建筑材料与人居环境(武汉大学)

建筑材料与人居环境武汉大学公选课主讲：阮燕jcrj2007@163.com;631873902007.3网上教室/课程目录建筑材料与人居环境建筑材料与人居环境第二章建筑材料的进步与人类生存环境的变化材料既决定建筑的水平也是促进时代发展的重要因素社会基础设施房屋、仓库、交通设施、娱乐设施、商业设施、输油设施、管线设施人类利用材料的两种方式：以物资为基础——就地取材如木材、竹材、石材、草、土等。需求导向——研发在人类漫长的历史进程中，建筑材料与社会的进步相辅相成，按照以上两种方式经历了一个逐渐演变、发展的过程。第二章建筑材料的进步与

人类生存环境的变化

2．1

古代天然材料的利用与住居环境2．2

烧土制品与住居环境的改善2．3

近代建筑材料与建设水平的提高2．4

现代建筑材料与多姿多彩的建筑2．5

未来的建筑材料与可持续发展1.古代天然材料的利用与住居环境原始人群时期的“巢居”与“穴居”

天然材料的利用和简单加工

中国建筑及建筑材料的发展中国建筑起源

穴居－寻找遮雨避寒的住所

巢处－架构远离暑潮的乐园

建筑材料：木材、竹材、粘土、石等天然材料天然材料的利用和简单加工真正意义建筑的诞生母系氏族社会晚期的新石器时代北方：地穴——半地穴——地面（仰韶文化遗址）南方：巢居——干阑建筑（长江中下游河姆渡遗址）

建筑材料：木材、竹材、粘土、石以及石灰、白灰山西陶寺村龙山文化遗址中的白灰墙，刻画的图案原始社会半地穴式的住房用天然材料建造的茅屋古代埃及的石建筑

吉萨金字塔群卡纳克神庙最早的胶凝材料－天然石灰—粘土胶凝材料在建筑中的意义：采用胶凝材料粘结块体材料，使砌筑结构物更具有整体性，人类有可能建造规模更大的建筑物或结构物。版筑技术公元前16世纪－公元前11世纪的青铜器时代（商代）：木结构建筑和版筑技术得到发展一种筑墙方法俗名“干打垒”版筑古人筑墙很早就运用版筑技术。《孟子·告子下》：“传说举于版筑之间。”所谓版筑是说筑土墙用两块木板相夹，两版中间的宽度等于墙的厚度，板外用木柱衬住，装满泥土，用杵捣紧，筑毕拆除木柱木板，就成了一座墙了。版筑技术在古代建筑中占有很重要的地位。而且直到现在有的地方还用这种筑墙技术。

2.烧土制品与住居环境的改善1

土坯2

粘土砖3

粘土瓦4

烧制石灰5

玻璃烧土制品以天然粘土类物质为原料，经高温烤烧制造而成的无机非金属材料叫做烧土制品。是人类最早加工制作的人工建筑材料，可以说是与人类的文化、历史同步发展的一种建筑材料。土坯（Adobe)所谓“土坯”，也可以说是用泥和草制成的“土砖”。其制造过程叫做“打坯”或“脱坯”。粘土砖的前身公元前8000年左右最早在中东到埃及一带使用至今仍然在不发达或干旱地区使用。土坯土坯建造的住房粘土砖公元前5000年左右出现；最早为苏美尔人用于建筑宫殿；我国从西周（大约公元前1060年－711年）开始出现；“秦砖汉瓦”带来的问题？！！粘土砖红砖青砖粘土瓦公元前3000年左右，美索不达米亚最早出现了屋顶瓦；我国在西周时代开始出现，到战国时代（公元前475年－公元前221年）广泛使用。丽江古城夜-瓦顶

小平板瓦滴水、板瓦、勾头、筒瓦古典砖瓦

市大瓦

200×200×12

城砖

十二寸沟头

250×140×11

小滴水

小花边

150×160×10

十二寸筒瓦

280×140×11

嵌砖

360×190×40/90

黄道砖

175×80×35

中加厚方砖

400×400×50

烧制石灰最早的人工胶凝材料；主要成分CaO石灰窑（Limekiln）

900℃CaCO3CaO+CO2↑

（块状生石灰）3000多年前，西周时期的陕西凤雏遗址中，发现三合土。石灰的熟化、硬化与胶凝性能CaO+H2OCa(OH)2+64.9KJ(熟石灰、消石灰)

1）

结晶过程：

石灰浆：Ca(OH)2+H2O

析晶

蒸发(吸收)2）

碳化过程

Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O

慢！玻璃主要成分是硅酸盐。将高温下的熔融体快速冷却，固化形成的非晶体析出物。特点？玻璃的特点：透明；强度高，坚硬，抗压强度大约600—1200MPa。抗冲击性差。玻璃的历史传说公元前3000年，中东埃及人发明；公元前1500年开始小批量生产玻璃器皿和日常生活的简单器皿；公元前3世纪，埃及亚历山大港的工匠发明模压成型法；公元前3世纪到1世纪，罗马人发明玻璃吹制技术，玻璃器皿开始大量生产；而当时的建筑物使用半透明的天然石膏和云母做窗子。公元79年，庞贝人开始使用平板玻璃作为采光材料。最恢宏的装饰材料公元5世纪中叶，拜占庭建筑最光辉的圣索非亚教堂，40个窗子全部用玻璃采光；公元12世纪到15世纪，哥特式教堂彩色玻璃装饰；（尚没有纯净的透明玻璃）15世纪，意大利威尼斯人发明无色透明的玻璃，16世纪加罗兄弟发明了镀银法制造出了镜子。17世纪末，洛可可风格建筑玻璃镜子装饰；17世纪到18世纪末出现了磨砂玻璃、磨光玻璃，夹丝玻璃、压花玻璃等用于门窗，但没有较大面积的玻璃出现玻璃中世纪的教堂玻璃建筑的鼻祖——水晶宫1851年建造。3.近代建筑材料与建设水平的提高钢铁登上了建筑材料的舞台

水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑

钢筋混凝土成为结构材料的主角钢铁登上了建筑材料的舞台从铸铁到钢材1871年Tay桥到1890年Forth桥水泥的出现水泥的出现1824年，PortlandCement问世，英国人JosephAspding获得专利。迄今为止最好的水硬性胶凝材料——硅酸盐水泥钢筋混凝土1855年，法国人J.L.Lambot在第一届巴黎万国博览会上首次推出钢筋混凝土小船，宣告了钢筋混凝土制品的问世；1887年，M.Koenen发表了钢筋混凝土梁的计算方法；1892年，法国的Hennebique发表了梁的剪切增强配筋方法。19世纪建筑变迁芝加哥C.P.S百货公司大楼维也纳分离派会馆

19世纪建筑变迁维也纳邮政储金银行爱因斯坦天文台二十世纪钢筋混凝土材料的两次飞跃：1908年，C.R.Steiner提出了预应力钢筋混凝土的概念，1928年法国的E.Fregssinet使用高拉力钢筋和高强度混凝土使预应力混凝土实用化。1934年在美国发明了混凝土减水剂，大大改善了混凝土的性能。二十世纪新建筑

巴塞罗那博览会德国馆

二十世纪新建筑洛克菲勒中心R.C.A.大厦

4.现代建筑材料与多姿多彩的建筑

钢材、混凝土建造了大型结构物

各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富

钢材、混凝土建造了大型结构物水泥、钢材的产量逐年上升；混凝土的性能不断增强；高强混凝土-高性能混凝土混凝土的品种发展为多样化

建筑物的规模日益扩大各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富高分子材料新型金属材料各种复合材料新型环保节能材料现代建筑纽约曼哈顿世界贸易中心

现代建筑悉尼歌剧院

现代建筑联合国总部大厦

建筑材料的发展历程未来的建筑材料与可持续发展

1

轻质高强建筑材料2

高耐久性材料3

新型墙体材料4

装饰、装修材料5

环保型建材6

路面材料7

景观材料8

耐火、防火材料9

智能化材料1.轻质高强建筑材料高层建筑、大型公共建筑的需求；未来建筑将向更高、更大跨度发展；高层建筑、超超高层建筑、大跨度建筑对结构材料的要求：轻质、高强2.高耐久性材料目前，普通建筑物和结构物的使用寿命一般设定为50年至100年；大型、重要建筑物、苛刻环境建筑物对耐久性的要求；材料的耐久性直接影响建筑物、结构物的安全性；材料的耐久性直接影响着结构物的使用寿命和维护费用；应注重开发高耐久性的材料，同时在规划设计的时，考虑建筑物的总成本，不要片面地追求节省一次性初始投资。3.新型墙体材料传统粘土砖的缺点:破坏耕地；运输重量大，施工速度慢；保温、隔声效果差，用于取暖的能耗大。新型墙体材料改革：逐步禁止使用实心粘土砖；开发新型墙体和节能住宅。中国享受税收优惠的新型墙体材料目录一、非粘土砖（采用机械成型生产工艺，单线生产能力不小于3000万块标准砖／年）

（一）孔洞率大于25％非粘土烧结多孔砖、空心砖；

（二）混凝土空心砖、空心砌块；

（三）烧结页岩砖。

二、建筑砌块（采用机械成型生产工艺，单线生产能力不小于5万立方米／年）

（一）混凝土小型空心砌块；

（二）轻集料混凝土小型空心砌块；

（三）蒸压加气混凝土砌块；

（四）石膏砌块。

三、建筑板材（采用机械化生产工艺，单线生产能力不小于15万平方米／年）

（一）玻璃纤维增强水泥轻质多孔隔墙条板（简称GRC板）；

（二）纤维水泥板；

（三）蒸压加气混凝土板；

（四）轻集料混凝土条板；

（五）钢丝网架夹芯板；

（六）石膏墙板（包括纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心条板）；

（七）金属面夹芯板（包括金属面聚苯乙烯夹芯板、金属面硬质聚氨酯夹芯板和金属面岩棉、矿渣棉夹芯板）；

（八）复合轻质夹芯隔墙板、条板。4.装饰、装修材料对居住环境舒适、美观、清洁的追求；目前，一个普通城市个人住宅，装修费用平均占房屋总造价的1/3左右；装修材料的费用大约占装修工程的1/2以上。5.环保型建材环保型建材的概念：即考虑了地球资源与环境的因素，在材料的生产与使用过程中，尽量节省资源和能源，对环境保护和生态平衡具有一定积极作用，并能为人类构造舒适环境的建筑材料。环保型建材的特征：（1）满足结构物的力学性能、使用性能以及耐久性的要求；（2）对自然环境具有友好性，符合可持续发展的原则。即节省资源和能源，不产生或不排放污染环境、破坏生态的有害物质，减轻对地球和生态系统的负荷，实现非再生性资源的可循环使用；（3）能够为人类构筑温馨、舒适、健康、便捷的生存环境。6.路面材料