15个案例分析：建筑材料第2版的学生实用经验总结

本章提要：建筑材料是一门理论与实践相结合的课程，本章通过工程实例，为学生设立了问题背景，目的是通过对工程事故原因的分析，可使学生更好地理解和掌握建筑材料的性能、应用，并且提高其分析和解决问题的能力，以提高学生学习的兴趣和自主探索建筑材料相关知识的积极性。

建筑材料课程的研究对象是广泛应用于建筑和土木工程的各类材料，涉及的知识和门类非常广泛。由于建筑材料课程有很强的工程应用背景，因此本章内容紧密结合工程案例。学生通过对案例的比较、分类、分析、总结，从现象中找到本质，从而提高学生对这门课程实用性的认识。同时，也直接提高学生应用建筑材料的能力。

【案例15－1】　某办公室的木地板使用一段时间后出现接缝不严现象，后有一次饮水机大量漏水，造成地板积水，晾干后一些木地板出现起拱现象。请分析原因。

【解】　木地板接缝不严的原因是木地板的干燥收缩。若铺设时木板的含水率过大，高于平衡含水率，则日后特别是干燥季节，水分减少，干燥明显，就会出现接缝不严现象。但若原来木材含水率过低或被水浸泡后，木材吸水膨胀，就会出现起拱现象。接缝不严和起拱是一个问题的两个方面，即木地板制作需考虑使用环境的湿度，含水率过低或过高都不行，应控制在适当范围，使用过程中应注意避免水浸。

【案例15－2】　建筑物内墙使用石灰砂浆，经过一段时间之后，墙面出现开花和麻点（俗称爆花墙），原因是什么？

【解】　出现开花和麻点的现象，在建筑中又叫做墙体开花，其主要原因是抹墙的生石灰没有充分熟化，在抹墙的熟石灰中含有未熟化的过火石灰。过火石灰要经过15d甚至更长时间才能充分熟化，因为过火石灰的熟化滞后于石灰的硬化，熟化过程中吸收空气中的水分产生膨胀，就出现了开花和麻点。

【案例15－3】　某工地购买强度等级为52．5的硅酸盐水泥，进行胶砂强度检测：3d抗折强度为4．2MPa，抗压强度为26．4MPa；28d抗折强度为6．8MPa，抗压强度为53．6MPa。强度评级时，定为降级使用品，按42．5级使用。请说明理由。

【解】　硅酸盐水泥强度等级的评定，须严格按《通用硅酸盐水泥》（GB 175－2007）规定的3d和28d的抗折强度、抗压强度分析，只要有一项指标不符合规定都不能按原强度等级使用。本案例查表可知3d的抗折强度、抗压强度及28d的抗压强度值均满足要求，而28d的抗折强度6．5MPa＜6．8MPa（实测值）＜7．0MPa。由此得出结论，该水泥的强度等级为42．5，是降级使用品。

【案例15－4】　某工程队6月份在湖北某工地施工，在混凝土中掺入了适量缓凝剂，经使用3个月，情况均正常。后因资金问题，该工程暂停4个月，随后继续使用原混凝土配合比开工。发觉混凝土的凝结时间明显延长，影响了工程进度。请分析原因并提出解决办法。

【解】 6～8月气温较高，水泥水化速度快，掺入适量混凝剂是有利的。但到了冬季，气温明显下降，故凝结时间就大为延长。解决办法是将缓凝剂改换为早强剂。

【案例15－5】　某单位宿舍楼的内墙使用石灰砂浆抹面。数月后，墙面上出现了许多不规则的网状裂纹。同时在个别部位还发现了部分凸出的放射状裂纹。这些裂纹影响了工程的观感效果，成为一种现在建筑工程的质量通病。

【问题】　试分析上述现象产生的原因。

【解】　石灰砂浆抹面的墙面上出现不规则的网状裂纹，引发的原因很多，但最主要的原因是石灰在硬化过程中蒸发大量的游离水而引起体积收缩。墙面上个别部位出现凸出的呈放射状的裂纹，是由于配制石灰砂浆时所用的石灰中混入了过火石灰，这部分过火石灰在消解、陈伏阶段中未完全熟化，以至于在砂浆硬化后，过火石灰吸收空气中的水蒸气继续熟化，造成体积膨胀，从而出现上述现象。

【案例15－6】　某工程在建造水塔时，原设计用硅酸盐水泥进行滑模施工，在施工过程中由于硅酸盐水泥已用完，施工负责人决定用矿渣硅酸盐水泥代替。但是由于没有注意加强养护及放慢施工速度，结果造成施工中水塔倒塌、人员严重损伤事故。

【问题】　（1）常见的水泥有哪几种？能否随便代替？

（2）为什么用矿渣硅酸盐水泥要放慢施工速度？

【解】　（1）常见的水泥品种有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、高铝水泥等。根据各水泥成分不同，表现的特性和用途也不同，所以不能随便代替。

（2）矿渣水泥一般掺有20%～70%的粒化高炉矿渣，磨细的粒化高炉矿渣有尖锐棱角，所以矿渣水泥的标准稠度需水量较大，但保持水分的能力较差，故使用矿渣水泥的混凝土干缩性较大。因此，使用矿渣水泥的混凝土工程要注意养护，增加养护时间，避免裂纹的产生。

【案例15－7】 1．2000年10月16日，某市重点工程S205一级公路的施工过程中，加工的大型预应力空心梁表面出现裂缝，裂缝成不规则分布，深1～2mm，长5～60mm。经检验，该工程使用的水泥安定性不良，在混凝土硬化后产生不均匀的体积膨胀，从而使空心梁产生膨胀性裂缝。

2．某市一商厦为框架结构，94年1月使用徐州某厂42．5号普通水泥，机立窑生产，使用部位为二层现浇板、柱。由于水泥货源紧张，工程进度紧促，刚到的水泥则边送检边使用，待检验结果出来，已使用了10吨，检验结果雷氏夹膨胀均值为18．5mm，判断为废品，工程当即停工，计划返工，估算损失60多万。

【问题】　（1）什么是水泥的体积安定性？

（2）引起水泥体积安定性的原因有哪些？

（3）如果水泥体积安定性不合格，应做何处理？

【解】　（1）水泥的体积安定性，是指水泥在凝结硬化过程中体积均匀变化的性质。假如水泥硬化后产生不均匀的体积变化，即为体积安定性不良，安定性不良会使水泥制品或混凝土构件产生膨胀性裂缝，降低建筑物质量，甚至引起严重事故。

（3）引起水泥体积安定性不良的原因有很多，主要有以下三种：熟料中所含的游离氧化钙、游离氧化镁过多或掺入的石膏过多。熟料中所含的游离氧化钙或氧化镁均为过烧，熟化很慢，在水泥硬化后才进行熟化，这是一个体积膨胀的化学反应，会引起不均匀的体积变化，使水泥石开裂。当石膏掺量过多时，在水泥硬化后，还会继续与固态水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙，体积约增大1．5倍，也会引起水泥石开裂。

（3）国家标准规定：水泥安定性经沸煮法检验（CaO）必须合格。安定性不合格的水泥应作废品处理，不能用于工程中。但有一些是因为水泥在磨制前后，储存时间太短，残存的游离氧化钙还未完全消解，水泥中还有较多的游离氧化钙，造成水泥体积安定性不良。有些水泥存放了一段时间后，其中的游离氧化钙会慢慢消解，这样，水泥的体积安定性可能就会变为合格了，这时的水泥才可以用于工程中。但在使用前，必须做水泥体积安定性和强度检验。

【案例15－8】　某车间于2003年10月开工，当年12月7～9日浇筑完大梁混凝土，12月26～29日安装完屋盖预制板，接着进行屋面防水层施工；2004年1月3日拆完大梁底模板和支撑，1月4日下午房屋全部倒塌并发现大梁受压区混凝土被压碎。经调查分析倒塌原因，发现钢筋混凝土大梁原设计为C30混凝土，施工单位疏忽大意，在施工时，使用的是进场已3个多月并存放在潮湿地方已有部分硬块的32．5号水泥，并用于浇筑混凝土大梁，且采用人工搅拌和振捣，无严格配合比，致使大梁在混凝土浇筑28d后（倒塌后）测定的平均抗压强度只有10MPa左右。在倒塌的大梁中，还发现有断砖块和拳头大小的石块，大梁纵筋和箍筋的实际配置量少于设计要求。

【问题】　（1）分析此次倒塌事故的原因。

（2）水泥的保管应注意哪些方面？过期的水泥应如何处置？

【解】　（1）本倒塌事故是因施工中大梁混凝土强度过低，在大梁拆除底模后，其压区混凝土被压碎所引发，继而导致整个房屋倒塌。主要原因是施工单位使用过期受潮的水泥，未做处理直接用于工程中；混凝土配比不严格、振捣不实、骨料不符合规定、配筋不足也是重要原因。

（2）水泥保管应注意以下四个方面：

①不同品种、不同强度等级、不同批次、不同厂家的水泥要分别存放。

②注意防潮防水，做到上盖下垫。

③堆垛不宜过高，一般不超过10袋。

④存期不能过长，通常水泥的保存期限不超过3个月。

过期的水泥应通过试验按实际强度用于不重要的构件或砌筑砂浆。(www.xing528.com)

【案例15－9】　某工厂为五层现浇框架结构，预制钢筋混凝土楼板。施工单位在浇筑完首层钢筋混凝土框架及吊装完一层楼板后，继续施工第二层。在开始吊装第二层预制板时，为加快施工进度，将第一层大梁下的立柱拆除（大梁的养护只有三天），以便在底层同时进行装修。结果在吊装第二层预制板将近完成时发生倒塌，当场压死多人，造成重大事故。

【问题】　试分析倒塌事故原因。

【解】　倒塌的主要原因是底层大梁立柱及模板拆除过早。在吊装第二层预制板时，梁的养护只有三天，强度还很低，不能形成整体框架传力，因而第二层框架及预制板的重量及施工荷载由第二层大梁的立柱直接传给首层大梁，而这时首层大梁的强度尚未完全达到设计的强度C30（经测定只有C21），首层大梁承受不了二层结构自重及结构荷载而引起倒塌。

【案例15－10】　某港口油库平台的钢筋混凝土柱，设计采用C25混凝土。检查中发现，其中有四根柱的混凝土实际强度为8MPa、8MPa、10MPa和12MPa。发现这一情况后，施工采取加强养护措施来补救。经过两星期养护后，混凝土强度仍未见有明显增长。通过对材料质量的检查发现，砂子含泥量高达9%，针片状的石子含量过高，而且浇筑质量低劣。

【问题】　（1）混凝土用砂、石含泥量过高对工程有什么不利影响？

（2）用针片状含量高的石子配置混凝土易产生什么样的质量问题？

【解】　（1）泥块、黏土、淤泥、细屑等杂质本身强度极低，且总表面积很大，因此包裹其表面所需的水泥浆量增加，造成混凝土的流动性降低。为保证拌和料的流动性，将使混凝土的拌和用水量（W）增大，即W／C增大。泥块等杂质还降低水泥石与砂、石之间的界面黏结强度，从而导致混凝土的强度和耐久性降低，变形增大。若保持强度不降低，必须增加水泥用量，但这将使混凝土的变形增大。

（2）理想的混凝土粗骨料的形状应是球形或接近于正方体的石子，而以针状或片状为差。当粗骨料中针状、片状颗粒含量超过一定界限时，石子空隙率增加，不仅有损于混凝土拌和物的和易性，而且会不同程度地危害混凝土的强度和耐久性。

【案例15－11】　某钢铁厂原材料仓库钢结构廊道，1969年6月建成并交付使用，同年11月倒塌。事故发生后，对钢结构的设计、安装施工资料进行分析，查出廊道倒塌的主要原因是桁架钢材质量低劣，碳、磷偏析很明显，在较低的工作环境温度下，钢材发生冷脆性。

1951年1月31日，加拿大魁北克钢桥突然发生断裂，其中三跨坠入河中。发生断裂时没有明显征兆，时值当地气温为－36℃。后对钢材进行检验，发现这是由于钢材中磷含量偏高而发生的冷脆断裂破坏。

【问题】　（1）什么是钢材的冷脆性？

（2）什么因素导致钢材的冷脆性？

【解】　（1）钢材的冲击韧性随环境温度的降低而下降，当达到某一温度时，其冲击韧性值显著降低的现象称为钢材的冷脆性。

（2）碳、磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降，特别是温度越低对塑性和韧性的影响越大，导致钢材的冷脆性。

【案例15－12】 1993年2月13日中午，驻四平市某部队的一座砖筒水塔突然倒塌。经检测，该砖筒身使用的砖平均抗压强度只有3．6MPa，而设计却要求使用不得低于7．35MPa的砖，部分砖表面泛霜现象严重。同年12月11日鸡西市某高校的砖筒水塔也突然倒塌，分析事故原因，发现水塔筒身使用的砖较大部分为欠火砖，其强度只有4．9MPa，而设计要求不得低于7．35MPa。故这两座水塔倒塌的原因之一就是所使用的砖的强度不符合设计要求。

【问题】　（1）砖泛霜是什么原因？使用泛霜的砖会导致什么样的质量事故？

（2）什么是欠火砖？欠火砖对砌体的质量有何影响？

【解】　（1）泛霜是指黏土原料中的可溶性盐类（如硫酸钠等）随着砖内水分蒸发而在砖表面产生的盐析现象，一般为白色粉末，常在砖表面形成絮团状斑点。泛霜的砖用于建筑中的潮湿部位时，由于大量盐类的析出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。

（2）在焙烧温度低于烧结范围，得到的色浅、敲击时音哑、孔隙率大、耐久性差的砖，称为欠火砖。使用欠火砖，不仅降低了砌体抗压强度，而且因孔隙率大、吸水率大，在大气中经长期反复冻融作用，将使砌体表面易于风化，逐层酥松、剥落，使砌体截面大大削弱，应力增大，最终导致砌体强度不够，产生破坏。

【案例15－13】　某工地运来两种外观相似的沥青，已知其中有一种是煤沥青，另一种为石油沥青。为了不造成错用，请用两种以上方法进行鉴别。

【解】　煤沥青与石油沥青可用以下方法进行鉴别：

（1）测定密度。大于1．1者为煤沥青。

（2）燃烧试验。烟气呈黄色，并有刺激性臭味者为煤沥青。

（3）敲击块状沥青，呈脆性（韧性差）、音清脆者为煤沥青，有弹性、音哑者为石油沥青。

（4）用汽油或煤油溶解沥青。将溶液滴于滤纸上，呈内黑外棕色明显两圈斑点者为煤沥青，呈棕色均匀散开斑点者为石油沥青。

【案例15－14】　我国古代很多建筑都是木结构。唐代最宏伟的木结构当推武则天所建的“明堂”。文献记载其平面为方形，约合98m见方，高度达86m，是一座高三层，顶部为圆形的高层楼阁。辽代遗留至今的两处最著名的古建筑，一处是天津蓟县独乐寺山门、观音阁，另一处是山西应县佛宫寺释迦塔。前者是现存木结构楼阁的精品，后者是现存年代最早而且是唯一的楼阁式木塔……进入现代工业社会，一种全新的现代木结构技术出现，并科学地应用到我们的日常生活中。现代木结构房屋完全区别于中式传统的穿斗榫木结构框架房屋，是一种符合现代生活需求，功能齐全、安全舒适、节能环保的木结构建筑。

【问题】　试阐述木结构的优缺点。

【解】　（1）优点

①工期短，施工对气候的适应能力较强。木结构还适应低温作业，因此冬季施工不受限制。

②节能、环保。木材是唯一可再生的主要建筑材料，在能耗、温室气体、空气和水污染以及生态资源开采方面，木结构的环保性远优于砖混结构和钢结构，是公认的绿色建筑。

③舒适度高。由于木结构优异的保温特性，人们可以享受到木结构住宅的冬暖夏凉。另外，木材为天然材料，绿色无污染，不会对人体造成伤害，材料透气性好，可保持室内空气清新及湿度均衡。

④结构稳定性高。木材相对其他材料有极强的韧性，加上面板结构体系，使其对于冲击荷载及周期性疲劳破坏有很强的抵抗力，具有最佳的抗震性。四川汶川等地震灾害后重建时，很多中小学校都采用木质结构建筑。

（2）缺点

各向异性，有木节、裂纹等天然缺陷，易腐、易蛀、易燃、易裂和易翘曲。