02第二章 工程材料与制品

砖的分类:
按照生产工艺:可分为烧结砖和非烧结砖; 按所用原材料 :可分为粘土砖、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。
各种砖的示意图:
烧结空心砖
蒸压灰砂砖
陶粒混凝土小型空心砌块
瓦
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。中国瓦的生产比砖早。西周时期就形成了独立 的制陶业，西汉时期工艺上又取得明显的进步，瓦的 质量也有较大提高，因称“秦砖汉瓦”。 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。 粘土瓦只能应用于较大坡度的屋面。由于材质脆、自 重大、片小，施工效率低，且需要大量木材等缺点， 在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。
石的分类:
一、毛石:也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石 块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。 二、料石:由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿 琢而成。根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石 和细料石四种。 三、 饰面石材:用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等 处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理 石和花岗岩两大类。 四、色石渣:也称色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花 岗岩等石材经破碎筛选加工而成. 五、 石子:在混凝土组成材料中，砂称为细骨料，石子称为粗骨料， 石子除用作混凝土粗骨粒外，路桥工程、铁道工程的路基道渣等也 常用。石子分碎石和卵石.
材料也可按功能分类
一般分为结构材料（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 其它功能的材料，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）。
材料还可按用途分类
如建筑结构材料；桥梁结构材料；水工结构 材料；路面结构材料；建筑墙体材料；建筑装饰 材料；建筑防水材料；建筑保温材料等。
②毛石：砌体用毛石呈块状，其中部厚度不应
小于200 mm。毛石又有乱毛石和平毛石之分，乱毛 石是指形状不规则的石块，平毛石是指形状不规则， 但有两个平面大致平行的石块。毛石主要用于基础、 挡土墙、毛石混凝土等。
图
例
图
例
灰
所谓灰是指石灰和石膏。石灰和石膏是无机胶凝材料，土木 工程中用胶凝材料将散粒材料（如砂和石子）或块状材料（如砖 和石块）粘结为一个整体。 一、石膏 我国石膏资源丰富，已探明天然石膏储量为471.5亿吨，居 世界之首。 土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏，建筑石膏加水 后拌制的浆体具有良好的可塑性。建筑石膏的应用很广，除用于 室内抹面、粉刷外，更主要的用途是制成各种石膏制品。 二、石灰 石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一。石灰石 的主要成分是碳酸钙，将石灰石煅烧，碳酸钙将分解成为生石灰。
3、变质岩：
建筑上常用的变质岩有：大理岩、片麻岩、石英 岩、板岩等。
按外形分类
按外形建筑用石材分为料石和毛石。 ①料石：砌筑用料石，按其加工面的平整程度 可分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石四种。 料石外形规则，截面的宽度、高度不小于200 mm，长度不宜大于厚度的4倍。料石根据加工程度分 别用于建筑物的外部装饰、勒脚、台阶、砌体、石 拱等。
(a)单一颗粒 (b)两种粒径 (c)多种粒径 由此可见，砂子的空隙率取决于砂料各级粒径的搭配程度。
砂的存在状态:
砂在自然状态下往往含有一定的水分，其含水 状态有四种。 1．完全干燥状态[ 图（a）] 在105℃±5℃下 烘干，达恒重时的状态。 2. 风干状态[ 图（b）] 也叫气干状态，指砂 子含水率和周围湿度达动态平衡时的状态。 3. 饱和面干状态[ 图（c）] 颗粒表面干燥， 内部孔隙吸水达饱和时的状态。 4. 完成湿润状态[ 图（d）] 颗粒内部吸水饱 和且表面附有吸附水的状态。
18000 年前的北京周口店山顶洞人，就居住在天然岩洞 中。
距今约6000年的西安半坡遗址，却已是采用木骨泥墙建 房，并发现有制陶窑场。 建于公元前7世纪的万里长城，所用的砖石材料就达1亿 多立方米。 战国时期（公元前 475~ 公元前 221 ），筒瓦、板瓦 已广泛使用，并出现了大块空心砖和墙壁装修用砖。
塑料、涂料、胶粘剂
3、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
按材料的化学成分分类
黑色金属：钢、铁、不锈钢等 金属材料 有色金属：铝、铜等其他合金 天然石材：砂、石及石材制品等 烧土制品：砖、瓦、玻璃等 非金属材料
土 木 工 程 材 料
无 机 材 料
胶凝材料：石灰、石膏、水泥、水玻璃等
河南登封蒿岳寺塔
金字塔
赵州桥
砖
砖是一种常用的砌筑材料。砖瓦的生产和使用在我国 历史悠久，有“秦砖汉瓦”之称。 优点：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。
缺点：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。
一般来说，土木工程对材料的基本要求
安全
适用
诸如隔热、保温、隔声、防水等
美观 光泽、质感、色泽、图案、花纹 耐久与经济
几个实例
（1）95年9月的“锦普大厦事件”，由于该工程使 用了安定性不合格的水泥，上海市建委下令将大 厦从11——14层实行定向爆破，推倒重建，直接 经济损失268万元。 （2）95年6月的“三丰惨剧”。95年6月29日韩国 的三丰百货大楼顷刻倒塌，死亡 400 余人，原因 之一，偷工减料。 （3）分别建于84、89年的济南、潍坊机场因水泥 质量问题，未用多少年跑道就不能使用。
混凝土及硅酸盐制品：混凝土、砂浆及硅酸盐制品
有 机 材 料 复 合 材 料
植物材料：木材、竹材等 沥青材料：石油沥青、煤沥青、沥青制品等 高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂等
无机非金属材料与有机材料复合：玻璃钢、聚合物混凝土、沥青混合料等
金属材料与无机非金属材料复合：钢纤维混凝土等 金属材料与有机材料复合：轻质金属夹芯板
云南云灰大理石
天然石材贴面的房屋内墙
花岗石外墙
碎石
按岩石的形成分类
根据组成砌筑石材的岩石形成地质条件不同， 砌筑石材可分为岩浆岩石材、沉积岩石材和变质 岩石材。 1、岩浆岩：岩浆岩根据岩浆冷却条件的不同， 又分为深成岩、喷出岩和火山岩三种。 建筑上常用的深成岩有：花岗岩、闪长岩、 辉长岩、玄武岩、辉绿岩、安山岩等。 2、沉积岩：建筑上常见沉积岩有：石灰岩、 砂岩、页岩、砾岩、石膏、硅藻石、硅藻土、蛋 白石等。
第一节 砖、瓦、砂、石、灰
砖、瓦、砂、石、灰可统称为地方材料，由于其 工程用量大，原料价格低，一般都在当地或附近采购。 砖、瓦、砂、石、灰这些材料是最基本的建筑材料。 无论是在古代，还是在现代的建筑领域中，砖、瓦、 砂、石、灰处于不可替代的地位。就好比水是由氢元 素和氧元素组成的，建筑都是由砖、瓦、砂、石、灰 等基本的建筑材料组成的。
瓦的分类:
瓦是屋面材料。由于建筑工业的发展，对屋面材料也 提出了新的发展要求。目前，瓦的种类较多: 按成分分，有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网 水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等； 按形状分,有平瓦和波形瓦两类。
春秋瓦当图
东周瓦当图
普 通 瓦
砂
砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是 土木工程的大宗材料。 砂一般分为天然砂和人工砂两类。由自然条件作 用（主要是岩石风化）而形成的，粒径在5mm以下的岩 石颗粒，称为天然砂。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。
在欧洲，公元前2世纪已有采用天然火山灰、石 灰、碎石拌制天然混凝土用于建筑。 1824年，英国人Josepb Aspdin发明了水泥，称 为波特兰水泥（即我国的硅酸盐水泥）。 钢材在建筑工程中的应用也是出现在19世纪中叶， 1850年法国人制造了第一只钢筋混凝土小船， 1872年在纽约出现了第一所钢筋混凝土房屋。 水泥和钢材这两种材料的问世，为后来建造高层 建筑和大跨度桥梁提供了物质基础。
几个实例
（4）北京三元里等八个立交桥和天津八里台等三 个立交桥，使用不到10年，就出现较大裂缝；上 海站的轨枕仅八年就破损2/3。
（5）209国道湖北郧阳县土柳路段通车仅二个月， 路面就大面积破损， 316 国道湖北随洲白鹤山段 尚未通车既发生断板材23块、裂缝12条。
新型建材促进结构工程发展
古罗马万神殿，半球穹顶直径43.5m，重12000吨； 波兰钢筋砼世纪大厅肋形拱顶直径65m，重1500吨； 墨西哥钢混薄壁构件饭店双曲抛物面薄壳屋盖直径 32m、厚4cm，重仅100吨； 德国玻璃纤维增强水泥园艺展览厅双曲抛物面屋盖， 直径31m、厚1cm，重25吨； 近年出现彩板轻钢仅厚1mm，现场加工成大跨度屋面， 重量进一步减轻； 建筑膜搭建厚度仅为0.2mm的新型膜结构每平方米重 量20Kg；
按材料的化学成分可将材料分为三大类：
黑色金属（铁、钢）、有色金 属（铝、铜及合金等）
金属材料
1、无机材料
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
植物材料
2、有机材料 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
绪论Leabharlann Baidu
纵观我国历史，劳动人民在土木工程 材料的生产和使用方面，曾经取得重大的 成就。在金属冶炼、木材防腐和陶瓷工艺 等方面，都曾居世界领先地位。每当出现 新的建筑材料时，土木工程就有飞跃式的 发展。土木工程的三次飞跃发展是砖瓦的 出现、钢材的大量运用、混凝土的兴起。
建筑材料简史
1.古代：穴居巢处 2.石器、铁器时代：简单工具，凿石成洞、伐木 为棚 3.筑土、垒石阶段 4.天然材料—人工生产：烧制砖瓦和石灰 5.18、19世纪：钢材水泥，钢筋混凝土 6.20世纪：预应力混凝土、其它功能材料 我国：冶金、木材防腐、陶瓷、石材、长城、都 江堰、故宫
在古埃及，充满着智慧和勤劳的古埃及人民不可 思议地创造了世界的七大奇迹之一的金字塔。金字塔 由砂、石、灰等古老而基本的材料建成，完全没有含 有当今科技的混凝土和钢筋。我们祖先也是充满着智 慧和勤劳的，当时我们的造桥技术处于领先地位，能 横跨很宽的河流而中间不用桥墩。这不仅体现了较好 的结构特性，而且还表明砖、砂、石、灰等材料制作 水平高和运用合理。例如我国的赵州桥，它经历了几 百年沧桑仍然屹立在那里。
砂的粗细程度:
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。砂的颗粒 级配是指砂子大小颗粒的搭配比例。
如图可以看出，如果是同样粗细的砂，空隙最大 [ 图（a）]，两种粒径的砂搭配起来，空隙有所减小 [ 图（b）]，三种粒径的砂搭配，空隙更小[ 图（c）]。
骨料颗粒级配示意图:
任何土木工程建（构）筑物 （包括道路、桥梁、港口、码头、 矿井、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 的各种材料统称为土木工程材料。
材料的品种
一般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，则有无机（矿物质） 与有机之别
第二章 工程材料与制品
* 建筑材料的定义
指土木工程所用材料和制品的总称。 （土木工程材料）
传统七大建材— 砂石、胶凝材、混凝土、 砖瓦、钢材、木材、沥青
学习建筑材料的意义
1.建筑材料是土木工程的物质基础。 （广州白天鹅宾馆所用装饰材料的品种多达4500余 种）
2.建筑材料影响和制约工程质量、功能与经济性能。 3.建筑材料的发展历程是时代象征、文明标志。
砂的各种存在状态的示意图:
显然，砂的含水状态直接影响混凝土或砂浆拌合用水及砂 的用量。
石
凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材， 统称为天然石材。 天然石材是最古老的土木工程材料之一。由于天 然石材具有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性， 经加工后表面美观富于装饰性，资源分布广蕴藏量丰 富，便于就地取材，生产成本低等优点，是古今土木 工程中修建城垣、桥梁、房屋、道路及水利工程的主 要材料。天然石材经加工后具有良好的装饰性，是现 代土木工程的主要装饰材料之一。