土木工程材料課件

第1章

土木工程材料的基本性質(zhì)

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材料的基本物理性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)材料的耐久性材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)思考題本章內(nèi)容材料的基本物理性質(zhì)一、材料的體積組成

大多數(shù)土木工程材料的內(nèi)部都含有孔隙，孔隙的多少和孔隙的特徵對材料的性能均產(chǎn)生影響，掌握含孔材料的體積組成是正確理解和掌握材料物理性質(zhì)的起點(diǎn)?？紫短蒯缰缚壮叽绱笮?、孔與外界是否連通兩個(gè)內(nèi)容?？紫杜c外界相連通的叫開口孔，與外界不相連通的叫閉口孔。含孔材料的體積組成如圖1.1所示。圖1.1含孔材料體積組成示意圖1.固體物質(zhì)；2.閉孔；3.開孔材料的基本物理性質(zhì)從圖1.1可知，含孔材料的體積包括以下三種。(1)材料絕對密實(shí)體積。用V表示，是指不包括材料內(nèi)部孔隙的固體物質(zhì)本身的體積。(2)材料的孔體積。用VP表示，指材料所含孔隙的體積，分為開口孔體積(記為VK)和閉口孔體積(記為VB)。(3)材料在自然狀態(tài)下的體積。用V0表示，是指材料的實(shí)體積與材料所含全部孔隙體積之和。上述幾種體積存在以下的關(guān)係：

V0=V+VP(1.1)

其中 VP=VK+VB (1.2)散粒狀材料的體積組成如圖1.2所示。其中V0′表示材料堆積體積，是指在堆積狀態(tài)下的材料顆粒體積和顆粒之間的間隙體積之和，Vj表示顆粒與顆粒之間的間隙體積。散粒狀材料體積關(guān)係如下：V0′=V0+Vj=V+VP+Vj (1.3)圖1.2散粒材料堆積體積組成示意圖1.顆粒的固體物質(zhì)；2.顆粒的閉口孔隙；3.顆粒的開口孔隙；4.顆粒間的間隙材料的基本物理性質(zhì)二、材料的密度、表觀密度和堆積密度1.密度

材料在絕對密實(shí)狀態(tài)下單位體積的品質(zhì)，稱為材料的密度(俗稱比重)。其計(jì)算式如下：

(1.4)

式中——材料的密度(g/cm3)。

m——材料的品質(zhì)(乾燥至恒重)(g)。

V——材料的絕對密實(shí)體積(cm3)。密度的單位在SI制中為kg/m3，我國建設(shè)工程中一般用g/cm3，偶爾用kg/L，忽略不寫時(shí)，隱含的單位為g/cm3，如水的密度為1。多孔材料的密度測定，關(guān)鍵是測出絕對密實(shí)體積。在常用的土木工程材料中，除鋼、玻璃、瀝青等可近似認(rèn)為不含孔隙外，絕大多數(shù)含有孔隙。測定含孔材料絕對密實(shí)體積的簡單方法是將該材料磨成細(xì)粉，乾燥後用排液法(李氏瓶，見15.1.1)測得的粉末體積即為絕對密實(shí)體積。由於磨得越細(xì)，內(nèi)部孔隙消除得越完全，測得的體積也就越精確，因此，一般要求細(xì)粉的粒徑至少小於0.2mm。對於砂石，因其孔隙率很小，VV0，常不經(jīng)磨細(xì)，直接用排水法測定其密度。對於本身不絕對密實(shí)，而用排液法測得的密度叫視密度或叫視比重。材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)2.表觀密度材料在自然狀態(tài)下單位體積的品質(zhì)，稱為材料的表觀密度(原稱容重)。其計(jì)算式如下：

(1.5) 式中——材料的表觀密度(kg/m3)。

m——材料的品質(zhì)(kg)。

V0

——材料在自然狀態(tài)下的體積(m3)。測定材料在自然狀態(tài)下的體積的方法較簡單，若材料外觀形狀規(guī)則，可直接度量外形尺寸，按幾何公式計(jì)算；若外觀形狀不規(guī)則，可用排液法測得，為了防止液體由孔隙滲入材料內(nèi)部而影響測定值，應(yīng)在材料表面塗蠟。對於砂石，由於孔隙率很小，常把視密度叫作表觀密度(見15.3.3)，如果要測定砂石真正意義上的表觀密度，應(yīng)蠟封開口孔後用排水法測定。當(dāng)材料含水時(shí)，重量增大，體積也會發(fā)生變化，所以測定表觀密度時(shí)須同時(shí)測定其含水率，注明含水狀態(tài)。材料的含水狀態(tài)有風(fēng)乾(氣幹)、烘乾、飽和面幹和濕潤四種。一般為氣幹狀態(tài)，烘乾狀態(tài)下的表觀密度叫幹表觀密度。材料的基本物理性質(zhì)3.堆積密度

散粒材料在堆積狀態(tài)下單位堆積體積的品質(zhì)，稱為材料的堆積密度(原稱鬆散容重)。其計(jì)算式如下：

(1.6)

式中——散粒材料的堆積密度(kg/m3)。

m——材料的品質(zhì)(kg)。

——散粒材料的堆積體積(m3)。材料的堆積密度定義中亦未注明材料的含水狀態(tài)。根據(jù)散粒材料的堆積狀態(tài)，堆積體積分為自然堆積體積和緊密堆積體積(人工搗實(shí)後)。由緊密堆積測得的堆積密度稱為緊密堆積密度。材料的基本物理性質(zhì)表1-1常用土木工程材料的密度、表觀密度和堆積密度材料名稱密度(g/cm3)表觀密度(kg/m3)堆積密度(kg/m3)石灰?guī)r2.6～2.81800～2600—花崗巖2.7～3.02000～2850—水泥2.8～3.1—900～1300(鬆散堆積)1400～1700(緊密堆積)混凝土用砂2.5～2.6—1450～1650混凝土用石2.6～2.9—1400～1700普通混凝土—2100～2500—粘土2.5～2.7—1600～1800鋼材7.857850—鋁合金2.7～2.92700～2900—燒結(jié)普通磚2.5～2.71500～1800—建築陶瓷2.5～2.71800～2500—紅松木1.55～1.60400～800—玻璃2.45～2.552450～2550—泡沫塑料—10～50—材料的基本物理性質(zhì)三、材料的密度、表觀密度和堆積密度1.

孔隙率材料中孔隙體積占材料總體積的百分率，稱為材料的孔隙率()。其計(jì)算式如下：

(1.7)

材料孔隙率的大小反映了材料的密實(shí)程度，孔隙率大，則密實(shí)度小。工程中對保溫隔熱材料和吸聲材料，要求其孔隙率大，而高強(qiáng)度的材料，則要求孔隙率小。工程上，一般通過測定材料的密度和表觀密度來計(jì)算材料的孔隙率。2.空隙率散粒材料在堆積狀態(tài)下，顆粒間的空隙體積占堆積體積的百分率，稱為材料的空隙率()。其計(jì)算式如下：

(1.8)空隙率的大小反映了散粒材料堆積時(shí)的緻密程度，與顆粒的堆積狀態(tài)密切相關(guān)，可以通過壓實(shí)或振實(shí)的方法獲得較小的空隙率，以滿足不同工程的需要。材料的基本物理性質(zhì)四、材料與水有關(guān)的性質(zhì)

1.親水性與憎水性當(dāng)水與材料表面相接觸時(shí)，不同的材料被水所潤濕的情況各不相同，這種現(xiàn)象是由於材料與水和空氣三相接觸時(shí)的表面能不同而產(chǎn)生的(如圖1.3所示)。親水性材料(b)憎水性材料圖1.3材料的潤濕角

材料、水和空氣三相接觸的交點(diǎn)處，沿水錶面的切線與水和固體接觸面所成的夾角稱為潤濕角。當(dāng)水分子間的內(nèi)聚力小於材料與水分子間的分子親合力時(shí)，≤90°，這種材料能被水潤濕，表現(xiàn)為親水性。當(dāng)水分子間的內(nèi)聚力大於材料與水分子間的分子親合力時(shí)，≥90°，這種材料不能被水潤濕，表現(xiàn)為憎水性。土木工程材料中石材、金屬、水泥製品、陶瓷等無機(jī)材料和部分木材為親水性材料；瀝青、塑膠、橡膠和油漆等為憎水性材料，工程上多利用材料的憎水性來製造防水材料。材料的基本物理性質(zhì)2.吸水性材料在水中吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性。材料的吸水性用吸水率表示，材料的吸水率有品質(zhì)吸水率和體積吸水率兩種表達(dá)形式。材料的基本物理性質(zhì)1)品質(zhì)吸水率指材料吸水飽和時(shí)，所吸收水量占材料幹品質(zhì)的百分率。其計(jì)算式如下：

(1.9)

式中Ｗm——材料的品質(zhì)吸水率(%)。

mb——材料在吸水飽和狀態(tài)下的品質(zhì)(g)。

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)(g)。2)體積吸水率指材料吸水飽和時(shí)，所吸收水分的體積占材料自然體積的百分率。其計(jì)算式如下：

(1.10)式中Ｗv——材料的體積吸水率(%)。

mb——材料在吸水飽和狀態(tài)下的品質(zhì)(g)。

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)(g)。

V0——材料的自然體積(cm3)。

——水的密度，常溫下取1.0g/cm3。材料的吸水率一般用品質(zhì)吸水率表示。體積吸水率與品質(zhì)吸水率之間存在以下關(guān)係：

(1.11)

材料吸水率的大小主要取決於它的孔隙率和孔隙特徵。水分通過材料的開口孔隙吸入，通過連通孔隙滲入其內(nèi)部，通過潤濕作用和毛細(xì)管作用等因素將水分存留住。因此，具有較多細(xì)微連通孔隙的材料，其吸水率較大；而具有粗大孔隙的材料，雖水分容易滲入，但也僅能潤濕孔壁表面，不易在孔記憶體留，其吸水率並不高；緻密材料和僅有閉口孔隙的材料是不吸水的。3.吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質(zhì)稱為吸濕性。材料的吸濕性用含水率表示，材料的吸濕性是可逆的。當(dāng)較乾燥材料處於較潮濕空氣中時(shí)，會從空氣中吸收水分；當(dāng)較潮濕材料處於較乾燥空氣中時(shí)，材料就會向空氣中放出水分。材料的吸濕性受所處環(huán)境的影響，隨環(huán)境的溫度、濕度的變化而變化。當(dāng)空氣的濕度保持穩(wěn)定時(shí)，材料中的濕度會與空氣的濕度達(dá)到平衡，也即材料的吸濕與乾燥達(dá)到平衡，這時(shí)的含水率稱為平衡含水率。材料的基本物理性質(zhì)含水率計(jì)算式如下：（1.12）式中Ｗh——材料的含水率(%)。

ms——材料吸濕後的品質(zhì)(g)。

mg——材料在乾燥狀態(tài)下的品質(zhì)(g)。4.耐水性材料長期在水的作用下不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱耐水性。材料的耐水性用軟化係數(shù)來衡量，其計(jì)算式如下：（1.13）式中ＫR——材料的軟化係數(shù)。

——材料在吸水飽和狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度(MPa)。

——材料在乾燥狀態(tài)下的抗壓強(qiáng)度(MPa)。材料吸水後，水分會吸附到材料內(nèi)物質(zhì)微粒的表面，減弱微粒間的結(jié)合力，從而致使其強(qiáng)度下降，這是吸水材料性質(zhì)變化的重要特徵之一，軟化係數(shù)反映了這一變化的程度。材料的基本物理性質(zhì)材料的基本物理性質(zhì)

軟化係數(shù)ＫR的範(fàn)圍在０～1之間，它是選擇使用材料的重要參數(shù)。工程中通常將ＫR＞0.85的材料看作是耐水材料，可以用於水中或潮濕環(huán)境中的重要結(jié)構(gòu)；用於受潮較輕或次要結(jié)構(gòu)時(shí)，材料的ＫR值也不得低於0.75。5.抗?jié)B性材料抵抗壓力水滲透的能力稱為抗?jié)B性。材料中含有孔隙、孔洞或其他缺陷，當(dāng)材料兩側(cè)受水壓差的作用時(shí)，水可能會從高壓一側(cè)向低壓一側(cè)滲透。水的滲透會對材料的性質(zhì)和使用帶來不利的影響；尤其當(dāng)材料處於壓力水中時(shí)，材料的抗?jié)B性是決定其工程使用壽命的重要因素。材料的抗?jié)B性常用滲透係數(shù)或抗?jié)B等級來表示。滲透係數(shù)計(jì)算式如下：

(1.14)式中Ks——材料的滲透係數(shù)(cm/h)。

Q——時(shí)間內(nèi)的滲水總量(cm3)。

d——材料試件的厚度(cm)。

A——材料垂直於滲水方向的滲水面積(cm2)。

t——滲水時(shí)間(h)。

H——材料兩側(cè)的水頭高度(cm)。材料的基本物理性質(zhì)

滲透係數(shù)Ｋs的物理意義是一定時(shí)間內(nèi)，在一定水壓力作用下，單位厚度的材料，單位滲水面積上的滲水量。材料的Ｋs越小，說明材料的抗?jié)B性越好。材料的抗?jié)B性也可用抗?jié)B等級表示。抗?jié)B等級用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行滲水性試驗(yàn)，測得材料能承受的最大水壓力，並依此劃分成不同的等級，常用“Pn”表示，其中n表示材料所能承受的最大水壓力MPa數(shù)的10倍值，如P6表示材料最大能承受0.6MPa的水壓力而不滲水。材料的抗?jié)B等級越高，其抗?jié)B性越好。材料的抗?jié)B性與其孔隙多少和孔隙特徵關(guān)係密切，開口並連通的孔隙是材料滲水的主要管道。材料越密實(shí)、閉口孔越多、孔徑越小，水越難滲透；孔隙率越大、孔徑越大、開口並連通的孔隙越多的材料，其抗?jié)B性越差。此外，材料的親水性、裂縫缺陷等也是影響抗?jié)B性的重要因素。工程上常採用降低孔隙率提高密實(shí)度、提高閉口孔隙比例、減少裂縫或進(jìn)行憎水處理等方法來提高材料的抗?jié)B性。6.抗凍性材料在飽水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次凍融迴圈而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性質(zhì)稱為抗凍性。當(dāng)溫度下降到負(fù)溫時(shí)，材料內(nèi)的水分會由表及裏地凍結(jié)，內(nèi)部水分不能外溢，水結(jié)冰後體積膨脹約9%，產(chǎn)生強(qiáng)大的凍脹壓力，使材料內(nèi)毛細(xì)管壁脹裂，造成材料局部破壞，隨著溫度交替變化，凍結(jié)與融化迴圈反復(fù)，冰凍的破壞作用逐漸加劇，最終導(dǎo)致材料破壞。材料的基本物理性質(zhì)

材料的抗凍性用抗凍等級表示。抗凍等級是用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行凍融迴圈試驗(yàn)，測得材料強(qiáng)度降低不超過規(guī)定值，且無明顯損壞和剝落時(shí)所能承受的凍融迴圈次數(shù)來確定，常用“Fn”表示，其中n表示材料能承受的最大凍融迴圈次數(shù)，如F100表示材料在一定試驗(yàn)條件下能承受100次凍融迴圈。材料的抗凍性與材料的孔隙率、孔隙特徵、充水程度和冷凍速度等因素有關(guān)。材料的強(qiáng)度越高，其抵抗冰凍破壞的能力也越強(qiáng)，抗凍性越好；材料的孔隙率及孔隙特徵對抗凍性影響較大，其影響與抗?jié)B性相似。五、材料的熱工性質(zhì)

1.熱容量與比熱容熱容量是指材料在溫度變化時(shí)吸收或放出熱量的能力；比熱容也叫比熱，指單位品質(zhì)的材料在溫度每變化１Ｋ時(shí)所吸收或放出的熱量，用“Ｃ”表示。（1.15）材料的基本物理性質(zhì)(1.16)式中Q——材料的熱容量(kJ)。

C——材料的比熱容，kJ/(kg?K)。

m——材料的品質(zhì)(kg)。

t1―t2——材料受熱或冷卻前後的溫差(K)。比熱容與材料品質(zhì)的積稱為材料的熱容量值，即材料溫度上升1K須吸收的熱量或溫度降低1K所放出的熱量。材料的熱容量值對於保持室內(nèi)溫度穩(wěn)定作用很大，熱容量值大的材料能在熱流變化、採暖、空調(diào)不均衡時(shí)，緩和室內(nèi)溫度的波動；屋面材料也宜選用熱容量值大的材料。2.導(dǎo)熱性指材料傳導(dǎo)熱量的能力。導(dǎo)熱性可用導(dǎo)熱係數(shù)來表示，其物理意義是厚度為1m的材料，當(dāng)其相對表面的溫度差為1K時(shí)，1s時(shí)間內(nèi)通過1m2面積的熱量。材料的基本物理性質(zhì)導(dǎo)熱係數(shù)的計(jì)算式如下：

(1.17)式中——材料的導(dǎo)熱係數(shù)(W/(m?K))。

Q——傳導(dǎo)的熱量(J)。

a——材料的厚度(m)。

A——材料傳熱的面積(m2)。

T——傳熱時(shí)間(s)。

t1―t2——材料兩側(cè)的溫度差(K)。材料的導(dǎo)熱係數(shù)越小，其熱傳導(dǎo)能力越差，絕熱性能越好。工程上把＜0.23W/(m?K)的材料稱為絕熱材料。常用材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)見表1-2。材料的基本物理性質(zhì)表1-2常用材料的熱工性質(zhì)指標(biāo)材料名稱導(dǎo)熱係數(shù)，W/(m·K)比熱容，kJ/(kg·K)線膨脹係數(shù)

10-6/K銅3700.3818.6鋼550.4610～12石灰?guī)r2.66～3.230.749～0.8466.75～6.77花崗巖2.91～3.450.716～0.925.60～7.34大理巖2.450.8756.50～10.12普通混凝土1.80.885.8～15燒結(jié)普通磚0.4～0.7

5～7松木0.17～0.352.51玻璃2.7～3.260.838～10泡沫塑料0.031.30水0.604.187密閉空氣0.0231

材料的導(dǎo)熱係數(shù)與材料內(nèi)部的孔隙構(gòu)造密切相關(guān)。因?yàn)椋荛]空氣的導(dǎo)熱係數(shù)僅為0.023W/(m?K)，所以，當(dāng)材料中含有較多閉口孔隙時(shí)，其導(dǎo)熱係數(shù)較小，材料的隔熱絕熱性較好；但當(dāng)材料內(nèi)部含有較多粗大、連通的孔隙時(shí)，則空氣會產(chǎn)生對流作用，使其傳熱性大大提高。水的導(dǎo)熱係數(shù)遠(yuǎn)大於空氣，當(dāng)材料吸水或吸濕後，其導(dǎo)熱係數(shù)增加，導(dǎo)熱性提高，隔熱絕熱性降低。材料的基本物理性質(zhì)3.耐火性指材料在長期高溫作用下，保持其結(jié)構(gòu)和工作性能的基本穩(wěn)定而不損壞的性能，用耐火度表示。工程上用於高溫環(huán)境的材料和熱工設(shè)備等都要使用耐火材料。根據(jù)材料耐火度的不同，可分為三大類。1)耐火材料耐火度不低於1580℃的材料，如各類耐火磚等。2)難熔材料耐火度為1350℃～1580℃的材料，如難熔粘土磚、耐火混凝土等。3)易熔材料耐火度低於1350℃材料，如普通粘土磚、玻璃等。4.耐燃性指材料能經(jīng)受火焰和高溫的作用而不破壞，強(qiáng)度也不顯著降低的性能，是影響建築物防火、結(jié)構(gòu)耐火等級的重要因素。根據(jù)材料耐燃性的不同，可分為三大類。1)不燃材料遇火或高溫作用時(shí)，不起火、不燃燒、不碳化的材料，如混凝土、天然石材、磚、玻璃和金屬等。需要注意的是玻璃、鋼鐵和鋁等材料，雖然不燃燒，但在火燒或高溫下會發(fā)生較大的變形或熔融，因而是不耐火的。2)難燃材料遇火或高溫作用時(shí)，難起火、難燃燒、難碳化，只有在火源持續(xù)存在時(shí)才能繼續(xù)燃燒，火源消除燃燒即停止的材料，如瀝青混凝土和經(jīng)防火處理的木材等。材料的基本物理性質(zhì)3)易燃材料指遇火或高溫作用時(shí)，容易引燃起火或微燃，火源消除後仍能繼續(xù)燃燒的材料，如木材、瀝青等。用可燃材料製作的構(gòu)件，一般應(yīng)作防燃處理。5.溫度變形指材料在溫度變化時(shí)產(chǎn)生的體積變化，多數(shù)材料在溫度升高時(shí)體積膨脹，溫度下降時(shí)體積收縮。溫度變形在單向尺寸上的變化稱為線膨脹或線收縮，一般用線膨脹係數(shù)來衡量，線膨脹係數(shù)用“α”表示，其計(jì)算式如下：

(1.18)式中α——材料在常溫下的平均線膨脹係數(shù)1/K。

——材料的線膨脹或線收縮量(mm)。

——溫度差(K)。

——材料原長(mm)。材料的線膨脹係數(shù)一般都較小，但由於土木工程結(jié)構(gòu)的尺寸較大，溫度變形引起的結(jié)構(gòu)體積變化仍是關(guān)係其安全與穩(wěn)定的重要因素。工程上常用預(yù)留伸縮縫的辦法來解決溫度變形問題。材料的力學(xué)性質(zhì)一、材料受力狀態(tài)材料在受外力作用時(shí)，由於作用力的方向和作用線(點(diǎn))的不同，表現(xiàn)為不同的受力狀態(tài)，典型的受力情況如圖1.4所示。(a)壓力(b)拉力(c)彎曲(折)(d)彎曲(折)(e)剪切圖1.4材料的受力狀態(tài)材料的力學(xué)性質(zhì)二、材料的強(qiáng)度

1.強(qiáng)度材料在外力作用下抵抗破壞的能力稱為材料的強(qiáng)度，並以單位面積上所能承受的荷載大小來衡量。材料的強(qiáng)度本質(zhì)上是材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力的表現(xiàn)。當(dāng)材料受外力作用時(shí)，其內(nèi)部便產(chǎn)生應(yīng)力相抗衡，應(yīng)力隨外力的增大而增大。當(dāng)應(yīng)力(外力)超過材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力所能承受的極限時(shí)，便導(dǎo)致內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的斷裂或錯位，使材料破壞。此時(shí)的應(yīng)力為極限應(yīng)力，通常用來表示材料強(qiáng)度的大小。根據(jù)材料的受力狀態(tài)，材料的強(qiáng)度可分為抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗彎(折)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度的計(jì)算式如下：（1.19）式中f——材料的抗壓、抗拉、抗剪強(qiáng)度(MPa)。

F——材料承受的最大荷載(Ｎ)。

A——材料的受力面積(mm2)?？箯?折)強(qiáng)度在圖1.4(c)受力狀態(tài)時(shí)的計(jì)算式如下：

(1.20)式中f——材料的抗彎(折)強(qiáng)度(MPa)。

F——材料承受的最大荷載(Ｎ)。

b——材料受力截面的寬度(mm)。

h——材料受力截面的高度(mm)。材料的強(qiáng)度與其組成和構(gòu)造有關(guān)。不同種類的材料抵抗外力的能力不同；同類材料當(dāng)其內(nèi)部構(gòu)造不同時(shí)，其強(qiáng)度也不同?？@密度越高的材料，強(qiáng)度越高。同類材料抵抗不同外力作用的能力也不相同；尤其是內(nèi)部構(gòu)造非勻質(zhì)的材料，其不同外力作用下的強(qiáng)度差別很大。如混凝土、砂漿、磚、石和鑄鐵等，其抗壓強(qiáng)度較高，而抗拉、彎(折)強(qiáng)度較低；鋼材的抗拉、抗壓強(qiáng)度都較高。為了掌握材料性能、便於分類管理、合理選用材料、正確進(jìn)行設(shè)計(jì)、控制工程品質(zhì)，常將材料按其強(qiáng)度的大小，劃分成不同的等級，稱為強(qiáng)度等級，它是衡量材料力學(xué)性質(zhì)的主要技術(shù)指標(biāo)。脆性材料如混凝土、砂漿、磚和石等，主要用於承受壓力，其強(qiáng)度等級用抗壓強(qiáng)度來劃分；韌性材料如建築鋼材，主要用於承受拉力，其強(qiáng)度等級就用抗拉時(shí)的屈服強(qiáng)度來劃分。材料的力學(xué)性質(zhì)材料的力學(xué)性質(zhì)2.比強(qiáng)度指單位體積品質(zhì)材料所具有的強(qiáng)度，即材料的強(qiáng)度與其表觀密度的比值(f/)。比強(qiáng)度是衡量材料輕質(zhì)高強(qiáng)特性的技術(shù)指標(biāo)。土木工程中結(jié)構(gòu)材料主要用於承受結(jié)構(gòu)荷載。多數(shù)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的自重都較大，其強(qiáng)度相當(dāng)一部分要用於抵抗自身和其上部結(jié)構(gòu)材料的自重荷載，而影響了材料承受外荷載的能力，使結(jié)構(gòu)的尺度受到很大的限制。隨著高層建築、大跨度結(jié)構(gòu)的發(fā)展，要求材料不僅要有較高的強(qiáng)度，而且要儘量減輕其自重，即要求材料具有較高的比強(qiáng)度。輕質(zhì)高強(qiáng)性能已經(jīng)成為材料發(fā)展的一個(gè)重要方向。3.彈性與塑性1)彈性與彈性變形彈性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除後，能完全恢復(fù)原來形狀的性質(zhì)；這種變形稱為彈性變形。彈性變形的大小與所受應(yīng)力的大小成正比，所受應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為彈性模量，用“E”表示，它是衡量材料抵抗變形能力的指標(biāo)。在材料的彈性範(fàn)圍內(nèi)，E是一個(gè)常數(shù)，按下式計(jì)算：

(1.21)材料的力學(xué)性質(zhì)式中E——材料的彈性模量MPa。

——材料所受的應(yīng)力(MPa)。

——材料在應(yīng)力作用下產(chǎn)生的應(yīng)變，無量綱。彈性模量越大，材料抵抗變形能力越強(qiáng)，在外力作用下的變形越小。材料的彈性模量是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和變形驗(yàn)算的主要依據(jù)之一。2)塑性與塑性變形塑性指材料在外力作用下產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去除後，仍保持變形後的形狀和尺寸的性質(zhì)；這種不可恢復(fù)的變形稱為塑性變形。材料的塑性變形是因?yàn)槠鋬?nèi)部的剪應(yīng)力作用，致使部分質(zhì)點(diǎn)間產(chǎn)生相對滑移的結(jié)果。完全的彈性材料或塑性材料是沒有的，大多數(shù)材料在受力變形時(shí)，既有彈性變形，也有塑性變形，只是在不同的受力階段，變形的主要表現(xiàn)形式不同。當(dāng)外力去除後，彈性變形部分可以恢復(fù)，塑性變形部分不能恢復(fù)。有的材料如鋼材，在受力不大的情況下，表現(xiàn)為彈性變形，而在受力超過一定限度後，就表現(xiàn)為塑性變形；有的材料如混凝土，受力後彈性變形和塑性變形幾乎同時(shí)產(chǎn)生。材料的力學(xué)性質(zhì)4.脆性與韌性1)脆性指材料在外力作用下，無明顯塑性變形而發(fā)生突然破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為脆性材料，如普通混凝土、磚、陶瓷、玻璃、石材和鑄鐵等。一般脆性材料的抗壓強(qiáng)度比其抗拉、抗彎強(qiáng)度高很多倍，其抵抗衝擊和振動的能力較差，不宜用於承受振動和衝擊的場合。2)韌性指材料在振動或衝擊荷載作用下，能吸收較多的能量，並產(chǎn)生較大的變形而不破壞的性質(zhì)，具有這種性質(zhì)的材料稱為韌性材料，如低碳鋼、低合金鋼、鋁合金、塑膠、橡膠、木材和玻璃鋼等。材料的韌性用衝擊試驗(yàn)來檢驗(yàn)，又稱為衝擊韌性，用衝擊韌性值即材料受衝擊破壞時(shí)單位斷面所吸收的能量來衡量。衝擊韌性值用“”表示，其計(jì)算式如下：

(1.22)式中ak——材料的衝擊韌性值(J/mm2)。

AK——材料破壞時(shí)所吸收的能量(J)。

A——材料受力截面積(mm2)。韌性材料在外力作用下，會產(chǎn)生明顯的變形，變形隨外力的增大而增大，外力所做的功轉(zhuǎn)化為變形能被材料所吸收，以抵抗衝擊的影響。材料在破壞前所產(chǎn)生的變形越大，所能承受的應(yīng)力越大，其所吸收的能量就越多，材料的韌性就越強(qiáng)。用於道路、橋樑、軌道、吊車梁及其他受振動影響的結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用韌性較好的材料。材料的力學(xué)性質(zhì)5.硬度與耐磨性1)硬度指材料表面抵抗其他硬物壓入或刻劃的能力。為保持較好表面使用性質(zhì)和外觀品質(zhì)，要求材料必須具有足夠的硬度。非金屬材料的硬度用摩氏硬度表示，它是用系列標(biāo)準(zhǔn)硬度的礦物塊對材料表面進(jìn)行劃擦，根據(jù)劃痕確定硬度等級。摩氏硬度等級如表1-3所示。表1-3摩氏硬度等級表金屬材料的硬度等級常用壓入法測定，主要有布氏硬度法(HB)，是以淬火的鋼珠壓入材料表面產(chǎn)生的球形凹痕單位面積上所受壓力來表示；洛氏硬度法(HR)，是用金剛石圓錐或淬火的鋼球製成的壓頭壓入材料表面，以壓痕的深度來表示。硬度大的材料其強(qiáng)度也高，工程上常用材料的硬度來推算其強(qiáng)度，如用回彈法測定混凝土強(qiáng)度，即是用回彈儀測得混凝土表面硬度，再間接推算出混凝土的強(qiáng)度的。標(biāo)準(zhǔn)礦物滑石石膏方解石螢石磷灰?guī)r長石石英黃玉剛玉金剛石硬度等級123456789102)耐磨性指材料表面抵抗磨損的能力。耐磨性常以磨損率衡量，以“”表示，其計(jì)算式為：

(1.23)式中G——材料的磨損率(g/cm2)。

m1-m2——材料磨損前後的品質(zhì)損失(g)。

A——材料受磨面積(cm2)。材料的耐磨性與材料的組成結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、材料強(qiáng)度和硬度等因素有關(guān)。材料的硬度越高、越緻密，耐磨性越好。路面、地面等受磨損的部位，要求使用耐磨性好的材料。材料的力學(xué)性質(zhì)

材料的耐久性是指其在長期的使用過程中，能抵抗環(huán)境的破壞作用，並保持原有性質(zhì)不變、不破壞的一項(xiàng)綜合性質(zhì)。由於環(huán)境作用因素複雜，耐久性也難以用一個(gè)參數(shù)來衡量。工程上通常用材料抵抗使用環(huán)境中主要影響因素的能力來評價(jià)耐久性，如抗?jié)B性、抗凍性、抗老化和抗碳化等性質(zhì)。環(huán)境對材料的破壞作用，可分為物理作用、化學(xué)作用和生物作用，不同材料受到的環(huán)境作用及程度也不相同。影響材料耐久性的內(nèi)在因素很多，除了材料本身的組成結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等因素外，材料的緻密程度、表面狀態(tài)和孔隙特徵對耐久性影響很大。一般來說，材料的內(nèi)在結(jié)構(gòu)密實(shí)、強(qiáng)度高、孔隙率小、連通孔隙少、表面緻密，則抵抗環(huán)境破壞能力強(qiáng)，材料的耐久性好。工程上常用提高密實(shí)度、改善表面狀態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)的方法來提高耐久性。土木工程中材料的耐久性與破壞因素的關(guān)係如表1-4所示。材料的耐久性表1-4材料的耐久性與破壞因素的關(guān)係注：＊表示可參考強(qiáng)度變化率、開裂情況、變形情況等進(jìn)行評定。破壞原因破壞作用破壞因素評定指標(biāo)常用材料滲透物理壓力水滲透係數(shù)、抗?jié)B等級混凝土、砂漿凍融物理水、凍融作用抗凍等級混凝土、磚磨損物理機(jī)械力、流水、泥砂磨蝕率混凝土、石材熱環(huán)境物理、化學(xué)冷熱交替、晶型轉(zhuǎn)變＊耐火磚燃燒物理、化學(xué)高溫、火焰＊防火板碳化化學(xué)CO2、H2O碳化深度混凝土化學(xué)侵蝕化學(xué)酸、堿、鹽＊混凝土、老化化學(xué)陽光、空氣、水、溫度＊塑膠、瀝青銹蝕物理、化學(xué)H2O、O2、Cl－電位銹蝕率鋼材腐朽生物H2O、O2、菌類＊木材、棉、毛蟲蛀生物昆蟲＊木材、棉、毛堿－骨料反應(yīng)物理、化學(xué)R2O、H2O、SiO2膨脹率混凝土材料的耐久性材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)一、材料的組成材料的組成指組成材料的化學(xué)成分或礦物成分。它是決定材料性質(zhì)的本質(zhì)因素。

1.化學(xué)組成化學(xué)組成即化學(xué)成分，是構(gòu)成材料的化學(xué)元素及化合物的種類和數(shù)量。無機(jī)非金屬材料常用組成其的各氧化物的含量來表示；金屬材料常用組成其的各化學(xué)元素的含量來表示；有機(jī)材料則常用組成其的各化合物含量來表示?；瘜W(xué)組成是決定材料化學(xué)性質(zhì)、物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)的主要因素。2.礦物組成礦物是具有一定化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)特徵的穩(wěn)定單質(zhì)或化合物。無機(jī)非金屬材料是由各種礦物組成的。材料的化學(xué)組成不同，其礦物組成不同；相同的化學(xué)組成，可組成多種不同的礦物。礦物組成不同的材料，其性質(zhì)也不同。如矽酸鹽水泥中，CaO和SiO2是其主要的化學(xué)成分，它們組成的主要礦物是矽酸三鈣(C3S)和矽酸二鈣(C2S)，這二者的性質(zhì)相差很大，其組成比例是決定水泥性質(zhì)的主要因素。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)二、材料的結(jié)構(gòu)1.微觀結(jié)構(gòu)指材料物質(zhì)的原子級或分子級的結(jié)構(gòu)，需要用電子顯微鏡、Ｘ射線衍射等技術(shù)手段來觀察研究，包括材料物質(zhì)的種類、形態(tài)、大小及其分佈特徵。土木工程材料的使用狀態(tài)一般為固體，固體的微觀結(jié)構(gòu)可分為晶體和非晶體兩大類。1)晶體晶體是質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子)按一定規(guī)律在空間重複排列的固體，具有特定的幾何外形和固定的熔點(diǎn)。由於質(zhì)點(diǎn)在各方向上的排列的規(guī)律和數(shù)量不同，單晶體具有各向異性的性質(zhì)；但實(shí)際應(yīng)用的材料，是由細(xì)小的晶粒雜亂排列組成的，其宏觀性質(zhì)常表現(xiàn)為各向同性。無機(jī)非金屬材料的晶體，其鍵的構(gòu)成不是單一的，往往是由共價(jià)鍵、離子鍵等共同聯(lián)結(jié)，其性質(zhì)差異較大。材料的微觀結(jié)構(gòu)形式與主要特徵如表1-5所示。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)表1-5材料的微觀結(jié)構(gòu)形式與主要特徵微觀結(jié)構(gòu)常見材料主要特徵晶體原子、離子、分子按一定規(guī)律排列原子晶體(共價(jià)鍵)金剛石、石英強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)高，密度較小離子晶體(離子鍵)氯化鈉、石膏、石灰?guī)r強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較高，但波動大。部分可溶，密度中等分子晶體(分子鍵)蠟、斜方硫、萘強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)較低，大部分可溶，密度小金屬晶體(庫侖引力)鐵、鋼、銅、鋁及合金強(qiáng)度、硬度變化大，密度大非晶體(玻璃體)原子、離子、分子以共價(jià)鍵、離子鍵或分子鍵結(jié)合，但為無序排列玻璃、礦渣、火山灰、粉煤灰無固定的熔點(diǎn)和幾何形狀，與同組成的晶體相比，強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性較差，各向同性2)非晶體非晶體是相對晶體而言的，又稱玻璃體、無定形體，是熔融物在急速冷卻時(shí)，質(zhì)點(diǎn)來不及按特定規(guī)律排列所形成的質(zhì)點(diǎn)無序排列的固體或固態(tài)液體。非晶體沒有固定的熔點(diǎn)和幾何外形，各向同性，其強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等低於晶體。非晶體的質(zhì)點(diǎn)無排列規(guī)律，即質(zhì)點(diǎn)未到達(dá)能量最低的穩(wěn)定位置，保留了高溫下的高能量狀態(tài)，內(nèi)部還有大量的化學(xué)能未能釋放出來，而以內(nèi)能的形式儲存起來。故玻璃體具有化學(xué)活性，穩(wěn)定性較差，易與其他物質(zhì)反應(yīng)或自行緩慢向晶體轉(zhuǎn)變。如粒化高爐礦渣、火山灰、粉煤灰等混合材料，都是經(jīng)過高溫急冷得到，含大量玻璃體，工程上利用它們活性高的特點(diǎn)，用於水泥和混凝土的生產(chǎn)，以改善水泥和混凝土的性質(zhì)。矽酸鹽水泥水化後的主要產(chǎn)物水化矽酸鈣凝膠體，也是非晶體。水化矽酸鈣凝膠體的尺寸只有幾十至幾百微米，內(nèi)表面積巨大，具有很高的膠凝性，硬化後具有很高的強(qiáng)度。2.亞微觀結(jié)構(gòu)指用光學(xué)顯微鏡和一般掃描透射所能觀察到的結(jié)構(gòu)，其尺度介於微觀和宏觀之間，範(fàn)圍在10―3m～10―9m。亞微觀結(jié)構(gòu)主要研究材料內(nèi)部的晶粒、顆粒等的大小和形態(tài)、晶界或介面的形態(tài)、孔隙與微裂紋的大小形狀及分佈，如水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)、金屬的金相組織、木材的纖維和管胞組織等。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)

材料的亞微觀結(jié)構(gòu)對材料的性質(zhì)影響很大。通常，材料內(nèi)部的晶粒越細(xì)小、分佈越均勻，其受力越均勻、強(qiáng)度越高、脆性越小、耐久性越好；晶?；虿煌牧辖M成之間的介面粘結(jié)越好，則其強(qiáng)度和耐久性越好。從亞微觀結(jié)構(gòu)層次上改善材料的性能，相對比較容易，具有十分重要的意義。尺度範(fàn)圍在10―7m～10―9m的結(jié)構(gòu)為納米結(jié)構(gòu)，一般要用掃描透射電子顯微鏡觀察。由於納米級微粒具有獨(dú)特的小尺寸效應(yīng)和表面介面效應(yīng)等基本特性。由納米微粒組成的納米材料具有許多奇特的物理和化學(xué)性質(zhì)，自20世紀(jì)80年代以來，研究進(jìn)展迅速，應(yīng)用前景廣闊。3.宏觀結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)

指用肉眼或放大鏡即可觀察到的毫米級以上的組織。宏觀結(jié)構(gòu)主要研究和分析材料的組合與複合方式、組成材料的分佈情況、材料中的孔隙構(gòu)造、材料的構(gòu)造缺陷等。材料按其組成可分為單一材料和複合材料兩大類，常見的結(jié)構(gòu)形式有密實(shí)結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)、聚集結(jié)構(gòu)、疊合(層狀)結(jié)構(gòu)、散粒結(jié)構(gòu)和紋理結(jié)構(gòu)。材料宏觀結(jié)構(gòu)及主要特徵如表1-6所示。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)表1-6材料宏觀結(jié)構(gòu)及主要特徵材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)宏觀結(jié)構(gòu)常用材料主要特徵密實(shí)結(jié)構(gòu)鋼材、玻璃、瀝青、塑膠高強(qiáng)、不透水、耐腐蝕多孔結(jié)構(gòu)泡沫塑料、泡沫玻璃質(zhì)輕、保溫、絕熱、吸聲纖維結(jié)構(gòu)木、竹、石棉、玻璃纖維抗拉強(qiáng)度高、質(zhì)輕、保溫、吸聲聚集結(jié)構(gòu)陶瓷、磚、天然巖石強(qiáng)度高散粒結(jié)構(gòu)砂、石子、陶粒、膨脹珍珠巖混凝土集料、輕集料、保溫絕熱材料紋理結(jié)構(gòu)木材、大理石裝飾性強(qiáng)粒狀聚集結(jié)構(gòu)混凝土、砂漿綜合性能好、價(jià)格低纖維聚集結(jié)構(gòu)石棉水泥製品、巖棉板、纖維板、纖維增強(qiáng)塑膠抗拉強(qiáng)度高、質(zhì)輕、保溫、吸聲多孔結(jié)構(gòu)加氣混凝土、泡沫混凝土質(zhì)輕、保溫疊合結(jié)構(gòu)紙面石膏板、膠合板、夾芯板綜合性能好紋理結(jié)構(gòu)人造石材、複合地板裝飾性強(qiáng)

複合材料是兩種或兩種以上的材料結(jié)合構(gòu)成的新材料。它集中了組成材料的優(yōu)點(diǎn)，避免了單一材料的缺陷，性能更優(yōu)越，功能更強(qiáng)大，是材料發(fā)展的主要方向之一。具有相同組成和微觀結(jié)構(gòu)的材料，可以製成宏觀構(gòu)造不同的材料，其性質(zhì)和用途隨宏觀構(gòu)造的不同差別很大，如玻璃與泡沫玻璃、塑膠與泡沫塑料、混凝土與加氣混凝土；而宏觀構(gòu)造相似的材料，即便其組成和微觀結(jié)構(gòu)不同，也具有某些相同或相似的性能和用途，如泡沫玻璃、泡沫塑料、加氣混凝土，都具有保溫隔熱的功能。工程上常用改變材料的密實(shí)度、孔隙結(jié)構(gòu)，應(yīng)用複合材料等方法，來改善材料的性能，以滿足不同的需要。三、材料內(nèi)部孔隙與性質(zhì)

1.內(nèi)部孔隙的來源與產(chǎn)生無論是天然材料，還是人造材料，在宏觀和亞微觀層次上都含有一定數(shù)量和一定大小的孔隙，所以說孔隙是材料的組成部分之一，僅少數(shù)緻密材料(如玻璃、金屬)可近似看成是絕對密實(shí)的(如圖1.1所示)。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)

天然材料的內(nèi)部孔隙是在其形成過程中產(chǎn)生的。如天然植物的生長需要養(yǎng)分的輸送，其內(nèi)部形成了一定數(shù)量的孔管結(jié)構(gòu)，形成孔隙；天然石材由於在造巖運(yùn)動中內(nèi)部夾入部分空氣，形成孔隙。人造材料的內(nèi)部孔隙是在生產(chǎn)過程中，受生產(chǎn)條件所限，混入氣體，而又去除不完全形成；或是為改變其性質(zhì)，在材料設(shè)計(jì)和製造中，有意形成的孔隙。如鋼在冶煉過程中，須將生鐵熔融進(jìn)行氧化，其中的碳被氧化成一氧化碳?xì)怏w而逸出，使碳含量達(dá)到一定範(fàn)圍，但去氧不完全時(shí)，就會形成內(nèi)部氣泡；混凝土是由水泥膠結(jié)散粒材料形成的，材料在混合中有一定量的氣體引入，為保證施工成型用水量也大大超過水泥水化的需要，多餘水分蒸發(fā)後，又形成一定量的孔隙；保溫絕熱材料，則需要其內(nèi)部有大量密閉空氣，以降低導(dǎo)熱係數(shù)。2.孔隙的分類按內(nèi)部孔隙的大小，可將孔隙分為微細(xì)孔、毛細(xì)孔、較粗大孔和粗大孔等。無機(jī)非金屬材料中，孔徑小於20nm的微細(xì)孔，水或有害氣體難以侵入，可視為無害孔隙。按孔隙的形狀可分為球狀孔隙、片狀孔隙(裂紋)、管狀孔隙、墨水瓶狀孔隙、尖角孔隙等。按常壓下水能否進(jìn)入，可分為開口孔隙(連通孔隙)和閉口孔隙(如圖1.1所示)。閉口孔隙常壓下水不能進(jìn)入，但當(dāng)水壓力高於孔壁阻力時(shí)，水也會進(jìn)入其中。球狀孔隙是閉口孔隙，其他形狀的孔隙為開口孔隙。開口孔隙對材料性質(zhì)的影響較大，可使材料的大多數(shù)性質(zhì)降低。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)3.孔隙對材料性質(zhì)的影響同一種材料其孔隙率越高，密實(shí)度越低，則材料的表觀密度、體積密度、堆積密度越小；強(qiáng)度、彈性模量越低；耐磨性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性及其他耐久性越差；而吸水性、吸濕性、保溫性、吸聲性越強(qiáng)?？紫妒情_口還是閉口，對性質(zhì)的影響也有差異。水和侵蝕介質(zhì)容易進(jìn)入開口孔隙，開口孔隙多的材料，其強(qiáng)度、耐磨性、耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性等性質(zhì)下降更多，而其吸聲性、吸濕性和吸水性更好，孔隙的尺寸越大，其影響也越大。適當(dāng)增加材料中密閉孔隙的比例，可阻斷連通孔隙，部分抵消冰凍的體積膨脹，在一定範(fàn)圍內(nèi)提高其抗?jié)B性、抗凍性。由此可見，改變材料內(nèi)部孔隙，是改善材料性能的重要手段。材料的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與性質(zhì)1.材料的孔隙和體積形式有哪幾種？材料各密度與孔隙之間有什麼關(guān)係？2.有某濕材料206kg，已知其含水率為3％，其乾燥品質(zhì)是多少？3.什麼是材料的耐水性，用什麼表示？在材料選用時(shí)有什麼要求？4.材料的孔隙率及孔隙特徵與抗?jié)B性、抗凍性等性質(zhì)有什麼關(guān)係？5.什麼是材料的導(dǎo)熱性？用什麼表示？一般如何利用孔隙提高材料的保溫性能？6.什麼是材料的強(qiáng)度，強(qiáng)度等級？強(qiáng)度等級與極限強(qiáng)度是什麼關(guān)係？7.什麼是材料的耐久性？通常用哪些性質(zhì)來反映？8.材料的宏觀結(jié)構(gòu)(構(gòu)造)對其性質(zhì)有什麼影響？9.某工地有砂50噸，密度為2.65g/cm3，堆積密度為1450kg/m3；石子100噸，密度為2.70g/cm3，堆積密度為1500kg/m3。試計(jì)算砂石的空隙率，若平均堆積高度為1.2m；各需要多大面積存放？10.一巖石試件破碎、磨細(xì)、過篩，烘乾，稱取60克，用李氏瓶法測得其體積為22.64cm3；一卵石試樣，稱取1000克，用廣口瓶法測得其體積為370cm3。試計(jì)算二試樣的密度，並說明各是什麼密度。11.一標(biāo)準(zhǔn)混凝土試體，尺寸為150mm×150mm×150mm，測得其28天抗壓破壞荷載為531kN，試計(jì)算其強(qiáng)度。12.綠色材料的含義是什麼？材料綠色化有什麼意義？思考題第2章

天然石材

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巖石的形成與分類石材的技術(shù)性質(zhì)石材在土木工程中的應(yīng)用建築石材的選用思考題本章內(nèi)容

凡由天然巖石開採的，經(jīng)加工或未加工的石材，統(tǒng)稱為天然石材。人類對天然石材的使用有著悠久的歷史，古埃及的金字塔、太陽神神廟，中國隋唐時(shí)代的石窟、石塔，趙州永濟(jì)橋，明、清故宮宮殿的漢白玉、大理石基座、欄桿，都是具有歷史代表性的石材建築。在現(xiàn)代建築中，北京人民英雄紀(jì)念碑、毛主席紀(jì)念堂、人民大會堂、北京火車站等，都是使用石材的典範(fàn)，石材被公認(rèn)為是一種優(yōu)良的土木工程材料，被廣泛應(yīng)用於土木工程中。天然石材具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

(1)蘊(yùn)藏量豐富、分佈廣，便於就地取材。

(2)石材結(jié)構(gòu)緻密，抗壓強(qiáng)度高，大部分石材的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到100MPa以上。

(3)耐久性好，使用年限一般可達(dá)到百年以上。

(4)裝飾性好。石材具有紋理自然、質(zhì)感穩(wěn)重、肅穆和雄偉的藝術(shù)效果。

(5)耐水性好。

(6)耐磨性好。但石材也有自身不易克服的缺點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是自重大，質(zhì)地堅(jiān)硬，加工困難，開採和運(yùn)輸不方便。

石材由巖石加工而成。巖石由造巖礦物組成，不同的造巖礦物在不同的地質(zhì)條件下，形成不同性能的巖石。而造巖礦物是具有一定化學(xué)成分和一定結(jié)構(gòu)特徵的天然固態(tài)化合物或單質(zhì)體。各種造巖礦物各具不同顏色和特徵，如雲(yún)母、角閃石、石英、方解石、黃鐵礦等。目前，已發(fā)現(xiàn)的礦物有3300多種，絕大多數(shù)是固態(tài)無機(jī)物，主要造巖礦物有30多種。天然巖石按礦物組成不同可分為單礦巖和多礦巖(或複礦巖)。凡是由單一的礦物組成的巖石叫單礦巖，如石灰?guī)r就是由95%以上的方解石組成的單礦巖。凡是由兩種或兩種以上的礦物組成的巖石叫多礦巖(複礦巖)。如主要由長石、石英、雲(yún)母組成的花崗巖。天然巖石按形成的原因不同可分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖等三大類。1.巖漿巖巖漿巖又稱火成巖，是由地殼內(nèi)部熔融巖漿上升過程中在地下或噴出地面後冷凝結(jié)晶而成的巖石，它是組成地殼的主要巖石，占地殼總品質(zhì)的89%。根據(jù)巖漿冷凝情況的不同，巖漿巖又分為以下三種。巖石的形成與分類1)深成巖深成巖是地殼深處的巖漿在受上部覆蓋層壓力的作用下，經(jīng)緩慢冷凝而形成的巖石。深成巖結(jié)晶完整、晶粒粗大、結(jié)構(gòu)緻密而沒有層理，具有抗壓強(qiáng)度高、孔隙率及吸水率小、表觀密度大、抗凍性好等特點(diǎn)。工程上常用的深成巖有花崗巖、正長巖、橄欖巖、閃長巖等。

2)噴出巖噴出巖是巖漿衝破覆蓋層噴出地表時(shí)，在壓力驟減和迅速冷卻的條件下而形成的巖石。由於其大部分巖漿噴出後還來不及完全結(jié)晶即凝固，因而常呈隱晶質(zhì)(細(xì)小的結(jié)晶)或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)噴出的巖漿形成較厚的巖層時(shí)，其巖石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與深成巖相似；當(dāng)形成較薄的巖層時(shí)，由於冷卻速度快及氣壓作用而易形成多孔結(jié)構(gòu)的巖石，其性質(zhì)近似於火山巖。工程上常用噴出巖有玄武巖、輝綠巖和安山巖等。

3)火山巖火山巖又稱火山碎屑巖，是火山爆發(fā)時(shí)，巖漿被噴到空中而急速冷卻後形成的巖石。呈多孔結(jié)構(gòu)，且表觀密度小。工程上常用的火山巖有火山灰、浮石、火山凝灰?guī)r等。巖石的形成與分類2.沉積巖沉積巖又稱為水成巖。它是由露出地表的各種巖石經(jīng)自然界的風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積並重新成巖而形成的巖石，主要存在於地表及不太深的地下。沉積巖為層狀結(jié)構(gòu)，各層的成分、結(jié)構(gòu)、顏色和層厚均不相同，與巖漿巖相比，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緻密性較差，表觀密度小，孔隙率和吸水率大，強(qiáng)度較低，耐久性相對較差，但分佈較廣，約占地表面積的75%，且藏地不深，開採、加工容易，在工程上應(yīng)用較廣。根據(jù)沉積巖生成條件，可分為以下三種：1)機(jī)械沉積巖它是由自然風(fēng)化逐漸破碎鬆散的巖石及砂等，經(jīng)風(fēng)、雨、冰川和沉積等機(jī)械力的作用而重新壓實(shí)或膠結(jié)而成的巖石，如砂巖和葉巖等。2)化學(xué)沉積巖由溶解於水中的礦物質(zhì)經(jīng)聚積、沉積、重結(jié)晶和化學(xué)反應(yīng)等過程而形成的巖石，如石膏、白雲(yún)石等。3)有機(jī)沉積巖由各種有機(jī)體的殘骸沉積而成的巖石，如石灰?guī)r和矽藻土等。3.變質(zhì)巖變質(zhì)巖是地殼中原有巖漿巖或沉積巖在地層的壓力或溫度作用下，在固體狀態(tài)下發(fā)生再結(jié)晶作用，使其礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造乃至化學(xué)成分發(fā)生部分或全部改變而形成的新巖石。其性質(zhì)決定於變質(zhì)前的巖石成份和變質(zhì)過程。沉積巖形成變質(zhì)巖後，其建築性能有所提高，如石灰?guī)r和白雲(yún)巖變質(zhì)後得到的大理巖，比原來的巖石堅(jiān)固耐久。而巖漿巖經(jīng)變質(zhì)後產(chǎn)生片狀構(gòu)造，性能反而下降，如花崗巖變質(zhì)後成為片麻巖則易於是分層剝落、耐久性差。巖石的形成與分類

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)。天然石材因生成條件不同，常含有不同種類的雜質(zhì)，礦物成分也會有所變化，所以，即使是同一類巖石，他們的有可能有很大差別，因此在使用前都必順進(jìn)行檢驗(yàn)和鑒定，以保證工程品質(zhì)。一、物理性質(zhì)

1.表觀密度

巖石的表觀密度由其礦物質(zhì)組成及緻密所決定。表觀密度的大小常間接的反映石材的緻密和孔隙多少，一般情況下，同種石材表觀密度愈大，則抗壓強(qiáng)度愈高，吸水率愈小，耐久性、導(dǎo)熱性越好。天然巖石按表觀密度大小可分為輕質(zhì)石材(表觀密度<1800kg/m3)和重質(zhì)石材(表觀密度>1800kg/m3)，重石可用於建築的基礎(chǔ)、貼面、地面、不採暖房屋外牆、橋樑及水工構(gòu)築物等；輕石主要用於保溫房屋外牆。

2.吸水性

天然石材的吸水率一般較小，但由於形成條件，密實(shí)程度與膠結(jié)情況的不同，石材的吸水率波動也較大，如花崗巖和緻密的石灰?guī)r，吸水率通常小於是1%，而多孔的石灰?guī)r，吸水率可達(dá)15%。石材吸水後強(qiáng)度降低，抗凍性、耐久性下降。石材根據(jù)吸水就率的大小分為低吸水性巖石(吸水率<1.5%)，中吸水性巖石(吸水率為1.5%～3.%)和高吸水性巖石(吸水率>3%)。石材的技術(shù)性質(zhì)3.耐水性石材的耐水性用軟化係數(shù)表示。當(dāng)石材含有較多的粘土或易溶物質(zhì)時(shí)，軟化係數(shù)較小，其耐水性較差。根據(jù)各種石材軟化係數(shù)大小，可將石材分為高耐水性石材(軟化係數(shù)小於0.90)，中耐水性石材(軟化係數(shù)為0.75～0.90)和低耐水性石材(軟化係數(shù)為0.60～0.75)。當(dāng)石材軟化係數(shù)<0.6時(shí)，則不允許用於重要建築物中。4.抗凍性抗凍性是指石材抵抗凍融破壞的能力，可用在水飽和狀態(tài)下能經(jīng)受的凍融迴圈次數(shù)(強(qiáng)度降低值不超過25%、品質(zhì)損失不超過5%，無貫穿裂縫)來表示?？箖鲂允呛饬渴哪途眯缘囊粋€(gè)重要指標(biāo)，能經(jīng)受的凍融次數(shù)越多，則抗凍性越好。石材抗凍性與吸水性有著密切的關(guān)係，吸水性大的石材其抗凍性也差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，吸水率<0.5%的石材，則認(rèn)為是抗凍的，可不進(jìn)行抗凍試驗(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)高溫後，由於熱脹冷縮，體積變化而產(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。如含有石膏的石材，在100℃以上開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高於是725℃會發(fā)生破壞；含有碳酸鈣的石材，溫度達(dá)827℃時(shí)開始破壞。由石英與其他礦物所組成的結(jié)晶石材如花崗巖等，當(dāng)溫度達(dá)到700℃以上時(shí)，由於石英受熱發(fā)生膨脹，強(qiáng)度會迅速下降。6.導(dǎo)熱性主要與其緻密程度有關(guān)，重質(zhì)石材的熱導(dǎo)率可達(dá)2.91W/(m?K)～3.49W/(m?K)，而輕質(zhì)石材的熱導(dǎo)率則在0.23W/(m?K)～0.7W/(m?K)之間，具有封閉孔隙的石材，熱導(dǎo)率更低。

巖石的形成與分類二、力學(xué)性質(zhì)

1.抗壓強(qiáng)度石材的抗壓強(qiáng)度是以3個(gè)邊長為70mm的立方體試塊的抗壓破壞強(qiáng)度的平均值表示，砌體所用石材根據(jù)抗壓強(qiáng)度分成9個(gè)強(qiáng)度等級：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10?？箟涸嚰呴L可採用表2-1所列各種邊長尺寸的立方體，但應(yīng)對其測定結(jié)果乘以相應(yīng)的換算係數(shù)。表2-1石材強(qiáng)度等級的換算係數(shù)石材的抗壓強(qiáng)度與其礦物組成、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造特徵等有密切的關(guān)係。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，則花崗巖的強(qiáng)度也越高，而雲(yún)母為片狀礦物，易於分裂成柔軟薄片。因此，若雲(yún)母含量越多，則其強(qiáng)度越低。另外，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)造緻密的強(qiáng)度較疏鬆多孔的高。巖石的形成與分類立方體邊長(mm)2001501007050換算係數(shù)1.431.281.1410.862.衝擊韌性石材的衝擊韌性決定於巖石的礦物組成與構(gòu)造。石英巖、矽質(zhì)砂巖脆性較大，含暗色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有較高的韌性。一般來說，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.硬度石材的硬度取決於石材的礦物組成與構(gòu)造，凡由緻密、堅(jiān)硬礦物組成的石材，其硬度就高。巖石的硬度以莫氏礦度表示。4.耐磨性耐磨性是石材抵抗摩擦、邊緣剪切以及撞擊等複雜作用的能力。石材的耐磨性包括耐磨損(石材受摩擦作用)和耐磨耗性以單位摩擦品質(zhì)所產(chǎn)生的品質(zhì)損失的大小來表示。石材的耐磨性質(zhì)與石材內(nèi)部組成礦物的硬度、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造有關(guān)。石材的組成礦物越堅(jiān)硬，構(gòu)造越緻密以及其抗壓強(qiáng)度和衝擊韌性越高，則石材的耐磨性越好。巖石的形成與分類三、工藝性質(zhì)石材的工藝性質(zhì)，主要指其開採和加工過程的難易程度及可能性，包括以下幾個(gè)方面。1.加工性石材的加工性，是指對巖石開採、據(jù)解、切割、鑿琢、磨光和拋光等加工工藝的難易程度。凡強(qiáng)度、硬度、韌性較高的石材，不易加工；質(zhì)脆而粗糙，有顆粒交錯，含有層狀或片粒結(jié)構(gòu)以及已風(fēng)化的巖石，都難以滿足加工要求。2.磨光性磨光性指石材能否磨成平整光滑表面的性質(zhì)。緻密、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；疏鬆多孔有鱗片狀構(gòu)造的巖石，磨光性不好。3.易鑽性抗鑽性指石材鑽孔難易程度的性質(zhì)。影響抗鑽性的因素很複雜，一般與巖石的強(qiáng)度、硬度等性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)石材的強(qiáng)度越高，硬度越大時(shí)，越不易鑽孔。巖石的形成與分類

由於天然石材具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性、耐磨性及裝飾性好等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前在建築工程的使用仍然相當(dāng)普遍。工程中所使用的石材，按加工後的外形分為塊狀石材、板狀石材、散粒石材和各種石製品等。1.花崗巖1)花崗巖的組成和特性花崗巖為典型的深成巖，是巖漿巖中分布最廣的一種巖石。主要由長石、石英和少量暗色礦物及雲(yún)母(或角閃石等)組成，其中長石含量為40%～60%，石英含量為20%～40%?；◢弾r表觀密度為2600kg/m3～2800kg/m3，孔隙率小(0.04%～2.8%)，吸水率極低(0.11%～0.7%)，抗壓強(qiáng)度高達(dá)120MPa～250MPa，材質(zhì)堅(jiān)硬，肖氏硬度80～100，具有優(yōu)異的耐磨性，對酸具有高度的抗腐性，對堿類侵蝕也有較強(qiáng)的抵抗力，耐久性很高，一般使用年限達(dá)75～200年，細(xì)粒花崗巖的使用年限甚至可達(dá)到500年～1000年之久。但花崗巖的耐火性較差，當(dāng)溫度達(dá)800℃以上，花崗巖中的二氧化矽晶體產(chǎn)生晶形轉(zhuǎn)化，使體積膨脹，故發(fā)生火災(zāi)時(shí)，花崗巖會發(fā)生嚴(yán)重開裂而破壞?；◢弾r為全晶質(zhì)結(jié)構(gòu)的巖石，按結(jié)晶顆粒的大小，通常分為細(xì)粒、中粒和斑粒等幾種。顏色一般為灰白、微黃、淡紅和薔薇等色，以深青花崗巖比較名貴，國際市場上以純黑、紅色及綠色最受歡迎。石材在土木工程中的應(yīng)用2)花崗巖的應(yīng)用花崗巖是公認(rèn)的高級建築結(jié)構(gòu)材料和裝飾材料。花崗巖石材常製作成塊狀石材和板狀飾面石材，塊狀石材用於重要的大型建築物的基礎(chǔ)、勒腳、柱子、欄桿、踏步等部位以及橋樑、堤壩等工程中，是建造永久性工程，紀(jì)念性建築的良好材料。如毛主席紀(jì)念堂的臺基為紅色花崗巖，象徵著紅色江山堅(jiān)如磐石。板材石材質(zhì)感堅(jiān)實(shí)，華麗莊重，是室內(nèi)外高級裝飾裝修板材。根據(jù)在建築物中使用部位的不同，對其表面的加工要求也就不同，通?？煞譃橐韵滤姆N。剁斧板：表面粗糙，呈規(guī)則的條紋斧狀。機(jī)刨板：用刨石機(jī)刨成較為平整的表面，呈相互平行的刨紋。粗磨板：表面經(jīng)過粗磨，光滑而無光澤。磨光板：經(jīng)過打磨後表面光亮，色澤鮮明，晶體裸露。再經(jīng)拋光處理後，即成為鏡面花崗巖板材。剁斧板多用於室外地面、臺階、基座等處；機(jī)刨板一般用於地面、臺階、基座、踏步、簷口等處；粗磨板常用於牆面、柱面、臺階、基座、紀(jì)念碑、墓碑、銘牌等處；磨光板因具有色彩絢麗的花紋和光澤，故多用於室內(nèi)外牆面、地面、柱面的裝飾，以及用作旱冰場地面、紀(jì)念碑、奠基碑、銘牌等處。石材在土木工程中的應(yīng)用

天然花崗巖板材可分為普通型板材(即正方形或長方形的板材，代號N)、異形板材(其他形狀的板材，代號S)。按其表面加工程度分為細(xì)面板材(RB)、鏡面板材(PL)、粗面板材(RU)；按其尺寸、平面度、角度偏差、外觀品質(zhì)等分為優(yōu)等品(A)、一等品(B)、合格品(C)三個(gè)等級。板材正面的外觀缺陷應(yīng)符合(JG205—92)的規(guī)定，如表2-2所示。表2-2天然花崗巖板材的外觀品質(zhì)要求值得指出的是，花崗巖的化學(xué)成分隨產(chǎn)地不同而有所區(qū)別，某些花崗巖含有放射性元素，對這類花崗巖應(yīng)避免應(yīng)用於室內(nèi)。名

稱規(guī)定內(nèi)容優(yōu)等品一等品合格品缺棱長度不超過10mm(長度小於5mm不計(jì))，周邊每米長(個(gè))不允許12缺角面積不超過5mm×2mm(面積小於2mm×2mm不計(jì))，每塊板(個(gè))裂紋長度不超過兩端順延至板邊總長度的1/10(長度小於20mm的不計(jì))每塊板(條)色斑面積不超過20mm×30mm(面積小於15mm×15mm不計(jì))，每塊板(個(gè))色線長度不超過兩端順延至板邊總長度的1/10(長度小於40mm的不計(jì))，每塊板(條)23坑窩粗面板材的正面出現(xiàn)坑窩不明顯出現(xiàn)，但不影響使用石材在土木工程中的應(yīng)用2.大理石1)大理石的組成和特性大理石因最早產(chǎn)於雲(yún)南大理而得名，全世界的同類石材均以“大理”來命名。建築上所說的大理石是指具有裝飾功能，並可磨光、拋光的各種沉積巖和變質(zhì)巖。大理巖、石英巖、蛇紋巖、石炭巖、砂巖、白雲(yún)巖等均可加工成大理石。大理石表觀密度為2600kg/m3～2700kg/m3，抗壓強(qiáng)度為100MPa～150Mpa，但硬度不大(肖氏硬度約50左右)，較易進(jìn)行鋸解，雕琢和磨光等加工。吸水率一般不超過1%，耐久性好，一般使用年限為40年～100年。裝飾性好，因通常含多種礦物而呈多姿多彩的花紋。但其抗風(fēng)化性能差，大多數(shù)大理石的主要化學(xué)成分是碳酸鹽類，易被酸侵蝕。2)大理石的應(yīng)用大理石因一般均含多種礦物質(zhì)，常呈多種色彩組成的花紋。拋光後的大理石光潔細(xì)膩，如脂似玉，色彩絢麗，紋理自然，十分誘人。例如毛主席紀(jì)念堂內(nèi)的十四種大理石花盆，每個(gè)花盆正面圖案都具有深刻的含義，畫面中有韶山、井岡山、婁山關(guān)、赤水河、金沙江、大渡河、雪山、草地和延安等，它們或是紅軍長征經(jīng)過的地方，或是毛主席工作、生活過的場所，或是毛主席詩詞中歌頌過的壯麗景色。純淨(jìng)的大理石為白色，稱漢白玉，純白或純黑的大理石屬名貴品種。石材在土木工程中的應(yīng)用

大理石荒料經(jīng)鋸切、研磨和拋光等加工工藝可製作大理石板材，主要用於建築物室內(nèi)飾面，如牆面、地面、柱面、臺面、欄桿和踏步等。天然大理石板材可分為普通型板材(即正方形或長方形的板材，代號N)、異形板材(其他形狀的板材，代號S)。按其外觀品質(zhì)、鏡面光澤度等分為優(yōu)等品(A)、一等品(B)、合格品(C)三個(gè)等級。板材正面的外觀缺陷應(yīng)符合(JG79—92)的規(guī)定，如表2-3所示。表2-3天然大理石板材的外觀品質(zhì)要求石材在土木工程中的應(yīng)用缺陷名稱優(yōu)等品一等品合格品翹曲不允許不明顯有，但不影響使用裂紋砂眼凹陷色斑污點(diǎn)正面棱缺陷長≤8mm，寬≤3mm1處正面角缺陷長≤3mm，寬≤3mm1處

值得指出的是，大理石抗風(fēng)化能力差，易受空氣中酸性氧化物(如SO2等)的侵蝕而失去光澤，變色並逐步破損，從而降低裝飾性能。因此，大理石一般不宜做室外裝修，只有漢白玉和艾葉青等少數(shù)幾種緻密、質(zhì)純的品種可用於室外。用大理石邊角料加工而成的正方體、長方體、多邊體(此稱冰裂塊料)，或不加工而製作成的“碎拼大理石”牆面、地面、庭院走廊，格調(diào)優(yōu)美，亂中有序，且造價(jià)低廉。用天然大理石或花崗石等殘碎料加工而成的石渣，具有多種顏色和裝飾效果，可作為人造大理石、水磨石、水刷石、斬假石、幹粘石及其他飾面的骨料之用。3.石灰?guī)r石灰?guī)r俗稱“青石”，是沉積巖的一種。主要化學(xué)成分為CaCO3，主要礦物成分為方解石，但常含有白雲(yún)石、菱鎂礦、石英、含鐵礦物、粘土礦等，表觀密度為2600kg/m3～2800kg/m3，抗壓強(qiáng)度為80MPa～160MPa，吸水率為2%～10%。若巖石中粘土含量不超過3%～4%時(shí)，也有較好的耐水性和抗凍性，但也有鬆散狀的或多孔狀的石灰?guī)r。石灰?guī)r來源廣，硬度低，易劈裂，便於開採，具有一定的強(qiáng)度和耐久性，因而廣泛用於建築工程中。其塊石可作為建築物的基礎(chǔ)、牆身、階石及路面等，其碎石是常用的混凝骨料。此外，它也是生產(chǎn)水泥和石灰的主要原料。由石灰?guī)r加工而成的“青石板”造價(jià)不高，表面能保持劈裂後的自然形狀，加之多種色彩的搭配，作為牆面裝飾板材，具有獨(dú)特的自然風(fēng)格。石材在土木工程中的應(yīng)用4.砂巖砂巖屬沉積巖，它是由石英砂或石灰?guī)r等的細(xì)小碎屑(直徑0.1mm～0.2mm)經(jīng)沉積並重新膠結(jié)而形成的巖石。砂巖的主要礦物為石英、雲(yún)母及粘土等。根據(jù)膠結(jié)物的不同，砂巖可分為矽質(zhì)砂巖、鈣質(zhì)砂巖、鐵質(zhì)砂巖、粘土質(zhì)砂巖。矽質(zhì)砂巖由氧化矽膠結(jié)而成，常呈淡灰色；鈣質(zhì)砂巖由碳酸鈣膠結(jié)而成，呈白色；鐵質(zhì)砂巖由氧化鐵膠結(jié)而成，常呈紅色；粘土質(zhì)砂巖由粘土膠結(jié)而成，常呈黃灰色。各種砂巖因膠結(jié)物質(zhì)和構(gòu)造的不同，其抗壓強(qiáng)度(5MPa～200MPa)表觀密度(2200kg/m3～2500kg/m3)，孔隙率(1.6%～28.3%)，吸水率(0.2%～7.0%)，軟化係數(shù)(0.44～0.97)等性質(zhì)差異很大。建築工程中，砂巖常用於基礎(chǔ)、牆身、人行道和踏步等，也可破碎成散粒狀用作混凝土集料。純白色砂巖俗稱白玉石，可用做雕刻及裝飾材料。5.玄武巖、輝綠巖玄武巖是噴出巖中最普通的一種，顏色較深，常呈玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，有時(shí)也呈多孔狀或斑形構(gòu)造。硬度高，脆性大，抗風(fēng)化能力強(qiáng)，表觀密度為2