土木工程材料石材簡介

石材井岡山大學(xué)建筑工程學(xué)院11建筑本一班111612028肖四平1第一頁，共四十五頁。目錄一、石材概述二、石材的主要技術(shù)性質(zhì)三、石材組成結(jié)構(gòu)四、建筑砌筑石材五、建筑飾面石材六、石材選用原則2第二頁，共四十五頁。石材概述一.人類開采、利用石材的歷史1.新石器時代：約5萬年前——使用經(jīng)過打磨、加工的石器作為生產(chǎn)工具和生活用具了。2.人類開采天然石材用作建筑材料：約五千多年——埃及的胡夫金字塔距今約4700年。3.石材開采方法的進步:十四世紀(jì)末期意大利開始用爆破的方法開采大理石（元朝1279～1368年火藥傳入歐洲），1800年采用普通鋼繩鋸，1896年使用風(fēng)動鑿巖機，1978年開始使用串珠式鋸石機鋸采石材。

3第三頁，共四十五頁。石材概述二.中國石材工業(yè)發(fā)展過程1.我國利用機械開采和加工石材始于五十年代初期開始的。2.1971年我國召開第一屆石材工業(yè)會議，確定了福建、山東、廣東為中國石材工業(yè)基地，這次會議確立了石材做為一個產(chǎn)業(yè)的開端。3.二十世紀(jì)八十年代末期到九十年代我國開始大量引進歐洲石材工業(yè)的先進設(shè)備與技術(shù)。4.二十世紀(jì)九十年代中期開始中國石材工業(yè)的產(chǎn)量在世界上名列前茅。4第四頁，共四十五頁。三.基本概念石材：凡是由天然巖石開采而得到的毛料，或經(jīng)人工加工而制成的塊狀或板狀巖石，統(tǒng)稱為石材。石材是古老的建筑材料之一，具有的高強度、高硬度、高耐磨性、高耐久性、豐富多彩的天然紋理。在建筑中常被用作砌體材料、裝飾材料，還可以作為膠結(jié)材料和人造石的原料。石材概述5第五頁，共四十五頁。巖石形成：火成巖巖石是由地幔或地殼的巖石經(jīng)熔融或部分熔融的物質(zhì)如巖漿冷卻固結(jié)形成的，花崗巖就是火成巖的一種；沉積巖是在地表不太深的地方，將其他巖石的風(fēng)化產(chǎn)物和一些火山噴發(fā)物，經(jīng)過水流或冰川的搬運、沉積、成巖作用形成的巖石，石灰石和砂巖屬于這一類；變質(zhì)巖是在高溫高壓和礦物質(zhì)的混合作用下由一種石頭自然變質(zhì)成的另一種石頭，大理石，板巖，石英巖，玉石都是屬于變質(zhì)巖。一般巖石的成分主要為CaO、SiO2

等，在少數(shù)石材中也含有鉛、鎘、砷、汞、硫等有害元素。石材概述6第六頁，共四十五頁。巖石的種類：（1）按所含成分的數(shù)量不同：單成巖、復(fù)成巖單成巖：僅含一種礦物質(zhì)的巖石，此種數(shù)量少，如白色大理石是由方解石或白云石所組成。復(fù)成巖:是有兩種或以上的礦物質(zhì)構(gòu)成的。如花崗巖是由長石、云母、石英及某些暗色礦物質(zhì)組成的。石材概述7第七頁，共四十五頁。（2）按其成因不同可以分為三大類：火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖1、火成巖：由地殼內(nèi)部熔融巖漿上升冷卻而成的巖石。A、深層巖特點：結(jié)晶完全、晶粒較粗、呈致密塊狀結(jié)構(gòu)。特性：表觀密度大、強度高、吸水率小、抗凍性好。常用品種：花崗巖、正長巖、閃長巖、輝長巖。B、噴出巖特點：結(jié)晶條件差、多成隱晶質(zhì)或玻璃體結(jié)構(gòu)。品種：玄武巖、安山巖、輝綠巖。C、火山巖特點：玻璃體結(jié)構(gòu)、多孔構(gòu)造。品種：火山灰、火山砂、浮石、凝灰石。石材概述8第八頁，共四十五頁。2、沉積巖：露出地表的巖石經(jīng)自然風(fēng)化、風(fēng)力搬遷和流水沖移等作用逐漸沉積而成的巖石。特點：層狀結(jié)構(gòu)、密度小、孔隙率大、吸水率大、強度低、耐久性差、各層差異大。機械沉積巖：頁巖、砂巖、礫巖?；瘜W(xué)沉積巖：石膏、白云巖、石灰?guī)r。生物沉積巖：石灰?guī)r、硅藻土。石材概述9第九頁，共四十五頁。3、變質(zhì)巖巖石在地殼內(nèi)部受強烈的地質(zhì)活動（高溫高壓），內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成發(fā)生變化而形成的新巖石。建筑常用的有石英巖、大理石巖、白云巖、砂巖、花崗巖、片麻巖石材概述10第十頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)一、物理性質(zhì)（1）表觀密度

天然石材根據(jù)表觀密度大小可分為：

輕質(zhì)石材表觀密度≤1800kg/m3；

重質(zhì)石材表觀密度＞1800kg/m3。

表觀密度的大小常間接反映石材的致密程度與孔隙多少。在通常情況下，同種石材的表觀密度愈大，則抗壓強度愈高，吸水率愈小，耐久性好，導(dǎo)熱性好。（2）吸水性吸水率低于1.5％的巖石稱為低吸水性巖石，介于1.5％～3.0％的稱為中吸水性巖石，吸水率高于3.0％的稱高吸水性巖石。巖漿深成巖以及許多變質(zhì)巖，它們的孔隙率都很小，故而吸水率也很小，例如花崗巖的吸水率通常小于0.5％。沉積巖由于形成條件、密實程度與膠結(jié)情況有所不同，因而孔隙率與孔隙特征的變動很大，這導(dǎo)致石材吸水率的波動也很大，例如致密的石灰?guī)r，它的吸水率可小于1％，而多孔的貝殼石灰?guī)r吸水率可高達15％。石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會降低顆粒之間的粘結(jié)力，從而使強度降低。有些巖石還容易被水溶蝕，因此，吸水性強與易溶的巖石，其耐水性較差11第十一頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)（3）耐水性石材的耐水性以軟化系數(shù)表示。巖石中含有較多的粘土或易溶物質(zhì)時，軟化系數(shù)則較小，其耐水性較差。根據(jù)軟化系數(shù)大小，可將石材分為高、中、低三個等級。軟化系數(shù)＞0.90為高耐水性，軟化系數(shù)在0.75～0.90之間的為中耐水性，軟化系數(shù)在0.60～0.75之間為低耐水性，軟化系數(shù)＜0.60者，則不允許用于重要建筑物中。（4）抗凍性石材的抗凍性，是指其抵抗凍融破壞的能力。其值是根據(jù)石材在水飽和狀態(tài)下按規(guī)范要求所能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)表示。能經(jīng)受的凍融循環(huán)次數(shù)越多，則抗凍性越好。石材抗凍性與吸水性有密切的關(guān)系，吸水率大的石材其抗凍性也差。根據(jù)經(jīng)驗，吸水率＜0.5％的石材，則認為是抗凍的。（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，由于熱脹冷縮、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℃以上時就開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高于725℃會發(fā)生破壞；含有碳酸鈣的石材，溫度達827℃時開始破壞。由石英與其它礦物所組成的結(jié)晶石材，如花崗巖等，當(dāng)溫度達到700℃以上時，由于石英受熱發(fā)生膨脹，強度迅速下降。12第十二頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)二、力學(xué)性質(zhì)天然石材的力學(xué)性質(zhì)主要包括：抗壓強度、沖擊韌性、硬度及耐磨性等。（1）抗壓強度石材的抗壓強度，是以三個邊長為70mm的立方體試塊的抗壓破壞強度的平均值表示。根據(jù)抗壓強度值的大小，石材共分九個強度等級：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、和MU10?？箟涸嚰部刹捎帽?.1所列各種邊長尺寸的立方體，但應(yīng)對其試驗結(jié)果乘以相應(yīng)的換算系數(shù)。（2）沖擊韌性石材的沖擊韌性決定于巖石的礦物組成與構(gòu)造。石英巖、硅質(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。通常，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13第十三頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)（3）硬度它取決于石材的礦物組成的硬度與構(gòu)造。凡由致密、堅硬礦物組成的石材，其硬度就高。巖石的硬度以莫氏硬度表示。（4）耐磨性耐磨性是指石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復(fù)雜作用的能力。石材的耐磨性包括耐磨損與耐磨耗兩方面。凡是用于可能遭受磨損作用的場所，例如臺階、人行道、地面、樓梯踏步等和可能遭受磨耗作用的場所，例如道路路面的碎石等，應(yīng)采用具有高耐磨性的石材。14第十四頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)三、工藝性質(zhì)

石材的工藝性質(zhì)，主要指其開采和加工過程的難易程度及可能性，包括加工性、磨光性與抗鉆性等。（1）加工性石材的加工性，主要是指對巖石開采、鋸解、切割、鑿琢、磨光和拋光等加工工藝的難易程度。凡強度、硬度、韌性較高的石材，不易加工；質(zhì)脆而粗糙，有顆粒交錯結(jié)構(gòu)，含有層狀或片狀構(gòu)造，以及業(yè)已風(fēng)化的巖石，都難以滿足加工要求。（2）磨光性指石材能否磨成平整光滑表面的性質(zhì)。致密、均勻、細粒的巖石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮潔的表面。疏松多孔、有鱗片狀構(gòu)造的巖石，磨光性不好。（3）抗鉆性指石材鉆孔時，其難易程度的性質(zhì)。影響抗鉆性的因素很復(fù)雜，一般石材的強度越高、硬度越大，越不易鉆孔。由于用途和使用條件的不同，對石材的性質(zhì)及其所要求的指標(biāo)均有所不同。工程中用于基礎(chǔ)、橋梁、隧道以及石砌工程的石材，一般規(guī)定其抗壓強度、抗凍性與耐水性必須達到一定指標(biāo)。建筑工程中常用天然石材的技術(shù)性能可參見表3.2。15第十五頁，共四十五頁。石材的主要技術(shù)性質(zhì)16第十六頁，共四十五頁。天然巖石是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物，常見的造巖礦物有以下幾種：1、石英是二氧化硅（SiO2）晶體的總稱。無色透明至乳白色，密度為2.65g/cm3，莫氏硬度為7、化學(xué)穩(wěn)定性及耐久性高。2、長石是長石族礦物的總稱包括正長石、斜長石等，密度為2.5～2.7，莫氏硬度為6，具有白、灰、紅、青等多種顏色。3、方解石為碳酸鈣晶體（CaCO3）。白色，密度2.7g/cm3，莫氏硬度為3，耐久性次于上述礦物，遇酸后分解。石材的組成結(jié)構(gòu)石英長石方解石17第十七頁，共四十五頁。4、白云石為碳酸鈣與碳酸鎂的復(fù)鹽晶體（CaCO3MgCO3）。白色，密度為2.9g/cm3，莫氏硬度為4。強度、耐酸腐蝕性及耐久性略高于方解石，遇酸時分解。

5、角閃石、輝石、橄欖石為鐵、鎂、鈣等硅酸鹽的晶體。密度為3～3.6g/cm3，莫氏硬度為5～7。顏色多種，但均為暗色，故也稱暗色礦物。

石材的組成結(jié)構(gòu)角閃石橄欖石輝石白云石18第十八頁，共四十五頁。6、黃鐵礦為二硫化鐵晶體（FeS2）。金黃色，密度為5g/cm3，莫氏硬度為6～7。耐久性差，遇水和氧生成游離硫酸，且體積膨脹，并產(chǎn)生銹跡。

7、云母是云母族礦物的總稱，為片狀的含水復(fù)雜硅鋁酸鹽晶體。密度為2.7～3.1g/cm3，莫氏硬度為2～3。具有極完全解理,易裂成薄片，玻璃光澤，耐久性差，具有多種顏色。云母的主要種類為白云母和黑云母。石材的組成結(jié)構(gòu)、黃鐵礦云母19第十九頁，共四十五頁。石材的組成結(jié)構(gòu)20第二十頁，共四十五頁。一、毛石1、定義：在采石廠將巖石經(jīng)爆破等方法直接得到的形狀不規(guī)則的石塊。2、分類：毛石依其平整程度。亂毛石：不規(guī)則，質(zhì)量約為20-30Kg。平毛石：有兩個平行面3、建筑用毛石：中部厚度≮150mm，長度300～400mm，質(zhì)量20～30kg，抗壓強度MU10以上，K軟＞0.804、用途：砌筑基礎(chǔ)、勒腳、墻身、擋土墻、堤岸及護坡等，配制片石混凝土。建筑砌筑石材21第二十一頁，共四十五頁。二、料石1、定義：是由人工或機械開采加工而成的形狀較規(guī)則的六面體石塊，經(jīng)人加工鑿磨而成的。2、分類：按表面加工的平整程度，料石分為毛料石、粗料石、半細料石和細料石四種：毛料石：凹凸深度≯25mm；粗料石：凹凸深度≯20mm；半細料石：凹凸深度≯15mm；細料石：凹凸深度≯10mm3、用途：砌筑基礎(chǔ)、石拱、臺階、勒腳、墻體等。建筑砌筑石材22第二十二頁，共四十五頁。三、鋪地石1、定義：是由人工或機械開采加工而成小型石塊，具有較高強度、耐磨、抗凍、抗沖擊等。2、分類：按形狀分為石板、條石、方石、拳石、卵石、不規(guī)則石等3、用途：廣場地坪、路面、庭院小徑用石材，砌筑基礎(chǔ)、石拱、臺階、勒腳、墻體等建筑砌筑石材23第二十三頁，共四十五頁。四、石渣1、定義：是將各種天然石材破碎石加工而成，它具有多種光澤，應(yīng)顆粒堅硬，有棱角、潔凈，不含有風(fēng)化的顆粒，使用時要沖刷干凈。2、用途：常用作人造大理石、水磨石、斬假石、水刷石、干粘石的骨料。建筑砌筑石材24第二十四頁，共四十五頁。一、定義：建筑裝飾用的石材是從天然巖體開采的，可加工成各種塊狀或板狀，用于建筑物表面起裝飾和保護作用。二、分類：A.石質(zhì)類裝飾材料根據(jù)其形成方式不同，可分為天然石材和人造石材兩種。對于天然石材來說，根據(jù)成分不同，分為天然大理石和天然花岡石兩種。B.根據(jù)使用范圍的不同可分為：1、基本上不承受任何機械荷載；主要用作建筑物的內(nèi)墻和外墻的飾面材料。2、主要用于紀(jì)念性建筑物；耐風(fēng)雨，要求一定的物理力學(xué)性能,有時要求特大尺寸建筑飾面石材25第二十五頁，共四十五頁。天然石材一.天然大理石1、定義:石灰?guī)r或白云巖在高溫、高壓等地質(zhì)條件下，重新結(jié)晶變質(zhì)而成的變質(zhì)巖，因盛產(chǎn)于大理而得名。純大理石為白色，稱漢白玉。

2、性能指標(biāo)：A、優(yōu)點:表觀密度

2500～2700kg/m3;抗壓強度60～150MPa;莫氏硬度3～4;吸水率小于0.75%；;耐用年限為40-100年；B、缺點：抗風(fēng)化能力較差，易被空氣中的酸性物質(zhì)腐蝕，而變得多孔粗糙，降低裝飾效果。建筑飾面石材26第二十六頁，共四十五頁。3、板材命名與標(biāo)記;大理石板材是用大理石荒料經(jīng)鋸切、研磨、拋光及切割而成的石材，常用規(guī)格為厚20、寬150-915、長300-1220。A.命名方式：荒料產(chǎn)地地名、花紋色調(diào)特征名稱、顏色B.標(biāo)記順序：命名、分類、規(guī)格尺寸、等級、標(biāo)準(zhǔn)號建筑飾面石材27第二十七頁，共四十五頁。4.天然大理石的品種:根據(jù)顏色和花紋的不同，天然大理石可分為云灰、單色和彩花三類。(a)云灰大理石:云灰大理石花紋類似水波、水花，自然、美觀、大方，石材的加工性好，是理想的石面材料(b)單色大理石:單色大理石有白色大理石，如漢白玉、象牙白等，黑色大理石，如中國黑、墨玉等(c)彩花大理石:彩花大理石的結(jié)構(gòu)為層狀結(jié)構(gòu)或斑狀條紋的結(jié)晶，經(jīng)過拋光打磨可以呈現(xiàn)各種色彩、各種圖案的天然。建筑飾面石材。云灰大理石單色大理石彩花大理石28第二十八頁，共四十五頁。建筑飾面石材29第二十九頁，共四十五頁。建筑飾面石材30第三十頁，共四十五頁。二.天然花崗巖：1、定義:天然花岡石是巖漿巖中分布最廣的一種巖石，屬酸性，主要礦物成分為斜長石、石英、云母和鉀長石等。顏色有淡灰、淡紅、微黃色，花紋的特征是晶粒細小，云母與石英細晶分散其中形成亮光閃爍的裝飾效果。2、特點:結(jié)構(gòu)致密，密度為2600~2700Kg/m3；質(zhì)地硬，屬硬石材；抗壓強度高達120-250MPa；吸水率小于0.75%；耐磨、耐腐蝕、耐大氣、不易風(fēng)化、抗火性不好?；y呈現(xiàn)均粒斑紋及發(fā)光云母顆粒;使用年限為75~2700年建筑飾面石材31第三十一頁，共四十五頁。3、分類花崗巖板材是用花崗巖荒料加工制成的板形石材。1）按晶體顆粒大小分：細粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)；中粒結(jié)晶結(jié)構(gòu)；斑狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)2）根據(jù)用途和加工方法，花崗巖石板分為以下四種：（1）剁斧板材;石材表面經(jīng)手剁斧加工，表面粗糙，呈有規(guī)則的條狀斧紋。多用于建筑外墻、室外地面、踏步、防滑地面等。（2）機刨板材;石材表面被機械刨成較為平整光滑，有較規(guī)則的刨切紋。適用于建筑物外墻面，柱面，臺階，勒腳等；（3）粗磨板材;石材表面經(jīng)過粗磨，表面較光整沒有光澤，多用于裝飾需要柔光效果的墻面、基座和紀(jì)念碑等。（4）磨光板材:精細加工，表面光亮有鏡面感，晶體紋理清晰，色澤絢麗、多用于室內(nèi)外地面、墻面、立柱等處的裝飾。建筑飾面石材32第三十二頁，共四十五頁。建筑飾面石材33第三十三頁，共四十五頁。4、應(yīng)用主要用于建筑外墻面、柱面、地面、基礎(chǔ)、勒腳、臺階踏步、墩柱等耐酸工程及各種雕塑原材料。注意：石英在高溫下產(chǎn)生爆裂（晶格轉(zhuǎn)變），故高溫下慎用。建筑飾面石材34第三十四頁，共四十五頁。三、應(yīng)用：大理石主要用于加工成各種形材、板材，作建筑物的墻面、地面、臺、柱，還常用于紀(jì)念性建筑物如碑、塔、雕像等的材料。大理石還可以雕刻成工藝美術(shù)品、文具、燈具、器皿等實用藝術(shù)品。建筑飾面石材35第三十五頁，共四十五頁。人造石材一、定義：人造石材是采用無機或有機膠凝材料作為粘結(jié)劑，以天然砂、碎石、石粉或工業(yè)渣等為粗、細填料，經(jīng)成型、固化、表面處理而形成的材料，其色彩和花紋均可根據(jù)要求設(shè)計制作。二、特點：質(zhì)量輕、強度大、厚度薄，其抗壓強度可達110MPa；表面光澤度高，色澤鮮艷、花色繁多；耐腐蝕、耐污染；加工性好，價格低廉；缺點：耐久性差，有的表面耐刻劃能力較差，使用中會發(fā)生翹曲變形。建筑飾面石材36第三十六頁，共四十五頁。三、分類：人造石材根據(jù)根據(jù)原料組成成分和生產(chǎn)形成工藝不同，可分為水泥型人造石材、聚酯型人造石材、復(fù)合型人造石材和燒結(jié)型人造石材四類。

1、硅酸鹽型石材又稱水泥型人造石材，俗稱水磨石，以各種水泥或石灰磨細砂為粘結(jié)劑，砂為細骨料、碎大理石、花崗巖、工業(yè)廢渣等為粗骨料，經(jīng)配料、攪拌、成型、加壓蒸養(yǎng)、磨光、拋光而制成的一種建筑裝飾用人造石材。特點：表面光澤度高，呈半透明狀，顏色、花型根據(jù)需要可以任意配制，成本低、強度高、施工方便。但耐腐蝕能力差，容易出現(xiàn)微裂紋，產(chǎn)生龜裂。用途：主要用于建筑物的地面、墻面、柱面、窗臺、踢腳、踏步等，水泥型人造石材地面便于洗刷、耐磨，適于大空間的裝飾。建筑飾面石材37第三十七頁，共四十五頁。建筑飾面石材硅酸鹽型石材38第三十八頁，共四十五頁。2、聚酯型人造石材以不飽和聚脂樹脂為粘結(jié)劑，與石英砂、大理石、方解石粉等攪拌混和，澆注成型，在固化劑作用下產(chǎn)生固化作用，經(jīng)脫模、烘干、拋光等工序而制成。合成石的顏色、花紋、光澤等可以仿制成天然大理石、花崗巖或瑪瑙等的表面裝飾效果，固稱為人造大理石、人造花崗巖、人造瑪瑙等特點：A.優(yōu)點：表面光澤好，重量輕，強度、硬度較高；耐磨、耐水、耐旱、耐熱、耐污染、耐腐蝕；加工性好，易于調(diào)色、成型，花色品種多，合成石的圖案可人為控制；可在使用施工時拼鋪成各種不同圖案，形成各種色彩和花飾，裝飾效果強。B.缺點：易出現(xiàn)變形，色澤和紋理不及天然石材美麗、自然、柔和。建筑飾面石材39第三十九頁，共四十五頁。建筑飾面石材聚酯型人造石材40第四十頁，共四十五頁。3、復(fù)合型人造石材以無機材料和有機高分子材料復(fù)合而成的，石材的粘結(jié)劑中既有無機材料，又有高分子材料。用無機材料將填料粘結(jié)成型后，再將坯體浸漬于有機單體中，使其在一定條件下聚合。其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高。復(fù)合型則綜合了前兩種的優(yōu)點，有良好的物化性能建筑飾面石材41第四十一頁，共四十五頁。４、燒結(jié)型人造石材與陶瓷燒土制品生