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1、土木工程概论土木工程概论第二章第二章 土木工程材料土木工程材料 纵观我国历史，劳动人民在土木工程纵观我国历史，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。我国历代许多有面，都曾居世界领先地位。我国历代许多有名的建筑物如万里长城、都江堰水利工程、名的建筑物如万里长城、都江堰水利工程、明故宫和一些宏伟壮观的寺庙、楼阁、塔等明故宫和一些宏伟壮观的寺庙、楼阁、塔等都说明当时我国土木工程材料特别是都说明当时我国土木工程材料特别是天然石天然石料、砖瓦、木材、
2、油漆和粘结材料料、砖瓦、木材、油漆和粘结材料的生产和的生产和应用技术都达到了很高的水平。每当出现新应用技术都达到了很高的水平。每当出现新的建筑材料时，土木工程就有飞跃式的发展。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：土木工程的三次飞跃发展是：砖瓦的出现、砖瓦的出现、钢材的大量运用、混凝土的兴起。钢材的大量运用、混凝土的兴起。概述概述u土木工程材料是土木工程中所有材料的总称，是土木工程土木工程材料是土木工程中所有材料的总称，是土木工程的物质基础，其材料费约占总造价的的物质基础，其材料费约占总造价的50%50%。u土木工程材料的选择是否合理十分关键，因为它决定了建土木工程
3、材料的选择是否合理十分关键，因为它决定了建筑物或构筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响筑物或构筑物的性能、功能、寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。人类生活空间的安全性、方便性、舒适性。土木工程材料分类土木工程材料分类无机材料无机材料金属材料金属材料 黑色金属（铁、钢）、有色金属黑色金属（铁、钢）、有色金属（铝、铜及合金等）（铝、铜及合金等）非金属材料非金属材料天然石材（砂、石及各种岩石加工成天然石材（砂、石及各种岩石加工成的石材），烧土制品（砖、瓦、陶的石材），烧土制品（砖、瓦、陶瓷），玻璃胶凝材料（石灰、石膏、瓷），玻璃胶凝材料（石灰、石膏、水玻璃、水泥），
4、混凝土、砂浆水玻璃、水泥），混凝土、砂浆有机材料有机材料植物材料植物材料沥青材料沥青材料高分子材料高分子材料木材、竹材等木材、竹材等石油沥青、煤沥青及其制品石油沥青、煤沥青及其制品塑料、涂料、胶粘剂塑料、涂料、胶粘剂复合材料复合材料 钢筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃钢、纸面或纤维石膏板钢筋混凝土、聚合物混凝土、玻璃钢、纸面或纤维石膏板2.1 2.1 砖、瓦、砂、石、灰砖、瓦、砂、石、灰 砖、瓦、砂、石、灰可统称为地方材料，由于其工程砖、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、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
5、最基本的建筑材料。无论是瓦、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、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、灰等基本的建筑组成的，建筑都是由砖、瓦、砂、石、灰等基本的建筑材料组成的。材料组成的。砖是一种常用的砌筑材料。砖是一种常用的砌筑材料。优点优点:制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、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。体积小便于组合，
6、粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮。所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。缺点：缺点：传统粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重大，施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。工生产中劳动强度高、工效低。那么拿什么来取代那么拿什么来取代它呢？你有什么好它呢？你有什么好办法？办法？2.1.1 砖砖 砖按照生产工艺分为砖按照生产工艺分为烧结砖烧结砖和和非烧结砖非烧结砖；按所用原材料分：按所用原材料分：粘土砖粘土砖、页岩砖页岩砖、煤矸石砖煤矸石砖、粉煤灰砖粉煤灰砖、炉渣砖炉渣砖和和灰砂砖灰砂砖等；等；按有无孔洞分为
7、按有无孔洞分为空心砖空心砖、多孔砖多孔砖和和实心砖实心砖。砖的分类大面顶面条面粘土砖粘土砖53240115页岩多孔砖页岩多孔砖煤矸石空心砖煤矸石空心砖粉煤灰实心砖粉煤灰实心砖炉渣实心砖炉渣实心砖灰砂实心砖灰砂实心砖 2.1.2 瓦瓦 瓦，一般指粘土瓦。以粘土瓦，一般指粘土瓦。以粘土（包括页岩、煤矸石等粉料）为主要原（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，瓦的质量也有较上又取得明显
8、的进步，瓦的质量也有较大提高，因称大提高，因称“秦砖汉瓦秦砖汉瓦”。粘土瓦的生产工艺与粘土砖相似，但对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。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。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，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在现代建筑屋面材料中的比例已逐渐下降。渐下降。瓦是
9、屋面材料。由于建筑工业的瓦是屋面材料。由于建筑工业的发展，对屋面材料也提出了新的发发展，对屋面材料也提出了新的发展要求。展要求。按成分分按成分分:粘土瓦粘土瓦、水泥瓦、石、水泥瓦、石棉棉水泥瓦水泥瓦、钢丝网水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯聚氯乙烯瓦瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等；、玻璃钢瓦、沥青瓦等；按形状分按形状分:平瓦平瓦和波形瓦。和波形瓦。u砂是组成混凝土和砂浆的主要组成材料之一，是土木工程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。的大宗材料。u砂一般分为砂一般分为天然砂天然砂和和人工砂人工砂两类。两类。u天然砂天然砂：由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成的，：由自然条件作用
10、（主要是岩石风化）而形成的，粒径在粒径在5mm5mm以下的岩石颗粒。以下的岩石颗粒。u人工砂：人工砂：由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，由岩石轧碎而成，由于成本高、片状及粉状物多，一般不用。一般不用。u砂的颗粒级配是指砂子大小颗粒的搭配比例。砂的颗粒级配是指砂子大小颗粒的搭配比例。2.1.3 砂砂 骨料颗粒级配示意图骨料颗粒级配示意图u由此可见，砂子的空隙率取决于砂料各级粒径的搭配程由此可见，砂子的空隙率取决于砂料各级粒径的搭配程度。级配好的砂子，不仅可以节省水泥，还提高了混凝度。级配好的砂子，不仅可以节省水泥，还提高了混凝土和砂浆的密实度及强度。土和砂浆的密实度及强度。u砂的粗细用
11、细度模数砂的粗细用细度模数x x表示。细度模数越大，表示砂越表示。细度模数越大，表示砂越粗。根据细度模数大小范围，把砂划分为粗砂、中砂、粗。根据细度模数大小范围，把砂划分为粗砂、中砂、细砂、特细砂。细砂、特细砂。砂在自然状态下往往含有一定的水分，其含水状态有四种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 1完全干燥状态完全干燥状态 图（图（a a）在在10510555下烘干，达恒重时的状态。下烘干，达恒重时的状态。2.2.风干状态风干状态 图（图（b b）也叫气干状态，指砂子含水率和周围湿度达动也叫气干状态，指砂子含水率和周围湿度达动态平衡时的状态。态平衡时的状态。3.3.饱和面干
12、状态饱和面干状态 图（图（c c）颗粒表面干燥，内部孔隙吸水达饱和时的颗粒表面干燥，内部孔隙吸水达饱和时的状态。状态。4.4.完成湿润状态完成湿润状态 图（图（d d）颗粒内部吸水饱和且表面附有吸附水的状颗粒内部吸水饱和且表面附有吸附水的状态。态。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。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。凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，统称为天然石材。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
13、好的耐磨性和耐久性，经加工后表有很高的抗压强度，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。一。2.1.4 石石 一、毛石一、毛石毛石也称片石，是采石场由爆毛石也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规划的石
14、块。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根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、平毛石两类。毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等，乱毛石也可用作堤坝、挡土墙等，乱毛石也可用作毛石混凝土的骨料。毛石混凝土的骨料。二、料石二、料石料石是由人工或机械开采出的料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢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、半细料石和细为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。料石一般由致密均匀的料石四种。料石一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加工而成。砂岩、石
15、灰岩、花岗岩加工而成。u三、三、饰面石材饰面石材u饰面石材从岩石种类分主要有饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。大理石和花岗岩两大类。u大理石是指变质或沉积的碳酸大理石是指变质或沉积的碳酸盐类岩石盐类岩石u花岗石是指可开采为石材的各花岗石是指可开采为石材的各类岩浆岩。类岩浆岩。四、色石渣四、色石渣色石渣也称色石子，是由天色石渣也称色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选加工花岗岩等石材经破碎筛选加工而成，作为骨料主要用于人造而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的粘石、斩
16、假石等建筑物面层的装饰工程。装饰工程。五、五、石子石子 在混凝土组成材料中，砂称为细骨料，石子称为粗骨料，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。基道渣等也常用。石子分碎石和卵石，由天然岩石或卵石经破碎、筛分而石子分碎石和卵石，由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得到的粒径大于得到的粒径大于5mm5mm的岩石颗粒，称为碎石或碎卵石。的岩石颗粒，称为碎石或碎卵石。岩石由于自然条件作用而形成的，粒径大于岩石由于自然条件作用而形成的，粒径大于5mm5mm的颗粒，的颗粒，称为卵石。称为卵石。所谓灰是指石灰和石膏。石灰和石膏是无机胶凝材料，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。状材料（如砖和石块）粘结为一个整体。2.1.5 灰灰 那什么是胶凝那什么是胶凝材料，是不是材料，是不是就象胶水啊就象胶水啊？凡能在物理、化学作凡能在物理、化学作用下，从
