Ⅳ、土木工程的主要技术问题
第一、土木工程材料
任何土木工程实体都是由工程材料组合而成的。材料的每一点进步都有可能引起土木工程的巨大进步。通常，一个时代材料发展水平决定了该时代土木工程的发展水平。
一、土木工程材料的分类
工程为方便选用和管理，将土木工程材料分类。分类方法很多，常见如下分类：
1、按材料的化学成分分类
2、按材料功能分类
二、土木工程材料的一般性质要求
1、物理性质
材料在各种条件下单位体积的质量；
材料与水有关的性质：如含水率、吸水性、吸湿性、耐水性、渗透性、抗冻性、湿胀干缩等；
材料的热工性质：热容、比热、耐火性、导热性等；
材料的体积稳定性等。
2、力学性质
强度
变形性质
3、耐久性质
材料在长期使用过程中，经受物理、化学、生物等作用（如日光暴晒，大气、水、各种化学物质侵蚀，温、湿度变化，冻融循环，机械摩擦，虫菌寄生腐蚀等）能保持其原有性能不明显恶化、并不破坏，经久耐用的性能。
三、4中主要工程材料简介
1、钢材steel
（1）钢材：以铁为主要元素，含碳量0.02%～2.06%，并含有其他元素的合金材料。
钢材
（2）建筑钢材
建筑钢材产品
（3）钢材的强度
σ
σb
σs
0 ξ
σb：钢材的抗拉强度（MPa）
σs：钢材的屈服强度（MPa）
工程中钢材的设计强度：取钢材的屈服强度σs
（4）常用建筑钢材的牌号
①碳素结构钢
Q+屈服强度值（MPa）—质量等级代号+脱氧方式代号
例：Q235—A·F
表示屈服强度为235（MPa）的A级沸腾钢。
②低合金结构钢
Q+屈服强度值（MPa）—质量等级代号+脱氧方式代号
（5）钢材的加工
调直、除锈、冷拉、冷弯、绑扎、焊接等。
（6）钢材的应用
（6）钢材的特点
2、混凝土Concrete
（1）什么是混凝土？
广义的混凝土：由胶结材料将散粒状填充材料胶结成坚硬整体的材料。所用的胶结材料和填充材料不同，可形成不同种类的混凝土。如：水泥混凝土、石膏混凝土、水玻璃混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土等。
土木工程中所用的混凝土，是以水泥作胶凝材料，以砂、石子为骨料，与水（经常还要添加适量外加剂和混合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而成人造石质材料。
（2）土木工程中所用的混凝土的主要种类
（3）混凝土的强度等级
工程中为了使用方便，按混凝土抗压强度的高低，将混凝土分为若干个强度等级，以供不同要求的工程选用。混凝土的强度等级的表示方法：
C+强度等级的数值（MPa），例：C20—表示强度等级为20MPa的普通混凝土。
一般钢筋混凝土工程中使用的混凝土的强度等级约为C20～C80。通常，C20～C55称为普通强度混凝土，＞C60称为高强度混凝土。
（4）混凝土受力方式不同，对应强度大小不同
混凝土的抗压强度高，抗拉强度低（仅为抗压强度的左右）。因此，在工程中，混凝土主要用于承受压荷载。
工程中在混凝土的受拉区布置钢筋，以增强混凝土的抗拉能力。这就是钢筋混凝土的主要工作原理。
（5）混凝土的应用
土木工程的主要结构材料。
（6）混凝土的主要特点
优点：可模性、耐火性、整体性好，施工不需要复杂的仪器设备，能与钢筋共同作用形成钢筋混凝土复合材料，就地取材，价格便宜；
缺点：自重大，质量波动大，施工水平对混凝土质量影响大，非匀质，易开裂。
3、砌体Masonry
（1）什么是砌体？
用胶结材料将块状材料按一定的组砌方式粘合而成的叠合体。
可所采用各种块状材料建成砌体，例如砖、石砌体；混凝土砌块砌体；各种工业废料制成的砌块的砌体等。
（2）砌体的作用
通常用来承受压荷载（承重墙、柱、基础等）、建筑物和构筑物的分隔、围护等。
（3）砌体的特点
①强度较低
抗压强度相对高些，抗拉、抗剪强度低，作为墙、柱时高度有限。
②结构自重大，笨重。
③施工以手工湿作业为主，劳动量大，效率低，质量波动大。
④就地取材，价格低廉，施工简便，耐火、保温、隔热效果好，耐久。
4、木材Wood
（1）土木工程所用木材
①树木的树干加工而成的圆木、方木、条木和板材；
②以木材、木质碎料、木质纤维为主要原料，加黏合剂制成的木质人造板和胶合板。
（2）木材的主要物理力学性能
①纹理组织和性能的各向异性
木材的木质纤维具有方向性，致使木材的物理、力学性能在顺纹和横纹方向不一致。一般顺纹方向的强度高于横纹方向的强度。
②木材的干缩、湿胀变形大，各方向的变形不一致
（3）木材的应用
①钢筋混凝土、混凝土模板；
②家具；
③建筑装饰；
④特殊建筑、仿古建筑等的结构构件。
（4）木材的特点
①轻质高强、易加工、施工简便、造价较低；
②易燃、易腐、变形大、不耐久、强度有限、资源受限制。
4、四种常用土木工程材料的评价
（1）钢材
强度高，塑性、韧性好，可加工性能好，综合性能良好，是土木工程结构优秀材料。但价格相对较贵，尚无法大量使用。
（2）混凝土
抗压强度高、抗拉强度低，与钢材复合使用可弥补抗拉强度低的缺点。
（3）砌体
强度低，抗震性能差，可采用技术措施改善。但取材容易，价廉，施工要求不高。
（4）木材
性能不能满足现代结构的要求，树木成材周期长，尺寸受限制，资源匮乏。
（5）材料发展方向
复合材料：各种材料性能总有局限性，复合多种材料可以取长补短，充分发挥各材料的长处。例如：混凝土、钢筋混凝土、玻璃纤维增强塑料、配筋砌体、钢管混凝土、塑钢材料等。
