3 天然石材

新余高专第二章砖石材料了解天然岩石的地质成因及分类；掌握建筑工程中常用石材的品种、性能和应用范围。了解常用岩石的形成及其结构、构造、性质和主要用途；重点掌握石材的技术性能及正确、经济地选用石材。本章提要新余高专2.1石材2.2烧结砖章节结构：新余高专2.1建筑中常用的天然岩石本节主要内容：一、岩石总述二、岩浆岩三、沉积岩四、变质岩新余高专岩石总述建筑石材分为：天然石材和人工制造石材。天然石材是指由天然岩石开采的，经过或不经过加工而制得的材料。人造石材是指用无机或有机胶结料、矿物质原料及各种外加剂配制而成。如：人造大理石、花岗岩等。由单一矿物组成的岩石叫单矿岩。如石灰岩主要是由方解石(结晶CaCO2)组成的单矿岩。由两种或多种矿物组成的岩石叫多矿岩。如花岗岩是由长石、石英、云母等矿物组成的多矿岩。新余高专岩石的特性：抗压强度高、抗拉强度低、耐久性和耐磨性良好、分布广、就地取材方便、体积密度大、硬度高、性质较脆、开采加工困难。岩石的性质是由矿物的特性、结构、构造等因素决定的。所谓岩石的结构，是指矿物的结晶程度、结晶大小、形态及相互排列关系，如玻璃状、细晶状、粗晶状、斑状、纤维状等。岩石的构造是指矿物在岩石中的排列及相互配置关系，如致密状、层状、片状、流纹状等。新余高专2.1建筑中常用的天然岩石本节主要内容：一、岩浆岩二、沉积岩三、变质岩岩石是由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿物的集合体，具有一定的化学成分、矿物成分、结构和构造。天然岩石按地质成因可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。新余高专2.1.1岩浆岩岩浆岩又称火成岩，由地壳内的熔融岩浆在地下或喷出地面后冷凝而成的岩石，具有结晶结构而没有层理。根据生成条件的不同，岩浆岩可分为以下三类。（1）深成岩深成岩是地壳深处的岩浆，在受上部覆盖层的压力作用下，经缓慢冷凝而形成的岩石。其特征是结晶完整、晶粒粗大明显可辨、构造致密、体积密度大、抗压强度高、孔隙率及吸水率小、抗冻及耐久性好。2.1.1.1岩浆岩的形成和种类新余高专喷出岩是岩浆岩浆冲破覆盖层喷出地表时在压力降低和冷却较快的条件下而形成的岩石即岩浆喷出地表冷凝而成的岩石。其特征由于冷却较快，大部分结晶不完全呈细小结晶状。岩浆中所含气体在压力骤减时会在岩石中形成多孔构造。建筑中用到的喷出岩类型有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。玄武岩和辉绿岩可作为耐酸和耐热材料，还是生产铸石和岩棉的原料。建筑常用类型：花岗岩、正长岩、橄榄岩、闪长岩、辉长岩等。（2）喷出岩新余高专火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中急速冷却而形成的多孔散粒状岩石，多呈玻璃质结构，有较高的化学活性。如火山灰、火山砂、浮石等。火山凝灰岩是由散粒状岩石层受到覆盖层压力作用胶结成的大块胶结火山岩石。如火山灰可用作生产水泥时的混合材料。浮石是配制轻混凝土的一种天然轻骨料。火山凝灰岩容易分割，可用于砌筑基础、墙体（2）火山碎屑岩新余高专•2.1.1.2建筑中常用的岩浆岩•（1）花岗岩•结构特征：具有致密的结晶结构和块状构造；•颜色：为灰白、微黄、淡红等；•特点：孔隙率和吸水率很小、体积密度大、抗压强度高、•抗冻性能好、耐风化耐酸碱性好、耐火性不好等；•应用：常用于基础、坝、桥墩、台阶、路面、墙石、勒脚•及纪念性建筑物以及各种装饰材料等。•（2）玄武岩、辉绿岩•a.玄武岩•结构特征：玻璃质或隐晶质结构、有时呈多孔状或斑状构造；•颜色：为黑色、或棕黑色；新余高专•特点：硬度高、脆性大、抗风化能力强，体积密度2.9~2.5g/cm³，抗压强度100~500MPa。•应用：常用于高强混凝土的骨料、铺筑道路路面等。•b.辉绿岩•结构特征：致密块状构造有时也呈气孔或杏仁状构造；•颜色：为深灰色、或墨绿色等；•特点：耐酸性高、熔点高1400~1500℃；•应用：常用于耐酸混凝土骨料、铸石的原料、化工产品的•耐酸衬里材料。•（2）火山灰、浮石、凝灰岩•浮石具有多孔结构、粒径大于5mm，体积密度小；•凝灰岩具有多孔结构、体积密度小、抗压强度5~20MPa。•其应用见前面第九页新余高专沉积岩也称水成岩，是由沉积物固结而形成的岩石。即各种岩石经风化、搬运、沉积和再造岩作用而形成的岩石。特征：沉积岩呈层状构造，外观多层理，孔隙率和吸水率大，强度和耐久性较火成岩低。但因沉积岩分布广容易加工，在建筑上应用广类型：沉积岩按照生成条件分为以下三类：机械沉积岩、化学沉积岩、有机（生物）沉积岩。2.1.2沉积岩2.1.2.1沉积岩的形成和种类新余高专机械沉积岩是岩石风化破碎以后又经风、雨、河流及冰川等搬运、沉积、重新压实或胶结作用，在地表或距地表不太深处形成的岩石，主要有砂岩、砾岩、角砾岩和页岩砂岩是由砂粒经胶结而成。由于胶结结构和致密程度的不同，性能差别很大。砾岩和角砾岩的构成和性能与砂岩页岩由粘土沉积而成，呈页片状，强度低、耐水性差，不能直接用作建筑材料。（1）机械沉积岩新余高专化学沉积岩是岩石中的矿物溶于水后，经聚积、反应、重结晶等并沉积而成的岩石，如石膏、白云岩、菱镁矿等。石膏的化学成分为CaSO4·2H2O，是烧制建筑石膏和生产水泥的原料。白云岩的主要成分是白云石CaCO2·MgCO2，其性能接近于石灰岩。菱镁矿的化学成分为MgCO2，是生产耐火材料的原料。（2）化学沉积岩新余高专有机（生物）沉积岩是海生动植物的遗骸，经分解、分选、沉积而成的岩石。如生物碎屑灰岩、石灰岩、硅藻土等。石灰岩的主要成分为方解石(CaCO2)，常含有白云石、菱镁矿、石英、蛋白石、含铁矿物和粘土等。硅藻土是由硅藻的细胞壁沉积而成。富含无定形SiO2、浅黄色或浅灰色、质软而轻，多孔，易磨成粉末，有极强的吸水性。（2）有机沉积岩新余高专•（1）石灰岩•结构特征：主要化学成分为CaCO2；其化学成分、矿物组成、致密程度以及物理性质差别甚大。•颜色：为灰白色、浅灰色，含杂质呈深灰、灰黑、浅黄、浅红等；•特点：吸水率2%~10%、抗压强度高、一定的耐久性、抗冻性能和耐水性与粘土含量有关等；•应用：常用于基础、墙身、阶石、路面、其碎石是常用的混凝土骨料、生产水泥和石灰的主要原料。2.1.2.2建筑中常用的沉积岩新余高专•（2）砂岩•结构特征：性质决定于胶结物的种类及胶结的致密程度，主要矿物为石英。应用：硅质砂岩——纪念性建筑及耐酸性工程；钙质砂岩——基础、踏步、人行道等、耐酸性差；铁质砂岩——其密实者用于一般建筑工程；粘土质砂岩——浸水易软化，建筑中一般不用。新余高专变质岩是由原有岩石经变质后形成的岩石即地壳中原有的岩石在地质运动过程中受到高温、高压的作用，在固态下发生矿物成分、结构构造和化学成分变化形成的新岩石。一般由岩浆岩变质而成的称正变质岩，如片麻石等；由沉积岩变质而成的称副变质岩，如大理石等。建筑中常用的变质岩有大理岩、蛇纹岩、石英岩、片麻岩、板岩等。2.1.2变质岩2.1.2.1变质岩的形成和种类新余高专（1）大理岩大理岩也称大理石，是由石灰岩、白云岩经变质而成的具有细晶结构的致密岩石，其碳酸盐矿物大于50%。结构特征：分布广泛，以云南大理最负盛名。体积密度为2500~2700kg/m2，抗压强度较高达50~140MPa。质地密实但硬度不高，易于加工，可用于石雕或磨光成镜面。颜色：纯大理岩为雪白色，若含有不同杂质呈灰色、黄色、玫瑰色、粉红色、红色、绿色、黑色等。应用：高级建筑物的装饰和饰面材料2.1.2.2建筑中常用的变质岩新余高专（2）石英岩石英岩是由硅质砂岩变质而成，晶体结构，质地均匀致密，硬度大，抗压强度高达250~400MPa，加工困难，但耐久性强。石英岩板材可用作重要建筑的饰面材料或地面、踏步、耐磨耐酸的贴面材料、耐酸衬板等。其碎块可用于道路或作混凝土的骨料。新余高专片麻岩是由花岗岩等火成岩变质而成。其矿物成分与花岗石相近，具有片麻状构造。垂直于片理方向抗压强度为120~200MPa，沿解（片）理方向易于开采加工。吸水性高，抗冻性差，易于分化，通常加工成毛石或碎石，用于碎石、块石、人行道石板等不重要的工程。（2）片麻岩新余高专蛇纹岩是由岩浆岩变质而成的岩石，呈绿、暗灰绿、黄等色。结构致密，硬度不大，易于加工，有树脂或蜡状光泽。岩脉中成纤维状者称蛇纹石棉或温石棉，是常用的绝热材料。（4）蛇纹岩新余高专（5）板岩板岩是由页岩或凝灰岩变质而成。板岩构造细密呈片状，易于剥裂成坚硬的薄片状。其强度、耐水性、抗冻性均高，是一种天然的屋面材料，可用于园林建筑。新余高专2.2天然石材的技术性质、加工类型及选用原则本节主要内容：一、技术性质二、石材的加工类型三、石材的选用原则四、天然石材的破坏及其防治新余高专2.2.1技术性质天然石材的技术性质，可分为物理性质、力学性质和工艺性质。天然石材因形成条件不同，常含有不同种类的杂质，性质各异，使用时，都必须进行检验和鉴定，确保工程质量。2.2.1.1物理性质（1）体积密度按照体积密度的大小可将石材分为：重质石材体积密度＞1800kg/m³轻质石材体积密度≤1800kg/m³。新余高专石材的体积密度与其矿物组成、孔隙率等因素有关。体积密度大的石材孔隙率小、抗压强度高、吸水率小、耐久性好、导热性高。（2）吸水性岩石依据吸水率分为以下几种：低吸水性岩石吸水率≤1.5%中吸水性岩石1.5%＜吸水率≤2.0%高吸水性岩石吸水率＞2.0%吸水性与孔隙率有关，对岩石的强度、耐水性有影响。新余高专（2）耐水性石材依据软化系数Kk分为以下几种：低耐水性岩石0.60＜Kk≤0.75中耐水性岩石0.75＜Kk≤0.90高耐水性岩石Kk＞0.90耐水性与粘土含量、易容物质有关。Kk＜0.60时，不允许用于重要建筑物中。新余高专（4）抗冻性石材的抗冻性是指其抵抗冻融破坏的能力，其值是根据石材在水饱和状态下按规范要求所能经受的冻融循环次数表示。抗冻性与吸水性密切相关。室外工程饰面材料的抗冻循环次数大于25次；吸水率＜0.5%的石材，则为抗冻的。新余高专（5）耐热性石材的耐热性与其化学成分及矿物组成密切相关。石材的破坏温度：含石膏的石材＞100℃；含碳酸镁的石材＞725℃；含碳酸钙的石材＞827℃；花岗岩＞700℃。新余高专（6）安全性石材的安全性与其化学成分中含有的放射性元素有关。石材的应用：室内及人口密集处的石材，满足《天然石材产品放射防护分类控制标准》的要求；A类石材产品不受限制；B类产品不可用于居室内饰面，可用于其他一切建筑物的内外饰面。新余高专天然石材的力学性质主要包括抗压强度、冲击韧性、硬度及耐磨性等。（1）抗压强度石材的抗压强度是划分石材强度等级的依据，以边长70mm的立方体试块用标准方法测得的抗压破坏强度的平均值表示。石材的强度等级依据《砌体结构设计规范》（GB50002—2001分为7个：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU20、MU20。2.2.1.2力学性质新余高专抗压试件也可采用其他各种边长立方体如表2.1所列，结果进行换算。根据工程特殊要求，也可以用抗弯强度作指标。石材的抗压强度的影响因素：矿物组成、胶结物成分、岩石的结构与构造特征等有关。表2.1石材强度等级的换算系数立方体边长（mm）2001501007050换算系数1.421.281.1410.86新余高专（2）冲击韧性石材的冲击韧性决定于岩石的矿物组成与构造。晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石，具有较高的冲击韧性。（2）硬度石材的硬度取决于组成矿物的硬度和构造，硬度影响石材的易加工性和耐磨性。石材的硬度常用莫氏硬度表示，它是一种刻划硬度。各莫氏硬度级的标准矿物如表2.2所列。新余高专表2.2矿物的莫氏硬度表硬度12245678910矿物滑石石膏方解石萤石磷灰石长石石英英玉刚玉金刚石（4）耐磨性石材的耐磨性常用磨耗率表示，它是指其抵抗撞击、边缘剪切和摩擦的联合作用的能力。石料的磨耗率