土木工程材料第六章 工程石材,墙体材料和屋面材料.ppt

第六章工程石材 墙体材料和屋面材料 第一节工程石材第二节墙体材料第三节屋面材料 第一节工程石材 stone 第六章工程石材 墙体材料和屋面材料 一 概述二 岩石的基本知识三 岩石的技术性质四 常用石材五 石材的应用与防护 一 概述 第一节工程石材 石材是使用历史最悠久的建筑材料之一 最古老的石砌建筑是公元前2750年建于撒哈拉的金字塔 我国著名的古代石材建筑是河北的赵洲桥 开罗西南十公里处的吉萨区 Giza 有三座很大的金字塔 分别是胡夫金字塔 哈夫拉金字塔和孟考拉金字塔 一般统称为大金字塔 TheGreatPyramids 其中以胡夫金字塔最为著名 是吉萨金字塔中规模最大 建筑水平最高 保存最完好的一座 大约建于公元前2570年 是法老胡夫给自己建造的寝陵 胡夫金字塔原高146 59米 四周底边原长230米 数千年以来它一直是地球上最高的建筑物 它是用230万块磨光的石灰石砌成 平均每块岩石重量约2 5吨 建造时曾用了十万名民夫 花费20年时间 建造时 先在金字塔的侧面建造斜坡道 再随石阶愈高 而往上建斜坡道 也在斜坡道上埋人圆木 以减少撬的阻力 胡夫金字塔 第一节工程石材 巨石阵 Stonehenge 坐落在英国伦敦西南100多公里的索尔兹伯里平原上 建于公元前2300年左右 距今4300年 巨石阵占地大约11公顷 主要是由许多整块的蓝砂岩组成 每块约重50吨 这些石柱排成圆形 最高的石柱高达10米 不少横架在两根竖直的石柱上 人们猜测 这很可能是远古人类为观测天象而建造的 专家们认为 架置石块横梁很可能用的是 土屯法 巨石阵 第一节工程石材 秦长城 第一节工程石材 箭扣长城 箭扣长城位于京郊怀柔县西北八道河乡境内 距怀柔县城约30公里 山势非常富于变化 险峰断崖之上的长城也显得更加雄奇险要 箭扣长城因整段长城蜿蜒呈W状 形如满弓扣箭而得名 箭扣长城是明代万里长城最著名的险段之一 是近年来各种长城画册中上镜率最高的一段 向来是长城摄影的热点 第一节工程石材 许家山石屋建筑群 宁波宁海许家山村 是一个有着 多年历史的山村 在村边地头 有为数可观的青灰色安山岩质石材 地方上俗称 铜板石 这里是浙东最完整 最特别的石屋古村 仅石头屋就有200幢之多 许家山村的石屋高大宽敞 一般有两层 内部采用传统建筑抬架式筑法 大块的石头做了房基 次之做门楣 窗楣 更小则密密排列组成石墙 只有在梁柱和门窗等处使用了少量木材 石屋随着地势起伏灵活布置 从东往西一排接一排渐次升高 每两排石屋之间自然形成南北走向的巷道 第一节工程石材 赵州桥 赵州桥 又称安济桥 位于河北省赵县境内 建于隋开皇年间 公元595 605年 距今已有近1400年历史 它不仅是我国而且也是世界上现存最早 保存最完整的巨大石拱桥 特别是拱上加拱的 敞肩拱 的运用 更为世界桥梁史上的首创 1991年 赵州桥被美国土木工程师学会选定为世界第十二处 国际土木工程历史古迹 是目前国内唯一一处 第一节工程石材 石材的生产制备工艺 矿体岩石 露天 地下开采 毛石 整形修边 下脚料 抛光 粉体 料石 板材 石材 第一节工程石材 第一节工程石材 定义 石材是指从天然岩石中开采未经加工或经加工制成块状 板状或特定形状的石材的总称 优点 抗压强度高 耐久性 耐磨性 装饰性好 资源丰富 缺点 表观密度大 脆性大 开采加工费用高 应用 结构应用方面 装饰应用方面 生产岩棉 铸石等建材产品 二 岩石的基本知识 1 岩石的组成 第一节工程石材 单成岩 石灰岩 一种矿物 多种矿物 复成岩 花岗岩 造岩矿物 构成岩石的矿物 岩石的主要造岩矿物有 1 石英 结晶状SiO2 2 长石 结晶的铝硅酸盐 3 云母 片状铝硅酸盐 4 暗色矿物 角闪石 辉石 橄榄石 结晶的铁镁硅酸盐 5 方解石 结晶状CaCO3 6 白云石 结晶的碳酸钙镁复盐 等 第一节工程石材 石英晶体 方解石 正长石 橄榄石 第一节工程石材 2 岩石的分类 根据地质形成条件 岩石分为 岩浆岩 沉积岩 变质岩 地表岩石分布情况 沉积岩占75 岩浆岩和变质岩占25 1 岩浆岩又称火成岩 由地壳内部熔融岩浆上升冷却而成 占地壳总量的89 根据岩浆冷却条件 分为 深成岩 如花岗石 正长岩 闪长岩 喷出岩 如玄武岩 安山岩 辉绿岩 火山岩 如火山灰 浮石 火山凝灰岩 第一节工程石材 2 沉积岩又称水成岩 由地表岩石经风化后沉积再造而成 根据成因和物质成分 分为 机械沉积岩 如页岩 砂岩 砾岩 化学沉积岩 如石膏 菱镁石 白云岩 生物沉积岩 如石灰岩 白垩 硅藻土 第一节工程石材 3 变质岩a 正变质岩 由岩浆岩形成的变质岩 性能变差 如花岗岩变质成片麻岩 b 副变质岩 由沉积岩形成的变质岩 性能变好 如石灰岩 白云岩变质成大理岩 砂岩变质成石英岩 第一节工程石材 3 岩石的结构与构造 岩石结构 矿物的结晶程度 颗粒大小 形态及组合方式的特征 1 结晶程度 全结晶 半结晶及玻璃体结构 2 矿物颗粒大小 显晶质 矿物晶体颗粒较粗 用肉眼或放大镜识别 及隐晶质 矿物颗粒细小肉眼不能识别 结构 3 矿物颗粒相对大小 等粒 不等粒 斑状 似斑状 第一节工程石材 岩石构造 岩石中不同矿物集合体之间的排列方式和充填方式 a 块状构造 均一构造 整体性好 耐久性高 制取大型石材 花岗岩 闪长岩 大理岩 b 层片状构造 沉积岩特征 砂岩 页岩 片麻岩等c 斑状 杏仁状及结核状构造 斑状 斑岩 杏仁状 方解石 蛋白石 及结核状构造 岩石整体均匀性差 d 气孔状构造 火山碎屑岩 喷出岩的主要构造形式 第一节工程石材 二 岩石的技术性质 1 物理性质 1 表观密度 小于1800kg m3为轻质石材 不小于1800kg m3为重质石材 2 吸水性 与孔隙率和孔隙特征有关 吸水性对强度 耐水性 导热性 抗冻性有很大影响 3 耐水性 按软化系数分高 0 90 中 0 70 0 90 低 0 60 0 70 耐水性石材 一般软化系数低于0 80的石材不得用于重要建筑 第一节工程石材 4 抗冻性 与吸水率有密切关系 5 耐热性 与其化学成分及矿物组成有关 6 导热性 与其致密程度 孔隙特征有关 7 抗风化性 与其孔隙率 矿物组成有关 防风化的措施 表面磨光 防止表面积水 用有机硅喷涂表面等 第一节工程石材 2 力学性质 1 抗压强度 用于砌体等的石材的抗压强度采用边长70mm的立方体试件测定 根据 砌体结构设计规范 GB50003 2001 规定 石材强度等级分MU100 MU20七个等级 装饰用石材的抗压强度采用边长50mm的立方体试件测定 GB9966 1 88 2 冲击韧性 取决于矿物成分与构造 3 硬度 莫氏硬度 肖氏硬度 4 耐磨性 包括耐磨损性 耐磨耗性 第一节工程石材 3 工艺性质 主要指开采和加工过程的难易程度及可能性 包括 第一节工程石材 加工性 磨光性 可钻性 三 常用石材 1 花岗岩组成 石英 长石 云母及暗色矿物 坚硬致密 抗压强度高 120 250MPa 孔隙率小 吸水率低 耐磨性好 耐久性高 使用年限75 200年 用于基础 勒角 柱子 地面等部位 也是高档的装修 装饰材料 2 辉长岩 深成岩的一种 由暗色矿物组成 属全晶质等粒状结构 块状构造 抗压强度 200 350MPa 表观密度2900 3300kg m3 韧性好 耐磨性强 耐久性好 可做承重结构材料 也可作装饰装修材料 3 玄武岩 属喷出岩 斜长石 辉石 橄榄石组成 为玻璃体或隐晶质 常用作筑路材料 混凝土集料 第一节工程石材 4 石灰岩 方解石组成 分为密实 多孔 散粒构造 用于基础 外墙 桥墩 台阶和路面 还可用作混凝土集料 也是生产石灰 水泥和玻璃的主要原料 5 大理岩 石灰岩或白云岩变质而成 主要用于室内墙面 柱面 地面 栏杆 踏步 花饰等 不宜用作城市内建筑物的外部装饰 6 砂岩 硅质砂岩 钙质砂岩 铁质砂岩 粘土砂岩 常用语基础 墙身 人行道 踏步等 7 其他建筑石材 第一节工程石材 四 石材的应用及防护 1 石材的应用 1 毛石定义 是指岩石经爆破后所得形状不规则的石块 分类 乱毛石 形状不规则平毛石 有2个大致平行面技术要求 中部厚度 150mm 长度300 400mm 抗压强度 10MPa 软化系数 0 75应用 砌筑基础 勒脚 墙身 挡土墙 堤岸 护坡 制作毛石混凝土 第一节工程石材 2 料石定义 是指经加工而成规则的六面体块石 分类 a 按表面加工的平整程度 毛料石 粗料石 半细料石 细料石b 按形状 条石 方石 拱石 3 石板定义 是用致密的岩石凿平或锯解而成 厚度一般为20mm的石材 作为饰面用的板材一般用花岗岩和大理岩加工制作 第一节工程石材 第一节工程石材 花岗石 大理石室内装饰板 第一节工程石材 2 石材的防护结构预防制成易排水的形状 或覆盖一层防水材料 表面磨光采用致密岩石 表面加工磨光 尽量使表面平滑无孔表面处理石蜡或涂料进行处理 疏水剂表面处理 第一节工程石材 第二节墙体材料 作用 围护 承重 美化 发展方向 逐步限制和淘汰实心粘土砖 大力发展多孔砖 空心砖 废渣砖 各种建筑砌块和建筑板材等各种新型墙体材料 种类 砖 砌块 板材砖 长度 365mm 宽度 240mm 高度 115mm 砌块 长度 365mm或宽度 240mm或高度 115mm 高度 长度或宽度的6培 长度 高度的3倍 墙板 高度 长度或宽度的6培或长度 高度的3倍 定义 砌墙砖系指以粘土 工业废料或其他地方材料为主要原料 以不同工艺制造的 用于砌筑承重和非承重墙体的墙砖 分类 一 砌墙砖 按生产工艺 蒸压灰砂砖 烧结普通砖 烧结砖 蒸养 压 砖 一 砌墙砖 实心砖多孔砖空心砖 1 烧结普通砖定义 烧结普通砖是以粘土 页岩 煤矸石 粉煤灰为主要原料 经焙烧而成的普通砖 一 烧结砖 1 烧结普通砖生产工艺 采土 配料调制 制坯 干燥 焙烧 成品 要进行阴干 否则易出现裂缝 最为关键 焙烧的火候不同有三种成品 欠火砖 正火砖 过火砖 一 烧结砖 1 烧结普通砖生产工艺 一 烧结砖 青砖与红砖 青砖耐久性更好 内燃砖与外燃砖 内燃砖节约粘土5 10 砖的强度提高20 左右 主要技术性质根据 烧结普通砖 GB5101 2003 规定 主要技术性质包括尺寸偏差 外观质量 一 烧结砖 强度等级 抗风化性能 泛霜和石灰爆裂 并规定产品中不允许有欠火砖 酥砖和螺旋纹砖 1 规格 2 质量等级a 强度等级 烧结普通砖根据抗压强度分为MU30 MU25 MU20 MU15 MU10五个强度等级 一 烧结砖 强度等级的评定 抽取试样10块 分别测其抗压强度 计算以下指标 一 烧结砖 抗压强度平均值 抗压强度标准差 结果评定 1 平均值 标准值方法 当变异系数 0 21时 按表中抗压强度平均值和强度标准值评定砖的强度等级 强度标准值按下式计算 2 平均值 最小值方法 当变异系数 0 21时 按表中抗压强度平均值和单块最小抗压强度值评定砖的强度等级 一 烧结砖 例某烧结普通砖试验 10块砖样的抗压强度值分别为 14 2 21 1 9 5 22 9 13 3 18 8 18 2 18 2 19 8 19 8 MPa 试确定该砖的强度等级 解 计算10块试样的抗压强度平均值为 计算标准差 将单块试样抗压强度值代入 S 4 05MPa计算强度变异系数 单块最小抗压强度值fmin 9 5 7 5该砖的强度等级为MU10 一 烧结砖 b 产品质量等级 强度 抗风化性能和放射性物质合格的砖 根据尺寸偏差 外观质量 泛霜和石灰爆裂分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 三个质量等级 一 烧结砖 3 抗风化性能抗风化性能是指在干湿变化 温度变化 冻融变化等物理因素作用下 材料不破坏并长期保持原有性质的能力 它是材料耐久性的重要内容之一 4 放射性物质应符合 建筑材料放射性核素限量 GB6566 2001 的规定 一 烧结砖 5 泛霜 在新砌筑的砖砌体表面 有时会出现一层白色的粉状物 这种现象称为泛霜 一 烧结砖 6 石灰爆裂 石灰爆裂是指烧结砖的原料中夹杂着石灰石 焙烧时石灰石被烧成生石灰块 在使用过程中生石灰吸水熟化转变为熟石灰 体积膨胀而引起砖裂缝 严重时使砖砌体强度降低 直至破坏 7 酥砖和螺旋纹砖酥砖 指砖坯被雨水淋 受潮 受冻 或在焙烧过程中受热不均等原因 从而产生大量的网状裂纹的砖 螺旋纹砖 是指从挤泥机挤出的砖坯上存在螺旋纹的砖 它在烧结时不易消除 导致砖受力时易产生应力集中 使砖的强度下降 一 烧结砖 产品标记烧结普通砖的产品标记 产品名称类别强度等级质量等级标准编号例如 烧结普通砖 强度等级为MU25 优等品的粘土砖标记 一 烧结砖 烧结普通砖NMU25AGB5101 优点传统墙体材料 具有较高的强度和耐久性 孔隙率较大 具有较良好的保温隔热性能和隔声吸声性能 缺点块体小 施工效率低 自重大 产生能耗高 粘土砖所用原料粘土 需毁田取土 挤占耕地 抗震性能差 一 烧结砖 2 烧结多孔砖和烧结空心砖与实心砖相比的优点 节约原材料 节省燃料 造价降低 施工效率提高 可使建筑物自重减轻 改善墙体的绝热和隔声性能 一 烧结砖 实心砖多孔砖空心砖 烧结多孔砖与空心砖 烧结多孔砖 GB13544 2000 尺寸 外观质量 质量等级 优等品 A 一等品 B 合格品 C 孔型 孔洞率 25 和孔洞排列 抗风化性能 强度等级 泛霜 石灰爆裂 烧结多孔砖 烧结空心砖 烧结空心砖和空心砌块 GB13545 2003 尺寸 外观质量 质量等级 优等品 A 一等品 B 合格品 C 强度等级 吸水率 抗风化性能 放射性物质 密度等级 800 900 1000 1100 孔洞率 40 和孔洞排列及结构 泛霜 石灰爆裂 烧结多孔砖与烧结空心砖比较 定义 非烧结砖是经碳化或蒸汽 压 养护硬化而成的砖 二 非烧结砖 含钙材料 石灰 电石渣等 含硅材料 砂子 粉煤灰等 水 压制成型 常压或高压蒸汽养护 灰砂砖 粉煤灰砖 煤渣砖 二 非烧结砖 1 蒸压灰砂砖定义 蒸压灰砂砖是用磨细生石灰和天然砂 经混合搅拌 陈化 使生石灰充分熟化 轮碾 加压成型 蒸压养护而成 蒸压灰砂砖 二 非烧结砖 有彩色 Co 和本色 N 两类 1 蒸压灰砂砖的技术要求按照 蒸压灰砂砖 GB11945 1999 的规定 蒸压灰砂砖根据尺寸偏差 外观质量 强度及抗冻性分为优等品 A 一等品 B 合格品 C 三个质量等级 1 蒸压灰砂砖 a 尺寸偏差和外观质量蒸压灰砂砖的外形为直角六面体公称尺寸240mm 115mm 53mm 蒸压灰砂砖 1 蒸压灰砂砖 b 强度和抗冻性蒸压灰砂砖根据抗压强度和抗折强度分为MU25 MU20 MU15 MU10四个强度等级 各等级的强度值及抗冻性指标应符合下表的规定 1 蒸压灰砂砖 2 蒸压灰砂砖的产品标记蒸压灰砂砖的产品标记按产品名称 LSB 颜色 强度等级 质量等级 标准编号的顺序编写强度等级MU20 优等品的彩色灰砂砖 其标记为 LSBCo20AGB11945 强度等级MU15 一等品的本色灰砂砖 其标记为 LSBN15BGB11945 1 蒸压灰砂砖 3 蒸压灰砂砖的应用MU15及其以上的灰砂砖可用于基础及其他建筑部位 MU10的灰砂砖仅可用于防潮层以上的建筑部位 由于灰砂砖中的某些水化产物不耐酸 不耐热 因此不得用于长期受热200 以上 受急冷急热和有酸性介质侵蚀的建筑部位 也不宜用于有流水冲刷的部位 1 蒸压灰砂砖 粉煤灰砖 二 非烧结砖 2 粉煤灰砖 粉煤灰砖 JC239 2001 3 煤渣砖 二 非烧结砖 煤渣砖 煤渣砖 JC525 1993 概况 某库房砌筑时采用蒸压灰砂砖 当时由于工期紧 灰砂砖紧俏 出厂四天的灰砂砖即用于工程中砌筑 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 原因分析 首先是砖出厂到施工时间太短 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 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 灰砂砖表面光滑 砂浆与砖的粘结强度低 灰砂砖墙体裂缝 墙用砌块的优点 1 可以充分利用地方资源和工业废渣 节省粘土资源和改善环境 2 生产工艺简单 原料来源广 制作及使用方便灵活 3 可改善墙体功能 二 墙用砌块 墙用砌块与砌墙砖在外形上的区别 形体大 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 一般为直角六面体 也有各种异形的 二 墙用砌块 墙用砌块的分类 二 墙用砌块 混凝土小型空心砌块 GB8239 1997 轻骨料混凝土小型空心砌块 GB T15229 2002 混凝土中型空心砌块 粉煤灰硅酸盐中型砌块 JC238 1991 蒸压加气混凝土砌块 GB T11968 2006 石膏砌块 JC T698 1998 装饰混凝土砌块 二 墙用砌块 一 普通混凝土小型空心砌块 代号NHB 定义 普通混凝土小型空心砌块主要是以普通混凝土拌合物为原料 经成型 养护而成的空心砌块 二 轻骨料混凝土小型空心砌块 代号LHB 定义 轻骨料混凝土小型空心砌块是由水泥 砂 轻砂或普砂 轻粗骨料 水等经搅拌 成型而得 三 混凝土中型空心砌块 定义 混凝土中型空心砌块是以水泥或无熟料水泥 配以一定比例的骨料 制成空心率 25 的制品 1 铺浆面 2 坐浆面 3 侧面 5 壁 6 肋 四 粉煤灰砌块 定义 粉煤灰砌块属硅酸盐类制品 是以粉煤灰 石灰 石膏和骨料 炉渣 矿渣 等为原料 经配料 加水搅拌 振动成型 蒸汽养护而制成的密实砌块 五 蒸压加气混凝土砌块 代号ACB 定义 蒸压加气混凝土砌块是以钙质材料 水泥 石灰等 硅质材料 砂 矿渣 粉煤灰等 以及加气剂 铝粉 等 经配料 搅拌 浇注 发气 切割和蒸压养护而成的多孔硅酸盐砌块 五 蒸压加气混凝土砌块 代号ACB 1 蒸压加气混凝土砌块的规格尺寸 五 蒸压加气混凝土砌块 代号ACB 2 蒸压加气混凝土砌块的主要技术要求根据 蒸压加气混凝土砌块 GB11968 2006 的规定 砌块按尺寸偏差 外观质量 干密度 抗压强度和抗冻性分为优等品 A 一等品 B 和合格品 C 三个等级 五 蒸压加气混凝土砌块 代号ACB 3 蒸压加气混凝土砌块的特性多孔轻质保温隔热性能好隔音性能好抗震性强 耐火性好 易于加工 施工方便吸水导湿缓慢干燥收缩较大 五 蒸压加气混凝土砌块 代号ACB 4 蒸压加气混凝土砌块的应用 1 适用于低层建筑的承重墙 多层建筑的间隔墙和高层框架结构的填充墙 一般工业建筑的围护墙 作为保温隔热材料也可用于复合墙板和屋面结构中 2 在无可靠的防护措施时 该类砌块不得用于水中 高湿度和有侵蚀介质的环境中 也不得用于建筑物的基础和温度长期高于80 的建筑部位 某工程用蒸压加气混凝土砌块砌筑外墙 该蒸压加气混凝土砌块出釜一周后即砌筑 工程完工一个月后墙体出现裂纹 试分析原因 工程实例分析 原因分析 所用的蒸压加气混凝土砌块出釜仅一周 其含水率较大 在砌筑完工干燥过程中产生较大收缩 墙体在沿着砌块与砌块交接处产生裂缝 1 纸面石膏板 三 墙用板材 纸面石膏板 一 石膏类墙用板材 2 纤维石膏板 三 墙用板材 一 石膏类墙用板材 木纤维增强石膏板 3 石膏空心条板 三 墙用板材 石膏空心条板 一 石膏类墙用板材 4 纤维增强硬石膏压力板 AP板