土木工程材料概论

1. 土木工程材料概论 北京建筑工程学院 宋少民

2. 目 录 • 材料在土木工程中的地位和作用 • 土木工程材料的定义与分类 • 土木工程材料的历史 • 新世纪蓬勃发展的土木工程材料 • 土木工程材料面临的挑战 • 土木工程实现可持续发展关键看材料

3. 一、材料在土木工程中的地位和作用 ★人类历史前进的里程碑 石器时代---青铜器时代---铁器时代--- 钢铁时代---电子时代 ★二十一世纪四大支柱产业 信息 能源 生物 材料 材料是所有产业的物质基础

4. 土木工程材料的基本要求 • 必须具有足够的强度，能够安全的承受设计载荷； • 材料的自身重量要以轻为宜，以减轻下部结构和地基的负荷； • 具有与环境相适应的耐久性，以减少维修费用； • 用于装饰的材料，应能美化建筑，产生一定的艺术效果； • 用于特殊部位的材料，应具有相应的特殊功能。

5. 土木工程材料在土木工程中的地位 • 土木工程材料是土木工程的物质基础。 • 土木工程材料直接影响工程造价。目前在我国，建筑材料占工程总造价的比例高达50-70%。 • 促进土木工程工程技术进步和建筑业发展。新材料的出现，可以促进建筑形式的变化和结构设计、施工技术的革新。 清华大学陈肇元院士说：土木之根在材料；建筑之根在人文。

6. 土木工程与材料的关系 当前土木工程中专业之间关系现状 建筑 设计 ？ ？ 施工 材料 ？ 结构 设计 ？ 设备(水暖电等)设计

8. ? ? 一个人当然不可能具备所有必要的知识，因此设计者可以简单地咨询材料专家，然而，除了少数特例外，大多数结构工程师对混凝土行为都缺乏必要的了解；材料专家又多是一些纯粹的科学家，对结构和施工的问题缺乏了解，结果他们不知道什么问题要回答，而设计人员也不知道要问些什么。 ——（英）Adam Neville ?

9. 墙 板 ？ 桥 路

10. 土木工程师 (设计、施工、材料、监理、管理) 为什么要具备并不断更新 混凝土材料的知识？

11. 科学与工程 • 科学是认识、发现、研究的过程 • Discovery 回答的问题是 “是什么”“为什么”“能不能” • 工程是运用规律，发明、创造人类所需要的东西（物质或精神），是改造世界、创造文明的过程 • Creation 回答的问题是 “做什么”“怎么做” • 工程师的要求：不仅要有很强的分析能力，还要有广泛的知识和综合能力

12. 什么是学问 学问就是能眼前的道理、材料系统化、深刻化。更扼要地说“学贵能得要”，能得要才算学问。如何才是得要？就是自己在这一方面可以从许多东西中简而约之成为几个简单的要点，或只几个名词就够了。所以有学问的人没有觉得学问是复杂的。

13. 材料是工程的基础。不同材料有不同的设计理论和方法，以及不同的施工方法；设计和施工方法必须跟随材料的变更或更新而变更或更新。材料是工程的基础。不同材料有不同的设计理论和方法，以及不同的施工方法；设计和施工方法必须跟随材料的变更或更新而变更或更新。 • 工程中的主要问题是如何处理使用材料时所遇到的各种相互矛盾的因素，最大限度地做到对立的统一，以实现“百年大计”。

14. 混凝土是今后相当长时期主要的、大宗的材料，人们对混凝土材料这种复杂多相体的认识仍在不断地发展。混凝土是今后相当长时期主要的、大宗的材料，人们对混凝土材料这种复杂多相体的认识仍在不断地发展。 • 混凝土的应用不是混凝土材料学的应用而是混凝土工程学。在校期间所学的材料知识只是皮毛，造成知识的缺陷和局限性，只能机械地执行规范，不利于甚至阻碍技术的进步。 • 混凝土是用最简单的工艺制造的最复杂的体系。 ──（英）Adam Neville

15. 结构——材料——施工的关系 不同工程结构 不同构件 不同材料 基础，决定作用 不同施工方法 要求 混凝土技术是进行结构设计和施工的基本知识. ──（英）Adam Neville

16. 要从系统的观念考虑混凝土的耐久性 工程结构 使用环境 混凝土 水泥

17. 打破专业与行业隔离的现状，是当代生产和科技发展的需要和必然。打破专业与行业隔离的现状，是当代生产和科技发展的需要和必然。 今后，一生中只从事一种职业的人越来越少，……今天专家是高级人才的代称，未来各领域的顶尖人才将更多地表现为那些善于打通专业樊篱、学科壁垒的“通才”。 ──王宏甲《中国新教育风暴》

18. 社会所需要者，通才为大，而专家次之，以无通才之专家临民，其结果不为新民（化民成俗），而为扰民。 ──梅贻琦 通识教育之重要不仅在于拓宽知识面，更在于培养通识能力，这是比综合能力更高级的认识力。大成功首先得益于准确地认识和决策，再运用综合能力去实施才会取胜。 ──王宏甲《中国新教育风暴》

19. 现代社会更需要学科和行业之间的交叉和宽广知识面的人才现代社会更需要学科和行业之间的交叉和宽广知识面的人才 工程中的关系各方： 建筑——结构——设备——施工 业主——设计——材料——施工 水泥——混凝土——结构 关系的层次： 合作：各自独立，协商解决 结合：各自独立，互相了解和配合 融合：互相渗透，主动参与 一体 ：多专多能

20. 古埃及第一个金字塔是B.C.2630由当时第三王朝大臣英霍泰普(Inhotap)设计并主持建造的。他同时是建筑师和工程师古埃及第一个金字塔是B.C.2630由当时第三王朝大臣英霍泰普(Inhotap)设计并主持建造的。他同时是建筑师和工程师

21. 罗马的索菲亚大教堂的设计者希腊人恩塞缪斯(Anthemius)是当时(A.D.537)最伟大的建筑师、工程师，同时还是一位几何学家和物理学家罗马的索菲亚大教堂的设计者希腊人恩塞缪斯(Anthemius)是当时(A.D.537)最伟大的建筑师、工程师，同时还是一位几何学家和物理学家

22. 成为巴黎的象征的艾菲尔铁塔(1889年)，其建筑、结构设计和施工主持人是承包过20年的钢结构设计与施工的法国工程师艾菲尔(G.Eiffel)。成为巴黎的象征的艾菲尔铁塔(1889年)，其建筑、结构设计和施工主持人是承包过20年的钢结构设计与施工的法国工程师艾菲尔(G.Eiffel)。

23. 二、土木工程材料的定义与分类 材料是什么？ 材料是可以用来以社会、资源允许的方式，经济地制造有用器件的物质。狭义土木工程材料，是指直接构成土木工程实体的材料。

24. 按化学成分和原子结合键分类 • 无机材料 • 金属材料：黑色金属和有色金属 • 非金属材料：胶凝材料、石材等 • 有机材料 • 植物材料：木材、竹材 • 沥青材料：石油沥青、改性石油沥青 • 高分子材料：树脂、橡胶等 • 复合材料 • 无机非金属与有机复合：玻璃钢 • 金属与无机非金属复合：钢筋混凝土 • 金属与有机的复合：彩钢夹心板

25. 按材料在建筑物或构筑物中的功能分类 • 按材料在建筑物或构筑物中的功能分类 • 承重材料 • 非承重材料：保温隔热材料、吸声隔声材料、防水材料、装饰材料 按材料的使用部位分类 • 结构材料、墙体材料、屋面材料、地面材料、饰面材料、及其他用途的材料

26. 三、土木工程材料的历史 1、远古时期 穴居巢处

27. 2、石器时代 挖土凿石为洞 （古崖居） 伐木搭竹为棚

29. 3、青砖汉瓦的时代

33. 同时代欧洲有古罗马建筑的辉煌

34. 4、欧洲工业革命带来的飞跃 • 到十八世纪为止虽然人类经过了漫长的发展过程，但建筑材料无论在质上还是量上，都没有出现很大的飞跃。 • 1760年开始的欧洲工业革命，改变了这一切，19世纪后工业生产的建筑材料取得了长足的进步，令人瞩目！而这中巨变的集中标志就是钢材、水泥、混凝土的发明与应用。

35. 中国最早的水泥生产与混凝土结构物 被誉为“外滩第一楼”，建成于1906年 汇丰银行大楼风雨中走过94年

37. 四、二十世纪的蓬勃发展 土木工程材料不仅在性能和质量上而且在品种上蓬勃发展，新材料层出不穷，高分子材料、复合材料为代表的材料得到了快速发展。

48. 五、土木工程材料面临的挑战 • 混凝土结构耐久性是必须解决好的问题