第六章砌筑材料

土木工程材料

第六章

砌筑材料

第一节天然石材石材是最古老的土木工程材料之一，藏量丰富、分布很广，便于就地取材，坚固耐用，砌筑石材广泛用于砌墙和造桥。世界上许多的古建筑都是由石材砌筑而成，不少古石建筑至今仍保存完好。如全国重点保护文物的赵州桥、广州圣心教堂等都是以石材砌筑而成。

但天然石材加工困难，自重大，开采和运输不够方便。

岩石是在地质作用下产生的、由一种或多种矿物按一定的规律组成的自然集合体。天然石材是指从天然岩石中采得的毛石，或经加工制成的石块、石板及其定型制品等。天然石材具有抗压强度高、耐久性好、生产成本低等优点，是古今土木建筑工程的主要建筑材料。岩石根据其成因可分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩三种。一工程砌筑石材工程对砌筑石材的要求有：（１）石材尺寸规格常用的砌筑石材有毛石和料石。毛石为不规则形，但毛石的中间厚度不小于15ｃｍ，至少有一个方向的长度不小于30㎝，平毛石应有两个大致平行的面。料石的宽度和厚度均不宜小于20ｃｍ，长度不宜大于厚度的４倍，形状应大致呈六面体。（２）石材抗压强度根据边长70ｍｍ立方体试件的抗压强度，砌筑石材的强度等级分为ＭＵ10、ＭＵ15、ＭＵ20、ＭＵ30、ＭＵ40、ＭＵ50、ＭＵ60、ＭＵ80、ＭＵ100共九个等级。注：其强度是由平均值确定的。天然石材抗压强度的大小，取决于岩石的矿物成分、结晶粗细、胶结物质的种类及均匀性，以及荷载等因素。从岩石结构角度考虑，具有结晶结构的天然石料，其强度比玻璃质的高，细粒结晶的比中粒或粗粒结晶的强度高，等粒结晶的比斑状的强度高，结构疏松多孔的天然石料，强度远小于构造均匀致密的石料。具有层理、片状构造的石料，其垂直于层理、片理方向的强度较平行于层理、片理的高。对于有层理、片理构造的天然石料，在测定抗压强度时，其受力方向应与石料在砌体中的实际受力方向相同。

（３）石材耐水性石材的耐水性用软化系数K表示。高耐水性石材，其软化系数为K＞0.90,中耐水性石材，其软化系数为0.7～0.9,低耐水性石材,其软化系数为Ｋ＝0.6～0.7。(４)石材抗冻性试件在规定的冻融循环次数内无（穿过试件两棱角的）贯穿裂纹，质量损失不超过５％，强度降低不大于２５％的石材方为合格。对于有特殊要求的工程，还可能要求石材的耐磨性、吸水性或抗冲击性。决定石材上述技术性质的因素有：矿物组成、结构特征、构造特点、受风化作用的程度等。常用砌筑石材有花岗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等。

A、B、C三块石料均具有层理，其层理及受力方向如图。请讨论这几种石料的砌筑有何问题。

C石料的砌筑方向不对，具有层理构造的石块其垂直层理的强度高于平行于层理的强度，宜转90°放置。二装饰石材（1）天然大理石天然大理石是石灰岩或白云岩在地壳内经过高温高压作用形成的变质岩，多为层状结构，有明显的结晶，纹理有斑纹、条纹之分，是一种富有装饰性的天然石材。天然大理石化学成分为碳酸盐（如碳酸钙或碳酸镁），矿物成分为方解石或白云石，纯大理石为白色，当含有部分其它深色矿物时，便产生多种色彩与优美花纹。从色彩上来说，有纯黑、纯白、纯灰、墨绿等数种。从纹理上说，有晚霞、云雾、山水、海浪等山水图案、自然景观。大理石抗压强度较高，但硬度并不太高，易于加工雕刻与抛光。由于这些优点，使其在工程装饰中得以广泛应用。当大理石长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨水冲刷时，可能使大理石表面的某些物质被侵蚀，从而失去原貌和光泽，影响装饰效果，因此大理石多用于室内装饰。（2）天然花岗石建筑用天然花岗石是由天然花岗石加工成板材、块材用于建筑装饰工程中。花岗岩是典型的火成岩，是全晶质岩石，其主要成分是石英、长石和少量的暗色矿物和云母。按结晶颗粒大小，分为细粒、中粒和斑状等。颜色呈灰色、黄色、蔷薇色、红花等。优质花岗岩石英含量多（２０～４０％），云母含量少，晶粒细而匀，结构紧密，不含其他杂质，抛光后光泽明亮，不易风化，色调鲜明，花色丰富，庄重大方。花岗岩比大理石密度大，密度为2300～2800㎏／ｍ3，抗压强度高达120～250MPa。孔隙率吸水率极低，材质硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蚀性能均优于其他石材。经抛光后，是室内外地面、墙面、踏步、柱石、勒脚等处首选装饰材料。第二节砖一.烧结普通砖烧结普通砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原材料，经焙烧而成的尺寸为240×115×53㎜直角六面体块材。粘土质材料在一定温度下，其中的铝硅酸盐矿物部分熔融，冷却后将其余矿物颗粒粘结成一体，保持砖坯的形体，并具有一定的物理、力学性能。这一工艺称为“烧结”或“焙烧”。烧结普通砖俗称小砖、标准砖、实心砖等。烧结普通砖根据抗压强度分为ＭＵ30、ＭＵ25、ＭＵ20、ＭＵ15、ＭＵ10五个强度等级。强度和抗风化性能合格的砖，根据尺寸偏差、外观质量、泛霜和石灰爆裂等分为优等品（Ａ）、一等品（Ｂ）和合格品（Ｃ）三个质量等级。二烧结普通砖的缺陷指标当生产烧结砖的原料中含有有害杂质或生产工艺不当时，均可造成烧结砖的质量缺陷，影响砖的耐久性。主要缺陷及耐久性指标有：1）烧结砖的泛霜当生产烧结砖的原料中含有可溶性无机盐时，会隐含在成品烧结砖的内部，砖吸水后再次干燥时，水分会向外迁移，这些可溶性盐随水渗到砖的表面，水分蒸发后便留下白色粉末状的盐，形成白霜，这就是泛霜现象。泛霜严重时，由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。国家标准规定优等砖不得有泛霜现象，合格砖不得严重泛霜。请观察图，分析烧结普通砖表面产生白霜的原因及其后果

砖内可溶性盐，如硫酸钠等在砖的使用过程中的盐析现象称为泛霜。这些可溶性盐受潮吸水溶解后，随水份蒸发向砖表面迁移，并在过饱和下结晶析出，产生膨胀，从而使砖表面结构疏松，导致砖的强度降低。泛霜还会导致砖面与砂浆抹面层剥离。

２）烧结砖的石灰爆裂有时生产烧结砖的原料中夹有石灰石等杂物，经焙烧后砖内形成了颗粒状的石灰块等物质。处于干燥条件下时，这些杂质不会影响砖的性能，一旦吸水后，就会产生局部体积膨胀，导致砖体开裂甚至崩溃。石灰爆裂不仅造成砖体的外观缺陷和强度降低，还可能造成对砌体的严重危害。3）欠火砖与过火砖烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧，使部分物质熔融，冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时，熔融物太少，难以充满砖体内部，粘结不牢，这种砖称为欠火砖。欠火砖孔隙率大，强度低，抗冻性差，外观颜色较浅，为有缺陷砖。当焙烧温度过高时，砖内熔融物过多，造成高温下的砖体变软，此时砖在点支撑下易产生弯曲变形，这种砖为过火砖。它也属于有缺陷砖。欠火砖与过火砖均为不合格产品。（5）烧结砖的耐久性烧结砖的耐久性除了砖的泛霜和石灰爆裂性外，还包括抗风化性能。砖的抗风化性能用抗冻融试验或吸水率试验来衡量。标准GBS101一2000规定，黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、新疆等五省、区必须进行冻融试验；其他地区，砖的吸水率满足规范后，可不做冻融试验。某砖混结构浸水后倒塌

某县城于1997年7月8号至10日遭受洪灾，某住宅楼底部单车库进水，12日上午倒塌，墙体破坏后部分呈粉末状，该楼为五层半砖砌体承重结构。在残存北纵墙基础上随机抽取20块砖试验进行试验。自然状态下实测抗压强度平均值为5.85MPa，低于设计要求的MU10砖抗压强度。从砖厂成品堆中随机抽取了砖测试，抗压强度十分离散，高的达21.8MPa，低的仅5.1MPa。请对其砌体材料进行分析讨论。①砖的质量差。设计要求使用MU10砖，而在施工时使用的砖大部分为MU7.5，现场检测结果砖的强度低于MU7.5。该砖厂土质不好，砖匀质性差。

②砖的软化系数小，且被积水浸泡过，强度大幅度下降，故部分砖破坏后呈粉末状。

③砌筑砂浆强度低，无粘结力。

(1)含可溶性盐较高的烧结粘土砖寿命较短图是海南某地烧结粘土砖墙和花岗岩石墙。几年后烧结粘土砖墙出现明显腐蚀，而花岗岩石墙无此现象。请分析原因。海南等沿海地区气候潮湿，而且空气中含较多盐、碱等腐蚀介质，因此部分含可溶性盐较高的烧结黏土砖出现盐析，并导致砖的使用寿命缩短。而花岗岩表现密度大、内部结构致密、孔隙率小、吸水率低，耐盐碱腐蚀能力强，耐久性好。

2蒸压灰砂砖以石灰和砂为主要原料，允许掺入颜料和掺加剂，经坯料制备，压机成型，蒸压养护而成的实心灰砂砖。根据其抗压强度和抗折强度分MU25,MU20,MU15,MU10四级。其中MU25,MU20,MU15的砖可用于基础及其它建筑；MU10的砖仅可用于防潮层以上的建筑。灰砂砖不得用于长期受热20℃以上、受急冷急热和又酸性介质侵蚀的建筑部位。

新疆某石油基地库房砌筑采用蒸压灰砂砖，由于工期紧，灰砂砖亦紧俏。出厂四天的灰砂砖即砌筑。8月完工，后发现墙体有较多垂直裂缝，至11月底裂缝基本固定。

①首先是砖出厂到上墙时间太短，灰砂砖出釜后含水量随时间而减少，20多天后才基本稳定。出釜时间太短必然导致灰砂砖干缩大。

②气温影响。砌筑时气温很高，而几个月后气温明显下降，从而温差导致温度变形。

③灰砂砖表面光滑，砂浆与砖的粘结程度低。需要说明的是灰砂砖砌体的抗剪强度普遍低于普通粘土砖。三.烧结多孔砖和空心砖（1）烧结多孔砖烧结多孔砖是以粘土﹑页岩或煤矸石为主要原料经焙烧而成主要用于承重部位的多孔砖。主要原料与烧结空心砖相同，但为大面有孔洞的砖，孔的尺寸小而数量多，其孔洞率不小于15％，不大于35%，孔洞分布在大面尚且均匀合理，非孔部分砖体较密实，所以强度较高。工程中使用时常以孔洞垂直于承压面，以充分利用砖的抗压强度。烧结多孔砖根据10块的抗压强度分为ＭＵ30、ＭＵ25、ＭＵ20、ＭＵ15、ＭＵ10五个强度等级。

（2）烧结空心砖烧结空心砖是指孔洞率大于3５％，孔尺寸大而孔数量少的砖。烧结空心砖的尺寸一般较大，空洞通常平行于承压面，抗压强度较低。依据抗压强度可划分为ＭＵ5.0、ＭＵ3.0和ＭＵ2.0三种强度等级。根据空心砖（含空洞）的表观密度划分为800、900、1100㎏/m3三个等级的空心砖。每个密度级别根据外观质量、强度等级、尺寸偏差和物理性能，又分为优等品（Ａ）、一等品（Ｂ）与合格品（Ｃ）三个等级。多孔砖与空心砖有何异同？⑴两种砖孔洞率要求均为等于或大于15％，空心砖一般大于35%；

⑵多孔砖孔的尺寸小而数量多，空心砖孔的尺寸大而数量小；

⑶多孔砖常用于承重部位，空心砖常用于非承重部位。

第三节砌块

砌块是砌筑用的人造块材。砌块系列中主规格的长度、宽度或高度有一项或一项以上分别大于365mm、240mm或115mm。但高度不大于长度或宽度的六倍，长度不超过高度的三倍。砌块按其尺寸规格分为小型砌块、中型砌块和大型砌块；按用途分为承重砌块和非承重砌块；按孔洞设置状况分为空心砌块（空心率≥25％）和实心砌块（空心率＜25％）。

（1）混凝土空心砌块工程中常用的混凝土空心砌块尺寸一般为３９０×１９０×１９０ｍｍ、２９０×１９０×１９０ｍｍ和１９０×１９０×１９０ｍｍ，孔洞率一般为３５％～６０％。强度等级分别为ＭＵ3.5、ＭＵ5.0、ＭＵ7.5、ＭＵ10、ＭＵ15.0和ＭＵ20.0六个等级。按其尺寸偏差和外观质量分为优等品（Ａ）、一等品（Ｂ）及合格品（Ｃ）三个等级。混凝土砌块使用前，应首先检验外观质量和尺寸偏差，合格后再检验其抗压强度及相对含水率。必要时检验其抗渗性和抗冻性。其中相对含水率是指砌块的实际含水率与其最大吸水率之比。当混凝土砌块使用轻集料时，空心砌块的重量大为减轻，按其表观密度（含孔洞）有500～1000kg／ｍ3不等。常用的轻集科有陶粒、煤渣、自燃煤矸石和膨胀珍珠岩等。为什么轻集料混凝土小型空心砌块用于墙体时要设置伸缩缝？

这是由于轻集料混凝土小型空心砌块的温度变形和干缩变形大于烧结普通砖，为防裂缝，可根据具体情况设置伸缩缝，在必要的部位增加构造钢筋。（2）蒸压加气混凝土砌块（ＡＣＢ）凡以钙质材料或硅质材料为基本的原料，以铝粉等为发气剂，经过切割、蒸压养护等工艺制成的，多孔、块状墙体材料称蒸压加气混凝土砌块。蒸压加气混凝土砌块的特性为多孔轻质、保温隔热性能好、加工性能好，但其干缩较大。使用不当，墙体会产生裂纹。

粘土砖与加气混凝土砌块吸水率的比较

将粘土砖与加气混凝土砌块分别在水中浸泡2min后，再分别敲开，观察新断面中孔的大小、形状分布及水渗入的程度，请分析其吸水率不同的原因。

从新断面可见，水已渗入实心粘土砖内部，而仅渗入加气混凝土砌块表面。之所以有这样的差异，是其孔结构不同造成的。加气混凝土砌块为多孔结构，其孔是封闭的、不连通的小孔，故水难以渗入到其内部。实心粘土砖虽也是多孔结构，但其孔径大，且有大量连通孔存在。封闭不连通的小孔可以有效的阻止水的渗透；孔径大且存在连通孔则为水的渗透提供了条件

在加气混凝土砌块砌筑的墙上浇一次水后马上抹砂浆层，为什么砂浆容易出现干裂或空鼓？

加气混凝土砌块的气孔大部分是“墨水瓶”结构，只有小部分是水分蒸发形成的毛细孔，肚大口小，毛细管作用较差，故吸水导热缓慢。烧结普通砖淋水后易吸足水，而加气混凝土表面浇水不少，实则吸水不多。用一般的砂浆抹灰易被加气混凝土吸去水分，而易产生干裂或空鼓。故可分多次浇水，且采用保水性好、粘结强度高的砂浆。

新型墙体材料的发展

砌体材料主要用于砌筑墙体。墙体材料的改革是一个重要而难度大的问题，发展新型墙体材料不仅是取代实心粘土砖的问题，首要是保护环境、节约资源、能源。另外是满足建筑结构体系的发展，包括抗震以及多功能。还有是给传统建筑行业带来变革性新工艺，摆脱人海式施工，采用工厂化、现代化、集约化施工。新型墙体材料正朝着大型化、轻质化、节能化、利废化、复合化、装饰化以及集约化等方面发展。墙体材料除砖与砌块外，还有墙用板材。常用的墙用板材有多种：石膏空心条板、纸面石膏板、金属面硬质聚氨酯夹芯板、玻璃纤维增强水泥板和钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板等。除纸面石膏板第3章已作介绍外，以下再介绍后两种板材。

①玻璃纤维增强水泥复合板（简称GRC墙板）

玻璃纤维增强水泥复合板是以低碱水泥和硫酸盐早强水泥为胶结料，耐碱（或抗碱）玻璃纤维作增强材料，填充保温心材，如水泥珍珠岩、岩棉等，经成型、养护而成的一种轻质复合板材。

GRC墙板的主要特点是轻质、高强、韧性好、加工简易、施工方便。但其中一些GRC板会在接缝处开裂，影响了其推广应用。

钢丝网架水泥聚苯乙烯夹心板

从图中可见，该墙板由四种不同的材料构成，分别是：装饰层、水泥砂浆面层、钢筋网肋片和聚苯乙烯。各层分别有不同的作用。装饰层起到美观的效果；水泥砂浆面层作为钢筋网肋片和装饰层之间的过渡，可抹平钢筋网肋片，使装饰层平整易施工；钢筋网肋片提供墙体所需要的强度；聚苯乙烯芯材由于轻质，可降低墙体重量，同时由于多孔，可起到保温的作用。各种材料综合作用，使墙体材料具备高的性能。

顶层墙体开裂

某四层砖混结构的平屋面住宅在竣工两年后，在顶层墙体出现正八字裂缝，请分析原因。由于平屋面和墙体所受高温和太阳辐