土木工程概论课件.ppt
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2.土木工程材料与制品土木工程材料与制品高楼、厂房、道路、桥梁、港口、码头、矿高楼、厂房、道路、桥梁、港口、码头、矿井、隧道等土木工程都是用材料按一定的要求建井、隧道等土木工程都是用材料按一定的要求建造成的,土木工程中所使用的各种材料统称为土造成的,土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。
它们将直接影响建筑物或构筑物的木工程材料。
它们将直接影响建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。
活空间的安全性、方便性、舒适性。
因此,了解材料在土木工程中的作用主要应因此,了解材料在土木工程中的作用主要应从三个方面去认识:
从三个方面去认识:
材料对保证工程质量的作用;材料对保证工程质量的作用;材料对工程造价的影响;材料对工程造价的影响;材料对工程技术进步的促进作用。
材料对工程技术进步的促进作用。
2.1砖、瓦、砂、石、灰砖、瓦、砂、石、灰2.1.1砖砖砖是一种常用的砌筑材料。
砖瓦的生产和使砖是一种常用的砌筑材料。
砖瓦的生产和使用在我国历史悠久,有用在我国历史悠久,有“秦砖汉瓦秦砖汉瓦”之称。
之称。
制砖的原料容易取得,生产工艺比较简单,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,所以至今仍然广泛价格低,体积小,便于组合,所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。
地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。
用粘土砖建造的建筑物可较长时间使用,有用粘土砖建造的建筑物可较长时间使用,有的可长达几百年甚至上千年。
的可长达几百年甚至上千年。
1911年建造的清华学堂,将近一百年来一直年建造的清华学堂,将近一百年来一直作为教学楼使用,至今仍保持着古朴、典雅的风作为教学楼使用,至今仍保持着古朴、典雅的风格。
格。
但生产粘土砖毁田取土量大、能耗高、砖自重但生产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,难以适应建大,施工生产中劳动强度高、工效低,难以适应建筑工业化的需要。
筑工业化的需要。
国家四部局国家四部局1999(295)号文号文关于在住宅建设关于在住宅建设中淘汰落后产品的通知中淘汰落后产品的通知中明确规定了中明确规定了160个大中个大中城市到城市到2003年年6月月30日完全禁止使用实心粘土砖。
日完全禁止使用实心粘土砖。
因此,推广利用工业废料制砖,这不仅可以减因此,推广利用工业废料制砖,这不仅可以减少环境污染,保护大片良田,而且可以节约大量燃少环境污染,保护大片良田,而且可以节约大量燃料煤,也符合国家可持续发展的战略方针。
料煤,也符合国家可持续发展的战略方针。
砖按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖;砖按照生产工艺分为烧结砖和非烧结砖;按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、按所用原材料分为粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等;粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等;按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。
按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖。
常用的工业废料有:
粉煤灰、煤矸石等,它常用的工业废料有:
粉煤灰、煤矸石等,它们的化学成分与粘土相近,但因其颗粒细度们的化学成分与粘土相近,但因其颗粒细度不及粘土,故可塑性较差,制砖时常需掺人不及粘土,故可塑性较差,制砖时常需掺人一定量的粘土或水泥,以增加其可塑性。
用一定量的粘土或水泥,以增加其可塑性。
用这些原料烧成的砖,分别称为烧结粉煤灰砖、这些原料烧成的砖,分别称为烧结粉煤灰砖、烧结煤矸石砖等。
烧结煤矸石砖等。
2.1.2瓦瓦瓦是屋面材料。
瓦是屋面材料。
按成分分,有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥按成分分,有粘土瓦、水泥瓦、石棉水泥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥瓦、钢丝网水泥瓦、聚氯乙烯瓦、玻璃钢瓦、沥青瓦等;青瓦等;按形状分有平瓦和波形瓦两类。
按形状分有平瓦和波形瓦两类。
2.1.3石石毛石毛石:
形状不规则的石块。
一般高度不小于形状不规则的石块。
一般高度不小于150mm,一个方向的长度,一个方向的长度300-400mm,重,重20-30公斤公斤.毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等,乱毛石可用于砌筑基础、堤坝、挡土墙等,乱毛石也可用作毛石混凝土的骨料。
毛石也可用作毛石混凝土的骨料。
料石料石:
料石是由人工或机械开采出的较规则料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块,再略经凿琢而成。
根据表面加工的六面体石块,再略经凿琢而成。
根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。
料石四种。
饰面石材饰面石材:
大理石、花岗岩。
大理石、花岗岩。
石子石子:
粒径粒径5-40mm。
石子除用作混凝土粗骨粒。
石子除用作混凝土粗骨粒外,也常用作路桥工程、铁道工程的路基道碴等外,也常用作路桥工程、铁道工程的路基道碴等2.1.4砂砂(粒径粒径5mm)河砂、山砂、海砂。
河砂、山砂、海砂。
2.1.5灰灰石灰石灰:
石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝石灰是在土木工程中使用较早的矿物胶凝材料之一材料之一.石灰石的主要成分是碳酸钙,将石灰石煅烧,石灰石的主要成分是碳酸钙,将石灰石煅烧,碳酸钙将分解成为生石灰。
碳酸钙将分解成为生石灰。
工程上使用石灰时,通常将生石灰加水,使之工程上使用石灰时,通常将生石灰加水,使之消解成消石灰消解成消石灰(氢氧化钙氢氧化钙),这个过程称为石灰的,这个过程称为石灰的“消化消化”,又称,又称“熟化熟化”。
石膏石膏:
细腻、干缩性小细腻、干缩性小.土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏,土木工程中使用最多的石膏品种是建筑石膏,建筑石膏加水后拌制的浆体具有良好的可塑性。
建筑石膏加水后拌制的浆体具有良好的可塑性。
建筑石膏的凝结较快,加水后几分钟内即可建筑石膏的凝结较快,加水后几分钟内即可失去流动性,失去流动性,30分钟产生强度。
凝结硬化时,体分钟产生强度。
凝结硬化时,体积不收缩,而是略有膨胀积不收缩,而是略有膨胀(膨胀值约为膨胀值约为1左右左右)。
建筑石膏具有很好的防火性能、隔热性能和建筑石膏具有很好的防火性能、隔热性能和吸音性能,具有良好的装饰性和可加工性。
吸音性能,具有良好的装饰性和可加工性。
建筑石膏的应用很广,除用于室内抹面、建筑石膏的应用很广,除用于室内抹面、粉刷外,更主要的用途是制成各种石膏制品。
粉刷外,更主要的用途是制成各种石膏制品。
常见的有:
常见的有:
纸面石膏板、石膏装饰板、纤维石纸面石膏板、石膏装饰板、纤维石膏板、石膏空心条板、石膏空心砌块和石膏夹心砌膏板、石膏空心条板、石膏空心砌块和石膏夹心砌块等。
块等。
石膏石膏还可用来生产各种浮雕和装饰品。
如还可用来生产各种浮雕和装饰品。
如浮雕饰线、浮雕饰线、艺术灯圈艺术灯圈、角花等。
、角花等。
2.2钢材钢材型材型材:
圆钢、角钢、工字钢、槽钢。
圆钢、角钢、工字钢、槽钢。
线材线材:
钢筋、钢丝、钢缆线。
钢筋、钢丝、钢缆线。
板材板材:
钢板钢板钢材的力学性能钢材的力学性能:
1)拉伸性能拉伸性能:
2)冲击韧性冲击韧性:
是指钢材受冲击荷载而不被破是指钢材受冲击荷载而不被破坏的能力。
坏的能力。
3)疲劳强度疲劳强度:
钢材在交变荷载反复作用下钢材在交变荷载反复作用下,可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏可在最大应力远低于屈服强度的情况下突然破坏,这种破坏称为疲劳破坏。
疲劳破坏指标称为疲劳这种破坏称为疲劳破坏。
疲劳破坏指标称为疲劳强度。
强度。
4)硬度硬度:
是指金属材料抵抗硬物压入表面的是指金属材料抵抗硬物压入表面的能力。
能力。
钢材的工艺性能钢材的工艺性能:
1)冷弯冷弯2)冷加工冷加工3)焊接焊接2.3木材木材木材是一种古老的工程材料。
由于具有一些木材是一种古老的工程材料。
由于具有一些独特的优点,在出现众多新型土木工程材料的今天,独特的优点,在出现众多新型土木工程材料的今天,木材仍在工程中占有重要地位。
木材仍在工程中占有重要地位。
木材在大气环境下性能稳定,不易变质,许木材在大气环境下性能稳定,不易变质,许多木造建筑物可使用上千年。
坐落在杭州钱塘江畔多木造建筑物可使用上千年。
坐落在杭州钱塘江畔的六和塔,至今已有的六和塔,至今已有1000多年的历史。
多年的历史。
木材具有很多优点:
木材具有很多优点:
轻质高强;易于加工轻质高强;易于加工(如锯、刨、钻等如锯、刨、钻等);有高强的弹性和韧性;有高强的弹性和韧性;能承受冲击和振动作用;导电和导热性能低;能承受冲击和振动作用;导电和导热性能低;木纹美丽;装饰性好等。
木纹美丽;装饰性好等。
但木材也有缺点:
但木材也有缺点:
如构造不均匀,各向异性;如构造不均匀,各向异性;易吸湿、吸水,因而产生较大的湿胀、干缩易吸湿、吸水,因而产生较大的湿胀、干缩变形;易燃、易腐等。
变形;易燃、易腐等。
木材是由树木加工而成的,树木分为针叶木材是由树木加工而成的,树木分为针叶树和阔叶树两大类。
树和阔叶树两大类。
针叶树树干通直而高大,易得大材,纹理针叶树树干通直而高大,易得大材,纹理平顺,材质均匀,木质较软而易加工,故又称软平顺,材质均匀,木质较软而易加工,故又称软木材。
常用树种有松、杉、柏等。
木材。
常用树种有松、杉、柏等。
阔叶树树干通直部分一般较短,材质较硬,阔叶树树干通直部分一般较短,材质较硬,较难加工,故又称硬木材。
常用树种有榆木、水较难加工,故又称硬木材。
常用树种有榆木、水曲柳、柞木等。
曲柳、柞木等。
树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。
而树木可分为树皮、木质部和髓心三个部分。
而木材主要使用木质部。
木材主要使用木质部。
木材的顺纹木材的顺纹(作用力方向与纤维方向平行作用力方向与纤维方向平行)强度强度和横纹和横纹(作用力方向与纤维方向垂直作用力方向与纤维方向垂直)强度有很大的强度有很大的差别。
木材各种强度的关系见表差别。
木材各种强度的关系见表2.1。
表表2.1木材各种强度的关系木材各种强度的关系抗抗压抗抗拉拉抗抗弯弯抗抗剪剪顺纹横横纹顺纹横横纹顺纹横横纹l1101323120131.521713121影响木材强度的主要因素:
影响木材强度的主要因素:
含水率含水率(一般含水率高,强度降低一般含水率高,强度降低);温度温度(温度高,强度降低温度高,强度降低);荷载作用时间荷载作用时间(持续荷载时间长,强度下降持续荷载时间长,强度下降);木材的缺陷木材的缺陷(木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫木节、腐朽、裂纹、翘曲、病虫害等害等)。
工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板工程中木材又常分为原木、锯材及各类人造板材。
材。
截面宽度截面宽度厚厚度度板板厚厚原木原木枋木枋木:
宽宽3厚厚,小枋小枋:
宽宽厚厚54cm;中枋中枋:
宽厚厚55-100cm大枋大枋:
宽厚厚101-225cm特大枋特大枋:
宽厚厚226cm板材板材:
宽3厚厚,薄板薄板:
板厚板厚18mm中板中板:
板厚板厚19-35mm厚板厚板:
板厚板厚36-65mm特厚板特厚板:
板厚板厚66mm.2.4水泥水泥属水硬性胶凝材料。
普通硅酸盐属水硬性胶凝材料。
普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥.一一.水泥硬化过程水泥硬化过程水泥加入适量的水调成水泥浆后水泥加入适量的水调成水泥浆后,经过一定时间经过一定时间,由于本身的物理化学变由于本身的物理化学变化会逐渐变稠化会逐渐变稠,失去塑性失去塑性,称为初凝称为初凝;开始开始具有强度具有强度,称为终凝称为终凝;凝结后强度继续增凝结后强度继续增长长,称为硬化称为硬化。
二二.水泥的主要技术性质水泥的主要技术性质1)密度密度:
一般为一般为(3.05-3.2)g/cm2)凝凝结时间初凝初凝时间:
水泥从开始加水拌合起至水泥水泥从开始加水拌合起至水泥浆开始失去可塑性所需的开始失去可塑性所需的时间。
终凝凝时间:
从水泥开始加水拌合起至水泥从水泥开始加水拌合起至水泥浆完全失去可塑性并开始完全失去可塑性并开始产生生强度所需的度所需的时间。
国家国家标准准规定定:
硅酸硅酸盐水泥初凝水泥初凝时间不得不得早于早于45分分钟;终凝凝时间不得不得迟于于6.5小小时。
3)体
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