土木工程材料(高分子)

第一节 绪论什么是土木工程材料土木工程包括：建筑、道路、桥梁、沿途、地下、港口、水利、市政工程——用来建设的材料即为土木工程材料复合材料：碳纤维复合材料、聚合物复合材料、高分子复合材料 绿色建材：含义：采用清洁的生产技术、少用天然资源、多用工业或城市固体废弃物（和农植物秸秆）（生产过程）建材本身：无毒、无污染、无放射性建材功能：有利于环保、有利于人体健康 土木工程材料分类：发展趋势：高性能化、复合化和多功能化、良好的环境协调性、无污染可再生 发展方向：优先发展水泥与混凝土材料、提高配套 土木工程材料质量的控制方法： ,初步确定来源以及质量情况 对工程材料进行抽样检验检测半成品和成品的技术性能，从而评定材料在实际工程中的实际技术性能。

采取相应的措施避免对工程质量造成的不良影响、土木工程对材料的基本要求：安全、适用、美观、耐久与经济 第一章 土木工程材料的基本性质 材料的物理性质密度：材料在绝对密实状态下单位体积的质量表观密度：材料在自然状态下，单位体积的质量（包含内部空隙）表观密度：vm =ρ堆积密度：粉状或粒状材料，在堆积状态下单位体积的质量密度是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。

所谓绝对密实状态下的体积，是指不含有任何孔隙的体积。

表观密度表示材料单位细观外形体积（包括内部封闭孔隙）的质量。

容积密度表示材料单位宏观外形体积（包括内部封闭孔隙和开口孔隙）的质量。

堆积密度是指散粒材料或粉状材料，在自然堆积状态下单位体积的质量。

材料的堆积体积指在自然、松散状态下，按一定方法装入容器的容积，包括颗粒体积和颗粒之间空隙的体积。

堆积密度：v''m0=ρ材料的孔隙率：块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比。

00000100)1(1000P ⨯-=⨯-=ρρVV V 开口孔隙率：是指材料中能被水饱和（即被水所充满）的孔隙体积占材料在自然状态的体积的百分率.闭口孔隙率：是总孔隙率与开口孔隙率之差材料的密实度:材料体积内被固体物质充实的程度。

高分子工程材料有哪些
高分子工程材料是一类以高分子化合物为基础的材料，它具有优异的力学性能、耐热性、耐化学性，广泛应用于各个领域。

常见的高分子工程材料包括：
1. 聚氯乙烯（PVC）：具有较好的绝缘性能和耐候性，常用于电线电缆、建筑材料等。

2. 聚乙烯（PE）：具有良好的机械性能和化学稳定性，常用于容器、管道、绝缘材料等。

3. 聚丙烯（PP）：具有良好的耐热性和耐化学性，常用于汽车零件、电器外壳等。

4. 聚苯乙烯（PS）：具有较好的透明性和耐冲击性，常用于塑料杯、餐具等。

5. 聚氨酯（PU）：具有优异的强度和弹性，常用于汽车零件、家具等。

6. 聚酯（PET）：具有良好的耐热性和耐化学性，常用于瓶子、纤维等。

7. 聚碳酸酯（PC）：具有较好的透明性和耐冲击性，常用于手机壳、眼镜等。

8. 聚甲醛（POM）：具有良好的耐磨性和机械性能，常用于齿轮、轴承等。

除了以上常见的高分子工程材料，还有更多种类的高分子材料，如聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺（PI）等，它们在特定领域有着特殊的性能和应用。

土木工程材料的发展历史土木工程材料的发展经历了多个时代，每个时代都有其代表性的材料和特点。

以下是各个时代的主要内容和特点概述。

1.天然材料时代在古代，土木工程中主要使用的是天然材料，如木材、石头、土壤等。

这些材料在当时不仅来源广泛，而且加工和利用方式也相对简单。

例如，木材被用于建造房屋、桥梁等，石头则被用于制作工具、武器等。

虽然这些材料的使用在一定程度上取得了成功，但也存在一些问题，如易腐烂、强度不高、不耐久等。

2.水泥与混凝土时代19世纪初，水泥和混凝土的发明为土木工程带来了革命性的变革。

水泥是一种无机胶凝材料，具有良好的力学性能和耐久性，而混凝土则是由水泥、砂、石等材料混合而成的复合材料，具有较高的强度和耐久性。

这些材料的出现为土木工程提供了更为可靠、耐用的建筑材料，推动了土木工程的发展。

3.钢材与混凝土时代20世纪初，钢材和混凝土的发明和应用进一步推动了土木工程的发展。

钢材具有高强度、良好的塑性和韧性，而且耐腐蚀、耐高温。

而混凝土则被用作承重结构和防护材料，具有高强度、耐久性和防火性能好的特点。

在土木工程中，钢材和混凝土的组合应用使得建筑物和结构物的强度和跨度都有了质的飞跃。

4.高分子材料时代20世纪中叶，高分子材料的出现为土木工程提供了新的选择。

高分子材料具有轻质、高强度、耐腐蚀、易加工等特点，被广泛应用于建筑结构、防水材料、装饰材料等领域。

例如，塑料、合成橡胶等高分子材料可用于制作防水卷材、保温材料等，同时也为土木工程师提供了更多的设计选择。

5.复合材料时代复合材料的出现进一步丰富了土木工程材料的种类和性能。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组成的，这些材料通过特殊的工艺手段结合在一起，以获得更好的性能。

例如，钢筋混凝土就是一种典型的复合材料，它结合了钢筋和混凝土两者的优点，具有更高的强度和耐久性。

此外，碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等也相继问世，进一步推动了土木工程的发展。

6.绿色建筑材料时代随着人们对环境保护意识的不断提高，绿色建筑材料逐渐成为了土木工程领域的热点。

《土木工程材料》重要知识点一、材料基本性质（1）基本概念1.密度：状态下单位体积（包括材料实体及开口孔隙、闭口孔隙）的质量，俗称容重；3.表观密度：单位体积（含材料实体及闭口孔隙体积）材料的干质量，也称视密度；4.堆积密度：散粒状材料单位体积（含物质颗粒固体及其闭口孔隙、开口孔隙体积以及颗粒间孔隙体积）物质颗粒的质量；5.孔隙率：材料中的孔隙体积占自然状态下总体积的百分率6.空隙率：散粒状材料在堆积体积状态下颗粒固体物质间空隙体积（开口孔隙与间隙之和）占堆积体积的百分率；7.强度：指材料抵抗外力破坏的能力（材料在外力作用下不被破坏时能承受的最大应力）8.比强度：指材料强度与表观密度之比，材料比强度越大，越轻质高强；9.弹性：指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，能够完全恢复原来形状的性质；10.塑性：指在外力作用下材料产生变形，外力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，这种不能恢复的变形称为塑性变形；11.韧性：指在冲击或震动荷载作用下，材料能够吸收较大的能量，同时也能产生一定的变形而不破坏的性质；12.脆性：指材料在外力作用下，无明显塑性变形而突然破坏的性质；13.硬度：指材料表面抵抗其他物体压入或刻划的能力；14.耐磨性：材料表面抵抗磨损的能力；15.亲水性：当湿润角≤90°时，水分子之间的内聚力小于水分子与材料分子之间的相互吸引力，这种性质称为材料的亲水性；16.憎水性：当湿润角＞90°时，水分子之间的内聚力大于水分子与材料分子之间的吸引力，这种性质称为材料的憎水性；亲水性材料憎水性材料17.润湿边角：当水与材料接触时，在材料、水和空气三相交点处，沿水表面的切线与水和固体接触面所成的夹角称为湿润边角；18.吸水性：指材料在水中吸收水分的性质；19.吸湿性：指材料在潮湿空气中吸收水分的性质，以含水率表示；20.耐水性：指材料长期在水的作用下不破坏，而且强度也不显著降低的性质；21.抗渗性：指材料抵抗压力水渗透的性质；22.抗冻性：指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻结和融化作用（冻融循环）而不破坏、强度又不显著降低的性质；23.导热性：当材料两侧存在温度差时，热量将由温度高的一侧通过材料传递到温度低的一侧，材料的这种传导热量的能力称为导热性；24.热容量：材料在温度变化时吸收和放出热量的能力。

土木工程中的新型防水材料研究与应用在土木工程领域，防水工程是至关重要的一环。

良好的防水性能不仅能够保护建筑物的结构安全，延长其使用寿命，还能为人们提供舒适、干燥的居住和使用环境。

随着科技的不断进步，新型防水材料不断涌现，并在土木工程中得到了广泛的研究与应用。

一、新型防水材料的种类1、高分子防水材料高分子防水材料是以合成橡胶、合成树脂或两者的共混体为基料，加入适量的助剂和填充料等，经特定工艺加工而成。

常见的高分子防水材料有三元乙丙橡胶防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材、氯化聚乙烯（CPE）防水卷材等。

这些材料具有拉伸强度高、断裂伸长率大、耐老化性能好等优点，适用于各种防水工程。

2、防水涂料防水涂料是一种液态或半液态的防水材料，涂刷在基层表面后，经过固化形成一层具有防水性能的薄膜。

常见的防水涂料有聚氨酯防水涂料、丙烯酸防水涂料、JS 防水涂料等。

防水涂料施工方便，能够适应各种复杂的基层形状，且与基层粘结力强，防水效果好。

3、自粘防水卷材自粘防水卷材是一种具有自粘性的防水卷材，无需使用胶粘剂，只需将卷材底面的隔离膜揭去，即可直接粘贴在基层上。

自粘防水卷材具有施工速度快、粘结牢固、防水性能可靠等优点，在土木工程中得到了越来越广泛的应用。

4、防水密封材料防水密封材料主要用于建筑物的接缝、门窗周边等部位的防水密封。

常见的防水密封材料有硅酮密封胶、聚氨酯密封胶、聚硫密封胶等。

这些材料具有良好的粘结性、弹性和耐候性，能够有效地防止水的渗透。

二、新型防水材料的性能特点1、优异的防水性能新型防水材料在防水性能方面有了显著的提高，能够有效地阻止水分的渗透，保护建筑物的结构不受损害。

例如，高分子防水材料的耐水性、耐腐蚀性和耐老化性能都非常出色，能够在长期的使用过程中保持良好的防水效果。

2、良好的物理性能新型防水材料具有较高的拉伸强度、断裂伸长率和撕裂强度等物理性能，能够适应基层的变形和开裂，保证防水系统的完整性。

同时，这些材料还具有良好的耐热性、耐寒性和耐候性，能够在不同的环境条件下正常使用。

土木工程材料分类土木工程材料是指在土木工程中用于建筑、道路、桥梁等工程结构的各种材料。

根据材料的性质和用途不同，土木工程材料可以分为多种分类。

在土木工程中，材料的选择对工程质量和使用寿命有着至关重要的影响，因此对土木工程材料的分类及其特点的了解十分必要。

一、金属材料。

金属材料是土木工程中常用的一类材料，主要包括钢材、铝材、铜材等。

钢材是土木工程中使用最广泛的金属材料，其具有高强度、耐腐蚀、可塑性好等优点，常用于建筑结构、桥梁、钢筋混凝土等工程中。

铝材轻质、耐腐蚀，常用于航空、铁路等领域。

铜材导电性能好，常用于电力工程中。

二、非金属材料。

非金属材料是土木工程中另一类常用的材料，主要包括混凝土、玻璃纤维、塑料等。

混凝土是土木工程中使用最广泛的非金属材料，其具有耐压、耐磨、耐腐蚀等优点，常用于建筑结构、路面、桥梁等工程中。

玻璃纤维具有优良的抗拉强度和耐腐蚀性能，常用于加固材料、隔热材料等。

塑料具有轻质、绝缘、耐腐蚀等特点，常用于管道、隔热材料等。

三、复合材料。

复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的新材料，具有综合性能优异的特点。

在土木工程中，常用的复合材料主要包括玻璃钢、碳纤维等。

玻璃钢具有优良的耐腐蚀性能和抗拉强度，常用于化工设备、储罐、污水处理设备等。

碳纤维具有高强度、轻质等特点，常用于航空、航天、汽车等领域。

四、新型材料。

随着科技的发展，新型材料在土木工程中得到了广泛应用，如聚合物纤维混凝土、高强度混凝土、高分子材料等。

聚合物纤维混凝土具有优良的抗裂性能和耐久性，常用于路面、桥梁等工程中。

高强度混凝土具有高强度、耐磨、耐冻融等特点，常用于重载道路、机场跑道等。

高分子材料具有优良的耐腐蚀性能和绝缘性能，常用于化工设备、管道等。

综上所述，土木工程材料根据其性质和用途的不同可以分为金属材料、非金属材料、复合材料和新型材料。

不同类型的材料各具特点，在工程中有着不可替代的作用。

因此，在土木工程中选择合适的材料至关重要，需要根据工程的具体要求和环境条件进行合理的选择和应用。