第2章 土木工程材料(2.2近代土木工程材料)
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土木工程概论—02土木工程材料
2.1 早期土木工程材料
2.1.5 灰
灰是指石灰和石膏。 2、石灰 石灰是土木工程界较早使用的矿物胶凝材料之一；
石灰石经高温煅烧后，碳酸钙将分解成为生石灰（氧化钙）；
生石灰加水消解成为消石灰（氢氧化钙）； 工程界一般使用的是消石灰。
2.1 早期土木工程材料
2.1.6 木材
木材是一种古老的工程材料。 木材的优点：轻质、高强、易于加工、有较好的弹性和韧 性、能承受冲击和振动作用、导电和导热性能低、木纹美
粒径大于5mm的颗粒）
2.1 早期土木工程材料
2.1.4 砂石
砂是混凝土和砂浆的主要组成材料之一，一般分天然砂和人工 砂两类。 天然砂（由自然条件作用而形成的粒径在5mm以下的岩石颗粒） 按产源分：山砂、河砂和海砂； 按粗细程度分：粗、中、细砂
2.1 早期土木工程材料
2.1.5 灰
灰是指石灰和石膏。 1、石膏 石膏具有如下特性： 建筑石膏加水拌制的浆体具有良好的可塑性； 建筑石膏的凝结速度快，加水几分钟后即可失去流动性， 30min产生强度； 凝结硬化时，体积不收缩，且有约1%的体积膨胀； 石膏制品的优点：轻质、新颖、美观和价廉等 缺点：但强度低、耐水性能差
钢筋与砼有相近的线膨胀系数 钢筋：c=1.2×10-5/ ℃ 砼：c=1.0×10-5 ~ 1.5×10-5/ ℃
砼可以保护钢筋不被锈蚀。
2.2 近代土木工程材料
4、钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土
预应力钢筋混凝土是指：
（1）构件受力前，在使用中受拉区预先施加预压应力； （2）构件受力后，预先施加预压应力首先将全部或部分抵消 使用荷载作用的拉应力，从而延缓构件的开裂； 特别适用于大跨结构
2.3.3 纤维混凝土 纤维混凝土：是在混凝土中加入合成材料纤维丝或钢纤维，是 由纤维和水泥基料（水泥石、砂浆或混凝土）组成的复合材料 的总称。所用纤维按其材料性质可分为：
2土木工程材料
2.2.1材料的基本物理性质
材料的基本物理性质是表示材料物理状态特征的指标， 1、材料的密度、表观密度和堆积密度 2、材料的孔隙率和空隙率 3、材料的亲水性和憎水性 4、材料的吸湿性和吸水性 5、材料的耐水性 6、材料的抗渗性和抗冻性 7、材料的导热性、热容量和耐燃性 机械工业出版社
土木工程概论
2.2.2材料的基本力学性质
机械工业出版社
土木工程概论
2.3.2 砖
砖是一种常用的墙体材料。砖瓦的生产和使用在我国历史悠久，有“秦砖 汉瓦”之称。制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于 组合，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。所以至今仍然广泛地用于 墙体、基础、柱等砌筑工程中。但是由于生产传统粘土砖毁田取土量大、能耗 高、砖自重大，施工生产中劳动强度高、工效低，因此有逐步改革并用新型材 料取代的必要。有的城市已禁止在建筑物中使用粘土砖。
材料的力学性质指材料在外力作用下所引起的变化的性质。这些变化包 括材料的变形和破坏。材料的变形指在外力的作用下，材料通过形状的改变来 吸收能量。根据变形的特点，分为弹性变形和塑性变形。材料的破坏指当外力 超过材料的承受极限时，材料出现断裂等丧失使用功能的变化。根据破坏形式 的不同，材料可分为脆性材料和韧性材料。 1．强度 2、弹性与塑 3、韧性与脆性 4、硬度
图2-9 典型的古代汉瓦
机械工业出版社
土木工程概论
2.4无机胶凝材料
凡能在物理、化学作用下，从浆体变为坚固的石状体，并能胶结其他物 料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。 胶凝材料包括有机胶凝材料与无机胶凝材料。无机胶凝材料按硬化条件 不同可分为气硬性和水硬性两类。 水硬性胶凝材料：拌和水后既可在空气中硬化亦可于水中硬化，并保持及 发展强度。（水泥） 气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化，并保持和继续发展强度者称为气硬 性胶凝材料。（石灰、石膏等）
土木工程概论习题答案
土木工程概论习题第一章绪论1.1土木工程概论课程的任务1、简述土木工程的概念及其包含的内容。
答：概念：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，它即指工程建设的对象，即建在地上、地下、水中的各种工程设施，也指所应用的材料、设备和所进行的勘探设计、施工、保养、维修等技术。
包含的内容：基础工程、房屋建筑工程、交通土建工程、桥梁工程、港口工程、地下工程、水利水电工程。
1.2土木工程发展历史概述1、简述古代土木工程的特点。
答：没有系统的设计理论，主要依靠经验2、简述近代土木工程的特点。
答：（1）、有了比较系统的设计理论，如1683年意大利学者伽利略发表了“关于两门新科学的对话”，首次用公式表达了梁的设计理论；1687年牛顿总结出力学三大定律，为土木工程奠定了力学分析基础；1825年，法国的纳维于1825年建立了土木工程中结构设计的容许应力法。
（2）、从材料方面讲，1824年波特兰水泥发明；1867年钢筋混凝土开始应用于土木工程；1859年转炉法炼钢发明3、简述现代土木工程的特点。
答：（1）、功能要求多样化：由于电子技术，精密机械，生物基因工程，航空航天等高技术工业的发展，许多工业建筑提出了恒湿、恒温、防微震、防腐蚀、防辐射、防磁、无微尘等要求，并向跨度大、分隔灵活、工厂花园化的方向发展。
（2）、城市建设立体化：经济发展、人口增多，造成城市用地紧张、交通拥挤。
（3）、交通工程快速化：市场经济要求运输系统快速、高效，现代化技术的进步提供了条件。
（4）、工程设施大型化1.2土木工程的未来1、目前土木工程面临的形势有哪些？答：（1）、世界正经历工业革命以来的有一次重大变革，这便是信息（包括计算机、通信、网络等）工业的迅猛发展，可以预计人类的生产、生活方式将会发生重大变化。
（2）、航空、航天事业等高科技事业的发展，月球上已经留下了人类的足迹，对火星及太阳系内外星空的探索已取得了巨大进步。
（3）、地球上居住人口激增，目前世界人口已经达60亿，预计21世纪末，人口要接近百亿。
传统近代与现代土木工程材料.pptx
课外检索
(1)列举有代表性的采用不同建筑材料的典型建筑。 (2)绿色建材全面系统研发的含义。
9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。21.1.8 21.1.8Friday, January 08, 2021
2.2.3 混凝土
2.特种混凝土 (1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）、 (2) 纤维增强混凝土（简称FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土
2.2.3 混凝土
3.钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土 钢筋混凝土是指配置钢筋的混凝土。 预应力混凝土一般指预应力钢筋混凝土。
• 14、Thank you very much for taking me with you on that splendid outing to London. It was the first time that I had seen the Tower or any of t he other famous sights. If I'd gone alone, I couldn't have seen nearly as much, because I wouldn't have known my way about.
人工砂是由岩石轧碎而
成，由于成本高、片状及粉 状物多，一般不用。
黄砂
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的 平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。
2.1.5 灰
灰是指石灰和石膏。 石灰和石膏是无机胶凝材料。
2.1.6 木材
木材的主要性质：
木材的性质包括物理性质和 力学性质，如含水率、热胀干缩 、密度、强度(抗拉、抗压、抗 弯和抗剪等四种强度)，其中抗 拉、抗压、抗剪强度又有顺纹和 横纹之分。顺纹和横纹强度有很 大的差别。
土木工程概论 第2章 土木工程材料
土木工程概论
Wh
mh m
m
100%
Wh —材料在吸湿状态下的重量，g； mh —材料的含水率，％；
m —材料在干燥状态下的重量，g。
在一定的温度和湿度条件下，材料中所含水分与周围 空气湿度达到平衡时的含水率称为平衡含水率。
土木工程概论
（2）吸水性 材料在水中(通过毛细孔隙)吸收水分的性质称为吸水性。土木工 程材料吸水性的大小一般用质量吸水率表示。质量吸水率是指材料 吸水饱和时，其内部吸收水分的质量占干材料质量的百分率。 计算公式：
m V
式中 ——材料的表观密度，kg/m3或g/cm3；
m ——材料的质量（干燥至恒重，kg或g）；
V0——材料在自然状态下的体积或表观体积（m3或cm3）。
土木工程概论
自然状态下的体积：包括材料实体体积和内部孔隙（闭口和开口 ）体积的外观几何形状的体积。
测定方法：材料在包含孔隙条件下的体积可采用排液置换法或水 中称重法测量。
土木工程概论
1.按组成物质和化学成份分类 土木工程材料按基本成分分类，分为金属材料和非金属材料 两大类，金属材料包括黑色金属（钢、铁）与有色金属，非 金属材料按其化学成分分为有机材料和无机材料。工程中常 见的材料按组成物质和化学成份分类见表。
土木工程概论
土木工程概论
2.按功能分类 土木工程材料按功能分类，可分为结构材料（承受荷载作用 的材料，如基础、柱、梁所用的材料）和功能材料（具有其 他功能的材料，如起围护作用的材料、起防水作用的材料、 起装饰作用的材料、起保温隔热作用的材料等）。
m
V
式中 ：——材料的密度（g/cm3）； m——材料的质量（干燥至恒重，g）； V——材料在绝对密实状态下的体积（cm3）。
土木工程概论第02章土木工程材料
用途：配制石灰砂浆或混合砂浆，作为砌筑材料。
二、石膏
概念：石膏的主要成分是硫酸钙。
特点：建筑石膏中含有许多自由水蒸发后留下的孔隙，故其表面密度小
、绝热性好、吸声性强，但这也使其具有强度较低、吸水率较大、抗渗性和 抗冻性差等缺点。
用途：建筑石膏除可用作室内抹灰、粉刷、水泥原料中的缓凝剂和激发
状，涂布后能够在结构物表面形成无接缝的完整防水膜的材料。 防水涂料适合于各种复杂、不规则部位的防水，可以采用冷施工 ，从而大大改善了劳动条件，施工方便、快捷。
二、 保温隔热材料 概念：保温隔热材料也称为绝热材料，主要用于建筑工程的
墙壁、屋面保温、热力管道保温、制冷工程隔热等。
建筑保温隔热材料按材质可分为：无机保温隔热材料和有机保
普通硅酸盐水泥：
由硅酸盐水泥熟料、6%～20%混合材料、适量石膏磨细而制成的水 硬性胶凝材料。其矿物组成成分和基本性能与硅酸盐水泥接近，是土 木工程中应用最广泛的水泥品种。
其它品种水泥：
有特殊需要的水泥，如道路硅酸盐水泥、中低热水泥、快硬硅酸 盐水泥、白色硅酸盐水泥与彩色硅酸盐水泥等。
四、沥青及其它胶凝材料
分类：按照生产工艺不同可分为烧结砖和非烧结砖。
烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，经过 焙烧而成的长方体块体。非烧结砖不需要焙烧，一般是以硅质材 料（如粉砂、粉煤灰）和钙质材料（如石灰、石膏）为主要原料 ，加入少量水泥或石灰作固结剂，再加入微量外加剂和适量水混 合搅拌压制成型，经自然养护或蒸养一定时间即成的块体材料。
2.5 木材
概念：
木材具有轻质高强、弹性和韧性好、耐冲击、导热性低、装 饰性强等优点，是土木工程的常用材料。
分类：木材加工后的材种可分为原木、原条、板方材、
二、石膏
概念：石膏的主要成分是硫酸钙。
特点：建筑石膏中含有许多自由水蒸发后留下的孔隙，故其表面密度小
、绝热性好、吸声性强，但这也使其具有强度较低、吸水率较大、抗渗性和 抗冻性差等缺点。
用途：建筑石膏除可用作室内抹灰、粉刷、水泥原料中的缓凝剂和激发
状，涂布后能够在结构物表面形成无接缝的完整防水膜的材料。 防水涂料适合于各种复杂、不规则部位的防水，可以采用冷施工 ，从而大大改善了劳动条件，施工方便、快捷。
二、 保温隔热材料 概念：保温隔热材料也称为绝热材料，主要用于建筑工程的
墙壁、屋面保温、热力管道保温、制冷工程隔热等。
建筑保温隔热材料按材质可分为：无机保温隔热材料和有机保
普通硅酸盐水泥：
由硅酸盐水泥熟料、6%～20%混合材料、适量石膏磨细而制成的水 硬性胶凝材料。其矿物组成成分和基本性能与硅酸盐水泥接近，是土 木工程中应用最广泛的水泥品种。
其它品种水泥：
有特殊需要的水泥，如道路硅酸盐水泥、中低热水泥、快硬硅酸 盐水泥、白色硅酸盐水泥与彩色硅酸盐水泥等。
四、沥青及其它胶凝材料
分类：按照生产工艺不同可分为烧结砖和非烧结砖。
烧结砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料，经过 焙烧而成的长方体块体。非烧结砖不需要焙烧，一般是以硅质材 料（如粉砂、粉煤灰）和钙质材料（如石灰、石膏）为主要原料 ，加入少量水泥或石灰作固结剂，再加入微量外加剂和适量水混 合搅拌压制成型，经自然养护或蒸养一定时间即成的块体材料。
2.5 木材
概念：
木材具有轻质高强、弹性和韧性好、耐冲击、导热性低、装 饰性强等优点，是土木工程的常用材料。
分类：木材加工后的材种可分为原木、原条、板方材、
土木工程概论 2土木工程材料(华中版)
Basic Civil Engineering大连大学建筑工程学院主讲教师:肖丽萍第2章土木工程材料▪2.1 传统土木工程材料▪2.2 近代土木工程材料▪2.3 现代土木工程材料第2章土木工程材料土木工程材料：土木工程中所使用的各种材料。
对材料的了解从三个方面：材料对保证工程质量的作用；材料对工程造价的影响；材料对工程技术进步的促进作用。
对土木工程材料的研究和开发：不仅要考虑材料的性能能否满足人类的需求，还要考虑材料的生产和使用对能源和环境是否带来过大的负面影响。
无机材料金属材料黑色金属（铁、钢）、有色金属（铝、铜及合金等）非金属材料天然石材（砂、石及各种岩石加工成的石材），烧土制品（砖、瓦、陶瓷），玻璃胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥），混凝土、砂浆有机材料植物材料沥青材料高分子材料木材、竹材等石油沥青、煤沥青及其制品塑料、涂料、胶粘剂复合材料钢筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃钢、纸面或纤维石膏板按材料的化学成分将材料分为三大类第2章土木工程材料2.1 传统土木工程材料砖、瓦、砂、石、灰、木材等2.1.1.砖历史悠久——“秦砖汉瓦”。
特点：原料易取得，生产工艺较简单，价格低、体积小、便于组合。
粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。
生产传统粘土砖毁田取土量大、能耗高。
（被逐步改革并用新型材料取代。
有的城市已禁止在建筑物中使用粘土砖。
）2.1.1.砖砖的各部分名称砖的分类•按生产工艺分为：烧结砖和非烧结砖；•按所用材料分为：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等；•按有无孔洞分为：空心砖、多孔砖和实心砖。
2.1.1.砖烧结多孔砖烧结空心砖金砖2.1.1.砖近年来国内外都在研制非烧结砖。
非烧结粘土砖是利用不适合种田的山泥、废土、砂等，加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。
可利用粉煤灰、煤矸石和页岩等为原料烧制砖。
利用煤矸石和粉煤灰等工业废渣烧砖，不仅可以减少环境污染，节约大片良田粘土，而且可以节省大量燃料煤。
《土木工程概论》简答题
第一章绪论1、简要叙述土木工程主要研究内容，涉及的工程领域？2、简述土木工程发展历史，及各阶段土木工程有哪些重要区别？第二章土木工程材料1、什么是绿色建材？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？2、传统土木工程材料、现代土木工程材料和近代土木工程材料的区别，列举各时期的典型材料名称。
3、阐述工程材料发展与土木工程发展的关系。
4、结合身边建筑材料的使用情况，举例建筑材料对人体和环境造成危害的例子？第三章基础工程1、浅基础的优点？浅基础的按构造种类可分为？2、上海的地基特点？上海大部分高层建筑采用何种基础形式，简要说明该基础形式的工作原理。
3、端承桩、摩擦桩和灌注桩的区别？4、建筑不均匀沉降的危害？如何避免。
5、基础和地基有什么区别？列举土木工程建筑的常见基础形式？6、为什么在进行工程设计以前必须进行工程地质勘察？第四章建筑工程1、建筑按使用性能如何分类？2、砖混结构和框架结构的荷载传递途径？第五章交通土建工程1、交通运输体系有哪些运输方式？各种的特点是什么？2、公路在平面上的转折由直线段、缓和曲线段和曲线段组成，说明缓和曲线段的几何特点，为什么高速公路段转折处要设置缓和曲线段？3、说明磁悬浮列车的优缺点？现阶段是否具备大力发展磁悬浮列车。
第六章桥梁工程1、桥梁设计时首要考虑重点是使用上的要求，结合厦门海仓大桥例子说明桥梁设计可能考虑哪些使用要求？海仓大桥的结构形式是什么？为什么采用该结构形式？2、说明斜拉桥和悬索桥的荷载传递途径，两种桥梁形式的有哪些主要区别？3、拱桥的主要受力特点？拱桥对地基产生很大的水平推力，进而对地基的条件要求提高。
上海卢浦大桥采用什么方式可以减小地基的水平推力。
第七章港口工程1、简述港口的组成部分，及各组成部分的作用？2、结合实际例子说明为什么要修建护岸建筑？护岸方法的种类。
第八章地下工程1、举例你知道的地下工程，简述地下工程应用的优缺点？2、为什么说开发和利用地下空间是现代城市建设的迫切需求？3、海底隧道和跨海大桥两种建设方案的各自优缺点。
《土木工程概论》第2章 土木工程材料
钢材的缺点是易锈蚀，因此需要做好钢结构的 防锈防腐养护。火灾中钢材会软化。
钢材
钢材等级
✓ Q235，Q345， Q390，420
✓ 数字表示钢材的 屈服强度
✓ 强度单位为 MPa(N/mm2)
钢材强度的理解
一块等级为Q235的钢板，厚度10mm，宽度 200mm，按图示方向受拉，则需要多大的拉 力，该钢板会被拉坏？
2.2.2木材
木材的力学性质：木材的顺纹（作用力方向与 纤维方向平行）强度远高于横纹（作用力方向 与纤维方向垂直）强度。因此，木材非常适合 承受拉力和弯矩。
木材的缺点：构造不均匀、各向异性，易吸湿、 吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形，易燃、 易腐等。
2.2.3混凝土和钢筋混凝土
混凝土是由胶结材料、骨料及水按一定比例配 制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成 的人造石材。简写为“砼”。
材料的物理性质主要有密度、弹性模量、泊松 比、孔隙率、含水率等；
材料的化学性质主要包括化学组分、亲水性、 憎水性、老化、锈蚀等。
材料的力学性质指材料在各种荷载作用下的强 度、变形及破坏性质。
材料强度指单位面积上材料所能承受的最大荷 载。
概念：弹性、塑性
橡皮擦
橡皮泥
土木工程材料的功能性属性主要有抗火性能、 隔热性能、抗腐蚀性能等，是功能材料选择的 依据。
2.1 土木工程材料与工程结构的关系
土木工程材料的选择与土木工程设计方案、施 工方案、工程经济性、及使用性能密切相关。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度、建筑物的 高度、道路的最大载重量、以及工程造价等。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度：
石拱桥的单孔跨度通常不超过20米； 钢索拉结的悬索桥单跨跨度早已突破千米， 1998年建成的日本明石大桥主跨为1991米。
钢材
钢材等级
✓ Q235，Q345， Q390，420
✓ 数字表示钢材的 屈服强度
✓ 强度单位为 MPa(N/mm2)
钢材强度的理解
一块等级为Q235的钢板，厚度10mm，宽度 200mm，按图示方向受拉，则需要多大的拉 力，该钢板会被拉坏？
2.2.2木材
木材的力学性质：木材的顺纹（作用力方向与 纤维方向平行）强度远高于横纹（作用力方向 与纤维方向垂直）强度。因此，木材非常适合 承受拉力和弯矩。
木材的缺点：构造不均匀、各向异性，易吸湿、 吸水，因而产生较大的湿胀、干缩变形，易燃、 易腐等。
2.2.3混凝土和钢筋混凝土
混凝土是由胶结材料、骨料及水按一定比例配 制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成 的人造石材。简写为“砼”。
材料的物理性质主要有密度、弹性模量、泊松 比、孔隙率、含水率等；
材料的化学性质主要包括化学组分、亲水性、 憎水性、老化、锈蚀等。
材料的力学性质指材料在各种荷载作用下的强 度、变形及破坏性质。
材料强度指单位面积上材料所能承受的最大荷 载。
概念：弹性、塑性
橡皮擦
橡皮泥
土木工程材料的功能性属性主要有抗火性能、 隔热性能、抗腐蚀性能等，是功能材料选择的 依据。
2.1 土木工程材料与工程结构的关系
土木工程材料的选择与土木工程设计方案、施 工方案、工程经济性、及使用性能密切相关。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度、建筑物的 高度、道路的最大载重量、以及工程造价等。
不同的工程材料限制了桥梁的跨度：
石拱桥的单孔跨度通常不超过20米； 钢索拉结的悬索桥单跨跨度早已突破千米， 1998年建成的日本明石大桥主跨为1991米。
土木工程概论第2章土木工程材料
2.1.2 土 木 工 程 对 材 料 的 要 求
图2-4 土木工程材料按组成及化学成分的分类
2.1.3 土 木 工 程 材 料 的 分 类
2.1.4 土 木 工 程 材 料 在 土 木 工 程 中 的 作 用
木材具有对热、声、电的传导性较低，弹性、塑性好， 能承受冲击和振动，容易加工，木纹美观，在干燥环境或长 期处于水体环境中均有很好的耐久性等优点；但木材也有构 造不均匀，容易因吸湿、吸水而导致形状、尺寸、强度等物 理、力学性能发生变化，长期处于干湿交替环境中耐久性变 差，易燃、易腐、天然疵病较多等缺点。
2.3.2 混 凝 土
4.钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土
图2-29 铺设钢筋混 凝土
图2-30 预应力混凝 土简支梁
2.3.2 混 凝 土
5.其他混凝土
2.3.2 混 凝 土
2.3.2 混 凝 土
图2-31 泵送混凝土 施工
图2-32 碾压混凝土坝施工
2.3.2 混 凝 土
1.砌筑砂浆
砌筑砂浆是将砖、石砌块黏结成砌体的砂浆。砌筑砂浆可 黏结砖、石砌块以构成砌体，传递荷载、协调变形，是砌体 的重要组成部分。砌筑砂浆强度等级应根据设计要求或规范 规定确定，重要的砌体应选用强度等级高的砂浆。
2.3.3 砂 浆
1.烧结砖
图2-37 烧结砖
图2-38 烧结普通砖
2.4.1 砖
图2-39 几种多孔砖的规格和孔洞示意
图2-40 烧结空心砖
2.4.1 砖
2.蒸养（压）砖
蒸养（压）砖属于硅酸盐制品，是以石灰和含硅原料 （砂、粉煤灰、炉渣、矿渣、煤矸石等）加水拌和，经成 型、蒸养（压）制成。目前使用的蒸养（压）砖主要有粉煤 灰砖、灰砂砖和炉渣砖等，其规格尺寸与烧结普通砖相同。
土木工程概论_02土木工程材料
杭州西湖六和塔
杭州六和塔又名六合塔。 “六合”即天地、东南西北之意， 以显示其广阔的含义。六和塔位 于杭州西湖南面，钱塘江畔北岸， 月轮山上。六和塔，外观八面十 三层，内分七级（合佛教“救人 一命，胜造七级浮屠”之意）。 高五十九点八九米，占地八百八 十八平方米。
2.2 近代土木工程材料
2.2.1 钢材
一、钢材的分类 建筑钢材的产品种类一般分为型材、板材、管材 和金属制品四类。
2.2.1 钢材
1、型材 主要有角钢、工字钢、槽钢、方钢、吊车轨道、金 属门窗、钢板桩型钢等。
槽钢
钢 管
工字钢 H型钢
角钢
2.2.1 钢材
2、板材 主要指钢结构用钢，建筑结构中主要采用中厚板与 薄板。 3、管材 主要用于桁架、塔桅等钢结构中。 4、金属制品 土木工程中主要使用的产品有钢丝、钢丝绳以及预 应力钢丝及钢绞线。
2.1 传统土木工程材料
2.1.1 砖
砖的分类：
标准砖
多孔砖
砌块
2.1.2 瓦
瓦是屋面材料。
瓦，一般指粘土瓦。 以粘土（包括页岩、煤矸 石等粉料）为主要原料， 经泥料处理、成型、干燥 和焙烧而制成。粘土瓦的 生产工艺与粘土砖相似， 但对粘土的质量要求较高， 如含杂质少，塑性高，泥 料均化程度高等。中国目 前生产的粘土瓦有小青瓦、 脊瓦和平瓦。
2.2.3 混凝土
2、特种混凝土 (1) 轻集料混凝土（轻质砼、轻骨料砼）、 (2) 纤维增强混凝土（简称FRC） (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土（碾压砼） (5) 自密实混凝土
2.2.3 混凝土
3、钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土
钢筋混凝土是指 配置钢筋的混凝土。
钢筋骨架
2.2.3 钢筋混凝土的由来
土木工程概论教学课件第2章土木工程材料
钢结构
2.4 水泥
一、水泥的定义 水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在
空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整，并形成坚硬石材 的材料 。
二、水泥的分类
•按化学成分划分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等系 列。
•硅酸盐水泥按掺混合材料的种类及数量不同，又分为硅酸盐水泥 、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤 灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。
常用的建筑塑料有：
聚氯乙烯塑料（PVC）、聚乙烯（PE）、聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）、酚醛树酯、不饱和聚脂树酯（UP）、环氧树酯（EP）等 。
三、建筑装饰材料
建筑装饰材料是指用于建筑物表面（如墙面、柱面、地面及顶 棚等）起装饰效果的材料。
建筑陶瓷 建筑玻璃
四、建筑涂料
建筑涂料是指涂敷于建筑物表面能干结成膜，具有防护、装饰、 防腐、防火或其他特殊功能的物质。
第2章 土木工程材料
2.1 概述 2.2 砖、瓦、砂、石、灰 2.3 钢材 2.4 水泥 2.5 木材 2.6 混凝土 2.7 砂浆 2.8 其他材料
二、建筑材料的分类
三、土木工程材料的产品标准
1
2
3
4
国家标准 行业标准 地方标准 企业标准
2.2 砖、瓦、砂、石、灰
一、砖
标准砖
多孔砖
空心砖
1-粗骨料；2-细骨料；3-水泥浆体
2.7 砂浆
砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成， 其在土木工程中起黏结、铺垫、传递荷载的作用。 砌筑砂浆主要用于各类砌体结构的砌筑，以水泥砂浆或水泥石灰砂 浆为主。
2.8 其他材料
一、沥青及沥青防水卷材 沥青是一种有机胶凝材料，它是由多种碳氢化合物及其非金属衍
2.4 水泥
一、水泥的定义 水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在
空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整，并形成坚硬石材 的材料 。
二、水泥的分类
•按化学成分划分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等系 列。
•硅酸盐水泥按掺混合材料的种类及数量不同，又分为硅酸盐水泥 、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤 灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥等。
常用的建筑塑料有：
聚氯乙烯塑料（PVC）、聚乙烯（PE）、聚甲基丙烯酸甲酯（ PMMA）、酚醛树酯、不饱和聚脂树酯（UP）、环氧树酯（EP）等 。
三、建筑装饰材料
建筑装饰材料是指用于建筑物表面（如墙面、柱面、地面及顶 棚等）起装饰效果的材料。
建筑陶瓷 建筑玻璃
四、建筑涂料
建筑涂料是指涂敷于建筑物表面能干结成膜，具有防护、装饰、 防腐、防火或其他特殊功能的物质。
第2章 土木工程材料
2.1 概述 2.2 砖、瓦、砂、石、灰 2.3 钢材 2.4 水泥 2.5 木材 2.6 混凝土 2.7 砂浆 2.8 其他材料
二、建筑材料的分类
三、土木工程材料的产品标准
1
2
3
4
国家标准 行业标准 地方标准 企业标准
2.2 砖、瓦、砂、石、灰
一、砖
标准砖
多孔砖
空心砖
1-粗骨料；2-细骨料；3-水泥浆体
2.7 砂浆
砂浆是由胶凝材料、细骨料和水等材料按适当比例配制而成， 其在土木工程中起黏结、铺垫、传递荷载的作用。 砌筑砂浆主要用于各类砌体结构的砌筑，以水泥砂浆或水泥石灰砂 浆为主。
2.8 其他材料
一、沥青及沥青防水卷材 沥青是一种有机胶凝材料，它是由多种碳氢化合物及其非金属衍
土木工程材料(2.2近代土木工程材料)
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• 可持续发展：随着全球环境问题的日益严重，可持续发展将成为未来土木工程 材料的重要发展方向。例如，利用废弃物和可再生资源制备土木工程材料，降 低生产过程中的能耗和排放，提高材料的循环利用效率等。
• 跨学科融合：未来的土木工程材料研究将更加注重跨学科的融合与创新。例如 ，将生物学、化学、物理学等多学科的理论和技术引入土木工程材料的研发中 ，以实现材料的性能突破和功能创新。
近代土木工程材料的分类
根据不同的分类标准，近代土木工程材料可以分为不同的类型。按照使用功能可以分为结构材料、功 能材料和装饰材料等；按照材质可以分为金属材料、非金属材料和复合材料等；按照生产工艺可以分 为铸造材料、锻造材料、焊接材料和粘接材料等。
02 混凝土材料
混凝土的组成和性质
01
02
03
04
高强度钢材
通过提高钢材的碳含量或添加合金 元素，提高钢材的强度和硬度，但 塑性和韧性可能有所降低。
不锈钢
添加铬元素，具有良好的耐腐 蚀性和抗氧化性，同时具有较
好的力学性能。
钢材的力学性能和加工性能
力学性能
钢材具有较高的强度、硬度和耐 磨性，常用于承受重载和冲击的 场合。
加工性能
钢材可以通过锻造、轧制、焊接 等加工工艺，制成各种形状和尺 寸的构件。
与骨料的粒径、水泥强度等级等因素有关。
耐久性
02
指混凝土在使用过程中保持其性能的能力，包括抗渗性、抗冻
性、抗腐蚀性等。
环境因素
03
如温度、湿度、CO2浓度等对混凝土的强度和耐久性产生影响。
混凝土的配合比设计
01
02
03
设计原则
第2章土木工程材料
• 根据 尺 寸 偏 差
外 观 质 量 分为 物理力学性能
优等品、一等品和合 格品 或 一等品和合格品
平瓦
波形瓦
2.1.3 石 材
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
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
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
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
2.1.6 木 材
• 优点: 轻质高强易加工(锯、刨、钻)；弹性、韧性高；
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
袋装水泥
1、水 泥 — 定义和分类
• 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)
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
2.1.5 灰
1、 石 膏
一种以硫酸钙为主要成分的气硬性胶凝材料
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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。
钢筋分类
型材：型钢、钢轨、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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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）
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。
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
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。
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。
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。
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？
• 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
＋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
• 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
竹木地板木地板源自塑料及制品• 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。
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。
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。