第2章土木工程材料
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2.2.1 钢 材
属水硬性胶凝材料 加水拌成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，并将其它材料胶结成整体，形成坚硬石材的材料
2.2.2 水 泥
袋装水泥
按用途及性能分：通用水泥，专用水泥，特性水泥 按水硬性物质名称分： 硅酸盐系列水泥(最常用)：硅酸盐水泥(分Ⅰ型：代号PⅠ和Ⅱ型:代号PⅡ)，普通硅酸盐水泥(普通水泥，代号PO)，矿渣硅酸盐水泥(矿渣水泥，代号PS)，火山灰质硅酸盐水泥(火山灰水泥，代号PP)，粉煤灰硅酸盐水泥(粉煤灰水泥，代号PF)和复合硅酸盐水泥(复合水泥，代号PC) 铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥等
2.1.3 石 材
混凝土组成材料中 石子称为粗骨料（砂称为细骨料） 路桥工程、铁道工程的路基道渣等
碎石 天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于5mm的岩石颗粒
卵石（圆滑） 由自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒
Hale Waihona Puke Baidu
2.1.5 灰
1、 石 膏 一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料 许多优良性质：原料来源丰富，生产能耗较低，应用广泛 我国天然石膏已探明储量470多亿吨(世界第一) 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏 建筑石膏特性 天然二水石膏(CaSO4•2H2O,软石膏或生石膏)为主成分 凝结硬化快, 硬化时体积微膨胀 ，硬化后孔隙率较大 加水拌制的浆体有良好的可塑性，装饰性可加工性良好 防火、隔热和吸音性能好，具有一定的调温调湿性
北京等地禁止使用粘土砖
2.1.1 砖
常用的工业废料 ： 粉煤灰、煤矸石等 成分与粘土相近，颗粒细度不及 粘土，可塑性较差，制砖时需掺入一 定量的粘土或水泥，增加可塑性。 烧结粉煤灰砖 烧结煤矸石砖等 非烧结砖 : 用不适合种田的山泥、废土、 砂等，加少量水泥或石灰固结及微量 外加剂和适量水混合搅拌压制成型、 自然养护或蒸养而成。 日本:土、水泥和EER液,搅拌压制成型，自然风干,EER非烧结砖 江西省建材研究院：用红壤土、石灰非烧结砖 深圳建筑科学中心：水泥、石灰、粘土- 非烧结空心砖
土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料
任何建(构)筑物都是用相应材料按一定要求建造的
工程材料在土木工程中的作用
工 程 材 料 的三个要素：
材料对工程质量的保证 材料对工程造价的影响 材料对技术进步的促进
相互依赖和相互矛盾
土木工程发展要求 材料的数量、质量
2.1.6 木 材
工程木材分为原木+锯材+人造板材 原木：已经除去皮(也有不去皮的)，根、树梢而未加工成规定材品的木材 锯材：已经加工锯成一定尺寸的木料 板材(宽度为厚度的三倍或三倍以上) 方材 人造板材：由木材或含有一定纤维量的其他作物原料，用一般物理和化学方法加工而成 比天然木材板面宽，表面平整光洁，无节子，不翘曲开裂， 经加工处理可有防水、防火、防腐、防酸性能 常用人造板材：胶合板，纤维板，刨花板、木丝板、木屑板
以往研究，侧重满足建筑物的承载安全、尺寸规模、功能和使用寿命等要求，以及人们对所构筑的生存环境的安全性、舒适性、方便性和美观性等的要求，较少考虑材料的生产和使用给生态环境、能耗等方面造成的影响。
20世纪后半期，人居环境与可持续发展成为世界关注的焦点。 土木工程材料对自然资源具有重要的影响，因此在从事土木工程材料的研究及开发工程中，不仅需要考虑材料的性能能否满足人类的需求，还要考虑材料的生存和使用对能源和环境是否带来过大的负面影响。
非烧结砖是一种有发展前途的新型材料
2.1.2 瓦（屋面材料）
种 类 按成分 粘土瓦、石棉水泥瓦、 水泥瓦、聚氯乙烯瓦、 玻璃钢瓦、 沥青瓦、 钢丝网水泥瓦 等 按形状 平瓦、 波形瓦 根据 尺 寸 偏 差 优等品、一等品和合 格品 外 观 质 量 分为 或 物理力学性能 一等品和合格品
罗马柱
罗马柱头
2.1.5 灰
2、 石灰： 生产工艺简单、成本低、原料分布广、使用较早 石灰石（CaCO3）煅烧分解而成生石灰(CaO) 生石灰加水消解成消石灰（熟石灰Ca（OH）2） —— 石灰的消化（熟化） 石灰膏：生石灰在化灰池中熟化后通过筛网流人储灰坑、 沉淀石灰浆并除去上层水分后的 乳膏 水泥砂浆中掺入石灰浆，可显著提高可塑性
胶凝材料:土木工程材料中，凡经过一系列物理、化学作用，能将砂子、石子、砖、石块、砌块等其他散粒材料或块状材料胶结起来，从浆体变成具有一定强度的石状整体的材料，统称为胶凝材料。
分为： 无机 + 有机 两大类 无机胶凝材料： 石膏、石灰、水泥 —— 工地上俗称为“灰” 按硬化条件分：气硬性、水硬性 只能在空气中硬化的（石膏、石灰） 既能在空气中又能在水中硬化的（水泥） 有机胶凝材料： 沥青 、各种树脂
2.1.4 砂 石
2.1.4 砂 石
天然砂和人工砂两类 天然砂：由自然岩石风化而形成、粒径 5mm的岩石颗粒 按产源分 —— 河砂、海砂和山砂 较洁 净 含盐分 表面粗糙，多棱角，含泥、有机杂质、 表面圆滑 质量较差 按粗细程度（指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度）分 —— 粗砂、中砂、细砂 砌筑砂浆可用粗砂或中砂 优先选用配制混凝土 毛石砌体： 最大粒径 1/4—1／5砂浆层厚度 抹面及勾缝 砖砌体： 粒径2．5mm的中砂
平 瓦
波形瓦
石材：指天然石材： 采自天然岩石（经过加工或未经加工）的石材
古今土木工程中新建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料
最古老的土木工程材料 抗压强度高，耐磨、耐久性，加工后富有装饰性 资源丰富、就地取材、成本低
2.1.5 灰
①、应用于室内抹面、粉刷 ②、制成各种石膏制品 轻质、新颖、美观、价廉 纸面石膏板、石膏装饰板、 但强度较低、耐水性能差 纤维石膏板、石膏空心条板、 石膏空心砌块和石膏夹心砌块等 ③、生产各种浮雕和装饰品： 浮雕饰线、艺术灯圈、角花等 石膏外加剂 (如石膏专用减水增强剂) 可提高石膏强度及耐水性
2.1.5 灰
优点: 轻质高强易加工(锯、刨、钻)；弹性、韧性高； 能承受冲击振动作用；导电、热性低；木纹美 丽；装饰性好 缺点: 构造不均匀、各向异性； 吸湿吸水产生较大湿胀和干缩变形；易燃易腐 木材顺纹强度 (作用力方向与纤维方向平行) >>木材横纹强度 (作 用力方向与纤维方向垂直）
2.1.6 木 材
§2.2 近代土木工程材料
钢材用于土木工程历史： 19世纪初，开始用于建造桥梁和房屋， 19世纪中叶，钢材品种、规格、生产规模大幅度增长，强度不断提高，钢材的切割和连接等加工技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。 20世纪20年代，预应力混凝土出现，使近代土木工程结构的形式和规模发生了飞跃性的进展。 钢材特点： 品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，常温下能承受较大的冲击和振动荷载；具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。
2.2.1 钢 材
土木工程用钢材是指用于钢结构的各种型材（如：圆钢、角钢、工字钢等）、钢板、管材和各种钢筋和钢丝。
2.2.1 钢 材
钢筋
槽钢
钢管
角钢
工字钢
H型钢
钢结构用钢材(型材)和钢筋混凝土用钢材(线材) 型材：轧制的各种型钢、钢轨、钢板、钢管等 线材：钢筋或钢丝 钢材功能要求：高强度、良好塑性和韧性、良好加工性能 钢筋按直径分: 粗钢筋 (直径≥12mm) 细钢筋 钢筋按抗拉强度分: 四等级（Ⅰ～Ⅳ)
⑴、快硬硅酸盐水泥 (初凝时间 45m、终凝时间<10h) 水泥凝结硬化快，可配制早强、高标号混凝土 适用紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制件等 水泥水化热大且迅速，不适合大体积砼工程 ⑵、快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥） 凝结快且强度增长也快 用于军事工程、机场跑道、桥梁隧道涵洞等 紧急抢修工程
1、水 泥 — 定义和分类
2、 硅 酸 盐 系 列 水 泥
国家标准(GBl75—92)规定 凡由硅酸盐水泥熟料、<5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥 *干粉状物的水泥，加适量水拌合即形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性（水泥的初凝） *随着塑性的消失，水泥浆体开始产生强度（水泥的终凝） 水泥凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程 水泥硬化：水泥浆体终凝后，强度还会随着时间不断增长，并形成坚硬的水泥石的过程
人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作
§2.1 早期土木工程材料
1、砖：原料易取、价格低、体积小、易组合 用做墙体、基础、柱等砌筑工程中 粘土砖破坏耕地、能耗高、自重大、施工劳动强度高、工效低 墙体改革、并用新型材料取代 按生产工艺: 烧结砖和非烧结 按所用材料：粘土砖、粉煤灰砖、 煤矸石砖、炉渣砖、 页岩砖、灰砂砖等 按有无孔洞： 空心砖、多孔砖和实心砖
属水硬性胶凝材料 加水拌成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，并将其它材料胶结成整体，形成坚硬石材的材料
2.2.2 水 泥
袋装水泥
按用途及性能分：通用水泥，专用水泥，特性水泥 按水硬性物质名称分： 硅酸盐系列水泥(最常用)：硅酸盐水泥(分Ⅰ型：代号PⅠ和Ⅱ型:代号PⅡ)，普通硅酸盐水泥(普通水泥，代号PO)，矿渣硅酸盐水泥(矿渣水泥，代号PS)，火山灰质硅酸盐水泥(火山灰水泥，代号PP)，粉煤灰硅酸盐水泥(粉煤灰水泥，代号PF)和复合硅酸盐水泥(复合水泥，代号PC) 铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥等
2.1.3 石 材
混凝土组成材料中 石子称为粗骨料（砂称为细骨料） 路桥工程、铁道工程的路基道渣等
碎石 天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于5mm的岩石颗粒
卵石（圆滑） 由自然条件作用而形成的，粒径大于5mm的颗粒
Hale Waihona Puke Baidu
2.1.5 灰
1、 石 膏 一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料 许多优良性质：原料来源丰富，生产能耗较低，应用广泛 我国天然石膏已探明储量470多亿吨(世界第一) 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏 建筑石膏特性 天然二水石膏(CaSO4•2H2O,软石膏或生石膏)为主成分 凝结硬化快, 硬化时体积微膨胀 ，硬化后孔隙率较大 加水拌制的浆体有良好的可塑性，装饰性可加工性良好 防火、隔热和吸音性能好，具有一定的调温调湿性
北京等地禁止使用粘土砖
2.1.1 砖
常用的工业废料 ： 粉煤灰、煤矸石等 成分与粘土相近，颗粒细度不及 粘土，可塑性较差，制砖时需掺入一 定量的粘土或水泥，增加可塑性。 烧结粉煤灰砖 烧结煤矸石砖等 非烧结砖 : 用不适合种田的山泥、废土、 砂等，加少量水泥或石灰固结及微量 外加剂和适量水混合搅拌压制成型、 自然养护或蒸养而成。 日本:土、水泥和EER液,搅拌压制成型，自然风干,EER非烧结砖 江西省建材研究院：用红壤土、石灰非烧结砖 深圳建筑科学中心：水泥、石灰、粘土- 非烧结空心砖
土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料
任何建(构)筑物都是用相应材料按一定要求建造的
工程材料在土木工程中的作用
工 程 材 料 的三个要素：
材料对工程质量的保证 材料对工程造价的影响 材料对技术进步的促进
相互依赖和相互矛盾
土木工程发展要求 材料的数量、质量
2.1.6 木 材
工程木材分为原木+锯材+人造板材 原木：已经除去皮(也有不去皮的)，根、树梢而未加工成规定材品的木材 锯材：已经加工锯成一定尺寸的木料 板材(宽度为厚度的三倍或三倍以上) 方材 人造板材：由木材或含有一定纤维量的其他作物原料，用一般物理和化学方法加工而成 比天然木材板面宽，表面平整光洁，无节子，不翘曲开裂， 经加工处理可有防水、防火、防腐、防酸性能 常用人造板材：胶合板，纤维板，刨花板、木丝板、木屑板
以往研究，侧重满足建筑物的承载安全、尺寸规模、功能和使用寿命等要求，以及人们对所构筑的生存环境的安全性、舒适性、方便性和美观性等的要求，较少考虑材料的生产和使用给生态环境、能耗等方面造成的影响。
20世纪后半期，人居环境与可持续发展成为世界关注的焦点。 土木工程材料对自然资源具有重要的影响，因此在从事土木工程材料的研究及开发工程中，不仅需要考虑材料的性能能否满足人类的需求，还要考虑材料的生存和使用对能源和环境是否带来过大的负面影响。
非烧结砖是一种有发展前途的新型材料
2.1.2 瓦（屋面材料）
种 类 按成分 粘土瓦、石棉水泥瓦、 水泥瓦、聚氯乙烯瓦、 玻璃钢瓦、 沥青瓦、 钢丝网水泥瓦 等 按形状 平瓦、 波形瓦 根据 尺 寸 偏 差 优等品、一等品和合 格品 外 观 质 量 分为 或 物理力学性能 一等品和合格品
罗马柱
罗马柱头
2.1.5 灰
2、 石灰： 生产工艺简单、成本低、原料分布广、使用较早 石灰石（CaCO3）煅烧分解而成生石灰(CaO) 生石灰加水消解成消石灰（熟石灰Ca（OH）2） —— 石灰的消化（熟化） 石灰膏：生石灰在化灰池中熟化后通过筛网流人储灰坑、 沉淀石灰浆并除去上层水分后的 乳膏 水泥砂浆中掺入石灰浆，可显著提高可塑性
胶凝材料:土木工程材料中，凡经过一系列物理、化学作用，能将砂子、石子、砖、石块、砌块等其他散粒材料或块状材料胶结起来，从浆体变成具有一定强度的石状整体的材料，统称为胶凝材料。
分为： 无机 + 有机 两大类 无机胶凝材料： 石膏、石灰、水泥 —— 工地上俗称为“灰” 按硬化条件分：气硬性、水硬性 只能在空气中硬化的（石膏、石灰） 既能在空气中又能在水中硬化的（水泥） 有机胶凝材料： 沥青 、各种树脂
2.1.4 砂 石
2.1.4 砂 石
天然砂和人工砂两类 天然砂：由自然岩石风化而形成、粒径 5mm的岩石颗粒 按产源分 —— 河砂、海砂和山砂 较洁 净 含盐分 表面粗糙，多棱角，含泥、有机杂质、 表面圆滑 质量较差 按粗细程度（指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度）分 —— 粗砂、中砂、细砂 砌筑砂浆可用粗砂或中砂 优先选用配制混凝土 毛石砌体： 最大粒径 1/4—1／5砂浆层厚度 抹面及勾缝 砖砌体： 粒径2．5mm的中砂
平 瓦
波形瓦
石材：指天然石材： 采自天然岩石（经过加工或未经加工）的石材
古今土木工程中新建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主要材料
最古老的土木工程材料 抗压强度高，耐磨、耐久性，加工后富有装饰性 资源丰富、就地取材、成本低
2.1.5 灰
①、应用于室内抹面、粉刷 ②、制成各种石膏制品 轻质、新颖、美观、价廉 纸面石膏板、石膏装饰板、 但强度较低、耐水性能差 纤维石膏板、石膏空心条板、 石膏空心砌块和石膏夹心砌块等 ③、生产各种浮雕和装饰品： 浮雕饰线、艺术灯圈、角花等 石膏外加剂 (如石膏专用减水增强剂) 可提高石膏强度及耐水性
2.1.5 灰
优点: 轻质高强易加工(锯、刨、钻)；弹性、韧性高； 能承受冲击振动作用；导电、热性低；木纹美 丽；装饰性好 缺点: 构造不均匀、各向异性； 吸湿吸水产生较大湿胀和干缩变形；易燃易腐 木材顺纹强度 (作用力方向与纤维方向平行) >>木材横纹强度 (作 用力方向与纤维方向垂直）
2.1.6 木 材
§2.2 近代土木工程材料
钢材用于土木工程历史： 19世纪初，开始用于建造桥梁和房屋， 19世纪中叶，钢材品种、规格、生产规模大幅度增长，强度不断提高，钢材的切割和连接等加工技术也大为发展，为建筑结构向大跨重载方向发展奠定了重要基础。 20世纪20年代，预应力混凝土出现，使近代土木工程结构的形式和规模发生了飞跃性的进展。 钢材特点： 品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切强度都很高，常温下能承受较大的冲击和振动荷载；具有良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装配。
2.2.1 钢 材
土木工程用钢材是指用于钢结构的各种型材（如：圆钢、角钢、工字钢等）、钢板、管材和各种钢筋和钢丝。
2.2.1 钢 材
钢筋
槽钢
钢管
角钢
工字钢
H型钢
钢结构用钢材(型材)和钢筋混凝土用钢材(线材) 型材：轧制的各种型钢、钢轨、钢板、钢管等 线材：钢筋或钢丝 钢材功能要求：高强度、良好塑性和韧性、良好加工性能 钢筋按直径分: 粗钢筋 (直径≥12mm) 细钢筋 钢筋按抗拉强度分: 四等级（Ⅰ～Ⅳ)
⑴、快硬硅酸盐水泥 (初凝时间 45m、终凝时间<10h) 水泥凝结硬化快，可配制早强、高标号混凝土 适用紧急抢修、低温施工工程和高标号混凝土预制件等 水泥水化热大且迅速，不适合大体积砼工程 ⑵、快凝快硬硅酸盐水泥（双快水泥） 凝结快且强度增长也快 用于军事工程、机场跑道、桥梁隧道涵洞等 紧急抢修工程
1、水 泥 — 定义和分类
2、 硅 酸 盐 系 列 水 泥
国家标准(GBl75—92)规定 凡由硅酸盐水泥熟料、<5％的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥 *干粉状物的水泥，加适量水拌合即形成可塑性的水泥浆体，水泥浆体在常温下会逐渐变稠直到开始失去塑性（水泥的初凝） *随着塑性的消失，水泥浆体开始产生强度（水泥的终凝） 水泥凝结：水泥浆体由初凝到终凝的过程 水泥硬化：水泥浆体终凝后，强度还会随着时间不断增长，并形成坚硬的水泥石的过程
人类一直从事着土木工程材料的各类研究工作
§2.1 早期土木工程材料
1、砖：原料易取、价格低、体积小、易组合 用做墙体、基础、柱等砌筑工程中 粘土砖破坏耕地、能耗高、自重大、施工劳动强度高、工效低 墙体改革、并用新型材料取代 按生产工艺: 烧结砖和非烧结 按所用材料：粘土砖、粉煤灰砖、 煤矸石砖、炉渣砖、 页岩砖、灰砂砖等 按有无孔洞： 空心砖、多孔砖和实心砖