土木工程材料(石材)概要課件

單擊此處編輯母版標題樣式,*,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,土木工程材料,朱 凱,(,上海應用技術學院 城建學院,),第四章 石材,主要內(nèi)容：,巖石的性質及分類,天然石材,人造石材,4,.1,巖石的基本性質,天然石材,:,采自地殼的天然巖石，不經(jīng)機械加工或,經(jīng)機械加工而得的材料天然石材的優(yōu)點：強度高、裝飾性好、耐水性、耐,磨性、耐久性高、來源廣泛天然石材的缺點：加工困難，自重大，開采和運輸,不方便天然石材的應用：重要結構，特別是建筑裝飾一.造巖礦物,1.,造巖礦物：組成巖石的礦物稱為造巖礦物礦物是具有一定化學成分和結構特征的天然化合物或單質）,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、顆粒結構均有差異，因而顏色、強度、耐久性等也有差異造巖礦物的性質及其含量決定巖石的性質2.,主要造巖礦物及其性質,主要造巖礦物有以下幾種：石英、長石、角閃石、輝石、方解石、白云石、黃鐵礦、云母1,）石英：二氧化硅,(Si02),晶體的總稱莫氏硬度為,7,，非常堅硬，強度高，化學穩(wěn)定性及耐久性高。

但受熱時,(573C,以上,),，因晶型轉變會產(chǎn)生裂縫甚至松散2,）長石：,鉀、鈉、鈣等的鋁硅酸鹽晶體莫氏硬度為,6,，堅硬、強度高、耐久性高，但低于石英，具有白、灰、紅、青多種顏色長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,，強度高、韌性好、耐久性好具有多種顏色，但均為暗色，故也稱暗色礦物4,）方解石：莫氏硬度為,3,，強度較高、耐久性次于上述礦物，遇酸后分解5,）白云石：莫氏硬度為,4,強度、耐酸腐蝕性及耐久性略高于方解石，遇酸時分解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,，具有權完全解理,(,礦物在外力等作用下，沿一定的結晶方向易裂成光滑平面的性質稱為解理，裂成的平面稱為解理面,),，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為白云母和黑云母，后者易風化為巖石中的有害礦物二、巖石的結構、構造與性質,（一）巖石的結構及構造,（1）巖石的結構,巖石的結構是指巖石中礦物的結晶程度、顆粒大小、形態(tài)及組合方式,按結晶程度：全晶質、半晶質、玻璃質,按礦物顆粒大?。猴@晶質,(晶體顆粒較粗，肉眼或放大鏡可識別),、隱晶質,(晶體顆粒較細，肉眼不可識別),按礦物顆粒相對大?。旱攘?、不等粒、斑狀、似斑狀,（2）巖石的構造,巖石的構造是指巖石中不同礦物間的 排列,方式及充填方式。

塊狀構造：整體均勻性耐久性高（花崗巖、大,理巖）,層片狀構造：易沿層片連接處崩裂而風化（砂,巖、頁巖、片麻巖）,斑狀構造、杏仁狀構造、結核狀構造：整體均,勻性差，易開裂和風化，不易制取,規(guī)整的塊材（安山巖、斑巖）,氣孔狀構造,（火山碎屑巖、噴出巖）,（二）性質,1.巖石大多數(shù)屬于結晶晶體，少數(shù)屬于玻璃質結構，兩者相比結晶質的較玻璃質的強度高，化學穩(wěn)定性、韌性及耐久性好2.細小晶粒較粗大晶粒的強度高、韌性及耐久性好3.含有極完全解理的礦物組成的巖石，強度低、韌,性差、易于開采4.巖石的孔隙率較大，則巖石的強度，抗凍性，耐,水性及耐久性等會顯著下降三、巖石的形成、分類與性質,(一)分類：巖石按,地質形成條件,分為：,正變質巖,副變質巖,侵入巖,噴出巖,1.,火成巖,2.,沉積巖,3.變質巖,深成巖,淺成巖,碎屑巖化學、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,晶成巖結構致密具有粗大的晶粒和塊狀構造,(,礦物排列無序，宏觀呈塊 狀構造,),如花崗巖、正長巖、輝長巖、閃長巖等2),淺成巖：巖漿在地表淺處冷卻結晶成巖。

結構致密，由于冷卻較快，故晶粒較小，如輝綠巖侵入巖為全晶質結構(巖石全部由結晶的礦物顆粒組成)，且沒有解理侵入巖的體積密度大、抗壓強度高、吸水率低、抗凍性好3),噴出巖由于形成條件不同，結構有的致密,(,形成較厚的巖層,),或多孔構造,(,形成較薄的巖層,),或內(nèi)部含有大量的氣孔,(,當巖漿被噴到空氣中，急速冷卻而形成的巖石,),并多呈玻璃質,2.沉積巖：巖石在地質、外力作用下經(jīng)風化、搬運、沉積成巖作用,(,壓固、膠結等,),，在地表或地表不,太深處形成的巖石，又稱水成巖分為以下四種：,碎屑巖、化學沉積巖、生物沉積巖、粘土巖,主要待征,:,呈層狀構造，各層巖石的成分、構造、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、強度和耐久性較低3.變質巖：,（,1,）正變質巖：由火成巖變質而成，性能一般較原,火成巖差如片麻巖,（,2,）副變質巖：由沉積巖變質而成，性能一般較原,沉積巖好如大理巖、石英巖等4,.,2,石材,的技術性質,4.2.1,技術性質,天然石材的技術性質，可分為物理性質、力學性質和工藝性質1,物理性質,(1),表觀密度,石材的表觀密度與其礦物組成、孔隙率等因素有關。

表觀密度大的石材孔隙率小、抗壓強度高、耐久性好按照表觀密度的大小可將石材分為：,重質石材 表觀密度,1800kg/m,3,；,輕質石材 表觀密度,1800kg/m,3,2),吸水性,吸水率低于,1.5%,的巖石稱為低吸水性巖石，介于,1.5%3.0%,的稱為中吸水性巖石,吸水率高于,3.0%,的稱高吸水性巖石石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響石材吸水后，會降低顆粒之間的粘結力，從而使強度降低3）,耐水性,巖石中含有較多的粘土或易溶物質時，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、低三個等級軟化系數(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系，吸水率大的的石材其抗凍性也差根據(jù)經(jīng)驗，吸水率小于0.50%的石材，則認為是抗凍的5）耐熱性,石材的耐熱性與其化學成分及礦物組成有關，石材經(jīng)高溫后，因熱脹冷縮、體積變化而產(chǎn)生內(nèi)應力或因組成礦物發(fā)生分解和變異等導致結構破壞6,）導熱性,石材的導熱性與其表觀密度和結構狀態(tài)有關，重質石材導熱系數(shù)可達,2.91,3.49W/m,K,2,力學性質,天然石材的力學性質主要包括：抗壓強度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。

1）抗壓強度,石材的抗壓強度，是以,3,個邊長為,70mm,的立方體試塊的抗壓破壞強度平均值確定劃分的它分為,9,個等級：,MU100,、,MU80,、,MU60,、,MU50,、,MU40,、,MU30,、,MU20,、,MU15,和,MU10,礦物組成對石材抗壓強度有一定影響例如，組成花崗巖的主要礦物成分中石英是很堅強的礦物，其含量越多，則花崗巖的強度也越高結構與構造特征對石材的抗壓強度也有很大影響結晶質石材的強度較玻璃質的高；等粒狀結構的強度較斑狀結構的高；構造致密的強度較疏松多孔的高具有層狀、帶狀或片狀構造的石材，其垂直于層理方向的抗壓強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造通常，晶體結構的巖石較非晶體結構的巖石，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造凡由致密、堅硬礦物組成的石材，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的標準礦物如表,3.1,所列表,3.1,礦物的莫氏硬度表,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雜作用的能力。

石材的組成礦物越堅硬，構造越致密以及其抗壓強度和沖擊韌性越高，則石材的耐磨性越好凡是用于可能遭受磨損作用的場所，例如臺階、人行道等應采用具有高耐磨性的石材3 工藝性質,石材的工藝性質，主要指其開采和加工過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，主要是指對巖石開采、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,指石材能否磨成平整光滑表面的性質致密、均勻、細粒的巖石，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，其難易程度的性質一般石材的強度越高、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采的，經(jīng)過或不經(jīng)過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,巖石由各種不同地質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,變質巖,沉積巖,巖石,名 稱,成巖情況,主要品種,巖漿巖,熔融巖漿上升到地表附近或噴出地表，冷卻凝結而成巖。

花崗巖,玄武巖,輝綠巖,沉積巖,巖石風化后，再經(jīng)沉積、膠結而成巖石灰?guī)r,砂巖,變質巖,巖石在溫度、壓力或化學的作用下，經(jīng)變質而成巖,大理巖,片麻巖,天然巖石的分類,二、建筑中常用巖石的特性,名 稱,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，屬酸性巖石表觀密度,2500,2700,kg/m,3,抗壓強度達,120,250MPa,使用年限達,75,200,年,大理巖,是由石灰?guī)r或白云巖變質而成，主要的造巖礦物是方解石或白云石，屬碳酸鹽類表觀密度,2600,2700,kg/m,3,抗壓強度達,70,110MPa,純凈的大理石稱漢白玉,石灰?guī)r,俗稱,“,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、粘土等表觀密度,2000,2600,kg/m,3,抗壓強度達,80,160MPa,砂 巖,其主要造巖礦物有石英、及少量的長石、方解石和白云石，屬沉積巖表觀密度,2200,2500,kg/m,3,抗壓強度達,5,200MPa,常用于建筑物的基礎、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，分為亂毛石和平毛石2,、料石（條石）,經(jīng)人工或機械開采出的較規(guī)則的六面體形的石塊，略加鑿制而成，至少有一個面的邊角整齊主要用于基礎、墻身、地坪、柱頭、窗臺板、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,）半細料石,正表面的凹凸相差,10mm 4,）細料石,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 用,備 注,天然大理石板材,耐化學腐蝕和抗風化性能較差,主要應用于室內(nèi)裝飾,天然花崗石板材,強度高、耐磨、抗風化、耐腐蝕性能好,用于室內(nèi)、室外裝飾,細面板材,鏡面板材,粗面板材,青石裝飾板材,屬于砂巖,具有古建筑的獨特風格,（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，稱為人造石材。