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第三章土木工程材料
3.1土木工程材料是建筑物的重要物质基础,在任何一项建筑物中,土木工程材料的投资都
占有非常大的比重。土木工程材料的品种、性能和质量将直接影响着建筑物的功能、适用性、
耐久性、经济性和环保性,并在一定程度上影响着土木工程材料的使用方式和建筑物的施工
方法。
新型绿色环保土木工程材料和生态土木工程材料
3.2木材是最早用于土木工程的材料之一
我国现存时代最早、规模最大的木结构古建筑五台山佛光寺大殿
木材的优点:轻质高强;有较高的弹性和韧性;易加工;承受冲击和振动作用好;导热系数
低;保温隔热;具有较好的耐久性;纹理美观,色调温和,风格典雅,装饰效果好;绝缘性
能强;无毒性
木材的缺点:构造不均匀,呈各向异性;自然缺陷多,影响了材质和使用率;湿胀干缩,使
用不当容易产生干裂和翘曲;存放和使用过程中维护不当,则易腐朽、霉烂和虫蛀;耐火性
差,易燃烧
树木的种类很多,常分为针叶树和阔叶树两类
针叶树,又名软木材,树干直而高大,材质轻软,易于加工,表观密度和胀缩变形小,有一
点强度,是常用的主要承重结构木材。阔叶树,又名硬木材,大多数树种的材质强度较高,
表观密度较大,材质坚硬,加工较难,且胀缩、翘曲、裂缝等较针叶树明显
树木由树皮、髓心和木质部三部分组成
靠近髓心部分颜色较深为心材,靠近树皮部分颜色较浅为边材
在同一生长年中,春天细胞分裂速度快,细胞腔大壁薄,所以构成的木质较疏松颜色较浅称
为早材或春材
夏秋两季细胞分裂速度慢,细胞腔小壁厚,构成的木质较致密,颜色较深,称为晚材或夏材
木材的主要物理和力学性质是含水率、湿胀干缩、表观密度和强度
木材常用的强度有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度
木材是一种非均匀材料,具有各向异性,使木材的强度有很强的方向性
木材的顺纹强度比其横纹强度要大得多,在工程上均充分利用木材的顺纹强度。理论上,木
材强度以顺纹抗拉强度为最大,其次是抗弯强度和顺纹抗拉强度
影响木材强度的主要因素有含水率、密度、颗粒结构、温度和木材缺陷。其中木材的密度是
影响木材轻度的最主要因素。一般来说,木材的密度越大,强度越高;木材的密度越小,强
度越低
木材中的水分按其与木材结合形式和存在的位置可分为:自由水、吸附水和化学结合水
当木材含水率小于纤维饱和点时,随含水率的增加,强度将下降,尤其是木材抗弯强度和顺
纹的抗压强度;当木材含水率超过纤维饱和点时,含水率的变化不影响木材的强度
当温度升高时,木材的强度也会降低
木材的使用温度以50℃以下的正温为宜
结构和装饰用木材一般选用等级较高的木材一般Ⅰ级木材用于受拉或受弯构件;Ⅱ级木材用
于受弯或受压构件;Ⅲ级木材用于受压构件及次要受弯构件
木材的缺陷包括木节、腐朽、斜纹、裂纹、髓心及虫蛀等,这些缺陷都会影响木材的强度。
如木节使顺纹抗拉强度明显降低,而顺纹抗剪强度有所提高;斜纹使木材的抗弯强度和抗拉
强度都有所下降
木材作为土木工程材料最大的缺陷是容易腐蚀、虫蛀和燃烧
木材的腐朽是由真菌在木材中寄生而引起的
变色菌侵入木材较深,难以除去,损害木材的外观质量
腐朽菌的生存和繁殖,除了靠木材提供养料外,还必须同时具备以下三个条件:适宜的水分、
空气和温度。当木材的含水率在35%~50%,温度在25~30℃,木材中又存在一定量的空气,
最适宜腐朽菌的繁殖,如果能够破坏其中的一个条件的话,腐朽菌则不能破坏木材
木材的防腐主要采用两种形式,一种是破坏腐朽菌生存繁殖的条件,另一种是把木材变成有
毒物质,使其不适于作真菌的养料
木材的防火主要有表面涂敷法和溶液浸注法
我国木材供应的主要形式有原条、原木和板枋三种,原条是指除皮、根、树梢,但尚未加工
成规定尺寸的木材。用于搭建脚手架;原木是指除皮、根、树梢的木材,并按一定尺寸加工
成规定直径和长度的木材。用于制作屋架;板枋是指原木经锯解加工而成的木材,宽度不足
厚度三倍的木材,称为枋材
人造板是以木材、木质纤维、碎木料或其他植物纤维为原料,加入胶黏剂和其他添加剂制成
的板材。人造板主要有型压板、层压板和夹心板三种
3.3金属材料包括黑色金属盒有色金属两大类,黑色金属是以铁元素为主要成分的金属及其
合金,如铁、钢、合金钢。有色金属是以其他金属元素为主要成分的金属及其合金,如铜、
铝、铅等金属及其合金
土木工程中用的钢材主要有各种型钢、钢板、钢管和各种钢筋、钢丝、钢绞线
在土木工程中,使用最多的金属材料是钢材
钢材在土木工程中的应用:
1.土木工程结构钢
土木工程结构使用的钢材主要有碳素结构钢、低合金高强度结构钢和优质碳素结构钢
碳素结构钢又称普通碳
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