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建筑材料的热性能:木材 砖 钢筋混凝土 玻璃
发布时间:2024-12-09
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木材

在科技不发达的年代,人们要建造遮风挡雨的居所,就只能就地取材。其中最常见且至今仍在普遍使用的建筑材料要数木材。

木材储量丰富,可再生,又具有良好的抗拉、抗压性能,是建筑材料中的佼佼者,特别适合用作梁柱结构的支撑件。更重要的是,木材热惰性好,保温性能也比较好,因此被广泛应用于节能建筑中。

由于木材具有多孔性,其导热率相对较低。木材的比热容取决于木材的密度、含水率、温度及纹理方向。赤松与云杉在0~100℃范围内的平均比热容为2300J/(kg·℃)。由于水的比热容大于木材的比热容,所以木材的比热容随含水率的增加而增大。虽然木材的密度只有砖的1/3,可是赤松的比热容和砖基本相同。木材的保温性能良好,粗糙的圆木墙是理想的外墙结构。

人类很早之前就开始用黏土砖来修建房子,考古学家发现的最早的砖存在于公元前7500年。直到现在,砖仍然是最常见的建筑材料之一,多用于砌筑建筑物的墙体。

普遍来说,砖具有价格便宜、经久耐用、防火、隔音、吸潮等优点。黏土砖的矿物组成主要是高岭石和6%~7%的杂质(钾、钠、钙、钛、铁等的氧化物)。黏土砖的热性能好,耐急冷急热,它的耐火度高达1690~1730℃。在0~1000℃范围内,黏土砖的体积随温度的升高均匀膨胀。当温度超过1200℃后,黏土砖中低熔点的物质逐渐熔化,颗粒受表面张力作用而互相靠得很紧,从而使体积收缩。

为了改变砖块体积小、自重大、耗土多的缺点,砖材料正在向保温、轻质、节能、利废的方向发展。

钢筋混凝土

钢筋混凝土出现于19世纪,它是通过向混凝土中加入钢筋来改善其力学性能的一种复合材料。混凝土是水泥与砂石骨料混合加水后形成的一种胶凝材料,通常有较大的抗压强度,但抗拉强度较小,容易开裂。加入的钢筋刚好提升了抗拉强度,显著增强了整个结构对拉应力的抵抗能力。

比起木材,钢筋混凝土能承受的拉应力和压应力更大,而且具有不可燃、难腐蚀以及使用寿命长等优点。但与一般的固体材料一样,普通钢筋混凝土的热惰性不太好,呈现出热胀冷缩的特性。为了让房屋保温,普通的钢筋混凝土住宅都需要在外墙加一层厚厚的保温层,这就增加了建造成本。而其笨重、搬运架设不方便等缺点也给工程师们带来许多麻烦。

玻璃

玻璃作为一种透光的建筑材料,大部分被用在窗户上。但随着科技的发展,玻璃一改往日易碎的缺点,变得极为刚强,这就是安全玻璃,我们常常提到的钢化玻璃仅仅是安全玻璃的一种。

作为一种新型墙体材料,玻璃幕墙赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地结合起来,使建筑物在不同的角度呈现不同的色调,并随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。

但作为建筑材料,玻璃的缺点是热惰性差,尤其在热带地区,外墙如果使用玻璃,一般需要在其内部再加一层隔热材料,否则制冷能耗巨大。