第二章土木工程材料
（一）砖、瓦、砂、石
（二）水泥、石灰、砂浆、混凝土
（三）木材、钢材和钢筋混凝土
（四）防水保温材料
（一）砖、瓦、砂、石
1．砖：是一种常用的砌筑材料，在混合结构房屋中作承重构件墙体，在框架结构中作为围护墙体。
1）按生产工艺分为烧结砖和非烧结砖；
2）按所用原材料分为普通粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉渣砖和灰砂砖等； 3）按有无孔洞分为空心砖、多孔砖和实心砖等。
其特点是：原料容易取得，生产工艺简单，价格低，体积小，便于组合。
但传统的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大、工效低。有逐步改革并用新型材料取代的必要。我国已有近200个城市禁止在建筑物中使用粘土砖。
普通粘土砖：以粘土为主要原料，经过成型、干燥、高温、焙烧制成。普通粘土砖的标准尺度为240×115×53mm，砌筑时砂浆灰缝厚度为10mm。
普通粘土砖以其抗压强度为主要标准划分强度等级，分为：MU7.5，MU10，MU15，MU20，MU25，MU30。常用等级为MU7.5和MU10。
非烧结砖是利用不适合种田的山泥、废土、砂等，加入少量水泥或石灰作固结剂及微量外加剂和适量水混合搅拌压制成型，自然养护或蒸养一定时间即成。是一种有发展前途的新型材料。
2．瓦：属屋面围护材料，要求利于防排水，自重轻，密实度高。常见的有：
（1）粘土瓦：由粘土浇制成胚（成型），干燥，高温焙烧而成。有青瓦和红瓦。形状有平瓦和脊瓦（用于屋脊处）。常见尺寸为400×230×20mm。每平方米约15块左右。自重按0.55kN/m2考虑。
（2）水泥瓦：利用水泥和砂拌和，压成瓦胚成型，后经蒸汽养护硬结而成。分为平瓦和脊瓦（用于屋
脊处）。常见尺寸287×38×15，每平方米铺15块。水泥瓦的密实度和防水效果均较粘土瓦好，且不用粘土。
（3）石棉瓦：有石棉纤维加水泥压制而成。分为大波，中波和小波三种瓦型。厚度均为6～8mm。
按形状分有平瓦、波形瓦两类。
3．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。
砂一般分为天然砂和人工砂两类。由自然条件作用(主要是岩石风化)而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。
按其产源不同，天然砂可分为河砂、海砂和山砂。山砂表面粗糙，颗粒多棱角，含泥量较高，有机杂质含量也较多，故质量较差，但与水泥粘结较好。海砂和河砂表面圆滑，与水泥的粘结较差，海砂含盐分较多，对混凝土和砂浆有一定影响，河砂较为洁净，故应用较广。
砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。
配制混凝土时，应优先选用中砂。砌筑砂浆可用粗砂或中砂，由于砂浆层较薄，对砂子最大粒径应有所限制。对于毛石砌体所用的砂，最大粒径应小于砂浆层厚度的1/4~1/5。对于砖砌体以使用中砂为宜，粒径不得大于2.5mm。对于光滑的抹面及勾缝的砂浆则应采用细砂。
4．石
凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材，通称为天然石材。天然石材加工后具有良好的装饰性，是现代建筑工程的主要装饰材料。
（1）天然石材的种类
1）花岗岩：主要成分为长石、石英和云母，抗压强度为120～250Mpa。质地坚硬，耐风化，广泛适用于各种重要工程，如大型建筑物基础、堤坝、桥墩等。花岗岩板材经加工后，光泽好，纹理美观，是高级的装饰材料。
2）石灰石：主要成分碳酸钙或云石质。抗压强度为22～140Mpa。质地较硬，易加工，多用于砌筑房屋基础、墙体、台阶处等。经破碎后，可用做混凝土粗骨料。
3）砂岩：主要成分为石英砂和天然胶结物质组成，抗压强度47～140Mpa。其品质随粘结物质的种类而异。
4）大理石：由石灰岩经高温，高压变质而成，抗压强度70～110Mpa。构造致密，硬度适中，可锯解成薄板，经研磨后，泽丰实，纹理美观，是一种高级装饰材料。主要用于地面、墙面、柱面的帖面。砌筑用石材的强度等级分为：MU100、 MU80、MU60、 MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10。
（2）石材按其加工后外形规则程度可分为：料石和毛石。
毛石也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。根据平整程度，又将其分为乱毛石和平毛石两类。乱毛石形状不规则，一般高度不小于150mm，一个方向长度达300~400mm，重约20~30kg。平毛石是由乱毛石略经加工而成。基本上有六个面，但表面粗糙。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。
料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再经略加工而成，分为细料石、粗料石和毛料石。
（3）石材应用：毛石（天然岩石中直接开采用的毛料）用于砌筑毛石基础、勒脚、墙
身、毛石混凝土基础等；料石（整形块石）用于墙身、踏脚、地坪、纪念碑等。
（4）人造石材有：马赛克、陶板、石英板、人造大理石、防滑地砖、瓷砖等。
（5）石渣：也称石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎、筛洗加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石等建筑物面层的装饰工程。
（6）饰面石材
用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗岩两大类。饰面石材的外形有平面的板材，或形成曲面的各种定型件。表面可加工成一般平整面、凹凸不平的毛面、精磨抛光成光彩照人的镜面。
（7）石子
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、筛分而得到的粒径大于5mm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5mm的颗粒，称为卵石。
（二）水泥、石灰、砂浆、混凝土
1．水泥：呈粉末状，与水混合后成塑料胶体。它既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化。并能与砂、石等散状材料牢固的胶结在一起。
（1）水泥的主要成分
1）硅酸盐水泥（波特兰水泥）：石灰石、粘土和铁矿粉按一定比例制成。
其主要生产工艺流程见下图：
（按比例混合）（煅烧1450℃）（掺3-5%石膏）
石灰石粘土———————→生料——————→熟料—————→硅酸盐
水泥成品铁矿粉（磨细）（磨细）（磨细）2）普通硅酸盐水泥（普通水泥）：由硅酸盐水泥熟料加入少量混合材料和适量石膏磨细制成。
3）矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）：由硅酸盐水泥熟料加入一定比例的高炉矿渣和适量石膏磨细而成。
4）火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥）：由硅酸盐水泥熟料加入一定比例的火山灰质混合材料和适量石膏磨细而成。
5）粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）：由硅酸盐水泥熟料加入一定比例的煤灰粉和适量石膏磨细而成。
（2）常见水泥的特性及其使用范围
硅酸盐水泥：凝结硬化快，早期强度高，抗冻性好，水化热大，耐软水侵蚀和化学腐蚀性差。适用于重要结构的高强混凝土和预应力混凝土，冬季施工和遭受反复冰冻工程。
普通水泥：早期强度高，抗冻性好，水化热大，耐热性及腐蚀性较差。适用于早期强度
要求高及一般建筑工程和受冰冻工程。
矿渣水泥：抗侵蚀，耐热性耐水性好，水化热低，后期强度较大，适用于地下、水（海水）下及受高压水作用工程；大体积混凝土，蒸汽养护及有抗侵蚀，耐高温要求工程。
火山灰水泥：抗侵蚀强，抗渗性好，水化热低，后期强度较大。适用于地上下及水中的大体积混凝土工程，蒸汽养护工程，有抗侵蚀要求的一般工程。
粉煤灰水泥：抗渗性及侵蚀性较好，水化热低，干缩性小。抗硬化能力差。适用于地上、地下及水中大体积混凝土工程。蒸汽养护的混凝土构件及有抗侵蚀要求的一般工程。
（3）其他品种水泥
快硬性水泥：硬化快，可用来配置早强、高标号水泥，适用于紧急抢修工程、低温施工工程和高标号混凝土预制件等。由于释放热量大，不适用于大体积混凝土工程。
快凝快硬硅酸盐水泥：双快水泥(快凝快硬硅酸盐水泥)不仅凝结快而且强度增长也很快，它主要用于军事工程、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程。
白硅酸盐水泥：由白硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为白硅酸盐
水泥(简称白水泥)。其特点是强度高，泽洁白，可配制彩砂浆和涂料、白或彩混凝土、水磨石、斩假石等，用于建筑物的内外装修。白水泥也是生产彩水泥的主要原料。
高铝水泥：高铝水泥是一种快硬、高强、耐热及耐腐蚀的胶凝材料。主要特性有：早期强度高、耐高温和耐腐蚀。高铝水泥主要用于工期紧急的工程。如国防、道路和特殊抢修工程等，也可用于冬季施工的工程。
前述各种水泥的共同点是在硬化过程中产生一定的收缩，可能造成裂纹、透水而影响工程的使用。
膨胀水泥：膨胀水泥是在硬化过程中不但不收缩，而且有不同程度的膨胀。除了具有微膨胀性能外，也具有强度发展快，早期强度高的特点。可用于制作大口径输水管和各种输油、输气管，也常用于有抗渗要求的工程、要求补偿收缩的混凝土结构、要求早强的工程结构节点浇筑等。
2．石灰
以石灰石为原料，经煅烧，生成主要成分为氧化钙及一部分MgO的块状材料，称为生石灰。
生石灰加水生成熟石灰的过程称为熟化。生石灰在熟化过程中体积急剧膨胀，且放出大量水化热。
石灰主要用于墙体及抹灰工程，也可作灰土和三合土基础的原料。
3．砂浆：砂浆由细骨料（砂）和胶凝材料（水泥、石灰）加水拌和制成。砂起骨架作用，水泥、石灰起粘结作用。
（1）砂浆种类
1）水泥砂浆：以纯水泥为胶凝材料而制成的砂浆。
2）石灰砂浆：以石灰为胶凝材料而制成的砂浆。
3）混合砂浆：以水泥和石灰为胶凝材料而制成的砂浆。如水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆、石灰粘土砂浆等。
一个土一个于建筑工程中砂浆主要用于砌筑墙体和抹面工程。水泥砂浆比较适合用于水下及潮湿环境下的工程。石灰砂浆比较适合用于干燥环境下，混合砂浆介于二者之间。
水泥砂浆用在基础工程及墙体勒脚以下部分的砌筑及抹灰。混合砂浆用在勒脚以上墙体砌筑及抹灰工程。而石灰砂浆用在强度要求较低的无潮湿的环境中的抹灰工程中。
4．混凝土：是由胶凝材料、石子、砂和水按一定比例配合，经搅拌、振捣、硬化而成的一种人造石材。
（1）混凝土主要特点有：
1）具有较高的抗压强度，能满足工程结构受力要求。
2）具有良好的可塑性，可制成各种截面的混凝土构件。
3）具有较好的耐久性。
4）不易燃烧，防火性能较好。
5）取材方便，制作简单，经济实用，用途广泛。
按骨料分有：特重混凝土(表观密度大于2700kg/m3，含有重骨料如钢屑、重晶石等)；
普通混凝土(表观密度1900~2500kg/m3，以普通砂石为骨料)；轻混凝土(表观密度1000~1900kg/m3，以天然砂或人造砂为骨料)；特轻混凝土(表观密度小于1000kg/m3，如泡沫混凝土、加气混凝土等)。
按胶凝材料分有：无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、碱矿渣混凝土等；有机胶凝材料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。
按施工工艺分主要有：普通浇筑混凝土、离心成型混凝土、喷射混凝土、泵送混凝土等。
按拌合料的流动性分有：干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、大流动性混凝土等。
按配筋情况分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、劲性钢筋混凝土、钢管混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预应力钢筋混凝土等。
（三）木材和钢材
1．木材
优点：木材质轻，强度较高，具有良好的弹性、韧性和抗冲击能力，导热系数小（良好的保温材料），隔热性能好，且天然纹理美观，富于装饰性。
缺点：生长周期长，常有缺点如质地不均，各向异性等；易燃烧，防火性能极差；易吸水、吸湿产生膨胀、干缩变形等。
木材主要力学性质：
（1）由于木材构造质地不均，使其强度具各向异性，即木材强度与其受力方向很大关
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