土木工程-第五章砌体材料

土木工程-第五章砌体材料
第5章砌体材料
本章学习指导
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。

历史的启迪
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
基础知识
5.1 砖
5.1.4 烧结多孔砖
5.1.1 烧结普通砖
凡通过焙烧而得的普通砖，称为烧结普通砖。

氧化气氛下可得红砖，还原气氛下可得青砖。

按主要原料分为粘土砖（N）、页岩砖（Y）、煤矸砖（M）和粉煤灰砖（F），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。

5.1.2 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。

根据其抗压强度和抗折强度分MU25,MU20,MU15,MU10四级。

5.1.3 烧结空心砖
烧结空心砖是以粘土﹑页岩或煤矸石为主要原料经焙烧而成的顶面有孔洞的砖。

烧结空心砖的特点是：孔洞个数较少但洞腔大，孔洞垂直于顶面平行于大面。

使用时大面受压，所以这种砖的孔洞与承压面平行。

烧结空心砖自重较轻，可减轻墙体自重，改善墙体的热工性能等，但强度不
高，因而多用作非承重墙，如多层建筑内隔墙或框架结构的填充墙等。

5.1.4 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25％，用于承重部位。

使用时孔洞垂直于承压面。

观察与讨论
5.1 砖
烧结普通砖的盐析现象
请观察右图(点击图片显示视频)，分析烧结普通砖表面产生白霜的原因及其后果。

理解为何烧结普通砖的技术要求中规定优等品无泛霜，合格品不允许出现严重泛霜。

普通砖表面的白霜
烧结普通砖的盐析现象
砖的使用过程中的盐析现象称为泛霜。

由于砖内含有硫酸钠等可溶性盐，这些可溶性盐受潮吸水溶解后，随水分蒸发向砖表面迁移，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。

工程实例分析
5.1 砖
(1) 含可溶性盐较高的烧结粘土砖寿命较短
(2) 某砖混结构浸水后倒塌
(3) 灰砂砖墙体裂缝
(1) 含可溶性盐较高的烧结粘土砖寿命较短
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
(1) 含可溶性盐较高的烧结粘土砖寿命较短
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。

(2) 某砖混结构浸水后倒塌
某县城于1997年7月8日至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5.85 MPa，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21.8 MPa，低的仅5.1 MPa。

请对其砌体材料进行分析讨论。

(2) 某砖混结构浸水后倒塌
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另外，砌筑砂浆强度较低也是原因之一。

(3) 灰砂砖墙体裂缝
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。

(3) 灰砂砖墙体裂缝
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，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。

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。

基础知识
5.2 砌块及墙体材料的发展
5.2.1 砌块的定义与分类
5.2.2 常用砌块的性能与应用
5.2.3 新型墙体材料的发展
5.2.1 砌块的定义与分类
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365 mm、240 mm或115 mm。

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％）。

陶粒混凝土小型空心砌块钢丝网架聚苯乙烯夹芯板
5.2.2 常用砌块的性能与应用
1. 蒸压加气混凝土砌块
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。

2. 普通混凝土小型空心砌块
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，其空心率不小于25％。

普通混凝土小型空心砌块可用于多层建筑的内外墙。

3. 其他砌块
常用的建筑砌块还有轻集料混凝土小型空心砌块、粉煤灰砌块、粉煤灰小型空心砌块、石膏砌块等。

5.2.3 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。

观察与讨论
5.2 砌块及墙体材料的发展
(1) 粘土砖与加气混凝土砌块吸水率的比较
(2) 钢丝网架水泥聚苯乙烯夹心板
(1) 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2 min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。

图A 粘土砖吸水图B 加气混凝土砌块吸水
(1) 粘土砖与加气混凝土砌块吸水率的比较
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。

(2) 钢丝网架水泥聚苯乙烯夹心板
下图为某复合墙板的宏观构造图，请讨论各层材料的作用。

钢丝网架水泥聚苯乙烯夹心板
(2) 钢丝网架水泥聚苯乙烯夹心板
从上图中可见，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。

工程实例分析
5.2 砌块及墙体材料的发展
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。

顶层墙体开裂
由于平屋面和墙体所受高温和太阳辐射不同，温度差异大，如有的地区夏季屋面上表面最高温度可达60 ℃，而顶层内墙体的平均最高温度仅为30℃左右。

其他各层楼板和墙体的温度逐层降低。

为此，建筑物的变形出现明显差异，其中层盖顶板与墙体的变形差异最大，顶板对墙体产生水平推力，导致墙体开裂，形成八字缝。

需要说明的是，在屋面上设通风隔热层，可大大减少顶板与墙体温差，对防止墙体开裂有利。

屋面板表面的保温防水材料宜用浅色材料，减少吸收辐射热。

基础知识
5.3 砌筑石材
5.3.1 砌筑石材的分类
5.3.2 砌筑石材的性质与技术要求
5.3.1 砌筑石材的分类
1. 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
2.按外形分类
①料石：砌筑用料石，按其加工面的平整程度可分为细料石、半细料石、粗料石和毛料石四种。

②毛石：砌体用毛石呈块状，其中部厚度不应小于200 mm。

毛石
用料石砌筑的门拱
岩浆岩石材、沉积岩石材和变质岩石材。

5.3.1 砌筑石材的分类
(1)岩浆岩石材岩浆岩石材
岩浆岩又称火成岩。

熔融的岩浆由地壳内部上升后冷却而成。

可分三种：Ａ．深成岩是岩浆在地壳深处，在很大的覆盖压力下缓慢冷却
而成的岩石，如花岗岩等。

其构造致密，容重大，抗压强度高，耐久性
好。

Ｂ．喷出岩是熔融的岩浆喷出地表后，在压力降低、迅速冷却的条
件下形成的岩石。

当喷出的岩浆层厚时，其特性近似深成岩；若喷出的
岩浆层较薄时，则形成多孔结构。

Ｃ．火山岩是轻质多孔结构的材料。

(2)沉积岩石材
沉积岩是由原来的母岩风化后，经过风吹、流水冲移，沉积而
成。

其特性是结构致密性较差，孔隙率较大，强度较低，耐久性较差。

如石灰岩、砂岩和页岩等。

(3)变质岩石材
变质岩是由原生岩浆岩或沉积岩，经过地壳内部高温高压等作用后而形成的岩石。

其中有的结构变得致密，坚实耐久，如石灰岩变质为
大理石。

而岩浆岩经变质后，性质反而变差，如花岗岩变质成的片麻
岩，易产生分层剥落，使耐久性变差。

5.3.2 砌筑石材的性质与技术要求
1. 力学性质
砌筑石材的力学性质除了考虑抗压强度外，根据工程需要，还应考
虑它的抗剪强度、冲击韧性等。

2. 耐久性
石材的耐久性主要包括抗冻性、抗风化性、耐火性、耐酸性等。

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。

观察与讨论
5.3 砌筑石材
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。

层理不同的石料
石料的砌筑
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。

工程实例分析
5.3 砌筑石材
赵州石桥
河北赵州石桥建于1 300多年前的隋代，桥长约51 m，净跨37 m，
拱圈的宽度在拱顶为9 m，在拱脚处为9.6 m。

建造该桥的石材为石灰
岩，石质的抗压强度非常高（约为100 MPa）。

该桥在主拱肋与桥面之间设计了并列的四个小孔，挖去部分填肩材料，从而开创了“敞肩拱”的桥型。

拱肩结构的改革是石拱建筑史上富有意义的创造，因挖空拱肩不仅减轻桥的自重、节省材料、减轻桥基负担，使桥台可造得轻巧，并直接建在天然地基上亦可使桥台位移很小，地基下沉甚微；且使拱圈内部应力很小。

这也正是该桥使用千年却仅有极微小的位移和沉陷，至今不坠的重要原因之一。

经计算发现由于在拱肩上加了四个小拱并采用16 cm～30 cm厚的拱顶薄填石，使拱轴线（一般即拱圈的中心线）和恒载压力线甚为接近，拱圈各横截面上均只受压力或极小拉力。

赵州桥结构体现的二线要重合的道理，直到现代才被国内外结构设计人员广泛认识。

该桥充分利用了石材坚固耐用的长处，从结构上减轻桥的自重，扬长避短，是造桥史上的奇迹。

赵州石桥
创新能力培养
提高灰砂砖与砂浆粘结强度问题
现一般生产的灰砂砖表面光滑，与普通砌筑砂浆的粘结不够理想。

请讨论解决此问题可有哪些途径。

提高灰砂砖与砂浆粘结强度问题
创造思维其中的一种典型形式为发散与集中思维。

在创造过程中，经二者多次循环，直至解决问题。

光滑灰砂砖与砂浆粘结不牢的问题，既可从砖及砂浆分别考虑，亦可双管齐下。

A.灰砂砖表面的改进，如压砖模具改为有表面波纹，使砖表面略粗糙；
B.生产粘结力更强的砂浆。

常见问题及解答
5-1 多孔砖与空心砖有何异同？
5-2 在加气混凝土砌块砌筑的墙上抹普通水泥砂浆层，为什么砂
浆容易出现干裂或空鼓？
5-3 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？
5-4 石材是否都可用于地下基础？
常见问题及解答
5-1 多孔砖与空心砖有何异同？
(1) 两种砖孔洞率要求均为等于或大于15％；
(2) 多孔砖孔的尺寸小而数量多，空心砖孔的尺寸大而数量小；
(3) 多孔砖常用于承重部位，空心砖常用于非承重部位。

常见问题及解答
5-2 在加气混凝土砌块砌筑的墙上抹普通水泥砂浆层，为什么砂浆
容易出现干裂或空鼓？
解答：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。

用普通水泥砂浆抹灰易被加气混凝土吸去水分，而易产生干裂或空鼓。

故且采用保水性好、粘结强度高的砂浆。

常见问题及解答
5-3 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？解答：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。

常见问题及解答
5-4 石材是否都可用于地下基础？
解答：不一定。

不同种类的石材耐水性有较大的差别。

用于水下或受潮严重的重要结构，其软化系数应不小于0.85。