砌體與砌體結(jié)構(gòu)_建筑材料

1、 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University1第第 5 5 章章 砌體材料砌體材料Masonry Materials 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University25.15.1 概述概述5.2 5.2 砌體與砌體材料的結(jié)構(gòu)砌體與砌體材料的結(jié)構(gòu)5.3 5.3 砌體與砌體材料的力學(xué)性能砌體與砌體材料的力學(xué)性能5.4 5.4 砌體材料的耐久性砌體材料的耐久性5.5 5.5 砌體材料的其它物理性能砌體材料的其它物理性能第第 5 5 章章 砌體材料砌體

2、材料 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University35.15.1 概述概述砌體結(jié)構(gòu)砌體結(jié)構(gòu) (Masonry Work, Brickwork and Block work): 一種由塊體經(jīng)砌筑形成整體的結(jié)構(gòu)一種由塊體經(jīng)砌筑形成整體的結(jié)構(gòu)#塊體塊體：磚、石、砌塊：磚、石、砌塊砌體結(jié)構(gòu)種類：砌體結(jié)構(gòu)種類： 按塊體分：磚砌體、石砌體、砌塊砌體按塊體分：磚砌體、石砌體、砌塊砌體 按加筋分：無筋砌體、有筋砌體按加筋分：無筋砌體、有筋砌體 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsing

3、hua University4砌體材料的發(fā)展歷史砌體材料的發(fā)展歷史天然石材粘土磚空心粘土磚混凝土砌塊加筋砌體與預(yù)應(yīng)力砌體下一階段？ 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University5建筑業(yè)十項(xiàng)新技術(shù)深基坑支護(hù)高強(qiáng)高性能混凝土高效鋼筋和預(yù)應(yīng)力混凝土粗直徑鋼筋連接新型模板和腳手架應(yīng)用建筑節(jié)能和新型墻體應(yīng)用： 混凝土小型空心砌塊建筑體系 框架輕墻建筑體系 外墻外保溫隔熱 節(jié)能保溫門窗和門窗封閉 高效先進(jìn)的供熱、制冷系統(tǒng)新型建筑防水和塑料管應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)大型構(gòu)件和設(shè)備的整體安裝企業(yè)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用和管理 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Departm

4、ent of Civil EngineeringTsinghua University65.15.1 概述概述砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：砌體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)： 原材料來源廣泛（土、頁巖、粉煤灰、原材料來源廣泛（土、頁巖、粉煤灰、煤矸石等）煤矸石等） 價(jià)格便宜價(jià)格便宜 施工簡單施工簡單 耐久性和熱工性能良好耐久性和熱工性能良好 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University75.1.1 5.1.1 磚磚1）分類：分類： 燒結(jié)磚、非燒結(jié)磚燒結(jié)磚、非燒結(jié)磚 實(shí)心磚、空心磚實(shí)心磚、空心磚 (1) 燒結(jié)磚燒結(jié)磚 粘土，頁巖，粘土，頁巖，煤矸石，粉

5、煤灰煤矸石，粉煤灰燒結(jié)磚燒結(jié)磚900-1200OC成坯成坯粉磨輪碾 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University85.1.1 5.1.1 磚磚(2)(2)非燒結(jié)硅酸鹽磚非燒結(jié)硅酸鹽磚以石灰、粉煤灰、煤矸石、砂子以石灰、粉煤灰、煤矸石、砂子為主要原料經(jīng)粉磨、攪拌、成型、為主要原料經(jīng)粉磨、攪拌、成型、養(yǎng)護(hù)而成。養(yǎng)護(hù)而成。如如: :粉煤灰磚、煤矸石磚、灰砂磚粉煤灰磚、煤矸石磚、灰砂磚 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University95.1.1 5.1.

6、1 磚磚2) 2) 規(guī)格規(guī)格名 稱 長 寬 厚 普 通 磚 240 115 53 空 心 磚 190 240 240 190 115 180 90 90 115 115 砌墻磚的規(guī)格砌墻磚的規(guī)格( (mm)mm) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University10砌砌墻磚的強(qiáng)度指標(biāo)墻磚的強(qiáng)度指標(biāo)20015010075502015107.55.014106.04.53.54.03.12.31.81.62.62.01.31.10.8粘土磚的強(qiáng)度指標(biāo)粘土磚的強(qiáng)度指標(biāo)磚的標(biāo)號(hào)磚的標(biāo)號(hào)抗壓強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度(MPa)抗折強(qiáng)度抗折強(qiáng)度(M

7、Pa) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University115.1.2 5.1.2 砌塊砌塊 分類：分類： 空心砌塊、實(shí)心砌塊、微孔砌塊空心砌塊、實(shí)心砌塊、微孔砌塊 混凝土砌塊、硅酸鹽砌塊混凝土砌塊、硅酸鹽砌塊 承重砌塊、裝飾砌塊、復(fù)合砌塊承重砌塊、裝飾砌塊、復(fù)合砌塊工藝：工藝： 成型、養(yǎng)護(hù)與非燒結(jié)磚相同成型、養(yǎng)護(hù)與非燒結(jié)磚相同 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University125.1.2 5.1.2 砌塊砌塊名稱外形尺寸長 寬 高最小壁、肋厚度主規(guī)

8、格砌塊3901901903029019019030輔助規(guī)格砌塊190190190309019019030承重小型砌塊的規(guī)格尺寸（承重小型砌塊的規(guī)格尺寸（mm) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University135.1.2 5.1.2 砌塊砌塊承重小型砌塊的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)承重小型砌塊的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University14砌體材料的強(qiáng)度等級(jí)磚MU7.5MU30砌塊MU3.5MU15砌筑砂漿M0.4M15 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Depar

9、tment of Civil EngineeringTsinghua University155.1.3 5.1.3 石材石材 重質(zhì)石材：基礎(chǔ)砌體與重要房屋的重質(zhì)石材：基礎(chǔ)砌體與重要房屋的貼面貼面 輕質(zhì)石材：易加工、導(dǎo)熱系數(shù)小、輕質(zhì)石材：易加工、導(dǎo)熱系數(shù)小、耐久性較差耐久性較差 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University165.1.1 Masonry Mortar 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University17砌筑砂漿組成：水泥塑性摻和料砂

10、化學(xué)外加劑水砌筑水泥普通硅酸鹽水泥石灰膏或粘土膏：改善和易性，增加彈性細(xì)砂微沫劑，緩凝劑 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University185.1.5 5.1.5 灌注混凝土或灌注混凝土或砂漿砂漿 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University195.25.2 砌體與砌體材料的結(jié)構(gòu)砌體與砌體材料的結(jié)構(gòu)砌塊砌塊砂漿砂漿磚磚(塊體)+(塊體-砂漿界面)+(砂漿)+配筋 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringT

11、singhua University205.2.1 砌體的整體結(jié)構(gòu)砌體的整體結(jié)構(gòu) 砌體是由磚或砌塊為一相、砂漿為砌體是由磚或砌塊為一相、砂漿為另一相的多相體。另一相的多相體。 砌體中上述兩相的界面十分薄弱，砌體中上述兩相的界面十分薄弱，尤其是砌塊結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠浔砻嫖绕涫瞧鰤K結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠浔砻嫖芰Σ?，與砂漿的粘結(jié)力很小。能力差，與砂漿的粘結(jié)力很小。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University21磚和砂漿的受壓應(yīng)力磚和砂漿的受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變曲線砂漿具有一定的彈塑性，而磚基本是剛性的 。砂漿處于三向受壓狀態(tài)；塊體

12、雖然是軸心受壓，但在水平方向上承受拉力。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University225.2.15.2.1 砌體的整體結(jié)構(gòu)砌體的整體結(jié)構(gòu) t0 5 10 15 201.51.00.5d(mm) th0 5 10 15 20d(mm)水平灰縫厚度對(duì)實(shí)心磚和空心磚砌體抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù)水平灰縫厚度對(duì)實(shí)心磚和空心磚砌體抗壓強(qiáng)度的影響系數(shù):ddtht1 . 01/204. 01/4 . 1(實(shí)心磚實(shí)心磚)(空心磚空心磚)1.51.00.5 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringT

13、singhua University235.2.15.2.1 砌體的整體結(jié)構(gòu)砌體的整體結(jié)構(gòu)塊體的含水率對(duì)砌體性能的影響塊體的含水率對(duì)砌體性能的影響(1) (1) 促進(jìn)和改善促進(jìn)和改善砂漿硬化；砂漿硬化；(2) (2) 提高砂漿流提高砂漿流動(dòng)性，使砂漿鋪動(dòng)性，使砂漿鋪設(shè)更均勻；設(shè)更均勻； W0 0.05 0.10 0.15 0.20 1.20.80.4含水率含水率 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University24界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響水平灰縫飽滿度水平灰縫厚度塊體表面光潔度塊體表面潮濕度（含水率） 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Dep

14、artment of Civil EngineeringTsinghua University25施工水平7級(jí)瓦工 砌體強(qiáng)度100%5-6級(jí)瓦工 砌體強(qiáng)度70%3-4級(jí)瓦工 砌體強(qiáng)度50% 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University265.2.2 磚的孔結(jié)構(gòu)磚的孔結(jié)構(gòu) 粘土磚的孔隙率變化范圍非常大粘土磚的孔隙率變化范圍非常大 （150）。）。 適當(dāng)?shù)目紫堵适勾u有相應(yīng)吸水率，適當(dāng)?shù)目紫堵适勾u有相應(yīng)吸水率，以利于砂漿密實(shí)并與磚有較好粘結(jié)以利于砂漿密實(shí)并與磚有較好粘結(jié)力。力。 粉煤灰磚、灰砂磚表面密實(shí)，吸水粉煤灰磚、灰砂磚

15、表面密實(shí)，吸水率較小，不利于粘結(jié)。率較小，不利于粘結(jié)。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University27灰砂磚和紅磚灰砂磚和紅磚 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University28磚的吸水率磚的吸水率對(duì)抗壓強(qiáng)度對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響的影響 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University295.3 5.3 砌體與砌體材料的力學(xué)性能砌體與砌體材料的力學(xué)性能 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Dep

16、artment of Civil EngineeringTsinghua University305.3.1 砌體受壓應(yīng)力狀態(tài)砌體受壓應(yīng)力狀態(tài) 砌體抗壓荷載能力較好。不僅砌體抗壓荷載能力較好。不僅用于墻體結(jié)構(gòu)，還有用于墻體結(jié)構(gòu)，還有拱體和隧道拱體和隧道。 砌體的抗壓強(qiáng)度以一段小砌體砌體的抗壓強(qiáng)度以一段小砌體抵抗抵抗軸壓荷載軸壓荷載的能力來評(píng)價(jià)。但由的能力來評(píng)價(jià)。但由于風(fēng)或其它荷載的作用，可能受到于風(fēng)或其它荷載的作用，可能受到偏心荷載偏心荷載。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University315.3.1 砌體受壓應(yīng)力狀態(tài)

17、砌體受壓應(yīng)力狀態(tài) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University325.3.2 5.3.2 砌體受剪切、彎曲、拉伸荷載砌體受剪切、彎曲、拉伸荷載 由于風(fēng)力、撞擊或地震等外界荷由于風(fēng)力、撞擊或地震等外界荷載作用，砌體可能受到剪切、彎曲、載作用，砌體可能受到剪切、彎曲、拉伸的作用，導(dǎo)致砌體處于復(fù)雜的受拉伸的作用，導(dǎo)致砌體處于復(fù)雜的受力狀態(tài)。力狀態(tài)。 但砌體抵抗拉力非常有限，通常但砌體抵抗拉力非常有限，通常在設(shè)計(jì)中不考慮承受拉應(yīng)力。在設(shè)計(jì)中不考慮承受拉應(yīng)力。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil Engi

18、neeringTsinghua University33砌砌體體受受剪剪切切作作用用 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University345.3.3 5.3.3 砌體彎曲破壞砌體彎曲破壞 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University35幾幾種種配配筋筋砌砌體體結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University36 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civi

19、l EngineeringTsinghua University375.4 5.4 砌體材料的耐久性砌體材料的耐久性5.4.1 5.4.1 體積變化體積變化5.4.2 5.4.2 凍害凍害5.4.3 5.4.3 化學(xué)侵蝕化學(xué)侵蝕5.4.4 5.4.4 粉化和可溶鹽含量粉化和可溶鹽含量 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University385.4.1 5.4.1 體積變化體積變化 磚在潮濕環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生濕脹，但磚在潮濕環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生濕脹，但一般來說影響不大；一般來說影響不大； 空心砌塊干縮較大是它不同于粘空心砌塊干縮較大是它不同于

20、粘土磚與天然石材的一個(gè)顯著特點(diǎn)，易土磚與天然石材的一個(gè)顯著特點(diǎn)，易于造成墻體開裂。于造成墻體開裂。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University395.4.2 5.4.2 凍害凍害凍害是磚和砌塊在凍融循環(huán)條件凍害是磚和砌塊在凍融循環(huán)條件下的一種常見的物理破壞，表現(xiàn)為砌下的一種常見的物理破壞，表現(xiàn)為砌塊表面成片剝落，這是由于孔隙中的塊表面成片剝落，這是由于孔隙中的水結(jié)冰膨脹產(chǎn)生開裂的應(yīng)力所導(dǎo)致。水結(jié)冰膨脹產(chǎn)生開裂的應(yīng)力所導(dǎo)致。強(qiáng)度低、孔隙率大的磚或砌塊抗凍害強(qiáng)度低、孔隙率大的磚或砌塊抗凍害能力強(qiáng)。能力強(qiáng)。 土木水利學(xué)院清

21、華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University405.4.3 5.4.3 化學(xué)侵蝕化學(xué)侵蝕 燒結(jié)磚對(duì)酸、堿的抵抗能力較燒結(jié)磚對(duì)酸、堿的抵抗能力較強(qiáng)，在惡劣的環(huán)境條件下同樣也是強(qiáng)，在惡劣的環(huán)境條件下同樣也是因?yàn)殚_裂而逐漸受侵蝕；因?yàn)殚_裂而逐漸受侵蝕； 非燒結(jié)的磚與砌塊與混凝土類非燒結(jié)的磚與砌塊與混凝土類似，不耐酸性介質(zhì)的腐蝕。似，不耐酸性介質(zhì)的腐蝕。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University415.4.4 5.4.4 粉化和可溶鹽含量粉化和可溶鹽含量 堿硫酸

22、鹽或堿碳酸鹽對(duì)砌體結(jié)構(gòu)堿硫酸鹽或堿碳酸鹽對(duì)砌體結(jié)構(gòu)的侵蝕與對(duì)混凝土材料的侵蝕類似，的侵蝕與對(duì)混凝土材料的侵蝕類似，也是由于干濕循環(huán)條件下反復(fù)結(jié)晶和也是由于干濕循環(huán)條件下反復(fù)結(jié)晶和脫水（膨脹與收縮）所造成。脫水（膨脹與收縮）所造成。 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University42Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceAll the buildings in Venice insist on foundation immersed in sea wat

23、er and then are permanently exposed to the capillary rise of salty water containing sodium, chloride and sulfate as main ions. 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University431.4.2 Adsorption & wetting Capillary effectshrrLV2cos2rhlvcos2 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsi

24、nghua University44Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceSeawater can permanently or discontinuously wet these structures up to 1 3 m high from the ground level. 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University45Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceMoreove

25、r, due to the closeness of the most important area of chemical industries in Italy, the buildings in Venice are also exposed to the effect of rainfalls containing sulfuric acid. 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University46Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceCapill

26、ary rise of sea water from the foundation produces two different types of distress：First, a chemical attack related to sulfate ions occurs, with formation of ettringite （鈣礬石） and/or thaumasite （硅灰石膏）, which causes cracking and spalling of the rendering (抹面) mortar. 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil Engi

27、neeringTsinghua University47Sulfate AttackSO4 + Ca(OH)2 + C-A-H C3A 3CaSO4 H32SO4 + C-A-H + C-S-H + CaCO3 CaCO3CaSiO3CaSO415H2O 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University48Salt Weathering of Masonry Walls The Venice ExperienceSecond, a physical attack related to crystallization of salts (mainly NaCl) within bricks and mortars causes efflorescence （風(fēng)化）and mainly subflorescence （表下風(fēng)化）deteriorating effects. 土木水利學(xué)院清華大學(xué)Department of Civil EngineeringTsinghua University