土木工程常用材料

2.2.1 天然材料

在原始社會，由于生產力低下，人們只會使用一些簡單的工具，那時的建筑大多就地取材，從最開始遠離水源的山洞穴居，到后來可以逐水而居的茅屋，以及結構更加堅固的木屋、石屋，這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

木材歷史悠久，是人類歷史上最早使用的建筑材料之一。山西省五臺縣境內、距離五臺山風景區核心約100km處，有個名為南禪寺的寺廟，它是五臺山整個佛教寺院中最小的一座，但它卻是目前世界上現存最古老的木結構建筑。五臺山南禪寺最初創建年代不詳，而據《中國古代建筑史·第二卷》記載，南禪寺大殿至少在公元782年（唐建中三年）經過一次重修，這比五臺山佛光寺東大殿還要早75年，保存至今已達千年之久，是中國珍貴的物質文化遺產，被建筑學家稱為國寶。而舉世聞名的北京故宮也是典型的木結構建筑，故宮是現存世界最大、最完整的木結構古建筑群，是元與倫比的古建筑杰作。

1）木材的特性

隨著時間的推移，木材用于現代建筑結構的數量相應減少，但木材具有許多其他材料元法替代的優良特性，如木材特有的美麗、天然的花紋，給人一種古樸、典雅、親切的美感，以及木材具有調節室內溫度、空氣濕度的能力，因此仍被廣泛用于裝飾裝修行業。木材以它特有的功用和價值，創造了千姿百態的裝飾新領域，雖然其他種類的新材料不斷出現，但木材仍然是家具和建筑領域不可缺少的材料，其優點可以歸結如下：

①不可替代的天然性。木材是天然的，有獨特的質地與構造，其紋理、年輪和色澤等能夠給人們一種回歸自然、返瑛歸真的感覺，深受人們喜愛。

②典型的綠色材料。木材本身不存在污染源，其散發的清香和純真的視覺感受有益于人們的身體健康。與塑料、鋼鐵等材料相比，木材是可循環利用和永續利用的材料。

③優良的物理力學性能。木材是質輕而高比強度的材料，具有良好的絕熱、吸聲、吸濕和絕緣性能。同時，木材與鋼鐵、水泥和石材相比具有一定的彈性，可以緩和沖擊力，提高人們居住和行走的安全性。

④良好的加工性。木材可以方便地進行鋸、刨、鏡、釘、剪等機械加工以及貼、站、涂、畫、烙、雕等裝飾加工。

但是，與此同時，木材也有一些缺點：

①于縮濕脹，各向異性。木材含水率在纖維飽和點以下變動時，其尺寸也隨之變化。由于各向異性，木材在各個方向的干縮濕脹都存在著差異，可能導致木材發生開裂、翹曲等缺陷。

②木材容易腐朽和蟲蛙。

③木材易燃燒。

④木材存在天然缺陷，如節疤、蟲眼等。

2）木材的種類

土木工程中使用的木材是由天然樹木加工而成，樹木的種類不同，木材的性質及應用也不同，因此必須了解木材的種類，才能合理地選用木材。樹木通常分為針葉樹和闊葉樹兩大類（見圖2-1）。

①針葉樹（軟木材）.如杉木、紅松、自松、黃花松等，樹葉細長，大部分為常綠樹。其樹干直而高大，紋理順直，木質較軟，易加工，故又稱軟木材。其表觀密度小，強度較高，脹縮變形小，是建筑工程中的主要用材，廣泛用于制作承重構件、模板和門窗等。

②闊葉樹（硬木材）.如樺、揄、水曲柳等，樹葉寬大呈片狀，大多數為落葉樹。樹干通直，部分較短，木材較硬，加工比較困難，故又稱為硬（雜）木材。其表現密度較大，易脹縮、翹由、開裂，常用作室內裝飾、次要承重構件、膠合板等。

（2）天然石材

天然石材是最古老的建筑材料之一，世界上許多著名的建筑物都是由天然石材建造而成的。近幾十年來，鋼筋棍凝土雖然在很大程度上代替了天然石材作結構材料，但從石材的開采量和應用范圍來看，天然石材在建筑上仍獲得了廣泛的應用。

天然石材在地球表面蘊含豐富，分布廣泛，便于就地取材。在性能上，天然石材具有抗壓強度高、耐久、耐磨等特點。在建筑物立面上使用天然石材，具有堅實、穩重的質感，可以取得凝重莊嚴、雄偉的藝術效果，但是，天然石材開采、加工困難，表現密度大。

根據巖石的成因，按地質分類法，天然巖石可分為巖漿巖（火成巖）、沉積巖和變質巖蘭大類見（圖2-2）。