土木工程材料课件第5章砌体材料

本章共3个知识点。本章的教学目标是：⑴掌握常用的几种砌墙砖，包括烧结砖和蒸养蒸压砖的性能及应用特点。并理解为何要限制烧结粘土砖。⑵掌握混凝土砌块、加气混凝土砌块的性能及应用特点。⑶了解砌筑石材的性能及应用。本章的难点是加气混凝土砌块的性能特点。建议学习从砌筑材料的组成结构来理解其性能特点，进而灵活掌握其应用。建议本章课内2学时，课外学习2学时。

本章学习指导

1

嵩岳寺塔是中国现存最早的砖塔，该塔建于北魏孝明帝正光元年（公元520年），距今已有1480年的历史。

整个塔室上下贯通，呈圆筒状。全塔刚劲雄伟，轻快秀丽，建筑工艺极为精巧。该塔虽高大挺拔，但却是用砖和黄泥粘砌而成，塔砖小而且簿，历经千余年风霜雨露侵蚀而依然坚固不坏，至今保存完好，充分证明我国古代建筑工艺之高妙。嵩岳寺塔无论在建筑艺术上，还是在建筑材料及技术方面，都是中国和世界古代建筑史上的一件珍品。

中国现存最早的砖塔2长

城35.1.1烧结普通砖5.1.2蒸压灰砂砖5.1.3烧结空心砖5.1.4烧结多孔砖5.1砖

砖按用途：承重砖和非承重砖；按原材料：粘土砖（N）、粉煤灰砖（F）、煤矸石砖（M）、页岩砖（Y）、灰砂砖（LSB）、煤（炉）渣砖（MZ）等、耐火砖；按外形:实心砖、多孔砖和空心砖；按生产工艺:烧结砖和非烧结砖(蒸养或蒸压工艺)。45.1.1烧结普通砖烧结普通砖是指以粘土、页岩、煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的普通实心砖。包括粘土砖（N）、页岩砖（Y）、煤矸石砖（M）、粉煤灰砖（F）等多种。目前主要是粘土砖，但粘土砖耗用大量农田，且生产中会逸放氟、硫等有害气体，能耗高，需限制生产，并逐步淘汰，不少城市已经禁止使用。生产工艺简介原料配制制坯干燥焙烧成品5红砖和灰砖焙烧是制砖最重要的环节。粘土砖焙烧温度为950℃左右烧出的砖色泽多为红色。这是由于砖中的铁质矿物，如在氧化气氛中保温、冷却时，铁形成了红色的Fe2O3之故。而为获得青色，则焙烧开始阶段，在氧化气氛中，达到焙烧温度后，封闭火门，隔绝空气流入，并配合从窑顶浇水闷窑，产生大量水蒸汽，转变成缺氧环境，使砖在还原气氛里保温、冷却。促使砖内的红色高阶氧化铁（Fe2O3）还原成青灰色的低价氧化铁(FeO)，制得青砖。5.1.1烧结普通砖6烧结普通砖的技术性能指标《烧结普通砖》GB/T5101-1998规定，对砖的主要技术要求有：尺寸偏差、外观质量、强度、抗风化性能、泛霜和石灰爆裂。

等级：优等品、一等品、合格品。（1）形状尺寸

240×115×53mm（2）强度

抽取１０块普通粘土砖试样进行抗压强度试验，共分为：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级。5.1.1烧结普通砖7（3）抗风化性能抗风化性能是普通粘土砖重要的耐久性指标之一；对砖的抗风化性能要求应根据各地区的风化程度而定（风化程度的地区划分详见GB/T5101-1998）；砖的抗风化性能通常用抗冻性、吸水率及饱和系数三项指标划分；

抗冻性是指经15次冻融循环后不产生裂纹、分层、掉皮、缺棱、掉角等冻坏现象；且重量损失率小于2%，强度损失率小于规定值；

吸水率是指常温泡水24h的重量吸水率。

饱和系数是指常温24h吸水率与5h沸煮吸水率之比；

严重风化区中的1、2、3、4、5等5个地区所用的普通粘土砖，其抗冻性试验必须合格，其他地区可不做抗冻试验（表5-2、3）。5.1.1烧结普通砖8（4）烧结砖的泛霜(耐久性)指可溶性盐类（硫酸盐、镁盐等）在砖表面的盐析现象。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。泛霜还会导致砖面与砂浆抹面层剥离。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：优等品无泛霜；一等品不允许出现中等泛霜；合格品不允许出现严重泛霜。5.1.1烧结普通砖泛霜95.1.1烧结普通砖（5）石灰爆裂(耐久性)原料中夹带石灰石，经焙烧后砖内形成了颗粒状的过火石灰。处于干燥条件下时，过火石灰不会影响砖的性能，一旦吸水后，就会产生局部体积膨胀，导致砖体开裂。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。GB/T5101-1998规定，优等品不允许出现最大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域；一等品不允许出现最大破坏尺寸大于10mm的爆裂区域；合格品中每组砖样2～15mm的爆裂区不得大于15处，其中10mm以上的区域不多于7处，且不得出现大于15mm的爆裂区。105.1.1烧结普通砖（6）尺寸允许偏差烧结普通砖的尺寸允许偏差应符合下表的规定（样本数为２０块）。（7）外观质量

烧结普通砖的优等品颜色应基本一致，一等品和合格品颜色无要求。其他外观质量应符合下表的规定。117.欠火砖（酥砖）与过火砖（螺旋纹砖）

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，造成外形尺寸极不规整，这种砖为过火砖。也属于有缺陷砖。欠火砖与过火砖均为不合格产品。5.1.1烧结普通砖12烧结普通砖的应用

烧结普通砖具有隔热、隔声性能好，不结露，价格低的特点。可用作建筑维护结构，可砌筑柱、拱、烟囱、窑身、沟道及基础等；可与隔热材料配套使用，砌成轻体墙；可配置适当的钢筋代替钢筋混凝土柱、过梁等。烧结普通砖优等品用于清水墙的砌筑，一等品、合格品可用于混水墙的砌筑。中等泛霜的砖不能用于潮湿部位。5.1.1烧结普通砖135.1.2蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖是以石灰和砂为主要原料，允许掺入颜料和外加剂，经坯料制备、压制成型、蒸压养护而成的实心砖，简称灰砂砖。灰砂砖的组织均匀密实、尺寸准确、外形光洁、平整、色泽大方多为浅灰色，与砂浆的粘结力差。根据其抗压强度和抗折强度分MU25,MU20,MU15,MU10四级。蒸压灰砂砖主要用于工业与民用建筑中，MU25，MU20，MUI5的灰砂砖可用于基础及其他建筑；MU10的灰砂砖仅可用于防潮层以上的建筑。由于灰砂砖中的成分不耐酸也不耐热，在长期高温作用下会发生破坏，故灰砂砖不得用于长期受200℃以上或受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位，如不能砌筑炉衬或烟囱等。灰砂砖不得用于有流水冲刷的地方。

由于硅质材料和钙质材料在高温高压条件下，发生化学反应，生成水化硅酸钙产物，使蒸养（压）砖具有要求的强度，故也称为硅酸盐砖。14新疆某石油基地库房砌筑采用蒸压灰砂砖，由于工期紧，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，灰砂砖成品含水量随时间而减少，20多天后才基本稳定。时间太短会导致灰砂砖干缩大。②气温影响。砌筑时气温很高，而几个月后气温明显下降，因温差导致温度变形。③灰砂砖表面光滑，砂浆与砖的粘结程度低。一般灰砂砖砌体的抗剪强度普遍低于普通粘土砖。155.1.3烧结多孔砖（承重空心砖）和烧结空心砖（非承重空心砖）多孔砖的孔洞率超过15%，孔尺寸小而多，为竖向孔。空心砖的孔洞率大于15%，孔尺寸大而少，为水平孔。多孔砖孔洞分布均匀合理，非孔部分砖体较密实，所以强度较高，使用时孔洞方向平行于受力方向；空心砖的孔洞则垂直于受力方向。多孔砖常用作六层以下的承重砌体；空心砖则常用于非承重砌体。

165.2砌块砌块是用于砌筑工程的人造块材，砌块与砖的主要区别是:砌块的长度大于365ｍｍ或宽度大于240ｍｍ或高度大于115ｍｍ,但高度不大于长度或宽度的6倍，长度不超过高度的3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％）。工程中常用的砌块有：水泥混凝土砌块、轻集料混凝土砌块、炉渣砌块、粉煤灰砌块及其它硅酸盐砌块、水泥混凝土铺地砖等。陶粒混凝土小型空心砌块

175.2.1蒸压加气混凝土砌块（ＡＣＢ）

蒸压加气混凝土砌块是用钙质材料（如水泥、石灰）和硅质材料（如砂子、粉煤灰、矿渣）的配料中加入铝粉作加气剂，经加水搅拌、浇注成型、发气膨胀、预养切割，再经高压蒸汽养护而成的多孔硅酸盐砌块。发气剂又称加气剂，是制造加气混凝土的关键材料。发气剂大多选用脱脂铝粉。掺入浆料中的铝粉，在碱性条件下产生化学反应：铝粉极细，产生的氢气形成许多小气泡，保留在很快凝固的混凝土中。这些大量的均匀分布的小气泡，使加气混凝土砌块具有许多优良特性：质量轻、绝热性能好、吸声、加工方便、施工效率高等优点。18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，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。图A粘土砖吸水图B加气混凝土砌块吸水

195.2.2（1）普通混凝土小型空心砌块是以水泥、砂、碎石和砾石为原料，加水搅拌、振动加压或冲击成型，再经养护制成的一种墙体材料，孔洞率一般为３５％～６０％。工程中常用的混凝土空心砌块尺寸一般为390*190*190mm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。普通混凝土小型空心砌块可用于多层建筑的内外墙。（2）轻集料混凝土小型空心砌块当混凝土砌块使用轻集料时，空心砌块的重量大为减轻。常用的轻集科有陶粒、煤渣、自燃煤矸石和膨胀珍珠岩等。205.2.3新型墙体材料的发展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。21墙用板材1、石膏板2、纤维增强水泥平板（TK板）3、空心条板4、轻型复合板纸面石膏板常用纸体颜色：普通纸面石膏板：象牙色防火纸面石膏板：红色防潮纸面石膏板：绿色22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。

钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板各

种

材

料

阻

热

性

能

对

比

图235.3砌筑石材凡是由天然岩石开采而得到的毛料，或经加工而制成的块状或板状岩石，统称为石材。石材是古老的建筑材料之一，由于其抗压强度高，耐磨、耐久性好、美观、生产成本低而且便于就地取材，是古今土木建筑工程的主要建筑材料。石材在建筑中常被用作砌体材料、装饰材料，还可以作为胶结材料和人造石的原料。5.3.1石材的分类----按岩石的形成分类

根据组成砌筑石材的岩石形成地质条件的不同，砌筑石材可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三类。一火成岩岩浆岩（深成岩，喷出岩，火山岩）由地下岩浆冷凝而成的岩石，统称为火成岩；二沉积岩（机械沉积岩，化学沉积岩，有机沉积岩）是由江、河、湖、海洋水下沉淀而成的岩石，统称为沉积岩。三变质岩岩浆岩和沉积岩中，有一部分在地球发展演化过程中，经过多次地壳运动时高温、高压条件下的强烈变化(地质学上称为“变质作用”)，形成了一种新的岩石，统称为“变质岩”。岩石种类常用岩石特点用途火成岩花岗岩表观密度2500-2800Kg/m^3、抗压强度120-250MPa、孔隙率小、吸水率低、耐磨性好、耐久性高、呈灰白色建筑物基础、闸坝、台阶、路面、混凝土骨料、设备衬里辉率岩表观密度2900-3300Kg/m^3、抗压强度200-350MPa、有较高的耐酸性、韧性、抗风化性好、呈绿色饰面材料、混凝土骨料、化工设备衬里玄武岩表观密度2900-3300Kg.m^3、抗压强度250-500MPa、结构细密、强度高、硬度大、颜色较深高强混凝土骨料、道路路面沉积岩石灰岩表观密度2600-2800Kg.m^3、抗压强度80-160MPa、孔隙率和吸水率大，耐久性差、呈灰白色砌筑基础、桥墩、墙身、阶石及路面、混凝土骨料、生产石灰和水泥原料砂岩由直径0.1-0.2mm砂粒经天然胶结而成，性能波动大、抗压强度5-200MPa，有灰黄褐色、白色建筑物基础、墙身、衬面、台阶变质岩大理岩表观密度2600-2700Kg/m^3，抗压强度100-310MPa，质地致密而硬度大，容易加工，有雪白、灰、绿、黑、玫瑰、粉红、黄、红色地面、墙面、柱面、柜台、栏杆、台阶石英岩由硅质砂岩变质而成，结构均匀致密，抗压强度250-400MPa,耐久性能好，硬度高、加工困难建筑物基础、栏杆、踏步，可作耐酸材料、耐火材料和玻璃的原料片麻岩由花岗岩变质而成，垂直于片理的抗压强度为120-250MPa，沿片理易于开采和加工，易风化碎石、块石、人行道石板245.3.1石材的分类---按外形分类

①毛石：爆破后直接得到的形状不规则的石块。毛石依其平整程度又分为乱毛石和平毛石。乱毛石形状不规则，一般在一个方向上达30-40cm，质量约为20-30Kg，乱毛石常用于砌筑毛石基础、勒脚、墙身、堤坝、挡土墙等，也可用于大体积混凝土中（也称毛石混凝土）。将乱毛石略经加工就得到了平毛石，它的形状比乱毛石整齐，基本上有六个面，常用于砌筑基础、勒脚、墙身、桥墩、涵洞等。毛石255.3.1石材的分类---按外形分类②

料石：是由人工或机械开采的较规则的六面体石块，经人加工凿磨而成的。按表面加工的平整程度，料石分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种毛料石一般不加工或稍加修整，以便砌筑时相互和缝，厚度不小于20cm，长度为厚度的1.5-3倍；粗料石表面凹凸深度不大于2cm；半细料石不大于1cm；细料石经细加工，表面凹凸深度要求不大于0.2cm。制成长方形的称为条石、长宽大致相等的称为方石，楔形的称为拱石。料石一般有致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩开凿而成，用于建筑物的基础、勒脚、墙身、踏步、砌拱等。用料石砌筑的门拱

26

5.3.2砌筑石材的性质和技术要求1.力学性质主要讨论抗压强度指标。（1）抗压强度石料的抗压强度按下式计算：式中：R——石料的抗压强度，MPa；P——试件破坏时的荷载，N；A——试件的截面积，mm2。27注意石料的工程用途不同，抗压强度试验的标准试件尺寸也不相同。工程用途石料标准试件尺寸（mm）立方体圆柱体建筑工程—直径50mm、高径比2：1桥梁工程边长70mm—路面工程边长50mm直径和高均为50mm路面石料标准试件28抗压强度影响因素矿物组成、结构、孔隙构造等；试件尺寸有较大的影响，因端部的摩擦力影响，尺寸越小，偏差越大；29石料的砌筑

A、B、C三块石料均具有层理，其层理及受力方向如下图所示。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。30图A和图B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。图A烧结粘土砖墙图B花岗岩石墙

海南等沿海地区气候潮湿，而且空气中含较多的盐、碱等腐蚀介质，因此部分含可溶性盐较高的烧结粘土砖出现盐析，并导致砖的使用寿命缩短。而花岗岩表观密度大、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。

31

5.3.2砌筑石材的性质和技术要求2耐久性——石料抵抗大气等自然因素作用的性能。

1）抗冻性2）耐水性

3放射性

有些石材（如部分花岗石）含有微量放射性元素，对于具有较强放射性的石材应避免用于室内。

——石料在饱水状态下，能抵抗多次冻结和融化作用而不破坏的性能。石材的抗冻性主要取决于矿物成分、孔隙率等。抗冻性合格的石材应在规定的冻融循环次数内，无贯穿裂缝穿过试件两棱角，质量损失不超过5%，强度减少不大于25%。

石材的耐水性按软化系数为高、中、低三等：高耐水性的石材，软化系数大于0.9；中耐水性的软化系数为0.7-0.9；低耐水性的软化系数为0.6-0.7。一般软化系数低于0.6的石材，不允许用作重要建筑。

32石材中的放射性主要是镭、钍、氡三种放射性元素在衰变中产生的放射性物质。天然石材中的放射性危害主要有两个方面，即体内辐射与体外辐射。体内辐射主要来自于放射性辐射在空气中的衰变，而形成的一种放射性物质氡及其子体。氡是自然界唯一的天然放射性气体，氡在作用于人体的同时会很快衰变成人体能吸收的核素，进入人的呼吸系统造成辐射损伤，诱发肺癌。体外辐射主要是指天然石材中的辐射体直接照射人体后产生一种生物效果，会对人体内的造血器官、神经系统、生殖系统和消化系统造成损伤。市场上的天然石材，其中花岗岩超标较多，放射性较高。33

5.4.1.路用石料根据公路工程对岩石的不同要求，自然界的岩石可划分为四个岩类：每一类石料按饱水抗压强度和磨耗率划分为四个强度等级：Ⅰ类——岩浆岩类Ⅱ类——石灰岩类Ⅲ类——砂岩和片岩类Ⅳ类——砾石类1级——最坚硬岩石2级——坚硬岩石3级——中等强度岩石4级——较软的岩石34岩石类别主要岩石石料等级饱水抗压强度MPa磨耗率%洛杉矶式狄法尔式Ⅰ岩浆岩类花岗岩玄武岩安山岩辉绿岩1>120<25<42100~12025~304~5380~10030~455~74—45~607~10Ⅱ石灰岩类石灰岩白云岩1>100<30<5280~10030~355~6360~8035~506~12430~6050~6012~2035岩石类别主要岩石石料等级饱水抗压强度MPa磨耗率%洛杉矶式狄法尔式Ⅲ砂岩和片岩类石英岩片麻岩石英片麻岩辉绿岩1>100<30<5280~10030~355~7350~8035~457~10