Ⅳ、土木工程的主要技术问题 第一、土木工程材料 任何土木工程实体都是由工程材料组合而成的。材料的 每一点进步都有可能引起土木工程的巨大进步。通常,一个 时代材料发展水平决定了该时代土木工程的发展水平。 土木工程材料的分类 工程为方便选用和管理,将土木工程材料分类。分类方 法很多,常见如下分类: 1、按材料的化学成分分类 金属材料一钢、铁、铝、铜等 无机材料}非金属材料一石、玻璃、水泥、混凝土等 金属、非金属复合材料一钢筋混凝土等 有机材料一木材、沥青、塑料等 有机-无机复合材料 无机非金属-有机一玻璃纤维增强塑料等 金属-有机一轻质金属夹芯板 2、按材料功能分类 ∫结构材料一主要用于承重的材料,如梁、板、柱所用材料 功能材料一主要利用材料某些特殊功能,如防水、隔声材料 二、土木工程材料的一般性质要求 1、物理性质 材料在各种条件下单位体积的质量 材料与水有关的性质:如含水率、吸水性、吸湿性、耐水性、 渗透性、抗冻性、湿胀干缩等;
Ⅳ、土木工程的主要技术问题 第一、土木工程材料 任何土木工程实体都是由工程材料组合而成的。材料的 每一点进步都有可能引起土木工程的巨大进步。通常，一个 时代材料发展水平决定了该时代土木工程的发展水平。 一、土木工程材料的分类 工程为方便选用和管理，将土木工程材料分类。分类方 法很多，常见如下分类： 1、按材料的化学成分分类 − − − 金属 有机 — 轻质金属夹芯板 无机非金属 有机 — 玻璃纤维增强塑料等 有机 无机复合材料 有机材料 — 木材、沥青、塑料等 金属、非金属复合材料 — 钢筋混凝土等 非金属材料 — 石、玻璃、水泥、混凝土等 金属材料 — 钢、铁、铝、铜等 无机材料 2、按材料功能分类 功能材料 —主要利用材料某些特殊功能，如防水、隔声材料 结构材料 —主要用于承重的材料，如梁、板、柱所用材料 二、土木工程材料的一般性质要求 1、物理性质 材料在各种条件下单位体积的质量； 材料与水有关的性质：如含水率、吸水性、吸湿性、耐水性、 渗透性、抗冻性、湿胀干缩等；
材料的热工性质:热容、比热、耐火性、导热性等; 材料的体积稳定性等 2、力学性质 抗拉强度 抗压强度 强度抗弯强度 抗剪强度 抗扭强度 变形性质弹性 脆性 韧性 ∫硬度 耐磨性 3、耐久性质 材料在长期使用过程中,经受物理、化学、生物等作用 (如日光暴晒,大气、水、各种化学物质侵蚀,温、湿度变 化,冻融循环,机械摩擦,虫菌寄生腐蚀等)能保持其原有 性能不明显恶化、并不破坏,经久耐用的性能。 三、4中主要工程材料简介 1、钢材 steel (1)钢材:以铁为主要元素,含碳量0.02%~2.06%,并含 有其他元素的合金材料
材料的热工性质：热容、比热、耐火性、导热性等； 材料的体积稳定性等。 2、力学性质 强度 抗扭强度 抗剪强度 抗弯强度 抗压强度 抗拉强度 变形性质 塑性 弹性 韧性 脆性 耐磨性 硬度 3、耐久性质 材料在长期使用过程中，经受物理、化学、生物等作用 （如日光暴晒，大气、水、各种化学物质侵蚀，温、湿度变 化，冻融循环，机械摩擦，虫菌寄生腐蚀等）能保持其原有 性能不明显恶化、并不破坏，经久耐用的性能。 三、4 中主要工程材料简介 1、钢材 steel （1）钢材：以铁为主要元素，含碳量 0.02%～2.06%，并含 有其他元素的合金材料
低碳钢:C%0.6% 低合金钢:合金元素总量10% 2)建筑钢材低碳钢 低合金钢 型材(工字钢、角钢、槽钢等 板材(钢板) 主要用于钢结构工程 建筑钢材产品 管材(钢管) 钢丝 线材钢筋}主要用于钢筋混凝土工程 钢绞线 (3)钢材的强度 o b 0 ob:钢材的抗拉强度(Ma) 0s:钢材的屈服强度(MPa) 工程中钢材的设计强度:取钢材的屈服强度0
钢材 = = 10% 5% ~ 10% 5% % 0.6% % 0.25% ~ 0.6% % 0.25% 0.02% ~ 2.06% ＞ ＜ C ＞ C C ＜ 高合金钢：合金元素总量 中合金钢：合金元素总量 低合金钢：合金元素总量 合金钢：碳素钢与合金元素组成 高碳钢： 中碳钢： 低碳钢： 碳素钢：含碳量 的铁碳合金 （2）建筑钢材 低合金钢 低碳钢 建筑钢材产品 主要用于钢筋混凝土工程 钢绞线 钢筋 钢丝 线材 主要用于钢结构工程 管材（钢管） 板材（钢板） 型材（工字钢、角钢、槽钢等） （3）钢材的强度 σ σb σs 0 ξ σb：钢材的抗拉强度（MPa） σs：钢材的屈服强度（MPa） 工程中钢材的设计强度：取钢材的屈服强度σs
(4)常用建筑钢材的牌号 ①碳素结构钢 Q+屈服强度值(MPa)一质量等级代号+脱氧方式代号 例:Q235—A·F 表示屈服强度为235(MPa)的A级沸腾钢。 ②低合金结构钢 Q+屈服强度值(MPa)一质量等级代号+脱氧方式代号 (5)钢材的加工 调直、除锈、冷拉、冷弯、绑扎、焊接等。 (6)钢材的应用 用于钢结构 用于钢筋混凝土 土建用钢配件、装饰件等辅助用钢 (6)钢材的特点 「优点:匀质、高强、塑性韧性好、加工性能好 缺点:易锈蚀、不耐火、维护保养费用高 2、混凝土 Concrete (1)什么是混凝土? 广义的混凝土:由胶结材料将散粒状填充材料胶结成坚硬整 体的材料。所用的胶结材料和填充材料不同,可形成不同种
（4）常用建筑钢材的牌号 ①碳素结构钢 Q+屈服强度值（MPa）—质量等级代号+脱氧方式代号 例：Q235—A·F 表示屈服强度为 235（MPa）的 A 级沸腾钢。 ②低合金结构钢 Q+屈服强度值（MPa）—质量等级代号+脱氧方式代号 （5）钢材的加工 调直、除锈、冷拉、冷弯、绑扎、焊接等。 （6）钢材的应用 土建用钢配件、装饰件等辅助用钢 用于钢筋混凝土 用于钢结构 （6）钢材的特点 缺点：易锈蚀、不耐火、维护保养费用高 优点：匀质、高强、塑性韧性好、加工性能好 2、混凝土 Concrete （1）什么是混凝土？ 广义的混凝土：由胶结材料将散粒状填充材料胶结成坚硬整 体的材料。所用的胶结材料和填充材料不同，可形成不同种
类的混凝土。如:水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土 沥青混凝土、聚合物混凝土等。 土木工程中所用的混凝土,是以水泥作胶凝材料,以砂、石 子为骨料,与水(经常还要添加适量外加剂和混合料)按 定比例配合,经搅拌、成型、养护而成人造石质材料。 (2)土木工程中所用的混凝土的主要种类 轻混凝土:260081m,用重晶石、铁矿石、钢渣等作骨料,用于辐射屏蔽 (3)混凝土的强度等级 工程中为了使用方便,按混凝土抗压强度的高低,将混 凝土分为若干个强度等级,以供不同要求的工程选用。混凝 土的强度等级的表示方法 C+强度等级的数值(MPa),例:C20—表示强度等级为20MPa 的普通混凝土。 一般钢筋混凝土工程中使用的混凝土的强度等级约为 C20~C80。通常,C20~C55称为普通强度混凝土,>C60称 为高强度混凝土 (4)混凝土受力方式不同,对应强度大小不同 混凝土的抗压强度高,抗拉强度低(仅为抗压强度的 左右)。因此,在工程中,混凝土主要用于承受压荷载 工程中在混凝土的受拉区布置钢筋,以增强混凝土的抗
类的混凝土。如：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、 沥青混凝土、聚合物混凝土等。 土木工程中所用的混凝土，是以水泥作胶凝材料，以砂、石 子为骨料，与水（经常还要添加适量外加剂和混合料）按一 定比例配合，经搅拌、成型、养护而成人造石质材料。 （2）土木工程中所用的混凝土的主要种类 重混凝土： 用重晶石、铁矿石、钢渣等作骨料，用于辐射屏蔽。 普通混凝土： ，用于普通土木工程； 轻混凝土： ，用轻骨料或引入气孔而成。用于保温隔热或结构； 2600 / , 1950 / ~ 2500 / 1950 / 3 3 3 3 m m m m ＞ k g k g k g ＜ k g （3）混凝土的强度等级 工程中为了使用方便，按混凝土抗压强度的高低，将混 凝土分为若干个强度等级，以供不同要求的工程选用。混凝 土的强度等级的表示方法： C+强度等级的数值（MPa），例：C20—表示强度等级为 20MPa 的普通混凝土。 一般钢筋混凝土工程中使用的混凝土的强度等级约为 C20～C80。通常，C20～C55 称为普通强度混凝土，＞C60 称 为高强度混凝土。 （4）混凝土受力方式不同，对应强度大小不同 混凝土的抗压强度高，抗拉强度低（仅为抗压强度的 10 1 左右）。因此，在工程中，混凝土主要用于承受压荷载。 工程中在混凝土的受拉区布置钢筋，以增强混凝土的抗
拉能力。这就是钢筋混凝土的主要工作原理 (5)混凝士的应用 土木工程的主要结构材料。 (6)混凝土的主要特点 优点:可模性、耐火性、整体性好,施工不需要复杂的仪器 设备,能与钢筋共同作用形成钢筋混凝土复合材料, 就地取材,价格便宜; 缺点:自重大,质量波动大,施工水平对混凝土质量影响大 非匀质,易开裂。 3、砌体 Masonry (1)什么是砌体? 用胶结材料将块状材料按一定的组砌方式粘合而成的 叠合体。 可所采用各种块状材料建成砌体,例如砖、石砌体;混凝土 砌块砌体;各种工业废料制成的砌块的砌体等
拉能力。这就是钢筋混凝土的主要工作原理。 （5）混凝土的应用 土木工程的主要结构材料。 （6）混凝土的主要特点 优点：可模性、耐火性、整体性好，施工不需要复杂的仪器 设备，能与钢筋共同作用形成钢筋混凝土复合材料， 就地取材，价格便宜； 缺点：自重大，质量波动大，施工水平对混凝土质量影响大， 非匀质，易开裂。 3、砌体 Masonry （1）什么是砌体？ 用胶结材料将块状材料按一定的组砌方式粘合而成的 叠合体。 可所采用各种块状材料建成砌体，例如砖、石砌体；混凝土 砌块砌体；各种工业废料制成的砌块的砌体等
(2)砌体的作用 通常用来承受压荷载(承重墙、柱、基础等)、建筑物 和构筑物的分隔、围护等。 (3)砌体的特点 ①强度较低 抗压强度相对高些,抗拉、抗剪强度低,作为墙、柱时 高度有限。 ②结构自重大,笨重。 ③施工以手工湿作业为主,劳动量大,效率低,质量波动大。 ④就地取材,价格低廉,施工简便,耐火、保温、隔热效果 好,耐久。 4、木材Wood (1)土木工程所用木材 ①树木的树干加工而成的圆木、方木、条木和板材; ②以木材、木质碎料、木质纤维为主要原料,加黏合剂制成 的木质人造板和胶合板。 (2)木材的主要物理力学性能 ①纹理组织和性能的各向异性 木材的木质纤维具有方向性,致使木材的物理、力学性 能在顺纹和横纹方向不一致。一般顺纹方向的强度高于横纹 方向的强度
（2）砌体的作用 通常用来承受压荷载（承重墙、柱、基础等）、建筑物 和构筑物的分隔、围护等。 （3）砌体的特点 ①强度较低 抗压强度相对高些，抗拉、抗剪强度低，作为墙、柱时 高度有限。 ②结构自重大，笨重。 ③施工以手工湿作业为主，劳动量大，效率低，质量波动大。 ④就地取材，价格低廉，施工简便，耐火、保温、隔热效果 好，耐久。 4、木材 Wood （1）土木工程所用木材 ①树木的树干加工而成的圆木、方木、条木和板材； ②以木材、木质碎料、木质纤维为主要原料，加黏合剂制成 的木质人造板和胶合板。 （2）木材的主要物理力学性能 ①纹理组织和性能的各向异性 木材的木质纤维具有方向性，致使木材的物理、力学性 能在顺纹和横纹方向不一致。一般顺纹方向的强度高于横纹 方向的强度
②木材的干缩、湿胀变形大,各方向的变形不一致 (3)木材的应用 ①钢筋混凝土、混凝土模板; ②家具; ③建筑装饰; ④特殊建筑、仿古建筑等的结构构件。 (4)木材的特点 ①轻质高强、易加工、施工简便、造价较低; ②易燃、易腐、变形大、不耐久、强度有限、资源受限制。 4、四种常用土木工程材料的评价 (1)钢材 强度高,塑性、韧性好,可加工性能好,综合性能良好, 是土木工程结构优秀材料。但价格相对较贵,尚无法大量使 用 (2)混凝土 抗压强度高、抗拉强度低,与钢材复合使用可弥补抗拉 强度低的缺点。 (3)砌体 强度低,抗震性能差,可采用技术措施改善。但取材容 易,价廉,施工要求不高。 (4)木材
②木材的干缩、湿胀变形大，各方向的变形不一致 （3）木材的应用 ①钢筋混凝土、混凝土模板； ②家具； ③建筑装饰； ④特殊建筑、仿古建筑等的结构构件。 （4）木材的特点 ①轻质高强、易加工、施工简便、造价较低； ②易燃、易腐、变形大、不耐久、强度有限、资源受限制。 4、四种常用土木工程材料的评价 （1）钢材 强度高，塑性、韧性好，可加工性能好，综合性能良好， 是土木工程结构优秀材料。但价格相对较贵，尚无法大量使 用。 （2）混凝土 抗压强度高、抗拉强度低，与钢材复合使用可弥补抗拉 强度低的缺点。 （3）砌体 强度低，抗震性能差，可采用技术措施改善。但取材容 易，价廉，施工要求不高。 （4）木材
性能不能满足现代结构的要求,树木成材周期长,尺寸 受限制,资源匮乏。 (5)材料发展方向 复合材料:各种材料性能总有局限性,复合多种材料可以取 长补短,充分发挥各材料的长处。例如:混凝土、 钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料、配筋砌体、钢 管混凝土、塑钢材料等
性能不能满足现代结构的要求，树木成材周期长，尺寸 受限制，资源匮乏。 （5）材料发展方向 复合材料：各种材料性能总有局限性，复合多种材料可以取 长补短，充分发挥各材料的长处。例如：混凝土、 钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料、配筋砌体、钢 管混凝土、塑钢材料等
