課題二　石材、磚、瓦

早期使用的土木工程材料主要有石材、磚、瓦等，它們至今仍在土木工程材料中占有重要地位。目前在土木工程中，石材主要用作結構材料、裝飾材料、混凝土集料和人造石材的原料等。

一、石材

天然石材是最古老的土木工程材料之一。天然石材具有很高的抗壓強度，良好的耐磨性和耐久性，經加工后表面美觀富于裝飾性，資源分布廣，蘊藏量豐富，便于就地取材，生產成本低等優點，是古今土木工程中修建城垣、橋梁、房屋、道路及水利工程的主要材料。天然石材經加工后具有良好的裝飾性，是現代土木工程的主要裝飾材料之一。

石材具有良好的耐久性，用石材建造的結構物具有永久保存的可能。古代人早就認識到這一點，因此許多重要的建筑物及紀念性結構物都是使用石材建造的。

石材的耐水性好，抗壓強度高。1m2面積的石材上面能承受5000t的壓力。所以在石塊上疊砌石塊，有可能建成大型的結構物。以石材為主的西歐建筑，威嚴雄渾，給人以莊重高貴的感覺。石材建筑是歐洲文化的象征。許多皇家建筑多采用石材。例如歐洲最大的皇宮——法國凡爾賽宮（1661年—1689年建造），占地面積達100多萬平方米，其中建筑面積為11萬平方米，宮殿中建筑物的墻體以及外部的地面全部使用石材建成，如圖2-1所示。

石材的種類：

1．毛石

毛石也稱片石，是采石場由爆破直接獲得的形狀不規則的石塊。根據平整程度又將其分為亂毛石和平毛石兩類。

毛石可用于砌筑基礎、堤壩、擋土墻等，亂毛石也可作為毛石混凝土的骨料。

2．料石

料石是人工或機械開采出的較規則的六面體石塊略經鑿琢而成。根據表面加工的平整程度分為毛料石、粗料石、半細料石和細料石四種。

料石一般由致密均勻的砂巖、石灰巖、花崗巖加工而成。料石主要用于砌筑墻身、踏步、拱和紀念碑、柱等。

3．飾面石材

建筑物內外墻面、柱面、地面、欄桿、臺階等處裝修用的石材稱為飾面石材。飾面石材從巖石種類分主要有大理石和花崗巖兩大類。飾面石材的外形有加工成平面的板材，或者加工成曲面的各種定型件。表面經不同的工藝可加工成凹凸不平的毛面，或者經過精磨拋光成光彩照人的鏡面。

4．色石渣

色石渣也稱色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花崗巖等石材經破碎篩選加工而成，作為骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斬假石等建筑物面層的裝飾工程。

5．石子

在混凝土組成材料中，砂稱為細骨料，石子稱為粗骨料。石子除用作混凝土粗骨料外，也常用作路橋工程、鐵道工程的路基道砟等。石子分碎石和卵石，由天然巖石或卵石經破碎、篩分而得到的粒徑大于5mm的巖石顆粒，稱為碎石或碎卵石；巖石在自然條件作用下形成的粒徑大于5mm的顆粒，稱為卵石。

二、磚

磚是一種最為常用的砌筑材料。磚、瓦的生產和使用在我國歷史悠久。春秋戰國時期陸續創制了方形和長形磚，秦漢時期制磚的技術、生產規模、質量和花式品種都有顯著發展，史稱“秦磚”。制磚的原料容易取得，生產工藝比較簡單，價格低，體積小，便于組合，粘土磚還有防火、隔熱、隔聲、吸潮等優點，所以至今仍然廣泛地用于墻體、基礎、柱等砌筑工程中。但是由于生產傳統粘土磚毀田取土量大、能耗高、自重大，施工生產中勞動強度高、工效低，因此有逐步改革并用新型材料取代的必要。有的城市已禁止在建筑物中使用粘土磚。

（一）磚的分類

磚按照生產工藝分為燒結磚和非燒結磚；按所用原材料分為粘土磚、頁巖磚、煤矸石磚、粉煤灰磚、爐渣磚和灰砂磚等；按有無孔洞分為空心磚、多孔磚和實心磚。

（二）常用磚

1．燒結粘土磚

根據《燒結普通磚》（GB 5101—2003）的規定：燒結普通磚是以黏土、頁巖、煤矸石或粉煤灰為主要原料，經制坯和焙燒而成的普通磚。

（1）燒結普通磚的技術性能指標

1）規格：燒結普通磚的外形為直角六面體，其標準尺寸是240mm×115mm×53mm。按技術指標分為優等品（A）、一等品（B）、合格品（C）3個質量等級。

2）強度等級：燒結普通磚按抗壓強度分為MU30，MU25，MU20，MU15，MU10共5個強度等級。

3）抗風化性能：抗風化性能是燒結普通磚主要的耐久性之一。它是指材料在干濕變化、溫度變化、凍融變化等物理因素作用下，材料不破壞并長期保持其原有性質的能力。抗風化性能越強，耐久性越好。

4）泛霜：泛霜是指磚內可溶性鹽類（如硫酸鈉等）隨著磚內水分蒸發，逐漸于磚的表面析出一層白霜的現象。嚴重泛霜的出現不僅有損建筑物的外觀，而且對建筑結構的破壞較大。

5）石灰爆裂：燒結磚的原料中夾有石灰質，經過焙燒，石灰質變為生石灰，生石灰吸水熟化為熟石灰，體積膨脹，使磚因產生內應力而爆裂的現象。

（2）燒結普通磚的應用

燒結普通磚是砌筑工程中的一種主要材料。它可用做墻體，亦可砌筑柱、拱、煙囪及基礎等。

2．燒結多孔磚和燒結空心磚

可減輕建筑物自重，節約黏土資源，節省燒結時的燃料消耗，提高墻體施工工效，并能改善磚的隔熱、隔聲性能。推廣使用多孔磚和空心磚是我國墻體材料改革的一項重要內容。

（1）燒結多孔磚

燒結多孔磚是以黏土、頁巖或煤矸石為主要原料燒制的主要用于結構承重的多孔磚。燒結多孔磚的孔洞率一般在15％以上。在建筑中燒結多孔磚多用于砌筑六層以下的承重墻或高層框架結構填充墻。多孔磚形狀見圖2-2。

（2）燒結空心磚

燒結空心磚是以黏土、頁巖或粉煤灰為主要原料燒制的空心磚。空心磚頂面有孔，孔大而少，而多孔磚孔小而多。空心磚的孔洞率一般在35％以上。空心磚形狀見圖2-3。

燒結空心磚自重較輕，強度較低，多用于非承重墻，如多層建筑內隔墻或框架結構的填充墻等。

三、瓦

（一）瓦的歷史

瓦，一般指粘土瓦。以黏土（包括頁巖、煤矸石等粉料）為主要原料，經泥料處理、成型、干燥和焙燒而制成。在中國，瓦的生產比磚早。從甲骨文字形中可以知道，3000多年前的屋脊有高聳的裝飾或結構構件，但尚未有實物陶瓦的發掘發現。春秋時期出現板瓦、筒瓦、瓦當等。到了戰國時代，一般人的房子都能用上瓦了。秦漢形成了獨立的制陶業，并在工藝上做了許多改進，如改用瓦榫頭使瓦間相接更為吻合，取代瓦釘和瓦鼻。西漢時期工藝上又取得了明顯的進步，如帶有圓形瓦當的筒瓦由三道工序簡化成一道工序，瓦的質量也有較大提高，史稱“漢瓦”。

（二）常見的瓦

粘土瓦的生產工藝與粘土磚相似，但對黏土的質量要求較高，如含雜質少、塑性高、泥料均化程度高等。中國目前生產的粘土瓦有小青瓦、脊瓦和平瓦（圖2-4）。

粘土瓦只能應用于較大坡度的屋面。由于材質脆、自重大、片小，施工效率低，且需要大量木材等缺點，在現代建筑屋面材料中的比例已逐漸下降。

瓦，原本色澤灰黑無光，然而，紫禁城的瓦表面光滑如鏡，這種瓦叫琉璃瓦（如圖2-5所示）。琉璃瓦是中國帝王之家的專屬用品，也是中國建筑的象征。最早的琉璃瓦實物見于唐昭陵。

一塊色澤美麗的琉璃瓦，必須經過兩座窯爐的煅燒方可制成。琉璃的制作工藝是采用兩次燒成的方式，第一次是將制好的黑色瓦坯燒成潔白的素坯，第二次則是素坯施釉后燒成色彩繽紛的琉璃瓦。上釉的素坯需經過窯火的洗禮，火溫稍有差異，出窯的琉璃瓦便呈現出不同的色彩，且具有良好的防水性和穩定性。