土木工程材料 第十章木材 第一节 常用树种的材质特征 针叶树和阔叶树两大属 针叶树 软木 一般纹理通直 胀缩变形小 有一定的耐腐蚀性 针叶树才是用于桩木 檩 柱 物料及门窗用料 阔叶树 硬木 树干不够长直 纹理美观 胀缩 翘曲变形较显著 适用于室内装修 家具及制造胶合板等 第二节木材的主要性质 各向异性 纵向比横向连接要牢固的多 木材本身的构造是很不均匀的 各个方向的各种性能 都相差甚巨 木材的物理力学性质主要有含水率 湿胀干缩 强度等性能 其中含水率对木材的湿胀干缩性和强度影响很大 一 强度 在建筑结构中 木材常用的强度有抗拉 抗压 抗弯和抗剪强度 由于木材的构造各向不同 致使各向强度有差异 为此木材的强度有顺纹强度和横纹强度之分 从理论上讲 木材强度中以顺纹抗拉强度为最大 其次是抗弯强度和顺纹抗压强度 但实际上是木材的顺纹抗压强度最高 当以顺纹抗压强度为 时 木材理论上各强度大小关系如表所示 表8 1木材理论上各强度大小关系 二 吸水性和吸湿性 木材的含水率是指木材中所含水的质量占干燥木材质量的百分数 木材中主要有三种水 即自由水 吸附水和结合水 1 木材的纤维饱和点当木材中无自由水 而细胞壁内吸附水达到饱和时 这时的木材含水率称为纤维饱和点 2 木材的平衡含水率木材中所含的水分是随着环境的温度和湿度的变化而改变的 当木材长时间处于一定温度和湿度的环境中时 木材中的含水量最后会达到与周围环境湿度相平衡 这时木材的含水率称为平衡含水率 3 木材的湿胀与干缩变形 木材具有很显著的湿胀干缩性 其规律是 当木材的含水率在纤维饱和点以下时 随着含水率的增大 木材体积产生膨胀 随着含水率减小 木材体积收缩 而当木材含水率在纤维饱和点以上 只是自由水增减变化时 木材的体积不发生变化 纤维饱和点是木材发生湿胀干缩的转折点 由于木材为非匀质构造 故其胀缩变形各向不同 其中以弦向最大 径向次之 纵向 即顺纤维方向 最小 第三节 木材的尺寸检量和材积计算 一 木材的材种按制材规定可提供的木材商品种类 即按不同的机械加工方法 得到形态 尺寸和用途不同的品种 原材 原条 原木锯材 针叶树锯材 阔叶树锯材 枕木 二 杉原条的尺寸检量和材积计算 三 原木尺寸的检量和材积计算 四 锯材尺寸的检量和材积计算 五 材积表 第四节 木材的等级及检验评定 木材的等级 是表示材质优劣的档次 我国以对木材缺陷的限度作指标 分别指出限定哪几项缺陷 限度的大小和分作几等 木材的缺陷 是指由于生理 病理和人为的因素 导致木材呈现出降低材质和实用效果的各种疵病 一 杉原条等级及检验评定 按各种缺陷的容许限度 分为一等和二等 锯材分为特等锯材和普通锯材 普通锯材中又分为一等 二等和三等 分别按针叶树才和阔叶树才提出对缺陷限度的规定 二 原木等级及检验评定 三 锯材等级及检验评定 四 木材主要缺陷及其基本量法 1 节子节子尺寸的检量 检量木材纵向 平行的两条节周切线之间的距离 或节子断面的最小直径 用mm表示 2 变色 一般按面积所占百分比计 3 腐朽 4 虫害5 裂纹6 树干形状缺陷7 木材构造缺陷8 伤疤9 木材加工缺陷10 变形 第五节 木材的保管和防护措施 一 木材的储存保管1 码垛2 干燥3 按类别放置4 注意消防 二 木材的防腐处理1 木材腐朽的原因 化学的 生物的2 常用的防腐剂 水溶性类 油溶性类和焦油类3 防腐处理的方法 涂刷法 浸渍法 冷热槽法和加压作业法 三 木材的阻燃处理 1 定义 是泛指为提高木材滞火能力而采取的措施 2 方法 表面处理法 通过构造措施覆盖木材表面 或在木材表面涂刷耐火涂料 耐火剂注入法 第六节 人造板 一 胶合板 将原木旋切成单板 或者将木方刨切成薄板 再经多层胶合一起的人造板 二 硬质纤维板 以木质或其它织物纤维为原料 经过纤维分离 成型 干燥和热压等工艺 制成的表观密度大于0 8g cm的人造板 成为纤维板 三 刨花板 利用木材或其它植物质的刨花类材料 施加或不施加胶料和辅料 压制而成的板材 四 人造板的材积 1 除纤维板以吨或张计算外 其它按材积计 2 将人造板的工程尺寸 长 宽 厚三度相乘 准确至0 001mm 即每张板的材积 3 人造板的材积 是指他们自身的实积 而不是所用木材的材积 土木工程材料 第八章建筑塑料 建筑塑料 以合成树脂为主要成分 再经加工成型而制得的各种性能和形状的制品 优良性能 质量轻 强度高 导热性低 是最好的保温隔热材料之一 电绝缘性好 一般均为电的不良导体 化学稳定性好 是良好的防水 防潮和耐腐蚀材料 消音吸振性好 可减少振动 降低噪声 改善环境条件 装饰性好 有待改进和解决的问题 制品刚度较差 容易老化 塑料是以有机高分子化合物为基本材料 加入各种改性添加剂后 在一定的温度和压力下塑制而成的材料 一 合成树脂树脂为塑料的主要成分 其质量占塑料的 100 以上 在塑料中起胶结作用 并决定塑料的硬化性质和工程性质 塑料常以所用的树脂命名 1 加聚类树脂 一般为线型 多属于热塑性 2 缩聚类合成树脂 线型或体型 属于热固性 热塑性塑料的塑化和硬化过程是可逆的 而热固性塑料的塑化是不可逆的 第一节塑料的组成 二 填充料提高制品的强度 硬度和耐热性 常用的填充料还有石灰石粉 滑石粉 铝粉 碳黑 木屑 木粉及其它纤维等 三 其它配剂1 增塑剂 为提高塑料加工时的可塑性 使其在较低的温度和压力下成形而加入的化学物质就是增塑剂 2 稳定剂 它是为使塑料长期保持工程性质而加入的物质 3 固化剂 固化剂是调节塑料固化速度 使树脂硬化的物质 第二节 常用建筑塑料 一 加聚类树脂和塑料1常用的热塑性塑料有聚氯乙烯塑料 聚乙烯塑料 聚丙烯塑料 聚苯乙烯塑料 改性聚苯乙烯塑料 聚甲基丙烯酸塑料 即有机玻璃 常用的热固性塑料有酚醛树脂塑料 脲醛树脂塑料 三聚氰胺树脂塑料 环氧树脂塑料 不饱和聚酯树脂塑料 和有机硅树脂塑料 等 二 缩聚类树脂和塑料 三 玻璃纤维增强塑料通称玻璃缸 适宜玻璃纤维作增强材料 以合成树脂为胶粘剂 经一定的成型工艺制成的复合材料 质轻 比强度高 耐高温 耐腐蚀 电绝缘性能好 装饰板 采光材料 卫生用具 耐酸防护层 第三节 树脂型胶粘剂 1 定义 通过粘附作用 能使备战借物结合在一起的物质 一 热固性树脂胶粘剂 1 环氧树脂胶粘剂2 酚醛树脂胶粘剂二 热塑性树脂胶粘剂 1 聚醋酸乙烯胶粘剂2 聚乙烯醇及其缩醛胶粘剂3 过氯乙烯胶粘剂 三 胶粘剂的合理使用 1 选用适宜的品种 2 掌握所用胶粘剂的性质 3 基层的表面处理4 不能过厚 第四节 建筑塑料制品 一 塑料管材二 塑料异型材和门窗三 塑料板材四 塑料卷材制品 塑料的应用 塑料在工业与民用建筑中可生产塑料管材 板材 门窗 壁纸 地毯 器皿 绝缘材料 装饰材料 防水及保温材料等 2 在基础工程中可制作塑料排水板或隔离层 塑料土工布或加筋网等 3 在其它工程中可制作管道 容器 粘结材料或防水材料等 有时也可制作结构材料 在选择和使用塑料时应注意其耐热性 抗老化能力 强度和硬度等性能指标 泡沫塑料板 泡沫塑料 塑料门窗 塑料吊顶格栅 塑料楼梯扶手 塑料壁纸 塑料地板 第五节 塑料制品的保管 1 远离火源 热源 冷冻等 2 根据不同制品的形状 采取不同的管理措施 3 不能长期存放 避免失效 第九章 防水材料 按所用原材料的性质分类 分为沥青类 高分子类 金属类 无机类 无机有机复合类 第一节沥青 沥青 地沥青 天然沥青 石油沥青焦油沥青 木沥青 泥炭沥青 页岩沥青 一 石油沥青石油沥青是由石油原油经蒸馏提炼出各种轻质油 如汽油 柴油等 及润滑油以后的残留物 再经过加工而得的产品 按加工工艺不同 有直馏沥青 氧化沥青 热裂沥青 1 石油沥青的组分 将沥青中化学成分及性质极为接近 并且与物理力学性质有一定关系的成分 划分为若干个组 这些组就称为 组分 油分 油分赋予沥青以流动性 树脂 沥青脂胶 它赋予沥青以良好的粘结性 塑性和可流动性 树脂含量增加 石油沥青的延度和粘结力等品质愈好 沥青脂胶使石油沥青具有良好的塑性和粘结性 地沥青质 沥青质 地沥青质是决定石油沥青温度敏感性 粘性的重要组成部分 其含量愈多 则软化点愈高 粘性愈大 即愈硬脆 另外 石油沥青中还含有蜡 它会降低石油沥青的粘结性和塑性 同时对温度特别敏感 即温度稳定性差 所以蜡是石油沥青的有害成分 石油沥青的胶体结构 油分 树脂和地沥青质是石油沥青的三大组分 其中油分和树脂可以互相溶解 树脂能浸润地沥青质 并在地沥青质的超细颗粒表面形成树脂薄膜 所以石油沥青的结构是以地沥青质为核心 周围吸附部分树脂和油分的互溶物而构成胶团 无数胶团分散在油分中而形成胶体结构 根据沥青中各组分的相对比例不同 胶体结构可分为溶胶型 凝胶型和溶凝胶型三种类型 2 石油沥青的技术性质 1 粘滞性石油沥青的粘滞性又称粘性 沥青产生相对流动所具有的阻力 对使用粘稠 半固体或固体 的石油沥青用针入度表示 对液体石油沥青则用粘滞度表示 针入度反映了石油沥青抵抗剪切变形的能力 针入度值越小 表明粘度越大 塑性塑性指石油沥青在外力作用下产生变形而不破坏 除去外力后 仍能保持变形后的形状的性质 保证沥青的抗冲击振动能力 抗裂形能 石油沥青的塑性用延度表示 延度愈大 塑性愈好 温度稳定性温度稳定性是指石油沥青的粘滞性和塑性随温度升降而变化的性能 以其中某一状态作为从固态转变到粘流态的起点 相应的温度则称为沥青的软化点温度稳定性以软化点指标表示 另外 沥青的脆点是反映温度稳定性的另一个指标 它是指沥青从高弹态转到玻璃态过程中的某一规定状态的相应温度 该指标主要反映沥青的低温变形能力 寒冷地区应用的沥青应考虑沥青的脆点 沥青的软化点愈高 脆点愈低 则沥青的温度敏感性越小 大气稳定性石油沥青在热 阳光 氧气和潮湿等大气因素的长期综合作用下抵抗老化的性能 称为大气稳定性 是沥青材料的耐久性 在大气因素的综合作用下 石油沥青随着时间的进展 流动性和塑性将逐渐减小 硬脆性逐渐增大 直至脆裂 这个过程称为石油沥青的 老化 所以大气稳定性即为沥青抵抗老化的性能 石油沥青的大气稳定性以加热蒸发损失百分率和加热前后针入度比来评定 蒸发损失百分数愈小和蒸发后针入度比愈大 则表示沥青的大气稳定性愈好 即 老化 愈慢 以上四种性质是石油沥青材料的主要性质 前三项是划分石油沥青牌号的依据 此外 为评定沥青的品质和保证施工安全 还应了解石油沥青的溶解度 闪点和燃点等性质 3 石油沥青的牌号及应用 根据我国现行石油沥青标准 在工程建设中常用的石油沥青分道路石油沥青 建筑石油沥青和普通石油沥青等 各品种按技术性质划分牌号 不同石油沥青的技术指标要求见表10 1 从表10 1 可以看出 道路石油沥青 建筑石油沥青和普通石油沥青都是按针入度指标来划分牌号的 在同一品种石油沥青材料中 牌号愈小 沥青愈硬 牌号愈大 沥青愈软 同时随着牌号增加 沥青的粘性减小 针入度增加 塑性增加 延度增大 而温度敏感性增大 软化点降低 石油沥青的应用 在选用沥青材料时 应根据工程性质 房屋 道路 防腐 及当地气候条件 所处工程部位 屋面 地下 来选用不同品种和牌号的沥青 建筑石油沥青粘性较大 耐热性较好 但塑性较小 主要用作制造油毡 油纸 防水涂料和沥青胶 它们绝大部分用于屋面及地下防水沟槽防水 防腐蚀及管道防腐等工程 对于屋面防水工程 应注意防止过分软化 为避免夏季流淌 屋面用沥青材料的软化点还应比当地气温下屋面可能达到的最高温度高20 以上 但软化点也不宜选择过高 否则冬季低温易发生硬脆甚至开裂 对一些不易受温度影响的部位 可选用牌号较大的沥青 石油沥青的掺配与稀释 1 5当不能获得合适牌号的沥青时 可采用两种牌号的石油沥青掺配使用 但不能与煤沥青相掺 两种石油沥青的掺配比例可用下式估算 式中 1 较软石油沥青用量 2 较硬石油沥青用量 掺配后的石油沥青软化点 1 较软石油沥青软化点 2 较硬石油沥青软化点 以估算的掺配比例和其邻近的比例 10 进行试配 混合熬制均匀 测定掺配后