第2章天然石材

第2章天然石材建筑工程材料

布達(dá)拉宮：石材、石灰砂漿萬里長城：條石、大磚、石灰砂漿胡夫金字塔，高146.59m,底部232m建方，用230多萬塊、每塊重2.5T的巖石砌成人民英雄紀(jì)念碑人民大會(huì)堂中國歷史博物館天然石材：從天然巖體中開采出來的，并經(jīng)加工成塊狀或板狀材料的總稱。建筑裝飾用的天然石材主要有花崗巖和大理石兩大種。

天然石材優(yōu)點(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高、耐久性和耐磨性好、資源分布廣、便于就地取材。天然石材缺點(diǎn)：性質(zhì)較脆、抗拉強(qiáng)度低、表觀密度大、硬度高，難于開采與加工。

本章主要內(nèi)容與要求主要內(nèi)容

巖石的形成及分類建筑石材的技術(shù)性能建筑上常用巖石建筑石材選用規(guī)則要求：1、掌握巖石的技術(shù)性能2、正確選用建筑石材規(guī)則3、合理確定建筑石材在建筑物中的使用部位及選擇和使用天然石材的方法概述(introduction)1、建筑石材的概念：是指具有一定的物理、化學(xué)性能，可用作建筑材料的巖石。

2、分類：有天然石材和人工石材兩大類。3、石材的特點(diǎn)：重量大，抗拉和抗彎強(qiáng)度小，連接困難。4、石材的作用：古代對天然石材的使用多，有了鋼筋混凝土以后，石材不作為結(jié)構(gòu)材料。做裝飾材料和混凝土骨料及膠凝材料的原料和水泥混合料。

一、巖石的形成及分類巖石的形成：各種不同地質(zhì)作用天然固態(tài)礦物的集合體礦物：具有一定化學(xué)成分和一定結(jié)構(gòu)特征的天然化合物或單質(zhì)，如石英的化學(xué)成分是二氧化硅，結(jié)構(gòu)呈六方柱狀晶體。組成巖石的礦物則稱為造巖礦物，目前發(fā)現(xiàn)的約30多種。分類按礦物組成單礦巖—單一礦物組成多礦巖—兩種或以上礦物組成按形成原因巖漿巖（火成巖）沉積巖（水成巖）變質(zhì)巖（一）、巖漿巖定義：由地地殼內(nèi)部的熔融巖漿上升到地表附近或噴出地表，結(jié)晶而成的巖石稱為巖漿巖，又稱火成巖。1、深成巖

定義：巖漿在地表深處受上部巖層的壓力作用，緩慢

冷卻結(jié)晶成巖。

特點(diǎn)：呈塊狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)造致密，可琢磨拋光，抗壓強(qiáng)度高、吸水率小、表觀密度大、抗凍性好。

花崗巖、正長石、橄欖巖、閃長巖巖漿巖按巖漿冷卻條件分類：

深成巖、噴出巖、火山巖橄欖巖

2、噴出巖

定義：噴出巖是巖漿噴出地表時(shí)，在壓力降低和冷卻較快的條件下形成的巖石。特點(diǎn)：呈隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。巖層較厚時(shí)結(jié)構(gòu)性質(zhì)類似深成巖，較薄則類似火山巖。

玄武巖、輝綠巖、安山巖玄武巖輝綠巖安山巖3、火山巖定義：火山巖是火山爆發(fā)時(shí)，巖漿被噴到空中而急速冷卻后形成的巖石。特點(diǎn)：呈多孔玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，表觀密度小

火山灰、浮石、火山凝灰?guī)r等火山灰、火山砂可作水泥混合材料；火山灰、火山砂經(jīng)覆蓋的壓力作用膠結(jié)而成的巖石稱為火山凝灰?guī)r。它特點(diǎn)多孔、質(zhì)輕，易于加工，可作保溫建筑的墻體材料。雕像以堅(jiān)固的火山凝灰?guī)r為材料

（二）、沉積巖定義：是由露出地表的巖石（母巖）風(fēng)化后，經(jīng)過搬運(yùn)、沉積和再造巖作用而形成的巖石。特點(diǎn)是層狀結(jié)構(gòu)，外觀多層理，表觀密度小，孔隙率和吸水率大，強(qiáng)度較低，耐久性較差。但是其分布廣，易加工所以在建筑上應(yīng)用廣泛。沉積巖按生成條件分類

化學(xué)沉積巖、機(jī)械沉積巖、生物沉積巖化學(xué)沉積巖由巖石風(fēng)化而得的溶液或含水膠體經(jīng)沉淀而形成的。

石膏、白云巖、菱鎂礦及某些石灰?guī)r等。機(jī)械沉積巖巖石碎屑經(jīng)流水、冰川或風(fēng)力作用搬運(yùn)，逐漸沉積而成。散粒狀的有粘土、砂、亂石等，砂巖、頁巖等。生物沉積巖由海水或淡水中的生物殘骸經(jīng)分級(jí)沉積而成。

石灰石、硅藻巖等它們是生產(chǎn)石灰、水泥的原料。

沉積巖（三）、變質(zhì)巖定義：原生的火成巖或沉積巖經(jīng)過地質(zhì)上的變質(zhì)作用而形成的新巖石。變質(zhì)作用：是原生的巖石在地殼內(nèi)部的高溫、高壓、熾熱氣體和滲入巖石中的水溶液作用下，礦物再結(jié)晶，有時(shí)還可能生成新礦物，巖石的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生較深刻的變化。性質(zhì)取決于變質(zhì)前的巖石成分與變質(zhì)過程。沉積巖形成變質(zhì)巖后，建筑性能有所變化，如石灰?guī)r和白云巖變質(zhì)后到大理石，更堅(jiān)固耐久；而巖漿巖變質(zhì)后產(chǎn)生片狀構(gòu)造，性能下降，如花崗巖變質(zhì)后成為片麻巖則易于分層剝落、耐久性差。變質(zhì)巖1物理性質(zhì)（1）表觀密度巖石的表觀密度由其礦物質(zhì)組成與致密程度決定。天然巖石按表觀密度分兩類：＜1800kg/m3為輕質(zhì)石材；主要用于房屋墻體材料及輕骨料混凝土中的骨料等?！?800kg/m3為重質(zhì)石材。主要用于建筑的基礎(chǔ)、勒腳、貼面、地面以及修筑路面、橋梁、水壩、擋土墻等。表觀密度大小間接反映石材的致密程度與孔隙多少，一般而言，同種石材表觀密度越大，則抗壓強(qiáng)度越高，吸水性越小，耐久性、導(dǎo)熱性越好。二、建筑石材的技術(shù)性能(2)吸水性吸水率低于1.5%的巖石稱為低吸水性巖石；介于1.5%～3.0%的稱為中吸水性巖石；高于3.0%的稱為高吸水性巖石。石材的吸水性主要與其孔隙率及孔隙特征有關(guān)。石材的吸水性對其強(qiáng)度與耐水性有很大影響。石材吸水后降低顆粒之間的粘結(jié)力，從而使強(qiáng)度降低。吸水性強(qiáng)且易溶蝕的巖石，其耐水性較差。吸水性還影響到其他一些性質(zhì)，如導(dǎo)熱性、抗凍性等。1物理性質(zhì)（3）耐水性按軟化系數(shù)大小，天然石材分為3類：＞0.90，高耐水性石材；0.70-0.90，中耐水性石材；0.60-0.70，低耐水性石材。軟化系數(shù)＜0.80者，不允許用于重要建筑物中。（4）抗凍性抗凍性是指石材抵抗凍融破壞的能力，是衡量石材耐久性的重要指標(biāo)。用石材在吸水飽和狀態(tài)下按規(guī)范要求所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)D表示。D越大，則抗凍性越好?？箖鲂耘c吸水性的關(guān)系：吸水性大，抗凍性差，吸水率＜0.5%的石材可看成抗凍的。（5）耐熱性石材的耐熱性與其化學(xué)成分和礦物組成相關(guān)。2力學(xué)性質(zhì)（1）抗壓強(qiáng)度石材的強(qiáng)度與所含礦物及結(jié)構(gòu)、構(gòu)造關(guān)系較大。石材抗壓強(qiáng)度是以邊長為50mm的立方體試件‘在水飽和狀態(tài)下測得的抗壓強(qiáng)度平均值來表示。根據(jù)抗壓強(qiáng)度值的大小，天然石材強(qiáng)度等級(jí)分為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10等9個(gè)等級(jí)。（2）沖擊韌性石材的沖擊韌性取決于礦物組成與構(gòu)造。石英巖和硅質(zhì)砂巖脆性很大；含暗色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有相對較大的韌性。通常，晶體結(jié)構(gòu)的巖石較非晶體結(jié)構(gòu)的巖石具有較高的韌性。（3）硬度石材的硬度與礦物的硬度與構(gòu)造。凡由致密、堅(jiān)硬礦物組成的石材，其硬度較高。石材的硬度與抗壓強(qiáng)度具有良好的相關(guān)性，一般抗壓強(qiáng)度越高，其硬度也越高。硬度越高，其耐磨性和抗刻劃性越好，但表面加工越困難。（4）耐磨性石材的耐磨性與其礦物的硬度、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征以及石材的抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性等有關(guān)。礦物愈堅(jiān)硬、構(gòu)造愈致密以及石材的抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性愈高，石材的耐磨性愈好。三建筑上常用巖石建筑上常用的巖石有花崗巖、砂巖、石灰石、大理石等1.花崗巖礦物組成：長石、石英及少量云母結(jié)構(gòu)：全晶質(zhì)（巖石中所有成分為晶體），按結(jié)晶粒大小分細(xì)粒、中粒、粗粒、斑狀多種構(gòu)造。技術(shù)特性：

表觀密度大（2500～2800kg/m3），硬度高；抗壓強(qiáng)度高（120～300MPa）；孔隙率??；材質(zhì)堅(jiān)硬，耐磨性好，不易風(fēng)化，耐久性好（500-1000年），不耐火(SiO2晶態(tài)轉(zhuǎn)變）酸性巖石耐酸性好。顏色：花崗巖的顏色由造巖礦物決定，通常呈灰、灰白、淺黃、淺紅、紅灰、肉紅色較多；另有黑、青、玫瑰紅色。應(yīng)用：由于花崗石板材質(zhì)感豐富，具有華麗高貴的裝飾效果，且質(zhì)地堅(jiān)硬、耐久性好，所以是室內(nèi)外高級(jí)裝飾材料。主要用于建筑物的墻、柱、地、樓梯、臺(tái)階、欄桿等表面裝飾及服務(wù)臺(tái)、展示臺(tái)等。

一般鏡面花崗石板材和細(xì)面花崗石板材表面光潔光滑，質(zhì)感細(xì)膩，多用于室內(nèi)墻面和地面、部分建筑的外墻面裝飾。粗面花崗石板材表面質(zhì)感粗糙、粗獷，主要用于室外墻基礎(chǔ)、臺(tái)階、踏步和墻面裝飾，有一種古樸、回歸自然的親切感?；◢弾r板材花崗巖臺(tái)階2.砂巖砂巖是指母巖碎屑沉積物被天然膠結(jié)而成，主要成分為石英（SiO2），粘土含量<25%，具有砂質(zhì)結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)，層理分明。性能與膠結(jié)物種類及膠結(jié)的密實(shí)度有關(guān)。致密堅(jiān)硬的砂巖堅(jiān)硬耐久，耐酸，性能接近于花崗巖，可用作紀(jì)念性建筑及耐酸工程。建筑上根據(jù)砂巖性能的高低，適用于基礎(chǔ)、勒腳、墻體、踏步等處。砂巖浮雕3石灰石礦物：方解石，少量粘土、碳酸鎂、石英結(jié)構(gòu)：構(gòu)造密實(shí)、多孔和散粒等松散土狀的稱為白堊，是制造玻璃、石灰、水泥的原料；多孔的如貝殼石灰?guī)r可作保溫建筑的墻體；密實(shí)的為普通石灰石。物理