建筑材料(第二章天然石材)

第二章天然石材本章重點石材的物理、力學性質、性能、選用原則和應用范圍等。工程中常用的石材種類。了解石材的地質成因和分類。石材是指從天然巖石體中開采未經(jīng)加工或經(jīng)加工制成塊狀、板狀或特定形狀的石材的總稱。石材是使用歷史最悠久的建筑材料之一。由于其具有相當高的強度、良好的耐磨性和耐久性、較強的裝飾性，并且資源豐富，易于就地取材，所以在現(xiàn)代建筑中應用仍十分廣泛:（1）未加工的毛石可以用來砌筑基礎、橋涵、擋土墻、堤岸、護坡及隧道襯砌等；（2）粗略加工后的石材，樸實自然，堅固而穩(wěn)定，可以用作襯面材料、臺階、欄桿和紀念碑等；（3）經(jīng)精細加工后的石材制品色澤潤滑，美觀而豪華，是良好的建筑裝飾材料；（4）散粒狀石材可以用作混凝土和砂漿的骨料以及筑路材料特定種類的巖石是生產(chǎn)石膏、石灰和水泥的原材料。趙州橋是我國現(xiàn)存最早的大型石拱橋，也是世界上現(xiàn)存最古老、跨度最長的圓弧拱橋。廣州圣心大教堂現(xiàn)在是遠東區(qū)惟一最大的石結構天主教建筑，也是全球四大全石結構哥特式教堂建筑之一，1996年才被國家文物局公布為全國重點文物保護單位。1990年國家建設部、國家文物局、中國建筑學會核定為全國近代優(yōu)秀建筑單位。由于教堂的全部墻壁和柱子都是用花崗巖石砌筑，所以稱之為“石室”或“石室耶穌圣心堂”。

光面與毛面石板的對比各種天然石材墻面貼小塊較薄石片工藝建筑石材的分類1.天然石材-----由天然巖石開采的，經(jīng)過加工而制得的材料。

優(yōu)點：（1）結構致密，抗壓強度高;

（2）生產(chǎn)成本低：蘊藏量豐富、分布廣，便于就地取材；（3）耐久性好，使用年限一般可達到百年以上；（4）裝飾性好。它具有自然紋理、質感穩(wěn)重、肅穆和雄偉的藝術效果。（5）耐水性好

（6）耐磨性好。

缺點：

抗拉強度低、表觀密度大、硬度高，開采和加工較困難。2.人造石材------利用各種方法加工制造的具有類似天然石材性質、紋理和質感的合成材料，如人造大理石、花崗石等。

優(yōu)點——質輕、強度高、耐污染、耐腐蝕、施工方便。巖石是構成地殼的主要物質，是由各種不同的地質作用所形成的天然固態(tài)礦物的集合體，具有一定的化學成分、礦物成分、結構和構造。巖石是由一種或數(shù)種主要礦物所組成的集合體。構成巖石的礦物，稱為造巖礦物。由單一礦物組成的巖石叫單礦巖。如石灰?guī)r主要是由方解石(結晶CaCO3)組成的單礦巖。由兩種或多種礦物組成的巖石叫多礦巖。如花崗巖是由長石、石英、云母等礦物組成的多礦巖。1.建筑中常用的巖石（一）巖漿巖也稱火成巖，由地殼深處熔融巖漿上升冷卻而成，具有結晶結構而沒有層理。根據(jù)生成條件的不同，巖漿巖可分為以下三類。深成巖巖漿在地表深處受上部覆蓋層的壓力作用，緩慢冷卻而形成的巖石。其特點是結晶完全、晶粒明顯可辨、構造致密、表觀密度大、抗壓強度高、吸水率小、抗凍及耐久性好。噴出巖是巖漿噴出地表冷凝而成。由于冷卻較快，大部分結晶不完全呈細小結晶狀。巖漿中所含氣體在壓力驟減時會在巖石中形成多孔構造?；鹕綆r是火山爆發(fā)時，巖漿被噴到空中急速冷卻而形成的多孔散粒狀巖石，多呈玻璃質結構，有較高的化學活性。如火山灰、火山渣、浮石等?；鹕侥?guī)r是由散粒狀巖石層受到覆蓋層壓力作用膠結成的巖石。巖漿巖（火成巖）花崗巖花崗巖是巖漿巖中分布最廣的一種巖石，其主要造巖礦物有石英、長石、云母和少量暗色礦物，屬晶質結構，塊狀構造?；◢弾r的顏色有深青、紫紅、淺灰和純黑等，色彩主要由長石的顏色所決定，因為花崗巖中長石的含量較多。花崗巖堅硬致密，抗壓強度高，在120～250MPa之間，表觀密度在2600～2700kg／m3之間，孔隙率?。?.19%～0.36%），吸水率低（0.1%～0.3%），耐磨性好，耐久性高，使用年限可達數(shù)十年至數(shù)百年。在建筑工程中，花崗巖是用得最多的一種巖石。花崗巖可用于基礎、勒腳、柱子、踏步、地面和室內外墻面等?；◢弾r經(jīng)磨光后，色澤美觀，裝飾效果極好，是室內外主要的高級裝修、裝飾材料。玄武巖玄武巖屬于噴出巖，造巖礦物與輝長巖相似。屬玻璃質或隱晶質斑狀結構，氣孔狀或杏仁狀構造。玄武巖的抗壓強度隨其結構和構造的不同而變化較大(100～500MPa)，表觀密度為2900～3500kg／m3。此外，其硬度高，脆性大，耐久性好，但加工困難。玄武巖分布較廣，常用作筑路材料或混凝土集料。玄武巖高溫熔化后可澆鑄成耐酸、耐磨的鑄石，還可以作為制造微晶玻璃的原料。天然巖石的應用——巖棉巖棉是保溫材料中有一種很常見的材料。由天然巖石中的玄武巖制造而成。將玄武巖在2000℃的高溫熔融，拉制成纖維，再浸泡在酚醛樹脂里，使其成為棕色的類似于復寫紙類的東西，加入淺色的白土粉，使其成為石頭紙，石頭棉花。由于石材導熱系數(shù)小，熱損失少，所以非常適用于保溫材料。再加上巖棉的“石頭”性，密度大，孔隙小，所以也能具有很好的隔聲吸聲效果?？捎糜诟栉鑿d、OK廳及報告廳等有音響設施處，作為隔聲保溫材料。（二）沉積巖也稱水成巖，是各種巖石經(jīng)風化、搬運、沉積和再造巖作用而形成的巖石。沉積巖呈層狀構造，孔隙率和吸水率大，強度和耐久性較火成巖低。但因沉積巖分布廣容易加工，在建筑上應用廣泛。沉積巖按照生成條件分為三類：機械沉積巖、化學沉積巖、生物沉積巖。機械沉積巖是巖石風化破碎以后又經(jīng)風、雨、河流及冰川等搬運、沉積、重新壓實或膠結作用，在地表或距地表不太深處形成的巖石，主要有砂巖、礫巖、角礫巖和頁巖等。砂巖是由砂粒經(jīng)膠結而成。由于膠結結構和致密程度的不同，性能差別很大。礫巖和角礫巖的構成和性能與砂巖相似。頁巖由粘土沉積而成，呈頁片狀，強度低、耐水性差，不能直接用作建筑材料。砂巖砂巖是一種沉積巖，主要由砂粒膠結而成的，其中砂里粒含量要大于50%。絕大部分砂巖是由石英或長石組成的。分為硅質砂巖、鈣質砂巖、鐵質砂巖、泥質砂巖四類。其建筑性能以硅質砂巖最佳，依次遞減。砂巖主要應用于室內、外墻面和地面裝飾。生物沉積巖是海生動植物的遺骸，經(jīng)分解、分選、沉積而成的巖石。如石灰?guī)r、硅藻土等。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。硅藻土是由硅藻的細胞壁沉積而成。富含無定形SiO2、淺黃色或淺灰色、質軟而輕，多孔，易磨成粉末，有極強的吸水性。石灰?guī)r石灰?guī)r是沉積巖中的一種，屬晶質結構，層狀構造，主要造巖礦物是方解石。（此外，還可能含有粘土、白云石、碳酸鎂、氧化鐵、氧化硅及一些有機雜質。）質地致密的石灰?guī)r，抗壓強度為20～120MPa表觀密度為2000～2600kg／m3。當石灰?guī)r中粘土雜質超過3%～4%時，則抗凍性、耐水性顯著降低。硅質石灰?guī)r強度高，硬度大，耐久性好。大部分石灰?guī)r質地細密、堅硬，抗風化能力較強。石灰?guī)r分布甚廣，各地均有，采掘方便，加工容易。在建筑工程上，用于基礎、外墻、橋墩、臺階和路面，還可用作混凝土集料。石灰?guī)r也是生產(chǎn)石灰、水泥和玻璃的主要原料?；瘜W沉積巖是巖石中的礦物溶于水后，經(jīng)富集、沉積而成的巖石，如石膏、白云巖、菱鎂礦等。石膏的化學成分為CaSO4·2H2O，是燒制建筑石膏和生產(chǎn)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。菱鎂礦的化學成分為MgCO3，是生產(chǎn)耐火材料的原料。（三）變質巖巖石由于強烈的地質活動，在高溫和高壓下，礦物再結晶或生成新礦物，使原來巖石的礦物成分、結構及構造發(fā)生顯著變化而成為一種新的巖石，稱為變質巖。變質巖大多是結晶體，構造、礦物成分都較巖漿巖、沉積巖更為復雜而多樣。根據(jù)原巖種類，分為正變質巖和副變質巖。正變質巖由巖漿巖類原巖經(jīng)變質作用而成的巖石。一般巖漿巖經(jīng)變質后產(chǎn)生片狀構造，建筑性能較原巖有所下降。如花崗巖變質后成為片麻巖，片麻巖易于分層剝落，耐久性差。副變質巖由沉積巖類原巖經(jīng)變質作用而成的巖石。一般沉積巖形成變質巖后，其建筑性能有所提高。如石灰?guī)r和白云巖變質后成為大理巖，砂巖變質后成為石英巖，都比原來的巖石堅固耐久。變質巖大理巖大理巖抗壓強度高(100～300MPa)，表觀密度較大(2600～2700kg／m3)，純大理巖為白色，俗稱漢白玉，產(chǎn)量較少。多數(shù)大理巖因含雜質（氧化鐵、二氧化硅、云母及石墨等）而呈現(xiàn)不同的色彩，常見的有紅、黃、棕、黑和綠等顏色。大理巖彩色花紋取決于雜質分布的均勻程度。大理巖質地致密但硬度不大（3～4），加工容易。大理巖不宜用作城市內建筑物的外部裝飾，因為城市的空氣中常含有二氧化硫，遇水后生成亞硫酸，然后變成硫酸，與大理巖中的碳酸鈣起反應，生成易溶于水的石膏，使其表面失去光澤，變?yōu)榇植诙嗫?，失去了裝飾效果和降低了建筑性能。大理巖主要用于室內墻面、柱面、地面、欄桿、踏步及花飾等。大理巖由石灰?guī)r或白云巖變質而成。由白云巖變質而成的大理巖性能優(yōu)于由石灰?guī)r變質而成的大理巖。屬等粒變晶結構，塊狀構造。2.天然石材的技術性質和類型物理性質、力學性質、化學性質2.1物理性質（1）表觀密度-------這是由其礦物質組成及致密所決定。

石材按其表觀密度大小可分：

重質石材：表觀密度≥1800kg/m3，

輕質石材：表觀密度≤1800kg/m3，常用于墻體材料重石主要用于建筑物的基礎、墻體、地面、路面、橋梁以及水上建筑物等輕石,可用來砌筑保暖房屋的墻體。天然石材的表觀密度與其礦物組成、孔隙率、含水率等有關。致密的石材如花崗巖、大理石等其表觀密度接近于其密度,約為2500~3100kg/m3。而孔隙率大的火山灰、浮石等,其表觀密度約500~1700kg/m3。石材表觀密度越大，結構越致密，抗壓強度越高，吸水率越小，耐久性越好，導熱性也越好。（2）吸水率和耐水性吸水性對巖石的強度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會降低顆粒之間的黏結力，從而使強度降低，抗凍性變差，導熱性增加，耐水性、耐久性下降。

軟化系數(shù)小于0.60的石材不允許用于重要建筑物中。

（3）硬度——巖石的硬度與強度相關。巖石的硬度越大，它的強度就越高，耐磨性和抗刻劃性也好。但硬度高的巖石開采困難、加工成本高。2.2巖石的熱學性質（1）導熱性——主要與其致密程度有關。巖石的比熱容大于鋼材、混凝土、磚；巖石的導熱系數(shù)小于鋼材，大于混凝土和燒結磚。（2）耐熱性（耐燃性）——屬不燃材料。2.3巖石的化學性質化學風化——雨水和大氣中的氣體（O2、CO、CO2、SO2、SO3）與造巖礦物發(fā)生化學反應的現(xiàn)象?；瘜W風化與物理風化相互促進使巖石產(chǎn)生裂縫。花崗石的耐久性最佳，大理石為變質巖，易風化，耐久性差，不宜用于室外。最差的巖石是軟質砂巖和凝灰?guī)r。2.4巖石的力學性質——抗壓強度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。

一、抗壓強度：石材的強度等級是按抗壓強度劃分的。（1）試驗方法：用于砌體等的石材的抗壓強度采用邊長為70mm的標準立方體試塊進行測試，并以三個試件抗壓破壞強度的平均值表示。石材共分九個強度等級：從MU10、15、20、30、40、50、60、80、MU100

（2）石材強度的物理意義：石材的抗壓強度與其礦物組成、結構、構造特征有密切的關系。如：組成花崗巖的主要礦物成分中石英是很堅強的礦物，其含量多，則花崗巖的強度也越高，而云母為片狀礦物，它含量多，則這種石材強度低。二、巖石受力后的變形：屬非彈性變形。建筑石材——主要用于建筑工程中的砌筑或裝飾的天然與人造的石材。2.2常用石材1.砌筑石材-------分為毛石、料石

1）毛石：又稱片石或塊石，指以開采所得，未經(jīng)加工的形狀不規(guī)則的石塊。

分類：亂毛石和平毛石。應用

-----用于砌筑基礎、勒腳、墻身擋土墻等，也可配制片石砼。2）料石——又稱條石，指