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1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,土木工程材料,朱 凱,(,上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 城建學(xué)院,),第四章 石材,主要內(nèi)容：,巖石的性質(zhì)及分類(lèi),天然石材,人造石材,4,.1,巖石的基本性質(zhì),天然石材,:,采自地殼的天然巖石，不經(jīng)機(jī)械加工或,經(jīng)機(jī)械加工而得的材料。,天然石材的優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高、裝飾性好、耐水性、耐,磨性、耐久性高、來(lái)源廣泛。,天然石材的缺點(diǎn)：加工困難，自重大，開(kāi)采和運(yùn)輸,不方便。,天然石材的應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)，特別是建筑裝飾。,一.造巖礦物,1.,造巖礦

2、物：組成巖石的礦物稱(chēng)為造巖礦物。（礦物是具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特征的天然化合物或單質(zhì)）,大多數(shù)巖石是由多種造巖礦物組成的，由于其各種礦物的含量、顆粒結(jié)構(gòu)均有差異，因而顏色、強(qiáng)度、耐久性等也有差異。,造巖礦物的性質(zhì)及其含量決定巖石的性質(zhì)。,2.,主要造巖礦物及其性質(zhì),主要造巖礦物有以下幾種：石英、長(zhǎng)石、角閃石、輝石、方解石、白云石、黃鐵礦、云母。,（,1,）石英：二氧化硅,(Si02),晶體的總稱(chēng)。莫氏硬度為,7,，非常堅(jiān)硬，強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性及耐久性高。但受熱時(shí),(573C,以上,),，因晶型轉(zhuǎn)變會(huì)產(chǎn)生裂縫甚至松散。,（,2,）長(zhǎng)石：,鉀、鈉、鈣等的鋁硅酸鹽晶體。莫氏硬度為,6,，堅(jiān)硬、強(qiáng)度高

3、、耐久性高，但低于石英，具有白、灰、紅、青多種顏色。長(zhǎng)石是火成巖中最多的造巖礦物，約占總量的,2,3,。,（,3,）角閃石、輝石、橄欖石：莫氏硬度為,57,，強(qiáng)度高、韌性好、耐久性好。具有多種顏色，但均為暗色，故也稱(chēng)暗色礦物。,（,4,）方解石：莫氏硬度為,3,，強(qiáng)度較高、耐久性次于上述礦物，遇酸后分解。,（,5,）白云石：莫氏硬度為,4,強(qiáng)度、耐酸腐蝕性及耐久性略高于方解石，遇酸時(shí)分解。,（,6,）黃鐵礦：莫氏硬度為,67,耐久性差，遇水和氧生成游離硫酸，且體積膨脹，并產(chǎn)生銹跡。黃鐵礦為巖石中的有害礦物。,（,7,）云母：莫氏硬度為,23,，具有權(quán)完全解理,(,礦物在外力等作用下，沿一定的結(jié)

4、晶方向易裂成光滑平面的性質(zhì)稱(chēng)為解理，裂成的平面稱(chēng)為解理面,),，易裂成薄片，玻璃光澤，耐久性差，具有多種顏色。云母的主要種類(lèi)為白云母和黑云母，后者易風(fēng)化為巖石中的有害礦物。,二、巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì),（一）巖石的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造,（1）巖石的結(jié)構(gòu),巖石的結(jié)構(gòu)是指巖石中礦物的結(jié)晶程度、顆粒大小、形態(tài)及組合方式,按結(jié)晶程度：全晶質(zhì)、半晶質(zhì)、玻璃質(zhì),按礦物顆粒大?。猴@晶質(zhì),(晶體顆粒較粗，肉眼或放大鏡可識(shí)別),、隱晶質(zhì),(晶體顆粒較細(xì)，肉眼不可識(shí)別),按礦物顆粒相對(duì)大?。旱攘?、不等粒、斑狀、似斑狀,（2）巖石的構(gòu)造,巖石的構(gòu)造是指巖石中不同礦物間的 排列,方式及充填方式。,塊狀構(gòu)造：整體均勻性耐久性高（

5、花崗巖、大,理巖）,層片狀構(gòu)造：易沿層片連接處崩裂而風(fēng)化（砂,巖、頁(yè)巖、片麻巖）,斑狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造、結(jié)核狀構(gòu)造：整體均,勻性差，易開(kāi)裂和風(fēng)化，不易制取,規(guī)整的塊材（安山巖、斑巖）,氣孔狀構(gòu)造,（火山碎屑巖、噴出巖）,（二）性質(zhì),1.巖石大多數(shù)屬于結(jié)晶晶體，少數(shù)屬于玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，兩者相比結(jié)晶質(zhì)的較玻璃質(zhì)的強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定性、韌性及耐久性好。,2.細(xì)小晶粒較粗大晶粒的強(qiáng)度高、韌性及耐久性好。,3.含有極完全解理的礦物組成的巖石，強(qiáng)度低、韌,性差、易于開(kāi)采。,4.巖石的孔隙率較大，則巖石的強(qiáng)度，抗凍性，耐,水性及耐久性等會(huì)顯著下降。,三、巖石的形成、分類(lèi)與性質(zhì),(一)分類(lèi)：巖石按,地質(zhì)形成條件,分

6、為：,正變質(zhì)巖,副變質(zhì)巖,侵入巖,噴出巖,1.,火成巖,2.,沉積巖,3.變質(zhì)巖,深成巖,淺成巖,碎屑巖化學(xué)、沉積巖,生物沉積巖粘土巖,1.火成巖：侵入巖（深成巖和淺成巖）和噴出巖,(1),深成巖：巖漿在地表深處受上部巖層的壓力作用，緩慢冷卻結(jié),晶成巖。,結(jié)構(gòu)致密具有粗大的晶粒和塊狀構(gòu)造,(,礦物排列無(wú)序，宏觀(guān)呈塊 狀構(gòu)造,),。如花崗巖、正長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等。,(2),淺成巖：巖漿在地表淺處冷卻結(jié)晶成巖。,結(jié)構(gòu)致密，由于冷卻較快，故晶粒較小，如輝綠巖。,侵入巖為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(巖石全部由結(jié)晶的礦物顆粒組成)，且沒(méi)有解理。侵入巖的體積密度大、抗壓強(qiáng)度高、吸水率低、抗凍性好。,(3),噴出巖由于

7、形成條件不同，結(jié)構(gòu)有的致密,(,形成較厚的巖層,),或多孔構(gòu)造,(,形成較薄的巖層,),或內(nèi)部含有大量的氣孔,(,當(dāng)巖漿被噴到空氣中，急速冷卻而形成的巖石,),并多呈玻璃質(zhì),2.沉積巖：巖石在地質(zhì)、外力作用下經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積成巖作用,(,壓固、膠結(jié)等,),，在地表或地表不,太深處形成的巖石，又稱(chēng)水成巖。分為以下四種：,碎屑巖、化學(xué)沉積巖、生物沉積巖、粘土巖,主要待征,:,呈層狀構(gòu)造，各層巖石的成分、構(gòu)造、顏色、性能均不同，且為各向異性。與深成巖相比，沉積巖的體積密度小、孔隙率大、吸水率較大、強(qiáng)度和耐久性較低。,3.變質(zhì)巖：,（,1,）正變質(zhì)巖：由火成巖變質(zhì)而成，性能一般較原,火成巖差。如片麻

8、巖,（,2,）副變質(zhì)巖：由沉積巖變質(zhì)而成，性能一般較原,沉積巖好。如大理巖、石英巖等。,4,.,2,石材,的技術(shù)性質(zhì),4.2.1,技術(shù)性質(zhì),天然石材的技術(shù)性質(zhì)，可分為物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)和工藝性質(zhì)。,1,物理性質(zhì),(1),表觀(guān)密度,石材的表觀(guān)密度與其礦物組成、孔隙率等因素有關(guān)。表觀(guān)密度大的石材孔隙率小、抗壓強(qiáng)度高、耐久性好。,按照表觀(guān)密度的大小可將石材分為：,重質(zhì)石材 表觀(guān)密度,1800kg/m,3,；,輕質(zhì)石材 表觀(guān)密度,1800kg/m,3,。,(2),吸水性,吸水率低于,1.5%,的巖石稱(chēng)為低吸水性巖石，介于,1.5%3.0%,的稱(chēng)為中吸水性巖石,吸水率高于,3.0%,的稱(chēng)高吸水性巖石。石

9、材的吸水性對(duì)其強(qiáng)度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會(huì)降低顆粒之間的粘結(jié)力，從而使強(qiáng)度降低。,（3）,耐水性,巖石中含有較多的粘土或易溶物質(zhì)時(shí)，軟化系數(shù)則較小，其耐水性較差。根據(jù)軟化系數(shù)大小，可將石材分為高、中、低三個(gè)等級(jí)。軟化系數(shù)大于0.90為高水性，軟化系數(shù)在0.75 0.90之間為中耐水性，軟化系數(shù)在0.60 0.75 之間為低耐水性，軟化系數(shù)小于0.60者，則不允許使用。,（4）抗凍性,石材抗凍性與吸水性有密切的關(guān)系，吸水率大的的石材其抗凍性也差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，吸水率小于0.50%的石材，則認(rèn)為是抗凍的。,（5）耐熱性,石材的耐熱性與其化學(xué)成分及礦物組成有關(guān)，石材經(jīng)高溫后，因熱脹冷縮、體積變

10、化而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力或因組成礦物發(fā)生分解和變異等導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。,（,6,）導(dǎo)熱性,石材的導(dǎo)熱性與其表觀(guān)密度和結(jié)構(gòu)狀態(tài)有關(guān)，重質(zhì)石材導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá),2.91,3.49W/m,K,2,力學(xué)性質(zhì),天然石材的力學(xué)性質(zhì)主要包括：抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。,（1）抗壓強(qiáng)度,石材的抗壓強(qiáng)度，是以,3,個(gè)邊長(zhǎng)為,70mm,的立方體試塊的抗壓破壞強(qiáng)度平均值確定劃分的。它分為,9,個(gè)等級(jí)：,MU100,、,MU80,、,MU60,、,MU50,、,MU40,、,MU30,、,MU20,、,MU15,和,MU10,。,礦物組成對(duì)石材抗壓強(qiáng)度有一定影響。例如，組成花崗巖的主要礦物成分中石英是很堅(jiān)強(qiáng)的礦物，其含量越多

11、，則花崗巖的強(qiáng)度也越高。,結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特征對(duì)石材的抗壓強(qiáng)度也有很大影響。結(jié)晶質(zhì)石材的強(qiáng)度較玻璃質(zhì)的高；等粒狀結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較斑狀結(jié)構(gòu)的高；構(gòu)造致密的強(qiáng)度較疏松多孔的高。具有層狀、帶狀或片狀構(gòu)造的石材，其垂直于層理方向的抗壓強(qiáng)度較平行于層理方向的高。,（2）沖擊韌性,石材的沖擊韌性決定于巖石的礦物組成與構(gòu)造。通常，晶體結(jié)構(gòu)的巖石較非晶體結(jié)構(gòu)的巖石，具有較高的韌性。,（3）硬度,它取決于石材的礦物組成的硬度與構(gòu)造。凡由致密、堅(jiān)硬礦物組成的石材，其硬度就高。,硬度影響石材的易加工性和耐磨性。石材的硬度常用莫氏硬度表示，它是一種刻劃硬度。各莫氏硬度級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)礦物如表,3.1,所列。,表,3.1,礦物的莫氏硬度

12、表,硬度,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,礦物,滑石,石膏,方解石,螢石,磷灰石,長(zhǎng)石,石英,英玉,剛玉,金剛石,（4）耐磨性,耐磨性是指石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復(fù)雜作用的能力。石材的組成礦物越堅(jiān)硬，構(gòu)造越致密以及其抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性越高，則石材的耐磨性越好。凡是用于可能遭受磨損作用的場(chǎng)所，例如臺(tái)階、人行道等應(yīng)采用具有高耐磨性的石材。,3 工藝性質(zhì),石材的工藝性質(zhì)，主要指其開(kāi)采和加工過(guò)程的難易程度及可能性，包括加工性、磨光性與抗鉆性等。,（1）加工性,石材的加工性，主要是指對(duì)巖石開(kāi)采、鋸解、切割、鑿琢、磨光和拋光等加工工藝的難易程度。,（2）磨光性,指石材能否磨成

13、平整光滑表面的性質(zhì)。致密、均勻、細(xì)粒的巖石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮潔的表面。,（3）抗鉆性,指石材鉆孔時(shí)，其難易程度的性質(zhì)。一般石材的強(qiáng)度越高、硬度越大，越不易鉆孔。,4,放射性,4,.,3,天然石材,建筑中所用的石材分為天然石材和人造石材。天然石材是指由天然巖石開(kāi)采的，經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)加工而制得的石材。人造石材是指由高分子材料制造而成的，如人造大理石、人造花崗巖等。,一、天然巖石的分類(lèi),巖石由各種不同地質(zhì)作用所形成的天然礦物的集合體。大部分巖石是由幾種礦物組成，如花崗巖由長(zhǎng)石、石英、云母等；少數(shù)巖石是由一種礦物組成，如石灰?guī)r是由方解石組成。,巖漿巖,變質(zhì)巖,沉積巖,巖石,名 稱(chēng),成

14、巖情況,主要品種,巖漿巖,熔融巖漿上升到地表附近或噴出地表，冷卻凝結(jié)而成巖。,花崗巖,玄武巖,輝綠巖,沉積巖,巖石風(fēng)化后，再經(jīng)沉積、膠結(jié)而成巖。,石灰?guī)r,砂巖,變質(zhì)巖,巖石在溫度、壓力或化學(xué)的作用下，經(jīng)變質(zhì)而成巖,大理巖,片麻巖,天然巖石的分類(lèi),二、建筑中常用巖石的特性,名 稱(chēng),組成,密度,花崗巖,是巖漿巖中分布最廣的一種主要礦物組成，典型的深成巖，屬酸性巖石。,表觀(guān)密度,2500,2700,kg/m,3,抗壓強(qiáng)度達(dá),120,250MPa,使用年限達(dá),75,200,年,大理巖,是由石灰?guī)r或白云巖變質(zhì)而成，主要的造巖礦物是方解石或白云石，屬碳酸鹽類(lèi)。,表觀(guān)密度,2600,2700,kg/m,3,

15、抗壓強(qiáng)度達(dá),70,110MPa,純凈的大理石稱(chēng)漢白玉,石灰?guī)r,俗稱(chēng),“,青石,”,，是沉積巖的一種，主要成分是,CaCO,3,，主要礦物成分是方解石，常含有白云石、菱鎂石、粘土等。,表觀(guān)密度,2000,2600,kg/m,3,抗壓強(qiáng)度達(dá),80,160MPa,砂 巖,其主要造巖礦物有石英、及少量的長(zhǎng)石、方解石和白云石，屬沉積巖。,表觀(guān)密度,2200,2500,kg/m,3,抗壓強(qiáng)度達(dá),5,200MPa,常用于建筑物的基礎(chǔ)、墻身、踏步等。,建筑上使用的石材，按加工后的外形分為塊狀石材、板狀石材、散狀石材和各種石制品等。,（一）塊狀石材,1,、毛石（片石或塊石）,山體爆破直接得到的石塊，分為亂毛石和

16、平毛石。,2,、料石（條石）,經(jīng)人工或機(jī)械開(kāi)采出的較規(guī)則的六面體形的石塊，略加鑿制而成，至少有一個(gè)面的邊角整齊。主要用于基礎(chǔ)、墻身、地坪、柱頭、窗臺(tái)板、踏步等。,1,）毛料石,表面不經(jīng)加工或稍加修飾的料石,2,）粗料石,正表面的凹凸相差,20mm 3,）半細(xì)料石,正表面的凹凸相差,10mm 4,）細(xì)料石,正表面的凹凸相差,2mm,三、石材的加工和選用,（二）板材,板材是用致密的巖石經(jīng)鑿平、鋸斷、磨光等各種加工方法制作而成的板狀石材（厚一般,20mm,），如花崗石、大理石和青石板材等。,品 種,性 能,應(yīng) 用,備 注,天然大理石板材,耐化學(xué)腐蝕和抗風(fēng)化性能較差,主要應(yīng)用于室內(nèi)裝飾,天然花崗石板材,強(qiáng)度高、耐磨、抗風(fēng)化、耐腐蝕性能好,用于室內(nèi)、室外裝飾,細(xì)面板材,鏡面板材,粗面板材,青石裝飾板材,屬于砂巖,具有古建筑的獨(dú)特風(fēng)格,（三）散狀石材,建筑工程中的散狀石材，主要指碎石、卵石和色石渣三種。碎石、卵石可用作骨料、裝飾鋪砌材料；色石渣是由天然大理石或花崗巖等殘碎料加工而成，可作人造大理石、水磨石、水刷石等骨料,用人工方法加工制造的具有天然石材的花紋和紋理的合成石，稱(chēng)為人造石材。如人造花崗