建筑材料与人居环境.doc

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1、第一章 建筑材料与人居环境建筑材料是人类从事建设活动的物质基础，直接影响建筑物的性能，功能，寿命和经济成本，从而影响人类生活空间的安全性，方便性和舒适性。因此，长期以来人们一直在从事着建筑材料的性能研究工作，并不断地开发新的产品。 第一节 历史的回顾（建筑材料与人类文明） 在人类漫长的历史进程中，建筑材料与社会的进步相辅相成，经历了一个逐渐演变，不断发展的过程。1天然材料的利用与原始社会建筑材料的诞生 50万-10万年以前 原始人过着群居的生活，他们只有天然的石块和木棍，不会使用工具，尚不具备建造房屋的技术和条件。他们或利用天然的洞穴，或构木为巢，以应付风寒雨雪和猛兽虫蛇的侵害。这一时期的住居

2、还谈不上是建筑，当然也谈不上建筑材料。无论是巢居还是穴居，只是一种利用天然条件借以栖身的办法。可见人类的生存条件十分恶劣。 1万-6000年以前的新石器时代，随着农业生产的发展，人们开始定居下来，已能用简单的工具砍伐树木和苇草，搭建简单的房屋。由于所使用的材料承载力小，尺寸有限，多数建造半地穴式的房屋，以木（竹）骨抹泥为墙，以苇草或草泥为顶。虽然这类房舍保温隔热性能差，屏障防御性能也差，但与天然洞穴相比，毕竟有了一个可以遮风避雨的简单房舍。另外，人们挖掘土地或堆砌石块，修建了一些窖穴或壕堑，用以存放工具，农产品或圈养家畜。 公元前8000年左右，在中东，埃及已使用日晒土坯。土坯是粘土砖的前身，

3、将粘土用水拌合成泥，成型后用太阳晒干，这是人类最初加工制造的建筑材料。土坯制作简单，成本低廉，保温性好，直到现在，在一些干旱少雨或偏僻的农村仍然使用土坯砌筑房屋的墙体或内墙，在北方寒冷地区，通常使用土坯砌筑火炕。2烧土制品的出现与住居环境的改善 日晒土坯组织粗糙，强度低，吸水后软化，为了克服这些缺点，将土坯在高温下焙烧，能成为坚实，耐水的粘土砖。从土坯到粘土砖，大约经历了约3000年的时间。 公元前5000年左右， 出现了烧制粘土砖，被苏美尔人用于建造宫殿。 公元前3000年，美索不达米亚最早出现了屋顶瓦。最初的瓦是平板型，逐渐发展成平缓曲面型，最后发展成为各种形状。 在我国，粘土瓦开始出现于

4、西周时期（公元前1060-711年），到了战国时期，筒瓦，板瓦已作为屋顶材料广泛使用；粘土砖起始于战国时期（公元前475年-221年）。在秦汉时期，砖瓦业盛况空前，逐渐形成一种独立的手工业，故有秦砖汉瓦之称。与土坯相比，粘土砖强度高，耐水性好，外形规整，2000多年来，作为主要的墙体材料一直沿用至今。到目前为止，粘土瓦也仍然是常用的屋顶材料。 公元前2000-3000年，埃及，希腊以及罗马等国开始利用经过煅烧所得的石膏或石灰来配制砌筑砂浆。天然石灰是最早的胶凝材料，很早以前，人类或许在烧烤动物，烧火取暖等偶然机会中发现天然的贝壳烧过后，其灰具有胶结能力。还有在钟乳洞内挖坑，或在石灰石岩上烧过火

5、之后残存下的灰，用水拌合后能固化。于是人们利用这种灰拌入砂，土或植物纤维等作为胶凝材料来使用，使砌筑物更具有整体性，人类有可能建造更大规模的建筑物。公元前2500年建造的埃及胡夫金字塔，（高146。6米，正方形边长230。6米）就是用天然的石灰砂浆做胶结材料，将大块的石块粘结砌成的，这是现存的使用天然石灰的最古老的建筑物。在我国，有关石灰的最早的文字记载，可上溯到公元前7世纪的周朝。从目前考古发掘的材料分析，至迟在汉朝（公元2世纪），人工烧制石灰已达到相当高的水平。公元前2000年的埃及古墓中就已经有透明的玻璃祭葬品，后来罗马人首先将熔融的玻璃液浇注在平滑的表面上，用工具摊平，随后进行冷却，这

6、是最早期的平板玻璃。到中世纪左右，在欧洲玻璃的应用范围扩展到建筑和美术品。例如，公元1100年左右，俄国的圣索非亚寺院的内墙就采用了彩色玻璃。而透明的，作为门窗采光材料的玻璃，是1640年由俄国首先生产的。3近代建筑材料的发展与建筑水平的提高到18世纪为止，虽然人类经历了漫长的发展过程，但是，工业生产一直是以手工业为主，传统的建筑材料无论是量上还是质上，都没有出现较大的飞跃。以1760年英国产业革命为契机，在19世纪以后，建筑材料的生产取得了长足的进展，特别是第二次世界大战以后，更有了令人瞩目的进步。（1）水泥的出现是近代建筑材料史上新的里程碑 1824年，英国研制成功波特兰水泥，以水泥为胶结

7、材料的混凝土引起了全世界的瞩目，可以说是近代建筑材料史上新的里程碑。与石灰胶凝材料相比，水泥不仅强度高，而且具有水硬性，与砂石骨料和水拌合制成的混凝土材料，广泛地应用于各种工程建设中。我国于1889年在唐山建立了第一家水泥厂，即启新洋灰公司。（2）钢铁登上了建筑材料的舞台1878年英国北海Tay湾建成长3公里以铸铁为桥墩的铁路桥，但因铸铁性脆而于两年后倒塌，造成车毁人亡.1890年在相邻的Forth湾用钢材新建大桥，开创了钢桥的新时代。从此，钢材作为主要的结构材料登上了建筑材料的舞台。（3）钢筋混凝土成为结构材料的主角 1885年在巴黎万国博览会上首次展出钢筋混凝土小船，宣告了钢筋混凝土制品的

8、问世。20世纪初，钢筋混凝土又出现两次大飞跃；1928年预应力混凝土在法国实用化。1934年美国发明了减水剂，大大改善了混凝土的工作性能。水泥混凝土，钢筋混凝土，预应力混凝土的出现，是建筑材料发展史上的一大革命。它打破了传统材料形状，尺寸的限制，使建筑物向高层，大跨度发展有了可能。而且，无论是强度还是耐久性，都远远优于木材，砖，瓦等传统材料。今天，混凝土已成为建设工程中使用量最大的材料。另外，19世纪末平板玻璃工业化生产方法的确立，建筑采光材料已大量生产与应用。而随着粘结剂的开发与应用，各种木纤维水泥板及集成木材等材料得以迅速发展。4新型建筑材料的发展与多姿多彩的建筑 如果说19世纪钢材和混凝

9、土作为结构材料的出现使建筑物的规模产生了飞跃的发展，那么20世纪出现的高分子有机材料，新型金属材料和各种复合材料，使建筑物的功能和外观发生了根本的变化。以塑料和合成树脂为代表的高分子有机材料是20世纪具有代表性的新型材料，它不仅使工业化生产的建筑材料由单一的无机材料发展为无机和有机两大类，而且由此出现了大量无机材料和有机材料复合而成的新材料，使得建筑材料的品种和功能更加多样化。品种繁多的有机建筑材料作为装饰，装修材料，防水材料，保温隔热材料，管线材料，绝缘材料，在建筑物中发挥着各种作用，使建筑物的使用功能和质量得到了很大的提高。铝合金，不锈钢等新型金属材料是现代化建筑理想的门窗以及住宅设备材料

10、，这些材料在建筑物开口部以及厨房，卫浴设备上的应用，极大地改善了建筑物的密封性，美观性与清洁性，提高了居住质量。20世纪建筑材料的另一个明显进步是复合材料的出现和使用，包括有机材料与无机材料的复合，金属材料与非金属材料的复合以及同类材料之间的复合。例如，钢纤维，玻璃纤维，有机纤维等各种各样纤维材料增强混凝土，利用纤维材料抗拉强度高的特点以及它们与混凝土的粘结性，提高了混凝土的抗拉强度和冲击韧性，克服了混凝土材料脆性大，易开裂的缺点，使混凝土的使用范围得到了扩大；以小木块，碎木屑，刨花等木质材料为基材，使用胶凝材料，胶粘剂或夹层材料，加工成的各种人造板材，模仿天然木材的纹理和走向，可达到以假乱真

11、的程度，这些材料的使用不仅提高了木材的利用率，而且克服了天然木材尺寸有限，材质不均，容易变形等缺陷。另外，如以含水硅酸钙为主要原料，以高分子有机化合物和玻璃纤维为辅料的复合硅钙板，隔热性强，能耐1000高温，吸水，吸湿后不变质，不变形，不开裂，可用木工机械裁切，刨削和钻孔，可钉入钉子及拧进螺丝，可以说是人类在开发新型建筑材料方面的又一巨大进步。综上所述，在人类历史发展进程中，建筑材料的进步，促进了建筑物尺寸规模的扩大，结构形式的改变和使用功能的改善。建筑材料经历了从无到有，从天然材料的简单利用到工业化生产，从品种单一到多种多样的过程（见下表）。建筑材料品种的增多，性能的改善，质量的提高，使人类

12、的生活空间变得越来越美好。 建筑材料发展历程表原始社会建筑材料 天然材料木，竹，苇，草，土 ，石，土坯最早的人工材料 烧土制品砖，瓦，石灰，玻璃近代建筑材料钢铁，水泥，混凝土，钢筋混凝土平板玻璃，粘结剂，人造板 现代新型建筑材料塑料，铝合金，不锈钢，高性能混凝土，新型墙体材料，装饰材料，节能材料，复合材料5建筑材料与人类文明材料既是人类文明，文化进步的产物，又是社会生产力发展水平的标志。材料建造了人类的物质文明；公元前2500年左右建造的埃及金字塔和古罗马城是使用石块和天然石灰的最古老的建筑物。我国秦汉时期修建的万里长城，使用的是天然材料土，砂，石块和烧制的粘土砖。北京的故宫，使用的是木材，汉

13、白玉，琉璃瓦和青砖。1898年建成的巴黎埃菲尔铁塔，是最初的钢铁材料的代表作。1931年建成的纽约帝国大厦（381米），是钢材和钢筋混凝土结构。70年代建造的加拿大多伦多电视塔（553米），是由密实混凝土塔基，高强混凝土塔身和钢结构塔顶构成的。1998年建成的上海金茂大厦（420米），以高性能混凝土为结构材料，采用泵送混凝土技术，是我国混凝土施工技术的一个创新。这些宏伟的古代建筑，平地拔起的高楼，耸入云端的高塔，是人类物质文明的标志。而建筑材料的发展，又进一步改善了人类的生存环境。例如，防水材料的使用，使得房屋漏雨，漏水现象大大减少；玻璃作为透明材料的使用，使得房间的采光效果大大改善；保温材料

14、的使用，既提高了房屋的热环境质量，又节约了能源；各种装修材料的使用，使建筑物具有更好的美观性，健康性和舒适性；水泥混凝土和沥青混凝土作为路面材料的使用，大大九改善了交通条件。但是，不能否认的是，建筑材料的大量生产和使用，也给人类社会带来了不小的负面影响。 第二节 面临的挑战（建筑材料与生态环境） 20世纪后半叶以来，世界进入了以经济建设为主的和平，发展时期，大规模的基础设施建设活动的进行，极大地改善了人类的居住环境，工作环境和出行环境，使人们的生活质量得到了极大的提高。但是，由于人类的建设活动过于频繁，建筑材料的生产和消费量过于庞大，对于地球环境的恶化起到了推波助澜的作用。1建材生产消耗了大量

15、的原材料和能源20世纪40年代开始，世界人口的急剧增加和经济的飞速发展，带来了土木，建筑业的空前活跃，使得建筑材料在量和质上都达到了历史上的最高水平。建筑材料的大量生产，消耗了自然界中大量的原材料。例如；1996年，全世界的钢产量达7.1亿吨，水泥产量达3.7亿吨，混凝土年使用量约90亿吨。而钢的资源效率为12.1%，铁为7.9%，水泥为58.8%。因此，炼铁要采掘大量的铁矿石，生产水泥要使用大量的石灰石和粘土，占混凝土体积大约80%的砂石骨料要通过开山采矿，挖掘河床来获取。据统计，我国每年要开采50亿吨以上的粘土，石灰石和砂石用于生产水泥和混凝土。大量的原材料的开采严重地破坏了自然景观和自然

16、生态。又例如；房屋建筑的门窗，内外装修，浇注混凝土所用的模板等，耗用了大量的木材，而木材取自于森林资源，森林面积的减少，加剧了土地的沙漠化。我国现有荒漠化土地面积为262.2万 km2,占国土总面积的27.3%。目前每年仍有2460 km2的土地沦为沙漠；烧制粘土砖用土要毁掉大片农田。我国粘土砖年产量5300亿块，为此要挖掘10-15万亩耕地获取粘土砖的原材料，其中还不包括砖窑，成品堆放等占用的土地。这对于人均耕地面积本来就很少的我国来说是一个严峻的数字。建材生产在大量耗用原材料的同时，还要消耗大量的能源，目前，我国建材行业年消耗能源超过2。3亿吨标煤，约占整个工业能耗的1/7。以水泥为例，每

17、吨水泥耗265.49公斤标煤，我国1999年水泥产量达5.76亿吨，居世界第一位，耗煤量之大可想而知。2建筑材料的生产和使用对环境的污染（1）排放CO2等有害气体，对大气造成严重污染建材工业是仅次于电力工业的全国第二位能耗大户，大量燃烧煤，油，燃气，排出CO2,CO,SO2,SO3, NOx等气体，对环境造成了严重的污染。例如，每生产1吨水泥熟料，要排放1tCO2,0.74公斤SO2。每生产1t建筑石灰要排放1.18t CO2.仅此两种产品每年排放CO2超过6亿吨。再加上生产玻璃，陶瓷，砖瓦等消耗燃料产生的废气，全国建材工业排放的CO2达8亿吨以上，是造成地球温室效应的主要原因之一。（据估算，

18、全世界每年CO2的排放量约为100亿吨）；在水泥，石棉等建筑材料的生产和运输过程中产生大量粉尘，（每生产1吨水泥排放130公斤粉尘）；化学建材中塑料添加剂，助剂的挥发，涂料中溶剂的挥发，粘结剂中有毒物质的挥发等都给大气带来各种污染。（2）噪声污染建筑施工中建筑机械发出的噪声和强烈的振动噪声已成为城市四大公害（即废气，废水，废渣，噪声）之一。据调查，城市噪音的1/3来自建筑施工，其中由于混凝土施工产生的噪音占主要部分。噪声对人的听觉，神经系统，心血管，肠胃功能都造成损害，严重影响人们的身心健康。（3）水质污染 建筑工地的废水（混凝土搅拌处的废水，碱性偏高，pH=12-13,并含有有害的可溶性混凝

19、土外加剂）及化学建材企业超标废水的排放及窑灰，废渣的堆放，都会造成水质污染。（4）建筑垃圾 据北京市统计，建筑施工中“剩余混凝土”为总混凝土量的0。8%，以年用混凝土量200万计，每年将产生1。6万垃圾。还有废建筑玻璃纤维，废金属，石棉，石膏，陶瓷废渣，装饰，装修中的废塑料，化纤料等，其数量也不容小看。另外，建筑物解体产生的固体垃圾，也占用大片土地，并污染水质和土壤等。（5）光污染及光化学污染城市高层建筑群不利于汽车尾气及光化学产物的扩散，使NOx气体对人体产生光化学作用，危害人体健康。另外，城市高楼玻璃幕墙对光反射产生的污染现象也十分严重。（6）可能造成的放射性污染 某些天然石材（如大理石，

20、花岗岩）及矿渣，炉渣，粉煤灰放射性物质超标，其制品对人体产生外照射（ 射线）和内照射（氡气吸入），危害身体健康。（7）非透气性，非透水性的混凝土造成城市生态失调目前，城市地面的80%以上被建筑物和混凝土路面所复盖。密实结构的混凝土既无透气性，又无透水性，对空气温度，湿度的调节能力差，使城区温度比郊区和农村高出2-3，产生所谓热岛现象。另外，雨水长期难以渗入地下，致使城市地下水位下降，影响地表植物的生长，城区绿色植物减少，导致生态系统失调。3环境恶化对建筑材料及建筑物的影响地球环境的恶化对建筑材料的性能和建筑物的寿命产生了诸多影响。例如，酸雨使石材建筑物的表面严重破损和污染；空气中CO2浓度增加

21、导致混凝土的中性化速度加快，影响了钢筋混凝土构件的使用寿命。（1） 大气中CO2浓度增大的影响自然状态下大气中CO2的浓度为0。03%，进入20世纪后半期，由于工业生产的发展，燃料用量的增大，汽车尾汽排放量的增加，大气中CO2浓度逐年上升，1990年初，大气中CO2浓度已经达到0。035%，预计到2090年，将达到0。1%。大气中CO2浓度的增大，以及由此而引起的温室效应，加速了混凝土材料的中性化速度，导致钢筋锈蚀加剧，混凝土保护层开裂，缩短了钢筋混凝土结构的寿命。在混凝土材料中，完全硬化的水泥凝胶体内含有25%-30%的Ca(OH)2晶体，因此，正常情况下混凝土呈强碱性，pH值在12-13范

22、围之内。这种碱性环境能在钢筋周围形成一层钝化膜，使钢筋不易生锈。然而，环境中的空气和水分会通过混凝土的孔隙逐步向混凝土内部渗透或扩散，空气中的CO2，水分与水泥凝胶体中的Ca(OH)2，将发生如下反应； Ca(OH)2+ CO2CaCO3+H2O该反应将混凝土中的碱性物质变为碳酸盐，称为混凝土的碳化反应。碳化反应使混凝土的pH值由12-13下降为8。5-10。0。空气中CO2浓度的增大，加剧了碳化反应，混凝土碱性环境的改变，破坏了钢筋表面的钝化膜，钢筋被氧化成黑锈或红锈，体积增大2-4倍，锈蚀产物在混凝土孔隙中沉积造成的内应力，使混凝土沿钢筋走向开裂，再终导致混凝土结构物的破坏。（2） 酸雨对

23、建筑物的影响降雨养育了地球上所有的生命，是大自然赐予人类及地球上所有生物的恩惠。正常雨水因溶解大气中的CO2而pH值为5。6，与纯水相比，略呈酸性。由于空气中SO2,CO2等含量的增高，20世纪70年代以后，欧洲等地开始出现pH值小于4的酸雨，80年代以后，我国西南地区及长江下游地区也相继出现大面积的酸雨。酸雨使土壤严重酸化，对农作物生长极为不利，对建筑物也带来不得利影响，尤其使大理石建筑物和雕刻品受到严重腐蚀。大理石中的碳酸钙与酸雨中的硫酸根反应，生成硫酸钙类物质，表层粉化成松软的石膏而失去光亮。酸雨对混凝土中的石灰石类骨料和水泥凝胶体均会产生严重的腐蚀作用。此外，酸雨对建筑物的栏杆，扶手，

24、支架，卫星天线及外墙，屋顶等部位的金属板材也会产生严重的电化学腐蚀，使金属构筑物的使用寿命大大缩短。（3） 臭氧层的破坏对建筑材料的影响位于地面上空50公里处厚约3毫米的臭氧层，是保护地球不受太阳光线中波长在300nm以下，对生物有害的紫外线照射的一道天然屏障。随着向大气中排放的氟利昂量的逐年增多，20世纪70年代南极上空臭氧层浓度已急剧减少，甚至已经出现了空洞。地球上受到太阳光中紫外线照射量的增大，使各种人造大理石，塑料，有机涂料，密封材料等功能性材料的老化速度加快。高分子材料的老化与键的裂解反应及键的交联反应有关。裂解反应是大分子键断裂，相对分子质量降低，使高分子化合物变软，发粘并失去机械

25、强度；交联反应是大分子与大分子相联结，产生体型结构，使高分子化合物进一步变硬，变脆，并失去弹性。两种反应往往同时并存。（4）建筑物表面析白现象加重 建筑物表面析白现象，俗称泛碱或起霜，是建筑物的混凝土，砂浆，砖砌体等表面常发生的现象。据统计，建筑物析白现象出现的概率可高达36%。其原因是水泥，砂子，石子，粘土砖和化学外加剂中的可容性组分，随水分蒸发逸出并留存在建筑物表面，其中一部分与空气中的CO2反应生成碳酸盐。这些白色固体物质为Ca(OH)2,CaCO3,Na2CO3,K2CO3,Na2SO3等碱性物质。析白现象的发生，固然与材料质量及施工质量有关，但气温的升高，水质的污染，通风的不畅等环境

26、因素也有重要影响。综上所述，建筑材料的大量生产与使用，造成了对环境的严重恶化，而环境的恶化又对建筑材料的使用寿命产生了重大的影响。可以认为，建筑材料的发展正面临资源短缺和环境恶化的严峻挑战。值得指出的是，过去的材料研究是以追求最大限度发挥材料的性能和功能为出发点，而对资源，环境问题没有足够重视。传统材料科学与工程的定义只强调材料的工艺，结构和它们的性能，功能之间的关系，而没有考虑材料的环境性能。在全球资源短缺和环境污染严重的今天，作为材料科学工作应注意对环境环境的影响程度。开发新材料时，在尽可能追求材料高性能的同时，应尽可能节约资源和能源，减少环境污染，改变片面追求使用性能的观念，改变只管设计

27、生产，不管使用和废弃后资源的再生利用及环境污染的观念。不仅讲经济效益，还要讲社会效益，环境效益，把材料的环境性能融入21世纪所有新材料的设计和生产中去。如今，在材料和环境两大学科之间开创了一门新兴学科环境材料（ecomaterial，ecology +material）,其特征首先是节约能源和资源；其次是减少环境污染，避免温室效应和臭氧层的破坏；第三是资源容易回收和再利用。环境材料的出现，是人类认识客观世界的飞跃与升华，标志着材料科学的发展进入了一个新的历史时期。 第三节 未来的展望（新型建材与21世纪）21世纪，人类跨入了科学技术空前发达，高度信息化，现代化的社会，人们对居住环境和生活质量提

28、出了更高的要求，因而，对建筑材料也提出了更多更新的要求。1提高居住质量对建筑材料的要求21世纪，我国的经济仍将继续以较快的速度增长，人们在解决了基本的温饱问题之后，扩大居住面积，提高居住质量，已成为重 点追求的目标之一。因此，住宅建设及家居装修是21世纪基础设施建设的重点内容之一。房屋建筑最原始的功能是防御和提供饮食起居等的活动空间，随着社会的进步和生活水平的提高，人类对居住环境的要求越来越高。现代人对居住环境的要求是；（1） 安全性 要求建筑物在自重及荷载作用下能安全地使用，在发生地震，台风等自然灾害时不倒塌，在发生火灾，爆炸等人为灾害时不产生毒气，不蔓延，能提供足够的避难时间，保证居住者的

29、安全。这就要求建筑材料具有足够的强度，抗冲击能力，耐火性，不燃烧或难燃烧。（2）防御性 有坚实的防御功能，能抵御自然的风，雨，苞，雪等气候的变化。冬天保暖，夏天隔热，同时具有防盗，防入侵的功能。这就要求建筑材料具有保温隔热性，门窗等开口部位有密闭性，坚实性。 (3)私密性房屋建筑是从整个开放空间中分隔出的一个为居住者提供保存隐私，充分放松的自由空间，要求房间有良好的隔音性和密闭性，墙体，地面，顶棚等围护结构要隔音，遮挡外部视线等。(4)耐久性房屋建筑是一个较长时间使用的商品。在长期使用的过程中，除了受到重力，地震，台风等荷载作用之外，还要受到各种环境因素的作用，包括大气因素，化学腐蚀，生物作用

30、等等。例如，温度，湿度的交替变化，阳光的照射，风吹日晒雨淋等自然气候的作用，环境中的酸，碱，盐物质的侵蚀作用，霉菌，虫蛀等生物作用。耐久性即反映建筑物长期在这些环境因素的作用下，能够保持设计时的安全性，防御性及各种使用功能。耐久性不仅影响建筑物在长期使用过程中的安全性，还直接影响建筑物的经济成本。建筑物的经济成本不仅包括建设时的初始投资，还应包括日常运行，维修，保养直到最后解体的全部费用，耐久性好的建筑物，使用寿命长，维修，保养费用低。长期来，比较注重降低初始投资，而忽略使用过程中的其他费用，往往导致建筑物使用寿命不长，实际建筑成本很高的结果。(5)健康性现代人每天绝大多数时间在室内活动，因此

31、，室内空气是否清新，光线是否充足，温度，湿度是否适宜，有毒气体含量是否超标，直接影响人们的身体健康。1987年联合国世界卫生组织发表的一份调查报告指出，有30%新建或改建住宅存在“有病建筑综合症”。主要来之于装饰装修材料的有毒气体严重地危害了人们的健康。由此提出了“健康住宅”的概念。(6)舒适性健康性是人们对建筑物的基本要求，而舒适性则是对建筑物提出的一项更高的要求。人们已不满足于生存的基本条件，而要求更舒适，更浪漫，更富有情趣。材料对居住环境舒适性的影响，与材料的色彩，花纹，质感等视觉效果有关；与触摸材料时的冷暖，软硬，光滑或粗糙等触觉效果有关；还与材料的传热性，吸湿性有关。如与混凝土地面相

32、比，地板导热系数小，脚感舒适，视觉效果也好，而高级地毯则更有一种豪华感。但舒适不完全等于健康。例如，塑料壁纸看上去华美，漂亮，但不透气，遇火灾时会产生有毒气体。如席梦思床垫很舒适，但对儿童发育不一定有利。(7)方便性 影响家居方便性的主要因素有整体布局是否合理，生活设施是否配套，使用功能是否齐全等。现代人越来越重视厨房和卫浴间的面积和使用功能，以及是否容易清洗等。(8)美观性建筑物的美观性包括建筑物的个体美和与环境的协调美。个体美既包括整体造型，色彩等外观效果，它直接影响市容，还包括室内光线，风格等内部艺术效果，它直接影响居住者的情绪，心态和健康。2城市化进程加快，高层建筑的增多对建筑材料的要

33、求建筑物按照层数可分为低层，多层，高层，超高层建筑。通常1-2层为低层建筑，3-6层为多层，7-30层为高层，30层以上（或高度超过100米）为超高层建筑。高层建筑是现代社会科学技术发达的标志之一，是人口密度增大，城市功能集中的必然产物，也是人类不断探索新的建造技术，开发新的建筑体系和材料的体现。随着经济的高速发展，城市化进程加快，在城市中心区作为主要居住形式的高层建筑将迅速增多，在城区和周边区域，多层或高层密集型住宅小区将加快建造，高层建筑的发展，对建筑材料提出了许多新的要求；（1） 建筑材料的制品化 高层建筑的高层部分，既是一个交通不方便的施工现场，又是一个施工操作难度大，危险性高的施工场

34、所。这种苛刻的施工条件，促进了建筑材料向制品化的方向发展。例如，将在工厂用混凝土预制成楼板，梁，柱等构件，用钢材，铝合金，塑料等制成门窗构件等，甚至可以预制成房屋建筑的某些单元（厨房，厕所，浴室等），吊装到现场组装即可。（2） 外墙结构形式的改进和材料的开发幕墙是高层建筑主要采用的墙体结构和材料。最早“幕墙”的涵义仅仅区别于“承重墙”，一般用于室内的隔墙。现在“幕墙”特指像帷幕一样安装在结构框架上，不承受荷重，只起围护作用的建筑物外墙。最初采用幕墙结构的是纽约的联合国大厦，开始了高层建筑的幕墙时代。铝合金是最早应用于高层建筑的幕墙材料，不同颜色的铝合金能满足建筑物立面美观性的要求，但成本较高；

35、玻璃是在幕墙中采用最多的材料 ，表面光洁，给人以机能美和轻快感，给人以现代化的印象和时代感。但大面积使用玻璃幕墙带来的“光污染”问题，已引起了人们的重视。3智能建筑物与智能化材料 “智能建筑物”一词诞生于20世纪80年代的美国，并很快发展到日本，欧洲等发达国家。智能建筑物是指装备了现代化通讯设备和自动化办公设备的办公大楼，是机械，电讯，办公自动化等内部设施与高层建筑物相结合的产物。智能建筑赋予了建筑物全新的功能，使原本没有生气的，呆板的建筑变得自动化，智能化，高效化，极大地提高了办公效率，改善了办公环境，提高了建筑物的安全性，降低了建筑物的能耗，减轻了使用者的负担。但智能建筑也给工作环境带来了

36、一些负面影响。例如。工作人员长时间的面对计算机工作，造成眼睛疲劳，视力下降，肩酸背痛，而空调的使用又会带来“空调病”，因而对身体健康造成影响；又如，现代化的工作方式和手段对于设备，电源的依赖性过强，一旦发生停电，计算机或网络故障等，可能造成办公功能的全部瘫痪，这就是现代化社会的脆弱性；又如，现代化办公室内的工作人员，各自面对计算机进行工作的时间日益增多，相互交流日益减少，人际关系日益冷漠。为避免种种负面影响，无论在结构设计或材料性能方面，都要求作极大的改进。 借助于电子设备可以将建筑物装配成智能建筑物，然而这种智能化并不是来源于建筑材料本身。智能化材料则是以建筑材料的寿命预知和安全对策为目的开

37、始研究的，1993年，已正式确立了智能材料研究的新生领域。智能化材料，要求材料本身具有自我诊断并预告破坏的功能，具有根据外界的情况进行自我调节的功能，在即将破坏时具有自我修复的功能。此外，还应具有可重复利用性，实现资源的循环使用，减少建筑垃圾，利于环境保护。 在混凝土中掺加碳纤维，通过测定荷载变化时碳纤维电阻值的变化，可以实现预告混凝土破坏的功能。在混凝土中掺加含粘结剂的空心胶囊或玻璃纤维管（智能纤维），当胶囊或纤维管受应力变化破裂时，粘结剂流出渗入裂缝中，可以实现自我修复的功能。4尖端建筑技术与新型建筑材料41超超高层建筑与新材料的开发 到20世纪末，世界最高的建筑是马来西亚吉隆坡的佩重纳斯

38、大厦，高452米。20世纪80年代末至90年代初，日本的五大建筑公司提出了关于超超高层建筑的构想。其中，“空中城市1000”设计高度为1000米，“空中波利斯2001”设计高度2001米。超超高层建筑对建筑材料提出了全新的，更为卓越的性能要求；（1）为了减轻建筑物的自重，减轻基础的负担，材料必须轻质高强。（2）建筑物受地震，风荷载等水平方向荷载远远超过普通的建筑物，建筑物的变形量大，要求材料有良好的塑性和韧性。（3） 为满足防火，耐火要求，建筑物表面材料要求不燃性和阻燃性。（4）超超高层建筑投资巨大，施工工期长，其寿命应为500年甚至上千年，或者通过维修，保养和局部更新达到永久性建筑的要求，材

39、料在长期使用过程中必须长久地保持优良的性能，才能保证建筑物的正常使用和安全。 要使超超高层建筑的构想变成现实，还有不少实际问题需要解决，但是，人类终究能攻克这些难关，开发出适合要求的结构和材料，实现人类的美好理想。42大深度地下空间的开发与新型建筑材料洞穴建筑是人类最早的居住形式，除了可以节省地球表面的土地资源之外，与超高层建筑相比，还具有许多优点，例如地下空间具有保温，隔热，防风等特点，可以节省建筑能耗，是具有可持续发展特性的居住形式。到目前为止，现代化城市地表以下30米的较浅空间已经得到了开发利用，而深度在50米以上的更深层的地下空间还属于末开发的领域。大深度地下空间的开发利用，还存在着许

40、多社会，环境，工程技术及材料方面的问题，主要有；（1）土地所有权或使用权，涉及到国土资源的开发和建设投资问题。（2）地下空间的防震，防灾处理难度更大，要建立完善的防灾系统。（3）受地下水，潮气，土壤腐蚀影响大，防水防潮要求更严；地下空间的换气，排烟，采光与地面相比难度更大。（4）地下水脉的变更，地基沉降等问题前所末遇，需根据不同的水文，地质状况，采取特殊的施工方法。（5）需要开发能够适应地下环境要求的各种新型建筑材料，例如；纤维增强的高韧性混凝土材料；高强，高韧性，耐腐蚀的碳纤维材料；塑性好，耐腐蚀，防水，防潮的有机表面涂复材料；耐水防腐，高强度，性能稳定的无机非金属材料；高强高韧，制震防腐的

41、金属结构材料；净化水质的药剂材料以及抵抗微生物侵蚀的生物材料。43海洋建筑的开发与新型建筑材料陆地表面大约有60%的面积是海洋，与宇宙空间，大深度地下，超超高层建筑等领域相比，海洋空间的利用更具有现实性，而且人类已经积累了一些实际经验。例如，荷兰从700多年前就开始围海造田，向大海“征地”，荷兰现有国土中的1/4是通过围海造田得到的。日本作为一个岛国，国土面积窄小，但拥有漫长的海岸线和大片的浅滩，从1960年开始，加快了浅滩填埋速度，兴建了大量的人工岛。1994年，在大阪湾距陆地5公里的海上填埋筑成了人工岛，兴建了关西国际空港。未来的海洋建筑不仅仅是指以居住为目的的建筑物，还包括在广阔的海洋中

42、人类从事某些活动的设施，如工业生产设施，能源生产设施（火力发电站，原子能发电站，潮汐发电站等），交通运输设施（大泊位码头，海上空港等），生活，城市功能设施（海上公园，游乐场，海上都市等）。为实现海洋空间的开发，建造海洋建筑物，必须开发适合于海洋条件的建筑材料。海水中的盐分，氯离子，硫酸根离子等强腐蚀性的物质含量很高，将对建筑物产生强烈的化学侵蚀作用，材料很容易被腐蚀而破坏；海水波浪不断地往复作用，对海洋建筑物构成冲击，磨耗和疲劳荷载的作用；海洋建筑物还要经常受到台风，海啸等严酷的气候条件的作用，；建筑在海滩，近海等到软性地基上的建筑物，其沉降现象也很明显。这些严酷苛刻的工作环境，要求建筑材料具

43、有很高的强度，耐冲击性，耐疲劳性，耐磨耗性和耐腐蚀性。为了满足上述性能，需要开发以下新型材料；（1）涂膜金属板材为提高建筑物上部非结构钢板的耐腐蚀性，可在表面涂刷有机高分子膜，隔断海水和钢板之间的直接接触，以延长钢板使用寿命。有机高分子材料中防护效果比较明显的有氟类，聚乙烯类和丙烯硅类涂料。如果在镀锌钢板上再涂膜，防腐效果就更好。（2） 耐腐蚀金属 新型不锈钢，新型铝合金，钛合金等金属材料，具有很强的耐腐蚀性，可直接用于与海水接触的部位。尤其是钛合金，耐腐蚀性极为优良，只是成本太高。如何降低材料成本，是急需解决的课题。（3） 水泥基复合材料 作为大型建筑物的地基，基础等大体积的结构材料，目前仍

44、然以水泥混凝土材料最为合适，无论是原材料资源，生产成本，以及材料性能的稳定程度 ，都具有其他材料无法比拟的优越性。但水泥混凝土属于脆性材料，对于静载荷，有很高的承受能力，而海洋建筑经常受到波浪，台风等动荷载的作用，为了提高水泥混凝土的韧性和抗拉强度，应采用由纤维与水泥混凝土复合而成的水泥基增强材料，以满足海洋建筑物的力学性能要求。目前正在开发研究的纤维材料有碳纤维，芳香族聚酰胺纤维，耐碱性玻璃纤维和钛酸钾纤维等，但普遍成本较高是这些材料被大量使用的最大障碍。（4） 地基强化材料海岸浅滩以及近海地带的地基多数是水和粘土不易分离的淤泥。为建造海洋建筑，首先必须强化或固化地基。淤泥的体积含水率达到7

45、0%，而且用人工方法将水分离出来有相当的难度。为固化淤泥地基，一般采用在几十米厚的淤泥层中每隔一定距离打入砂桩的办法。先将直径为几十厘米的钢管桩打入松软的淤泥层中，然后在管中灌入砂子，挤出淤泥，当砂子填表满钢管后，拔出钢管，留在淤泥层中的砂管相当于一根根的排水管，淤泥中的水通过砂管桩快速排出。对于含水量更大，质地更软的海底淤泥，砂桩也显得无能为力。淤泥太软时打入的砂桩不能保持原有形状而溃散，不能起到排水管的作用。1993年，瑞士开发了一种新的材料和方法“纸桩”排水法。由专用的机器将片状纸材插入淤泥中，纸材内部有许多管状纤维，将淤泥中的水吸出排走。同时再结合砂桩来共同处理地基。最初的纸桩材料与普通纸壳相同，但纸壳遇水软化，后来又开发了耐水的合成纤维织物，强度高，排水效果也更好。这些新型材料的开发成功，为人类利用海洋空间提供了强大的支持。随着人类不断向新的生存领域进发，对材料的性能也将不断提出新的要求，因此，新型高性能材料的开发永无止境。44宇宙空间建筑的开发与新型建筑材料 为了开辟新的生存空间，人类正在向宇宙进军。在距离地球表面400-500公里的地球周围轨道上建设大型结构物（即所谓的宇宙空间站），建立太空旅馆，实现月球旅行等，是现代人类的梦想。尽管这种想法距离现实还