绪论

各种土建工程皆由材料构成，这些构成材料的性质决定了工程的使用性能。为使土建工程获得结构安全可靠、使用状态良好及美观、经济的性能，就必须合理选择与正确使用材料。作为土木工程领域的工程技术人员，无论从事研究、生产、设计、施工还是管理工作，学习与掌握材料的有关知识，对于从事建筑工程建设、保证工程质量、促进技术进步和降低工程成本等都至关重要。

一、土木工程材料及其分类

广义上的土木工程材料是人类建造建筑物时所用一切材料和制品的总称，种类极为繁多。其不仅外观、形态各异，而且加工、结构、性质、用途等各方面均有显著差别。为了研究、应用和叙述的方便，常从不同的角度对其进行分类。

（1）按主要组成成分分类

可分为无机材料、有机材料、复合材料三大类，如图0.1所示。其中复合材料指两种或两种以上的物质复合在一起形成的材料，它能够克服单一材料的弱点，发挥各材料的优点，目前已成为应用最多的土木工程材料。

（2）按使用功能分类

根据土木工程材料在建筑物中的部位或使用性能，大体可分为建筑结构材料、墙体材料、建筑功能材料三大类。建筑结构材料主要指建筑物中在梁、板、柱、基础、框架及其他受力构件和结构中所用的材料，主要技术性能要求的是力学性能和耐久性；墙体材料指用于建筑物内、外及分隔墙体所用的材料，分为承重墙材和非承重墙材两类，前者有力学性能要求，后者起围护作用并满足部分建筑功能要求；建筑功能材料则主要指担负某些建筑功能、非承重用的材料，它们赋予建筑物防水、防火、保温、隔热、采光、隔声、装饰等功能，决定着建筑物的使用功能和建筑品质。

（3）按材料来源分类

根据材料来源，可分为天然材料与人造材料。而人造材料又可按冶金、窑业（水泥、玻璃、陶瓷等）、石油化工等材料制造部门来分类。

一般把各种分类方法经适当组合后对材料种类进行划分，如装饰砂浆、沥青防水材料等。

二、土木工程材料在土建工程中的地位

土木工程材料在土木建筑工程中有着举足轻重的地位。

首先，土木工程材料是一切土木工程的物质基础。建造的建筑物或构筑物本质上都是所用土木工程材料的一种“排列组合”。它用量巨大，目前在我国的土木建筑工程总造价中，土木工程材料的费用一般约占50％～60％。所以，选用的材料是否经济适用，直接影响到工程造价和建设投资。

第二，土木工程材料与建筑、结构和施工之间存在着相互依存、相互促进的密切关系。各种建筑物与构筑物皆是由各种土木工程材料经合理设计、精心施工而成。土木工程材料的品种、规格及质量都直接关系到建筑物的形式、建筑施工的质量和建筑物的适用性、艺术性及耐久性。建筑工程中许多技术问题的突破，往往依赖于土木工程材料问题的解决。新材料的出现，将促进建筑形式的变化、结构设计及施工技术的革新；而新的建筑形式、工程设计方法和施工工艺又对土木工程材料的品种和质量提出了更高和多样化的要求。

第三，建筑物和构筑物的功能和使用寿命在很大程度上由土木工程材料的性能决定。如装饰材料的装饰效果、钢材的锈蚀、混凝土的劣化、防水材料的老化问题等，无一不是材料的问题，也正是这些材料特性构成了建筑物和构筑物的整体性能。房屋建筑要求坚固耐用，而水利工程、铁道、桥梁、港口等更是要求能长期安全使用，满足这些要求的途径，除了正确设计和合理施工外，关键环节是要提高土木工程材料的耐久性。因此，强度设计理论开始向耐久性设计理论转变。

第四，土建工程的质量，主要取决于材料的质量控制。在材料的选择、生产、储运、使用和检验评定过程中，任何环节的失误，都可能导致土木建筑工程的质量事故。事实上，国内外土木建筑工程中的质量事故，绝大部分都与材料的质量缺损相关。

最后，建筑物和构筑物的可靠度评价，相当程度地依存于材料的可靠度评价。材料信息参数是构成构件和结构性能的基础，在一定意义上“材料-构件-结构”组成了宏观上的“本构关系”。

三、土木工程材料的发展趋势

随着现代化建筑向高层、大跨度、节能、美观、舒适的方向发展和人民生活水平、国民经济实力的提高，研究开发和应用新型土木工程材料已成为必然。遵循可持续发展战略，土木工程材料的发展趋势表现为：

（1）高性能化。产品要求综合性能优良，如结构材料轻质、高强、高抗震性。

（2）高耐久性。材料有高的预期寿命，且综合单价低（含运营期维护费）。

（3）多功能化。如承重材料同时还具有良好的保温、隔热、隔声等功能；多功能玻璃墙可起到装饰、隔声、吸热、防辐射、单面透光等作用。建材产品应不仅对人畜无害，而且能净化空气、抗菌、防静电、防电磁波等。

（4）绿色环保。生产所用的原材料要求充分利用工业废料、能耗低、可循环利用，不破坏生态环境，有效保护天然资源；生产和使用过程不产生环境污染，即废水、废气、废渣、噪声等零排放；做到产品可再生循环和回收利用。

（5）智能化。某些土木工程重要部位的材料在发生破坏前能产生自救功能，或发出警示信号等。

另外，主产品和配套产品应同步发展，并解决好利益平衡关系。同时，为满足现代土木工程结构性能和施工技术的要求，材料的应用应向着工业化方向发展。如水泥混凝土等结构材料向着预制化和商品化方向发展，材料向着成品或半成品的方向延伸，材料的加工、储运、使用及其他施工操作的机械化、自动化水平不断提高，劳动强度逐渐下降。这不仅改变着材料在使用过程中的性能表现，也在逐渐改变着人们对于土木工程材料使用的手段和观念。

四、土木工程材料的检验方法及标准化

材料的质量是影响土木工程质量和结构物使用功能最直接和最重要的因素之一，掌握和控制好材料的质量对于保证工程质量具有非常重要的作用。材料质量的控制通常按照标准要求采用一定的检验方法进行。

技术标准是材料质量保障的依据。不论是生产企业还是使用部门，都应严格按照技术标准来控制质量，这样土木工程结构物的质量和耐久性才有保证。

（1）土木工程材料的质量检验方法

土木工程材料性能的检验，必须通过适当的测试仪器和正确的检验方法来进行。通常可采用实验室内原材料性能检验、实验室内模拟结构鉴定及现场鉴定等方法。本课程主要介绍实验室内材料性能的检验，包括下列内容：

①物理性能检验。测定材料的物理常数，不仅可以从材料的物理常数了解材料内部的组成结构，间接推断材料的力学性能，还可以得到配合比设计时需用的基础资料。

②力学性能检验。现阶段土木工程材料的力学性质主要是通过各种试验机测定其抗压、抗剪、抗拉等静态力学性能。

③材料与水有关的性能检验。水对结构物的强度和耐久性有重要影响。主要检测的项目有抗渗性和抗冻性等。

（2）土木工程材料的标准化

标准是指对重复事物和概念所作的统一规定，它以科学技术和实践经验的综合成果为基础，经有关方面协商一致，由主管机构批准，以特定形式发布，作为共同遵守的准则和依据。简而言之，标准就是对某项技术或产品的各项技术指标的要求所实行的统一规定。任何技术或产品必须符合相关标准才能生产和使用。标准涵盖到各行各业。标准化为生产技术和科学发展建立了最佳秩序，并带来了社会效益。

土木工程材料涉及的标准主要包括两类：一是产品标准。为了加强土木工程材料工业的现代化生产和科学管理、保证产品的质量和适用性，必须从生产设备到产品的所有环节实行标准化，对材料产品的各项技术要求制定统一的执行标准，其内容主要包括：产品规格、分类、技术要求、检验方法、验收规则、应用技术规程等。二是工程建设标准。它是对基本建设中各类勘察、规划、设计、施工、安装、验收等需要协调统一的事项所制定的标准。

土木工程材料的标准，是检验企业生产的产品质量是否合格的技术文件，也是供需双方对产品质量进行验收的依据。没有标准化，则工程的设计、产品的生产及质量的检验就失去了共同的依据和准则。通过产品标准化，就能按标准合理地选用材料，从而使设计、施工相应标准化，同时可加快施工进度，降低造价。

目前，我国常用的标准按适用领域和有效范围分为四级：

①国家标准。是由国家技术监督局发布的全国性技术指导性文件，分强制性标准（代号为GB）和推荐性标准（代号GB/T）。强制性标准是全国必须执行的技术指导文件，任何技术（或产品）的指标均不得低于标准中规定的要求；推荐性标准则在执行时也可采用其他相关标准的规定。

②行业标准。是各行业为规范本行业的产品质量而制定的技术标准，也分强制性标准和推荐性标准，仍属于全国性技术指导文件，但由主管生产部门（或总局）发布。某些行业标准代号见表0.1。

③地方标准。为地方主管部门发布的地方性技术指导文件（代号DB），适于在该地区使用。

④企业标准。是由企业制定发布的指导本企业生产的技术文件（代号QB），仅适用于本企业。凡没有制定国家标准、行业标准的产品，均应制定企业标准。

有关工程建设方面的技术标准的代号，应在部门代号后加J。地方标准或企业标准所制定的技术要求应高于类似（或相关）产品的国家标准。

标准一般由标准名称、部门代号（以汉语拼音字母表示）、标准编号和颁发年份等来表示。例如，2013年制定的建材行业推荐性479号建筑生石灰的标准为：《建筑生石灰》（JC/T479-2013）。

随着我国对外开放和加入世界贸易组织（WTO），还常涉及一些与土木工程材料关系密切的国际标准和外国标准。ISO国际标准是由国际标准化组织（ISO，International Standard Organization）负责组织制定的，在世界范围里统一使用。外国的标准主要分为两类：一类是国际上有影响的团体标准和公司标准，如美国材料与试验协会标准ASTM（American Society for Testing and Materials）等；另一类是区域性标准，也可以说是工业先进国家的标准，如美国国家标准ANS（American National Standard）、德国“DIN（Deutsche Industric Normen）”标准、英国“BS（British Standard）”标准、日本“JIS（Japanese Industrial Standard）”标准、法国“NF（Normes Francaises）”标准等。

五、课程学习的目的和要求

（1）课程学习的目的与主要内容

土木工程材料课程是针对土木工程、工程管理、水利电力等专业开设的专业技术基础课。它是从工程使用的角度去研究材料的生产、成分、结构和构造、环境条件等对材料性能的影响以及其相互关系的一门应用学科。通过学习，使学生掌握材料的基本理论和基础知识，为后续专业课程的学习及以后从事土木工程正确选用材料打下良好的基础。

虽然土木工程材料种类、品种、规格繁多，但常用的品种有限，通过对常用的、有代表性的材料的学习，就可以对其他土木工程材料进行了解和运用。因此，本教材重点介绍当前土木工程常用的材料，如水泥、石灰、混凝土、钢材、沥青材料等，并简要介绍建筑功能材料。对于各类材料，除重点介绍了技术性质外，对材料的生产、组成、结构与构造、技术标准也做了简要介绍，另外还简要介绍了检测这些技术性能指标的试验方法。

（2）课程的理论课学习任务

学习时，可把相关内容分成三个层次：第一层次是土木工程材料基础理论知识。所谓基础理论知识是指每类材料的生产工艺，材料的组成、结构、构造，该部分要重点领会其对材料性能的影响。第二层次是土木工程材料的基本性质。这一层次要求学生重点掌握，在了解基本概念的基础上，要能运用已有的理论知识对基本性质的改善进行分析，并能够结合工程实际，正确选用材料。对于现场制作的材料，要能根据材料性能要求设计计算材料配比。第三层次为土木工程材料质量检验的内容，需要结合试验理解基本技术性质要求的意义。

（3）课程的实验课学习任务

本课程实践性很强，实验是课程的重要教学环节。通过实验可验证所学的基础理论，增加感性认识，加深对理论知识的理解，熟悉试验鉴定、检验和评定材料质量的方法，掌握一定的试验技能，这对培养学生分析与判断问题的能力、试验工作能力以及严谨的科学态度十分有益，也为今后从事既有材料的改性、新材料的研制以及材料方面的科学研究奠定基础。