建筑材料(第二章天然石材)課件

1、第二章 天然石材本章重點(diǎn)石材的物理、力學(xué)性質(zhì)、性能、選用原則和應(yīng)用范圍等。工程中常用的石材種類。了解石材的地質(zhì)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(dāng)高的強(qiáng)度、良好的耐磨性和耐久性、較強(qiáng)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(yīng)用仍十分廣泛:（1）未加工的毛石可以用來砌筑基礎(chǔ)、橋涵、擋土墻、堤岸、護(hù)坡及隧道襯砌等 ；（2）粗略加工后的石材，樸實(shí)自然，堅(jiān)固而穩(wěn)定，可以用作襯面材料、臺(tái)階、欄桿和紀(jì)念碑等 ；（3）經(jīng)精細(xì)加工后的石材制品色澤潤(rùn)滑，美觀而豪華 ，是良好的建筑裝飾材料；（

2、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。廣州圣心大教堂現(xiàn)在是遠(yuǎn)東區(qū)惟一最大的石結(jié)構(gòu)天主教建筑，也是全球四大全石結(jié)構(gòu)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(diǎn)文物保護(hù)單位。1990年國家建設(shè)部、國家文物局、中國建筑學(xué)會(huì)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(duì)比各種天然石材建筑石材的分類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(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)致密，抗壓強(qiáng)度高; （2）生產(chǎn)成本低：蘊(yùn)藏量豐富、分布廣，便于就地取材；

3、（3）耐久性好，使用年限一般可達(dá)到百年以上； （4）裝飾性好。它具有自然紋理、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。 缺點(diǎn)： 抗拉強(qiáng)度低、表觀密度大、硬度高，開采和加工較困難。巖石是構(gòu)成地殼的主要物質(zhì)，是由各種不同的地質(zhì)作用所形成的天然固態(tài)礦物的集合體，具有一定的化學(xué)成分、礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。巖石是由一種或數(shù)種主要礦物所組成的集合體。構(gòu)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(jié)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(zhǎng)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

4、 也稱火成巖，由地殼深處熔融巖漿上升冷卻而成，具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)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(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。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。巖漿中所含氣體在壓力驟減時(shí)會(huì)在巖石中形成多孔構(gòu)造?；鹕綆r是火山爆發(fā)時(shí)，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(zhì)結(jié)構(gòu)，有較高的化學(xué)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(jié)成的巖石。巖漿巖（火成巖）花崗巖

5、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(zhǎng)石、云母和少量暗色礦物，屬晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?；◢弾r的顏色有深青、紫紅、淺灰和純黑等，色彩主要由長(zhǎng)石的顏色所決定，因?yàn)榛◢弾r中長(zhǎng)石的含量較多?；◢弾r堅(jiān)硬致密，抗壓強(qiáng)度高，在120250MPa之間，表觀密度在26002700kgm3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(dá)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?；◢弾r可用于基礎(chǔ)、勒腳、柱子、踏步、地面和室內(nèi)外墻面等?；◢弾r經(jīng)磨光后，色澤美觀，裝飾效果極好，是室內(nèi)外主要的高級(jí)裝修、裝飾材料。玄武巖玄武巖屬于噴出

6、巖，造巖礦物與輝長(zhǎng)巖相似。屬玻璃質(zhì)或隱晶質(zhì)斑狀結(jié)構(gòu)，氣孔狀或杏仁狀構(gòu)造。 玄武巖的抗壓強(qiáng)度隨其結(jié)構(gòu)和構(gòu)造的不同而變化較大(100500MPa)，表觀密度為29003500kgm3。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(yīng)用巖棉（二）沉積巖 也稱水成巖，是各種巖石經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積和再造巖作用而形成的巖石。沉積巖呈層狀構(gòu)造，孔隙率和吸水率大，強(qiáng)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(yīng)用廣泛。沉積巖按照生成條件分為三類：機(jī)械沉積巖、化學(xué)沉積巖、生

7、物沉積巖。機(jī)械沉積巖是巖石風(fēng)化破碎以后又經(jīng)風(fēng)、雨、河流及冰川等搬運(yùn)、沉積、重新壓實(shí)或膠結(jié)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(jié)而成。由于膠結(jié)結(jié)構(gòu)和致密程度的不同，性能差別很大。礫巖和角礫巖的構(gòu)成和性能與砂巖相似。頁巖由粘土沉積而成，呈頁片狀，強(qiáng)度低、耐水性差，不能直接用作建筑材料。生物沉積巖是海生動(dòng)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(xì)胞壁沉積而成。富含無定形SiO2、淺黃色或淺灰色、質(zhì)軟而輕，多孔，易磨成

8、粉末，有極強(qiáng)的吸水性。石灰?guī)r石灰?guī)r是沉積巖中的一種，屬晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)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(jī)雜質(zhì)。） 質(zhì)地致密的石灰?guī)r，抗壓強(qiáng)度為20120MPa表觀密度為20002600kgm3。 當(dāng)石灰?guī)r中粘土雜質(zhì)超過3%4%時(shí)，則抗凍性、耐水性顯著降低。硅質(zhì)石灰?guī)r強(qiáng)度高，硬度大，耐久性好。大部分石灰?guī)r質(zhì)地細(xì)密、堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。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(chǔ)、外墻、橋墩、臺(tái)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。（三）變質(zhì)巖巖石由于強(qiáng)烈的地質(zhì)活動(dòng)，在高溫和高壓下，

9、礦物再結(jié)晶或生成新礦物，使原來巖石的礦物成分、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)生顯著變化而成為一種新的巖石，稱為變質(zhì)巖。變質(zhì)巖大多是結(jié)晶體，構(gòu)造、礦物成分都較巖漿巖、沉積巖更為復(fù)雜而多樣。根據(jù)原巖種類，分為正變質(zhì)巖和副變質(zhì)巖。正變質(zhì)巖由巖漿巖類原巖經(jīng)變質(zhì)作用而成的巖石。一般巖漿巖經(jīng)變質(zhì)后產(chǎn)生片狀構(gòu)造，建筑性能較原巖有所下降。如花崗巖變質(zhì)后成為片麻巖，片麻巖易于分層剝落，耐久性差。副變質(zhì)巖由沉積巖類原巖經(jīng)變質(zhì)作用而成的巖石。一般沉積巖形成變質(zhì)巖后，其建筑性能有所提高。如石灰?guī)r和白云巖變質(zhì)后成為大理巖，砂巖變質(zhì)后成為石英巖，都比原來的巖石堅(jiān)固耐久。 變質(zhì)巖大理巖大理巖抗壓強(qiáng)度高(100300MPa)，表觀密度較大(2

10、6002700kgm3)，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(zhì)（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(zhì)分布的均勻程度。大理巖質(zhì)地致密但硬度不大（34），加工容易。大理巖不宜用作城市內(nèi)建筑物的外部裝飾，因?yàn)槌鞘械目諝庵谐：卸趸?，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(yīng)，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(nèi)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(zhì)而成。由白云巖變質(zhì)而成的大理巖性能優(yōu)于由石灰?guī)r變

11、質(zhì)而成的大理巖。屬等粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。2.天然石材的技術(shù)性質(zhì)和類型物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì) 2.1物理性質(zhì)（1）表觀密度-這是由其礦物質(zhì)組成及致密所決定。 石材按其表觀密度大小可分： 重質(zhì)石材：表觀密度1800kg/m3， 輕質(zhì)石材：表觀密度1800kg/m3，常用于墻體材料（2）吸水率和耐水性 吸水性對(duì)巖石的強(qiáng)度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會(huì)降低顆粒之間的黏結(jié)力，從而使強(qiáng)度降低，抗凍性變差，導(dǎo)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(qiáng)度相關(guān)。 巖石的硬度越大，它的強(qiáng)度就越高 ，耐磨性和抗刻劃性也好。但硬度高的巖石開

12、采困難、加工成本高。 2.2巖石的熱學(xué)性質(zhì)（1）導(dǎo)熱性主要與其致密程度有關(guān)。 巖石的比熱容大于鋼材、混凝土、磚；巖石的導(dǎo)熱系數(shù)小于鋼材，大于混凝土和燒結(jié)磚。（2）耐熱性（耐燃性）屬不燃材料。2.3巖石的化學(xué)性質(zhì)化學(xué)風(fēng)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(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象。 化學(xué)風(fēng)化與物理風(fēng)化相互促進(jìn)使巖石產(chǎn)生裂縫?；◢徥哪途眯宰罴?，大理石為變質(zhì)巖，易風(fēng)化，耐久性差，不宜用于室外。最差的巖石是軟質(zhì)砂巖和凝灰?guī)r。 2.4巖石的力學(xué)性質(zhì)抗壓強(qiáng)度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。 一、抗壓強(qiáng)度：石材的強(qiáng)度等級(jí)是按抗壓強(qiáng)度劃分的。 （1） 試驗(yàn)方法：用于砌體等的石材的抗壓強(qiáng)度

13、采用邊長(zhǎng)為70mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊進(jìn)行測(cè)試，并以三個(gè)試件抗壓破壞強(qiáng)度的平均值表示。 石材共分九個(gè)強(qiáng)度等級(jí)：從MU10、15、20、30、40、50、60、80、MU100 （2）石材強(qiáng)度的物理意義：石材的抗壓強(qiáng)度與其礦物組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征有密切的關(guān)系。 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， 其含量多，則花崗巖的強(qiáng)度也越高，而云母為片狀礦物，它含量多，則這種石材強(qiáng)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。

14、 分類：亂毛石和平毛石。 應(yīng)用 -用于砌筑基礎(chǔ)、勒腳、墻身擋土墻等，也可配制片石砼。 2）料石又稱條石，指以人工斬鑿或機(jī)械加工而成，形狀比較規(guī)則的六面體石材。分類根據(jù)料石表面加工的平整程度可分為以下四種。 毛料石用于橋墩臺(tái)的鑲面工程、涵洞的拱圈、隧道的襯砌邊墻，也可做為橋墩臺(tái)的填料。 粗料石、半細(xì)料石、細(xì)料石-經(jīng)過細(xì)加工，外形規(guī)則，規(guī)格尺寸同粗料石，凹凸深度不大于20、15、10mm。 主要用于鑲面三、石材飾面板常用建筑石材耐磨性好，抗風(fēng)化性好及耐久性高，耐酸性好。主要用于基礎(chǔ)，擋土墻，勒腳，踏步地面，外墻飾面雕塑。1.花崗石板材特點(diǎn)：（1）是巖漿巖中分布最廣的一種巖石，主要由長(zhǎng)石、石英及少量

15、的暗色礦物及云母組成。（2）表觀密度較大，孔隙率小，抗壓強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的耐磨性，耐久性很高，一般使用年限達(dá)75200年，細(xì)?；◢弾r的使用年限可達(dá)500年至1000的之久。（3）色彩豐富 ； （4）耐火性較差SiO2晶體轉(zhuǎn)化。分類： （1） 按形狀分普通板材、異形板材；（2）按表面加工工程分為細(xì)面板、鏡面板和粗面板；（3）按產(chǎn)品質(zhì)量分為優(yōu)等品、一等品、合格品。標(biāo)準(zhǔn)建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)天然花崗石建筑板材 （JC205-1992） 2.大理石板材 選用標(biāo)準(zhǔn)： 天然大理石建筑板材（JC/T79-2001） 1.1特點(diǎn)-屬碳酸巖，抗風(fēng)化能力差，易受空氣中二氧化硫的腐蝕，表面失去光澤，破損。1.2缺點(diǎn)：長(zhǎng)期暴露

16、在室外受陽光雨水侵蝕易褪色失去光澤。1.3適用范圍：要用于室內(nèi)的裝修，如墻面，柱面及磨塤較小的地面，踏步。1.4 分類：普型板、圓弧板、異型板天然大理石的主要缺點(diǎn)有兩個(gè)：一是硬度較低，如用大理石鋪設(shè)地面，磨光面容易損壞，其耐用年限一般在3080年。二是抗風(fēng)化能力較差，除個(gè)別品種如漢白玉等外，一般不宜用于室外裝飾。這是由于空氣中常含有二氧化硫與水生成亞硫酸以后變成硫酸。而大理石中的主要成分為碳酸鈣，碳酸鈣與硫酸反應(yīng)生成易溶于水的硫酸鈣，使表面失去光澤，變得粗糙多孔而降低裝飾效果。公共衛(wèi)生間等經(jīng)常使用水沖刷和用酸性材料洗滌處，也不宜用大理石做地面材料。3、青石裝飾板材 屬于沉積巖、砂巖類，主要礦物

17、成分來石灰石、白云石。石灰?guī)r砂巖青石板銹條石特點(diǎn)：來源廣，硬度低，易劈，便于開采，具有一定的強(qiáng)度和耐久性；顏色多為豆青色和深豆青色帶灰白結(jié)晶顆粒等多種。應(yīng)用：可用于建筑物墻裙、地坪鋪貼以及庭園欄桿、臺(tái)階等，具有很好的立體感、懷舊感、古建筑風(fēng)格。4.裝飾板的貯藏、計(jì)量、包裝 大理石、花崗石采用平方米，青石采用立方米或平方米；包裝時(shí)，光面相對(duì)，按品種規(guī)格、等級(jí)分別包裝。貯藏碼放時(shí)，傾斜角不大于15度，平放時(shí)必須平整，垛高不超1.2m。四、建筑石材的放射性污染及控制天然石材中含鐳、釷、鈾三種放射性元素，在衰變過程中會(huì)產(chǎn)生放射性物質(zhì)氡氣。釷按放射指標(biāo)限量標(biāo)準(zhǔn)分為A、B、C類。 A類使用范圍不受限制，B

18、類不可用于民用建筑工程內(nèi)部裝飾，工業(yè)可用（因其空間較大），C類只可用于室外飾面工程。五、石材的選用原則 在建筑設(shè)計(jì)和施工中，我們選擇石材，一般考慮以下幾點(diǎn)：1、技術(shù)指標(biāo)力學(xué)性能、熱工性質(zhì)、耐久性、裝飾性2、安全性在選用室內(nèi)裝飾用石材時(shí)，應(yīng)注意其放射性指標(biāo)是否合格。3、經(jīng)濟(jì)性4、協(xié)調(diào)性 六、石材的破壞及其防護(hù)1、石材受破壞的因素：水2、防護(hù)：合理選材，涂刷保護(hù)3、根據(jù)情況選用人造石材 人造石材就是用無機(jī)或有機(jī)膠結(jié)料、礦物質(zhì)原料及各種外加劑配制耐成。 （1）水泥型人造石材 （2）燒結(jié)型人造石材 （3）復(fù)合型人造石材（4）聚脂型人造石材石材的防護(hù)1.結(jié)構(gòu)預(yù)防 建筑物暴露部分的石材如欄桿、樓梯、勒腳和屋頂?shù)?，制成易于排水的形狀，使水分不易積存在表面，或在石材上覆蓋一層導(dǎo)水材料。2.表面磨光采用致密的巖石，表面加工磨光，使表面平滑無孔。3.表面處理（1）物理處理：石材表面可用石蠟或涂料進(jìn)行處理 。（2）化學(xué)處理：采用硅氟酸鎂溶液、水玻璃等進(jìn)行表面處理。 復(fù)習(xí)思考題1.巖石按成因可分為哪幾類？2.巖石孔隙率的大小對(duì)哪些性質(zhì)有影響？為什么？3.天然石材的物理性質(zhì)有哪些？4.如何確定石材的強(qiáng)度等級(jí)？5