土木材料特点及在土木建筑中的推广应用研究
时间：2020-12-22 20:05:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】土木材料是指土木工程中使用的各种材料及制品，它是土木工程的奠基石。一般来说，各类土木建筑设施都会对它所使用的材料提出各种要求，例如“坚固、耐久”就说对所有材料的共同要求，而针对不同的土木建筑设施还会对材料提出“耐火、防水、耐磨、隔热、绝缘、抗冲击”等多种要求，有的时候甚至还要有抗辐射这类的特殊要求。这样，在土木建筑中就要求我们必须掌握土木材料所具有的特点，从而对症下药。本文针对土木材料特点及其在土木建筑中的推广应用做了浅显的分析。
【关键词】 材料特点 土木建筑 应用
土木材料是土木建筑的物质基础，材料的性质与质量很大程度上决定了建筑的性能与质量。在建筑实践中，选择、使用、分析和评价材料，通常是以其特点为基本依据的[1]。土木材料的特点大致分为两部分，一部分为基本特点，是指土木建筑中通常必须考虑的最基本的、共有的特点；另一部分则是指材料本身的不同于别的材料的特点，是材料具体使用特点的体现。
一、材料的力学特点
1.弹性与塑性
材料在外力作用下产生形变，当外力消失后能够完全恢复原来形状的性质称为弹性。材料在外力作用下产生形变，如果外力消失后，仍能保持变形后的形状和尺寸，并且不产生裂缝的性质称为塑性。任何的土木材料都要求有一定的弹性基础，弹性基础是相对于毛石基础而言的，弹性基础可以承受一定弯矩，可以承受一定的变形，最为常见的弹性基础就说钢筋混凝土条形基础。
在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。纵向应力与纵向应变的比例常数就说材料的弹性模量，弹性模量表征材料抵抗弹性应变的能力，其值越低越容易发生弹性形变[2]。温度升高，一切外部力的施加都会通过混凝土基体产生应力，如果弹性模量低，那么很容易产生形变，通过形变做的功将内应力消耗；若弹性模量高，受力或升温后，基体无法有足够形变，则会在基体内部产生应力，当应力超过塑性比变形范围后即发生断裂，也就是脆断，这也是传统混凝土的特点。
2.脆性和韧性。材料受力达到一定程度时，突然发生破坏，并无明显的变形，材料的这种性质称为脆性。材料在冲击或动力荷载作用下，能吸收较大能量而不破坏的性能，称为韧性或冲击韧性[3]。大部分无机非金属材料均属脆性材料，如天然石材，烧结普通砖、陶瓷、玻璃、普通混凝土、砂浆等。目前在高强混凝土的大量应用中发现，在混凝土满足强度要求的情况下，仍然发生混凝土结构破坏，而且属于低应力的脆断，混凝土的脆性越来越受重视。实际上，混凝土本质上是属脆性材料，只是随着混凝土强度的不断提高，其固有的脆性问题才愈显突出。而高韧性水泥复合材料则是针对混凝土的这一缺点进行的改良，它是一种具有高韧性、良好工作性和优良耐久性的材料。
3.硬度和耐磨性。材料的硬度是材料表面的坚硬程度，是抵抗其他硬物刻划、压入其表面的能力。通常用刻划法，回弹法和压入法测定材料的硬度。耐磨性是材料表面抵抗磨损的能力。
从建筑饰面石材上来讲，一般分为大理石、花岗石和砂岩等。相比其他两种石材，其中花岗岩成结晶状，一般都呈现点状花纹，莫氏硬度很高，有很强的耐磨性，广泛应用于大厅地面、内外墙面、广场、人行道等。
二、材料与水有关的性质
1.材料的亲水性和憎水性
材料在空气中与水接触时，根据其是否能被水润湿，可将材料分为亲水性和憎水性两大类。大多数土木建筑材料，如石料、集料、砖、混凝土、木材等都属于亲水性材料，表面均能被水润湿，且能通过毛细管作用将水吸入材料的毛细管内部。沥青、石蜡等属于憎水性材料，表面不能被水润湿。该类材料一般能阻止水分渗入毛细管中，因而能降低材料的吸水性[4]。憎水性材料不仅可用作防水材料，而且可用于亲水性材料的表面处理，以降低其吸水性。
以天然沥青、石油沥青和煤沥青为主要原材料，制成的沥青油毡、纸胎沥青油毡、溶剂型和水乳性沥青类或沥青橡胶类涂料、油膏，具有良好的粘结性、塑性、抗水性、防腐性和耐久性。
2.材料的吸湿性和吸水性
材料在潮湿的空气中吸收空气中水分的性质称为吸湿性。材料随着空气湿度的变化，既能在空气中吸收谁水分，又可向外界扩散水分，最终将使材料中的水分与周围空气的湿度达到平衡。
材料在浸水状态下吸入水分的能力为吸水性。对于某些轻质材料，如加气混凝土、软木等，由于具有很多开口而微小的孔隙，所以它的质量吸水率往往超过100%。水灾材料中对材料性质会产生不良的影响，它使材料的表观密度和导热性增大，强度降低，体积膨胀等，因此，吸水率大对材料性能说不利的[5]。
3.耐水性。材料长期在饱和水作用下不破坏，其强变也不显著降低的性质称为耐水性。在设计长期处于水中或潮湿环境中的重要结构时，对材料的耐水性要求较高。
4.抗渗。材料抵抗压力水渗透的性质称为抗渗性。对于地下建筑及水工构建筑，因常受到压力水的作用，故要求材料具有一定的抗渗性；对于防水材料，则要求具有更高的抗渗性。
5.抗冻性。材料在饱水状态下，能经受多次冻结和融化作用而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。材料经多次冻融交替作用后，表面将出现剥落、裂纹，产生质量损失，强度也将会降低。抗冻性良好的材料，对于抵抗温度变化、干湿交替等破坏作用的性能较强，所以，抗冻性常作为考察材料耐久性的一个重要指标。处于温暖地区的土建结构物，虽无冰冻作用，为抵抗大气的作用，确保建筑物的耐久性，有时对材料也提出一定的抗冻性要求。
三、材料的热性质
1.导热性。材料传导热量的能力称为导热性。材料受潮活受冻后，其导热率会大大提高，因此，绝热材料应经常处于干燥状态，以利于发挥材料的绝热功效[6]。
2.热变形性。材料在遇热发生变形的特性称为热变形性。当环境温度发生变化时，由热引起的不均匀应变又会产生附加热应力，当这种应力超过薄弱区域的剪应力强度时就可能产生裂缝。因此，热变形性质及其相容性说决定材料的热稳定性和体积稳定性的重要指标。
四、土木材料的特点及应用实例
1.高性能混凝土。在土木建筑中，混凝土说用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断的提高成为了他主要的发展趋势。高性能混凝土具有丰富的技术内容，它是中耐久性极强的材料，保证拌和物易于浇注和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀性。
高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极其严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担[7]。一般混凝土工程的使用年限约为50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后就需要维修。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，这些工程一旦进入维修期，那么每年所需的维修费用和重建费用将说比庞大的数字。用普通水泥混凝土所完成的功能不能满足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的内部结构。
影响混凝土耐久性的主要因素有如下几点：首先，在混凝土建筑工程中为了满足混凝土施工要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，特别是其中的毛细孔占相当大的比重，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其他物质进入混凝土内部的通道，导致了混凝土耐久性的不足；其次，水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。此外，在水化物中还有大量的游离石灰，它的强度很低、稳定性极差，在侵蚀条件下，是首先遭到侵蚀的部分[8]。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。
