梅州传统民居建筑材料物理性能的研究★

王梓彤 何嘉耀 姚 强 张灵辉 温建平

(嘉应学院,广东 梅州 514015)

1 概述

梅州传统客家民居是中国古民居中重要的一部分,梅州传统民居具有鲜明特色。建筑形制上采用殿堂式、杠式、锁头式以及客家地区少有的自由式、庭院式[1]。现梅州古村落保存比较完整的民居有34座，其中有500多年的绍德堂历史最为悠久，另有萼辉楼、创毅公祠、伯荣楼等3座建筑的历史是300年以上，200年以上历史的建筑有5座，分别是畅云楼、德崇楼、司马第、培元楼和承庆楼，其余建筑均有百年以上历史。茶山村所在的水车镇有良好的窑炉煅烧的传统技术，因此，青砖和瓦是这里主要的建筑材料。

2 青砖和瓦介绍

青砖是传统的建筑材料，青砖具有强度高、抗冻性能好、耐腐蚀、不褪色、寿命长等特点，运用极为广泛。瓦是指粘土瓦，属于陶的一种，也是一种建筑材料,以粘土(包含页岩、煤矸石等粉料)为主要原料，经泥料处理、成型、干燥和焙烧而制成，颜色并非是呈青色，而是呈暗蓝色，灰蓝色。自古代开始就有“秦砖汉瓦”一词，在近代以后，北京四合院，湖南私家园林建筑都有青砖和瓦的身影[2]。

3 青砖和瓦物理性能的测试

建筑材料的物理性能主要包括密度、表观密度、强度、吸水性、抗冻性能、隔音性能。通过设计实验测量青砖和瓦的表观密度、吸水性、抗冻性能以及隔音性能等物理性能。

3.1 表观密度测量

表现密度是指材料在自然状态下，单位体积的重量。测定表观密度时，以干燥状态为准，如果在含水状态下测定表观密度，在实验室中测定的通常为烘干至恒重状态下的表观密度。

通过实验测量，分别对青砖和瓦表观密度进行测试，数据结果如表1，表2所示。

表1 青砖表观密度

由表1，表2可知，青砖的平均表观密度为2.190 g/cm3，红砖的表观密度为1.800 g/cm3,青砖的表观密度比红砖要大，而且表观密度越大，强度越高，耐久性好，实验结果表明青砖的强度和耐久性优于红砖。其中，瓦的平均表观密度为1.975 g/cm3，而混凝土瓦的表观密度为2.000 g/cm3～2.800 g/cm3,瓦的表观密度比混凝土瓦要小，而且表观密度越大，强度越高，耐久性好，因此瓦的强度和耐久性没有混凝土瓦的好。

表2 瓦的表观密度

3.2 吸水性测量

3.2.1实验原理

吸水性材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性的大小常以吸水率表示，可用质量吸水率和体积吸水率来表示。体积吸水率是指材料吸水饱和时，所吸水分体积占材料干燥体积的百分率。

3.2.2实验方法

1)将试样擦拭干净后放入烘箱，使温度保持在110 ℃，24 h后关闭温控装置，打开烘箱门，冷却至略高于室温时取出，用电子秤称多次同一块测样的质量，取其平均值M(g)，每称量一次都要用无尘布擦拭电子秤台面，并重新置零；

2)再把试样置于室温纯净水烧杯中，放置24 h，使之达到吸水饱和，实验初始应保持试样高出水面50 mm；

3)取出试验材料，把试验材料表面的水分用湿毛巾拭去，立即用电子秤多次测量同一块测样的质量，取其平均值M1(g)每称量一次都要用无尘布擦拭电子秤台面，并重新置零，记录数据。

3.2.3实验数据分析

通过实验测量，对青砖和瓦的吸水性进行测试，结果如表3，表4所示。

表3 青砖的吸水率

根据测试数据可得，青砖的平均吸水率为7.58%，红砖的吸水率在10.00%，红砖的吸水性比青砖要强。瓦的平均吸水率为13.33%，大于有釉类瓦的吸水率，小于无釉类瓦的吸水率，因测样为无釉类瓦，依据中华人民共和国建筑行业标准JC 709—1998烧结瓦，可知梅州传统民居建筑材料瓦优于市面上的无釉类的瓦片。

表4 瓦的吸水率

3.3 抗冻性能

3.3.1实验原理

冻融是指土层由于温度降到0 ℃以下和升至0 ℃以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。当气温下降时，岩石裂隙中的水分结冰，冰对岩石裂隙两壁便产生巨大的压力；而当气温回升时，冰便融化，加于两壁的压力骤减，两壁遂向中央推回。在反复的冻结和融化过程中，岩石的裂隙就会扩大、增多，以致石块被分割出来，这种作用叫冻融作用。

3.3.2实验方法

1)取干燥待测样块待用，并用电子天平测出重量m0和进行外观检查；

2)在室温水中浸泡。浸泡时水面至少应高出待测样20 mm，浸泡24 h；

3)浸泡完毕后，用湿布擦除表面水分，用电子天平测出此时待测样的重量m1，进行外观检查；

4)将饱水待测样放入冰箱的冷冻室，温度为-5 ℃，冻结24 h达到时间后取出，用电子天平测出此时青砖块的重量m2，进行外观检查；

5)将冻结后的待测样放入25 ℃的纯净水中，解冻后在干燥的环境下风干，风干后再用电子天平测出此时待测样的重量m3，计算冻融后质量损失率Gm=(m0-m3)/m0×100%，记录数据。

3.3.3实验数据分析

通过实验测量，对待测样的抗冻性能进行测试，结果如表5，表6所示。

表5 青砖的抗冻性能

表6 瓦的抗冻性能

由表5中可知，青砖的冻融实验后平均的质量损失率为0.15%，据查红砖的冻融实验后平均质量损失率为0.13%，两种建筑材料的抗冻性能基本一致，表明青砖的抗冻性能较强。根据表6可得,瓦的冻融实验后平均的质量损失率为12.17%，对试验前和冻融试验后的实验材料进行对比检查，发现瓦的边缘无裂痕、剥落、掉角、掉棱增加等现象，瓦具有一定的抗冻能力。

3.4 隔音性能

3.4.1实验原理

随着我国人口逐渐向城市迁移，近些年来，城市住房呈现紧张的状况，越来越多的人进入到城市中进行学习和生活，城市中出现了各种车辆繁杂的现象，车辆噪声已经在一定程度上影响了人们的休息。楼板及分户墙的隔声，成为住宅中噪声控制的一个重要研究方向。

3.4.2实验方法

实验装置设备有放大调理器、传感器、数据采集器。实验装置见图1。

1)实验测试时，选择安静环境，如图1固定好音频声源和振动传感器的位置，将实验箱密封然后开启音频声源用录音软件将声音进行录制；

2)将待测样1置于箱中测量位置，并将青砖与实验箱接触处密封，然后开启音频声源，用录音软件把声音进行录制；

3)将待测样2置于箱中测量位置，并将红砖与实验箱接触处密封，然后开启音频声源，用录音软件将声音进行录制；

4)用Audition软件采集录音文件的声波的振动幅值，比较三个录音文件声波的传感器信号波形图，重复5次测量振动幅度计算出平均振动幅度。

3.4.3实验数据分析

通过实验测量，对待测样品和比对样品进行了隔音测试,见表7～表9。

表7 无隔板、隔板为红砖、隔板为青砖时声音的振动幅度

表8 隔板为瓦片与无隔板时声波信号振幅测量数据

表9 隔板为硬塑板与无隔板时声波信号振幅测量数据

数据表中可见，板材单位厚度的信号振幅降低值定义为信号振幅差/板厚，其中信号振幅差等于无隔板振幅值减去有隔板振幅值。在相同实验条件下，青砖比红砖有更强的隔音效果，瓦的隔音能力优于硬塑板，因此，青砖和瓦都具有良好吸音降噪能力，在民居建筑方面有广阔的发展空间。

4 结语

研究梅州传统民居建筑材料中青砖和瓦，并对其进行表观密度测试、吸水性测试、冻融实验测试、抗冻性能、隔音测试，研究传统建筑材料的优劣性。发现梅州传统民居建筑材料中青砖有较强的隔音性能，隔音性明显红砖好。瓦表观密度小，吸水率低，且具有良好抗冻性能，这些优良的物理特性可以作为现代建筑材料的选取或是改良后应用于现代建筑中。传统民居建筑材料中建筑材料，不应该被完全取代，在城市高速发展的同时，我们更应该坚持混凝土与传统建筑材料相结合的建筑工艺，让人们再次认识到传统建筑的魅力。