內外墻面、柱面、地面、欄桿、臺階等處裝修用的石材。面、欄桿、臺階等處裝修用的石材。 石子：石子：用作混凝土粗骨料或路基、樁基填渣。石子用作混凝土粗骨料或路基、樁基填渣。石子分碎石和卵

7、石，粒徑大于分碎石和卵石，粒徑大于5mm 石的種類毛石料石古墓 建筑用料石砌筑的門拱飾面石材花崗石板材大理石板材飾面石材色石渣人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石石子卵石碎石分類：水刷石、斬假石、干粘石、假面磚水刷石墻面施工工序： 清理基層濕潤墻面設置標筋抹底層砂漿抹中層砂漿彈線和粘貼分格條抹水泥石子漿洗刷養護。 為防止面層開裂，需設置分隔縫。施工時按設計要求在中層面上彈線分格，粘貼分格條。1.水刷石 用于外墻。水刷石抹灰分三層（三遍成活）1）底層砂漿同一般抹灰，1：3水泥砂漿打底。 厚12mm2）中層 素水泥漿一道（或抹水泥漿，抹砂漿時表面壓實

8、搓平后劃毛，進行面層施工，）中層砂漿凝結后，按設計要求彈分格線，按分格線用水泥漿粘貼濕潤過的分格條，貼條必須位置準確，橫平、豎直。 3）面層 施工前必須在中層砂漿面上刷水泥漿一道，使面層與中層結合牢固，隨后抹11水泥石子（石子為彩色的）漿，厚812mm，抹平后用鐵壓板壓實。 當面層達到用手指按無明顯指印時（開始終凝時），用刷子刷去面層的水泥漿，使石子均勻外露，然后用噴霧器自上而下噴清水，將石子表面水泥漿沖洗干凈，使石子清晰均勻，無脫落和接縫痕跡。線角處最好用小八厘水泥石子漿。質量要求常用于外墻面的裝飾，也可用于檐口，腰線，窗楣，門窗套柱等部位。質量要求：石粉清晰，分布均勻，緊密平整，色澤一致，

9、不得有掉粒和接槎痕跡。水刷石 干粘石施工工序： 清理基層濕潤墻面設置標筋抹底層砂漿抹中層砂漿彈線和粘貼分格條抹面層砂漿撒石子修整拍平。2.干粘石 用于外墻干粘石質量要求： 干粘石表面應色澤一致，不露漿，不漏粘，石粒應粘結牢固、分布均勻，陽角處應無明顯黑邊。干粘石 n添加石骨料的粉刷面層水刷石干粘石斬假石施工工序： 清理基層濕潤墻面設置標筋抹底層砂漿抹中層砂漿彈線和粘貼分格條抹水泥石子漿面層養護斬剁清理。 斬假石（又稱剁斧石）是一種仿天然石料的建筑飾面，面層用水泥、米粒石、石渣拌和物石子漿。 3. 斬假石 用于公共建筑的外墻和園林建筑，臺階等處。質量要求 斬假石表面剁紋應均勻順直、深淺一致，應無

10、漏剁處；陽角處應橫剁并留出寬窄一致的不剁邊條，棱角應無損壞。斬假石剁斧石斬假石可用于地面 斬假石（剁斧石） 砂混凝土和砂漿的主要組成材料之一混凝土和砂漿的主要組成材料之一灰膠凝材料水硬性無機膠凝材料有機膠凝材料氣硬性水泥石膏、石灰石膏、石灰瀝青、樹脂木框架圍合紙面石膏板墻石膏特點：石膏特點： 良好的可塑性、凝結快；很良好的可塑性、凝結快；很好的防火性能、隔熱性能和隔音好的防火性能、隔熱性能和隔音性能；良好的裝飾性和可加工性。性能；良好的裝飾性和可加工性。石膏用途：石膏用途： 室內抹面、粉刷，各種石膏室內抹面、粉刷，各種石膏制品紙面石膏板、石膏裝飾板制品紙面石膏板、石膏裝飾板、纖維石膏板、石膏空

11、心條板、纖維石膏板、石膏空心條板、石膏空心砌塊和石膏夾心砌塊。石膏空心砌塊和石膏夾心砌塊。 石灰：石灰： 良好的可塑性，價格低廉。良好的可塑性，價格低廉。木材順紋順紋橫紋切向橫紋切向橫紋徑向橫紋徑向髓線髓心木質部年輪樹皮優點：優點： 輕質高強；易加工；高強度輕質高強；易加工；高強度彈性和韌性；能承受沖擊和振東彈性和韌性；能承受沖擊和振東作用；導電和導熱性能低；木紋作用；導電和導熱性能低；木紋美麗；裝飾性好等。美麗；裝飾性好等。缺點：缺點： 構造不均勻，各向異性；易構造不均勻，各向異性；易吸濕、吸水，產生較大的濕脹，吸濕、吸水，產生較大的濕脹，干縮變形；易燃、易腐等。可改干縮變形；易燃、易腐等。

12、可改善。善。影響強度因素：影響強度因素：含水率、溫度、荷載作用時間和木材缺陷。含水率、溫度、荷載作用時間和木材缺陷。 墻內豎有木柱茅草下密排樹枝起龍骨作用d56m 自自8000年前年前的斐李崗文化至的斐李崗文化至6000年前的仰韶年前的仰韶(shao)文化期間的木文化期間的木結構。結構。 我國歷史上木結構的輝煌成就我國歷史上木結構的輝煌成就 山西應縣木塔建于公元山西應縣木塔建于公元1056年，塔高年，塔高67.3m，八角形，底層，八角形，底層直徑直徑30.27m。該塔共。該塔共9層，是我國保層，是我國保存至今的唯一木塔，也是存至今的唯一木塔，也是現存的最高現存的最高的木結構之一的木結構之一。它

13、雖經多次大地震仍。它雖經多次大地震仍完整無損。完整無損。 北京故宮太和殿建于明永樂北京故宮太和殿建于明永樂18年，（年，（1420年）是故宮最壯觀的建筑，年）是故宮最壯觀的建筑，也是我國現存也是我國現存最大的木構殿堂最大的木構殿堂。木梁、。木梁、木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成木柱做成承重骨架，用木制斗拱做成大挑檐大挑檐。 懸空寺，全國重點文物保護單位，是佛、道教合一的獨特寺廟。位于山西懸空寺，全國重點文物保護單位，是佛、道教合一的獨特寺廟。位于山西省渾源縣城南省渾源縣城南5km金龍峽半崖峭壁間。始建于北魏后期，至今已有金龍峽半崖峭壁間。始建于北魏后期，至今已有1400多多年歷史。年歷史。第二

14、章 土木工程材料傳統土木工程材料近代土木工程材料現代土木工程材料 優點： 強度高（抗拉、抗壓、抗彎、抗切強度）、構件截面小；承受較大的沖擊和振動荷載；良好的加工性能（鍛造、鍛壓、焊接、和切割）；外表華美。鋼材19世紀初橋梁和房屋20世紀30年代預應力鋼筋混凝土結構飛越性發展19世紀中葉大跨承重奠定基礎. 鋼材鋼材 線材（鋼筋、鋼絲等）在工程中的應用線材（鋼筋、鋼絲等）在工程中的應用 常用鋼材的強度常用鋼材的強度 低碳鋼：抗拉、抗壓強度均為低碳鋼：抗拉、抗壓強度均為235Mpa 低合金鋼：高一些，為低合金鋼：高一些，為335400Mpa 評價：評價： 材質均勻、強度高、塑性好、材質均勻、強度高、

15、塑性好、便于加工安裝；缺點是耐火性差，便于加工安裝；缺點是耐火性差，易于銹蝕，維護費用較高。易于銹蝕，維護費用較高。鋼筋分類型材：型鋼、鋼軌、鋼板、鋼管等線材：鋼筋或鋼絲（碳素鋼絲、刻痕鋼絲、 鋼膠線）我國是最早用鐵建造結構的國家之一如： 967年建于南漢朝的廣州光孝塔東鐵塔； 1061年建于宋朝的玉泉寺踏，高17.9m，共13層。現位于湖北當陽縣； 1105年建于宋朝的鐵塔寺，高13m，共9層。上述列舉的古建筑說明了我國古代的冶金和營造技術達到了高度水平。廣州六榕塔初建于南朝，內曾供奉賢劫千佛像，故又名千佛塔。從宋至清經過約11余次修建，但仍保持宋代風格。塔頂有元代所鑄千銅柱，上有1000多

16、尊浮雕小佛，及云彩繚繞的天宮寶塔圖。 19世紀80年代結構型鋼的出現加快了鋼結構在建筑工程中的發展。成功的范例有： 1883年，美國在芝加哥建造的11層保險公司大樓，大樓的主要承重結構體系最先采用鐵框架（部分鋼梁）做成。 1895年用鋼框架建成了61m高14層的信托大樓（Reliance Building)1891年建成的莫納德洛克（年建成的莫納德洛克（Monadnock Building)大樓室內鑄鐵樓梯大樓室內鑄鐵樓梯中國銀行大廈，高度369米，香港，第七高帝國大廈，高度381米，紐約，第五高西爾斯大廈高度443米，美國，第三高水泥 優點： 原料易得、成本較低、良好的工程使用性能以及與環境

17、有較好的相容性。三大基礎材料之一。 分類（不同分法）： 用途及性能：通用、專用、特性水泥 水硬性物質名稱：硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸酸鹽水泥等 其它品種水泥 快硬硅酸鹽水泥：適用于緊急搶修、低溫施工工程和高標號混凝土預制件，不適合大體積混凝土工程。 快凝快硬硅酸鹽水泥：用于軍事、機場跑道、橋梁、隧道和涵洞等工程。 白色硅酸鹽水泥：用于內外裝修 高鋁水泥：快硬、高強、耐熱及耐腐蝕，用于工程緊急的工程。 膨脹水泥：各種管道混凝土水 混凝土（砼）混凝土（砼） 類型類型：水泥混凝土水泥混凝土輕混凝土輕混凝土瀝青混凝土等瀝青混凝土等 強度等級：強度等級：4020 CC 砼抗拉強度低，與

18、鋼筋粘結組成砼抗拉強度低，與鋼筋粘結組成鋼筋砼結構鋼筋砼結構。 評價：評價：優點是：優點是： 可模性、耐久性、耐火性、整體可模性、耐久性、耐火性、整體性都好，易于就地取材，價格較低，性都好，易于就地取材，價格較低，強度比磚、石材都高，能與鋼筋粘結強度比磚、石材都高，能與鋼筋粘結做成各種強度高的鋼筋砼結構。做成各種強度高的鋼筋砼結構。缺點是：缺點是： 自重較大、施工復雜、工序多、自重較大、施工復雜、工序多、工期長、易產生裂縫。工期長、易產生裂縫。 1824年Aspdin發明硅酸鹽水泥，1850年和1928年先后出現了鋼筋混凝土和預應力混凝土，目前混凝土是用量最大，使用最廣泛的土木工程材料。 優點

19、：原料豐富、價格低廉、生產工藝簡單；抗壓強度高、耐久性好、強度等級范圍寬等。混凝土的種類不同分類方法水泥混凝土瀝青混凝土石膏混凝土聚合物混凝土膠凝材料施工工藝重混混凝土普通混凝土輕混凝土結構混凝土道路混凝土水工混凝土耐熱混凝土耐酸混凝土防輻射混凝土噴射混凝土泵送混凝土振動灌漿混凝土表觀密度使用功能不同施工工藝噴射混凝土振動灌漿混凝土泵送混凝土鋼筋混凝土泵送的記錄！世界上最高的摩天大樓，混凝土灌注量達鋼筋混凝土泵送的記錄！世界上最高的摩天大樓，混凝土灌注量達160，000立方米之巨。為確保連續泵送并達到立方米之巨。為確保連續泵送并達到385米這樣一個高度，米這樣一個高度，開發者基于安全因素，采用

20、開發者基于安全因素，采用六臺超高壓混凝土泵六臺超高壓混凝土泵及六根分離式及六根分離式布料布料桿灌注混凝土。桿灌注混凝土。不同使用功能結構混凝土道路混凝土水工混凝土龍灘開澆世界第一高碾壓混凝土大壩現場特種混凝土 輕骨料混凝土 纖維增強混凝土 聚合物混凝土 碾壓混凝土 自密實混凝土 抗滲能力佳，抗沖、耐磨、抗蝕能力強的硅粉混凝土；有環保效益和經濟效益的粉煤灰混凝土；特細混凝土、透明混凝土和其它一些特種混凝土。國內部分鋼纖維種類平直微扭形弓形 凹凸形、方齒形、端固形、扁異形、合易形端鉤形波紋形 直紋形鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土鋼筋綁扎完成等待澆注澆注完成基礎底板工程預應力混凝土在預制橋梁中廣泛應用

21、遠眺廣州中信遠眺廣州中信大廈（廣場）大廈（廣場）第二章 土木工程材料傳統土木工程材料近代土木工程材料現代土木工程材料現代土木工程材料 19世紀鋼材和混凝土使得土木工程的規模產生了飛越性的發展；20世紀的高分子材料、新型金屬材料和各種復合材料則使得土木工程的規模和外觀發生了根本性的變化。瀝青、瀝青制品與其它防水材料 極其復雜的高分子的碳氫化合物和這些碳氫化合物的非金屬（氧、硫、氮）的衍生物所組成的混合物。較常用是石油瀝青和煤瀝青，其次是天然瀝青。 通過橡膠、樹脂和礦物填料改變石油加工廠制備的瀝青的性能，改性后瀝青的綜合性能可以大大提高。 橡膠系防水卷材、塑料系防水卷材和膠塑共混型防水卷材三類。工

22、人正在搬運“鳥巢”瀝青防水卷材遇水膨脹止水條國家大劇院瀝青混凝土路面施工現場玻璃、陶瓷制品 玻璃廣泛應用于建筑物，不僅有采光和防護功能，而且是良好的吸聲、隔熱及裝飾材料。2008年奧運會國家游泳中心的方案（水立方）人民大會堂廣東廳的微晶玻璃裝飾板用于室內裝修的印花玻璃香港中銀大廈的玻璃外墻陶瓷外墻磚廣州陳氏書院的陶塑脊飾玻璃空心磚玻璃馬賽克瓦人造板材 采用小木塊、碎木屑、刨花等木質材料為基材，使用膠凝材料、膠粘劑或夾層材料加工而成的各種人造板材。 完全不使用天然木質材料的無機材料人造板。 常用：膠合板、纖維板、刨花板、木絲板、木屑板。石棉橡膠板竹木地板木地板制作中人造板塑料及制品 以有機高分子

23、化合物為基本材料，加入各種改性添加劑后，在一定的溫度和壓力下塑制而成的材料。絕熱材料 保溫、隔熱材料的總稱，主要用于：建筑物的墻壁、屋面保溫；熱力設備及管道的保溫；制冷工程的隔熱。 無機絕熱材料：石棉及制品、礦渣棉及制品、巖棉及制品、膨脹珍珠巖及制品。 有機絕熱材料：軟木板、泡沫塑料、多孔混凝土、蜂窩板。絕熱材料微觀結構輕質、疏松多孔的，且孔隙最好不連通，可為松散顆粒或纖維狀聚苯乙烯泡沫夾心板內墻噴涂聚胺酯泡沫層吸聲隔音材料 吸聲材料著眼于聲源一側反射聲能的大小，對入射聲能的衰減吸收，吸聲能力即吸聲系數用小數表示。常用吸聲材料分為無機、有機、多孔和纖維材料四種。 隔聲材料著眼于入射聲源另一側的

24、透射聲能的大小，是透射聲能衰減到入射聲能的比例，隔音量用分貝表示。隔聲材料分為隔絕空氣聲和隔絕固體聲兩種。高架路隔聲板礦棉吸聲板穿孔FC板阻燃輕質吸聲材料多孔、疏松、透氣裝飾材料 集材料、工藝、造型設計、色彩、美學于一身的材料，不僅要求具有裝飾功能、保護功能及其他特殊功能，還同時要滿足不同的使用要求（絕熱、防火、隔音）以及保護主體結構，延長建筑壽命，對人體無害。 按裝飾部位可以分為：外墻、內墻、地面和吊頂裝飾材料。地面裝修室內涂料外墻涂料裝修吊頂裝修新型復合板材 在傳統板材基礎上產生的新一代材料；是一種復合材料，可以是有機和無機材料、金屬和非金屬材料以及同類材料之間的復合；使得土木材料的品種和

25、功能更加多樣化。 泰柏板有良好的保溫功能，隔聲性能好，抗凍性能好，抗振能力強和建造能耗低等優點。阻燃聚苯板為板芯“之”形連接鋼絲鋼絲網泡沫塑料層內外側為砂漿抹面 彩鋼夾心板材以硬質泡沫塑料或結構巖棉為芯材，在兩側粘上彩色壓型鍍鋅鋼板，外露的彩色鋼板表面涂以高級彩色塑料涂層。950型巖棉夾芯復合板960型瓦楞聚笨復合板V125型瓦楞聚笨復合板為什么發展綠色建筑 按人均計算，我國屬于貧資源國，煤炭、石油、天然氣、可耕地、水資源和森林資源的人均擁有量僅為世界平均值的1/2、1/9、1/23、1/3、1/4、1/6。 我國水泥產量已連續近19年居世界第一，目前占世界總產量的50%左右；2004年水泥產量已達約9.4億噸；2005年全國混凝土用量21億立方米，2010年將達到25億立方米。 為什么發展綠色建筑 我國至今仍有磚瓦企業約8萬家，占地500多萬畝，每年燒磚7000多億塊標準磚，取土14億立方米，相當于毀壞土地100多萬畝。 2004年全國袋裝水泥6.4億噸計算，消耗包裝牛皮紙相當于10個大興安嶺一年的木材采伐量。因包裝袋內殘留水泥一項，全國每年要損失近2000萬噸水泥，價值50多億元。 建材工業是對天