土木工程材料-绪论(发展史)

瓦
强度较高
耐腐蚀性好
缺点
脆性大
易破损
一万年前 5000年前
年
钢铁
混凝土
工业时代 铁器时代 砖、瓦 青铜时代 石、石膏、石灰 新石器时代 土、木
工业时代：钢铁、混凝土
英国塞文河铁桥
1779年英国塞文河铁桥 拱形结构，跨度30米 世界上第一座铁桥
公元1000年 公元2000年
青铜时代
石 新石器时代 土、木
石灰 石膏
青铜时代：石材
墙垣
柱础
青铜时代：石材
左塞尔阶梯金字塔
胡夫金字塔
公元前2700年
实心的巨石体 公元前2560年
世界上最早用石块修建的陵墓
世界上最大的金字塔
希腊巴特农神庙 空间架构
青铜时代：石材
公元前438年建成 46根高达10米的石柱支撑
科技时代：功能材料等新型材料
新型防水材料
新型保温材料
新型复合材料
新型功能材料
随着人类开发新的更有科技含量的建材
我们的生活也将变得丰富多彩 我们的家园也将变得更加美好
……
谢谢大家！
工业时代：钢铁、混凝土
1900年 1850年 1800年 1750年
1867年 发明钢网水泥花盆 1824年 发明波特兰水泥 1796年 烧制罗马水泥 1756年 烧制水硬性石灰
法国园艺师莫尼埃经常 跟花盆打交道，一次不经意 间，发现了摔碎的花盆里面 的土并没有洒落，原来是植 物的根系发达，他灵机一动 ，将想法付诸实施，取得了 水泥花盆和混凝土花盆的专 利权。
重点关注
梁跨度都很小
石的抗压强度高
青铜时代：石材
生活现象
集中荷载作用下梁的弯曲变形图
胸口碎大石
抗弯抗剪 强度较弱
新石器时代：土、木 课堂讨论
石的抗压强度很高，而它的抗弯抗剪很弱，跨度如此之 小，怎么用石材修建一些跨度比较大的建筑呢？
青铜时代：石材
拱
拱结构：实例一 古罗马圆形大剧场
青铜时代：石材
工业时代：钢铁、混凝土
1900年 1850年 1800年 1750年
1875年 建成钢筋混凝土桥 1867年 发明钢网水泥花盆 1824年 发明波特兰水泥 1796年 烧制罗马水泥
1875年,莫尼埃建成了 世界上第一座钢筋混凝土 桥,建于苏格兰连芬南德混 凝土高架桥。
1756年 烧制水硬性石灰
1900年 1850年 1800年 1750年
建筑材料
Construction Materials
（1）什么是建筑材料？
思考
（2）人类是从什么时候开始使用建筑材料的？
（3）常说“秦砖汉瓦”，秦朝和汉朝才开始使 用砖和瓦吗？
建筑材料 房屋、桥梁、道路、水工等土建工程中所用材料的总称
水泥
石灰
砂
石
木材
钢材
沥青
建筑材料
人类文明
旧石器时代 旧石器时代——居住在天然洞穴，不需要建筑材料
铁器时代：砖和瓦
红砖
青砖
红砖与青砖有什么区别呢？
铁器时代：砖和瓦
优点
取材方便
砖
煅烧温度较低
抗压强度较高
缺点
运输方便
孔隙率大 抗弯抗剪强度低 破坏土地资源
铁器时代：砖和瓦
多孔砖
空心砖
铁器时代：砖和瓦
阿房宫前殿遗址
西汉“都司空”瓦当
铁器时代：砖和瓦
普通瓦
琉璃瓦
铁器时代：砖和瓦
优点
防水隔热性好
工业时代：钢铁、混凝土
1900年 1850年 1800年
英国工程师斯米顿发现： 水硬性石灰，必须采用含有黏土的 石灰石来烧制
1750年
1756年 烧制水硬性石灰
爱迭斯顿灯塔
1900年 1850年 1800年 1750年
工业时代：钢铁、混凝土
1796年 烧制罗马水泥 1756年 烧制水硬性石灰
英国人帕克用泥灰岩烧制出 了一种水泥，外观呈棕色，很像 古罗马时代的石灰和火山灰混合 物，命名为罗马水泥。
不同点
水化热大 凝结硬化慢 体积收缩大
凝结硬化快 体积微膨胀
一万年前 5000年前
公元元年
建筑材料发展的时间轴
公元1000年 公元2000年
砖
瓦
铁器时代
青铜时代
石、石膏、石灰
新石器时代 土、木
铁器时代：砖和瓦
西周墓穴中的砖
长城
特点
重量不大，尺寸相同 人工搬运，手工施工
加快施工速度 提升了施工质量
法兰西剧院
工业时代：钢铁、混凝土
铁在建筑上的使用， 于1786年首次运用在 法兰西剧院的铁屋顶上
工业时代：钢铁、混凝土
巴黎植物园的温室（1833年）
伦敦海德公园博览会会馆（1851年）
工业时代：钢铁、混凝土
芝加哥保险公司大厦（1885年） 共10层，高55米
埃菲尔铁塔（1889年） 塔高328米，重约7000吨 18000多个钢铁部件和250万个铆钉
天然泥灰岩作原料，不经配 料直接烧制而成的，故命名为天 然水泥。具有良好的水硬性和快 凝特性，特别用于与水接触的工 程。
工业时代：钢铁、混凝土
1900年 1850年 1800年 1750年
1824年 发明波特兰水泥 1796年 烧制罗马水泥 1756年 烧制水硬性石灰
英国建筑工人阿斯谱丁 取得了波特兰水泥（Portland cement）的专利权。他用石 灰石和黏土为原料，按一定 的比例配合后，在立窑内煅 烧成熟料，再经磨细制成的 水泥。
加工运输困难
这些大块的石材，相互之间如何胶凝在一起呢？
古埃及：石膏
硫酸钙
古希腊：石灰
氧化钙（生石灰） 氢氧化钙（熟石灰）
青铜时代：石灰和石膏
古罗马
石灰+砂 石灰砂浆
青铜时代：石灰和石膏
石灰
青铜时代：石灰和石膏
石膏
共同点
煅烧温度较低 可塑性和保水性好
强度低 耐水性差
青铜时代：石灰和石膏
石灰
石膏
钢和混凝土的组合结构具有良好的抗震性 能和耐腐蚀、耐火等性能
工业时代：钢铁、混凝土
华沙文化科学宫（1955年） 42层，241米
迪拜塔（2010） 162层，828米
一万年前 5000年前
公元元年
建筑材料发展的时间轴
公元1000年 公元2000年
科技时代 功能材料、智能材料 工业时代 钢铁、水泥、混凝土 铁器时代 砖、瓦 青铜时代 石、石膏、石灰 新石器时代 土、木
抗压强度高
混
凝
可塑性好
土
与钢筋粘结良好
缺点
抗拉强度低 自重大 硬化慢
课堂讨论
工业时代：钢铁、混凝土
为什么钢筋和混凝土两者能够融合在一起，协同工作非 常好呢？
工业时代：钢铁、混凝土
钢
作为承受拉力的载体 可以弥补混凝土抗拉强度低
的弱点
混凝土
作为钢筋的保护层 降低钢筋腐蚀性差和耐火性
差给结构带来的风险
优点
工业时代：钢铁、混凝土
轻质高强 刚度大
钢
材质均匀
塑性、韧性好
缺点
耐腐蚀性差 耐火性差
纽约的世贸中心
工业时代：钢铁、混凝土
110层，411米 塔柱边宽63.5米 用钢量78000吨 外围为密置的钢柱 墙面为铝板和玻璃
工业时代：钢铁、混凝土
2001年9月11日 8:46 AM 北楼 10:28 AM 9:03 AM 南楼 10:05 AM
工业时代：钢铁、混凝土
1903年 建成英格尔斯大楼 1875年 建成钢筋混凝土桥 1867年 发明钢网水泥花盆
1824年 发明波特兰水泥
1796年 烧制罗马水泥 1756年 烧制水硬性石灰
美国辛辛那提市的英格尔斯大楼 16层，高64米
世界上第一幢钢筋混凝土高层建筑
工业时代：钢铁、混凝土
优点
原材料丰富 成本低
一万年前 5000年前
公元元年
建筑材料发展的时间轴
公元1000年 公元2000年
新石器时代
土
木
新石器时代：土、木
西安半坡氏族的圆形房子 河姆渡干栏式房屋复原图
木
基础、柱、梁
黏土和草
墙
新石器时代：土、木
土砖房
黏土
秸秆或 稻草
晒
干
土砖
土砖墙
黏土
砌筑胶凝材料
埃及人土砖建筑物
新石器时代：土、木
黏土
砂和草
晒 干
土砖
黏土
砌筑胶凝材料
新石器时代：土、木
优点
取材方便 可塑性好
缺点
土
干缩开裂
耐水性差
新石器时代：土、木
优点
轻质高强 易于加工 弹性和韧性好
木
缺点
内部不均匀 湿胀干缩大 耐火和耐腐蚀性差
新石器时代：土、木
土 古代工程建设称为
木
大兴土木
土木工程
一万年前 5000年前
公元元年
建筑材料发展的时间轴
建于公元72年至82年间 面积约2万平方米 10万立方米石料 可容纳近九万人
拱结构：实例二 赵州桥
青铜时代：石材
公元605年至616年 桥体全部用石料建成
净跨37米 宽9米 拱矢高度7.24米 利用拱将石材的优势充分发挥
拱形石材的里程碑
优点
青铜时代：石材
抗压强度高 耐久性好
思考
缺点
石
自重大
抗弯抗剪强度低