第2章 土木工程材料(2.2近代土木工程材料)

竹木地板
木地板
塑料及制品
• 以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性 添加剂后，在一定的温度和压力下塑制而成的材 料。
绝热材料
• 保温、隔热材料的总称，主要用于：建筑 物的墙壁、屋面保温；热力设备及管道的 保温；制冷工程的隔热。 • 无机绝热材料：石棉及制品、矿渣棉及制 品、岩棉及制品、膨胀珍珠岩及制品。 • 有机绝热材料：软木板、泡沫塑料、多孔 混凝土、蜂窝板。
国内部分钢纤维种类
平直微扭形
波纹形
弓形
凹凸形、方齿形、 端固形、扁异形、合易形
直纹形
端钩形
钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土
钢筋绑扎完成等待浇注
预应力混凝土在预制桥梁中广泛应用
浇注完成基础底板工程
马来西亚石油双 塔大厦（世界第二高 大厦－450m，世界最 高混凝土结构，双塔 地上88层。从底层至 84层采用的都是钢筋 混凝土结构。84层以 上是钢柱和钢环梁。 大厦在第60层、72层、 82层、85层处收进， 46层以下有两个圆形 副楼）
阻燃轻质吸声材料－多孔、疏松、透气
高架路隔声板
矿棉吸声板
穿孔FC板
装饰材料
• 集材料、工艺、造型设计、色彩、美学于 一身的材料，不仅要求具有装饰功能、保 护功能及其他特殊功能，还同时要满足不 同的使用要求（绝热、防火、隔音）以及 保护主体结构，延长建筑寿命，对人体无 害。 • 按装饰部位可以分为：外墙、内墙、地面 和吊顶装饰材料。
• 目标：到2010年，全国新建建筑对不可再 生资源的总消耗比现在下降10％；到2020 年，新建建筑对不可再生资源的总消耗比 2010年再下降20％。
怎么做？
• • • • • • • 新型保温节能墙体材料 轻质高强建筑材料 工业废渣的应用 人造骨料、再生骨料的应用 废弃砖瓦的应用 废弃植物纤维的应用 采用商品混凝土和商品砂浆
1895年用钢框架建 成了61m高14层的信 托大楼（Reliance Building)
1891年建成的莫纳德洛克（Monadnock Building)大楼室内铸铁楼梯
帝国大厦，高度381米，纽约，第五高
中国银行大厦，高度369米，香港，第七高
西尔斯大厦高度443米，美国，第三高
水泥
• 优点： 原料易得、成 本较低、良好的工 程使用性能以及与 环境有较好的相容性。三大基础材料之一。 • 分类（不同分法）： 用途及性能：通用、专用、特性水泥 水硬性物质名称：硅酸盐水泥、铝酸盐水 泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸酸盐水泥等
• 其它品种水泥 快硬硅酸盐水泥：适用于紧急抢修、低 温施工工程和高标号混凝土预制件，不适合 大体积混凝土工程。 快凝快硬硅酸盐水泥：用于军事、机场跑 道、桥梁、隧道和涵洞等工程。 白色硅酸盐水泥：用于内外装修 高铝水泥：快硬、高强、耐热及耐腐蚀， 用于工程紧急的工程。 膨胀水泥：各种管道
混凝土
表观密度 重混混凝土 普通混凝土 轻混凝土
使用功能 结构混凝土 道路混凝土 水工混凝土 耐热混凝土 耐酸混凝土 防辐射混凝土
施工工艺 喷射混凝土 泵送混凝土 振动灌浆混 凝土
不同施工工艺
振动灌浆混凝土
泵送混凝土
喷射混凝土
钢筋混凝土泵送的记录！世界上最高的摩天大楼，混凝土灌注量达 160，000立方米之巨。为确保连续泵送并达到385米这样一个高度， 开发者基于安全因素，采用六台超高压混凝土泵及六根分离式布料 杆灌注混凝土。
阻燃聚苯板为板芯
“之”形连接钢丝
钢丝网
内外侧为 砂浆抹面
泡沫塑料层
• 彩钢夹心板材以硬质泡沫塑料或结构岩棉为芯材， 在两侧粘上彩色压型镀锌钢板，外露的彩色钢板表 面涂以高级彩色塑料涂层。
950型岩棉夹芯复合板
960型瓦楞聚笨复合板
V125型瓦楞聚笨复合板
为什么发展绿色建筑
• 按人均计算，我国属于贫资源国，煤炭、 石油、天然气、可耕地、水资源和森林资 源的人均拥有量仅为世界平均值的1/2、1/9、 1/23、1/3、1/4、1/6。 • 我国水泥产量已连续近19年居世界第一， 目前占世界总产量的50%左右；2004年水 泥产量已达约9.4亿吨；2005年全国混凝土 用量21亿立方米，2010年将达到25亿立方 米。
沥青、沥青制品与其它防水材料
• 极其复杂的高分子的碳氢化合物和这些碳 氢化合物的非金属（氧、硫、氮）的衍生 物所组成的混合物。较常用是石油沥青和 煤沥青，其次是天然沥青。 • 通过橡胶、树脂和矿物填料改变石油加工 厂制备的沥青的性能，改性后沥青的综合 性能可以大大提高。 • 橡胶系防水卷材、塑料系防水卷材和胶塑 共混型防水卷材三类。
钢筋分类
型材：型钢、钢轨Hale Waihona Puke Baidu钢板、钢管等
线材：钢筋或钢丝（碳素钢丝、刻痕钢丝、 钢胶线）
我国是最早用铁建造结 构的国家之一如：
967年建于南汉朝的 广州光孝塔东铁塔； 1061年建于宋朝的玉 泉寺踏，高17.9m，共 13层。现位于湖北当阳 县； 1105年建于宋朝的铁 塔寺，高13m，共9层。 ……上述列举的古建筑 说明了我国古代的冶金 和营造技术达到了高度 水平。
不同使用功能
道路混凝土
结构混凝土 水工混凝土
龙滩开浇世界第一高碾压混凝土大坝现场
特种混凝土
• • • • • • 轻骨料混凝土 纤维增强混凝土 聚合物混凝土 碾压混凝土 自密实混凝土 抗渗能力佳，抗冲、耐磨、抗蚀能力强的 硅粉混凝土；有环保效益和经济效益的粉 煤灰混凝土；特细混凝土、透明混凝土和 其它一些特种混凝土。
室内涂料 地面装修
吊顶装修
外墙涂料装修
新型复合板材
• 在传统板材基础上产生的新一代材料；是 一种复合材料，可以是有机和无机材料、 金属和非金属材料以及同类材料之间的复 合；使得土木材料的品种和功能更加多样 化。
• 泰柏板有良好的保温 功能，隔声性能好， 抗冻性能好，抗振能 力强和建造能耗低等 优点。
广州六榕塔初建于南朝，内曾供奉贤劫 千佛像，故又名千佛塔。从宋至清经过 约11余次修建，但仍保持宋代风格。塔 顶有元代所铸千铜柱，上有1000多尊 浮雕小佛，及云彩缭绕的天宫宝塔图。
19世纪80年代结构型 钢的出现加快了钢结 构在建筑工程中的发 展。成功的范例有： 1883年，美国在芝 加哥建造的11层保险 公司大楼，大楼的主 要承重结构体系最先 采用铁框架（部分钢 梁）做成。
第二章 土木工程材料
内容
第一节 传统土木工程材料 第二节 近代土木工程材料 第三节 现代土木工程材料
第二节 近代土木工程材料
钢材
19世纪初 桥梁和房屋 19世纪中叶 大跨承重奠定 基础 20世纪30年代 预应力钢筋混凝土 结构飞越性发展
• 优点： 强度高（抗拉、抗压、抗弯、抗切强 度）、构件截面小；承受较大的冲击和振 动荷载；良好的加工性能（锻造、锻压、 焊接、和切割）；外表华美。
＋水
• 1824年Aspdin发明硅酸盐水泥，1850年和 1928年先后出现了钢筋混凝土和预应力混 凝土，目前混凝土是用量最大，使用最广 泛的土木工程材料。 • 优点：原料丰富、价格低廉、生产工艺简 单；抗压强度高、耐久性好、强度等级范 围宽等。
混凝土的种类
不同分类方法
胶凝材料 水泥混凝土 沥青混凝土 石膏混凝土 聚合物混凝土
为什么发展绿色建筑
• 我国至今仍有砖瓦企业约8万家，占地500多万亩， 每年烧砖7000多亿块标准砖，取土14亿立方米， 相当于毁坏土地100多万亩。 • 2004年全国袋装水泥6.4亿吨计算，消耗包装牛皮 纸相当于10个大兴安岭一年的木材采伐量。因包 装袋内残留水泥一项，全国每年要损失近2000万 吨水泥，价值50多亿元。 • 建材工业是对天然资源和能源资源消耗最高、破 坏土地最多、对大气污染最为严重的行业之一， 是对不可再生资源依存度非常高的行业。
绿色建材
• 1988年日本学者首次提出绿色材料的概念。 • 1992年，学术界明确提出绿色材料定义：在 材料采取、产品制造、使用或者再循环以及 废料处理等环节中对地球环境负荷最小和有 利于人类健康的材料。
• 国外发展 1）1992年，世界环境与发展大会召开，确立 可持续发展的战略方针，各国制定法律条 款，推广绿色产品。 2）欧洲推行环保绿色建材的认证，建立市场 准入制度。 3）建成健康、生态环保建筑示范工程。如美 国、加拿大等国。
玻璃空心砖 广州陈氏书院的陶塑脊饰
陶瓷外墙砖 玻璃马赛克
瓦
人造板材
• 采用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为 基材，使用胶凝材料、胶粘剂或夹层材料 加工而成的各种人造板材。 • 完全不使用天然木质材料的无机材料人造 板。 • 常用：胶合板、纤维板、刨花板、木丝板、 木屑板。
石棉橡胶板 制作中人造板
怎么做？
• 采用可再生原料生产的建筑材料或可循环 再利用的建筑材料 • 采用有利于提高材料循环利用效率的新型 结构体系 • 尽量就地取材，减少建筑材料在运输过程 中造成的损坏及浪费。
问题
• 材料发展与土木工程发展的关系？ • 结合身边建筑材料的使用，举例建筑材料 对人体和环境造成危害的例子？
国家大剧院（鸟巢）
工人正在搬运“鸟巢”沥青防水卷材
沥青混凝土路面施工现场 遇水膨胀止水条
玻璃、陶瓷制品
• 玻璃广泛应用于建筑物，不仅有采光和防护功能， 而且是良好的吸声、隔热及装饰材料。
2008年奥运会国家游泳中心的方案（水立方）
人民大会堂广东厅的微晶玻璃装饰板
香港中银大厦的玻璃外墙
用于室内装修的印花玻璃
• 国内发展 1）1992年开始广泛研制“绿色建材”； 2）1994开始对部分产品实行环境标志，设立 中国环境标志委员会，制定环境标志的评 定标准。
• 发展绿色建材的意义：节省能源，减少污 染，鼓励和倡导生产、使用绿色建材，对 保护环境，改善人民的居住质量，做到可 持续的经济发展是至关重要的。
怎么做？
聚苯乙烯泡沫夹心板
绝热材料微观结构－轻质、疏松多孔的，且 孔隙最好不连通，可为松散颗粒或纤维状
内墙喷涂聚胺酯泡沫层
吸声隔音材料
• 吸声材料着眼于声源一侧反射声能的大小， 对入射声能的衰减吸收，吸声能力即吸声 系数用小数表示。常用吸声材料分为无机、 有机、多孔和纤维材料四种。 • 隔声材料着眼于入射声源另一侧的透射声 能的大小，是透射声能衰减到入射声能的 比例，隔音量用分贝表示。隔声材料分为 隔绝空气声和隔绝固体声两种。
远眺广州中信 大厦（广场）
广州中信大厦（大厦1996年建成。由三座塔
楼和裙房组成，主塔楼为办公楼，是80层的钢 筋混凝土框架—筒体结构，高322.5m，连同桅 杆（钢塔）总高382.5m，为国内最高，世界第 二高的钢筋混凝土建筑）
第三节 现代土木工程材料
• 19世纪钢材和混凝土使得土木工程的规模 产生了飞越性的发展；20世纪的高分子材 料、新型金属材料和各种复合材料则使得 土木工程的规模和外观发生了根本性的变 化。