《建筑材料》第四次課(第二章)

建筑工程系主講教師：劉月賓<土木工程資料>

第二章天然石材第2章天然石材本節(jié)的學(xué)習(xí)目的1〕了解天然石材的構(gòu)成，掌握天然石材的分類及特性------巖漿巖、堆積巖、蛻變巖。2〕了解天然石材的技術(shù)性質(zhì)。3〕了解天然板材的運(yùn)用。2.1天然石材的構(gòu)成和分類巖石:是不同地質(zhì)作用所構(gòu)成的天然固態(tài)礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。造巖礦物:是具有一定化學(xué)成分和一定構(gòu)造特征的天然化合物和單質(zhì)的總稱。天然石材：經(jīng)天然巖石不同程度的機(jī)械加工后得到的資料。巖石按地質(zhì)構(gòu)成條件不同，通常可分為三大類，即巖漿巖、堆積巖和蛻變巖。2.1.1.巖漿巖巖漿巖又稱火成巖，它是因地殼變動(dòng)，熔融的巖漿由地殼內(nèi)部上升后冷卻而成。巖漿巖是組成地殼的主要巖石，占地殼總質(zhì)量的89％。巖漿巖根據(jù)巖漿冷卻條件的不同，又分為深成巖、噴出巖和火山巖。2.1.1.1深成巖深成巖是巖漿在地表深處受上部覆蓋層的壓力作用，緩慢冷卻而構(gòu)成的巖石。其特點(diǎn)是結(jié)晶完全、晶粒明顯可辨、構(gòu)造致密、表觀密度大、抗壓強(qiáng)度高、吸水率小、抗凍及耐久性好?；◢弾r屬于深層巖花崗巖在地表分布很廣泛，是人類最早發(fā)現(xiàn)和利用的天然巖石之一。在世界各地有許多古代開發(fā)利用花崗巖的遺址，如古埃及人建造的金字塔、古希臘的神廟、古羅馬的斗獸場(chǎng)等。花崗巖主要成分是長(zhǎng)石和石英?；◢弾r質(zhì)地鞏固，構(gòu)造致密，孔隙率和吸水率小，抗凍性好，難被酸堿或風(fēng)化作用侵蝕，運(yùn)用年限為75~200年。常被用于建筑物的資料?；◢弾r〔Granite〕的語源是拉丁文的granum，意思是谷?；蝾w粒。由于花崗巖是深成巖，常能構(gòu)成發(fā)育良好、肉眼可辨的礦物顆粒，因此得名。而漢字名詞花崗巖那么是由日本人翻譯而來?；璁嬤@種巖石有美麗的斑紋，剛或崗那么表示這種巖石很鞏固?；◢弾r運(yùn)用實(shí)例北京的“人民英雄留念碑〞高37.94m，僅碑心石重就達(dá)120t，是取材于山東青島的花崗巖。蘭州“黃河母親〞花崗巖巨型石雕花崗巖石約有300多種?；◢弾r巖體在我國(guó)約占國(guó)土面積的9％，達(dá)80多萬平方公里，尤其是東南地域，大面積裸露各類花崗巖體，可見其儲(chǔ)量之大。噴出巖是巖漿噴出地表冷凝而成。由于冷卻較快，大部分結(jié)晶不完全呈細(xì)小結(jié)晶狀。當(dāng)噴出巖構(gòu)成較厚巖層時(shí)，接近深層巖；構(gòu)成較薄巖層時(shí)，呈多孔構(gòu)造，接近火山巖。建筑中用到的噴出巖有玄武巖、輝綠巖等。玄武巖和輝綠巖可作為耐酸和耐熱資料，還是消費(fèi)鑄石和巖棉的原料。2.1.1.2噴出巖鑄石資料在建材設(shè)備中主要替代不受沖擊的金屬資料耐磨件，用在設(shè)備上。巖棉優(yōu)質(zhì)巖棉能耐1250～1400℃高溫。用于耐燒蝕、耐高溫隔熱資料；火山巖是火山迸發(fā)時(shí)，巖漿被噴到空中急速冷卻而構(gòu)成的多孔散粒狀巖石，多呈玻璃質(zhì)構(gòu)造，有較高的化學(xué)活性。如火山灰、浮石等?；鹕交铱捎米飨M(fèi)水泥時(shí)的混合資料。浮石是配制輕混凝土的一種天然輕骨料。2.1.1.3火山巖2.1.2堆積巖堆積巖又稱水成巖。堆積巖是由原來的母巖風(fēng)化后，經(jīng)過搬運(yùn)、堆積等作用構(gòu)成的巖石。堆積巖雖僅占地殼總質(zhì)量的5％，但在地球上分布極廣，約占地殼外表積的75％，加之藏于離地表不太深處，易于開采。與火成巖相比，其特性是：構(gòu)造致密性較差，密度較小，大都成層狀構(gòu)造，孔隙率及吸水率均較大，強(qiáng)度較低，耐久性也較差。根據(jù)生成條件，堆積巖分為以下三類：機(jī)械堆積巖、化學(xué)堆積巖和生物堆積巖。機(jī)械堆積巖是巖石風(fēng)化破碎以后又經(jīng)風(fēng)、雨、河流及冰川等搬運(yùn)、堆積、重新壓實(shí)或膠結(jié)作用，在地表或距地表不太深處構(gòu)成的巖石，主要有砂巖和頁巖。砂巖是由砂粒經(jīng)膠結(jié)而成。由于膠結(jié)構(gòu)造和致密程度的不同，性能差別很大。頁巖由粘土堆積而成，呈頁片狀，強(qiáng)度低、耐水性差，不能直接用作建筑資料。2.1.2.1機(jī)械堆積巖2.1.2.2化學(xué)堆積巖化學(xué)堆積巖是巖石中的礦物溶于水后，經(jīng)聚積、堆積而成的巖石，如石膏、白云巖、菱鎂礦、石灰?guī)r等。石膏的化學(xué)成分為CaSO4·2H2O，是燒制建筑石膏和消費(fèi)水泥的原料。白云巖的主要成分是白云石CaCO3·MgCO3，其性能接近于石灰?guī)r。菱鎂礦的化學(xué)成分為MgCO3，是消費(fèi)耐火資料的原料。天然石膏石灰?guī)r的主要成分為方解石(CaCO3)，常含有白云石、菱鎂礦、石英、蛋白石、含鐵礦物和粘土等。構(gòu)造疏松的石灰石用作消費(fèi)石灰和水泥的原資料。構(gòu)造致密的石灰石可作混凝土集料，非常致密的可作飾面裝飾資料。生物堆積巖是海生動(dòng)植物的遺骸，經(jīng)分解、分選、堆積而成的巖石。如硅藻土等。硅藻土是由硅藻的細(xì)胞壁堆積而成。富含無定形SiO2、通常呈白色、灰白色、淺灰色、淺黃色和深灰色，質(zhì)輕、軟、多孔。易磨成粉末，有極強(qiáng)的吸水性。2.1.2.3生物堆積巖硅藻土的運(yùn)用隔熱、隔音資料：以硅藻土為主，參與其它輔料，制成保溫磚、板、粉，絕熱混凝土等。以硅藻土為原料的新型室內(nèi)外涂料、裝修資料不含有害化學(xué)物質(zhì)，除了具有不燃、隔音、防水、分量輕以及隔熱等特點(diǎn)外，還有除濕、除臭、凈化室內(nèi)空氣等作用，是優(yōu)良的環(huán)保型室內(nèi)外裝修資料。1.與其它資源相比，世界上的硅藻土資源并不豐富。2.我國(guó)硅藻土資源分布較廣，儲(chǔ)量豐富。3.礦床主要分布在東北的吉林、黑龍江；華東的山東、浙江；西南的云南等地。4.著名的礦山有：山東臨朐縣山旺村;吉林長(zhǎng)白縣馬鞍山;吉林海龍縣；四川米易回漢溝和新民；浙江嵊縣福泉山等。資源分布蛻變巖是由原生的巖漿巖或堆積巖，經(jīng)過地殼內(nèi)部高溫、高壓等變化作用后而構(gòu)成的巖石。堆積巖蛻變后，性能變好，構(gòu)造變得致密，堅(jiān)實(shí)耐久:例如大理巖——石灰?guī)r、白云巖；石英巖：砂巖蛻變而成。巖漿巖蛻變后，性質(zhì)反而變差:例如片麻巖——花崗巖。2.1.3.蛻變巖大理巖也稱大理石。大理巖在我國(guó)分布廣泛，而以云南大理最負(fù)盛名。大理巖質(zhì)地密實(shí)但硬度不高，易于加工，可用于石雕或磨光成鏡面。純大理巖為白色，如漢白玉。假設(shè)含有不同雜質(zhì)呈灰色、黃色、玫瑰色、粉紅色、紅色、綠色、黑色等多種顏色和花紋，是高級(jí)裝飾資料。蛻變巖——大理巖歷時(shí)22年之久建造的世界上堪稱奇觀的白色大理石陵墓——泰姬陵，全部用純白色大理石建筑，用玻璃、瑪瑙鑲嵌，絢麗奪目、美麗無比。大理石--啡鉆大理石--楓葉紅大理石--藍(lán)珍珠大理石--天山紅石英巖是由硅質(zhì)砂巖蛻變而成，質(zhì)地均勻致密，硬度大，抗壓強(qiáng)度高達(dá)250~400MPa，加工困難，但耐久性強(qiáng)。石英巖板材可用作重要建筑的飾面資料或地面、踏步等。蛻變巖——石英巖片麻巖是由花崗巖等火成巖蛻變而成。其礦物成分與花崗石相近，具有片麻狀構(gòu)造。垂直于片理方向抗壓強(qiáng)度為120~200MPa，沿片理方向易于開采加工。吸水性高，抗凍性差，通常加工成毛石或碎石，用于不重要的工程。2.2天然石材的技術(shù)性質(zhì)2.2.1.物理性質(zhì)1.表觀密度天然石材按其表觀密度大小分為重石和輕石兩類。表觀密度大于1800kg/m3的為重石，主要用于建筑的根底、貼面、地面、路面、房屋外墻、擋土墻、橋梁以及水工構(gòu)筑物等；表觀密度小于1800kg/m3的為輕石，主要用作墻體資料，如采暖房屋外墻等。2.吸水性石材吸水性的大小用吸水率表示，其大小主要與石材的化學(xué)成分、孔隙率大小、孔隙特征等要素有關(guān)。按吸吸水率大小分為低吸水性巖石、中吸水性巖石和高吸水性巖石。石材吸水后，降低了礦物的粘結(jié)力，破壞了巖石的構(gòu)造，從而降低石材的強(qiáng)度和耐水性。3.耐水性石材的耐水性用軟化系數(shù)表示。按軟化系數(shù)的大小，石材的耐水性可分為高、中、低三等，軟化系數(shù)＞0.90的石材為高耐水性石材，軟化系數(shù)＝0.70~0.90的石材為中耐水性石材，軟化系數(shù)＝0.60~0.70的石材為低耐水性石材。普通軟化系數(shù)＜0.80的石材，不允許用在重要建筑中。4.抗凍性石材的抗凍性用凍融循環(huán)次數(shù)表示，即石材在吸水飽和形狀下能經(jīng)受規(guī)定條件下假設(shè)干次凍融循環(huán)，而強(qiáng)度降低值不超越25%，質(zhì)量損失不超越5%且無貫穿裂痕時(shí)，那么以為抗凍性合格致密石材的吸水率小、抗凍性好。吸水率小于0.5%的石材，以為是抗凍的，可不進(jìn)展抗凍實(shí)驗(yàn)。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)高溫后會(huì)因熱脹冷縮使體積變化而產(chǎn)生內(nèi)力，或由于高溫使巖石中礦物發(fā)生分解和變異等導(dǎo)致構(gòu)造破壞。含石膏的石材，在100度以上就開場(chǎng)破壞，含MgCO3的石材，當(dāng)溫度高于750度時(shí)才發(fā)生破壞。6.導(dǎo)熱性石材的導(dǎo)熱性主要與致密程度有關(guān)。具有封鎖孔隙石材的導(dǎo)熱性差。7.抗風(fēng)化石材孔隙率大小對(duì)風(fēng)化影響很大，水、冰和化學(xué)要素等呵斥巖石開裂或剝落的過程，稱為巖石的風(fēng)化。2.2.2力學(xué)性質(zhì)1.抗壓強(qiáng)度天然巖石是以70mm×70mm×70mm的正方體試件，用規(guī)范實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的抗壓強(qiáng)度值作為評(píng)定石材強(qiáng)度等級(jí)規(guī)范。根據(jù)<砌體構(gòu)造設(shè)計(jì)>〔GBJ3〕規(guī)定，天然石材的強(qiáng)度等級(jí)為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10九個(gè)等級(jí)。從巖石構(gòu)造角度思索，構(gòu)造疏松多孔的天然石料，強(qiáng)度遠(yuǎn)遜于構(gòu)造均勻致密的石料。具有層理、片狀構(gòu)造的石料，其垂直于層理、片理方向的強(qiáng)度較平行于層理、片理的高。對(duì)于有層理、片理構(gòu)造的天然石料，在測(cè)定抗壓強(qiáng)度時(shí)，其受力方向應(yīng)與石料在砌體中的實(shí)踐受力方向一樣。層理構(gòu)造是巖石在外形、顏色和成分上發(fā)生相應(yīng)變化顯示出的層狀景象，屬于巖石間的層狀。片理構(gòu)造那么是蛻變巖中礦物定向陳列構(gòu)成的，例如：蛻變巖中的礦物〔長(zhǎng)石、方解石等〕各自陳列在一同，那么就有了片理構(gòu)造，屬于同一種巖石中礦物間的層狀。<思索>石料的砌筑

A、B、C三塊石料均具有層理，其層理及受力方向如以下圖。請(qǐng)討論這幾種石料的砌筑有何問題？分析：C石料的砌筑方向不對(duì)，具有層理構(gòu)造的石塊其垂直層理的強(qiáng)度高于平行于層理的強(qiáng)度，宜轉(zhuǎn)90°放置。2.沖擊韌性石材是典型的脆性資料，其抗拉強(qiáng)度較抗壓強(qiáng)度小得多，為抗壓強(qiáng)度的1/10~1/20。3.硬度石材的硬度取決于組成礦物的硬度和構(gòu)造，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。2.2.3工藝性質(zhì)1.加工性指巖石開采、劈解、切割、鑿琢、研磨、拋光等加工工藝的難易程度。強(qiáng)度、硬度、韌性較高的石材，不易加工；質(zhì)脆而粗糙，有顆粒交替，含有層狀或片粒構(gòu)造以及已風(fēng)化的巖石，都難以滿足加工要求。2.磨光性指巖石能否研磨拋光成光滑外表的性質(zhì)。致密、均勻、細(xì)粒的巖石，磨光性普通較好；疏松多孔、鱗片狀構(gòu)造的巖石，磨光性都較差。3.抗鉆性指巖石鉆孔的難易程度。與巖石的強(qiáng)度、硬度等性質(zhì)。強(qiáng)度越高、硬度越大時(shí)，越不易鉆孔。2.3石材的加工類型及選用2.3.1塊狀石材1、毛石：它是爆破后直接得到的外形不規(guī)那么的石塊。毛石依其平整程度又分為亂毛石和平毛石。亂毛石外形不規(guī)那么〔見圖2.3.1亂毛石表示圖〕。亂毛石常用于砌筑毛石根底、勒腳、墻身、堤壩、擋土墻等，也可用于大體積混凝土中〔也稱毛石混凝土〕。將亂毛石略經(jīng)加工就得到了平毛石，它的外形比亂毛石整齊，根本上有六個(gè)面，常用于砌筑根底、勒腳、墻身、橋墩等。2、料石：是由人工或機(jī)械開采的較規(guī)那么的六面體石塊，經(jīng)人加工鑿磨而成的。制生長(zhǎng)方形的稱為條石、長(zhǎng)寬大致相等的稱為方石，楔形的稱為拱石。料石普通由致密均勻的砂巖、石灰?guī)r、花崗巖開鑿而成，用于建筑物的根底、勒腳、墻身、踏步、砌拱等。用料石砌筑的門拱2.3.2板材1.天然大理石板材技術(shù)性質(zhì)商業(yè)上所說的大理石是指以大理巖為代表的一類裝飾石材，包括碳酸鹽巖和與其有關(guān)的蛻變巖，主要成分為碳酸鹽，普通質(zhì)地較軟。〔1〕天然大理石板的優(yōu)點(diǎn)：①構(gòu)造致密，抗壓強(qiáng)度高，加工性好，不變形。②裝飾性好。③吸水率小、耐久性好。天然大理石板的缺陷：①硬度較低。②抗風(fēng)化才干差。(2)天然大理石的規(guī)格天然大理石板材按外形分為普型板材〔N〕和異型板材〔S〕。普型板材，是指正方形或長(zhǎng)方形的板材；異型板材，是指其他外形的板材。天然大理石板主要用于建筑物室內(nèi)飾面，如地面、柱面、墻面、外型面、電梯間門口等。大理石磨光板有美麗多姿的花紋，常用來鑲嵌或刻出各種圖案的裝飾品。天然大理石板還被廣泛地用于高檔衛(wèi)生間的洗漱臺(tái)面及各種家具的臺(tái)面。〔3〕天然大理石板的運(yùn)用大理石飾面資料因主要成分碳酸鈣不耐大氣中酸雨的腐蝕，所以除了少數(shù)幾個(gè)含雜質(zhì)少、質(zhì)地較純的種類，如漢白玉、艾葉青等外，不宜用于室外裝修工程，否那么面層會(huì)很快失去光澤，并且耐久性會(huì)變差?；◢徥椕媸目箟簭?qiáng)度高，耐磨性、耐久性均高，不論用于室內(nèi)或室外運(yùn)用年限都很長(zhǎng)。2.天然花崗巖板材商業(yè)上所說的花崗石是以花崗巖為代表的一類裝飾石材，包括各種巖漿巖和花崗巖的蛻變巖，如輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、輝綠巖、玄武巖、安山巖、正長(zhǎng)巖等，普通質(zhì)地較硬。〔1〕天然花崗巖的優(yōu)點(diǎn)：①構(gòu)造致密，抗壓強(qiáng)度高。②材質(zhì)鞏固，耐磨性很強(qiáng)。③孔隙率小，吸水率極低，耐凍性強(qiáng)。④裝飾性好。⑤化學(xué)穩(wěn)定性好，抗風(fēng)化才干強(qiáng)。⑥耐腐蝕性等耐久性很強(qiáng)。天然花崗巖的缺陷：①自艱苦，用于