土木工程建设

第三章土木工程材料

3.1土木工程材料是建筑物的重要物质基础，在任何一项建筑物中，土木工程材料的投资都占有非常大的比重。土木工程材料的品种、性能和质量将直接影响着建筑物的功能、适用性、耐久性、经济性和环保性，并在一定程度上影响着土木工程材料的使用方式和建筑物的施工方法。

新型绿色环保土木工程材料和生态土木工程材料

3.2木材是最早用于土木工程的材料之一

我国现存时代最早、规模最大的木结构古建筑----五台山佛光寺大殿

木材的优点：轻质高强；有较高的弹性和韧性；易加工；承受冲击和振动作用好；导热系数低；保温隔热；具有较好的耐久性；纹理美观，色调温和，风格典雅，装饰效果好；绝缘性能强；无毒性

木材的缺点：构造不均匀，呈各向异性；自然缺陷多，影响了材质和使用率；湿胀干缩，使用不当容易产生干裂和翘曲；存放和使用过程中维护不当，则易腐朽、霉烂和虫蛀；耐火性差，易燃烧

树木的种类很多，常分为针叶树和阔叶树两类

针叶树，又名软木材，树干直而高大，材质轻软，易于加工，表观密度和胀缩变形小，有一点强度，是常用的主要承重结构木材。阔叶树，又名硬木材，大多数树种的材质强度较高，表观密度较大，材质坚硬，加工较难，且胀缩、翘曲、裂缝等较针叶树明显

树木由树皮、髓心和木质部三部分组成

靠近髓心部分颜色较深为心材，靠近树皮部分颜色较浅为边材

在同一生长年中，春天细胞分裂速度快，细胞腔大壁薄，所以构成的木质较疏松颜色较浅称为早材或春材

夏秋两季细胞分裂速度慢，细胞腔小壁厚，构成的木质较致密，颜色较深，称为晚材或夏材木材的主要物理和力学性质是含水率、湿胀干缩、表观密度和强度

木材常用的强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度

木材是一种非均匀材料，具有各向异性，使木材的强度有很强的方向性

木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多，在工程上均充分利用木材的顺纹强度。理论上，木材强度以顺纹抗拉强度为最大，其次是抗弯强度和顺纹抗拉强度

影响木材强度的主要因素有含水率、密度、颗粒结构、温度和木材缺陷。其中木材的密度是影响木材轻度的最主要因素。一般来说，木材的密度越大，强度越高；木材的密度越小，强度越低

木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置可分为：自由水、吸附水和化学结合水

当木材含水率小于纤维饱和点时，随含水率的增加，强度将下降，尤其是木材抗弯强度和顺纹的抗压强度；当木材含水率超过纤维饱和点时，含水率的变化不影响木材的强度

当温度升高时，木材的强度也会降低

木材的使用温度以50℃以下的正温为宜

结构和装饰用木材一般选用等级较高的木材一般Ⅰ级木材用于受拉或受弯构件；Ⅱ级木材用于受弯或受压构件；Ⅲ级木材用于受压构件及次要受弯构件

木材的缺陷包括木节、腐朽、斜纹、裂纹、髓心及虫蛀等，这些缺陷都会影响木材的强度。如木节使顺纹抗拉强度明显降低，而顺纹抗剪强度有所提高；斜纹使木材的抗弯强度和抗拉强度都有所下降

木材作为土木工程材料最大的缺陷是容易腐蚀、虫蛀和燃烧

木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的

变色菌侵入木材较深，难以除去，损害木材的外观质量

腐朽菌的生存和繁殖，除了靠木材提供养料外，还必须同时具备以下三个条件：适宜的水分、空气和温度。当木材的含水率在35%~50%，温度在25~30℃,木材中又存在一定量的空气，最适宜腐朽菌的繁殖，如果能够破坏其中的一个条件的话，腐朽菌则不能破坏木材

木材的防腐主要采用两种形式，一种是破坏腐朽菌生存繁殖的条件，另一种是把木材变成有毒物质，使其不适于作真菌的养料

木材的防火主要有表面涂敷法和溶液浸注法

我国木材供应的主要形式有原条、原木和板枋三种，原条是指除皮、根、树梢，但尚未加工成规定尺寸的木材。用于搭建脚手架；原木是指除皮、根、树梢的木材，并按一定尺寸加工成规定直径和长度的木材。用于制作屋架；板枋是指原木经锯解加工而成的木材，宽度不足厚度三倍的木材，称为枋材

人造板是以木材、木质纤维、碎木料或其他植物纤维为原料，加入胶黏剂和其他添加剂制成的板材。人造板主要有型压板、层压板和夹心板三种

3.3金属材料包括黑色金属盒有色金属两大类，黑色金属是以铁元素为主要成分的金属及其合金，如铁、钢、合金钢。有色金属是以其他金属元素为主要成分的金属及其合金，如铜、铝、铅等金属及其合金

土木工程中用的钢材主要有各种型钢、钢板、钢管和各种钢筋、钢丝、钢绞线

在土木工程中，使用最多的金属材料是钢材

钢材在土木工程中的应用：

1.土木工程结构钢

土木工程结构使用的钢材主要有碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢

碳素结构钢又称普通碳素结构钢，适用于一般结构和工程

低合金高强度结构钢是在钢材中加入规定数量的合金元素而产生的，用以提高钢材的使用性能。常用的合金元素有硅、钒、钛、锰、铬、镍和铜

优质碳素结构钢应对有害杂质含量严格控制，其中S<0.035%，P<0.035$%

2.钢结构用钢

品种主要有热轧型钢、冷弯薄壁型钢、热轧钢板、钢管、钢丝绳和钢绞线

对于厚度为1.5mm~6mm的冷弯型钢也称为冷弯薄壁型钢，冷弯型钢属于高经济截面，由于壁薄、刚度好，能有效的发挥材料的作用，节约钢材

3.钢筋混领土用钢

主要有热轧钢筋、冷轧带肋钢筋和预应立筋

4.专门结构用钢

1）.桥梁结构钢，具有较高的强度，良好的塑性、韧性、可焊性和较高的疲劳强度，桥梁结构钢都采用平炉或氧气转炉镇静钢

2）.钢轨钢

不仅具有较高的强度以承受较高的压力和抗剥离能力，而且还要具有较高的耐磨性、冲击韧性和疲劳强度。一般应选用含碳量较高的平炉或氧气转炉镇静钢进行轧制

钢材的防腐

1.涂敷保护膜：以隔离空气或其他介质

2.电化学防腐：采用阳极保护或阴极保护的措施

3.制成合金钢

3.4 1824年，英国的约瑟夫.阿斯普丁制成了水泥，命名为：波特兰水泥

水泥加水拌合后成浆体，能在空气中硬化或者在水中更好的硬化

水泥按其组成可分为两大类，常用水泥和特种水泥