第三章建筑資料的根本性質(zhì)綠色建筑資料

GreenBuildingMaterials選擇構(gòu)造資料——關(guān)注什么？選擇保溫資料——關(guān)注什么？選擇防水資料——關(guān)注什么？問題導(dǎo)入小田@教學(xué)目的經(jīng)過本章的學(xué)習(xí)，了解在不同運(yùn)用環(huán)境下，各類建筑資料的根本性質(zhì)，并掌握各性質(zhì)的涵義和影響這些性質(zhì)的要素。并能聯(lián)絡(luò)工程中的實(shí)踐運(yùn)用，研討和改良資料的性質(zhì)，對(duì)后面詳細(xì)資料的學(xué)習(xí)作一個(gè)很好的鋪墊。小田@本章內(nèi)容3.1建筑資料的根本物理參數(shù)3.2建筑資料的熱學(xué)性質(zhì)3.3建筑資料的力學(xué)性質(zhì)3.4建筑資料與水有關(guān)的性質(zhì)3.5建筑資料的耐久性3.6建筑資料的環(huán)境協(xié)調(diào)性小田@定義：資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：ρ=m/V〔g/cm3〕m――資料枯燥時(shí)的質(zhì)量〔g〕V――資料在絕對(duì)密實(shí)形狀下的體積〔cm3〕即不包括任何孔隙在內(nèi)的體積。意義：反映資料的構(gòu)造形狀，例如：用密度控制玻璃的消費(fèi)。V的測(cè)定：a.比較密實(shí)的資料，如玻璃、鋼材等，通常以為其處于絕對(duì)密實(shí)形狀下，直接測(cè)其體積；b.普通多孔資料，如磚，應(yīng)磨成細(xì)粉〔粒徑小于0.2mm〕排除其內(nèi)部孔隙，用密度瓶測(cè)其實(shí)踐體積。密度能否存在絕對(duì)密實(shí)的資料？2.1.13.1建筑資料的根本物理參數(shù)小田@定義：資料在包含其內(nèi)部閉口孔隙條件下的單位體積所具有的質(zhì)量。表達(dá)式：〔g/cm3〕或(kg/m3)

m――資料的質(zhì)量〔g或kg〕V’――資料在自然形狀下不含開口孔隙的體積。意義：實(shí)踐密度的近似密度，丈量某些較致密的不規(guī)那么的散粒資料。V’的丈量：排水法，水中稱重法。表觀密度小田@定義：資料在自然形狀下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：〔g/cm3〕或(kg/m3)m――資料的質(zhì)量〔g或kg〕V0――資料在自然形狀下的體積，也稱表觀體積(cm3或m3)。包括資料孔隙在內(nèi)的體積，既包括開口孔隙，也包括閉口孔隙。意義：反映資料輕重的量，也與資料的強(qiáng)度有關(guān)，是選擇構(gòu)造資料和承重資料的根據(jù)。V0的丈量：對(duì)外形規(guī)那么的資料，直接丈量；對(duì)外形不規(guī)那么的資料，蠟封后用排水法丈量。體積密度小田@定義：堆積密度指粉狀、粒狀、或纖維狀資料在自然堆積形狀下，單位體積的質(zhì)量。表達(dá)式：〔kg/m3〕m――資料的質(zhì)量〔kg〕――堆積體積〔m3〕的特點(diǎn)：包括了孔隙及資料顆粒間的空隙體積。的測(cè)定：用既定容積的容器測(cè)定。堆積密度小田@定義：在資料體積內(nèi)，固體物質(zhì)的體積占總體積的比例。

表達(dá)式：密實(shí)度小田@定義：資料體積內(nèi)，孔隙體積占總體積的比例。表達(dá)式：孔隙率與密實(shí)度的關(guān)系？孔隙率與資料性質(zhì)的關(guān)系？資料的強(qiáng)度、資料的表觀密度、吸水率、抗?jié)B性、抗凍性、保溫性能等。兩個(gè)孔隙率一樣的同種同體積的資料吸水率能否一定一樣？資料的性質(zhì)除了與孔的多少有關(guān)外，還與孔的特征、孔的外形有關(guān)?？椎奶卣鳎喊ㄩ_口孔和閉口孔，孔隙尺寸的大小、孔的外形、孔隙在資料內(nèi)部的分布均勻程度等?？紫堵市√顯察看與討論某工程頂層欲加保溫層，以下兩圖為兩種資料的剖面。請(qǐng)問選擇何種資料？AB小田@討論保溫層的目的是外界溫度變化對(duì)住戶的影響，資料保溫性能的主要描畫目的為導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量，其中導(dǎo)熱系數(shù)越小越好。察看兩種資料的剖面，可見A資料為多孔構(gòu)造，B資料為密實(shí)構(gòu)造，多孔資料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，適于作保溫層資料。小田@某施工隊(duì)原運(yùn)用普通燒結(jié)粘土磚，后改為多孔、容量僅700kg/m3的加氣混凝土砌塊。在抹灰前往墻上澆水，覺察原運(yùn)用的普通燒結(jié)粘土磚易吸足水量，但加氣混凝土砌塊外表看來澆水不少，但實(shí)那么吸水不多，請(qǐng)分析緣由。案例分析小田@分析加氣混凝土砌塊雖多孔，但其氣孔大多數(shù)為“墨水瓶〞構(gòu)造，肚大口小，毛細(xì)管作用差，只需少數(shù)孔是水分蒸發(fā)構(gòu)成的毛細(xì)孔。故吸水及導(dǎo)濕均緩慢，資料的吸水性不僅要看孔數(shù)量多少，還需看孔的構(gòu)造。小田@填充率定義：在散粒資料的堆積體積中，顆粒體積占總體積的比例。表達(dá)式：2.1.3小田@空隙率定義：在散粒資料的堆積體積中，空隙體積占總體積的比例。表達(dá)式：小田@能源緊缺是一個(gè)世界性的問題，建筑行業(yè)是個(gè)耗能大戶，國家規(guī)定高層建筑必需采用節(jié)能建筑資料，其中包括墻體節(jié)能、屋面節(jié)能和門窗節(jié)能。建筑節(jié)能保溫資料熱學(xué)性質(zhì)導(dǎo)熱性熱容量3.2建筑資料的熱學(xué)(工)性質(zhì)小田@定義：資料傳導(dǎo)熱量的才干〔冬季資料堅(jiān)持熱量不傳送出去；夏季資料妨礙熱量傳入室內(nèi)〕。表示方法：用導(dǎo)熱系數(shù)λ表示，導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是：厚度為1m的資料，當(dāng)溫度每改動(dòng)1K時(shí)，在lh時(shí)間內(nèi)經(jīng)過1m2面積的熱量。用公式表示為

式中λ——資料的導(dǎo)熱系數(shù)，w/〔m·K〕；

Q——傳導(dǎo)的熱量，J；

d——資料的厚度，m；

A——資料傳熱的面積，m2；

t——傳熱時(shí)間，h；

〔T1-T2〕——資料兩側(cè)溫度差，K在建筑工程中的意義：判別資料的保溫隔熱性能〔λ越大，傳熱越快，保溫性越差〕。導(dǎo)熱性小田@各種資料的導(dǎo)熱系數(shù)差別很大，常見建筑資料的導(dǎo)熱系數(shù)范圍是0.035～3.5W／(m·K)，工程中通常把λ＜0.23W／(m·K)的資料稱為絕熱資料〔保溫暖隔熱資料〕。常用建筑資料的熱工性質(zhì)目的

材料名稱

導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)

比熱J/(g·K)鋼

550.46玻璃0.9花崗巖

3.490.92普通混凝土

1.510.88水泥砂漿

0.930.84普通粘土磚

0.810.84粘土空心磚

0.640.92松木

0.17～0.352.51泡沫塑料

0.031.30冰

2.202.05水

0.604.19靜止空氣

0.023

小田@資料的化學(xué)組成與構(gòu)造化學(xué)組成不同的資料，其導(dǎo)熱系數(shù)不同，所以不同資料的導(dǎo)熱系數(shù)不同。如：普通情況下，導(dǎo)熱系數(shù)的大小為：金屬資料﹥非金屬資料﹥有機(jī)資料孔隙率和空隙構(gòu)造特征普通來說：P↑，導(dǎo)熱性↓，緣由是靜止空氣的λ＜普通資料的λ。P一定時(shí)，隨著連通孔和粗孔的增多，λ↑，由于假設(shè)孔隙粗大或貫穿，對(duì)流作用加強(qiáng)，λ↑。資料的濕度和溫度資料受潮后，λ↑，導(dǎo)熱性↑，保溫隔熱性↓〔λ水＞λ空氣〕。資料受潮后再受凍，λ進(jìn)一步↑，保溫隔熱性進(jìn)一步↓(λ冰＞λ水)。影響導(dǎo)熱性的要素棉襖浸水后保暖性變差？孔多的資料保溫性能好？小田@思索題1.中空玻璃為什么比同厚度的實(shí)心玻璃保溫性能好？2.保溫資料為什么堅(jiān)持枯燥形狀保溫效果較好？小田@定義：資料受熱時(shí)吸收熱量，冷卻時(shí)放出熱量的性質(zhì)。用比熱容C表示。在建筑工程中的作用：大比熱容的資料對(duì)堅(jiān)持室內(nèi)溫度的相對(duì)穩(wěn)定有很大影響。材料名稱

比熱J/(g·K)鋼

0.46銅

0.38花崗巖

0.92普通混凝土

0.88水泥砂漿

0.84普通粘土磚

0.84粘土空心磚

0.92松木

2.51泡沫塑料

1.30冰

2.05水

4.19熱容小田@資料的強(qiáng)度是資料在應(yīng)力作用下抵抗破壞的才干。通常情況下，資料內(nèi)部的應(yīng)力多由外力〔或荷載〕作用而引起，隨著外力添加，應(yīng)力也隨之增大，直至應(yīng)力超越資料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)所能抵抗的極限，即強(qiáng)度極限，資料發(fā)生破壞。在工程上，通常采用破壞實(shí)驗(yàn)法對(duì)資料的強(qiáng)度進(jìn)展實(shí)測(cè)。將預(yù)先制造的試件放置在資料實(shí)驗(yàn)機(jī)上，施加外力〔荷載〕直至破壞，根據(jù)試件尺寸和破壞時(shí)的荷載值，計(jì)算資料的強(qiáng)度。3.3建筑資料的力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度小田@根據(jù)外力作用方式的不同，資料的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度〔或抗折強(qiáng)度〕及抗剪強(qiáng)度等方式。如以下圖所示：小田@資料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度可直接由下式計(jì)算：

f-------資料強(qiáng)度，MPa

Fmax---資料破壞時(shí)的最大荷載，N

A------試件受力面積，mm2小田@資料的抗彎強(qiáng)度與受力情況有關(guān)，普通實(shí)驗(yàn)方法是將條形試件放在兩支點(diǎn)上，中間作用一集中荷載，對(duì)矩形截面試件，那么其抗彎強(qiáng)度用下式計(jì)算：式中 fw------資料的抗彎強(qiáng)度，MPa

Fmax---資料受彎破壞時(shí)的最大荷載，N

L------兩支點(diǎn)的間距，mm

b、h---試件橫截面的寬及高，mm小田@常見建筑資料的強(qiáng)度/MPa材料抗壓強(qiáng)度

抗拉強(qiáng)度

抗彎強(qiáng)度

花崗巖100～2505～810～14普通燒結(jié)磚7.5～30—

1.8～4.0普通混凝土7.5～601～4—

松木(橫紋)

30～5080～12060～100建筑鋼材235～1600235～1600—

小田@比強(qiáng)度是指按單位體積質(zhì)量計(jì)算的資料強(qiáng)度，即資料的強(qiáng)度與其體積密度之比〔f/ρ0〕。在高層建筑及大跨度構(gòu)造工程中常采用比強(qiáng)度較高的資料。是反映資料輕質(zhì)高強(qiáng)的力學(xué)參數(shù)。在高層建筑及大跨度構(gòu)造工程中常采用比強(qiáng)度較高的資料。這類輕質(zhì)高強(qiáng)的資料，也是未來土木建筑資料開展的主要方向。木材強(qiáng)度值雖比混凝土低，但其比強(qiáng)度卻高于混凝土，這闡明木材與混凝土相比較是典型的輕質(zhì)高強(qiáng)資料。例如比強(qiáng)度小田@幾種主要資料的比強(qiáng)度材料表觀密度/(kg/m3)強(qiáng)度/MPa比強(qiáng)度低碳鋼78504200.054普通混凝土（抗壓）2400400.017松木（順紋抗拉）5001000.200玻璃鋼20004500.225燒結(jié)普通磚（抗壓）

1700100.006小田@資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后能完全恢復(fù)到原始外形的性質(zhì)稱為彈性。資料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除后，有一部分變形不能恢復(fù)，這種性質(zhì)稱為資料的塑性。彈性變形與塑性變形的區(qū)別在于，前者為可逆變形，后者為不可逆變形。彈性與塑性小田@資料受外力作用，當(dāng)外力達(dá)一定值時(shí)，資料發(fā)生忽然破壞，且破壞時(shí)無明顯的塑性變形，這種性質(zhì)稱為脆性。磚、石材、玻璃、混凝土等都是脆性資料。脆性小田@資料在沖擊或振動(dòng)荷載作用下，能吸收較大的能量，同時(shí)產(chǎn)生較大的變形而不破壞，這種性質(zhì)稱為韌性。建筑鋼材、木材、塑料等是較典型的韌性資料。路面、橋梁、吊車梁以及有抗震要求的構(gòu)造都要思索資料的韌性。韌性小田@課堂討論大理石和玻璃誰更鞏固？大理石玻璃小田@資料的硬度是資料外表的鞏固程度，是抵抗其它硬物刻劃、壓入其外表的才干。通常用刻劃法、回彈法和壓入法測(cè)定資料的硬度。刻劃法用于天然礦物硬度的劃分，按滑石、石膏、方解石、螢石、磷灰石、長石、石英、黃晶、剛玉、金剛石的順序，分為10個(gè)硬度等級(jí)。硬度小田@耐磨性是資料外表抵抗磨損的才干。資料的耐磨性用磨耗率表示，計(jì)算公式如下：式中G——資料的磨耗率〔g/cm2〕

m1——資料磨損前的質(zhì)量〔g〕

m2——資料磨損后的質(zhì)量〔g〕

A——資料試件的受磨面積〔cm2〕耐磨性小田@石膏能否用于砌筑橋墩、大壩？建筑紅磚能否用作防水資料？長期與水接觸的建筑部位和潮濕部位對(duì)建筑資料有哪些要求？與水有關(guān)的性質(zhì)包括：親水性和憎水性；吸水性和吸濕性；耐水性；抗?jié)B性和抗凍性。3.4建筑資料與水有關(guān)的性質(zhì)小田@根據(jù)資料在空氣中與水接觸時(shí)，能否被潤濕分為親水性資料：潤濕角θ≦90°憎水性資料：潤濕角90°＜θ＜180°

親水性憎水性建筑中大部分資料屬于親水資料，瀝青、石蠟、塑料等屬于憎水資料可用作防水資料，也可用于親水資料的外表處置。親水性與憎水性小田@資料在浸水形狀下吸收水分的才干稱為吸水性，用吸水率表示，吸水率有質(zhì)量吸水率和體積吸水率兩種表示方法。資料中所吸水分是經(jīng)過開口孔隙吸入的，故開口孔隙率愈大，那么資料的吸水量愈多。資料吸水達(dá)飽和時(shí)的體積吸水率，即為資料的開口孔隙率。吸水性小田@資料的吸水性與資料的孔隙率和孔隙特征有關(guān)：對(duì)于細(xì)微連通孔隙，孔隙率愈大，那么吸水率愈大。閉口孔隙水分不能進(jìn)去，而開口大孔雖然水分易進(jìn)入，但不能存留，只能潤濕孔壁，所以吸水率依然較小。吸水率對(duì)資料性質(zhì)的影響〔強(qiáng)度、保溫性、抗?jié)B性、抗凍性〕，例如：瓷磚的吸水率越大，抗凍性越差。各種資料的吸水率很不一樣，差別很大，如花崗巖的吸水率只需0.5％～0.7％，混凝土的吸水率為2％～3％，粘土磚的吸水率達(dá)8％～20％，而木材的吸水率可超越100％。小田@資料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性〔潮濕資料在枯燥的空氣中也會(huì)放出水分〕。資料的吸濕性用含水率表示。含水率系指資料內(nèi)部所含水重占資料干重的百分率。資料的吸濕性隨空氣的濕度和環(huán)境溫度的變化而改動(dòng)，當(dāng)空氣濕度較大且溫度較低時(shí)，資料的含水率就大，反之那么小。資料中所含水分與空氣的濕度相平衡時(shí)的含水率，稱為平衡含水率。選擇瓷磚和木材要關(guān)注資料的吸水率還是含水率？吸濕性小田@耐水性是指資料長期在飽和水作用下，而不破壞，其強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)。用軟化系數(shù)表示。耐水性小田@普通資料吸水后，強(qiáng)度降低，但降低的程度不同。例如：石膏和混凝土。水分分散在資料內(nèi)微粒的外表，減弱其內(nèi)部結(jié)合力的程度是不同的。當(dāng)資料內(nèi)含有可溶性物質(zhì)時(shí)(如石膏、石灰等)，吸入的水還能夠溶解部分物質(zhì)，呵斥強(qiáng)度的嚴(yán)重降低。軟化系數(shù)的范圍動(dòng)搖在0~1之間，當(dāng)軟化系數(shù)大于0.80時(shí)，以為是耐水性的資料。受水浸泡或處于潮濕環(huán)境的建筑物，那么必需選用軟化系數(shù)不低于0.85的資料建造。小田@資料抵抗壓力水或其他液體浸透的性質(zhì)稱為抗?jié)B性。用浸透系數(shù)或抗?jié)B等級(jí)表示。浸透系數(shù)：一定厚度的資料，在一定水壓力下，在單位時(shí)間內(nèi)透過單位面積的水量?？?jié)B等級(jí)：在規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法下資料所能抵抗的最大水壓力，用“Pn〞表示。如P6表示可抵抗0.6MPa的水壓力而不浸透?？?jié)B性小田@抗?jié)B性是決議資料耐久性的主要目的(抗凍性和抗侵蝕性)。資料的抗?jié)B性與資料內(nèi)部的孔隙率特別是開口孔隙率有關(guān)，開口孔隙率越大，大孔含量越多，那么抗?jié)B性越差。資料的抗?jié)B性還與資料的憎水性和親水性有關(guān)，憎水性資料的抗?jié)B性優(yōu)于親水性資料。地下建筑及水工建筑等，因經(jīng)常受壓力水的作用，所用資料應(yīng)具有一定的抗?jié)B性。對(duì)于防水資料那么應(yīng)具有好的抗?jié)B性。小田@資料在飽水形狀下，能經(jīng)受多次凍融交替作用，既不破壞、強(qiáng)度又不顯著下降的性質(zhì)。用抗凍等級(jí)表示?？箖龅燃?jí)FN，N↑，抗凍性↑。F150混凝土—該混凝土可以抵抗的最大凍融循環(huán)次數(shù)為150次。例如抗凍性小田@資料吸水后，在負(fù)溫作用條件下，水在資料毛細(xì)孔內(nèi)凍結(jié)成冰，體積膨脹所產(chǎn)生的凍脹壓力呵斥資料的內(nèi)應(yīng)力，會(huì)使資料遭到部分破壞。隨著凍融循環(huán)的反復(fù)，資料的破壞作用逐漸加劇，這種破壞稱為凍融破壞。

凍融破壞凍融破壞的表現(xiàn)：外表出現(xiàn)剝落、裂紋、質(zhì)量損失，強(qiáng)度降低。凍融破壞的緣由：孔隙中水結(jié)冰體積膨脹，對(duì)孔壁呵斥壓力。廚房的瓷磚有剝落景象，試分析緣由。小田@資料在長期運(yùn)用過程中，能堅(jiān)持其原有性能而不蛻變、不破壞的性質(zhì)，統(tǒng)稱之為耐久性。耐久性是一種復(fù)雜的、綜合的性質(zhì),包括資料的抗凍性、耐熱性、大氣穩(wěn)定性和耐腐蝕性等。資料在運(yùn)用過程中，除遭到各種外力作用外，還要遭到環(huán)境中各種自然要素的破壞作用，這些破壞作用可分為物理作用、化學(xué)作用和生物作用。要根據(jù)資料所處的構(gòu)造部位和運(yùn)用環(huán)境等要素，綜合思索其耐久性，并根據(jù)各種資料的耐久性特點(diǎn)，合理地選用。3.5建筑資料的耐久性小田@磚、石料、混凝土等礦物資料，多是由于物理作用而破壞，也能夠同時(shí)會(huì)遭到化學(xué)作用的破壞。金屬資料主要是由于化學(xué)作用引起的腐蝕。木材等有機(jī)質(zhì)資料常因生物作用而