建筑材料-建筑石材

主要内容：岩石的基本知识常用的建筑（装饰）石材2012年9月科园教育第七章建筑石材第七章建筑石材主要授课内容2012年9月科园教育第七章建筑石材石材建筑物人民英雄纪念碑2012年9月科园教育石材建筑物第七章建筑石材人民大会堂2012年9月科园教育石材建筑物第七章建筑石材中国历史博物馆2012年9月科园教育石材建筑物第七章建筑石材埃及金字塔第一节岩石的基本知识岩石是多种天然固态矿物的集合体。矿物是在地壳中受各种不同地质作用，所形成的具有一定化学组成和物理性质的单质或化合物，它具有一定的化学成分和结构特征。目前，已发现的矿物有3300多种，绝大多数是固态无机物。主要造岩矿物有30多种，各种造岩矿物具有不同的颜色和特性，建筑工程中常用岩石的主要造岩矿物见表2-1-1。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质矿物组成密度莫氏硬度颜色其他特性石英结晶SiO22.657无色透明至乳白坚硬、耐久性好、玻璃光泽长石铝硅酸盐2.5-2.76白、灰、青解理完全、性脆，在大气中长期风化成高岭土云母含水的钾镁铁铝硅酸盐2.7-3.12-3无色透明至黑色解理极完全，易分裂成薄片，影响岩石的耐久性和磨光性角闪石辉石橄榄石铁镁硅酸盐3-45-7色暗，统称暗色矿物坚硬、强度高、韧性大、耐久性好、方解石结晶CaCO32.73通常呈白色硬度较低、强度高、晶面呈棱面体、解理完全、遇酸分解白云石CaCO3MgCO32.94通常呈白至灰色与方解石相似、与热酸分解高岭石Al2O32SiO22H2O2.62-2.5白至灰、黄呈致密块状或土状、质软、塑性高、不耐水黄铁矿FeS256-6.5黄有黑色条痕、无解理、在空气中易氧化成铁和硫酸，污染岩石、是有害成分2012年9月科园教育表2-1-1几种主要造岩矿物的组成和特性第七章建筑石材第一节岩石的基本性质单矿岩由单一矿物组成的岩石称为单矿岩，单矿岩的性质由其矿物成分及结构构造决定，如石灰岩主要是由方解石矿物组成的单矿岩。多矿岩由两种以上矿物组成的岩石称为多矿岩，多矿岩的性质由其组成矿物的相对含量及结构构造决定，如花岗岩是由长石、石英、云母等几种矿物组成的多矿岩。自然界中大部分岩石是是多矿岩，只有少数岩石是单矿岩。因此，岩石没有固定的化学成分和物理性质，同一种岩石，产地不同，其矿物组成和结构也有差异，因而其颜色、强度等性质也不相同。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质一、造岩矿物造岩矿物主要是指组成岩石的矿物，造岩矿物大部分是硅酸盐、碳酸盐矿物，根据其在岩石中的含量，可分为主要矿物、次要矿物和副矿物。一般的，按其组成又可分为：1.深色矿物：内部富含铁、镁等元素2.浅色矿物：内部富含硅、铝等元素2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质二、岩石的种类及性质1．岩石的种类2012年9月科园教育按成因岩浆岩(火成岩)沉积岩变质岩按强度硬石次硬石软石第七章建筑石材第一节岩石的基本性质按形状砌筑装饰（1）岩浆岩岩浆岩又称火成岩，它是地壳深处的熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表经冷凝而形成的岩石。根据岩浆冷凝情况不同，岩浆岩又可分为深成岩、喷出岩和火山岩三种。建筑工程常用的岩浆岩包括：花岗岩、玄武岩、辉绿岩、火山灰、浮石、火山凝灰岩等2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（2）沉积岩沉积岩又称水成岩。它是地表的各种岩石经自然风化、风力搬迁、流水冲移等作用后，再沉积而形成的岩石。沉积岩主要存在于地表及离地表不太深处。其特征是层状构造，外观多层理（各层的成分、结构、颜色、层厚等均不相同），表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。建筑工程常用的沉积岩包括：石灰岩、砂岩等。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（3）变质岩变质岩是由地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳变动和岩浆活动产生的温度和压力，使原岩石在固态状态下发生再结晶，使其矿物成分、结构构造以至化学成分部分或全部改变而形成的岩石。通常岩浆岩变质后，结构不如原岩石坚实，性能变差；而沉积岩变质后，结构较原岩石致密，性能变好。建筑工程常用的变质岩包括：大理岩、石英岩等。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回2．岩石的性质2012年9月科园教育岩石性质物理性质表观密度吸水性耐水性抗冻性力学性质抗压强度冲击韧性硬度耐磨性化学性质化学风化热学性质耐热性导热性第七章建筑石材第一节岩石的基本性质（1）岩石的物理性质（a）表观密度天然石材按表观密度大小分为：轻质石材：表观密度≤1800kg/m3；重质石材：表观密度＞1800kg/m3。石材表观密度与其矿物组成和孔隙率有关，能间接反映石材的致密程度和孔隙多少。通常情况下，同种石材的表观密度愈大，抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性愈好。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（b）吸水性吸水率低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石；吸水率介于1.5%～3.0%的称为中吸水性岩石；吸水率高于3.0%的称为高吸水性岩石。石材的吸水性主要与其孔隙率及孔隙特征有关。深成岩以及许多变质岩的孔隙率都很小，因而吸水率也很小，如花岗岩的吸水率通常小于0.5%，大理石小于0.6%；沉积岩由于形成条件、胶结情况与密实程度有所不同，因而孔隙率与孔隙特征的变化很大，吸水率的波动也很大。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（c）耐水性石材的耐水性用软化系数表示。根据软化系数大小石材可分为3个等级：高耐水性石材软化系数大于0.90；中耐水性石材软化系数在0.7～9.0之间；低耐水性石材软化系数在0.6～0.7之间。一般软化系数低于0.6的石材，不允许用于重要建筑。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（d）抗冻性石材的抗冻性是用冻融循环次数来表示。也就是石材在水饱和状态下能经受规定条件下数次冻融循环，而强度降低值不超过25%，重量损失不超过5%时，则认为抗冻性合格。石材的抗冻标号分为D5、D10、D15、D25、D50、D100、D200等。石材的抗冻性与矿物组成、晶粒大小及分布均匀性、胶结物的胶结性质等有关。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（2）岩石的力学性质（a）抗压强度砌筑用石材的抗压强度是以边长为70mm的立方体抗压强度值来表示。饰面石材干燥、水饱和的抗压强度是以边长为50mm的立方体或Φ50mm×50mm的圆柱体抗压强度值来表示。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质根据抗压强度值的大小，天然石材强度等级分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10等9个等级，不同尺寸的石材尺寸换算系数见表2-1-2。表2-1-2石材的尺寸换算系数立方体边长(mm)2001501007050换算系数1.431.281.1410.86返回（b）冲击韧性石材的抗拉强度比抗压强度小得多，约为抗压强度的1/20～1/10，是典型的脆性材料。石材的冲击韧性取决于矿物组成与构造。石英岩和硅质砂岩脆性很大；含暗色矿物较多的辉长岩、辉绿岩等具有相对较大的韧性。通常，晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（c）硬度石材的硬度以莫氏或肖氏硬度表示。石材的硬度取决于矿物的硬度与构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度较高。石材的硬度与抗压强度具有良好的相关性，一般抗压强度越高，其硬度也越高。硬度越高，其耐磨性和抗刻划性越好，但表面加工越困难。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回•莫斯硬度：1812年由德国矿物学家莫斯(FrederichMohs)首先提出。•应用划痕法将棱锥形金刚钻针刻划所试矿物的表面而发生划痕，习惯上矿物学或宝石学上都是用莫氏硬度。用测得的划痕的深度分十级来表示硬度：滑石(talc)1（硬度最小），石膏(gypsum)2，方解石(calcite)3，萤石(fluorite)4，磷灰石(apatite)5，正长石(feldspar;orthoclase;periclase)6，石英(quartz)7，黄玉(topaz)8，刚玉(corundum)9，金刚石(diamond)10。•硬度值并非绝对硬度值，而是按硬度的顺序表示的值。应用时作刻划比较确定硬度。如某矿物能将方解石刻出划痕，而不能刻萤石，则其莫氏硬度为3～4，其他类推。莫氏硬度仅为相对硬度，比较粗略。虽滑石的硬度为1，金刚石为10，刚玉为9。•肖氏硬度：•由英国人肖尔(AlbertF.Shore)在1907年首先提出。•应用弹性回跳法将撞销从一定高度落到所试材料的表面上而发生回跳。撞销是一只具有尖端的小锥，尖端上常镶有金刚钻。用测得的撞销回跳的高度来表示硬度。•肖氏硬度试验是一种动态力试验，准确度稍差，受测试时的垂直性，试样表面光洁度等因素的影响，数据分散性较大，其测试结果的比较只限于弹性模量相同的材料。它对试样的厚度和重量都有一定要求，不适于较薄和较小试样，但是它是一种轻便的手提式仪器，便于现场测试，其结构简单，便于操作，测试效率高。（d）耐磨性耐磨性是指石材在使用条件下抵抗摩擦、边缘剪切以及冲击等复杂作用的性质，以单位面积磨耗量表示。石材的耐磨性与其矿物的硬度、结构、构造特征以及石材的抗压强度和冲击韧性等有关。矿物愈坚硬、构造愈致密以及石材的抗压强度和冲击韧性愈高，石材的耐磨性愈好。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（3）岩石的化学性质（a）化学风化指雨水和大气中的气体与造岩矿物发生化学反应的现象；表现为岩石表面有剥落现象。（b）化学风化与物理风化的关系化学风化与物理风化经常相互促进。（c）不同岩石的耐久性一般花岗岩最佳、安山岩次之、软质砂岩和凝灰岩最差。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（4）岩石的热学性质（a）耐热性石材的耐热性与其化学成分及矿物组成有关。含有石膏的石材，在100℃以上时开始破坏；含有碳酸镁的石材，当温度高于725℃时会发生破坏；含有碳酸钙的石材，当温度达到827℃时开始破坏；由石英与其他矿物所组成的结晶石材，如花岗岩等，温度高于700℃以上时，由于石英受热晶型转变发生膨胀，强度迅速下降。2012年9月科园教育第七章建筑石材第一节岩石的基本性质返回（b）导热性石材的导热性主要与其表观密度和结构状态有关。重质石材的导热系数可达2.91～3.49W/m·k；轻质石材的导热系数则在0.23～0.70W/m·k。相同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小，封闭孔隙的导热性差。2012年9月科园教育第二章建筑石材第一节岩石的基本性质返回第二节常用的建筑（装饰）石材工程上使用的天然石材常加工成块状和板状。块状石材包括毛石与料石。一、毛石即形状不规则的块石，根据其外形又分为乱毛石（各个面的形状均不规则）和平毛石（对乱毛石略经加工，形状较整齐，但表面粗糙）两种。毛石主要用于砌筑基础、勒脚、墙身、挡土墙、堤坝等。2012年9月科园教育第七章建筑石材第二节常用的建筑石材二、料石即经人工凿琢或机械加工而成的规则六面体块石。1．毛料石表面不经加工或稍加修整的料石。2．粗料石表面加工成凹凸深度不大于20mm的料石。3．半细料石表面加工成凹凸深度不大于10mm的料石。4．细料石表面加工成凹凸深度不大于2mm的料石。料石常用致密的砂岩、石灰岩、花岗岩等开凿而成，常用于砌筑墙身、地坪、踏步、柱、拱和纪念碑等；形状复杂的料石制品也可用于柱头，柱基、窗台板、栏杆和其他装饰等。2012年9月科园教育第七章建筑石材第二节常用的建筑石材三、石材饰面板1．天然大理石板材岩石学中所指的大理岩是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（碳酸钙或碳酸镁）。建筑工程上通常所说的大理石是广义的，指具有装饰功能，可锯切、研磨、抛光的各