CIVIL ENGINEERING MATERIALS 土木工程材料 CIVIL ENGINEERING MATERIALS 土木工程学院

绪 论 材料的定义及其分类 土木工程材料在建筑业中的作用与地位 土木工程材料的发展 产品标准及应用技术标准 课程学习的目的与方法

军事工程（Military Engineering ） 土木工程（Civil Engineering ） 材料的定义及其分类 军事工程（Military Engineering ） 土木工程（Civil Engineering ） 除了服务于战争的工程设施以外，所有服务于生活和生产的民用设施均属于土木工程。 现已把军用战壕、掩体、碉堡、浮桥、防空洞等防护工程也归入土木工程范畴。 土木工程是建造各类工程设施的科学技术的总称，既指工程建设的对象（即建在地上、地下、水中的各种工程设施），也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、保养、维修等技术。-中国国务院学位委员会

材料的定义 土木工程材料（/建筑材料） 构成土木工程的材料。（即建筑、桥梁、道路、港口、码头、堤坝、矿井、隧道等使用的材料）。 材料的定义及其分类 材料的定义 土木工程材料（/建筑材料） 构成土木工程的材料。（即建筑、桥梁、道路、港口、码头、堤坝、矿井、隧道等使用的材料）。

也称生态建材（德）、生态环境材料（日）、可持续发展建材、环保建材、健康建材等。 材料的定义及其分类 绿色建材 也称生态建材（德）、生态环境材料（日）、可持续发展建材、环保建材、健康建材等。 1988年第一届国际材料研究会首次提出、1992年被国际学术界明确定义为：原料采用、产品制备、使用或再循环、以及废料处理等环节中，对地球负荷最小，有利人类健康的建筑材料。

1999年3月15日在首届全国绿色建材发展应用研讨会上，中国的专家根据本国国情将绿色建材定义为： 材料的定义及其分类 1999年3月15日在首届全国绿色建材发展应用研讨会上，中国的专家根据本国国情将绿色建材定义为： 达到生命周期后 采用 清洁生产技术 生产 可回收再利用 有利于 环境保护和人体健康 的建筑材料 少用 天然资源与能源 无毒害 无污染 无放射性 大量利用 工农业或城市固体废弃物

各国的环境标志 材料的定义及其分类

材料的定义及其分类 材料分类 结构材料 按使用功能分 保温材料 防水材料 吸音材料 装饰材料 ……

材料的定义及其分类 按在建筑物中的使用部位分 墙体材料 顶棚屋面材料 地面材料 ……

特殊环境型材料（如：超高强、抗腐蚀、耐久等） 材料的定义及其分类 高档材料 中档材料 低档材料 …… 按品质与价格分 节省能源与资源型材料 按绿色角度分 环保利废型材料 特殊环境型材料（如：超高强、抗腐蚀、耐久等） 安全舒适型材料（如：轻质高强、防火、防水、保温、隔热、隔声、调温、调光、无毒害等） 保健功能型材料（如：消毒、灭菌、防臭、防霉、抗静电、防辐射、吸附有害物质等） ……

按化学成分分 无机材料 金属材料 黑色金属：钢、铁 有色金属：铝及其合金，铜及其合金等 非金属材料 天然石材：花岗岩、大理岩、石灰岩、玄武岩 材料的定义及其分类 按化学成分分 无机材料 金属材料 黑色金属：钢、铁 有色金属：铝及其合金，铜及其合金等 非金属材料 天然石材：花岗岩、大理岩、石灰岩、玄武岩 烧结与熔融制品：砖、陶瓷、玻璃、铸石、岩棉 胶凝材料 气硬性胶凝材料：石灰、石膏、水玻璃 水硬性胶凝材料：水泥 砂浆与混凝土 硅酸盐制品：灰砂砖、加气混凝土 有机材料 植物材料：木材、竹材及其制品 合成高分子材料：塑料、橡胶、涂料、胶粘剂、密封材料 沥青材料：石油沥青、煤沥青及其制品 复合材料 无机材料基 混凝土、砂浆、钢筋混凝土 水泥刨花板、聚苯乙烯混凝土 有机材料基 沥青混凝土、树脂混凝土、玻璃纤维增高聚物 胶合板、纤维板、竹胶板

土木工程材料在建筑业中的作用与地位 土木工程材料在建筑业中的作用与地位 土木工程材料是土木工程业的物质基础。每一项建设的开始，首先都是土木工程的基本建设。 土木工程材料的性能、品种、质量及经济性直接影响或决定着土木工程结构的形式、造型以及功能、适用性、艺术性、坚固性、耐久性及经济性等，并在一定程度上影响着材料的运输、存放及使用方式，也影响着施工方法。 土木工程中许多技术的突破，往往依赖于材料性能的改进与提高，而新材料的出现又促进了土木工程设计和施工技术的发展，也使土木工程结构的功能、适用性、艺术性、坚固性和耐久性等得到进一步的改善。 我国一般土木工程材料投资为总工程投资的50%-60%。 一般普通建筑装饰材料投资占工程投资的1/3-1/2（占建材总成本的50%-80%）。

土木工程材料的发展 土木工程材料的发展 土木工程材料是人类物质文明的重要标志，它反映每一时代科学文化的特征，也是社会生产力发展水平的标志。大自然中存在的木、草、土、石等天然材料，为人类居住提供了最早期的房屋建筑材料。

土木工程材料的发展 天然石材 帕提农神庙（希腊） 赵州桥（安济桥） 十七孔桥

土木工程材料的发展 混凝土 科洛希姆斗兽场－古罗马竞技场

土木工程材料的发展 木材、汉白玉、琉璃瓦和青砖等 世界上最宏伟的宫殿群建筑－北京故宫

土木工程材料的发展 烧制的粘土砖、石块、天然土、砂、苇柳 中国秦汉时期－万里长城

土木工程材料的发展 近代社会出现了钢铁、水泥、混凝土等新式结构材料和塑料、铝合金、不锈钢等新型材料。这些材料的出现使得建造规模更大、样式更新、功能更强的建筑成为了现实。

土木工程材料的发展 20世纪70年代－加拿大多伦多CN电视塔－世界上最高的电视塔，入选了吉尼斯世界纪录。（高549m-高强混凝土塔身，特殊密实混凝土发射塔基座，钢结构顶部发射塔）。 1889年－法国巴黎的埃菲尔铁塔 －最初钢铁材料结构物的代表。

土木工程材料的发展 1985年 日本青涵海底隧道（世界最长海底隧道-全长53.86km，穿越海底200多米深） 2004年 台湾“101”金融大楼（508米高）－钢筋混凝土结构。

阿联酋迪拜布吉大楼 设计者：美国SOM设计所(Skidmore, Owings & Merrill) 土木工程材料的发展 阿联酋迪拜布吉大楼 设计者：美国SOM设计所(Skidmore, Owings & Merrill) 阿联酋拥有世界上升速度最快的电梯－时速达到40英里以及世界上最高的人工建筑。 预测大楼高1000米，已经建成160层（688米）。 据来自其官方网站的数据显示：大楼建设所用的混凝土数量同10万头大象一样重。

土木工程材料的发展 中国中央电视台新址 为北京08奥运会提供电视转播服务的中央电视台新台址建筑设计方案最终选中出自荷兰大都会建筑事务所首席设计师库哈斯担纲的方案. 建成后的新台址，由主楼、电视文化中心和附属配套设施组成，总建筑面积为55万平方米。这个造价50亿人民币的庞然大物，竣工后将成为北京的标志性建筑，届时，央视将从现在的12个频道，增加为60个频道，成为亚洲最大的“电视航空母舰”。 重要数据：230米高，总建筑面积为55万平方米

上海环球金融中心 2008年8月竣工 高达492米，地上101层，地下3层。 钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构） 土木工程材料的发展 上海环球金融中心 2008年8月竣工 高达492米，地上101层，地下3层。 钢筋混凝土结构（SRC结构）、钢结构（S结构） 在85层建有“世界最高的游泳池”,在79-93层建“世界最高档次的酒店”,在93层设置“世界最高的中餐厅”,94层的观光大厅和100层、距地面474米处建造的“观光天阁”（超过迪拜塔地上440米观景台高度）,是欣赏上海都市全景的最佳观光景点。

土木工程材料的发展 自20世纪40年代开始，随着世界人口急剧增长及经济建设的飞速发展，土木工程也空前活跃起来。道路、桥梁、铁路、机场、港湾、城市建设、通讯等基础设施的建设对材料在量和质方面的要求都达到了历史最高水平。如：到1996年，世界钢产量达7.1亿吨（中国1.01亿吨）；水泥产量达13.7亿吨（中国4.9亿吨）；混凝土年使用量约90亿吨。 随之出现的问题也日益严重起来：

土木工程材料的发展 1．材料大量生产 消耗自然界中大量原材料（如：炼铁需用铁矿石；烧水泥需要石灰石和粘土，会毁田；制备混凝土的骨料需要开山采矿、挖掘河床；做木材需要毁林，会加速土地沙漠化等）。 2．材料的生产、运输 （1）消耗大量能量（煤、水、电等） （2）产生大量废气（如烧水泥会释放CO2、SO2、HF、H2S、CO、NOX等）和废渣（如铬、铝、矾等－对人体免疫、神经、生殖系统有危害；石棉纤维－会导致矽肺病；多氯二苯二噁英－会导致癌或慢性疾病等），其会产生酸雨、温室效应，损坏臭氧层等危害作用 （3）产生噪声，粉尘，妨碍交通等 3．材料的使用 （1）损耗能量 （2）释放有害物质（甲苯、苯、甲醛、有机挥发物、人造纤维等） （3）产生光污染（如玻璃幕墙、白瓷砖、镜面玻璃的光反射系数达82%-90%，比釉面砖墙面大10倍）、声污染（施工噪音已成为城市四大污染之一，有相当部分施工现场都达90dB-100dB）和热污染等。

土木工程材料的发展 美环保署对各类建筑室内空气连续5年监测的结果表明：室内空气中有数千种化学物质，其中有些有毒化学物质含量比室外绿化区高出20多倍，特别是新完工的建筑物，在6个月内，室内空气中有害物质含量比室外高出100多倍。

1．再生材料和无机材料（如用钢渣、矿渣、煤灰、煤渣制水泥与砖）产生的污染 土木工程材料的发展 1．再生材料和无机材料（如用钢渣、矿渣、煤灰、煤渣制水泥与砖）产生的污染 （1）氡气：新鲜的加气混凝土、砖、石和水泥等中都含放射性铀系元素，它们在衰变过程中释放出氡气。其带电裂变产物易吸附在灰尘上被吸入肺中，会破坏肺组织，诱发肺癌（美环保署统计，在美国，氡污染是造成肺癌的第二大原因）。一般情况下，室内比室外氡气浓度高2倍～20倍。 （2）辐射：有些矿渣、炉渣、粉煤灰、花岗岩、大理石、陶瓷等放射性物质超量，其制品对人体造成x射线辐射伤害。我国国标规定：建材γ辐射量应在20μg/h以下。 （3）石棉：用做泡沫石棉，石棉水泥制品（保温、隔热、吸声、防震）的石棉纤维，被人吸入体内，会导致石棉肺。石棉已被国际癌症研究中心定为致癌物，现已限用。

土木工程材料的发展 2．木材：污染物来自合成胶粘剂、涂料。 涂料溶剂可以释放苯、醇、酯、酸类等；胶粘剂（如白胶、酚醛树脂、合成橡胶胶乳）可释放甲醛、苯类、合成单体→缓慢释放有机物→吸入人体，导致头痛、恶心、刺眼、刺鼻，甚至气喘、神志不清、呕吐、支气管炎等。 甲醛被美环保署定为可疑致癌物。（一般室内没有明显污染源的甲醛含量0.134 mg/m³～0.67 mg/m³；用各种装修材料产生的游离甲醛含量可达2.3 mg/m³。当空气中甲醛浓度超过30 mg/m³ 时可导致人死亡）。国产胶合板的甲醛释放量为100mg/m³～200 mg/m³；日本和欧盟产的胶合板甲醛释放量一般小于10 mg/m³。

3．高分子材料： 由于含有未被聚合的单体及塑料老化分解，释放大量的有机物，如苯类、甲醛和挥发性有机物（VOC）。 土木工程材料的发展 3．高分子材料： 由于含有未被聚合的单体及塑料老化分解，释放大量的有机物，如苯类、甲醛和挥发性有机物（VOC）。 （1）苯：主要来自高分子材料，是强烈致癌物。人短时间内吸收高浓度苯，中枢神经会麻痹。 （2）氨气：混凝土抗冻剂加入尿素，会释放氨气（具有强烈刺激气味），粘附在皮肤粘膜或眼结膜上，会产生炎症，削弱抵抗力。其在北方的污染较明显。

高性能化材料（耐久、轻质高强、装饰、耐火、防火、抗震） 多功能化、复合化材料 智能化材料 土木工程材料的发展趋势 土木工程材料的发展趋势 绿色化材料（节能、利废、环保、保健） 高性能化材料（耐久、轻质高强、装饰、耐火、防火、抗震） 多功能化、复合化材料 智能化材料

由日本建筑师坂茂设计的一栋纸建起来的可以全面回收再利用的多层展厅： 由织物和纸塑料材料制成的半透明薄膜棚面架于钢桩之上，形成拱状屋顶。 土木工程材料的发展趋势 汉诺威世界建筑博览会－日本展馆 由日本建筑师坂茂设计的一栋纸建起来的可以全面回收再利用的多层展厅： 由织物和纸塑料材料制成的半透明薄膜棚面架于钢桩之上，形成拱状屋顶。

带有弧度的平板承重结构是由直径20cm、以交叉图案相连接的弯曲纸板筒构成的。 土木工程材料的发展趋势 汉诺威世界建筑博览会－日本展馆 带有弧度的平板承重结构是由直径20cm、以交叉图案相连接的弯曲纸板筒构成的。

产品标准及应用技术标准 为了保证土木工程材料的选择和使用规范化，对其控制的标准主要有产品标准和工程建设标准。 产品标准：保证产品适用性，对其必须达到的某些或全部要求制定的（品种、规格、技术性能、试验方法、包装、储藏、运输等） 工程建设标准：对基本建设中各类的勘察、规划、设计、施工、安装、验收等需要协调统一的事项所制定的。

（一）国内标准 1．国家标准：GB 2．行业标准： JC（建材行业标准）、JG（建工行业标准）、 3．地方标准：DB 4．企业标准：Q 产品标准及应用技术标准 （一）国内标准 1．国家标准：GB 2．行业标准： JC（建材行业标准）、JG（建工行业标准）、 JT（交通行业标准）、 SH（石油化工行业标准）、 LY（林业行业标准）、DL（电力行业标准）、 YB（冶金行业标准）、 CECS（中国工程建设标准化协会标准）、 CCES（中国土木协会标准）。 3．地方标准：DB 4．企业标准：Q 标准内容：标准名称+部门代号+标准编号+批准年份 （如： 《空心玻璃砖》JC/T1007-2006 ）

产品标准及应用技术标准 （二）国际标准 1．团体标准和公司标准 是国际上有影响的团体和公司制定的标准。在国际学术界具有一定的被认可性。如：ASTM（美国材料与试验协会标准） 2．区域性标准 是工业先进国家制定的标准。如：DIN（德国工业标准）；JIS（日本工业标准）；BS（英国工业标准）、 EN（欧洲标准）等。 3．国际标准化组织（ISO）。 中国1987年加入了该组织。

课程学习的目的与方法 课程学习目的与方法 学习目的 为专业课学习及从事相关专业技术工作提供材料的基础知识 学习方法 1．利用好教材及课堂多媒体，尽量采用课上多听少写、课下预习、复习等学习方法，更有效率地理解、掌握常用建筑装饰材料的品种、特点、性能及用途 2．通过观察、实习、实验等方式，将理论知识与实际工 程设计、施工、生产联系起来 3．对相似、相反的材料内容采取对比记忆的学习方法