第2章+天然石材

1第2章天然石材何富强E-mail:[e-mail]电话：[phone]厦门理工学院土木工程与建筑系建筑材料学2天然石材掌握建筑工程中常用石材的品种和应用范围。了解常用岩石的形成及其结构、构造、性质和主要用途。本章提要本章内容2.1建筑中常用的岩石2.2石材2.1建筑中常用的岩石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。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。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。天然岩石按地质成因可分为火成岩、沉积岩、变质岩三大类。2.1.1火成岩火成岩也称岩浆岩，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。2.1.1.1深成岩深成岩是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。建筑中用到的喷出岩有玄武岩、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。2.1.1.2喷出岩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。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、墙体等。2.1.1.3火山岩沉积岩也称水成岩，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。2.1.2沉积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、角砾岩和页岩等。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相似。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。2.1.2.1机械沉积岩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j及某些石灰岩等。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。2.1.2.2化学沉积岩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。2.1.2.3生物沉积岩变质岩是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。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。2.1.3变质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。大理岩在我国分布广泛，而以云南大理最负盛名。大理岩表观密度为2600~2700kg/m3，抗压强度较高，达100~300MPa。大理岩质地密实但硬度不高，易于加工，可用于石雕或磨光成镜面。纯大理岩为白色，若含有不同杂质呈灰色、黄色、玫瑰色、粉红色、红色、绿色、黑色等多种色彩和花纹，是高级装饰材料。2.1.3.1大理岩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。2.1.3.2蛇纹岩石英岩是由硅质砂岩变质而成，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、耐酸衬板等。2.1.3.3石英岩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，沿片理方向易于开采加工。吸水性高，抗冻性差，通常加工成毛石或碎石，用于不重要的工程。2.1.3.4片麻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。2.1.3.5板岩2.2石材石材的表观密度与其矿物组成、孔隙率等因素有关。表观密度大的石材孔隙率小、抗压强度高、耐久性好。密度极其相似，介于2500-2700。按照表观密度的大小可将石材分为：重质石材表观密度＞1800kg/m3；轻质石材表观密度＜1800kg/m3。2.2.1石材的主要技术性质2.2.1.1表观密度石材的强度等级分为9个：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。它是以3个边长为70mm的立方体试块的抗压强度平均值确定划分的。2.2.1.2强度等级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2.1所列。2.2.1.3硬度表2.1矿物的莫氏硬度表硬度12345678910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毛石也称片石，是采石场由爆破直接获得的形状不规则的石块。根据平整程度又将其分为乱毛石和平毛石两类。(1)乱毛石形状不规则，一般高度不小于150mm，一个方向长度达300~400mm，重为20~30kg。(2)平毛石是由乱毛石略经加工而成。基本上有6个面，但表面粗糙。2.2.2石材的品种与应用2.2.2.1毛石料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据表面加工的平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种。(1)毛料石外形大致方正，一般不加工或稍加修整，高度不小于200mm，长度为高度的1.5~3倍。叠砌面凹凸深度不大于25mm。2.2.2.2料石(2)粗料石高度和厚度都不小于200mm，且不小于长度的1/4，叠砌面凹凸深度不大于20mm(3)半细料石规格尺寸同上，叠砌面凹凸深度不大于15mm(4)细料石规格尺寸同上，叠砌面凹凸深度不大于10mm用于建筑物内外墙面、柱面、地面、栏杆、台阶等处装修用的石材称为饰面石材。饰面石材从岩石种类分主要有大理石和花岗石两大类。所谓大理石是指变质或沉积的碳酸盐类岩石，有大理岩、白云岩、石英岩、蛇纹岩等。所谓花岗石是指可开采为石材的各类火成岩，有花岗岩、安山岩、辉绿岩、辉长岩、玄武岩等。2.2.2.3饰面石材饰面石材的外形有加工成平面的板材，或者加工成曲面的各种定型件。大理石饰面材料因主要成分碳酸钙不耐大气中酸雨的腐蚀，所以除了少数几个含杂质少、质地较纯的品种，如汉白玉、艾叶青等外，不宜用于室外装修工程，否则面层会很快失去光泽，并且耐久性会变差。而花岗石饰面石材抗压强度高，耐磨性、耐久性均高，不论用于室内或室外使用年限都很长。色石渣也称色石子，是由天然大理石、白云石、方解石或花岗岩等石材经破碎筛选加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。其规格品种和质量要求见表2.2。2.2.2.4色石渣表2.2色石渣的规格、品种及质量要求规格俗称平均粒径(mm)常用品种质量要求大二分一分半大八厘中八厘小八厘米粒石20158640.3~1.2白石渣、房山白、奶油白、湖北黄、易县黄、松香石、东北红、盖平红、桃红、东北绿、丹东绿、玉泉灰、墨王、苏州黑等颗粒坚固，无杂色，有棱角，洁净，不含有风化颗粒，使用时须冲洗干净