《建筑材料》課件-第3章

第3章石材3.1天然巖石的分類(lèi)3.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)、類(lèi)型及選用原則3.3人造石材

3.1天然巖石的分類(lèi)

3.1.1造巖礦物

巖石由各種地質(zhì)作用所形成，是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱(chēng)為造巖礦物。大多數(shù)巖石由多種造巖礦物組成，不同的造巖礦物在不同的地質(zhì)條件下，形成不同性質(zhì)的巖石。巖石沒(méi)有確定的化學(xué)組成和物理性質(zhì)，同種巖石，產(chǎn)地不同，其各種礦物的含量、顆粒結(jié)構(gòu)均有差

異，因而顏色、強(qiáng)度、耐久性等也有差別。表3－1主要造巖礦物的顏色和特性3.1.2巖石的形成及分類(lèi)

巖石按地質(zhì)形成條件分為火成巖、沉積巖和變質(zhì)巖三大類(lèi)，它們具有顯著不同的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)。

1.火成巖

火成巖又稱(chēng)巖漿巖，是因地殼變動(dòng)，熔融的巖漿由地殼內(nèi)部上升后冷卻而成。火成巖是組成地殼的主要巖石，占地殼總重量的89%?；鸪蓭r按巖漿冷卻條件的不同，又分為深成巖、噴出巖和火山巖三種。（1）深成巖。

深成巖是巖漿在地殼深處，在很大的覆蓋壓力下緩慢冷卻而成的巖石，其特性是：構(gòu)造致密、表觀密度大、抗壓強(qiáng)度高、吸水率小、抗凍性好、耐磨性好，如花崗巖、正長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等。

（2）噴出巖。

噴出巖是熔融巖漿噴出地表后，在壓力降低、迅速冷卻的條件下形成的巖石。當(dāng)巖漿形成較厚的巖層時(shí)，其結(jié)構(gòu)致密，性能接近于深成巖，但因冷卻迅速多呈隱晶質(zhì)（礦物晶粒細(xì)小，肉眼不能識(shí)別）或玻璃質(zhì)，如建筑上常用的玄武巖、安山巖等；若噴出的巖漿層較薄時(shí)，常呈多孔構(gòu)造。（3）火山巖。

火山巖又稱(chēng)火山碎屑巖。火山巖是火山爆發(fā)時(shí)，巖漿被噴到空中，急速冷卻后落下而形成的碎屑巖石，如火山灰、浮石等?；鹕綆r都是輕質(zhì)多孔結(jié)構(gòu)的材料，其中火山灰被大量用作水泥的混合材料，浮石可用作輕質(zhì)骨料以配制輕骨料混凝土用作墻體材料。

2.沉積巖

沉積巖又稱(chēng)水成巖。地表的多種巖石在外力地質(zhì)作用下，經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)（風(fēng)吹搬遷、流水沖移）、沉積和再造巖等作用（壓固、膠結(jié)、重結(jié)晶等），在地表或離地表不太深處形成的巖石。沉積巖大都呈層狀結(jié)構(gòu)，各層巖石的成分、構(gòu)造、顏色、性能等均不相同，且為各向異性。與深成火成巖相比，沉積巖的表觀密度小，結(jié)構(gòu)致密性較差，孔隙率和吸水率較大，強(qiáng)度和耐久性較低。

沉積巖雖僅占地殼總重量的5%，但在地球上分布很廣、約占地殼表面積的75%，加之藏于離地表不太深處，故易于開(kāi)采。沉積巖用途廣泛，其中最重要的是石灰?guī)r。石灰?guī)r是燒制石灰和水泥的主要原料，更是配制普通混凝土的重要組成材料。石灰?guī)r也是修筑堤壩和鋪筑道路的原材料。

3.變質(zhì)巖

變質(zhì)巖由原生的火成巖或沉積巖，經(jīng)過(guò)地殼內(nèi)部高溫、高壓等變化作用使它們的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及化學(xué)組成都發(fā)生改變后而形成的巖石。其中沉積巖變質(zhì)后，性能變好，結(jié)構(gòu)變得致密，堅(jiān)實(shí)耐久，如石灰?guī)r變質(zhì)為大理巖；而火成巖經(jīng)變質(zhì)后，性質(zhì)反而變差，如花崗

巖變質(zhì)成的片麻巖，易產(chǎn)生分層剝落，使耐久性變差。

3.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)、類(lèi)型及選用原則

3.2.1天然石材的特點(diǎn)

天然石材是指從天然巖體中開(kāi)采出來(lái)，經(jīng)過(guò)加工成塊狀或板狀材料的總稱(chēng)。天然石材的主要優(yōu)點(diǎn)是：

(1)蘊(yùn)藏豐富，分布很廣，便于就地取材。

(2)石材結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度高，大部分石材的抗壓強(qiáng)度可達(dá)100MPa以上。

(3)耐水性好。

(4)耐磨性好。

(5)裝飾性好。石材具有紋理自然、質(zhì)感穩(wěn)重、莊嚴(yán)、雄偉的藝術(shù)效果。

(6)耐久性好，使用年限可達(dá)百年以上。

3.2.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)

1．表觀密度

天然石材按表觀密度分為重石和輕石兩類(lèi)，表觀密度大于1800kg/m3的為重石，用于建筑物的基礎(chǔ)、覆面、房屋的外墻、地面、路面、橋梁以及水下建筑物等。表觀密度小于1800kg/m3的為輕石，主要用作砌筑采暖房屋的墻壁。

2．抗壓強(qiáng)度

天然巖石是以70mm×70mm×70mm的立方體試件在水飽和狀態(tài)下的抗壓平均值劃分為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU109個(gè)等級(jí)。石材抗拉強(qiáng)度很低，只有抗壓強(qiáng)度的1/20～1/50。因此，石材主要用于承受壓力。

天然石材抗壓強(qiáng)度大小，取決于巖石的礦物成分、結(jié)晶粗細(xì)、膠結(jié)物質(zhì)的種類(lèi)及均勻性，以及荷載和解理方向等因素。

3．抗凍性

石材的抗凍性用凍融循環(huán)次數(shù)表示，在規(guī)定的凍融循環(huán)次數(shù)內(nèi)，無(wú)貫穿裂紋（穿過(guò)試件兩棱角），重量損失不超過(guò)5%，強(qiáng)度降低不大于25%，則為抗凍性合格。

石材的抗凍性主要決定于礦物成分、晶粒大小和分布均勻性、天然膠結(jié)物的膠結(jié)性質(zhì)、孔隙率及吸水性等性質(zhì)。石材應(yīng)根據(jù)使用條件選擇相應(yīng)的抗凍性指標(biāo)。吸水率小于0.5%的石材，可以認(rèn)為是抗凍的。

4．耐水性

石材的耐水性按軟化系數(shù)K值的大小可分為高、中、低三等。K＞0.90的石材為高耐水性石材，中耐水性石材K=0.70～0.90，低耐水性石材K=0.60～0.70。一般K＜0.80的石材，不允許用于重要建筑。

此外，石材的吸水性、耐磨性及沖擊韌性，根據(jù)用處不同，對(duì)其也有不同要求。

我國(guó)建筑裝飾用飾面石材資源豐富，主要為大理石和花崗石，已探明的儲(chǔ)量達(dá)30億m3，且花色品種齊全，質(zhì)地優(yōu)良。其中大理石有300多個(gè)品種，花崗石100多個(gè)品種。3.2.3常用的天然巖石

1.大理石

大理石是指變質(zhì)或沉積的碳酸鹽巖類(lèi)的巖石。

1）大理石的物理力學(xué)特性

（1）結(jié)構(gòu)致密、抗壓強(qiáng)度高。一般強(qiáng)度可達(dá)(100～150)MPa，表觀密度為2700kg/m3左右。（2）質(zhì)地致密而硬度不大，故大理石較易進(jìn)行鋸解、雕琢和磨光等加工。

（3）裝飾性好。大理石一般均含多種礦物，常呈多種色彩組成的花紋；拋光后光潔細(xì)膩，如脂似玉，紋理自然。

（4）吸水率小，一般小于0.5%。

（5）耐磨性好，其磨耗量小。

（6）耐久性好，一般使用年限為（40～100）年。

（7）抗風(fēng)化性較差。大理石主要化學(xué)成分為CaCO3，易被酸侵蝕，故除個(gè)別品種（漢白玉、艾葉青等）外，一般不宜用作室外裝修。

2）大理石飾面板材規(guī)格

經(jīng)礦山開(kāi)采出來(lái)的天然大理石塊稱(chēng)為大理石荒料，形狀為正方形或矩形六面體，荒料經(jīng)鋸切、研磨、拋光及切割后就成為大理石飾面板材。

大理石以其磨光加工后所顯示的花色、特征及石材產(chǎn)地來(lái)命名。大理石飾面板材有正方形及矩形兩種，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為600mm×600mm，厚度為20mm，進(jìn)口石材一般約為1600mm×2500mm磨光大板，按設(shè)計(jì)要求鋸解。

3）主要品種產(chǎn)地

大理石是以云南省大理縣的大理城而命名的，所產(chǎn)云灰、漢白玉、彩花大理石名揚(yáng)中外，大理石的名字也由此而來(lái)。大理石的各種花紋，是在其沉積、變質(zhì)過(guò)程中，由于一些礦物質(zhì)的浸染而形成的。

云南大理縣的大理石品種繁多、石質(zhì)細(xì)膩、光澤柔潤(rùn)，目前開(kāi)采利用的主要有三類(lèi)，即云灰、白色和彩花大理石。

云灰大理石因其多呈云灰色，或在云灰底色上泛起朵朵酷似天然云彩狀花紋而得名。常用的花紋圖案有“微波蕩漾”、“驚濤駭浪”、“煙波浩渺”、“水天相連”等。云灰大理石加工性能特別好，主要用來(lái)制作建筑飾面板材，是目前開(kāi)采利用最多的一種。白色大理石潔白如玉、晶瑩純凈、熠熠生輝，故又稱(chēng)蒼山白玉、漢白玉和白玉。它是雕刻、繪畫(huà)的好材料，同時(shí)又可制成優(yōu)美的建筑板材。

彩色大理石呈薄層狀，產(chǎn)于云灰大理石之間，是大理石中的精品，經(jīng)過(guò)研磨、拋光、便顯現(xiàn)出色彩斑斕、千姿百態(tài)的天然圖畫(huà)，為世界所罕見(jiàn)。

此外，山東、陜西、貴州、四川、安徽、江蘇、浙江、北京、遼寧、廣東、福建、湖北等全國(guó)其他24個(gè)省市也有大理石出產(chǎn)。

作為建筑裝修用的飾面石材，對(duì)其強(qiáng)度、表觀密度、吸水率及耐磨性等不作具體規(guī)定，而以其外觀質(zhì)量、光澤度及顏色花紋等作為主要評(píng)價(jià)和選擇指標(biāo)。大理石板材按外觀質(zhì)量分為一級(jí)和二級(jí)。表3－3至3－6分別列出了大理石的外型尺寸、角度的允許偏差、平整度以及外觀質(zhì)量的具體要求。表3－3天然大理石板材外形尺寸允許偏差表3－4天然大理石板材角度允許偏差表3－5天然大理石板材表面平整度允許偏差表3－6天然大理石板材外觀質(zhì)量要求表3－6天然大理石板材外觀質(zhì)量要求表3－6天然大理石板材外觀質(zhì)量要求表3－6天然大理石板材外觀質(zhì)量要求

4）應(yīng)用

天然大理石板材作為高級(jí)飾面材料，主要用于建筑裝飾等級(jí)要求高的建筑物。大理石適用于紀(jì)念性建筑和大型公共建筑，如賓館、展覽館、商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)、車(chē)站等建筑物的室內(nèi)墻面、柱面、地面、樓梯踏步等的飾面材料，也可用作樓梯欄桿、服務(wù)臺(tái)、門(mén)臉、墻裙、窗臺(tái)板、踢腳板等。

拋光的大理石板光澤可鑒、色彩絢麗、花紋奇異，具有極好的裝飾效果。少數(shù)質(zhì)地純正、雜質(zhì)少、比較穩(wěn)定耐久的大理石，如漢白玉、艾葉青等可用于外墻飾面。外裝飾用的大理石板材，不必進(jìn)行拋光，因其光澤遇雨就會(huì)消失，故只要采用水磨光滑即可。意大利的大理石堪稱(chēng)質(zhì)量上乘，品種花式多，產(chǎn)量高，暢銷(xiāo)于國(guó)際市場(chǎng)。我國(guó)一些要求高級(jí)裝飾的建筑物，也常采用意大利大理石作為飾面材料。

用大理石邊角料做成的“碎拼大理石”墻面或地面，格調(diào)優(yōu)美、亂中有序、別有風(fēng)韻，且造價(jià)低廉。大理石邊角余料可加工成尺寸相同的矩形、方形塊料，或鋸割成整齊而大小不一的正方形、長(zhǎng)方形塊材，或鋸割成整齊的各種多邊形稱(chēng)為冰裂塊料，也可不經(jīng)鋸割而呈不規(guī)則的毛邊碎塊。碎拼大理石還可以點(diǎn)綴高級(jí)建筑物的庭院走廊等部位，為建筑物增添色彩。

2.花崗石

花崗石為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石，按結(jié)晶顆粒的大小不同，分為細(xì)粒、中粒和斑狀。其顏色和光澤取決于長(zhǎng)石、云母及暗色礦物，常呈灰色、黃色、薔薇色及紅色等，以深色花崗石較為名貴。優(yōu)質(zhì)花崗石晶粒細(xì)而均勻，構(gòu)造緊密，石英含量多，云母含量少，不含黃鐵礦等雜質(zhì)，長(zhǎng)石光澤明亮，沒(méi)有風(fēng)化跡象。

花崗石的化學(xué)成分隨產(chǎn)地不同而有所區(qū)別，但各種花崗石SiO2含量很高，一般為67%～75%，故花崗石屬酸性巖石。某些花崗石含微量放射元素，對(duì)這類(lèi)花崗石應(yīng)避免用于室內(nèi)?；◢徥饕瘜W(xué)成分如表3－7所示。表3－7花崗石主要化學(xué)成分

1）花崗石的物理力學(xué)特性

（1）密度大。表觀密度為（2600～2800）kg/m3。

（2）結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度高。一般抗壓強(qiáng)度可達(dá)（120～250）MPa。

（3）孔隙率小，吸水率低。

（4）材質(zhì)堅(jiān)硬，耐磨性?xún)?yōu)異。

（5）化學(xué)穩(wěn)定性好。不易風(fēng)化變質(zhì)，耐酸性很強(qiáng)。

（6）裝飾性好?；◢徥{(diào)鮮明，莊重大方，質(zhì)感堅(jiān)實(shí)，許多著名的紀(jì)念性建筑都選用了花崗石，如人民英雄紀(jì)念碑、人民大會(huì)堂等重要建筑。（7）耐久性好。細(xì)?；◢徥褂媚晗蘅蛇_(dá)（500～1000）年，粗?；◢徥蛇_(dá)（100～200）年。

（8）花崗石不抗火。因所含石英在800℃以上的高溫下會(huì)發(fā)生晶態(tài)轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生體積膨脹。

2）花崗石飾面板材規(guī)格

天然花崗石按圖紙要求加工，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸（單位為mm）有300×300、305×305、400×400、600×300、610×610、600×600、900×600、1070×750等多個(gè)規(guī)格。

此外對(duì)于天然花崗石板材料外形尺寸、表面平整度、角度的允許偏差、外觀質(zhì)量和色斑的允許范圍也做了具體規(guī)定。

3）主要品種產(chǎn)地

我國(guó)花崗石儲(chǔ)量豐富，主要產(chǎn)地有山東的泰山和嶗山（北京人民英雄紀(jì)念碑取材于此）、四川石棉縣（毛主席紀(jì)念堂的臺(tái)基取材于此，為紅色花崗石）、湖南衡山、江蘇金山和焦山、浙江莫干山、北京西山、安徽黃山和陜西華山，此外福建、廣東、河南、山西、黑龍江等地也有出產(chǎn)。

4）應(yīng)用

花崗石是公認(rèn)的高級(jí)建筑結(jié)構(gòu)材料和裝飾材料，但由于開(kāi)采運(yùn)輸困難，修琢加工及鋪貼施工耗工費(fèi)時(shí)，因此造價(jià)較高，一般只用在重要的大型建筑中，例如室外地面、臺(tái)階、基座、踏步、墻面、柱面等處。

3.石灰?guī)r

石灰?guī)r的主要礦物組成為方解石，常含有少量黏土、二氧化硅、碳酸鎂及有機(jī)物質(zhì)等。當(dāng)雜質(zhì)含量高時(shí)，則過(guò)渡為其他巖石，如黏土含量為25%～60%時(shí)稱(chēng)為泥灰?guī)r，碳酸鎂含量為40%～60%時(shí)稱(chēng)為白云巖。石灰?guī)r的構(gòu)造有致密、多孔和散粒等多種形式。松散土狀的稱(chēng)為白堊，其組成幾乎完全是碳酸鈣，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)的即普通石灰?guī)r。各種致密石灰?guī)r表觀密度一般為（2000～2600）kg/m3，相應(yīng)的抗壓強(qiáng)度為（20～120）MPa。如黏土雜質(zhì)含量超過(guò)30%～40%，則其抗凍性、耐水性顯著降低。含氧化硅的石灰?guī)r，硬度高、強(qiáng)度大、耐久性好。

石灰?guī)r的顏色隨所含雜質(zhì)而不同。含黏土或氧化鐵等雜質(zhì)，使石灰?guī)r呈灰、黃或薔薇色。若含有機(jī)物質(zhì)碳，則顏色呈深灰甚至黑色。

石灰?guī)r分布極廣，開(kāi)采加工容易，常作為地方材料，廣泛用于基礎(chǔ)、墻體及一般砌石工程。石灰?guī)r加工成碎石，可用作碎石路面及混凝土骨料。石灰?guī)r不能用于酸性或含游離二氧化碳較多的水中，因方解石易被侵蝕溶解。

4.砂巖

砂巖是母巖碎屑沉積物被天然膠結(jié)物膠結(jié)而成，其主要成分是石英，有時(shí)也含少量長(zhǎng)石、方解石、白云石及云母等。

根據(jù)膠結(jié)物的不同，砂巖又分為：由氧化硅膠結(jié)而成的硅質(zhì)砂巖，常呈淡灰色或白色；由碳酸鈣膠結(jié)而成的鈣質(zhì)砂巖，呈白色或灰色；由氧化鐵膠結(jié)而成的鐵質(zhì)砂巖，常呈紅色；由黏土膠結(jié)而成的黏土質(zhì)砂巖，呈灰黃色。砂巖的性能與膠結(jié)物種類(lèi)及膠結(jié)的密實(shí)程度有關(guān)。密實(shí)的硅質(zhì)砂巖堅(jiān)硬耐久，耐酸，性能接近于花崗巖，可用于紀(jì)念性建筑及耐酸工程。鈣質(zhì)砂巖，有一定的強(qiáng)度，加工較易，是砂巖中最常用的一種，但質(zhì)地較軟，不耐酸的侵蝕。鐵質(zhì)砂巖的性能較差，其中膠結(jié)密實(shí)者，仍可用于一般建筑工程。黏土質(zhì)砂巖的性能較差，易風(fēng)化，長(zhǎng)期受水作用會(huì)軟化，甚至松散，在建筑中一般不用。

由于砂巖的膠結(jié)物和構(gòu)造的不同，其性能波動(dòng)很大，抗壓強(qiáng)度為（5～20）MPa。同一產(chǎn)地的砂巖性能也有很大差異。建筑上可根據(jù)砂巖技術(shù)性能的高低，使用于勒腳、墻體、襯面、踏步等處。

砂巖產(chǎn)地分布極廣，我國(guó)各地均有，進(jìn)口砂巖以澳大利亞和新西蘭產(chǎn)的砂巖著名。3.2.4天然石材選用原則

由于天然石材自重大，運(yùn)輸不方便，故在建筑工程中，為了保證工程的經(jīng)濟(jì)合理，在選用石材時(shí)必須考慮幾點(diǎn)：

(1)經(jīng)濟(jì)性。盡量就地取材，縮短運(yùn)距，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，降低成本。

(2)強(qiáng)度與耐久性。石材的強(qiáng)度與其耐久性、耐磨性、耐沖擊性等性能密切相關(guān)。因此應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性及建筑物所處環(huán)境，選用足夠強(qiáng)度的石材，以保證建筑物的耐久性。

(3)裝飾性。用于建筑物飾面的石材，選用時(shí)必須考慮其色彩及天然紋理與建筑物周?chē)h(huán)境的相協(xié)調(diào)性，充分體現(xiàn)建筑物的藝術(shù)美。 3.3人造石材

3.3.1人造石材類(lèi)型

人造石材按生產(chǎn)所用的材料，一般可分為四類(lèi)：

1．水泥型人造石材

水泥型人造石材是以各種水泥為膠結(jié)材料，砂為細(xì)骨料，碎大理石、花崗石、工業(yè)廢渣等為粗骨料，經(jīng)配料攪拌、成型、蒸壓養(yǎng)護(hù)、磨光、拋光制成。這種人造石材表面光澤度高、花紋耐久，抗風(fēng)化力、耐火性、防潮性都優(yōu)于一般人造石。

2．樹(shù)脂型人造石材

樹(shù)脂型人造石材以有機(jī)樹(shù)脂為膠結(jié)劑，與天然碎石、石粉及顏料等配制攪拌成混合料，經(jīng)澆搗成型、固化、脫模、烘干、拋光等工序制成，是目前國(guó)內(nèi)外主要使用的人造石材。

3．復(fù)合型人造石材

復(fù)合型人造石材是指該石材的膠結(jié)料中，既有無(wú)機(jī)膠凝材料（如水泥），又有有機(jī)高分子材料（樹(shù)脂）。它是先用無(wú)機(jī)膠凝材料碎石、石粉等膠結(jié)成型并硬化后，再將硬化體浸漬于有機(jī)單體中，使其在一定條件下聚合而成。

4．燒結(jié)型人造石材

燒結(jié)型人造石材的生產(chǎn)與陶瓷工藝相似，將長(zhǎng)石、石英、輝綠石、方解石等粉料和赤鐵礦粉，與一定量高嶺土配合，一般配比為黏土40%、石粉60%，然后用泥漿制備坯料，用半干壓法成型，在窯爐中以1000℃左右的高溫焙燒而成。3.3.2聚酯型人造石材

1.原材料及生產(chǎn)

由于不飽和聚酯樹(shù)脂具有黏度小、易于成型、光澤好、顏色淺、容易調(diào)配成各種明亮色彩、固化快、可在常溫下進(jìn)行固化等特點(diǎn)，目前使用最廣泛的是聚酯型人造石材。它以不飽和聚酯樹(shù)脂為膠結(jié)材料，配以石英砂、大理石渣、大理石粉、方解石粉等無(wú)機(jī)填料，再加入適量的顏料和少量固化劑，拌制成混合料，經(jīng)注模成型、固化、脫模、烘干、拋光等工序，制成具有某些天然石材色彩和質(zhì)感的飾面石材或制品，又稱(chēng)聚酯合成石。

2.聚酯合成石的特性

聚酯合成石與天然巖石相比，其表觀密度較小、強(qiáng)度較高，同時(shí)還有以下特點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝不復(fù)雜。聚酯合成石可以按照設(shè)計(jì)要求制成各種顏色、紋理、光澤和各種幾何形狀與尺寸的板材及制品，比加工天然石材容易得多。

（2)色彩花紋仿