第二章建筑石材.ppt

第二章 石材,一 、 石材定义 ：凡是由天然岩石开采而得到的毛料，或经加工而制成的块状或板状岩石，统称为石材。石材是古老的建筑材料之一，由于其抗压强度高，耐磨、耐久性好、美观而且便于就地取材，所以现在仍然被广泛的使用。石材在建筑中常被用作砌体材料、装饰材料，还可以作为胶结材料和人造石的原料。二 、本章要点 ： 本章主要介绍天然石材的组成、形成与性质的关系，常用石材及其技术要求等内容。通过学习应理解天然石材组成与形成条件对性质的影响，了解常用石材的种类与品种。,第一节岩石的组成与分类2.1.1组成1.石英 由SiO2组成的矿物,半透明或不透明的晶体,一般乳白色,质地坚硬，密度为2.65/cm3，天然石英石的主要成份为石英,常含有少量杂质成分如Al2O3、CaO、MgO等。它有多种类型。日用陶瓷原料所用的有脉石英、石英砂、石英岩、砂岩、硅石、蛋白石、硅藻土等，水稻外壳灰也富含SiO2。石英外观常呈无色、白色、乳白色、灰白半透明状态，莫氏硬度为7。熔化温度为1710C。,2、长石长石为钾、钠、钙的铝硅酸盐晶体。有正长石和斜长石之分。正长石的化学组成为KAlSi3O8，结晶体呈短柱状或厚板状，常见的为粒状或块状，密度为2.52.6g/cm3，莫氏硬度为6，颜色呈肉红色、褐黄色。斜长石NaAlSi3O8和CaAlSi3O8,斜长石有钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAlSi3O8两种，晶体呈柱状，常见的为粒状或柱状，密度为2.612.76 g/cm3，莫氏硬度为6，颜色为灰白色和浅红色。,3.云母 云母为片状含水铝硅酸盐。云母有白云母KAl2AlSi3O10 (OH)2、黑云母K(MgFe)AlSi3O10 (OH)2、金云母KMg3AlSi3O10 (OH)2等。云母密度为 2.703.10 g/cm3，莫氏硬度为23，易分解成薄片。当岩石中含有大量云母时，石材具有层理，降低了岩石的耐久性和强度，且表面难以磨光。相比之下，白云母耐久性好，黑云母易风化。,白云母,黑云母,4.角闪石、辉石、橄榄石 角闪石、辉石、橄榄石均为结晶的铁镁硅酸盐。晶体为粒状、柱状，密度为3.004.00 g/cm3，莫氏硬度为57，颜色为暗绿或黑色，常称为暗色矿物。这些造岩矿物强度高，韧性好，耐久性好。岩石中暗色矿物含量增多，其强度和耐久性也随之提高，但也给加工造成了困难。,角闪石,辉石,橄榄石,5.方解石方解石是结晶状的碳酸钙CaCO3，密度为2.70 g/cm3，莫氏硬度为3，呈白色，强度中等，易被酸类分解，微溶于水，易溶于含有CO2的水中。,6.白云石白云石为结晶的碳酸钙镁复盐MgCO3CaCO3，密度为2.90 g/cm3，莫氏硬度为4，呈白色或灰色，强度高于方解石，物理性质与方解石接近。,7.有害造岩矿物如：石膏矿、菱镁矿、磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿等。 石膏易溶于水，岩石中含有石膏会降低其使用性能 黄铁矿为结晶的二硫化铁，岩石中含有黄铁矿，遇水及氧化作用后生成游离的硫酸，污染并破坏岩石。,2.1.2 岩石的分类,岩石 ： 岩石按其成因不同可以分为三大类：1、 岩浆岩（火成岩）2、沉积岩（水成岩）3、变质岩,二、岩石的种类及性质,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。,（三）变质岩,岩石由于强烈的地质活动，在高温和高压下，矿物再结晶或生成新矿物，使原来岩石的矿物成分、结构及构造发生显著变化而成为一种新的岩石，称为变质岩。变质岩大多是结晶体，构造、矿物成分都较岩浆岩、沉积岩更为复杂而多样。根据原岩种类，分为正变质岩和副变质岩。,第二节 岩石的构造与性能,一、结构与构造,不同的成岩条件和造岩矿物使各类岩石具有不同的结构和构造特征，性能也有差异。岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及结合方式的特征。岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间的排列或组合方式，或矿物集合体与其他组成物质之间结合的情况。,1.块状结构2.层片状构造3.流纹、斑状、杏仁状和结核状构造4.气孔状构造,1.块状结构,特征:块状构造的岩石是由无序排列、分布均匀的造岩矿物所组成的一种构造。成因:岩浆岩中的深成岩和部分变质岩具有块状构造,因在地表以下深处,压力大,温度高(降低慢)，有充足的时间使晶粒成长。(但变质岩的结晶在再造过程中经重结晶作用，其块状构造颗粒呈变晶，故晶体结构与岩浆岩有区别。)特点：晶粒粗大、成分均匀、构造致密、整体性，强度高、表观密度大、吸水率小、抗冻性和耐久性好。典型代表：花岗岩、正长岩、大理岩和石英岩。是良好的承重和装饰材料。,2.层片状构造,特征：组成岩石的物质其矿物成分、结构和颜色等特征沿垂直方向一层一层变化而形成层片状构造。层理是沉积岩所具有的一种重要的构造特征，片理是部分变质岩由于受变质作用而形成的构造特征。特点：层片状构造的岩石，由于层理、片理变化，整体性差。各层的物理、力学性能不同，垂直于层理方向的抗压强度远高于平行方向的抗压强度。各层连接处易被水或有害液体侵蚀,而导致风化和破坏。但具有层理、片理的岩石易于开采和加工。典型代表：砂岩、板岩和片麻岩等,建筑上多用于人行道、踏步和屋面板等。,3.流纹、斑状、杏仁状和结核状构造,岩浆喷出地表后，沿地表流动时冷却而形成的构造称为流纹状构造。岩石成分中较粗大的晶粒分布在微晶矿物或玻璃体中的构造称为斑状构造。岩石的气孔中被次生矿物填充，形成杏仁状构造。部分沉积岩呈结核状，结核组成物与包裹其周围岩石的矿物成分不同，结核组成有钙质、硅质、铁质和铁锰质。特点：这几种构造所组成的岩石整体均匀性差，斑晶、杏仁及结核的结构和构造与四周物质的结构和构造差异较大，一旦受到温度变化和外力作用时，易导致开裂和破坏。但在磨光后，纹理美观夺目，具有良好的装饰性。,4.气孔状构造,成因：岩浆中含有一些易挥发的成分，当岩浆上升至地面或喷出地表时，由于温度和压力剧减，便形成气体逸出，待岩浆凝固后，便留下了气孔。气孔构造是火山喷出岩的典型构造。特点：气孔构造的岩石孔隙率大，强度低，吸水率大；表观密度低，由于轻质、多孔而导热差，宜作墙体材料或轻质集料。常见种类：浮石、玄武岩、火山凝灰岩等。,1. 表观积密度,2.2.2技术性质,石材的表观密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。在一般情况下，同种石材的表观密度越大，强度越大，吸水率越小，抗冻性和耐久性越好，导热性也好。石材根据表观密度可分为：轻质石材，表观密度小于1800kgm3，如：火山凝灰岩、浮石等，一般用于墙体材料。重质石材，表观密度大于1800 kgm3，如：花岗岩和大理岩等，可作为承重、装修和装饰用材料。,2.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%。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。,3.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0.600.70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。,4.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。 石材抗冻性与吸水性有密切的关系，吸水率大的石材其抗冻性也差。根据经验，吸水率0.5的石材，则认为是抗冻的。,5.耐热性 石材的耐热性与其化学成分及矿物组成有关。石材经高温后，由于热胀冷缩、体积变化而产生内应力或因组成矿物发生分解和变异等导致结构破坏。如含有石膏的石材，在100以上时就开始破坏；含有碳酸镁的石材，温度高于725会发生破坏；含有碳酸钙的石材，温度达827时开始破坏。由石英与其它矿物所组成的结晶石材，如花岗岩等，当温度达到700以上时，由于石英受热发生膨胀，强度迅速下降。6.导热性 石材的导热性与石材的致密程度有关。,（二）力学性质1.强度 石材的强度取决于造岩矿物及岩石的结构和构造。抗压强度 在石材含水饱和状态下，取三个边长为70mm的立方体试块，求得抗压强度的平均值，以此作为评定石材标号的等级的标准。石材的强度等级分为：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10。,（2）冲击韧性 石材的冲击韧性取决于岩石的矿物组成与构造。石英岩、硅质砂岩脆性较大。含暗色矿物较多的辉长岩、辉绿岩等具有较高的韧性。通常，晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。（3）硬度 它取决于石材的矿物组成的硬度与构造。凡由致密、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。,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能力。石材的耐磨性包括耐磨损与耐磨耗两方面。凡是用于可能遭受磨损作用的场所，例如台阶、人行道、地面、楼梯踏步等和可能遭受磨耗作用的场所，例如道路路面的碎石等，应采用具有高耐磨性的石材。,（4）耐磨性,花岗岩分类：岩浆岩矿物组成：石英、长石、云母和少量暗色物质结构与构造：晶质结构，块状构造颜色：深青、紫红、浅灰、纯黑，色彩主要由长石的颜色决定特点：花岗石非常坚硬，表面颗粒较粗，花岗石美丽、耐久、非常坚硬，耐久，不掉碎屑，不易刮伤，不怕高温。不论颜色或亮光，只要有一些养护的常识，都不会褪色或变暗。他几乎不受污染，抛光后表面光泽度很高，各种天气带来的杂质几乎都不能粘附。,用途： 花岗岩不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨损，除了用作高级建筑装饰工程、大厅地面外，还是露天雕刻的首选之材。 价格低廉花岗石不污染环境。 另外，花岗石非常实用，可做成多种表面-抛光、亚光、细磨、火烧、水刀处理和喷沙。,大理石： 分类：副变质岩矿物组成：方解石、白云石结构与构造：等粒变晶结构，块状构造颜色：白、黄、绿、灰、红、咖啡、黑色七个系列 用途：主要用于加工成各种形材、板材，作建筑物的墙面、地面、台、柱，还常用于纪念性建筑物如碑、塔、雕像等的材料。大理石还可以雕刻成工艺美术品、文具、灯具、器皿等实用艺术品。,特点： 1.不变形，硬度高，耐磨性强。2.抗磨蚀，耐高温，免维护。 3.物理性稳定，组织缜密，受撞击晶粒脱落，表面不起毛边，不影响其平面精度，材质稳定，能够保证长期不变形，线膨胀系数小，机械精度高，防锈、防磁、绝缘。4. 经长期天然时效，组织结构均匀，线胀系数极小，内应力完全消失，不变形。5.怕酸、碱液体侵蚀，不会生锈，不必涂油，不易粘微尘，维护、保养方便简单，使用寿命长。,第三节 常用建筑石材1 、毛石 它是爆破后直接得到的形状不规则的石块。毛石依其平整程度又分为乱毛石和平毛石。 乱毛石形状不规则，一般在一个方向上达30-40cm，质量约为20-30Kg，乱毛石常用于砌筑毛石基础、勒脚、墙身、堤坝、挡土墙等，也可用于大体积混凝土中（也称毛石混凝土）。 将乱毛石略经加工就得到了平毛石，它的形状比乱毛石整齐，基本上有六个面，常用于砌筑基础、勒脚、墙身、桥墩、涵洞等。,2 、料石 是由人工或机械开采的较规则的六面体石块，经人加工凿磨而成的。按表面加工的平整程度，料石分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石四种毛料石一般不加工或稍加修整，以便砌筑时相互和缝，厚度不小于20cm，长度为厚度的1.5-3倍；粗料石表面凹凸深度不大于2cm；半细料石不大于1cm；细料石经细加工，表面凹凸深度要求不大于0.2cm。制成长方形的称为条石、长宽大致相等的称为方石，楔形的称为拱石。料石一般有致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩开凿而成，用于建筑物的基础、勒脚、墙身、踏步、砌拱等。,3 、石板材 是用致密岩石凿平或锯解而成的石材。饰面用的石板或地面板要求耐久、耐磨、色彩美观、无裂缝，一般采用花岗岩或大理石板材。 花岗岩板材是用花岗岩荒料加工制成的板材石材，其抗压强度高达120-250MPa，耐久性好（75-200年）。根据用途和加工方法 ，花岗岩 石板分为以下四种： （1）剁斧板材 表面粗糙，具有规则的条状斧纹。（2）机刨板材 表面光滑，具有相互平行的刨纹。（3）粗磨板材 表面光滑，无光。（4）磨光板材 表面光亮、色泽明显、有镜面感。 前三种适用于建筑物外墙面，柱面，台阶，勒脚等；后一种适用于内外墙面、柱面。,大理石板材是用大理石荒料经锯切、研磨、抛光及切割而成的石材，常用规格为厚20mm、宽150-195mm、长300-1220mm。大理石板材硬度小，容易加工和磨光，材质均匀，抗压强度为70-110MPa，耐用年限为40-100年，大理石板材主要用于室内装饰，当空气中含有二氧化硫时，大理石面层会因风化而失去光泽和改变颜色并逐渐破损。,放射性 少数天然石材中含有某些放射性元素，主要是镭、钍、铀三种放射性元素。按放射性指标限量划分为A、B、