1、第第2 2章章 天然石材天然石材天然石材天然石材 从天然岩石中采得的毛石经过锯、凿、磨等机械加工所得的材料。一般性质一般性质 很高的抗压强度，良好的耐久性与耐磨性，资源分布广，便于就地取材；但质地较脆，抗拉强度较低，表观密度大，硬度较高，开采加工比较困难。常用石材常用石材 1、重质致密的块体石材，砌筑基础、挡土墙、护坡等。2、散粒石材，碎石、砂，用作混凝土骨料。3、建筑原料，砖、瓦的黏土矿，石膏胶凝材料等。4、用于生产装饰材料，护面材料，绝热材料等。岩浆岩浆岩浆岩岩浆岩沉积岩沉积岩变质岩变质岩岩石岩石 由矿物组成，由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿物的集合体。矿物矿物 在地壳中受各种不同地
2、质作用所形成的具有一定化学成分和一定结构特征的单质或化合物。组成岩石的矿物叫做造岩矿物。不同的岩石具有不同的矿物成分、结构和构造，同种岩石产地不同，其矿物组成和内部构造也不尽相同，其物理性质也有差异。分类分类 根据生成条件，按地质分类法分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩三类。一、岩浆岩一、岩浆岩A 岩浆岩又称火成岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶构造而没有层理。根据冷却条件分为深成岩、喷出岩和火山岩。其结构、性质略有不同。由地表的各类岩石经自然界的由地表的各类岩石经自然界的风化作用破坏后被水流、冰川或风风化作用破坏后被水流、冰川或风力搬运至不同的地方，再经逐层沉力搬运至不同的地方，再经逐层沉积并
3、在覆盖层的压力作用或天然矿积并在覆盖层的压力作用或天然矿物胶结剂的胶结作用下重新压实胶物胶结剂的胶结作用下重新压实胶结而成的岩石。结而成的岩石。二、沉积岩二、沉积岩一、岩浆岩一、岩浆岩三、变质岩三、变质岩 由地壳中原有的各类岩石，在由地壳中原有的各类岩石，在地层的压力或温度作用下，原岩石地层的压力或温度作用下，原岩石在固体状态下发生变质作用而形成在固体状态下发生变质作用而形成的新岩石。的新岩石。强度、耐久性有提升有下降。强度、耐久性有提升有下降。岩石岩石岩浆岩岩浆岩花岗岩花岗岩玄武岩玄武岩沉积岩沉积岩砾砾 岩岩砂砂 岩岩页页 岩岩石灰岩石灰岩变质岩变质岩大理岩大理岩片麻岩片麻岩用箭头来表示类别
4、关系用箭头来表示类别关系增增强强减减弱弱2.2 2.2 土木工程中常用的岩石及其加工类型土木工程中常用的岩石及其加工类型 2.2.1 2.2.1 土木工程中常用的岩石土木工程中常用的岩石(1)(1)花岗岩花岗岩(granite)(granite)花岗石建材花岗石建材 所含矿物杂质不同所含矿物杂质不同(2)(2)玄武岩玄武岩(basalt)(basalt)玄武岩属于岩浆岩，由斜长石、辉石和橄榄石玄武岩属于岩浆岩，由斜长石、辉石和橄榄石组成。组成。其硬度高，脆性大，抗风化能力强，表观密度其硬度高，脆性大，抗风化能力强，表观密度为为29002900至至3500kg/m3500kg/m，抗压强度为，抗
5、压强度为100100至至500MPa500MPa。常用作高强度混凝土骨料，及铺筑道路的路面。常用作高强度混凝土骨料，及铺筑道路的路面。2.2 2.2 土木工程中常用的岩石及其加工类型土木工程中常用的岩石及其加工类型 2.2.1 2.2.1 土木工程中常用的岩石土木工程中常用的岩石(3)(3)石灰岩石灰岩(limestone)(limestone)俗称灰石，是分布极广的沉积岩。主要化学成分俗称灰石，是分布极广的沉积岩。主要化学成分为为CaCOCaCO3 3，主要矿物成分为方解石。，主要矿物成分为方解石。表观密度为表观密度为26002600至至2800kg/m2800kg/m，抗压强度为，抗压强度
6、为2020至至160MPa160MPa，吸水率为，吸水率为2 2至至1010，黏土含量不超过，黏土含量不超过3 3至至4 4时，也具有较好的耐水性和抗冻性。时，也具有较好的耐水性和抗冻性。作为构筑物基础、墙身及路面等，其碎石常用作为构筑物基础、墙身及路面等，其碎石常用作混凝土骨料，也是生产水泥和石灰的原料。作混凝土骨料，也是生产水泥和石灰的原料。2.2 2.2 土木工程中常用的岩石及其加工类型土木工程中常用的岩石及其加工类型 2.2.1 2.2.1 土木工程中常用的岩石土木工程中常用的岩石(4)(4)砂岩砂岩(sandstone)(sandstone)主要由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重主
7、要由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重新胶结而成。新胶结而成。1 1、硅质砂岩（以氧化硅胶结而成），密度大、强度、硅质砂岩（以氧化硅胶结而成），密度大、强度高、硬度大、加工困难。高、硬度大、加工困难。2 2、铁质砂岩、铁质砂岩3 3、钙质砂岩、钙质砂岩4 4、黏土质砂岩、黏土质砂岩2.2 2.2 土木工程中常用的岩石及其加工类型土木工程中常用的岩石及其加工类型 2.2.1 2.2.1 土木工程中常用的岩石土木工程中常用的岩石(5)(5)大理岩大理岩 大理石特性大理石特性(6)(6)石英岩石英岩 石英砂由硅质砂岩变质而成。岩体均匀致密，抗压石英砂由硅质砂岩变质而成。岩体均匀致密，抗压强度大，耐久
8、性好，但硬度高，加工困难。强度大，耐久性好，但硬度高，加工困难。常用作重要建筑物的贴面石，耐磨耐酸的贴面材料。常用作重要建筑物的贴面石，耐磨耐酸的贴面材料。思考：砂轮锯什么成分？思考：砂轮锯什么成分？(7)(7)片麻岩片麻岩 由花岗岩变质而成。呈片状构造，各个方向的物理由花岗岩变质而成。呈片状构造，各个方向的物理力学性质差异较大。此外，抗冻性差，易于风化。力学性质差异较大。此外，抗冻性差，易于风化。玄武岩玄武岩大理岩大理岩 石英岩石英岩2.2 2.2 土木工程中常用的岩石及其加工类型土木工程中常用的岩石及其加工类型 2.2.2 2.2.2 石材的加工类型石材的加工类型 土木工程中使用的石材常加
9、工为散粒状、块状，形状规则的石块、石板，形状特殊的石制品。(1)(1)砌筑用石材砌筑用石材 砌筑用的石材分为毛石、料石两类。毛石是由爆破直接得到的石块；料石是由人工或机械开采出的较规则的并略加凿琢而成的六面体石块。(2)(2)板材板材 厚度一般为20mm的石材，称为板材。(2)(2)颗粒状石料颗粒状石料 根据大小形状分为碎石、卵石、石渣三类。2.2.3 2.2.3 石材的选用石材的选用 在建筑设计和施工中，应根据适用性、经济性和安全性的原则选用石材。一、适用性主要考虑石材的技术性能是否能满足使用要求。1、承重用的石材 考虑强度等级、耐久性、抗冻性等2、围护结构石材 良好的绝热性能3、地面、台阶
10、石材 坚硬耐磨4、装饰用石材 与环境的协调及可加工性5、特殊用途石材 高温、高湿、严寒条件的下耐久性、耐水性、抗冻性及耐化学腐蚀性。二、经济性主要考虑是否需要长途运输还是就地取材利用当地资源。三、安全性主要考虑是否存在影响人体健康的成分，如放射性元素镭-266等。国标GB/T6566-2001建筑材料放射性核素限量分三类材料。2.3 2.3 石材的技术性质石材的技术性质 2.3.1 2.3.1 物理性质物理性质(1)(1)表观密度表观密度 表观密度与矿物组成、孔隙率及含水率有关。表观密度的大小常间接反映石材的致密程度与孔隙多少。同种石材的表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率越小，耐久性越强，导
11、热性越好。1、轻质石材 表观密度1800kg/m 用作墙体材料2、重质石材 表观密度1800kg/m 用作基础材料2.3.1 2.3.1 物理性质物理性质(2)(2)吸水性吸水性 石材的吸水性与其孔隙率及孔隙特征有关。1、开口孔隙易被水浸入，闭口孔隙，水不易浸入。2、孔隙特征相同的石材，孔隙率越大，则吸水率越高。3、石材的吸水性与其中矿物的亲水性有关。4、石材的吸水性与饱和系数大小有关。5、低吸水性岩石和高吸水性岩石划分标准。6、吸水性对石材的强度和耐水性有很大的影响。(3)(3)耐水性耐水性 石材的耐水性以软化系数表示。根据软化系数大小，可将石材分为高、中、低三个等级。参考1.2.3区别和材
12、料耐水性划分的差异。(4)(4)抗冻性抗冻性 石材在饱水状态下能经受的冻融循环次数(强度降低值不超过25，质量损失不超过5，无贯穿裂缝)表示。吸水率0.5的石材认为是抗冻型材料。(5)(5)耐热性耐热性 耐高温破坏的特性，与其化学成分及矿物组成有关。(4)(4)导热性导热性 与其致密程度有关，注意其单位。2.3.2 2.3.2 力学性质力学性质(1)(1)抗压强度抗压强度 以三个边长为70mm的立方体试块的抗压强度平均指表示。共分为九个等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10。1、矿物组成对石材抗压强度有一定的影响。2、结构与构造对抗压强
13、度也有很大的影响。(2)(2)冲击韧性冲击韧性 天然石材是典型的脆性材料，其冲击韧性一般较弱。回顾弹性与塑形，脆性与韧性的区别。立方体边长(mm)2001501007050换算系数1.431.281.141.000.862.3.2 2.3.2 力学性质力学性质(3)(3)硬度硬度 取决于矿物组成的硬度和构造。凡是由致密、坚硬矿物组成的石材，其强度就高。以莫氏硬度表示。莫氏硬度是用金刚钻针刻画痕迹的深度表示。滑石为1，金刚石为10，是相对硬度。常用于野外地质考察，指甲硬度为2.5，钢刀硬度为5.5。(4)(4)耐磨性耐磨性 石材在使用条件下抵抗摩擦、边缘剪切及冲击等复杂作用的性质。组成矿物越坚硬
14、，构造越致密，抗压强度和冲击韧性越高，则石材的耐磨性越好。2.3.3 2.3.3 工艺性质工艺性质 指开采和加工过程的难易程度及可能性。(1)(1)加工性加工性 指对岩石劈解、破碎与凿琢等加工工艺的难易程度。强度、硬度、韧性较高的石材不易加工；质脆粗糙，颗粒交错，层状或片状构造以及风化岩石，难以满足加工要求。(2)(2)磨光性磨光性 岩石能否磨成光滑表面的性质。致密均匀细粒的岩石磨光性较好。(3)(3)抗钻性抗钻性 岩石钻孔时其难易程度的性质。2.4 2.4 天然石材的破坏及防护天然石材的破坏及防护 (1)(1)影响因素影响因素 首先回忆影响材料耐久性的因素有哪些？(2)(2)水的作用水的作用
15、 水是石材破坏的主要原因，它能软化并加剧其冻害，且能与有害气体合成酸，使石料发生分解与溶蚀。(3)(3)防护措施防护措施 合理选材 防止破坏的关键 表面处理 涂刷憎水性涂料(金属皂、石蜡等)，并隔绝空气。附录附录 花岗岩花岗岩属于岩浆岩，指由石英、长石、及少量云母和暗色矿物（橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母等）组成的全晶质的岩石。技术特性技术特性为表观密度大，达到2700kg/m；抗压强度高，可达120至250MPa；抗冻性好，可达100至200次冻融循环；吸水率小；耐磨性好；耐久性相当高，使用年限为75至200年；耐火型较差。用途用途为结构基础、闸坝、桥墩、勒脚及纪念性建筑物等。大理石大理石 由石灰岩或白云岩变质而成的变质岩，主要矿物成分是方解石或白云石，主要化学成分为碳酸盐类。大理石构造致密，密度大，但硬度不高，易于分割，锯切、雕刻性能好，磨光后非常美观，常用于装饰和饰面材料，但大部分易被酸侵蚀。（酸雨影响）岩石内部所含矿物颗粒以及杂质不同，在外观和特性上也表现出很大的差异。
