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第二章建筑石材石材是指从天然岩石体中开采未经加工或经加工制成块状、板状或特定形状的石材的总称。石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。由于其具有相当高的强度、良好的耐磨性和耐久性、较强的装饰性，并且资源丰富，易于就地取材，所以在现代建筑中应用仍十分广泛:（1）未加工的毛石可以用来砌筑基础、桥涵、挡土墙、堤岸、护坡及隧道衬砌等；（2）粗略加工后的石材，朴实自然，坚固而稳定，可以用作衬面材料、台阶、栏杆和纪念碑等；（3）经精细加工后的石材制品色泽润滑，美观而豪华，是良好的建筑装饰材料；（4）散粒状石材可以用作混凝土和砂浆的骨料以及筑路材料特定种类的岩石是生产石膏、石灰和水泥的原材料。本章教学目标掌握：石材的物理。力学性质、性能、选用原则和应用范围熟悉：工程中常用的石材种类了解：天然岩石的地质成因及分类。赵州桥是我国现存最早的大型石拱桥，也是世界上现存最古老、跨度最长的圆弧拱桥。广州圣心大教堂现在是远东区惟一最大的石结构天主教建筑，也是全球四大全石结构哥特式教堂建筑之一，1996年才被国家文物局公布为全国重点文物保护单位。1990年国家建设部、国家文物局、中国建筑学会核定为全国近代优秀建筑单位。由于教堂的全部墙壁和柱子都是用花岗岩石砌筑，所以称之为“石室”或“石室耶稣圣心堂”。石材的应用历史“谁扰乱了这位法老的安宁；展翅的死神将降临他头上。”光面与毛面石板的对比各种天然石材墙面贴小块较薄石片工艺什么是岩石？材的形成及种类什么是岩石？地壳化学组成一、建筑石材的分类——分天然石材和人工石材两大类。1.天然石材-----由天然岩石开采的，经过加工而制得的材料。优点：（1）结构致密，抗压强度高;（2）生产成本低：蕴藏量丰富、分布广，便于就地取材；（3）耐久性好，使用年限一般可达到百年以上；（4）装饰性好。它具有自然纹理、质感稳重、肃穆和雄伟的艺术效果。（5）耐水性好（6）耐磨性好。缺点：抗拉强度低、体积密度大、硬度高，开采和加工较困难。2.人造石材------利用各种方法加工制造的具有类似天然石材性质、纹理和质感的合成材料，如人造大理石、花岗石等。优点——质轻、强度高、耐污染、耐腐蚀、施工方便。第一节岩石的基本知识岩石是构成地壳的主要物质，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。岩石是由一种或数种主要矿物所组成的集合体。构成岩石的矿物，称为造岩矿物。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CaCO3)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。一、造岩矿物——主要指组成岩石的矿物，造岩矿物大部分是硅酸盐、碳酸盐矿物。建筑中常用的岩石为花岗石、正长岩、闪长岩、石灰岩、砂岩、大理岩和石英岩等。1.石英2.长石3.云母4.角闪石、辉石、橄榄石5.方解石6.白云石7.有害造岩矿物岩石中的主要造岩矿物1.石英石英为结晶状的SiO2，两端为尖形的六方柱状晶形，是最坚硬稳定的矿物。密度约为2.65g/cm3，莫氏硬度为7，非常坚硬，强度高，化学稳定性及耐久性高。石英熔化温度为1710℃，但受热温度达573℃以上时，因晶型转变会产生裂缝，甚至松散。石英常见的有白色、乳白色和浅灰色。纯净的SiO2无色透明，称为“水晶”。一、岩石中的主要造岩矿物2.长石长石为钾、钠、钙等的铝硅酸盐晶体。长石有正长石和斜长石之分。一、岩石中的主要造岩矿物正长石的化学成分是K[AlSi3O8]晶体呈短柱状和厚板状常见的为粒状或块状，密度为2.50～2.60g/cm3，莫氏硬度为6，颜色呈肉红色、褐黄色。斜长石有钠长石Na[AlSi3O8]和钙长石Ca[AlSi3O8]两种，晶体呈柱状，常见的为粒状或柱状，密度为2.61～2.76g/cm3，莫氏硬度为6，颜色为灰白色和浅红色。长石强度比石英低，稳定性不及石英，易风化成高岭土。3.云母云母为片状含水铝硅酸盐。云母有白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2、黑云母K(Mg·Fe)[AlSi3O10](OH)2、金云母KMg3[AlSi3O10](OH)2等。云母密度为2.70～3.10g/cm3，莫氏硬度为2～3，易分解成薄片。当岩石中含有大量云母时，石材具有层理，降低了岩石的耐久性和强度，且表面难以磨光。相比之下，白云母耐久性好，黑云母易风化。一、岩石中的主要造岩矿物白云母黑云母4.角闪石、辉石、橄榄石角闪石、辉石、橄榄石均为结晶的铁镁硅酸盐。晶体为粒状、柱状，密度为3.00～4.00g/cm3，莫氏硬度为5～7，颜色为暗绿或黑色，常称为暗色矿物。这些造岩矿物强度高，韧性好，耐久性好。岩石中暗色矿物含量增多，其强度和耐久性也随之提高，但也给加工造成了困难。一、岩石中的主要造岩矿物角闪石辉石橄榄石6.白云石白云石为结晶的碳酸钙镁复盐MgCO3·CaCO3，密度为2.90g/cm3，莫氏硬度为4，呈白色或灰色，强度高于方解石，物理性质与方解石接近。一、岩石中的主要造岩矿物7.有害造岩矿物如：石膏矿、菱镁矿、磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿等。石膏易溶于水，岩石中含有石膏会降低其使用性能黄铁矿为结晶的二硫化铁，岩石中含有黄铁矿，遇水及氧化作用后生成游离的硫酸，污染并破坏岩石。一、岩石中的主要造岩矿物二、岩石的种类及性质1.岩石的种类（1）按其形成原因可分岩浆岩、沉积岩、变质岩，三大类。建筑工程中常用的岩浆岩——花岗岩、玄武岩、辉绿岩、火山灰、浮石、凝灰岩。沉积岩-------石灰岩、砂岩建筑中常用的变质岩-----大理岩（又称大理石）、石英岩、片麻岩。天然岩石岩石的分类（按成因）（一）岩浆岩（火成岩）（二）沉积岩（水成岩）（三）变质岩岩石的分类按岩石的形成条件岩浆岩（火成岩）/沉积岩/变质岩岩石的分类2.沉积岩根据沉积方式分机械沉积岩化学沉积岩生物沉积岩土木工程中常用的沉积岩有：石灰岩、砂岩、页岩、砾岩、石膏、硅藻石、硅藻土、蛋白石等。3.变质岩变质岩是由原生的岩浆岩或沉积岩，经过地壳内部高温、高压等变化作用后而形成的岩石。（一）岩浆岩第一节岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）也称火成岩，由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成，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。深成岩岩浆在地表深处受上部覆盖层的压力作用，缓慢冷却而形成的岩石。其特点是结晶完全、晶粒明显可辨、构造致密、表观密度大、抗压强度高、吸水率小、抗冻及耐久性好。喷出岩是岩浆喷出地表冷凝而成。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。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、火山渣、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岩石。岩浆岩（火成岩）（二）沉积岩第一节岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）也称水成岩，是各种岩石经风化、搬运、沉积和再造岩作用而形成的岩石。沉积岩呈层状构造，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，在建筑上应用广泛。沉积岩按照生成条件分为三类。机械沉积岩化学沉积岩生物沉积岩岩浆岩（火成岩）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。化学沉积岩是岩石中的矿物溶于水后，经富集、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CaCO3·MgCO3，其性能接近于石灰岩。菱镁矿的化学成分为MgCO3，是生产耐火材料的原料。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。如石灰岩、硅藻土等。石灰岩的主要成分为方解石(CaCO3)，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。（三）变质岩第一节岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）岩石由于强烈的地质活动，在高温和高压下，矿物再结晶或生成新矿物，使原来岩石的矿物成分、结构及构造发生显著变化而成为一种新的岩石，称为变质岩。变质岩大多是结晶体，构造、矿物成分都较岩浆岩、沉积岩更为复杂而多样。根据原岩种类，分为正变质岩和副变质岩。正变质岩由岩浆岩类原岩经变质作用而成的岩石。一般岩浆岩经变质后产生片状构造，建筑性能较原岩有所下降。如花岗岩变质后成为片麻岩，片麻岩易于分层剥落，耐久性差。副变质岩由沉积岩类原岩经变质作用而成的岩石。一般沉积岩形成变质岩后，其建筑性能有所提高。如石灰岩和白云岩变质后成为大理岩，砂岩变质后成为石英岩，都比原来的岩石坚固耐久。变质岩2.岩石的性质物理性质、力学性质、化学性质2.1物理性质（1）体积密度（表观密度）-------这是由其矿物质组成及致密所决定。1）意义——体积密度的大小常常间接的反映了石材的致密程度和孔隙的多少。一般情况下：同种石材表观密度愈大，则抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性、导热性越好。2）分类：按其表观密度大小可分：重质石材：表观密度≥1800kg/m3，轻质石材：表观密度≤1800kg/m3，常用于墙体材料表观密度大于1800kg/m3为重石主要用于建筑物的基础、墙体、地面、路面、桥梁以及水上建筑物等表观密度小于1800kg/m3为轻石,可用来砌筑保暖房屋的墙体。天然石材的表观密度与其矿物组成、孔隙率、含水率等有关。致密的石材如花岗岩、大理石等其表观密度接近于其密度,约为2500~3100kg/m3。而孔隙率大的火山灰、浮石等,其表观密度约为500~1700kg/m3。石材表观密度越大，结构越致密，抗压强度越高，吸水率越小，耐久性越好，导热性也越好。（2）吸水率1）意义——吸水性对其强度与耐水性有很大影响。石材吸水后，会降低颗粒之间的黏结力，从而使强度降低，抗冻性变差，导热性增加，耐水性、耐久性下降。2）分类：低吸水性、中吸水性、高吸水性岩石（3）硬度——岩石的硬度与强度相关。岩石的硬度越大，它的强度就越高，耐磨性和抗刻划性也好。但硬度高的岩石开采困难、加工成本高。（4）岩石的物理风化自然界中的岩石多数风化是由于物理原因引起的：内因与外因（5）抗冻性——Fn（6）耐水性——KP（7）石材的安全性——放射性元素2.2岩石的热学性质（1）导热性——用其导热率表示。主要与其致密程度有关。岩石的比热大于钢材、混凝土、砖；岩石的导热系数小于钢材，大于混凝土和烧结砖。（2）耐热性（耐燃性）——属不燃材料。2.3岩石的化学性质化学风化——雨水和大气中的气体（O2、CO、CO2、SO2、SO3）与造岩矿物发生化学反应的现象。化学风化与物理风化相互促进使岩石产生裂缝。花岗石的耐久性最佳，大理石为变质岩，易风化，耐久性差，不宜用于室外。最差的岩石是软质砂岩和凝灰岩。2.4岩石的力学性质——抗压强度、冲击韧性、硬度、及耐磨性等。一、抗压强度：石材的强度等级是按抗压强度划分的。（1）试验方法：用于砌体等的石材的抗压强度采用边长为70mm的标准立方体试块进行测试，并以三个试件抗压破坏强度的平均值表示。石材共分九个强度等级：从MU10、15、20、30、40、50、60、80、MU100（2）石材强度的物理意义：石材的抗压强度与其矿物组成、结构、构造特征有密切的关系。如：组成花岗岩的主要矿物成分中石英是很坚强的矿物，其含量多，则花岗岩的强度也越高，而云母为片状矿物，它含量多，则这种石材强度低。二、岩石受力后的变形：属非弹性变形。1.体积密度二、技术性质石材的毛体积密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。在一般情况下，