《土木工程材料》课程教学资源（教材讲义）第0章 绪论

绪论A教学提示：“土木工程材料”这门课是土木工程专业的一门专业基础课，本课程的任务是使学生具有常用土木工程材料的基本知识，在工程实践中具有合理选择与使用土木工程材料的能力，并为学习有关后续专业课程打下基础。学习时，注意这门课的特点和学习方法，一般从材料的基本成分、原料及生产工艺、技术性质和应用等几个方面来进行掌握重点放在材料的基本性质与应用上。教学要求：掌握土木工程材料的定义，土木工程材料在土木工程中的地位与作用，土木工程材料的分类，土木工程材料的标准化。了解土木工程材科的发展，本课程的学习目的、特点和学习方法。0.1土木工程材料的分类上木工程材料这门课足上木工程专业学生必修的专业基础课，学习的目的足为了配合后续专业课程的学习，为专业设计、施工和科研工作提供合理选择和使用材料的基本知识。这门课讨论的对象是“十木1程材料”，所谓十木1程材料是指用于建筑物或构筑物所有材料的总称。水泥、钢筋、木材、混凝工砌墙砖、石灰、沥青、瓷砖等是我们常见的土木工程材料，实际上土木工程材料远不只这些其品种达数千种之多。为了方便使用和研究，常控的原购对程材料进行分类。根据材料来源，可分为天然材料和人1材料：根据材料在十，可分为结构材料和非结构材料、购功能：保温和隔热材料、吸声和隔声材料、防水材料等：根据材料在土木工程中的使装饰材料用部位，可分为墙体材料、屋面材料饰面材料等。最常见的分类原则是按照拍通权料材料的化学成分来分类，分为无机材料、有机材料和复合材料三大类，各大类中又可细分，如图0.1所示。一钢、铁、不锈钢等黑色金属金属材料有色金属—一铝、铜及其合金等无机材料天然有材一一有灰有、大理有、花岗碧等-烧上制品一烧结砖、玻璃、陶瓷、瓦等非金属材料股凝材料一石炎、石膏、水玻璃、水泥等-混凝上、砂浆硅酸盐制品-灰纱砖、加气混凝上、混凝上码块等植物材料本材、竹材等有礼材料一沥青材料石油沥青、煤沥青、青制品一高分了材料一一塑料、涂料、胶桔剂、合成橡胶等金属与金属复合一一钢筋截徽土、钢纤维混就土、轻质金属火芯板等复合材料有机与无机复合一一玻璃纤增强塑料、聚合物混凝土、沥青混凝土等图0.1土木工程材料的分类

土木工程材料?2.0.2土木工程材料在土木工程建设中的地位任何种建筑物或构筑物都是用十木工程材料按某种方式组合而成的，没有十木工程材料，就没有上木工程，因此上木工程材料是一切土木工程的物质基础。上木工程材料在土木工程中应用量户人，材料费用在工程总造价中占有40%～70%，如何从品种门类紧多的材料中，选择物优价廉的材料，对降低工程造价具有重要意义。十木工程材料的性能影响到上木工程的坚固、耐久和适用，不难想像木结构、砌体结构、钢筋混凝工结构和砖混结构的建筑物性能之间的明显差异。例如砖混结构的建筑物，其坚固性一般优于木结构和砌体结构建筑物，而舒适性不及后者。对于同类材料，性能也会有较大差异，例如用矿渣水泥制作的污水管较普通水泥制作的污水管耐久性好。因此选用性能相适的材料是上木工程质量的重要保证。任何个十木工程都出建筑、材料、结构、施工四个方面组成，这里的“建筑”指建筑物(构筑物)，它是人类从事上木工程活动的目的，“材料”、“结构”、“施工”是实现这一目的的手段。其中，材料决定了结构形式，如木结构、钢结构、钢筋混凝土结构等，结构形式经确定，施工方法也随之而定。十木工程中许多技术间题的突破，往往依赖于土木工程材料问题的解决，新材料的出现，将促使建筑设计、结构设计和施工技术节命性的变化。例如粘土砖的出现，产生了砖木结构：水泥和钢筋的出现，产生了钢筋混凝土结构：轻质高强材料的出现，推动了现代建筑向高层和大跨度方向发展：轻质材料和保温材料的出现对减轻建筑物的自重、提高建筑物的抗震能力、改善工作与居住环境条件等起到了「分有益的作用，并推动了节能建筑的发展：新型装饰材料的出现使得建筑物的造型及建筑物的内外装饰焕然一新，生气勃勃。总之，新材料的出现远比通过结构设计与计算和采用先进施工技术对土木工程的影响大，土木工程归根到底是围绕着王木工程材料来开展的生产活动，土术工程材料是土木工程的基础和核心。0.3土木工程材料的发展土木工程材料是随着社会生产力和科学技术水平的发展而发展的，根据建筑物所用的结构材料，大致分为三个阶段。（1）天然材料。天然材料是指取之丁自然界，进行物理加工的材料，如大然石材、木材、粘土、茅草等。早在原始社会时期，人们为了抵御雨需风寒和防止野兽的侵袭，居于天然山洞或树巢中，即所谓“穴居巢处”。进入石器、铁器时代，人们开始利用简单的工具欲伐树未和苇罩，搭建简单的房屋，开凿石材建造房屋及纪念性构筑物，比人然巢穴进了一步。进入青铜器时代，出现了木结构建筑及“版筑建筑”（指墙体用术板或不棍作边框，然后在框内浇注粘十，用木杆务实之后将木板拆除的建筑物)，建造出了舒适性较好的建筑物（2）烧上制品。到了人类能够用粘上烧制砖、瓦，用石灰岩烧制石灰之后，上木工程材料才由天然材料进入了人工生产阶段。在封建社会，虽然我国古代建筑有“秦砖汉瓦”、描金漆绘装饰艺术、造型优美的石塔和石拱桥的辉煌，但实际上在这一时期，生产力发展停滞不前，使用的结构材料不过砖、石和木材而已。(3）钢筋混凝土。18、19世纪，资本主义的兴起，大跨度厂房、高层建筑和桥梁等土木工程建设的需要，旧有材料在性能上满足不了新的建设要求，土木工程材料在其他有关科学技术的配合下，进入了个新的发展阶段，相继出现了钢材、水泥、泥凝十、钢筋泥·2

绪论 3.凝土和预应力钢筋混凝土及其他材料。近几「年来，随着科学技术的进步和土木工程发展的需要，一大批新型土木工程材料应运而生，山现了塑料、涂料、新型建筑陶瓷与玻璃、新型复合材料（纤维增强材料、夹层材料等），但当代主要结构材料仍为钢筋混凝土。随社会的进步、环境保护和节能降耗的需要，对土木工程材料提出了更高、更多的要求。因而，今后一段时间内，十不工程材料将向以下几个向发展。（1）轻质高强。现今钢筋混凝土结构材料自重大(每立方米重约2500kg)，限制了建筑物向高层、人跨度方向进一步发展。通过减轻材料重，以尽量减轻结构物白重，可提高经济效益。目前，世界各国都在大力发展高强混凝土、加气混凝王、轻骨料混凝王、空心砖、石膏板等材料，以适应土木工程发展的需要。(2）节约能源。上木工程材料的生产能耗和建筑物使用能耗，在国家总能耗中一般占20%～35%，研制和生产低能耗的新型节能土木工程材料，是构建节约型社会的需要。(3）利用废渣。充分利用工业废渣、生活废渣、建筑垃圾生产上木工程材料，将各种废渣尽可能资源化，以保护环境、节约口然资源，使人类社会可持续发展。(4）智能化。所谓智能化材料，是指材料木身具有自我诊断和预告破坏、自我修复的功能，以及可重复利用性。主木工程材料向智能化方向发展，是人类社会向智能化社会发展过程中降低成本的需要。(5）多功能化。利用复合技术生产多功能材料、特殊性能材料及高性能材料，这对提高建筑物的使用功能、经济性及加快施工速度等有着十分重要的作用。(6)绿色化。产品的设计是以改善生产环境，提高生活质量为宗旨，产品具有多功能，不仪无损而Ⅱ有益丁人的健康：产品可循环或回收再利用，或形成无污染环境的废弃物。因此，生产材料所用的原料尽可能少用天然资源，大量使用尾矿、废洽、垃圾、废液等废弃物：采用低能耗制造工艺和对环境无污染的牛产技术；产品配制和生产过程中，不使用对人体和环境有害的污染物质。0.4土木工程材料的标准化口前我国绝大多数土木1程材料都有相应的技术标准，这些技术标准沙涉及到产品规格、分类、技术要求、验收规则、代号与标志、运输与贮存及抽样方法等内容。土木工程材料的技术标准是产品质量的技术依据。对于生产企业，必须按照标准生产，控制其质量，同时它可促迹企业改善管理，提高生产技术和生产效率。对于使用部门，则按照标准选用、设计、施1，并按标准验收产品。土木工程的技术标准分为国家标准、行业标准、企业标准和地方标准，各级标准分别出相应的标准化管理部门批准并颁布。技术标准代号按标准名称、部门代号、编号和批准年份的顺序编写，按要求执行的程度分为强制性标准和推荐标准（在部门代号后加“/T”表示“推荐”）。与土术工程材料技术标准有关的部门代有GB一一国家标准，GBJ一建筑工程国家标准，JGJ—建设部行业标准（曾用BJG)，JG—建筑I业行业标准，JC—国家建材局标（曾用“建标”），SH一石油化学工业部或中国石油化学总公司标准（曾用SY)，YB-台金部标准，HG一化I部标准，ZB一国家级专业标准，CECS一一中国T程建设标准化协会标准，DB一一地方性标准，O企业标准等。国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175—1999。部门代号为GB，编号为.3

土木工程材料·4:175，批准年份为1999年，为强制性标准。国家标准《碳素结构钢》GB/T700一88。部门代号为GB，编号为700，批准年份为1988年，为推荐性标准。现行部分建材行业标准有2个年份，第一个年份为批准年份，随后括号中的年份为重新校对年份。如《粉煤灰砖》JC239-91(96)。技术标准是根据一定时期的技术水平制订的，因而随着技术的发展与使用要求的不断提高，需要对标准进行修订，修订标准实施后，旧标准自动废除。如国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175—1992L废除。工程中使用的土木工程材料除必须满足产品标准外，有时还必须满足有关的设计规范，施工及验收规范或规程等的规定。这些规范或规程对土木工程材料的选用、使用、质量要求及验收等还有专门的规定（其中有些规范或规程的规定与土木工程材料产品标准的要求相同）。如混凝土用砂，除满足《建筑用砂》GB/T14684一2001，还须满足《普通混凝上用砂的质量标准及检验方法》JGJ52-92的规定。无论是国家标准还是部门行业标准，都是全国通用标准，属国家指令性技术文件，均必须严格遵照执行，尤其是强制性标准。在学习有关标准时应注意到黑体字标志的条文为强制性条文。工程中有时还涉及到美国标准ASTM、英国标准BS、日本标准JIS、德国标准DIN、前苏联标准TOCT、国际标准ISO等。0.5本课程的学习目的、特点和学习方法木课程包括理论课和实验课两个部分。学习目的在丁使学牛掌握主要上木工程材料的性质、用途、制备和使用方法以及检测和质量控制方法，并了解1程材料性质与材料结构的关系，以及性能改善的途径。通过本课程的学习，应能针对不同工程合理选用材料，并能与后续课程密切配合，了解材料与设计参数及施工措施选择的相互关系。本课程的内容庞杂，各章之问的联系较少；以叙述为主，名词、概念和专业术语多，没有多少公式的推导或定律的论证与分析：与工程实际联系紧密，有许多定性的描述或经验规律的总结；讨论的内容涉及到土木工程专业并不开设的课程。为了学好土木工程材料这门课，学习时应从材料科学的观点和方法及实践的观点出发，从以下几个方面来进行。（1）凝神静气，反复阅读。这门课的特点与力学、数学等完全不同，初次学习难免产生枯燥无味之感，供必须克服这一心理状态，必须静下心来反复阅读，适当背记，背记后再回想和理解。正如小学生学习乘法口决表样，先记忆后理解。(2）及时总结，发现规律。这门课虽然各章节之间自成体系，但材料的组成、结构、性质和应用之间有内在的联系，通过分析对比，掌握它们的共性。每一章节学习结束后，及时总结，使读书“由厚到薄”。(3）观察工程，认真试验。土木工程材料是门实践性很强的课程，学习时应注意理论联系实际，为了及时理解课堂讲授的知识，应利用一切机会观察周围已经建成的或止在施工的土木工程，在实哦中理解和验证所学内容。试验课是本课程的重要教学环节，通为实验可验证所学的基本理论，学会检验常用建筑材料的实验方法，掌握定的试验技能并能对试验结果迹行正确的分析利判断，这对培养学习与工作能力及严谨的科学态度十分有利。·4