土木工程新材料-绿色材料讲义-课件PPT(精)

高弹态是橡胶的使用状态，常温处于高弹态的聚 合物均可用作橡胶。
粘流态是聚合物成型时的状态。 完全结晶的聚合物的温度-变形曲线有所不同， 在熔点Tm以前不出现高弹态，而是保持结晶态；当温 度升高到熔点以上时，若分子量足够大，则出现高弹 态，若分子量很小，则直接进入粘流态。
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图7-7 结晶聚合物温度-形变曲线
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㈡塑料管 塑料管是指采用塑料为原料，经挤出、注塑、焊 接等工艺成型的管材和管件。与传统的镀锌钢管和铸 铁管相比，塑料管具有耐腐蚀、不生锈、不结垢、重 量轻、施工方便和供水效率高等优点。常用的塑料管 包括硬质聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、ABS（丙 烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）管、聚丁烯管、玻璃钢 管以及铝塑等复合塑料管。
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二、建筑中常用的塑料制品 塑料既可用做防水、隔热保温、隔声和装饰等功 能材料；也可制成玻璃纤维或碳纤维增强塑料，用做 结构材料。 ㈠塑料门窗 塑料门窗是由硬质聚氯乙烯型材经切割、焊接、 拼装、修整而成的门窗制品，与传统的钢、木门窗相 比，塑料门窗具有美观耐用、安全、节能等一系列优 点。
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㈡聚合物的物理状态及性能特点 聚合物的各种物理状态可以根据形变能力与温度 关系曲线—温度-变形曲线进行划分。按温度区域可划 分为玻璃态、高弹态和粘流态三种物理形态。
图7-6 非晶聚合物温度-形变曲线
（Ma、Mb—分子量可编，辑pptMa ＜ Mb ）
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玻璃态是塑料的使用状态，常温处于玻璃态的聚 合物都可用作塑料。
1-分子量低；2-分子量较搞
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在室温下，聚合物总是处于玻璃态、高弹态和粘 流态三种状态之一，不同聚合物可能处于不同的物理 状态，表现出不同的力学性能。

制造过程的智能化
利用先进的制造技术和设 备，实现制造过程的自动 化和智能化，提高生产效 率和产品质量。
制造技术的创新
不断探索和研发新的制造 技术，推动绿色建材制造 技术的进步和发展。
质量控制
质量标准的制定与执行
制定严格的质量标准和控制要求，确保产品的质量和环保性能符 合相关标准和规定。
质量检测与监控
促进产业升级
推广绿色建材可以促进传统建筑材 料的转型升级，推动相关产业的绿 色化发展，提高产业的整体竞争力。
绿色建材的应用领域
住宅建筑
基础设施建设
绿色建材广泛应用于住宅建筑的内外 墙、地面、屋顶等各个部位，如节能 门窗、环保涂料、生态水泥等。
在高速公路、桥梁、隧道等基础设施 建设中，绿色建材如高强度混凝土、 耐久性沥青等也得到了广泛应用。
低建筑能耗，提高能源利用效率。
03
详细描述
节能建材如保温砖、节能玻璃等，能够有效减少建筑物在冬季采暖和夏
季制冷时的能耗，降低能源消耗和碳排放。这些建材的使用有利于推动
建筑行业的绿色发展。
环保建材
环保建材
指在生产、使用过程中对环境影响较小的建材，不含有害物质，能够减少对环境的污染。
总结词
环保建材是绿色建材的核心类别，具有无害、低污染的特性，能够减少对环境的负面影响。
建立完善的质量检测和监控体系，对产品的质量和环保性能进行全 面的检测和监控。
不合格品的处理
对不合格产品进行有效的处理和追溯，防止不合格产品流入市场， 确保产品的质量和环保性能。
04 绿色建材的优势与挑战
成本与价格
成本较高
由于绿色建材的生产过程较为复 杂，原材料和生产工艺的要求较 高，因此成本相对较高，导致市 场价格也相对较高。

标准名称 JC/T 479-92建筑生石灰
建材行业的 推荐 技术标准的二类
标准代号 标准
类目顺序号
标准颁发 年代号
土木工程材料
五、技术准标简介
地方标准与企业标准：凡国家、部未能颁布的产品与过程的技术 标准，可由相应的工厂、公司等单位，根据生产厂能保证的产品质 量水平所制定的技术标准，报请本地区或本行业有关主管部门审批 后，在该地区或行业中执行。
各种材料的吸水率很不相同，差异很大
如花岗岩的吸水率只有0.5％-0.7％ 混凝土的吸水率为2％-3％ 粘土砖的吸水率达8％-20％ 木材的吸水率可超过100％
土木工程材料
4、材料的耐水性
定义：材料长期在饱和水作用下不被破坏，强度也无明显
下降的性质。
软化系数：
KR
fb fg
KR =材料吸水饱和后的抗压强度 /材料干燥时的抗压强度
土木工程材料 3、材料的吸湿性和吸水性
1）吸湿性：用含水率表示
亲水材料在潮湿空气中吸收水分的性质。 还湿性： 亲水材料在干燥空气中放出所含水分的性质。
含水率
Wh
ms mg mg
*100%
材料在吸湿状态下的重量 材料在干燥状态下的重量
影响材料含水率的因素：环境的温度和湿度
平衡含水率：材料中所含水分与环境温度所对应的湿度相平衡时 的含水率
K Qd AtH
影响因素： 孔隙率及孔隙特征
开口的连通大孔越多
抗渗性越差
闭口孔隙率大的材料
抗渗性仍可良好
抗渗等级:以规定的时间在标准试验条件下所能承受的最大水压力 （MPa）来确定，
P P 材料可以抵抗0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa水压力： 2 4 P6
土木工程材料

1.物理性质
石料的物理性质包括：物理常数、吸水性，以及耐候性。
（1）物理常数
石料的物理常数是石料矿物组成结构状态的反映。
三部分组成
矿物实体 闭口孔隙 开口孔隙
1）密度
——石料在规定条件（105土5℃烘干至恒重，温度20℃） 下，单位实体体积（闭口孔隙+矿质实体的体积）的质量。
公式：
t
ms vs
M vs
1）吸水率
吸水率是指在室内常温和大气压条件下，石料试件最大 的吸水质量占烘干（105土5℃干燥至恒重）石料试件质量的 百分率。
W
m2 m1 m1
100
式中：W——石料吸水率，％； m1——石料烘干至恒量时的质量，g；
m2——石料试件吸水至恒量时的质量，g。
2）饱水率
——在内常温（20±2℃）和真空（真空度为2.67kPa）条 件下，石料试件的最大吸水质量占烘干石料试件质量的百分 率。
在空气中称量石料质量， m0=0，ms=M
式中：t——石料的真实密度，g/cm3； ms——石料矿质实体的质量，g； vs——石料矿质实体的体积，cm3。
2）毛体积密度
——指在规定条件下，石料单位毛体积（矿质实体+孔隙的
体积）的质量。
公式：
h
vs
ms vn
vi
M V
式中：h——石料的毛体积密度，g/cm3； ms 、vs——意义同前式； vi——石料开口孔隙的体积，cm3； vn——石料闭口孔隙的体积，cm3。 V——石料的毛体积，cm3。
2.力学性质
——主要讨论确定石料等级的抗压强度和磨耗率两项性质。
（1）单轴抗压强度
石料的工程用途不同，抗压强度的测试方法也不相同。 道路工程、建筑工程用石料的单轴抗压强度按下式计算：

对于形状不规则的材料，可采用蜡封排水法测定其体积。
4．堆积密度 0
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。
0 V m 0 V 0m V vVV b m V kV v
式中 0 堆积密度 (g／cm3)或(kg／m3)；V 0 堆积体积 (cm3)或 (m3)；Vv材料内部开口孔隙的体积(cm3)或(m3)。
土木工程材料的基本性质是指材料处于不同的使用条 件和使用环境时，通常必须考虑的最基本的、共有的性质。
土木工程材料的基本性质一般包括物理性质、力学性质、 化学性质和耐久性等。
第一节 材料的物理性质
一.与质量状态有关的物理性质
1．密度(ρ)
密度(真密度)是材料在绝对密实状态下，单位体积的质量。
m V
式中ρ密度(g/cm3)或(kg/m3)；m材料在干燥状态下的质量(g) 或(kg)；V材料在绝对密实状态下的体积(cm3)或(m3)。
2．吸水性与吸湿性
2.1 吸水性 (1)质量吸水率Wm
指材料吸水饱和时，所吸水量占材料绝干质量的百分率。
Wmm饱 mm10% 0
(2)体积吸水率WV
指材料吸水饱和时，所吸水分的体积占绝干材料自然体
积的百分率。
WV m饱 V0m1W10% 0
ρw为水的密度。常温下取ρw=l(g／cm3)
质量吸水率与体积吸水率的关系为：
材料内部孔隙构造上的特征，如大小、形状、分布、连 通等统称为孔隙特征。在一般工程应用上，材料的孔隙特征 通常是指孔隙的连通性。
开口孔隙(简称开孔)是指材料内部孔隙不仅彼此互相贯通， 并且与外界相通。开口孔隙能提高材料的吸水性、透水性、吸 声性，并降低材料的抗冻性。
闭口孔隙(简称闭孔)是指材料内部孔隙彼此不连通，而且 与外界隔绝。闭口孔隙能提高材料的保温隔热性能和耐久性。

砌体材料砌体材料一石材一石材二砖与砌块砖与砌块五石膏和石灰石膏和石灰六砌体砌体混凝土混凝土一水泥水泥二混凝土混凝土三混凝土外加剂混凝土外加剂四混凝土掺合料混凝土掺合料钢材钢材一常用建筑钢材品种常用建筑钢材品种二钢筋钢筋三钢筋连接钢筋连接四型钢型钢其他材料其他材料一木材木材二沥青和防水材料沥青和防水材料三玻璃和陶瓷制品玻璃和陶瓷制品四塑料和塑料制品塑料和塑料制品五吸声材料吸声材料六防腐涂料和材料防腐涂料和材料七防火材料防火材料八绝热材料绝热材料九装饰材料装饰材料如果想多了解天然石材与人工石材的区别请点击右边图标毛石毛石形状不规则一般高度不小于150mm一个方向长度达300mm400mm体积不小于001m3
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4．色石渣
❖ 色石渣也称色石子，是由天然大理石、白云石、 方解石或花岗岩等石材经破碎、筛选加工而成, 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。
白云石
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方解石
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1．砖
二、 砖与砌块
优点
缺点
原料容易取得，生 产工艺比较简单， 价格低、体积小、 便于组合。
缓凝剂
按外加剂化学成分可分为三类：无机物类、有机物类、速凝剂 复合型类。
目前建筑工程中应用较多和较成熟的外加剂如图所示.
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四、 混凝土掺合料
❖ 粉煤灰：煤粉炉排出的烟气中收集到的细粉末。粉煤灰 中的氧化物与氢氧化钙反应，生成水化物，是一种胶凝 材料。粉煤灰可以增强混凝土拌合物的和易性，降低水 化热，抑制碱骨料反应。
❖ 除建筑行业外，玻璃还应用于轻工、交通、医药、化工、 电子、航天等领域。
❖ 常用玻璃品种可分为:平板玻璃；装饰玻璃；安全玻璃； 防辐射玻璃；玻璃砖。
❖ 陶瓷是由适当成分的粘土经成型、烧结而成的较密实材 料。

加气混凝土砌块虽多孔，但其气孔大多数为“墨水瓶”
结构，肚大口小，毛细管作用差，只有少数孔是水分蒸
发形成的毛细孔。故吸水及导湿均缓慢，材料的吸水性 不仅要看孔数量多少，还需看孔的结构。
第一章 材料的基本性质
1.1.4 材料与水有关的性质
1.1.4.1 亲水性与憎水性
1.1.4.2 吸水性与吸湿性
1.1.4.3 耐水性 1.1.4.4 抗渗性 1.1.4.5 抗冻性
第一章 材料的基本性质
思考
用什么指标来衡量材料对水的抵抗能力？
耐水性 抗渗性 抗冻性
第一章 材料的基本性质
1.1.4.3 耐水性
1、概念——指材料长期在水的作用下，保持其原有性质不变的能力，用 软化系数K软表示。 2、表达式：
K软
式中：
f饱 f干
f饱--- 材料吸水饱和状态下的抗压强度，MPa 。 f干--- 材料在干燥状态下的抗压强度，MPa 。
第一章 材料的基本性质
1.1.1 材料的密度、表现密度、体积密度与堆积密度
二、各类密度测定办法 4、砂堆积密度的测定——漏斗+容量筒
颗粒材料 空 隙
将容量筒内材料 刮平，容量筒的 容积即为材料堆 积体积。
第一章 材料的基本性质
1.1.2 材料的密实度与孔隙率——单块材料
1、密实度
指材料体积内固体物质填充的程度。计算式如下：
封闭孔
连通孔
第一章 材料的基本性质
1.1.2 材料的密实度与孔隙率——单块材料
4、孔隙率（或密实度）、孔隙特征在工程中的作用。
a.影响材料的性质
一般来说，同一种材料，孔隙率越小，连接孔隙越 少，则：强度越高，吸水性越小，抗渗性和抗冻性 越好，但导热性越差。 b.通过改变孔隙率和孔隙特征改善材料性能

(5)美国是较早提出环境标志的国家,但均由地方组织实
施,至今还没有国家统一的标志。美国环保局(EPA)正 在开展应用于住宅室内空气质量控制的研究计划,一些 州已开始实施有关材料的环境标志计划。美国的建筑 涂料已过渡到以水基涂料为主。美国有关单位制定出 地毯标志计划,规定4-PC的最大散发量为0. 1mg/m2h, 甲醛为0. 05mg/m2h,苯乙烯为0. 4 mg/m2h。
(2)北欧各国如丹麦、芬兰、冰岛、挪威、
瑞典等国于1989年实施了统一的北欧环 境标志。为了促进绿色建材的发展,丹麦 推出了“健康建材”(HMB)标准,规定所 出售的建材产品除在使用说明书上标出 产品质量标准以外,还必须标出健康指标。 瑞典已正式实施新的建筑法规,规定用于 室内的建筑材料必须实行安全标签制。 瑞典的地面材料业很发达,每年都有大量 出口,出口厂家已自觉地在产品说明书上 标出产品在4周和26周TVOC,以及室内有 机化合物空气浓度指导限值。
③.加气混凝土 ④合成纤维混凝土
⑤多孔预制块植栽混凝土
6.土木工程绿色建筑材料种类
1.混凝土
①高性能混凝土材料。高性能混凝土是一种新
型的高技术的混凝土，其大幅度的提高常规混
凝土性能的基础上，具有优良的耐久性、适用 性、工作性、各种力学性能、体积稳定性和经 济合理性等性能。高性能混凝土除采用优质水
⑤多孔预制块植栽混凝土。植栽混凝土有连续
的空隙，在空隙部分，使用特殊的工艺技术填 充无机培养土、肥料和种子等混合生长基料， 施工后，种子发芽和生长所需要的水分，除靠 保存在生长基料中的雨水外，还可吸收植栽混 凝土下面的基层培养土中的水分，不需要另外 浇水，这样既实现了绿化，有能防止构筑物表 面被污染和侵蚀。植栽混凝土还具有相当好的 透水性能，雨水可向地下渗透，这样有可以补 充地下水资源，有可以减少城市市政雨水管道 的排水压力。

CHAPTER 06
土木工程新材料的未来发展趋势
新材料的研发方向与挑战
高性能混凝土
提高耐久性、减少环境负荷、增强施工性能。
智能材料
自修复、自适应、传感与驱动一体化。
纤维增强复合材料
轻质高强、耐腐蚀、设计灵活性。
挑战
成本、技术标准、环境影响、市场接受度。
新材料在土木工程中的潜在应用
01
高性能混凝土用于大跨 度桥梁、高层建筑、海 洋工程等。
选用优质的水泥、骨料、 掺合料和外加剂等原材 料，保证混凝土的高性
能。
配合比设计
通过合理的配合比设计， 优化各原材料的比例， 实现高性能混凝土的优
异性能。
搅拌工艺
采用高效搅拌设备，确 保混凝土搅拌均匀，提 高混凝土的工作性和力
学性能。
养护措施
采取适当的养护措施， 保证高性能混凝土的强
度发展和耐久性。
土木工程新材料之纳米材料
纳米材料的定义与特点
定义 高比表面积 量子尺寸效应 优异的力学性能
纳米材料是指至少有一维尺寸在1-100纳米范围内的材料，具有独 特的物理、化学和机械性能。
纳米材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附和催化性能。
当材料尺寸减小到纳米级别时，电子的波动性质变得显著，导致 材料的电学、光学和磁学性能发生变化。
适应性
能够适应不同的环境和条件，保 持其功能和性能。
智能材料的制备技术
01
02
03
复合技术
通过复合不同的材料，实 现智能材料的感知和响应 功能。
纳米技术
利用纳米技术制备智能材 料，提高其感知和响应的 灵敏度和精度。
生物技术
借鉴生物体的感知和响应 机制，制备具有生物活性 的智能材料。

2002年水泥产量的大幅度增长与我国 持续快速稳定增长的宏观经济形势密切
相关。今年我国经济增长速度将达到
8％，GDP将突破10万亿元大关。建筑材料 工业在国民经济建设中意义重大
2.必须恰当选择和合理使用原材料 材料质量的优劣，配制是否合理，选用 是否恰当直接影响建筑工程质量
3.发展绿色建材
四.建筑材料课程的作用、任务和学习方法 1.作用
2. 金属材料以元素含量来表示。
3. 化学组成决定着材料的化学性质，影 响其物理性质和力学性质。
1.2 矿物组成
材料中的元素和化合物以特定的矿 物形式存在并决定着材料的许多重要 性质。
矿物组成是无机非金属材料中化合 物存在的基本形式。
1.3 相组成
材料中结构相近性质相同的均匀部分。
2. 材料的结构与构造 2.1 宏观结构（构造） 材料的宏观结构是指用肉眼和放大镜 能够分辨的粗大组织。其尺寸约为毫 米级大小，以及更大尺寸的构造情况。 宏观构造，按孔隙尺寸可以分为：
土木工程材料的基本性质，是指材料 处于不同的使用条件和使用环境时，通 常必须考虑的最基本的、共有的性质。 因为土木建筑材料所处建（构）筑物的 部位不同、使用环境不同、人们对材料 的使用功能要求不同，所起的作用就不 同，要求的性质也就有所不同。
第一节 材料的组成与结构
1. 材料的组成 1.1 化学组成 无机非金属建筑材料的化学组成以各 种氧化物含量来表示。
土木工程材料
Civil engineering materials
绪论
一.建筑材料的分类 用于土建工程的材料总称为建筑材料或土木工
程材料。 1.按化学成分分类： 1.1 无机材料：金属材料：
黑色金属材料——钢、铁 有色金属材料——铝、铜、 合金 非金属材料：天然石材——大理石、花岗石 陶瓷和玻璃——砖、瓦、卫生陶瓷、 玻璃