土木工程材料1

4.土木工程材料的分类
土木工程材料可按不同的原则进行分类： ⑴根据材料来源不同，可分为天然材料及人造材料； ⑵根据组成物质的种类及化学成分的不同，将土木 工程材料分为无机材料、有机材料和复合材料三大类。 见表1建筑材料分类； ⑶根据其功能的不同，可分为结构材料、墙体材料、 功能材料（防水材料、绝热材料）等。见表2建筑材料分 类。
1.土木工程材料发展概况


土木工程材料是随着人类社会生产力和科学技术水平的提高 而逐步发展起来的。随着生产力的发展，人类由挖土、凿石 为洞，伐木搭竹为棚，利用天然材料建造非常简陋的房屋等 到能够用粘土烧制砖、瓦，用岩石烧制石灰、石膏之后，土 木工程材料由天然材料进入了人工生产阶段，为大规模建造 土木工程创造了条件。 古代人类最初是“穴居巢处”。

20世纪——预应力混凝土、高分子材料
21世纪——轻质、高强、节能、高性能绿色建材

人民生活水平的提高，对建筑物修饰的要求愈来愈高，于是各种装饰材料 层出不穷。
1.土木工程材料发展概况
土木工程材料是土木工程的物质基础，土木工程材料 的发展与土木工程技术的进步有着不可分割的联系，它们 相互制约、相互依赖和相互推动。新型土木工程材料的诞
氧原子 硅原子

原子晶体（共价键结合）——金刚石、石英、刚玉、 碳化硅（强度、硬度、熔点高、脆） 离子晶体（离子键结合）——氯化钠、石膏、石灰 岩（强度、硬度、熔点较高，但波动大，部分可溶）
分子晶体（分子键结合）——部分有机化合物、冰 （强度、硬度、熔点较低，密度小） 金属晶体（库伦引力、电子气结合）—金属类（强 度、硬度较高，变形能力强，导电、导热）
重点：性质和应用， 质检的基本原理（引起材性变化的内因和
外因）
6.本课程的作用、任务和学习方法
②学习材料的技术标准:国家标准、行业标准、企业标准
GB-国家标准
JGJ-建设部行业标准 YB-冶金部行业标准
GBJ-建筑工程国家标准
JC-国家建材局行业标准 JTJ-交通部行业标准
SD-水电行业标准
③ 重视学好试验
材料的化学成分相同
晶体结构不同
性能存在差异
石英和硅藻土 SiO2 石英硬度高 硅藻土多孔，强度低 晶体结构和无定型结构
（2）玻璃体


熔融物因冷却速度太快，凝固时粘度很 大，质点来不及按规律排列所形成的质点无 序排列的固体（如无定形SiO2） 特点：质点未能到达能量最低位置，大量化 学能未能释放，化学稳定性较差，易与其它 物质起化学反应。（如：火山灰、粒化高炉 矿渣、粉煤灰等）


火的利用使人类学会了烧制砖、瓦、陶瓷与石灰。
铁器时代以后有了简单的工具，工程材料（木材、砖、石等） 才由天然材料进入人工生产阶段，为较大规模的土木工程和 人类需要的其他建筑物建立了基本条件。 在漫长的封建社会中，生产力停滞不前，土木工程材料的发 展也极为缓慢，长期限于砖、石、木材作为结构材料。

a.作用
为后续课程的学习提供必要的知识，为今后从事专业技术工作时， 合理选择和使用建筑材料打下基础。
b.任务
了解材料在建筑物上所起的作用和要求，了解常用材料的生产、
成分和构造，掌握常用材料的技术性质，以及影响材料性质的主要因
素及其相互关系，掌握常用材料的标准，熟悉其分类、分等和规格， 熟悉常用材料的测试仪器，掌握测试方法和技术，掌握常用材料的选 用原则和方法，掌握工地配置材料的配置原理及方法，了解这些材料 的施工注意事项
5.土木工程材料的标准






⑴制订标准的意义 ⑵材料标准的类别 在我国，技术标准分为四级：国家标准、部标准、地方标 准和企业标准。 ①国家标准是由国家标准局发布的全国性的指导技术文 件，其代号为GB； ②部标准也是全国性的指导技术文件，但它由主管生产 部（或总局）发布，其代号按部门而定，如建材标准的代 号为JC，建工标准的代号为JG； ③地方标准是地方主管部门发布的地方性指导技术文件； ④企业标准仅适用于本企业，其代号为QB。
6.本课程的作用、任务和学习方法
c.学习方法
① 重点掌握材料的基本理论、基本知识、基本技能
常用材料——水泥、砼、石灰、石膏、砂石、玻璃、钢材、木 材、沥青、高分子材料
主要的——水泥、（混凝土）砼、钢材、砂石
每种材料：原料——生产工艺——组成成分——构造——性
质——应用——检验——储存以及它们之间的相互关系
生推动了土木工程设计方法和施工工艺的变化，而新的土
木工程设计方法和施工工艺对土木工程材料品种和质量提 出更高和多样化的要求。
2.土木工程材料的发展趋势




⑴在原材料方面要最大限度地节约有限的资源， 充分利用再生资源及工农业废料； ⑵在生产工艺方面要大力引进现代技术，改造 或淘汰陈旧设备，降低原材料及能源消耗，减少 环境污染； ⑶在材料的性能方面要求轻质、高强、耐久、 多功能及结构与功能的一体化； ⑷在产品型式方面积极发展预制技术，逐步提 高构件化、单元化的水平。 ⑸具有自感知、自调节、自修复能力的土木工 程材料的开发研制以及各种机敏或智能材料在土 木工程中应用的研究正在蓬勃发展。
1.土木工程材料发展概况

18 、19世纪，钢材、水泥、混凝土及其他材料的相继问世，为现代土木工 程建筑奠定了基础。资本主义的兴起，城市的扩大，工业的迅速发展，交 通的日益发达，需要建造大规模的建筑物构筑物和建筑设施，例如大跨度 的工业厂房，高层的公用建筑以及桥梁、港口等，推动了土木工程材料的 前进。 18世纪中叶——钢材、水泥 (J.Aspdin,1824） 19世纪——钢筋混凝土（1890-1892）； 中国，1898 进入20世纪后，随着材料科学以及高分子科学的快速发展，土木工程材料 不仅在性能和质量上不断得到改善，而且品种不断增加，一些具有特殊功 能的材料，如绝热、吸声、隔声、各种装饰材料、耐热防火、防水抗渗材 料以及耐磨、耐腐蚀、防爆、防辐射材料和其他环保材料等应运而生。
非金属材料
建 筑 材 料 有
机 材 料 复 合 材 料
无 机 材 料 金属材料 植物质材料 沥青材料 高分子材料 无机非金属材料和 有机材料的复合 金属材料与无机非 金属材料的复合 金属材料与有机材 料的复合
天然石材：石子，砂，毛石，料石 烧土制品：黏土砖，瓦，空心砖，建筑陶瓷 玻璃：窗用玻璃，安全玻璃，特种玻璃 胶凝材料：石灰，石膏，水玻璃，各种水泥 混凝土及砂浆：普通混凝土，轻混凝土，特种 混凝土，各种砂浆 硅酸盐制品：粉煤灰砖、灰砂砖，硅酸盐砌块 绝热材料：石棉，矿棉，玻璃棉，膨胀珍珠岩 黑色金属：生铁、碳素钢、合金钢 有色金属：铝，锌，铜及其合金 木材，竹材，软木，毛毡 石油沥青，煤沥青，沥青防水制品 塑料，橡胶，涂料，胶粘剂
胡夫金字塔 高146.59m, 底部232m建方，用 230 多万块、每块重2.5T的岩石砌成
万里长城 条石、大砖、石灰砂浆
罗马斗兽场 石材、石灰砂浆
悉尼海上歌剧院是悉尼的标志，世界最豪华的文 化建筑之一。这座“船帆屋顶剧院”是从66个国 家233位设计师的蓝图中，选中丹麦乔恩-厄特宗 的作品，从1959年施工到1973年，耗资1.04亿美 元才得完成。
土木工程材料
————一切建筑的基础



绪 论 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
土木工程材料的性质 基本材料 建筑功能材料 土木工程材料试验
结束语
绪

论
土木工程材料的定义： 土木工程材料是指用于土木建筑结构物 的所有材料的总称，是建筑物与构筑物的 重要物质基础。
土木工程材料是发展建筑业的物质基础， 材料费用一般占建筑工程总造价的50-70%；
5.土木工程材料的标准
此外，还常常涉及到一些与土木工程 材料关系密切的国际或外国标准，主要有： 国际标准，代号为ISO； 美国材料试验学会标准，代号为ASTM； 日本工业标准，代号为JIS； 德国工业标准，代号为DIN； 英国标准，代号为BS； 法国标准，代号为NF等。

6.本课程的作用、任务和学习方法
(3)胶体
作为分散相的粒子粒径在10-7——10-10 m， 分散在分散介质中形成的分散体系称为胶体。 分散介质可以是气体、液体和固体，相 应行成气溶胶、溶胶和凝胶。 胶体因比表面积大，表面能大，吸附力 强，具有较大粘结力（如沥青、硅酸盐凝胶 等）



水泥凝胶体



胶体中分散的微粒作布朗运动时，这种胶体称 溶胶。 溶胶具有较大的流动性，建筑材料中的涂料就是利 用这一性质配制而成的。 当溶胶脱水或微粒产生凝聚，使分散质点不能再按 布朗运动自由移动时，称为凝胶。 凝胶具有触变性，即将凝胶搅拌或振动，又能变成 溶胶。 水泥浆、新拌混凝土、胶粘剂等均表现有触变性。 当凝胶完全脱水则成干凝胶体，它具有固体的性质， 即产生强度。硅酸盐水泥主要水化产物的最后形式 就是凝胶体。




构成晶体的质点（原子、离子、分子）是按一定的规则在 空间呈有规律的排列，因此晶体具有一定的几何外形，显 示各向异性，但实际应用的晶体材料，通常是由许多细小 的晶粒杂乱排列组成，故晶体材料在宏观上显示为各向同 性。

构成材料的化学组成相同，但结构不同，性能会有很大差 异。大家熟知的金刚石和石墨、石英和硅藻土。
ZB-国家级专业标准
学习常用建筑材料的检验方法——合格性判断和验收 对实验数据、试验结果进行分析判别
培养从事科学研究的能力
石材、石灰砂浆
布达拉宫宫体主楼13层，高117.2米,东西长360米，全部为 石木结构，宫墙厚达2—5米，墙身全部用花岗岩砌筑,仅五 世达赖灵塔就用黄金11万9千两，大小珍珠4000多颗。 返回键
第一节 材料的组成、结构与性质
1.1 材料的组成 化学组成—化学元素及化合物种类 （金属、无机非金属、有机物） 矿物组成—晶体和非晶体结构及种类 （石英、云母、硅酸三钙、铝 酸三钙、金刚石等） 相 组 成—相同物理、化学的均匀物相 （建筑材料大都为多相固体）
1.2材料的结构与构造


1 微观结构—指原子、分子层次 ⑴晶体—材料内部质点按特定规律在空间呈 周期性重复排列的固体。 硅酸盐矿物晶体——由硅氧四面体单元 与其它金属离子的结合。有链状结构的石棉、 层状结构的云母及立体网状结构的石英。
2.土木工程材料的发展趋势
必须恰当选择和合理使用原材料 材料质量的优劣，配制是否合理，选 用是否恰当直接影响建筑工程质量
发展绿色建材
3.土木工程对材料的基本要求
①安全性：土木工程材料必须具备足够的强度，能够安 全地承受设计荷载； ②自重小：土木工程材料自身的重量以轻为宜，以减少 下部结构和地基的负荷； ③耐久性：具有与使用环境相适应的耐久性，以便减少 维修费用； ④装饰性：用于装饰的材料，应能美化建筑、房屋并产 生一定的艺术效果； ⑤特殊性：用于特殊部位的材料，应具有相应的特殊功 能。如屋面材料要能隔热、防水；楼板和内墙材料要能隔 音等。 此外，土木工程材料在生产过程中还应尽可能保证低能 耗、低物耗及环境良好。
聚合物混凝土、沥青混凝土，水泥刨花板， 玻璃钢 钢纤维增强混凝土等 轻质金属夹心板等
砖混结构 ：石材，砖，水泥混凝土， 钢筋 建筑结构材料 钢木结构：建筑钢材，木材
建 筑 材 料
砖及砌块：普通砖、空心砖，硅酸盐 及砌块 墙体材料 墙板：混凝土墙板、石膏半、 复合墙板 防水材料：沥青及其制品 绝热材料：石棉、矿棉，玻璃棉、膨 胀珍珠岩石 建筑功能材料 吸声材料；木丝板、毛毡，泡沫塑料 采光材料：窗用玻璃 装饰材料：涂料、塑料装饰材料、铝 材
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土木工程材料的应用范围：
公路 铁路
桥梁
车站
地下工程
机场
土木工程材料的应用范围：
核电站
市政工程
水利工程
古典建筑工程
现代建筑工程
国防工程
大丰港码头工程
消浪的砼扭工字块护坡
第一部分 土木工程材料的基本性质
材料是构成土木工程建筑物的物质基础。直接关系建筑物的安全 性、功能性以及使用寿命和经济成本。 一般来说，材料的性质可分为四个方面： (1)物理性质 包括表示材料物理状态特征及与各种物理过程有关的 性质。 (2)力学性质 指材料在应力作用下,有关抵抗破坏和变形的能力的 性质。 (3)化学性质 指材料发生化学变化的能力及抵抗化学腐蚀的稳定性。 (4)耐久性 指材料在使用过程中能长久保持其原有性质的能力。