02建筑材料的进步和人类生存环境的变化

建筑材料与人居环境第二章建筑材料的进步与人类生存环境的变化社会基础设施•房屋•仓库•交通设施•娱乐设施•商业设施•输油设施•管线设施什么是材料？从原始社会至今，人类是如何利用材料的？人类利用材料的两种方式•以物资为基础——就地取材如木材、竹材、石材、草、土等。人类利用材料的两种方式：以物资为基础——就地取材◦如木材、竹材、石材、草、土等。以需求为导向——开发研制◦各种人工合成材料。第二章建筑材料的进步与人类生存环境的变化•一、古代天然材料的利用与住居环境•二、烧土制品与住居环境的改善•三、近代建筑材料与建设水平的提高•四、现代建筑材料与多姿多彩的建筑•五、未来的建筑材料与可持续发展一、古代天然材料的利用与住居环境原始人群时期的“穴居”与“巢居”建筑及建筑材料的发展华夏建筑起源穴居－寻找遮雨避寒的住所巢处－架构远离暑潮的乐园建筑材料：木材、竹材、粘土、石等天然材料天然材料的利用和简单加工•真正意义建筑的诞生母系氏族社会晚期的新石器时代北方：地穴——半地穴——地面（北方仰韶文化遗址）原始社会半地穴式的住房西安半坡遗址天然材料的利用和简单加工•真正意义建筑的诞生母系氏族社会晚期的新石器时代北方：地穴——半地穴——地面（北方仰韶文化遗址）南方：巢居——干阑建筑（长江中下游河姆渡遗址）天然材料的利用和简单加工真正意义建筑的诞生母系氏族社会晚期的新石器时代北方：地穴——半地穴——地面（北方仰韶文化遗址）南方：巢居——干阑建筑（长江中下游河姆渡遗址）建筑材料：木材、竹材、粘土、石以及石灰、白灰山西陶寺村龙山文化遗址中的白灰墙，刻画的图案用天然材料建造的茅屋石建筑与纪念性建筑吉萨金字塔群卡纳克神庙黏土和天然石灰•最早的胶凝材料–－天然石灰–—黏土•胶凝材料在建筑中的意义?胶凝材料在建筑中的意义•采用胶凝材料粘结块体材料，使砌筑结构物更具有整体性，人类有可能建造规模更大的建筑物或结构物。版筑技术•青铜器时代（商代）公元前16世纪－公元前11世纪木结构建筑和版筑技术得到发展•一种筑墙方法•俗名“干打垒”版筑古人筑墙很早就运用版筑技术。◦《孟子·告子下》：“传说举于版筑之间。”版筑?◦用两块木板相夹，两版中间的宽度等于墙的厚度，板外用木柱衬住，装满泥土，用杵捣紧，筑毕拆除木柱木板，就成了一座墙了。版筑技术在古代建筑中占有很重要的地位。而且直到现在有的地方还用这种筑墙技术。二、烧土制品与住居环境的改善•1土坯•2粘土砖•3粘土瓦•4玻璃•5人工烧制石灰烧土制品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叫做烧土制品。是人类最早加工制作的人工建筑材料，可以说是与人类的文化、历史同步发展的一种建筑材料。1、土坯（Adobe)•所谓“土坯”，也可以说是用泥和草制成的“土砖”。其制造过程叫做“打坯”或“脱坯”。•粘土砖的前身•公元前8000年左右最早在中东到埃及一带使用•至今仍然在不发达或干旱地区使用。土坯土坯建造的住房2、粘土砖•公元前5000年左右出现；最早为苏美尔人用于建筑宫殿；•中国开始出现于西周；（大约公元前1060年－711年）；•“秦砖汉瓦”•带来的问题？！！粘土砖红砖青砖3、粘土瓦•公元前3000年左右，美索不达米亚最早出现了屋顶瓦；•我国在西周时代开始出现，到战国时代（公元前475年－公元前221年）广泛使用。丽江古城夜-瓦顶小平板瓦滴水、板瓦、勾头、筒瓦粘土瓦古典砖瓦市大瓦200×200×12城砖十二寸沟头250×140×11小滴水小花边150×160×10十二寸筒瓦280×140×11嵌砖360×190×40/90黄道砖175×80×35中加厚方砖400×400×504、玻璃•主要成分是硅酸盐。•将高温下的熔融体快速冷却，固化形成的非晶体析出物。•特点？玻璃的特点：•透明；•强度高，坚硬，抗压强度大约600-1200MPa。•抗冲击性差。玻璃的历史传说公元前3000年，中东埃及人发明；公元前1500年开始小批量生产玻璃器皿和日常生活的简单器皿；公元前3世纪，埃及亚历山大港的工匠发明模压成型法；公元前3世纪到1世纪，罗马人发明玻璃吹制技术，玻璃器皿开始大量生产；而当时的建筑物使用半透明的天然石膏和云母做窗子。公元79年，庞贝人开始使用平板玻璃作为采光材料。最恢宏的装饰材料公元5世纪中叶，拜占庭建筑最光辉的圣索非亚教堂，40个窗子全部用玻璃采光；公元12世纪到15世纪，哥特式教堂彩色玻璃装饰；（尚没有纯净的透明玻璃）15世纪，意大利威尼斯人发明无色透明的玻璃，16世纪加罗兄弟发明了镀银法制造出了镜子。17世纪末，洛可可风格建筑玻璃镜子装饰；17世纪到18世纪末出现了磨砂玻璃、磨光玻璃，夹丝玻璃、压花玻璃等用于门窗，但没有较大面积的玻璃出现。玻璃中世纪的教堂玻璃建筑的鼻祖——水晶宫•1851年建造。5、人工烧制石灰最早的人工胶凝材料；主要成分CaO石灰窑（Limekiln）900℃CaCO3CaO+CO2↑（块状生石灰）•3000多年前，西周时期的陕西凤雏遗址中，发现三合土。石灰的熟化、硬化与胶凝性能•CaO+H2OCa(OH)2+64.9KJ(熟石灰、消石灰)•1）结晶过程：石灰浆：Ca(OH)2+H2O析晶蒸发(吸收)•2）碳化过程Ca(OH)2+CO2+nH2O=CaCO3+(n+1)H2O慢！•烧土制品的出现，使人类建造房屋的能力和水平跃上了新的台阶。–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远远优于木骨抹泥的墙体；–粘土瓦作为屋面材料大大提高了房屋的防雨、防渗漏功能，使居室环境得到改善；–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；–以石灰为胶凝材料可以拌制成砂浆，既可以用于块体材料之间的胶结，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表面美观性。•因此，烧土制品作为最早的人工建筑材料，使人类的居住环境得到了根本性的改善。三、近代建筑材料与建设水平的提高1.钢铁登上了建筑材料的舞台2.水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑3.钢筋混凝土成为结构材料的主角1、钢铁登上了建筑材料的舞台从铸铁到钢材◦1871年Tay桥到1890年Forth桥从桥梁到房屋建筑◦水晶宫和铁塔铁和玻璃——水晶宫(1851年)埃菲尔铁塔（1884-1889）1、钢铁登上了建筑材料的舞台钢铁框架结构的发展美国生铁时代（1850-1880年）19世纪后期，钢产量大增，性能更为优异的钢材代替了铁材。在新结构技术的条件下，建筑在层数和高度上都出现了巨大的突破。芝加哥家庭保险公司大厦•1883-18852、水泥的出现1824年，PortlandCement问世，英国人JosephAspding获得专利。迄今为止最好的水硬性胶凝材料——硅酸盐水泥胶凝材料的发展历史•粘土时代：始于4000~10000年前的新石器时期其中发现天然姜石•石膏、石灰时代：约在公元前2000~3000年开始•石灰+火山灰：公元初•石灰+人工烧粘土材料：•水硬性石灰、罗马水泥及天然水泥：18世纪后半期•硅酸盐水泥（波特兰水泥)的诞生：19世纪初期（1810~1825年）•糯米、红糖、植物粘液等都作为胶凝材料在建筑中使用过。水泥的发明3、钢筋混凝土•1855年，法国人J.L.Lambot在第一届巴黎万国博览会上首次推出钢筋混凝土小船，宣告了钢筋混凝土制品的问世；•1887年，M.Koenen发表了钢筋混凝土梁的计算方法。19世纪建筑变迁芝加哥C.P.S百货公司大楼维也纳分离派会馆19世纪建筑变迁维也纳邮政储金银行爱因斯坦天文台二十世纪钢筋混凝土材料的两次飞跃：1908年，C.R.Steiner提出了预应力钢筋混凝土的概念，1928年法国的E.Fregssinet使用高拉力钢筋和高强度混凝土使预应力混凝土实用化。1934年在美国发明了混凝土减水剂，大大改善了混凝土的性能。二十世纪新建筑巴塞罗那博览会德国馆二十世纪新建筑帝国大厦四、现代建筑材料与多姿多彩的建筑1.钢材、混凝土建造了大型结构物2.各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富1.钢材、混凝土建造了大型结构物•水泥、钢材的产量逐年上升•混凝土的性能不断增强；高强混凝土-高性能混凝土•混凝土的品种发展为多样化•建筑物的规模日益扩大2.各种新型建筑材料使建筑物形式更加丰富•高分子材料•新型金属材料•各种复合材料•新型环保节能材料现代建筑纽约曼哈顿世界贸易中心现代建筑悉尼歌剧院现代建筑联合国总部大厦建筑材料的发展历程五、未来的建筑材料与可持续发展•1轻质高强建筑材料•2高耐久性材料•3新型墙体材料•4装饰、装修材料•5环保型建材•6新型路面材料•7景观材料•8耐火、防火材料•9智能化材料1.轻质高强建筑材料•高层建筑、大型公共建筑的需求；•未来建筑将向更高、更大跨度发展；•高层建筑、超超高层建筑、大跨度建筑对结构材料的要求：轻质、高强2.高耐久性材料目前，普通建筑物和结构物的使用寿命一般设定为50年至100年；大型、重要建筑物、苛刻环境建筑物对耐久性的要求；材料的耐久性的意义：◦直接影响建筑物、结构物的安全性；◦直接影响着结构物的使用寿命和维护费用；应注重开发高耐久性的材料，同时在规划设计的时，考虑建筑物的总成本，不要片面地追求节省一次性初始投资。3.新型墙体材料•传统粘土砖的缺点:–破坏耕地；–运输重量大，施工速度慢；–保温、隔声效果差，用于取暖的能耗大。•新型墙体材料改革：–逐步禁止使用实心粘土砖；–开发新型墙体和节能住宅。中国享受税收优惠的新型墙体材料目录一、非粘土砖（采用机械成型生产工艺，单线生产能力不小于3000万块标准砖／年）（一）孔洞率大于25％非粘土烧结多孔砖、空心砖；（二）混凝土空心砖、空心砌块；（三）烧结页岩砖。二、建筑砌块（采用机械成型生产工艺，单线生产能力不小于5万立方米／年）（一）混凝土小型空心砌块；（二）轻集料混凝土小型空心砌块；（三）蒸压加气混凝土砌块；（四）石膏砌块。三、建筑板材（采用机械化生产工艺，单线生产能力不小于15万平方米／年）（一）玻璃纤维增强水泥轻质多孔隔墙条板（简称GRC板）；（二）纤维水泥板；（三）蒸压加气混凝土板；（四）轻集料混凝土条板；（五）钢丝网架夹芯板；（六）石膏墙板（包括纸面石膏板、石膏纤维板、石膏空心条板）；（七）金属面夹芯板（包括金属面聚苯乙烯夹芯板、金属面硬质聚氨酯夹芯板和金属面岩棉、矿渣棉夹芯板）；（八）复合轻质夹芯隔墙板、条板。4.绿色装饰、装修材料•对居住环境舒适、美观、清洁的追求；•目前，一个普通城市个人住宅，装修费用平均占房屋总造价的1/3左右；•装修材料的费用大约占装修工程的1/2以上。5.环保型建材•环保型建材的概念：即考虑了地球资源与环境的因素，在材料的生产与使用过程中，尽量节省资源和能源，对环境保护和生态平衡具有一定积极作用，并能为人类构造舒适环境的建筑材料。环保型建材的特征：（1）满足结构物的力学性能、使用性能以及耐久性的要求；（2）对自然环境具有友好性，符合可持续发展的原则。即节省资源和能源，不产生或不排放污染环境、破坏生态的有害物质，减轻对地球和生态系统的负荷，实现非再生性资源的可循环使用；（3）能够为人类构筑温馨、舒适、健康、便捷的生存环境。6.新型路面材料路面材料的性能直接影响道路的畅通性、便捷性、安全性和舒适性；目前的路面材料主要种类:◦水泥混凝土◦沥青混凝土；提高路面材料的抗冻性、抗裂性，开发耐久性高、并具有可再生利用的路面材料。◦城市道路路面材料，应开发具有透水性、排水性、透气性路面材料；◦多孔路面等与环境协调的路面材料；◦彩色路面、柔性路面等各种美观的路面材料。彩色混凝土压印艺术地坪引玉BOMANITE7.景观材料•指能够美化环境、协调人工环境与自然环境之间的关系，增加环境情趣的材料。–例如：绿化混凝土。自动变色涂料、楼顶草坪、各种园林造景材料。绿化混凝土——可以长草的混凝土能够适应植物生长，可进行植被作业，具有恢复和保护环境、改善生态条件、保持原有防护作用功能的混凝土及其