【導(dǎo)讀】Buildingmaterials

　　

【正文】 砌體 。砌體由天然材料如石材和人造材料如磚， 混凝土塊組成。砌體在古代就被使用了。磚用在巴比倫城市非宗教的建筑物，石材用在尼羅河谷的大寺廟。埃及金字塔，高 481 英尺（ 147 米），是最壯觀的砌體結(jié)構(gòu)。砌體單元最初沒有用任何粘結(jié)材料堆起來，而現(xiàn)代砌體結(jié)構(gòu)用水泥漿作為粘結(jié)材料?，F(xiàn)代結(jié)構(gòu)用材包括石，紅燒粘土磚或瓦，混凝土塊。 砌體本質(zhì)上是一種受壓材料，它不能承受拉力，砌體最終強(qiáng)度取決于砌塊和泥漿。最后強(qiáng)度在 1000 至 4000 磅每英寸（ 70 至 280 千克每平方厘米）范圍內(nèi)變化，取決于砌塊和泥漿粘結(jié)情況。 木材 。木材是一種最早的建筑材料而且是一種少有的抗拉性能好的天 然材料。世界發(fā)現(xiàn)了好幾百種木材，并且每種都存在不同的物理特性。只有一些用在建筑結(jié)構(gòu)中作框架構(gòu)件。在美國，例如，在超過 600 種木材里，只有 20 種用在結(jié)構(gòu)中。這些一般是針葉樹或是軟木，兩者都是因為豐富和木材容易成型。在美國，更多普通用在結(jié)構(gòu)中的木材種類是美國松，云杉和紅木。這些木材的抗拉強(qiáng) 度在 5000 至 8000 磅每平方英寸（ 350 至 560 千克每平米）范圍內(nèi)。硬木最初用作細(xì)木家具和內(nèi)部裝飾如地板。 由于木材紋理特性，它沿著紋理的強(qiáng)度大于橫向紋理的強(qiáng)度。木材抗拉強(qiáng)度和順紋抗壓強(qiáng)度特別大，并且它有很大的抗彎強(qiáng)度。這些 特性使它很適合作結(jié)構(gòu)中的柱和梁。木材作為桁架的抗拉構(gòu)件是無效的，因為桁架構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度取決于構(gòu)件間的結(jié)點，雖然生產(chǎn)出了很多利用木材抗拉強(qiáng)度的金屬連接件，但是很難設(shè)計出順紋方向的抗剪強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度關(guān)系不大的構(gòu)件。 鋼材 。鋼材是一種重要的結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)對比起其它材料受等重量時，它有很高的強(qiáng)度，即使它等體積的重量是木材的十倍。它的彈性模量很大，結(jié)果在荷載作用下變形很小。它能軋制成很多結(jié)構(gòu)形式如工字型梁，板。它也能鑄成復(fù)雜樣式，它也能生產(chǎn)成繩索型式用作懸索橋和吊頂里的纜繩，生產(chǎn)成電梯繩和預(yù)應(yīng)力混凝土里的拉桿。鋼構(gòu)件可以通過很多方式連結(jié)在一起，如螺栓連接，鉚接和焊接。碳素鋼易遭受氧化銹蝕因此必須靠噴漆或插入到混凝土中來避免與空氣接觸。超過 鋼材很快失去了強(qiáng)度，因此必須套一個耐火材料（通常是混凝土）以便增加其耐火能力。 添加像硅或錳 這樣的合金元素，會得到抗拉強(qiáng)度達(dá) 250000 磅 /平方英寸（ 17500 千克 /平方厘米）的高強(qiáng)鋼筋。這些鋼用在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位，如摩天大樓的柱子。 鋁 。當(dāng)輕質(zhì)，高強(qiáng)和抗銹蝕都成為重要因素時，鋁就成了一種特別有用的建筑材料。因為純鋁是極其軟和延性的，所以，合金成分，如錳，硅，鋅和銅必須加進(jìn)去增加結(jié)構(gòu)所需強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)用的鋁合金表現(xiàn)彈性。它們的彈性模量是鋼材的1/3，因此在同樣荷載作用下變形是鋼材的 3 倍。每單位鋁合金重量是鋼的 1/3。因此相同強(qiáng)度下，鋁合金構(gòu)件比鋼構(gòu)件重量輕。鋁合金的極限抗拉強(qiáng)度變化幅度在 20200 至 60000 磅 /平方英寸（ 1400 到 4200 千克 /平方厘米）之間。 鋁能塑成很多形狀，它能被擠壓形成工字梁，拉成繩和桿，軋制成箔和板。鋁構(gòu)件能像鋼用同樣的方法：鉚接，螺栓連接，低強(qiáng)度的焊接連接起來。除了用作建筑框架和預(yù)制房，鋁也廣泛用作窗框和結(jié)構(gòu)幕墻框。 混凝土 ?；炷潦撬?，石料和普通硅酸鹽水泥的混合物。碎石，人造輕質(zhì)石，和貝殼被用在天然石料場。普通硅酸水泥是包含鈣和粘土的混合物。在窯 里加熱，然后研磨成粉?；炷翉?qiáng)度來源于混合了水的粉狀的普通硅酸鹽水泥，然后硬化。在一個理想的混合物里，混凝土由 3/4 體積的砂和石 料和 1/4 體積的水泥漿。混凝土的物理特性對混合物成分的變化很敏感，因此必須根據(jù)強(qiáng)度或收縮設(shè)計成分的配合比以達(dá)到特別的結(jié)果。當(dāng)混凝土傾倒在模板里時，它包含自由水，不再需要水化作用的水會蒸發(fā)掉。隨著混凝土的硬化，它在一定時期內(nèi)釋放出多余的水，并且收縮。由于收縮，細(xì)裂縫產(chǎn)生了。為了把收縮裂縫減少到最小，混凝土硬化時必須保濕至少 5 天?；炷翉?qiáng)度隨時間增長，因為水化過程會持續(xù)幾年；實際上， 28 天強(qiáng)度就被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的。 混凝土在荷載作用下是彈性變形。雖然它的彈性模量是鋼的 1/10，但是變形卻一樣，因為它的強(qiáng)度也只有鋼的 1/10。混凝土本質(zhì)上是一種抗壓材料，它的抗拉強(qiáng)度可以忽略不計。 鋼筋混凝土 。鋼筋混凝土由置于到混凝土中的鋼筋承擔(dān)拉力。這些鋼筋直徑在 英寸（ 厘米）和 英寸（ 厘米）之間，表面有刻痕以確保粘結(jié)住混凝土。雖然鋼筋混凝土在很多國家有所發(fā)展，但是它的發(fā)現(xiàn)要歸功于一個法國園藝師 ,Joseph Monnier 在 1868 年用一個鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)混凝土筒。這個操作是可行的，因為當(dāng)溫度變化時，鋼筋和混凝土同等的膨脹和收縮。如果不是這樣的話，溫度改變時，鋼筋和混凝土之間的連接被破壞，因為兩種材料的反應(yīng)不同。鋼筋混凝土可被澆筑成各種形狀，例如梁，柱，板和拱。因此，它易適用于建筑的特殊結(jié)構(gòu)。雖然大部分商品混凝土強(qiáng)度在 6000 磅 /平方英寸（ 420 千克 /平方厘米），但是鋼筋混凝土的極限抗拉強(qiáng)度超過 10000 磅 /平方英寸（ 700 千克 /平方厘米）是有可能的。 塑料 。由于品種多，強(qiáng)度高，耐久性和輕質(zhì) ,塑料迅速成為重要的結(jié)構(gòu)材料。塑料是合成材料或樹脂，能被塑成任何期望的形狀并且用有機(jī)物作膠結(jié)劑。有機(jī)塑料分成兩類 :熱固性和熱塑性。熱固性塑料在加熱時通過化學(xué)物質(zhì)的變化變得堅固，一旦成型，這些塑料不能再被鑄造。熱塑性塑料在高溫時是 軟弱的，變得堅固前一定要冷卻，這種塑料一般不用作結(jié)構(gòu)材料。雖然尼龍抗拉強(qiáng)度達(dá)到60000 磅 /平方英寸（ 4200 千克 /平方厘米），但是大部分塑料的極限強(qiáng)度在 7000至 12020 磅 /平方英寸（ 490 至 840 千克 /平方厘米）范圍內(nèi)。