梅州傳統(tǒng)民居建筑材料物理性能的研究★

王梓彤 何嘉耀 姚 強(qiáng) 張靈輝 溫建平

(嘉應(yīng)學(xué)院,廣東 梅州 514015)

1 概述

梅州傳統(tǒng)客家民居是中國古民居中重要的一部分,梅州傳統(tǒng)民居具有鮮明特色。建筑形制上采用殿堂式、杠式、鎖頭式以及客家地區(qū)少有的自由式、庭院式[1]?，F(xiàn)梅州古村落保存比較完整的民居有34座，其中有500多年的紹德堂歷史最為悠久，另有萼輝樓、創(chuàng)毅公祠、伯榮樓等3座建筑的歷史是300年以上，200年以上歷史的建筑有5座，分別是暢云樓、德崇樓、司馬第、培元樓和承慶樓，其余建筑均有百年以上歷史。茶山村所在的水車鎮(zhèn)有良好的窯爐煅燒的傳統(tǒng)技術(shù)，因此，青磚和瓦是這里主要的建筑材料。

2 青磚和瓦介紹

青磚是傳統(tǒng)的建筑材料，青磚具有強(qiáng)度高、抗凍性能好、耐腐蝕、不褪色、壽命長等特點(diǎn)，運(yùn)用極為廣泛。瓦是指粘土瓦，屬于陶的一種，也是一種建筑材料,以粘土(包含頁巖、煤矸石等粉料)為主要原料，經(jīng)泥料處理、成型、干燥和焙燒而制成，顏色并非是呈青色，而是呈暗藍(lán)色，灰藍(lán)色。自古代開始就有“秦磚漢瓦”一詞，在近代以后，北京四合院，湖南私家園林建筑都有青磚和瓦的身影[2]。

3 青磚和瓦物理性能的測試

建筑材料的物理性能主要包括密度、表觀密度、強(qiáng)度、吸水性、抗凍性能、隔音性能。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量青磚和瓦的表觀密度、吸水性、抗凍性能以及隔音性能等物理性能。

3.1 表觀密度測量

表現(xiàn)密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積的重量。測定表觀密度時(shí)，以干燥狀態(tài)為準(zhǔn)，如果在含水狀態(tài)下測定表觀密度，在實(shí)驗(yàn)室中測定的通常為烘干至恒重狀態(tài)下的表觀密度。

通過實(shí)驗(yàn)測量，分別對青磚和瓦表觀密度進(jìn)行測試，數(shù)據(jù)結(jié)果如表1，表2所示。

表1 青磚表觀密度

由表1，表2可知，青磚的平均表觀密度為2.190 g/cm3，紅磚的表觀密度為1.800 g/cm3,青磚的表觀密度比紅磚要大，而且表觀密度越大，強(qiáng)度越高，耐久性好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明青磚的強(qiáng)度和耐久性優(yōu)于紅磚。其中，瓦的平均表觀密度為1.975 g/cm3，而混凝土瓦的表觀密度為2.000 g/cm3～2.800 g/cm3,瓦的表觀密度比混凝土瓦要小，而且表觀密度越大，強(qiáng)度越高，耐久性好，因此瓦的強(qiáng)度和耐久性沒有混凝土瓦的好。

表2 瓦的表觀密度

3.2 吸水性測量

3.2.1實(shí)驗(yàn)原理

吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。吸水性的大小常以吸水率表示，可用質(zhì)量吸水率和體積吸水率來表示。體積吸水率是指材料吸水飽和時(shí)，所吸水分體積占材料干燥體積的百分率。

3.2.2實(shí)驗(yàn)方法

1)將試樣擦拭干凈后放入烘箱，使溫度保持在110 ℃，24 h后關(guān)閉溫控裝置，打開烘箱門，冷卻至略高于室溫時(shí)取出，用電子秤稱多次同一塊測樣的質(zhì)量，取其平均值M(g)，每稱量一次都要用無塵布擦拭電子秤臺(tái)面，并重新置零；

2)再把試樣置于室溫純凈水燒杯中，放置24 h，使之達(dá)到吸水飽和，實(shí)驗(yàn)初始應(yīng)保持試樣高出水面50 mm；

3)取出試驗(yàn)材料，把試驗(yàn)材料表面的水分用濕毛巾拭去，立即用電子秤多次測量同一塊測樣的質(zhì)量，取其平均值M1(g)每稱量一次都要用無塵布擦拭電子秤臺(tái)面，并重新置零，記錄數(shù)據(jù)。

3.2.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過實(shí)驗(yàn)測量，對青磚和瓦的吸水性進(jìn)行測試，結(jié)果如表3，表4所示。

表3 青磚的吸水率

根據(jù)測試數(shù)據(jù)可得，青磚的平均吸水率為7.58%，紅磚的吸水率在10.00%，紅磚的吸水性比青磚要強(qiáng)。瓦的平均吸水率為13.33%，大于有釉類瓦的吸水率，小于無釉類瓦的吸水率，因測樣為無釉類瓦，依據(jù)中華人民共和國建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC 709—1998燒結(jié)瓦，可知梅州傳統(tǒng)民居建筑材料瓦優(yōu)于市面上的無釉類的瓦片。

表4 瓦的吸水率

3.3 抗凍性能

3.3.1實(shí)驗(yàn)原理

凍融是指土層由于溫度降到0 ℃以下和升至0 ℃以上而產(chǎn)生凍結(jié)和融化的一種物理地質(zhì)作用和現(xiàn)象。當(dāng)氣溫下降時(shí)，巖石裂隙中的水分結(jié)冰，冰對巖石裂隙兩壁便產(chǎn)生巨大的壓力；而當(dāng)氣溫回升時(shí)，冰便融化，加于兩壁的壓力驟減，兩壁遂向中央推回。在反復(fù)的凍結(jié)和融化過程中，巖石的裂隙就會(huì)擴(kuò)大、增多，以致石塊被分割出來，這種作用叫凍融作用。

3.3.2實(shí)驗(yàn)方法

1)取干燥待測樣塊待用，并用電子天平測出重量m0和進(jìn)行外觀檢查；

2)在室溫水中浸泡。浸泡時(shí)水面至少應(yīng)高出待測樣20 mm，浸泡24 h；

3)浸泡完畢后，用濕布擦除表面水分，用電子天平測出此時(shí)待測樣的重量m1，進(jìn)行外觀檢查；

4)將飽水待測樣放入冰箱的冷凍室，溫度為-5 ℃，凍結(jié)24 h達(dá)到時(shí)間后取出，用電子天平測出此時(shí)青磚塊的重量m2，進(jìn)行外觀檢查；

5)將凍結(jié)后的待測樣放入25 ℃的純凈水中，解凍后在干燥的環(huán)境下風(fēng)干，風(fēng)干后再用電子天平測出此時(shí)待測樣的重量m3，計(jì)算凍融后質(zhì)量損失率Gm=(m0-m3)/m0×100%，記錄數(shù)據(jù)。

3.3.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過實(shí)驗(yàn)測量，對待測樣的抗凍性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表5，表6所示。

表5 青磚的抗凍性能

表6 瓦的抗凍性能

由表5中可知，青磚的凍融實(shí)驗(yàn)后平均的質(zhì)量損失率為0.15%，據(jù)查紅磚的凍融實(shí)驗(yàn)后平均質(zhì)量損失率為0.13%，兩種建筑材料的抗凍性能基本一致，表明青磚的抗凍性能較強(qiáng)。根據(jù)表6可得,瓦的凍融實(shí)驗(yàn)后平均的質(zhì)量損失率為12.17%，對試驗(yàn)前和凍融試驗(yàn)后的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行對比檢查，發(fā)現(xiàn)瓦的邊緣無裂痕、剝落、掉角、掉棱增加等現(xiàn)象，瓦具有一定的抗凍能力。

3.4 隔音性能

3.4.1實(shí)驗(yàn)原理

隨著我國人口逐漸向城市遷移，近些年來，城市住房呈現(xiàn)緊張的狀況，越來越多的人進(jìn)入到城市中進(jìn)行學(xué)習(xí)和生活，城市中出現(xiàn)了各種車輛繁雜的現(xiàn)象，車輛噪聲已經(jīng)在一定程度上影響了人們的休息。樓板及分戶墻的隔聲，成為住宅中噪聲控制的一個(gè)重要研究方向。

3.4.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備有放大調(diào)理器、傳感器、數(shù)據(jù)采集器。實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

1)實(shí)驗(yàn)測試時(shí)，選擇安靜環(huán)境，如圖1固定好音頻聲源和振動(dòng)傳感器的位置，將實(shí)驗(yàn)箱密封然后開啟音頻聲源用錄音軟件將聲音進(jìn)行錄制；

2)將待測樣1置于箱中測量位置，并將青磚與實(shí)驗(yàn)箱接觸處密封，然后開啟音頻聲源，用錄音軟件把聲音進(jìn)行錄制；

3)將待測樣2置于箱中測量位置，并將紅磚與實(shí)驗(yàn)箱接觸處密封，然后開啟音頻聲源，用錄音軟件將聲音進(jìn)行錄制；

4)用Audition軟件采集錄音文件的聲波的振動(dòng)幅值，比較三個(gè)錄音文件聲波的傳感器信號波形圖，重復(fù)5次測量振動(dòng)幅度計(jì)算出平均振動(dòng)幅度。

3.4.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過實(shí)驗(yàn)測量，對待測樣品和比對樣品進(jìn)行了隔音測試,見表7～表9。

表7 無隔板、隔板為紅磚、隔板為青磚時(shí)聲音的振動(dòng)幅度

表8 隔板為瓦片與無隔板時(shí)聲波信號振幅測量數(shù)據(jù)

表9 隔板為硬塑板與無隔板時(shí)聲波信號振幅測量數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)表中可見，板材單位厚度的信號振幅降低值定義為信號振幅差/板厚，其中信號振幅差等于無隔板振幅值減去有隔板振幅值。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，青磚比紅磚有更強(qiáng)的隔音效果，瓦的隔音能力優(yōu)于硬塑板，因此，青磚和瓦都具有良好吸音降噪能力，在民居建筑方面有廣闊的發(fā)展空間。

4 結(jié)語

研究梅州傳統(tǒng)民居建筑材料中青磚和瓦，并對其進(jìn)行表觀密度測試、吸水性測試、凍融實(shí)驗(yàn)測試、抗凍性能、隔音測試，研究傳統(tǒng)建筑材料的優(yōu)劣性。發(fā)現(xiàn)梅州傳統(tǒng)民居建筑材料中青磚有較強(qiáng)的隔音性能，隔音性明顯紅磚好。瓦表觀密度小，吸水率低，且具有良好抗凍性能，這些優(yōu)良的物理特性可以作為現(xiàn)代建筑材料的選取或是改良后應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。傳統(tǒng)民居建筑材料中建筑材料，不應(yīng)該被完全取代，在城市高速發(fā)展的同時(shí)，我們更應(yīng)該堅(jiān)持混凝土與傳統(tǒng)建筑材料相結(jié)合的建筑工藝，讓人們再次認(rèn)識到傳統(tǒng)建筑的魅力。