土木工程常用材料

2.2.1 天然材料

在原始社会，由于生产力低下，人们只会使用一些简单的工具，那时的建筑大多就地取材，从最开始远离水源的山洞穴居，到后来可以逐水而居的茅屋，以及结构更加坚固的木屋、石屋，这些建筑的材料都是直接取材于天然，所以叫作天然材料。

（1）木材

木材历史悠久，是人类历史上最早使用的建筑材料之一。山西省五台县境内、距离五台山风景区核心约100km处，有个名为南禅寺的寺庙，它是五台山整个佛教寺院中最小的一座，但它却是目前世界上现存最古老的木结构建筑。五台山南禅寺最初创建年代不详，而据《中国古代建筑史·第二卷》记载，南禅寺大殿至少在公元782年（唐建中三年）经过一次重修，这比五台山佛光寺东大殿还要早75年，保存至今已达千年之久，是中国珍贵的物质文化遗产，被建筑学家称为国宝。而举世闻名的北京故宫也是典型的木结构建筑，故宫是现存世界最大、最完整的木结构古建筑群，是元与伦比的古建筑杰作。

1）木材的特性

随着时间的推移，木材用于现代建筑结构的数量相应减少，但木材具有许多其他材料元法替代的优良特性，如木材特有的美丽、天然的花纹，给人一种古朴、典雅、亲切的美感，以及木材具有调节室内温度、空气湿度的能力，因此仍被广泛用于装饰装修行业。木材以它特有的功用和价值，创造了千姿百态的装饰新领域，虽然其他种类的新材料不断出现，但木材仍然是家具和建筑领域不可缺少的材料，其优点可以归结如下：

①不可替代的天然性。木材是天然的，有独特的质地与构造，其纹理、年轮和色泽等能够给人们一种回归自然、返瑛归真的感觉，深受人们喜爱。

②典型的绿色材料。木材本身不存在污染源，其散发的清香和纯真的视觉感受有益于人们的身体健康。与塑料、钢铁等材料相比，木材是可循环利用和永续利用的材料。

③优良的物理力学性能。木材是质轻而高比强度的材料，具有良好的绝热、吸声、吸湿和绝缘性能。同时，木材与钢铁、水泥和石材相比具有一定的弹性，可以缓和冲击力，提高人们居住和行走的安全性。

④良好的加工性。木材可以方便地进行锯、刨、镜、钉、剪等机械加工以及贴、站、涂、画、烙、雕等装饰加工。

但是，与此同时，木材也有一些缺点：

①于缩湿胀，各向异性。木材含水率在纤维饱和点以下变动时，其尺寸也随之变化。由于各向异性，木材在各个方向的干缩湿胀都存在着差异，可能导致木材发生开裂、翘曲等缺陷。

②木材容易腐朽和虫蛙。

③木材易燃烧。

④木材存在天然缺陷，如节疤、虫眼等。

2）木材的种类

土木工程中使用的木材是由天然树木加工而成，树木的种类不同，木材的性质及应用也不同，因此必须了解木材的种类，才能合理地选用木材。树木通常分为针叶树和阔叶树两大类（见图2-1）。

①针叶树（软木材）.如杉木、红松、自松、黄花松等，树叶细长，大部分为常绿树。其树干直而高大，纹理顺直，木质较软，易加工，故又称软木材。其表观密度小，强度较高，胀缩变形小，是建筑工程中的主要用材，广泛用于制作承重构件、模板和门窗等。

②阔叶树（硬木材）.如桦、揄、水曲柳等，树叶宽大呈片状，大多数为落叶树。树干通直，部分较短，木材较硬，加工比较困难，故又称为硬（杂）木材。其表现密度较大，易胀缩、翘由、开裂，常用作室内装饰、次要承重构件、胶合板等。

（2）天然石材

天然石材是最古老的建筑材料之一，世界上许多著名的建筑物都是由天然石材建造而成的。近几十年来，钢筋棍凝土虽然在很大程度上代替了天然石材作结构材料，但从石材的开采量和应用范围来看，天然石材在建筑上仍获得了广泛的应用。

天然石材在地球表面蕴含丰富，分布广泛，便于就地取材。在性能上，天然石材具有抗压强度高、耐久、耐磨等特点。在建筑物立面上使用天然石材，具有坚实、稳重的质感，可以取得凝重庄严、雄伟的艺术效果，但是，天然石材开采、加工困难，表现密度大。

根据岩石的成因，按地质分类法，天然岩石可分为岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩兰大类见（图2-2）。