区分“天然”和“合成”并没有多大意义,因为纸、不锈钢和树脂与自然并不冲突,它们因为人类的智慧而变得丰富,而人类已经是自然的一部分。

Elements of Architecture:From form to place

材料与温度

450~850℃,结晶水脱出,此时黏土孔隙率最大,强度很低。

950~1050℃,黏土中的易熔物开始熔化,并流入未熔颗粒的间隙中,孔隙率下降,强度提高,称为烧结。

焙烧温度愈高,熔融物质愈多,制品就愈密实,强度愈高;焙烧温度低,熔融物质少,会形成欠火制品,其强度较低。

烧结原理
天然二水石膏170~200℃石膏(半水)
菱镁矿800~850℃菱苦土(MgO)
粘土1000℃+砖、瓦、 粗陶
优质瓷土、高岭土1000℃+ 陶瓷、人造石材
难熔黏土 1000℃+ 琉璃制品和精陶器
石灰石 1000~1100℃ 生石灰 CaO
石英砂、纯碱 1300~1400水玻璃(硅酸钠)
石英砂、纯碱、石灰石1450~1550℃玻璃(SiO2
粘土、石灰石、页岩140~1650℃硅酸盐水泥 (硅酸钙)

材料的性能与功能型材料

  • 材料微观结构:
    1. 晶体:内部质点按特定规律排列。石英、金属。具有一定的熔点。
    2. 玻璃体:质点排列没有规律。玻璃、火山灰。无固定熔点,活性高。
    3. 胶体:以微小粒子状分散在介质中。半水石膏、沥青。
  • 材料宏观结构,按密实度特征:
    1. 致密结构:例如钢铁、非铁合金、致密天然石材、玻璃、玻璃钢、塑料等;
    2. 多孔结构:加气混凝土、泡沫混凝土、泡沫塑料及人造轻质多孔材料;
    3. 微孔结构:石膏制品、烧黏土制品等。
  • 材料宏观结构按构造特征:
    1. 堆聚结构:如水泥混凝土、砂浆、沥青混合料等。
    2. 纤维结构:如木材、玻璃钢、岩棉、钢纤维增强水泥混凝土、GRC制品等。
    3. 层状结构:如胶合板、纸面石膏板、蜂窝夹芯板、各种新型节能复合墙板等。
    4. 散粒结构:如混凝土骨料、膨胀珍珠岩等。
  • 基本物理性质:比重(绝对密实)、容重(自然状态)、密实度与孔隙率、堆积密度与空隙率。
  • 力学性质:强度(破坏性试验)、弹性与塑性、脆性与韧性(冲击试验)、耐磨性(硬度、强度、内部构造)。
  • 水相关性质:亲水性与憎水性、吸水性和吸湿性、抗渗性(渗透系数、抗渗等级)、抗冻性、耐水性(软化系数、与空隙率无关)。
  • 热工性质:导热系数、比热容。
  • 绿色环保相关:生产能耗、可回收性、再生周期、放射性、有毒气体释放量。

常用建筑材料的性能参数

表观密度 ρ (单位:kg/m³)

1kg/m³ = 10-3 g/cm³=1g/dm³

钢材 7800
铝材 2700~2800
花岗岩2500-2800
玻璃2500
混凝土 2100-2600
FRP玻璃钢2000
烧结砖1500~1800
轻质混凝土 1000~1400
木材 400~800
加气混凝土400~800
泡沫混凝土300~500
泡沫塑料 20~50

孔隙率(单位:%)

泡沫塑料95~99
轻质混凝土60~65
木材55~75
烧结砖20~40
混凝土5~20
石材0.5-1.5

强度 (单位:Mpa)

1Mpa=N/mm²≈ 10kgf/cm²=1tf/dm²

高强度钢名义屈服强度 350~600
软钢屈服强度 200~350
大理石抗压100-300
花岗石抗压120~250
高强混凝土极限受压 60~120
普通混凝土极限受压20~50
木材顺纹强度 10~20
木材横纹强度(仅受压) 1.5~5

弹性模量 E(单位:Mpa=N/mm² )

钢材 205000
混凝土 20000~40000
木材 7000-16000

初始生产能耗(单位:GJ/t)

《 JGJ/T 229-2010 民用建筑绿色设计规范》

铝材180
钢材29
玻璃16
陶瓷15.4
水泥 5.5
实心黏土砖2
木材制品1.8
混凝土砌块(不计原料)1.2

导热系数(单位:W/(m·k))

密闭空气0.025
聚苯乙烯泡沫塑料(EPS、XPS)0.03
膨胀珍珠岩0.03-0.05
玻璃棉、矿渣棉0.04
软木板、膨胀蛭石0.05-0.07
加气混凝土板 0.10
绝热材料<0.23
普通黏土砖 0.55
0.6
玻璃1
混凝土1.8
钢材55
370

比热容(单位:J/(g·k))

4.2
混凝土0.96
普通黏土砖0.84


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