第2章_建筑材料的进步与人类生存

1中国的百慕大-鄱阳湖老爷庙水域江西省都昌县老爷庙这片目前只有18米深的水域，传说千百年来，数不清的船只在这里沉没，上千吨的货船居然会在这里神秘地消失。1973年10月14日，星子船舶修造厂机动货船在老爷庙水域沉没，死亡13人；1985年3月15日，一艘载重25吨，编号“饶机41838”号船舶，凌晨6点30分在老爷庙以南约三公里处沉没；仅从1960年以来，这片水域就有100多艘船在这里沉没。2中国的百慕大-鄱阳湖老爷庙水域3鄱阳湖是一个完整的水系，江西省赣、抚、信、辽、修五大河流的水从不同的方向，汇入鄱阳湖，水流流入宽广的湖面时，流速缓慢，但进入狭窄的老爷庙水域后，流速就会随之加快，所以老爷庙水域表面上看似平静，只不过底下异常强烈的暗涌被掩盖住了45通过地质小组低空拍摄的彩色红外航空照片，发现老爷庙水域底下居然存在一个巨大的沙坝，长约2公里，呈东西走向，正是因为这个沙坝的存在，阻挡了席卷而来的水流，在湖水底部形成巨大的漩涡，这些漩涡对船只最终造成了致命一击。由于老爷庙水域是五条河流集合地，水流带来大量的流沙，每年沙粒淤积量达到1120万吨长江三峡的水下流沙呢?6第2章建筑材料的进步与人类生存环境的变化7材料的利用方式以物质为基础的利用方式热带-竹子-吊脚竹楼蒙古包冰房子以需求为导向的利用方式开动脑筋去寻找或开发研制材料:粘土砖、钢铁、水泥、混凝土、塑料等8Outline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92.1.1原始人群时期的“巢居”与“穴居”大约50万年-10万年前群居的生活，天然的石块和木棍，利用天然的洞穴或构木为巢以应付风寒雨雪和猛兽虫蛇的侵害人类的生存条件十分恶劣102.1.2天然材料的利用和简单加工大约距今1万-6000年前---新石器时代—天然材料木材和茅草---茅草房、壕堑、牲畜栏、窖穴半地穴式的住居：天然的木材或竹树，墙体多为木骨抹泥，有的表面用火烤得很坚实，屋顶多为茅草或草泥特点:房屋的规格较小，结构形式简单,无墙体和屋顶等围护部分11墙体也不可能做得很厚重，不仅保温隔热性能差，屏障和防御性能也较低，但与天然洞穴相比，毕竟有了一个可以遮蔽风雨的简单居舍。东南亚热带地区的民居12天然石材建造房屋及结构物石材特点:强度高,承载力强,保存时间长天然石灰---最早的胶凝材料：天然贝壳、钟乳石和石灰岩烧后得到建筑材料：石灰加水、天然纤维、砂和土等特点：砌筑结构物更具有整体性，可建造规模更大的建筑物或结构物公元前2500年建造的埃及金字塔最大的胡夫金字塔，高度146.6m,正方形的底边长达230.6m,用250万块石头砌成，每块石头重大约2.5t13青铜器时代的“版筑技术”公元前16世纪－公元前11世纪(商代)的青铜器时代----木结构建筑及“版筑技术”所谓“版筑技术”，就是用木板或木棍作边框，然后在框内浇注黄土，用木杆夯实之后，将木板拆除。特点：筑墙方法非常经济，就地取土筑墙，木版框可以重复使用多次，具有良好的保温隔热效果在我国东北寒冷地区和南方炎热地区，均有“干打垒”式墙体的房屋.福建土楼已经申报世界文化遗产142.2烧土制品与住居环境的改善18世纪以前，以手工业为主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---人工建筑材料土坯公元前8000年左右中近东及埃及粘土砖公元前5000年左右西亚的苏美尔人粘土瓦公元前3000年左右美索不达米亚人(现伊拉克)烧制石灰我国在3000多年前玻璃公元前2000年左右的埃及152.2.1土坯—最早的人工建筑材料将粘土用水拌合成泥，将粘土泥放入一定尺寸的模型中成型，然后利用太阳的光热干燥制成云南昭通地区普通民居土坯制作简单，成本低廉，保温性能好，用于干旱少雨地区在寒冷地区．使用土坯砌筑火炕缺点:日晒土坯组织粗糙，强度低，吸水后软化162.2.2粘土砖将土坯在高温下焙烧,成为坚实耐水的粘土砖西周时期(大约公元前1060年-711年),最主要的房屋建筑、筑墙材料,“秦砖汉瓦”优点:粘土砖强度高、耐水性好，同时外形规则、尺寸均一，易于砌筑缺点:要破坏大量的耕地，随着人口的增多，土地资源的匮乏逐渐被新型墙体材料替代,如非粘土空心砖等172.2.3粘土瓦最早的瓦是板型的,逐渐发展成平缓曲面形,以及各种形状的瓦,如筒瓦、板瓦等我国从西周时代开始出现了粘土瓦到目前为止，粘土瓦仍然是常用的屋面材料原材料:粘土砂土等182.2.4烧制石灰烧制石灰(CaO)是最早的人工胶凝材料千锤百炼出深山，烈火焚烧只等闲，粉身碎骨全不顾，要留青白在人间凝胶把块状材料或散粒材料粘结起来在西周时期的陕西凤雏遗址中,三合土(即石灰、黄砂、粘土混合)该粘结剂逐渐被水泥所代替192.2.5玻璃将高温下的熔融体快速冷却，固化形成的非晶体析出物优点：具有透明性，强度高、坚硬，抗压强度是石材的10-20倍缺点：抗冲击性差公元1100年左右，欧洲人将彩色玻璃用于教堂建筑的内墙做壁画；1640年俄国生产出透明、用于门窗采光材料的玻璃透明的平板玻璃继续沿用并发展20烧土制品带来的变化土坯、粘土砖作为块体材料用来砌筑墙体其强度和保温隔热性能粘土瓦作为屋面材料提高了房屋的防雨、防渗漏功能以石灰为胶凝材料既提高砌筑墙体的强度和整体性，又可以用于墙体的抹面，提高墙体的隔断性能和美观性玻璃作为具有透光、透明性材料，用于房屋建筑的门窗，大大提高了居室的采光效果212.3近代建筑材料与建设水平的提高1760年英国产业革命以机器大生产为主体的工厂制度代替以手工技术为基础的手工工场的革命工业生产的建筑材料取得长足的进展钢铁铁路桥梁水泥1824年英国人发明钢筋混凝土1855年法国人发明222.3.1钢铁进入建筑材料的舞台强度高、铁路桥梁的跨度可显著提高铸铁（碳含量大于2.11%）1878年英国人在北海的Tay湾上建成长3Km(世界之最)的铁路桥,历时7年.两年后在风雨夜中倒塌75人丧生转炉钢去除了碳、硅等杂质,其强度和韧性都优于铸铁1890年的Forth湾大桥23Forth湾大桥照片1890年英国建成Forth湾大桥51000吨钢材总长2.5公里,高104米,最大跨度117米242.3.2水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑将石灰石与粘土混合制成料浆,高温煅烧成固体材料,粉碎之后制成水泥.硅酸盐水泥硅酸盐水泥强度高、水硬性，与石骨料拌合成混凝土材料以水泥为胶结材料的混凝土引起了全世界的瞩目法国1848年德国1850年美国1871年日本1875年中国1889年河北唐山“启新洋灰公司”房屋建筑、道路、桥梁、水工结构等基础设施建设252.3.3钢筋混凝土成为结构材料的主角钢材容易生锈，混凝土属于脆性材料，两者的结合互相弥补缺点，发挥各自所长1855年巴黎万国博览会上钢筋混凝土小船1877年钢筋混凝土梁的计算方法1892年梁的剪切配筋方法1908年提出预应力混凝土的概念并于1928年实用化1934年减水剂的发明26近代建筑材料的革新水泥混凝土、钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土的出现,使建筑物向高层、大跨度发展有了可能19世纪末期平板玻璃的工业生产,建筑采光材料得以大量生产和使用随着粘结剂材料的开发与应用,各种木纤维水泥板材以及集成木材等各种功能性建筑材料的品种更加多样化272.4现代建筑材料与多姿多彩的建筑20世纪40年代以后,尖端科技带来了土木建筑业的勃兴和建材业的飞速发展钢材、混凝土材料建造了大型结构物各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富282.4.1钢材、混凝土材料建造了大型结构物到1997年，全世界的钢产量已达到7.70亿吨，水泥年产量达到11.5亿吨，每年混凝土的生产量大约为80-90亿吨混凝土的强度也在不断提高和品种日益丰富1985年我国的水泥产量跃居世界第一，并在以后一直保持领先地位.1996年我国的钢产量跃居世界第一29国际金融中心大厦，中国台北。台北101大楼高508米（含天线），还有两台世界最高速的电梯，从一楼到89楼，只要39秒的时间上海环球金融中心,492米,地上101层地下3层302.4.2各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富建筑物的功能和外观发生了根本性的变革有机建筑材料装饰、装修材料、防水材料、保温隔热材料、管线材料、绝缘材料铝合金、不锈钢等新型金属材料:轻质高强、抗冲击能力强复合材料各种纤维增强混凝土、以假乱真的人造板材31复合材料的代表人造板材：用小木块、碎木屑、刨花等木质材料为基材，使用凝胶材料、胶粘剂或夹层材料加工而成的各种人造板材，模仿天然木材的纹理和走向，可以达到以假乱真的目的，大大改善了天然木材尺寸有限、材质不均匀、容易变形等缺陷，提高了木材的利用率石膏板:以熟石膏为主要原料掺入添加剂与纤维制成，具有质轻、隔热、吸声、不燃和可锯性等性能。322.5未来的建筑材料与可持续发展轻质高强型材料日本1000m高层建筑高耐久性材料50年－100年新型墙体材料装饰、装修材料环保材料环境友好生存健康路面材料景观材料耐火、防火材料智能化材料33新型墙体材料2001年我国每平方米房屋建筑面积的建筑材料的运输重量约为1200-1300Kg．其中粘土砖约占2/3，即为800kg左右。山东省有砖瓦厂3000余家，占地20万亩，每年生产实心黏土砖200多亿块，毁田4万亩已规定县政府所在地建制镇城市规划区范围内，自2006年7月1日起不得使用实心黏土砖(瓦)新型墙体材料:非粘土烧结多孔砖和空心砖、混凝土空心砖、建筑板材等不断涌现34太空板---北京太空板业股份有限公司太空板集轻质、高强、耐久、高效保温、隔热、隔声、抗震及易于防水等诸多优良性能于一身353637序号技术性能太空板混凝土大板1重量太空板自重65—70kg自重220—230kg2耐久、防火使用年限50年，防火等级I级使用年限50年，防火等级I级3防水、防腐同等标准同等标准4制作、安装制作工艺先进、设备化生产、不受气候变化影响，安装迅速,每班组1000m2/日制作工艺粗，繁琐屋面安装三次完成（安装、保温、找平层）受气候影响因素大.人工费增加.工期延长.5保温隔音隔热太空板产品自身具备其特性多次施工工序才能达到标准，受气候温度制约,使工期延长。6便捷性安装快捷，一次性完成，因工艺要求可在施工现场开孔洞，可按设计要求生产异形板，具备成熟的运输方案。工序较多，安装复杂，运输困难。7外观美观、视觉效果好传统8荷载可按设计要求完成1—5KN荷载等级的板型相同38序号名称太空板金属板1耐久性国标图集02ZG710产品r0=1.0安全使用≥50年彩色钢板寿命一般为5-10年，最好为10~15年。螺钉孔及机械设备加工节点处易锈蚀。2建筑防火耐火极限≥2.0小时，满足国家I级防火要求。耐火时间0.5小时。3结露问题采取技术措施，从根本上解决了厂房内的结露问题。在镙钉、金属板搭接及保温材料拼接处不易控制结露4承载能力1.0KN/m2~5.0KN/m20.3KN/m2~0.5KN/m25抗风能力与结构焊接，抗台风能力强。抗负压能力差，遇强风易掀屋面。6安装速度单班组安装1200m2/日以上。屋面由四种以上材料现场分层铺设，施工工序繁杂。7屋面设备便于施工及维修施工节点处维修难度大，易造成屋面漏水。8天沟节点太空板可以保证防水保温密封好。节点易漏水，密封及保温施工难保质量。399屋顶采光太空板节点拥有专业工艺，可以保证节点施工质量。节点处易漏水且难处理。10檩条布置无需檩条节省项目成本。双屋设置檩条漏水难查漏水点位置。11保温隔热6cm太空板相当于50cm砖墙,保温隔热性能好。阳光很快晒透，保温隔热性能差。12节能环保按华北地区每建筑平米一个采暖季节约17kg标准煤计算，按原煤460元/吨计，每10000平方米厂房每年可节约人民币23万元，节能环保低耗能。夏季空調制冷，冬季供热耗能巨大，不节能环保,费用难计