建筑材料2石材

建筑材料第二章天然石材天然石材：采自地壳的天然岩石，不经机械加工或经机械加工而得的材料。优点：强度高、装饰性好、耐水性、耐磨性、耐久性高、来源广泛。缺点：加工困难，自重大，开采和运输不方便。应用：重要结构，特别是建筑装饰。•2.1岩石的组成与分类2.1.1岩石的组成岩石是由矿物组成的，是由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿物的集合。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成分和一定结构特征的单质或化合物。最常见的造岩矿物：石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、菱镁矿、石膏等。单矿岩：有一种矿物组成的岩石。e.g.白色大理石多矿岩：有多种矿物组成的岩石。e.g.花岗岩2.1.2岩石的分类天然岩石根据生成条件，按地质分类法，分为三类：(1)火成岩：组成地壳的主要岩石，占地壳总量89%火成岩又称岩浆岩，是由地壳内的岩浆冷凝而成，具有结晶结构而没有层理。根据岩浆岩的形成过程分类：①侵入岩：深成岩、浅成岩②喷出岩③火山岩根据岩浆岩中SiO2含量的高低，可将岩浆岩分为酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩等。①侵入岩：深成岩、浅成岩1）深成岩：岩浆在地表深处受上部岩层的压力作用，缓慢冷却结晶成岩。结构致密具有粗大的晶粒和块状构造（矿物排列无序，宏观呈块状构造）。如花岗岩、正长岩、辉长岩、闪长岩等。2）浅成岩：岩浆在地表浅处冷却结晶成岩。结构致密，由于冷却较快，故晶粒较小。侵入岩为全晶质结构（岩石全部由结晶的矿物颗粒组成），且没有解理。侵入岩的堆积密度大、抗压强度高、吸水率低、抗冻性好。②喷出岩喷出岩是岩浆喷出地表时，在压力降低和冷却较快的条件下形成的岩石。由于岩浆喷出地表时，压力和温度急剧降低，冷却较快且不均匀，因此大部分岩浆来不及结晶，多呈隐晶质（细小的结晶）或玻璃质（非晶质）结构。③火山岩火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中而急速冷却后形成的岩石。由于冷却速度过快未能结晶，排除大量水蒸气及其他气体，因而形成玻璃质结构及多孔状构造。(2)沉积岩沉积岩又称水成岩，它是由地表的各类岩石(母岩)经自然风化、风力搬迁、流水冲移等地质作用后再沉淀堆积，经过压固、脱水、胶结及重结晶等成岩作用，在地表及离地表不太深处形成的坚硬岩石。根据沉积岩的生成条件，可将沉积岩分为：①机械沉积岩：如页岩、砂岩②化学沉积岩：如菱镁矿、石膏③生物沉积岩：如石灰岩（占地壳总量5%，地表面积75%）与岩浆岩相比，沉积岩的表观密度较小，密实度较差，吸水率较大，强度较低，耐久性较差。观察下面两幅沉积岩图片，能总结一下沉积岩的构造特征吗？特点：具有明显的层状构造，各层的成分、结构、颜色厚度都有差异。(3)变质岩在地壳演变过程中，原有的岩浆岩、沉积岩受到高温、高压以及化学成分加入的影响，在固体状态下，发生一系列剧烈变化，产生熔融再结晶作用而形成新的岩石，称为变质岩。根据变质作用的成因与类型，可将变质岩分为：①区域变质岩：如石英岩、大理岩②接触变质岩：如部分大理岩③动力变质岩：如构造角砾岩根据变质作用的对象，可将变质岩分为：①正变质岩：变质作用作用于岩浆岩所形成的变质岩。如片麻岩。②副变质岩：变质作用作用于沉积岩所形成的变质岩。如石英岩，大理岩，板岩等。岩石岩浆岩花岗岩玄武岩沉积岩砾岩砂岩页岩石灰岩变质岩大理岩板岩用箭头来表示类别关系2.2石材的技术性质2.2.1物理性质(1)表观密度天然石材按表观密度大小分为轻质石材和重质石材的（以表观密度1800kg/m3为界限）。石材表观密度与其矿物组成和孔隙率有关，它能间接反映石材的致密程度和孔隙多少，通常同种石材的表观密度愈大，其抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性愈好。(2)吸水性吸水率低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石；介于1.5%～3.0%的称为中吸水性岩石；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。石材的吸水性对其强度与耐水性有很大影响。石材吸水后降低颗粒之间的粘结力，从而使强度降低。吸水性强且易溶蚀的岩石，其耐水性较差。吸水性还影响到其他一些性质，如导热性、抗冻性等。(3)耐水性用软化系数表示。根据软化系数大小可分为3个等级：高耐水性（软化系数大于0.90）；中耐水性（软化系数为0.75～9.0）；低耐水性（软化系数为0.6～0.75）。软化系数低于0.6的石材，不允许用于重要建筑。(4)抗冻性石材在饱水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，同时也不严重降低强度的性质称为抗冻性。通常采用-15℃的温度冻结后，再在20℃的水中融化，此为一次冻融循环。抗冻性常用冻融循环的次数（强度降低值不超过25%，质量损失不超过5%，无贯穿裂缝）来表示。石材的抗冻标号分为D5、D10、D15、D25、D50、D100、D200等。石材的抗冻性与其矿物组成、晶粒大小及分布均匀性、胶结物的胶结性质等有关。(5)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。(6)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。2.2.3力学性质(1)强度石材抵抗外力破坏的能力，称为强度。根据力的作用方式分为抗压、抗拉和抗剪强度。砌筑用石材的抗压强度以边长为70mm的立方体试块的抗压破坏强度的平均值表示。石材的抗压强度大小，取决于矿物组成、结构与构造特征、胶结物种类及均匀性等因素。例如，组成花岗岩的主要矿物中石英是坚硬的矿物，其含量愈高则花岗岩的强度也愈高，而云母为片状矿物，易于分裂成柔软薄片，因此，云母含量越多则其强度越低。(2)冲击韧性石材抵抗多次连续重复冲击荷载作用的性能称为冲击韧性，可用石材冲击值来表示。通过石材冲击试验来测定的。天然石材的抗拉强度比抗压强度小得多，为抗压强度的1/20~1/10，是典型的脆性材料。这是限制其使用范围的重要原因。石材的冲击韧性决定于岩石原料的矿物成分与构造。e.g.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。(3)硬度石材的硬度以莫氏表示。它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。(4)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。石材的耐磨性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。e.g.台阶、人行道等应采用具有高耐磨性的石材。2.2.4工艺性质工艺性质指开采及加工的适应性包括加工性、磨光性和抗钻性。(1)加工性加工性是指对岩石劈解、破碎与凿琢等加工工艺的难易程度。强度、硬度、韧性较高的石材，不易加工；质脆而粗糙，有颗粒交错结构，含有层状或片状结构以及已经风化的岩石都难以满足加工要求。(2)磨光性磨光性是指石材能否磨成光滑表面的性质。致密、均匀、细粒的岩石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮洁的表面。疏松多孔、鳞片状结构的岩石，磨光性均较差。(3)抗钻性抗钻性指岩石钻孔时期难易程度的性质。影响抗钻性的因素很复杂，一般与岩石的强度、硬度等性质有关。2.3石材的加工类型、选用原则与防护2.3.1砌筑石材2.3.1.1砌筑石材的类型常用砌筑石材的原料主要有花岗岩、石灰岩、白云岩、砂岩等。根据加工程度的不同，可以分为：(1)毛石（片石或块石）：形状不规则的石块按其表明平整程度分为乱毛石和平毛石两种。乱毛石指各个面的形状均不规则的块石；平毛石指对乱毛石略经加工，形状较整齐，但表面粗糙的块石。毛石主要用于砌筑基础、勒脚、墙身、挡土墙、堤坝等。(2)料石料石指经人工凿琢或机械加工而成的规则六面体块石。按表面加工的平整度可分为表面不经加工或稍加修整的毛料石；表面加工成凹凸深度不大于20mm的粗料石；表面加工成凹凸深度不大于10mm的半细料石和表面加工成凹凸深度不大于2mm的细料石。料石常用致密的砂岩、石灰岩、花岗岩等开凿而成。料石常用于砌筑墙身、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。汉白玉-荒料花岗岩荒料(3)板材天然大理石板材按形状分为普型板（PX）和圆弧板（HM）。国际和国内板材的通用厚度为20mm，亦称为板厚。随着石材加工工艺的不断改进，厚度较小的板材也开始应用于装饰工程，常见的有10mm、8mm、7mm、5mm等，亦称为薄板。花岗石表面按加工程度不同分为粗面板材、细面板材、哑光板材和镜面板材。粗面板材又有：剁斧板、机刨板、火烧板等。毛板、剁斧板、烧毛板、机刨板花岗石表面根据装饰需要，在平整的表面上加工成粗糙的纹理，具有较规则加工条纹的板材。2.3.1.2工程对砌筑石材的要求(1)土木工程对砌筑石材尺寸的要求毛石的中间厚度不应小于15cm，至少一个方向的长度不小于30cm，平毛石应有两个大致平行的面。料石的宽度和厚度均不宜小于20cm，长度不宜大于厚度的4倍，大致呈六面体。(2)石材抗压强度的要求根据边长70mm立方体试件的抗压强度，砌筑石材的强度等级分为MU10、MU15、MU20、MU30、MU40、MU50、MU60、MU80、MU100共9个等级。(3)石材耐水性的要求(4)石材抗冻性的要求2.3.2装饰石材装饰石材主要指用于工程中个部位的装饰性板材和块材。用致密岩石凿平或锯解而成的厚度一般为20mm的石材称为板材。最常用的建筑装饰用石材是天然大理石和天然花岗石。2.3.3颗粒状石材（1）碎石；（2）卵石；（3）石渣2.3.4防护石材石材的一个重要用途是作为防护石材用在海防和防波堤建筑中。2.3.5用作填料的石材填料是指用于修建房屋、道路或公路的具有某种功能的未粘结粒状材料。天然岩石是最重要的填料来源。坚硬、结实和耐久是填料非常重要的特性。2.3.6石材的选用原则（1）适用性（2）经济性（3）安全性（4）美观性2.3.7天然岩石的破坏及其防护为了减轻与防止石材的风化与破坏，可以采取以下防护措施：（1）合理选材（2）表面处理①在石材表面涂刷憎水剂；②涂刷熔化的石蜡；③石灰岩表面可涂刷硅氟酸镁溶液；④其他岩石可用硅酸盐来防护。2.4常用岩石与石材2.4.1花岗岩岩石学中花岗岩指由石英、长石、及少量云母和暗色矿物（橄榄石类、辉石类、角闪石类及黑云母等）组成的全晶质的岩石。建筑上所说的花岗石是广义的，指具有装饰功能，可磨光、抛光的岩浆岩及少量其它类岩石。有花岗岩、闪长岩、正长岩、辉长岩（以上均属深成岩）、辉绿岩、玄武岩、安山岩（以上均属喷出岩）、片麻岩（属变质岩）等。这类岩石的构造非常致密，矿物全部结晶且晶粒粗大，块状构造或粗晶嵌入玻璃质结构中呈斑状构造。花岗岩属于深成岩。堆积密度大，抗压强度高，孔隙率低，吸水率低，硬度高，耐磨性好，抗风化性好，耐久性高，耐酸性好，但不耐火，多含放射性元素。由于花岗石板材质感丰富，具有华丽高贵的装饰效果，且质地坚硬、耐久性好，所以是室内外高级装饰材料。花岗石石材是没有彩色条纹的，只有彩色斑点状花纹，花纹的特点是晶粒细小、均匀，并分布着繁星般的云母亮点与闪闪发光的石英结晶。主要用于建筑物的墙、柱、地、楼梯、台阶、栏杆等表面装饰及服务台、展示台等。花岗岩板材花