第2章土木工程材料2023/7/191

任何土木工程建（構）筑物（包括道路、橋梁、港口、碼頭、礦井、隧道等）都是用材料按一定的要求打造成的，土木工程中所使用的各種材料都統稱為土木工程材料。長期以來人類一直在從事著土木工程材料的各類研究工作，并不斷開發新的材料。幾乎世界上的各種材料都可用作土木工程材料。2023/7/192材料的劃分一般分為：金屬材料和非金屬材料按化學成分：無機材料與有機材料按功能分：結構材料和功能材料按用途分：建筑結構材料橋梁結構材料水工結構材料路面結構材料建筑墻體材料建筑裝飾材料建筑防水材料建筑保溫材料結構材料功能材料2023/7/193工程材料在土木工程中的作用

工程材料的三個要素：材料對工程質量的保證材料對工程造價的影響材料對技術進步的促進。

相互依賴和相互矛盾土木工程發展要求材料數量、質量2023/7/194膠凝材料:土木工程材料中，凡經過一系列物理、化學作用，能將砂子、石子、磚、石塊、砌塊等其他散粒材料或塊狀材料膠結起來，從漿體變成具有一定強度的石狀整體的材料，統稱為膠凝材料。

分為：無機+有機兩大類

無機膠凝材料：石膏、石灰、水泥

——

工地上俗稱為“灰”

按硬化條件分：氣硬性、水硬性

只能在空氣中硬化的（石膏、石灰）既能在空氣中又能在水中硬化的（水泥）

有機膠凝材料：瀝青、各種樹脂2023/7/195第一節砌體材料

一、石材

經過加工或未經加工的石材，統稱為天然石材。天然石材具有很高的抗壓強度、良好的耐磨性、耐久性和裝飾性。天然石分重巖天然石（表觀密度大于18kN/m3）及輕巖天然石（表觀密度小于18kN/m3）。在工程中常用的重巖天然石一般有花崗巖、砂巖、石灰石等，輕巖天然石常用的為貝殼石灰巖、凝灰巖等。

2023/7/1961．毛石毛石是采石場由爆破直接獲得的形狀不規則的石塊。毛石可用于砌筑基礎、堤壩、擋土墻等。2023/7/1972．料石料石是由人工或機械開采出的較規則的六面體石塊。2023/7/1983．飾面石材用于建筑物內外墻面、柱面、地面、欄桿、臺階等處裝修的石材稱為飾面石材。

2023/7/199二、磚與砌塊

1．磚

按生產工藝分為燒結磚和非燒結磚；按原材料分為粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等；按有無孔洞分為實心磚、多孔磚、空心磚。

煤矸石多孔磚和頁巖多孔磚

北京等地禁止使用粘土磚2023/7/1910常用的工業廢料：

粉煤灰、煤矸石等成分與粘土相近，顆粒細度不及粘土，可塑性較差，制磚時需摻入一定量的粘土或水泥，增加可塑性。燒結粉煤灰磚燒結煤矸石磚等非燒結磚

:用不適合種田的山泥、廢土、砂等，加少量水泥或石灰固結及微量外加劑和適量水混合攪拌壓制成型、自然養護或蒸養而成。

非燒結磚是一種有發展前途的新型材料2023/7/19112．砌塊

按砌塊特征可分為實心砌塊和空心砌塊兩種。凡平行于砌塊承重面的面積小于毛截面的75%者屬于空心砌塊，等于或大于75%者屬于實心砌塊，空心砌塊的空心率一般為30%～50%。

2023/7/19121）

普通混凝土小型空心砌塊

主規格為390mm×190mm×190mm

2023/7/19132）加氣混凝土砌塊2023/7/1914三、瓦（屋面材料）種類按所用材料粘土瓦、石棉水泥瓦、水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃鋼瓦、瀝青瓦、鋼絲網水泥瓦等按形狀平瓦、波形瓦根據尺寸偏差優等品、一等品和合格品外觀質量分為或物理力學性能一等品和合格品2023/7/1915砂是組成混凝土和砂漿的主要組成材料之一，是土木工程的大宗材料。根據粗細程度不同又有粗砂、中砂、細砂之分。四、砂由自然條件作用（主要是巖石風化）而形成，粒徑在5mm以下的巖石顆粒。由巖石軋碎而成，由于成本高、片狀及粉狀物多，一般不用。人工砂：天然砂：2023/7/1916石材或磚用砂漿砌筑成的構件(墻、柱等)稱砌體。

亂毛石砌體磚砌體空斗墻配筋砌體結構

五、砌體2023/7/19172023/7/1918一、水泥1．水泥的性質

（1）水泥：是水硬性膠凝材料，即加水拌合成塑性漿體，能在空氣中和水中凝結硬化，可將其他材料膠結成整體，并形成堅硬石材的材料。

（2）初凝：水泥為干粉狀物，加適量的水并拌合后便形成可塑性的水泥漿體，水泥漿體在常溫下會逐漸變稠直到開始失去塑性，這一現象稱為水泥的初凝；（3）終凝：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；第二節混凝土與鋼材、木材一起并稱為土木工程的三大基礎材料2023/7/1919（4）凝結：水泥漿體由初凝到終凝的過程。（5）硬化：水泥漿體終凝后，其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。水泥按其用途及性能分為三類：通用水泥,專用水泥,特性水泥。水泥按其主要水硬性物質名稱分為：硅酸鹽水泥，鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥，氟鋁酸鹽水泥，磷酸鹽水泥，以火山灰性或潛在水硬性材料以及其他活性材料為主要組分的水泥。2023/7/1920二、混凝土（砼）簡寫砼，是當代最主要的土木工程材料之一?；炷潦怯赡z結材料、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。

強度：混凝土的強度等級一般為：2023/7/19211.按表觀密度不同分（1）重混凝土（2）普通混凝土（3）輕混凝土2.按使用功能不同分（1）結構用混凝土（2）道路混凝土（3）水工混凝土（4）耐熱混凝土（5）耐酸混凝土（6）防輻射混凝土等2023/7/19223.按施工工藝不同分（1）噴射混凝土（2）泵送混凝土（3）振動灌漿混凝土等4.為了克服混凝土抗拉強度低的缺陷，將水泥混凝土與其他材料復合，出現了（1）鋼筋混凝土（2）預應力混凝土（3）各種纖維增強混凝土（4）聚合物浸漬混凝土等2023/7/1923

砼抗拉強度低，與鋼筋粘結組成鋼筋砼結構。2023/7/1924

評價：優點：耐久性、耐火性、整體性都好，易于就地取材，價格較低，強度比磚、石材都高，能與鋼筋粘結做成各種強度高的鋼筋砼結構；缺點：自重較大、施工復雜、工序多、工期長、易產生裂縫。2023/7/1925三、混凝土外加劑按照外加劑功能分類：1.改善混凝土拌和物流變性能的外加劑，包括各種減水劑、引氣劑和泵送劑等；2.調節混凝土凝結時間、硬化性能的外加劑，包括緩凝劑、早強劑和速凝劑等；3.改善混凝土耐久性的外加劑，包括引氣劑、防水劑和阻鈣劑等；4.改善混凝土其他性能的外加劑，包括加氣劑、膨脹劑、防凍劑、著色劑、防水劑和泵送劑等。2023/7/1926四、混凝土摻合料1.粉煤灰：煤粉爐排出的煙氣中收集到的細粉末。粉煤灰可以增強混凝土拌合物的和易性，降低水化熱。2.硅粉：生產硅鈦合金或硅鋼排出的煙氣中收集到的細粉末。可以改善混凝土拌合物的粘聚性與保水性，提高混凝土強度，提高密實度，提高耐久性能。3.沸石粉：天然沸石巖磨細而成。可以改善混凝土拌合物的和易性。沸石粉與高效減水劑配合使用，可提高混凝土強度。2023/7/1927土木工程結構材料：主要有

鋼材、混凝土、砌體、木材四大類。

土木工程鋼材可劃分為鋼結構用材和鋼筋混凝土用材兩大類。（1）鋼結構用鋼材

A．碳素結構鋼一般結構鋼及工程用熱軋板、管、帶、型材。

B．低合金結構鋼普通低合金結構鋼一般是在普通碳素鋼的基礎上，少量添加若干合金元素而成，在諸如大跨度橋梁、電視塔中成為主體結構材料。第三節鋼材2023/7/1928熱軋型鋼常用的有等邊和不等邊的角鋼、槽鋼、工字鋼、T型鋼、H型鋼、L型鋼等。

2023/7/1929冷彎薄壁型鋼采用1.5~6mm厚的鋼板經冷彎和輥壓成型的型材采用0.4~1.6mm的薄鋼板經輥壓成型的壓型鋼板截面形式和尺寸均按受力特點合理設計充分利用鋼材強度、節約鋼材，國內外廣泛應用輕于鋼結構2023/7/1930

（2）鋼筋混凝土用鋼材鋼筋混凝土用的鋼材主要指鋼筋，鋼筋是土木工程中使用最多的鋼材品種之一。2023/7/1931

線材（鋼筋、鋼絲等）在工程中的應用2023/7/19322023/7/1933鋼筋連接

鋼筋連接有搭接、焊接、機械連接。焊接有對頭焊接、搭接焊接、幫條焊接、電渣壓力焊機械連接有直螺紋接頭、錐螺紋接頭。

鋼筋的焊接

鋼筋的直螺紋接頭

鋼筋的錐螺紋接頭

2023/7/1934

評價：材質均勻、強度高、塑性好、便于加工安裝；缺點是耐火性差，易于銹蝕，維護費用較高。2023/7/1935一、木材

1．木材分類木材是由樹木加工而成的，樹木分為針葉樹和闊葉樹兩大類。針葉樹樹干通直而高大，木質較軟易于加工，故又稱軟木材。常用樹種有松樹等。闊葉樹樹干通直部分一般較短，材質較硬，較難加工故稱硬木材。常用樹種有榆木等。第四節其他材料2023/7/1936楠木是一種極高檔之木材，其色淺橙黃略灰，紋理淡雅文靜，質地溫潤柔和，無收縮性，遇雨有陣陣幽香。南方諸省均產，唯四川產為最好。楠木不腐不蛀有幽香，皇家藏書樓，金漆寶座，室內裝修等多為楠木制作。如文淵閣、樂壽堂、太和殿、長陵等重要建筑都有楠木裝修及家具，并常與紫檀配合使用。2023/7/1937楠木（金絲楠）2023/7/1938楠木（金絲楠）2023/7/1939楠木（金絲楠）2023/7/19402.木材強度木材順紋強度

(作用力方向與纖維方向平行)

>>木材橫紋強度

(作用力方向與纖維方向垂直）影響木材強度的主要因素

含水率(一般含水率高，強度降低)

溫度(溫度高，強度降低)

荷載作用時間(持續荷載時間長，強度下降)

木材缺陷(木節、腐朽、裂紋、病蟲害等)

2023/7/19413．木材的綜合利用人造板材是利用木材或含有一定纖維量的其他作物作原料，采用一般物理和化學方法加工而成的。常用的人造板材有：膠合板,纖維板,刨花板。

應用特點

結構自重小、制作容易，架設簡便，工期快，造價便宜；但易燃、易腐朽，結構變形較大等。2023/7/19422023/7/1943二、玻璃和陶瓷制品

1.玻璃已廣泛地應用于建筑物，它有采光和防護的功能，是良好的吸聲、隔熱及裝飾材料。常用玻璃材料品種：平板玻璃；裝飾玻璃；安全玻璃；防輻射玻璃；玻璃磚。2023/7/1944隔斷2.陶瓷是由適當成分的粘土經成型、燒結而成的較密實材料。常用陶瓷材料品種：陶瓷錦磚(馬賽克)；陶瓷墻地磚；陶瓷釉面磚；衛生陶瓷。

2023/7/1945三、塑料和塑料制品

塑料是以有機高分子化合物為基本材料，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。

可作為塑料模板、管材、板材、門窗、壁紙、地毯、器皿、絕緣材料、裝飾材料、防水及保溫材料等。

塑料模殼成品和施工現場

2023/7/1946四、吸聲材料1.無機材料水泥蛭石板、石膏砂漿(摻水泥玻璃纖維)、水泥膨脹珍珠巖板、水泥砂漿等2.有機材料軟木板、木絲板、穿孔五夾板、三夾板、木質纖維板3.多孔材料泡沫玻璃、泡沫水泥、吸聲蜂窩板、泡沫塑料等

2023/7/1947五、防腐涂料和材料

目前國