第二章天然石材

第二章石材本章内容第一节天然岩石的组成及分类第二节天然石材的技术性质第三节石材的加工类型与选用天然石材建筑用石材人工石材天然石材是由天然岩石开采的，经过或不经过加工而制得的石材。天然石材资源丰富，使用历史悠久，是古老的建筑材料之一。世界上有许多著名的古建筑是由天然石材建造而成，如意大利的比萨斜塔，我国的赵洲桥等。赵州桥罗马斗兽场目前，石材作为结构材料已很大程度上被钢筋混凝土、钢材所取代。由于天然石材具有抗压强度高、耐久性、耐磨性及装饰性好等优点，因此，在建筑工程中的使用目前仍然相当普遍，较多的用作建筑装饰材料、基础和墙身等砌筑材料以及混凝土的骨料。随着合成高分子材料的兴起，人造石材（人造大理石、人造花岗岩等）作为装饰材料也得到极大的发展和应用。第一节天然岩石的组成及分类天然岩石，通常可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。一、岩浆岩岩浆岩又称火成岩，它因地壳变动，熔融岩浆由地壳内部上升后冷却而成。根据形成条件的不同，岩浆岩又分为以下三类。1、深成岩深成岩是岩浆在地壳深处受上部覆盖层的压力作用，缓慢且较均匀冷却而形成的岩石。其矿物全部结晶且晶粒较粗，构造致密，具有抗压强度高、吸水率小、表观密度大及抗冻性、耐磨性好等特点。建筑上常用的深成岩有花岗岩、正长岩、辉长岩、橄榄岩、闪长岩等。2、喷出岩喷出岩是岩浆岩喷出地表时，在压力骤减和冷却较快的条件下而形成的岩石。由于结晶条件差，多呈隐晶质或玻璃体结构。当喷出的岩浆形成的岩层很厚时，其结构接近深成岩。当喷出岩凝固成比较薄的岩层时，常呈多孔构造，近于火山岩。工程上常用的喷出岩有玄武岩、安山岩和辉绿岩等。3、火山岩火山岩是火山爆发时岩浆被喷到空中，急速冷却后形成的岩石。火山岩为玻璃体结构且呈多孔构造。如火山灰、火山渣、浮石和凝灰岩等。火山灰、火山渣可作为水泥的混合材料。浮石可作轻混凝土的骨料。花岗岩辉绿岩闪长岩玄武岩二、沉积岩沉积岩是地表的各类岩石经长期风化、搬运、沉积和再造作用而形成的岩石，呈层状构造，表观密度小，空隙率和吸水率较大，强度低，耐久性也较差。根据生成条件，可分成三种：1、机械沉积岩：由自然风化而逐渐破碎松散的岩石，经风、雨、冰川、沉积等机械力的作用而重新压实或胶结而成的岩石，如砂岩、页岩等。2、化学沉积岩：由溶解于水中的矿物质经聚积、沉积、重结晶、化学反应等过程而形成的岩石。如石膏、白云石等。3、有机沉积岩：由各种有机体的残骸沉积而成的岩石。如石灰岩、硅藻土等。三、变质岩变质岩是地壳中原有的各类岩石，在地层的压力或温度作用下，原岩石在固体状态下发生再结晶作用，而使其矿物成分、结构构造以至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。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得到的大理岩，比原来的岩石坚固耐久。而深成岩经变质后产生片状构造，性能反而下降，如花岗岩变质后成为片麻岩则易于分层剥落，耐久性差。第二节天然石材的技术性质一、表观密度岩石的表观密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。根据表观密度可分为：轻质石材（表观密度小于1800kg/m3）重质石材（表观密度大于或等于1800kg/m3）。表观密度的大小，常间接地反映出石材的一些物理力学性能。一般情况下，同种石材表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率越小，耐久性、导热性越好。二、吸水性天然石材的吸水率一般较小，但由于形成条件、密实程度等情况的不同，石材的吸水率波动也较大，如花岗岩吸水率通常小于0.5%。，而多孔的贝类石灰岩吸水率可达15%。石岩石吸水后强度降低，抗冻性、耐久性能下降。根据吸水率的大小，将岩石分为低吸水性（吸水率く1.5%）、中吸水性（吸水率介于1.5-3%）和高吸水性（吸水率3%）的岩石。三、耐水性当石材中含有粘土或易溶于水的物质时，在水饱和情况下，强度会明显下降。石材的耐水性以软化系数表示。软化系数大于或等于0.9的为高耐水性石材、软化系数为0.7-0.9属中耐水性石材、软化系数0.6-0.7为低耐用水性石材，一般软化系数小于0.8的石材不允许用于重要建筑。四、抗冻性抗冻性是石材抵抗冻融破坏的能力，是衡量石材耐久性的一个重要指标，用石材在水饱和状态下所能经受的冻融循环次数来表示。在规定的冻融循环次数内,无贯穿裂纹,重量损失不超过5%,强度降低不大于25%,则为抗冻性合格。一般室外工程饰面石材抗冻次数应大于25次。五、耐热性耐热性与石材的矿物组成有关，在高温下造岩矿物会产生分解或变质，而且由于各种造成矿物的热膨胀系数不同，受热后会产生内应力以致崩裂。六、强度石材的强度取决于造岩矿物岩石的构造。石材的抗压强度是划分石材强度等级的依据，采用边长为70mm的立方体试件用标准方法进行测试。根据《砌体结构设计规范》（GBJ3-88）的规定，天然石材的强度等级可分为MU100、MU80、MU60、MU50、，U40、MU30、MU20、MU15、MU10等九个等级，七、硬度石材的硬度取决于矿物组成的硬度与构造，由致密坚硬矿物组成的石材，其硬度就高，岩石的硬度以莫氏硬度表示。八、耐磨性耐磨性是石材抵抗磨擦、边缘剪切以及撞击等复杂作用的性质。耐磨性包括耐磨损性（石材受磨擦作用）和耐磨耗性（石材同时受磨擦与冲击作用）两个方面。耐磨损性是以单位磨擦面积所产生的质量损失的大小来表示；耐磨耗性是以单位质量所产生的质量损失的大小来表示。一般而言，石材的强度高，则耐磨性也较好。九、抗风化性由化学水、冰等因素造成岩石开裂或剥落的过程，称为风化。对石材表面进行磨光、喷涂等处理，可有效地防止风化的产生。十、放射性少数天然石材中含有某些放射性元素，若超过标准（见《天然石材产品放射防护分类控制标准》）对人体的健康不利。建筑中常用岩石的特性与应用一、花岗岩它属于深成岩，是火成岩中分布最广的岩石，其主要的矿物组成为长石，石英和少量的云母。它耐磨性好，抗风化性好及耐久性高，耐酸性好。花岗岩主要用于基础，挡土墙，踏步地面，外墙饰面雕塑。二、大理岩它属于副变质岩，由石灰岩或白云岩变质而成，主要矿物组成为方解石和白云石。大理岩主要用于室内的装修，如墙面，柱面及磨埙较小的地面，踏步。三、石灰岩它属于沉积岩，主要矿物成分为方解石，呈层状构造。石灰岩常用于砌筑建筑工程的基础、桥墩、台阶等，或作为骨料大量用于混凝土中。四、砂岩它属沉积岩，其主要造岩矿物有石英及少量的长石、方解石和白云石等，呈层状结构。砂岩常用于基础、墙身、人行道等。第三节石材的加工类型与选用原则一、石材的加工类型1、块状石材块状石材多为砌筑石材。分为毛石和料石两类（1）毛石（又称片石或块石）毛石是由爆破直接获得的石块。毛石常用于砌筑毛石基础、勒脚、墙身、堤坝和配制毛石混凝土等。（2）料石料石是经人工或机械开采出的较规则的六面体石块，略加凿制而成，至少应有一个面的边角整齐，以便互相合缝。2、板材板材是用致密岩石经凿平、锯断、磨光等各种加工方法制作而成的厚度一般为20mm的板状石材，如花岗石板材、大理石板材等。3、散粒石料建筑工程中的散粒石料，主要指碎石、卵石。碎石和卵石常用作混凝土骨料；卵石还可作为园林、庭院等地面的铺砌材料。二、石材的选用原则建筑工程中应根据建筑物的类型、环境条件等慎重选用石材，使其既符合工程使用条件，又经济合理。一般应考虑以下几点：力学指标耐久性质感与色彩经济性环保性人造石材用人工方法加工制造的具有天然石材的花纹和纹理的合成石，称为人造石材。以人造花岗石、大理石和水磨石用的最多。人造石材具有质轻、强度高、耐污染、耐腐蚀、施工方便等优点，是现代建筑理想的装饰材料。根据人造石材使用的胶结材料的不同可分为以下四种：树脂型人造石材水泥型人造石材复合型人造石材烧结型人造石材