砌体与砌体结构_建筑材料

1、 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University1第第 5 5 章章 砌体材料砌体材料Masonry Materials 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University25.15.1 概述概述5.2 5.2 砌体与砌体材料的结构砌体与砌体材料的结构5.3 5.3 砌体与砌体材料的力学性能砌体与砌体材料的力学性能5.4 5.4 砌体材料的耐久性砌体材料的耐久性5.5 5.5 砌体材料的其它物理性能砌体材料的其它物理性能第第 5 5 章章 砌体材料砌体

2、材料 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University35.15.1 概述概述砌体结构砌体结构 (Masonry Work, Brickwork and Block work): 一种由块体经砌筑形成整体的结构一种由块体经砌筑形成整体的结构#块体块体：砖、石、砌块：砖、石、砌块砌体结构种类：砌体结构种类： 按块体分：砖砌体、石砌体、砌块砌体按块体分：砖砌体、石砌体、砌块砌体 按加筋分：无筋砌体、有筋砌体按加筋分：无筋砌体、有筋砌体 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsing

3、hua University4砌体材料的发展历史砌体材料的发展历史天然石材粘土砖空心粘土砖混凝土砌块加筋砌体与预应力砌体下一阶段？ 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University5建筑业十项新技术深基坑支护高强高性能混凝土高效钢筋和预应力混凝土粗直径钢筋连接新型模板和脚手架应用建筑节能和新型墙体应用： 混凝土小型空心砌块建筑体系 框架轻墙建筑体系 外墙外保温隔热 节能保温门窗和门窗封闭 高效先进的供热、制冷系统新型建筑防水和塑料管应用钢结构大型构件和设备的整体安装企业的计算机应用和管理 土木水利学院清华大学Departm

4、ent of Civil EngineeringTsinghua University65.15.1 概述概述砌体结构的特点：砌体结构的特点： 原材料来源广泛（土、页岩、粉煤灰、原材料来源广泛（土、页岩、粉煤灰、煤矸石等）煤矸石等） 价格便宜价格便宜 施工简单施工简单 耐久性和热工性能良好耐久性和热工性能良好 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University75.1.1 5.1.1 砖砖1）分类：分类： 烧结砖、非烧结砖烧结砖、非烧结砖 实心砖、空心砖实心砖、空心砖 (1) 烧结砖烧结砖 粘土，页岩，粘土，页岩，煤矸石，粉

5、煤灰煤矸石，粉煤灰烧结砖烧结砖900-1200OC成坯成坯粉磨轮碾 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University85.1.1 5.1.1 砖砖(2)(2)非烧结硅酸盐砖非烧结硅酸盐砖以石灰、粉煤灰、煤矸石、砂子以石灰、粉煤灰、煤矸石、砂子为主要原料经粉磨、搅拌、成型、为主要原料经粉磨、搅拌、成型、养护而成。养护而成。如如: :粉煤灰砖、煤矸石砖、灰砂砖粉煤灰砖、煤矸石砖、灰砂砖 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University95.1.1 5.1.

6、1 砖砖2) 2) 规格规格名 称 长 宽 厚 普 通 砖 240 115 53 空 心 砖 190 240 240 190 115 180 90 90 115 115 砌墙砖的规格砌墙砖的规格( (mm)mm) 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University10砌砌墙砖的强度指标墙砖的强度指标20015010075502015107.55.014106.04.53.54.03.12.31.81.62.62.01.31.10.8粘土砖的强度指标粘土砖的强度指标砖的标号砖的标号抗压强度抗压强度(MPa)抗折强度抗折强度(M

7、Pa) 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University115.1.2 5.1.2 砌块砌块 分类：分类： 空心砌块、实心砌块、微孔砌块空心砌块、实心砌块、微孔砌块 混凝土砌块、硅酸盐砌块混凝土砌块、硅酸盐砌块 承重砌块、装饰砌块、复合砌块承重砌块、装饰砌块、复合砌块工艺：工艺： 成型、养护与非烧结砖相同成型、养护与非烧结砖相同 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University125.1.2 5.1.2 砌块砌块名称外形尺寸长 宽 高最小壁、肋厚度主规

8、格砌块3901901903029019019030辅助规格砌块190190190309019019030承重小型砌块的规格尺寸（承重小型砌块的规格尺寸（mm) 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University135.1.2 5.1.2 砌块砌块承重小型砌块的强度标准承重小型砌块的强度标准 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University14砌体材料的强度等级砖MU7.5MU30砌块MU3.5MU15砌筑砂浆M0.4M15 土木水利学院清华大学Depar

9、tment of Civil EngineeringTsinghua University155.1.3 5.1.3 石材石材 重质石材：基础砌体与重要房屋的重质石材：基础砌体与重要房屋的贴面贴面 轻质石材：易加工、导热系数小、轻质石材：易加工、导热系数小、耐久性较差耐久性较差 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University165.1.1 Masonry Mortar 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University17砌筑砂浆组成：水泥塑性掺和料砂

10、化学外加剂水砌筑水泥普通硅酸盐水泥石灰膏或粘土膏：改善和易性，增加弹性细砂微沫剂，缓凝剂 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University185.1.5 5.1.5 灌注混凝土或灌注混凝土或砂浆砂浆 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University195.25.2 砌体与砌体材料的结构砌体与砌体材料的结构砌块砌块砂浆砂浆砖砖(块体)+(块体-砂浆界面)+(砂浆)+配筋 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringT

11、singhua University205.2.1 砌体的整体结构砌体的整体结构 砌体是由砖或砌块为一相、砂浆为砌体是由砖或砌块为一相、砂浆为另一相的多相体。另一相的多相体。 砌体中上述两相的界面十分薄弱，砌体中上述两相的界面十分薄弱，尤其是砌块结构，因为其表面吸水尤其是砌块结构，因为其表面吸水能力差，与砂浆的粘结力很小。能力差，与砂浆的粘结力很小。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University21砖和砂浆的受压应力砖和砂浆的受压应力-应变曲线应变曲线砂浆具有一定的弹塑性，而砖基本是刚性的 。砂浆处于三向受压状态；块体

12、虽然是轴心受压，但在水平方向上承受拉力。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University225.2.15.2.1 砌体的整体结构砌体的整体结构 t0 5 10 15 201.51.00.5d(mm) th0 5 10 15 20d(mm)水平灰缝厚度对实心砖和空心砖砌体抗压强度的影响系数水平灰缝厚度对实心砖和空心砖砌体抗压强度的影响系数:ddtht1 . 01/204. 01/4 . 1(实心砖实心砖)(空心砖空心砖)1.51.00.5 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringT

13、singhua University235.2.15.2.1 砌体的整体结构砌体的整体结构块体的含水率对砌体性能的影响块体的含水率对砌体性能的影响(1) (1) 促进和改善促进和改善砂浆硬化；砂浆硬化；(2) (2) 提高砂浆流提高砂浆流动性，使砂浆铺动性，使砂浆铺设更均匀；设更均匀； W0 0.05 0.10 0.15 0.20 1.20.80.4含水率含水率 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University24界面粘结强度的影响水平灰缝饱满度水平灰缝厚度块体表面光洁度块体表面潮湿度（含水率） 土木水利学院清华大学Dep

14、artment of Civil EngineeringTsinghua University25施工水平7级瓦工 砌体强度100%5-6级瓦工 砌体强度70%3-4级瓦工 砌体强度50% 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University265.2.2 砖的孔结构砖的孔结构 粘土砖的孔隙率变化范围非常大粘土砖的孔隙率变化范围非常大 （150）。）。 适当的孔隙率使砖有相应吸水率，适当的孔隙率使砖有相应吸水率，以利于砂浆密实并与砖有较好粘结以利于砂浆密实并与砖有较好粘结力。力。 粉煤灰砖、灰砂砖表面密实，吸水粉煤灰砖、灰砂砖

15、表面密实，吸水率较小，不利于粘结。率较小，不利于粘结。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University27灰砂砖和红砖灰砂砖和红砖 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University28砖的吸水率砖的吸水率对抗压强度对抗压强度的影响的影响 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University295.3 5.3 砌体与砌体材料的力学性能砌体与砌体材料的力学性能 土木水利学院清华大学Dep

16、artment of Civil EngineeringTsinghua University305.3.1 砌体受压应力状态砌体受压应力状态 砌体抗压荷载能力较好。不仅砌体抗压荷载能力较好。不仅用于墙体结构，还有用于墙体结构，还有拱体和隧道拱体和隧道。 砌体的抗压强度以一段小砌体砌体的抗压强度以一段小砌体抵抗抵抗轴压荷载轴压荷载的能力来评价。但由的能力来评价。但由于风或其它荷载的作用，可能受到于风或其它荷载的作用，可能受到偏心荷载偏心荷载。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University315.3.1 砌体受压应力状态

17、砌体受压应力状态 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University325.3.2 5.3.2 砌体受剪切、弯曲、拉伸荷载砌体受剪切、弯曲、拉伸荷载 由于风力、撞击或地震等外界荷由于风力、撞击或地震等外界荷载作用，砌体可能受到剪切、弯曲、载作用，砌体可能受到剪切、弯曲、拉伸的作用，导致砌体处于复杂的受拉伸的作用，导致砌体处于复杂的受力状态。力状态。 但砌体抵抗拉力非常有限，通常但砌体抵抗拉力非常有限，通常在设计中不考虑承受拉应力。在设计中不考虑承受拉应力。 土木水利学院清华大学Department of Civil Engi

18、neeringTsinghua University33砌砌体体受受剪剪切切作作用用 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University345.3.3 5.3.3 砌体弯曲破坏砌体弯曲破坏 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University35几几种种配配筋筋砌砌体体结结构构 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University36 土木水利学院清华大学Department of Civi

19、l EngineeringTsinghua University375.4 5.4 砌体材料的耐久性砌体材料的耐久性5.4.1 5.4.1 体积变化体积变化5.4.2 5.4.2 冻害冻害5.4.3 5.4.3 化学侵蚀化学侵蚀5.4.4 5.4.4 粉化和可溶盐含量粉化和可溶盐含量 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University385.4.1 5.4.1 体积变化体积变化 砖在潮湿环境中会产生湿胀，但砖在潮湿环境中会产生湿胀，但一般来说影响不大；一般来说影响不大； 空心砌块干缩较大是它不同于粘空心砌块干缩较大是它不同于

20、粘土砖与天然石材的一个显著特点，易土砖与天然石材的一个显著特点，易于造成墙体开裂。于造成墙体开裂。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University395.4.2 5.4.2 冻害冻害冻害是砖和砌块在冻融循环条件冻害是砖和砌块在冻融循环条件下的一种常见的物理破坏，表现为砌下的一种常见的物理破坏，表现为砌块表面成片剥落，这是由于孔隙中的块表面成片剥落，这是由于孔隙中的水结冰膨胀产生开裂的应力所导致。水结冰膨胀产生开裂的应力所导致。强度低、孔隙率大的砖或砌块抗冻害强度低、孔隙率大的砖或砌块抗冻害能力强。能力强。 土木水利学院清

21、华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University405.4.3 5.4.3 化学侵蚀化学侵蚀 烧结砖对酸、碱的抵抗能力较烧结砖对酸、碱的抵抗能力较强，在恶劣的环境条件下同样也是强，在恶劣的环境条件下同样也是因为开裂而逐渐受侵蚀；因为开裂而逐渐受侵蚀； 非烧结的砖与砌块与混凝土类非烧结的砖与砌块与混凝土类似，不耐酸性介质的腐蚀。似，不耐酸性介质的腐蚀。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University415.4.4 5.4.4 粉化和可溶盐含量粉化和可溶盐含量 碱硫酸

22、盐或碱碳酸盐对砌体结构碱硫酸盐或碱碳酸盐对砌体结构的侵蚀与对混凝土材料的侵蚀类似，的侵蚀与对混凝土材料的侵蚀类似，也是由于干湿循环条件下反复结晶和也是由于干湿循环条件下反复结晶和脱水（膨胀与收缩）所造成。脱水（膨胀与收缩）所造成。 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University42Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceAll the buildings in Venice insist on foundation immersed in sea wat

23、er and then are permanently exposed to the capillary rise of salty water containing sodium, chloride and sulfate as main ions. 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University431.4.2 Adsorption & wetting Capillary effectshrrLV2cos2rhlvcos2 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsi

24、nghua University44Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceSeawater can permanently or discontinuously wet these structures up to 1 3 m high from the ground level. 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University45Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceMoreove

25、r, due to the closeness of the most important area of chemical industries in Italy, the buildings in Venice are also exposed to the effect of rainfalls containing sulfuric acid. 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University46Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceCapill

26、ary rise of sea water from the foundation produces two different types of distress：First, a chemical attack related to sulfate ions occurs, with formation of ettringite （钙矾石） and/or thaumasite （硅灰石膏）, which causes cracking and spalling of the rendering (抹面) mortar. 土木水利学院清华大学Department of Civil Engi

27、neeringTsinghua University47Sulfate AttackSO4 + Ca(OH)2 + C-A-H C3A 3CaSO4 H32SO4 + C-A-H + C-S-H + CaCO3 CaCO3CaSiO3CaSO415H2O 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University48Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceSecond, a physical attack related to crystallization of salts (mainly NaCl) within bricks and mortars causes efflorescence （风化）and mainly subflorescence （表下风化）deteriorating effects. 土木水利学院清华大学Department of Civil EngineeringTsinghua University