对土木工程材料的认识

对土木工程材料的认识一、概述土木工程泛指建筑工程、道路桥梁工程、水利工程等建设性工程。土木工程中所使用的各种材料及制品，都统称为土木工程材料。材料是一切土木工程的物质基础，也是其重要的质量基础。土木工程设施都是由多种工程材料有序构筑起来的。在材料的选择、生产、储运、保管、使用和之间评定等各个环节中，任何环节的失误都有可能造成土木工程的质量缺陷，甚至是重大质量事故。国内外土木工程中的重大质量事故多与材料的质量不良有关。因此，一个合格的土木工程技术人员必须正确、熟练地掌握土木工程材料的有关知识。远古时代，人类的住、行采用的是石块和树木。公元前12--4世纪先后创造了瓦和砖，人类才有用人造材料做成的住房。17世纪有了生铁和熟铁以后，直到18世纪才有了第一条铸铁铁路；后来发展了钢材，才在19世纪后期诞生了第一栋11层高的高层建筑。1824年有了波特兰水泥，才使后来的钢筋混凝土工程得到蓬勃发展。如今各种高强度结构材料、新型装饰材料和防水材料的开发，则和20世纪中期以来高分子有机材料在土木工程中的广泛应用密切相关。一般来说，土木工程对材料的基本要求是：①必须具备足够的强度，能够安全地承受设计荷载；②材料自身的质量以轻为宜，以减轻下部结构和地基的负荷；③具有与使用环境相适应的耐久性，以减少维修费用；④用于装饰的材料，应能美化建筑，产生一定的艺术效果；⑤用于特殊部位的材料，应具有相应的特殊功能，例如隔热、防水、隔声等。在土木工程中，材料费用一般腰斩工程总造价的50％左右，有的可高达70％。因此，按照建筑对材料性能的要求及使用时的环境条件，正确合理地选用材料，做到才尽其能，物尽其用，对于保证建筑结构物的安全、实用、美观、耐久及造价适度等方面有着重大的意义。二、土木工程材料的性质（1）物理性质如容积密度，密度，以及材料与水有关的性质如含水率、吸水性、透水性，和材料的热工性质如导热性、耐火性、收缩膨胀等。（2）力学性质如强度，变形，弹性，塑性，韧性等。（3）耐久性质指材料在长期使用过程中经受各种所处环境和条件的作用仍能保持其使用性能的能力。三、土木工程材料的分类（1）按材料自身组织的不同分非金属材料无机材料天然石材（砂、石）陶制材料（砖、瓦、陶瓷）胶结材料（石膏、石灰、水泥、水玻璃）混凝土、砂浆未焙烧人造石材隔热材料（无机纤维）玻璃及其制品有机材料木材、竹材胶结材料（沥青）隔热材料（有机纤维）油漆塑料金属材料黑色金属生铁、铸铁碳钢、合金钢有色金属铝、铜、锌等（2）按材料在土木工程设施中所起的作用和功能分①承重材料；②维护材料；③装饰材料；④胶结材料。四、常用材料的介绍1、天然石材天然石材是指从天然岩体中开采出来的，并经加工成块状或板状材料的总称。建筑装饰用的天然石材主要有花岗岩和大理石两大种。所谓大理石是指沉积的或变质的碳酸盐岩类的岩石，有大理岩、白云岩、灰岩、砂岩、页岩和板岩等。如我国著名的汉白玉就是北京房山产的白云岩，云南大理石则是产于大理县的大理岩，著名的丹东绿则为蛇纹石化硅卡岩。同样，作为石材开采的各类岩浆岩，如花岗岩、安山岩、辉绿岩、绿长岩、片麻岩等称之为花岗石。如北京白虎涧的白色花岗石是花岗岩，济南青是辉长岩，而青岛的黑色花岗石则是辉绿岩。2、其硬性胶凝材料土木工程中用来将散粒材料或块状材料粘结为一个整体的材料，统称为胶凝材料。胶凝材料按其化学组成可分为两大类：有机胶凝材料和无机胶凝材料。根据无机胶凝材料凝结硬化条件的不同分为气硬性胶凝材料和水硬性胶凝材料。常用的气硬性胶凝材料有以下几种：①石膏石膏是以硫钙为主要成分的气硬性胶凝材料。其品种多，通常所指石膏是指半水石膏，又称建筑石膏。石膏胶凝材料具有重量轻、凝结快、耐火性好、隔热隔声、白色或色淡易装饰性等优点，在土木工程中的应用十分广泛。石膏可以用于制作石膏作品，也可以用作硅酸盐水泥的缓凝剂，也是生产硅酸盐建筑制品、生产膨胀水泥和配制膨胀剂的组成材料。②石灰石灰是在土木工程中使用较早的气硬性胶凝材料之一。石灰的原材料石灰石分布很广，生产工艺简单，成本低廉，因而在土木工程中一直应用很广。石灰的技术性质：良好的可塑性和保水性；凝结硬化慢、强度低；耐水性差；硬化时体积收缩大。石灰的应用：用于建筑室内粉涮；用于伴制建筑砂浆；配制三合土和灰土；加固含水的软土地基；生产硅酸盐制品；磨制生石灰粉。3、水泥水泥是水硬性胶凝材料，加水混合后形成的水泥浆体不但能在空气中硬化，而且还能、好地在水中硬化，保持并发展其强度，水泥被广泛运用于建筑、水利、交通和国防等各项建设中，已成为土木工程中最重要的材料之一。正确合理地选用水泥将对保证工程质量和降低工程造价起到重要的作用。水泥按用途及性能分：通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥。通用水泥主要是指：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。专用水泥：专门用途的水泥。如：G级油井水泥，道路硅酸盐水泥。特性水泥：某种性能比较突出的水泥。如：快硬硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、磷铝酸盐水泥和磷酸盐水泥。4、混凝土混凝土是指由胶结料(有机的、无机的或有机无机复合的)、颗粒状集料、水以及需要加入的化学外加剂和矿物掺合料按适当比例拌制而成的混合料，或经硬化后形成具有堆聚结构的复合材料(普通是以胶凝材料、水、细骨料、粗骨料，需要时掺入外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合。混凝土的抗压强度是通过试验得出的，我国最新标准C60强度以下的采用边长为100mm的立方体试件作为混凝土抗压强度的标准尺寸试件。按照《普通混凝土力学性能试验方法标注》GB/T50081-2002，制作边长为150mm的立方体在标准养护（温度20±2℃、相对湿度在95%以上）条件下，养护至28d龄期，用标准试验方法测得的极限抗压强度，称为混凝土标准立方体抗压强度，以fcu表示。按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定，在立方体极限抗压强度总体分布中，具有95%强度保证率的立方体试件抗压强度，称为混凝土立方体抗压强度标准值（以MPa计），fcuk表示。依照标准实验方法测得的具有95%保证率的抗压强度作为混凝土强度等级。按照GB50010-2010《混凝土结构设计规范》规定，普通混凝土划分为十四个等级，即：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。例如，强度等级为C30的混凝土是指30MPa≤fcuk35MPa。影响混凝土强度等级的因素主要有水泥等级和水灰比、集料、龄期、养护温度和湿度等有关。5、钢筋钢筋(Rebar)是指钢筋混凝土用和预应力钢筋混凝土用钢材，其横截面为圆形，有时为带有圆角的方形。包括光圆钢筋、带肋钢筋、扭转钢筋。钢筋混凝土用钢筋是指钢筋混凝土配筋用的直条或盘条状钢材，其外形分为光圆钢筋和变形钢筋两种，交货状态为直条和盘圆两种。钢筋一般按其力学性能、外形特征以及生产工艺分类、化学成分对钢筋的性能有很大的影响。按其化学成分的组成，钢材有普通碳素钢与普通低合金钢之别。钢筋按生产工艺的不同，钢筋可有以下几类。（1）热轧钢筋热轧钢筋是混凝土构件中用量最大的刚劲种类，按其表面形状特征又可分为光面钢筋和带肋钢筋。我国的热轧钢筋分为四类：HPB300级为光面钢筋，HRB335、HRB400、HRB500级带肋钢筋。（2）钢绞线（3）清除应力钢丝（4）热处理钢筋（5）冷加工钢筋混凝土结构中的钢筋有受力钢筋和构造钢筋两类。受力钢筋包括纵向受力钢筋、弯起钢筋、箍筋；构造钢筋包括架立钢筋、分布钢筋等。五、土木工程材料的未来发展发展“绿色建材”是一项长期的战略任务，符合可持续发展的战略方针，既满足现代人的安居乐业、健康长寿的需要，又不损害后代人的更大需求能力和利益。因此，进入21世纪以后，土木工程材料的发展将具有以下趋势：①研制高性能材料。②充分利用地方材料，尽量少用天然资源，大量使用尾矿、废渣、垃圾等废弃物作为生产土木工程材料的资源，以及保护自然资源和维护生态环境的平衡。③节约能源。④材料生产中不得使用有损人体健康的添加剂和颜料。⑤产品可再生循环和回收利用，无污染废弃物以防止二次污染。参考文件：（1）《土木工程（专业）概论》罗福午主编（2）《土木工程材料》彭小芹主编（3）《建筑结构原理及设计（第2版）》林宗凡主编（4）百度百科（5）百度文库