紅磚建筑研究論文

1、紅磚建筑研究論文 1.5.12四川大地震引起了我們對建筑物安全質(zhì)量的關(guān)注，在8.0級地震面前，大部分的建筑物不堪一擊，尤其是農(nóng)村，醫(yī)療、交通等條件的落后，導(dǎo)致一旦出現(xiàn)大規(guī)模的地震，農(nóng)村的死傷就會比城市慘重。在中國的農(nóng)村，建筑物普遍采用紅磚，其本身強(qiáng)度就比混凝土結(jié)構(gòu)弱，導(dǎo)致農(nóng)村的建筑更容易在地震中垮塌，但僅僅是因?yàn)榧t磚不如混凝土就可以導(dǎo)致這一切嗎，其實(shí)不然，紅磚本身的性能并沒有發(fā)揮到極限也是一個(gè)重要的原因，換一種說法就是，少量的紅磚拖了整個(gè)建筑的后腿，這部分紅磚早早失去了它們在整個(gè)建筑中應(yīng)該起到的作用。這篇論文中，我們從物理，化學(xué)等方面闡述紅磚建筑粉化帶的成因，并用實(shí)驗(yàn)?zāi)M紅磚粉化現(xiàn)象，以驗(yàn)證其

2、成因，最后，找出解決這一現(xiàn)象的辦法。 2紅磚簡介 紅磚是以粘土，頁巖，煤矸石等為原料，經(jīng)粉碎，混合捏練后以人工或機(jī)械壓制成型，經(jīng)干燥后在900攝氏左右的溫度下以氧化焰燒制而成的燒結(jié)型建筑磚塊。燒結(jié)普通磚的外形為直角六面體，其公稱尺寸為：長240mm、寬115mm、高53mm。我國傳統(tǒng)的青磚制作工藝是在燒成高溫階段后期將全窯封閉從而使窯內(nèi)供氧不足，磚坯內(nèi)的鐵離子被從呈紅色的三價(jià)鐵還原成青色的低價(jià)鐵而成青磚。據(jù)有關(guān)專家的研究，青磚在抗氧化，水化，大氣侵蝕等方面性能明顯優(yōu)于紅磚，中國古代的“秦磚漢瓦”，能歷經(jīng)上千年仍保存完好可見青磚性能優(yōu)良。但是因?yàn)榍啻u的燒成工藝復(fù)雜，能耗高，產(chǎn)量小，成本高，難以實(shí)

3、現(xiàn)自動化和機(jī)械化生產(chǎn)，所以輪窯及擠磚機(jī)械等大規(guī)模工業(yè)化制磚設(shè)備問世后，紅磚得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，而青磚除個(gè)別仿古建筑仍使用外，已基本退出歷史的舞臺，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，不斷有新的各種免燒磚問世，但是專家們認(rèn)為，迄今為止紅磚依然是性能最優(yōu)良，舒適感最好的建筑墻材。在農(nóng)村和中小城市，由于其經(jīng)濟(jì)性，方便性以及諸如透氣性等建筑性能，在今后相當(dāng)長的時(shí)間紅磚的地位，其他產(chǎn)品仍難以取代。 3粉化原理 紅磚成分主要為硅酸鹽，鐵的氧化物和有機(jī)酸鹽和無機(jī)酸鹽，其中有機(jī)酸鹽是紅磚原料中的有機(jī)物經(jīng)過不完全燃燒和其他物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)生成。有兩個(gè)原因?qū)е录t磚的粉化失效，共同的條件是紅磚中要有水分

4、：紅磚中有很多弱酸鹽，可以析出，而有機(jī)酸鹽呈弱酸性，容易與發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致紅磚本身結(jié)構(gòu)成分發(fā)生變化，磚體體積發(fā)生變化，從而崩碎粉化，這屬于化學(xué)腐蝕；溶解在水分中的部分可以結(jié)晶的鹽類，如，等，在水分充足的時(shí)候，完全以離子的形式存在于溶液中，當(dāng)水分從紅磚體表蒸發(fā)，這些鹽類先生成結(jié)晶水合物，如，結(jié)晶的過程中，體積會膨脹，將紅磚破壞，這屬于物理腐蝕，其效果比化學(xué)腐蝕更為嚴(yán)重。這就是紅磚容易被堿性物質(zhì)腐蝕的原因。講到這里我們就明白了為什么制造紅磚用的泥土要在露天堆放很久了。紅磚原料粘土堆在露天，經(jīng)由日曬、雨淋，經(jīng)過長久的時(shí)間才能使用，因?yàn)檎惩林泻兴苄缘膲A、鹽類或有機(jī)物及雜物等，這些成分在紅磚的制造過程

5、和使用過程中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，不利用紅磚的壽命，因此粘土最好經(jīng)由日曬、雨淋。雨水可溶解粘土中之堿、鹽類，日曬可風(fēng)化、分解有機(jī)物及其他雜物，經(jīng)長期之作用才可以供制造紅磚之用。但是由于紅磚制造周期短，生產(chǎn)粗放，量大占地多，故堆放過程只有幾個(gè)月到幾年的時(shí)間，相對于一些極品陶瓷的原料需要堆放幾十年的時(shí)間來說，前者只是很短的時(shí)間，所以能起到一定程度上的作用，并不能解決紅磚的弱酸怕堿特點(diǎn)，換一種說法就是，原料堆放過的紅磚，只是比原料沒有堆放過的紅磚，質(zhì)量好些而已。 4粉化帶現(xiàn)象 這時(shí)候有人就說了，紅磚容易粉化失效的原因都弄明白了，大不了在使用過程中注意就是了，給所有的紅磚加上防護(hù)措施。這樣認(rèn)為的話，難免有

6、些魯莽，要想延長紅磚的使用壽命，不僅要明白紅磚本身的性能和缺陷，還要熟悉紅磚的具體使用情況，否則，會造成浪費(fèi)，因?yàn)椴⒎墙o所有的紅磚加上防護(hù)措施，才有最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 我們不妨在農(nóng)村做一個(gè)觀察，不難發(fā)現(xiàn)，年久的紅磚建筑，確實(shí)出現(xiàn)了紅磚粉化現(xiàn)象，以堿性土壤為地基的紅磚建筑發(fā)生粉化現(xiàn)象相對更早更嚴(yán)重。而且，細(xì)心觀察會發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，紅磚粉化帶既不位于環(huán)境最為復(fù)雜的地表，也不位于接受日光暴曬，風(fēng)吹雨打最為嚴(yán)重的房檐附近，而是位于距離地表0.5m-1.5m的范圍內(nèi)（如圖1）。任何一個(gè)整體的失效，取決于關(guān)鍵部分的最先失效。在紅磚建筑其他部位，甚至木質(zhì)房梁，檁條等尚且完好的情況下，粉化帶的失效嚴(yán)重縮短了

7、整個(gè)建筑的使用壽命，造成了建筑材料的浪費(fèi)，甚至在某些特定條件下，紅磚粉化帶過早形成且粉化嚴(yán)重，極易在還未引起人們注意的時(shí)候引發(fā)事故，造成人員傷亡。所以說，粉化帶的紅磚，要給與特別處理，而其他部位的紅磚若要同等待遇的話，顯然會造成不必要的浪費(fèi)。因此研究紅磚粉化失效現(xiàn)象，對合理利用建筑材料，提升建筑質(zhì)量，以及保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全，有著十分重要的意義。 （圖1） 接下來解釋一下，為什么粉化帶處于一個(gè)距離地表0.5m-1.5m左右的范圍內(nèi)以及其具體的粉化過程。 假如一個(gè)紅磚建筑是空中樓閣，因?yàn)橛晁臎_刷作用，其體內(nèi)的可以導(dǎo)致粉化的成分只會越來越少，并不會出現(xiàn)明顯的粉化帶，紅磚普遍有較長的使用壽命。出現(xiàn)

8、粉化帶很關(guān)鍵的一點(diǎn)就是，紅磚建筑建在了地面上。因?yàn)榧t磚的毛細(xì)作用，水分沿著紅磚的氣孔上升，一直達(dá)到毛管力（一種牽引水分在毛細(xì)管道內(nèi)上升的力）與水分本身重力平衡的高度，即毛細(xì)上升高度。我們可以通過一些學(xué)者研究的成果粗略計(jì)算下這個(gè)高度。 4.1計(jì)算法 H2cos/rg 式中：r毛管半徑，m。 -液體的密度，kg/m g-重力加速度m/s -液體的表面張力牛頓/m 為彎月面與毛管之間的夾角 當(dāng)毛管完全濕潤時(shí)，=0o,常溫下=72.8×10牛頓/m,1，g=9.8m/s 則H15×10-/r(m) 其中，H為毛細(xì)上升高度，r為毛細(xì)管道半徑，參考粘土顆粒大小為0.5mm-0.005m

9、m,取紅磚毛細(xì)管道直徑0.05mm，即半徑r=0.025mm，計(jì)算得H=0.6m。 4.2實(shí)驗(yàn)法 砂土的毛細(xì)上升高度的測定 （卡明斯基管觀測法） 粒粗（毫米） 毛細(xì)上升高度（厘米） 達(dá)到最大高度的時(shí)間（晝夜） 52 3.5 3 21 6.5 4 10.5 13 6 0.50.1 25 8 0.10.05 105 72 0.050.025 266 300 這兩種方法的計(jì)算成果，大體符合0.5m-2.0m的范圍，當(dāng)然，由于紅磚實(shí)際微小結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，紅磚建筑周圍環(huán)境的復(fù)雜性，以及水分的蒸發(fā)等原因，現(xiàn)有的計(jì)算理論部足以得出一個(gè)精確的高度。 通過毛細(xì)作用到達(dá)粉化帶的水分，有兩個(gè)作用，一是溶解了各種可溶性

10、的鹽類，產(chǎn)生了各種離子，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，加快化學(xué)腐蝕，二是這些水分中本身就有各種可溶性鹽類，其中不乏能發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)的鹽類，這些外來的鹽類和紅磚磚體本身含有（相對少量）鹽類，被因?yàn)樗衷诩t磚體表的蒸發(fā)形成的微小水流運(yùn)至表面，隨著水分的減少，先發(fā)生結(jié)晶反應(yīng)，結(jié)晶水合物膨脹，使紅磚體表粉化，此時(shí)物理腐蝕完畢。水分繼續(xù)蒸發(fā)，結(jié)晶水和鹽類分離，即風(fēng)化，當(dāng)結(jié)晶水也風(fēng)化完畢的時(shí)候，紅磚墻體上會留下一層白色的粉末，俗稱“泛堿”，單純的“泛堿”過程對紅磚沒有腐蝕作用。當(dāng)然，在粉化失效的過程中，水分結(jié)冰膨脹，風(fēng)吹，雨淋等作用，會起到加速紅磚粉化的效果。 5.實(shí)驗(yàn)?zāi)M 下面通過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)來模擬一下紅磚的粉化過程：

11、 1.取一干凈的礦泉水瓶A，按照一勺堿面兌一碗水的比例，配置溶液，然后倒入礦泉水瓶，溶液深度約為2cm。取兩塊紅磚碎塊，體積約為1cm，洗凈，放入礦泉水瓶中，擰上蓋子，密封，然后使碎塊完全浸濕。此時(shí)溶液呈清澈狀（如圖2）。取一干凈的礦泉水瓶B，然后倒入純凈水，深度約為2cm。取兩塊紅磚碎塊，體積約為1cm，洗凈，放入礦泉水瓶中，擰上蓋子，密封，然后使碎塊完全浸濕。此時(shí)溶液呈清澈狀。 （圖2） 2將礦泉水瓶A和B平放，蓋子一端稍微向下傾斜，使底部的碎塊完全與溶液分離，置于陽光下，從8：10維持至20：00，這樣做的作用是促進(jìn)結(jié)晶膨脹。將礦泉水瓶A和B正放，使碎塊完全浸濕，置于冰箱中，溫度為零下1

12、0攝氏度，從20：10維持至8：00，這樣做的作用是通過結(jié)冰膨脹使效果更明顯，迅速。觀察。 3.重復(fù)第2步驟，維持20天。如圖3所示，從左到右分別為第5天和第15天的情況。 (圖3) 4.對比礦泉水瓶A和B，得出觀察結(jié)論。如圖4所示，為第20天的情況。（其中左邊為礦泉水瓶A，右邊為礦泉水瓶B） (圖4) 結(jié)果很明顯，礦泉水瓶A中紅磚碎塊的粉化情況比礦泉水瓶B中紅磚碎塊的粉化情況嚴(yán)重。這說明了化學(xué)腐蝕和物理腐蝕導(dǎo)致紅磚粉化的結(jié)論，是正確的。當(dāng)然，粉化現(xiàn)象并不是在浸沒的時(shí)候發(fā)生的，讓碎塊浸沒在溶液中拍照，是為了讓紅磚粉末懸浮在溶液中，能更清楚的看到兩者粉化程度的對比。 6.總結(jié)及防護(hù)措施 明白了紅

13、磚粉化現(xiàn)象的原理，要防止這一現(xiàn)象的發(fā)生，關(guān)鍵是阻止毛細(xì)作用和結(jié)晶膨脹，可以從材料和建筑結(jié)構(gòu)下手。廣大的農(nóng)民群眾和土木工程師，在實(shí)踐生產(chǎn)的過程中，總結(jié)出了幾套比較有效的防護(hù)措施。 1.粉化帶以及以下的墻體，使用抗粉化性能好的建材，如石材。石材，本身也具有孔隙，因此也會發(fā)生毛細(xì)現(xiàn)象，但是其抗粉化性能比紅磚強(qiáng)很多，因此，盡管一系列的腐蝕作用也會發(fā)生，但是粉化現(xiàn)象比紅磚墻體輕很多。這一措施沒有徹底解決該問題的原因在于石材等的成本比紅磚高很多，而且石材不能就地取材，尤其影響了其在平原地區(qū)的應(yīng)用。 2.利用水泥，石灰等建材，做紅磚墻體的墻裙，高度至少覆蓋粉化帶，這一措施的優(yōu)點(diǎn)是可以避免風(fēng)吹雨淋對紅磚墻體的

14、沖擊，減緩風(fēng)化作用，進(jìn)而減緩粉化作用，缺點(diǎn)是不能避免粉化現(xiàn)象，只不過看不到罷了，日積月累，紅磚粉末在夾層中積累，導(dǎo)致紅磚墻體和墻裙之間斷開粘結(jié)，墻裙脫落，這個(gè)時(shí)候觀察紅磚墻體，可以發(fā)現(xiàn)仍然會有粉化帶存在，粉化帶的失效依然早于墻體的其他部分。 3.地基注漿法。地基注漿是用液壓，氣壓或者或者電化學(xué)原理，通過注漿管把漿液（如凈水泥漿）均勻的注入土層中，填充，滲透和擠密土層，驅(qū)走土顆粒間的水分和氣體，硬化后將土顆粒粘結(jié)成一個(gè)強(qiáng)度大，壓縮性低，抗?jié)B透性高和穩(wěn)定性良好的整體。這種方法可以在很大程度上阻止毛細(xì)現(xiàn)象的發(fā)生，還可以使地基得到加固，防止沉降。但是對技術(shù)和設(shè)備要求較高，成本也較高，目前在農(nóng)村沒有推廣

15、開。 4.紅磚建筑物開始建造的時(shí)候，在墻體與地表之間，鋪一層防水材料，如塑料薄膜，油氈等，可以再一定程度上隔絕水分，但是由于防水材料不可能恰好位于地表與墻體的交界處，因此日久仍會有毛細(xì)現(xiàn)象，繼而引發(fā)粉化現(xiàn)象。 由此可見，迄今為止并沒有任何一種完全有效的防護(hù)措施被廣泛應(yīng)用，因此，對成本低，易操作，可以普遍采用并且切實(shí)有效的紅磚建筑防粉化措施的探索，仍舊任重而道遠(yuǎn)。 參考文獻(xiàn) 1李泉.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)ppt.2008.7.7 2趙柱剛.地基注漿加固.春報(bào)./zhaozhuagang/blog/item/d2aec244db84184b500ffe45.html，2008.10.30 3佚名./ebook/2007/B10014391/4.html，2009.8.6 4佚名.紅磚./view/1312274.htm，2009.8.5 5佚名.隨說陶土./blog/static/2568521520071029115220423/.2009.8.7 6佚名.毛細(xì)水的運(yùn)動./jpkch/2006/swyszyx/433.html.2008.8.7 論文關(guān)鍵詞：土木工程紅磚墻體粉化毛