【2017年整理】岩石的综合知识

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1、岩石的形成和分类岩石是多种天然固态矿物的集合体。矿物是在地壳中受各种不同地质作用，所形成的具有一定化学组成和物理性质的单质或化合物，它具有一定的化学成分和结构特征。目前，已发现的矿物有 3300 多种，绝大多数是固态无机物。主要造岩矿物有 30 多种，各种造岩矿物具有不同的颜色和特性，建筑工程中常用岩石的主要造岩矿物见表 8-1。表 8-1 几种主要造岩矿物的组成和特性矿物 组成 密度（ g/cm3） 莫氏硬 度 颜色 其它特性石英 结晶 Si02 2.65 7 无色透明至乳 白等色 坚硬、耐久性好、具有玻璃光泽长石 铝硅酸盐 2.52.7 6 白、灰、青等 色 耐久性不如石英，解理完全、性脆

2、，在大气中长期 风化后成为高岭土云母 含水的钾镁铁铝硅酸 盐 2.73.1 23 无色透明至黑 色 解理极完全，易分裂成薄片，影响岩石的耐久性和 磨光性角闪石 辉石 橄榄石 铁镁硅酸盐 34 57色暗，统称暗色矿物 坚硬、强度高、韧性大、耐久性好方解石 结晶 CaCO3 2.7 3 通常呈白色 硬度较低、强度高，晶面成菱面体，解理完全，遇 酸分解白云石 CaCO3MgCO3 2.9 4 通常呈白至灰 色 与方解石相似，遇热酸分解高岭石 Al2O32SiO22H20 2.6 2 2.5 白至灰、黄 呈致密块状或土状，质软、塑性高、不耐水黄铁矿 FeS2 5 6 6.5 黄 有黑色条痕，无解理，在

3、空气中易氧化成铁和硫酸， 污染岩石，是岩石中的有害物质由单一矿物组成的岩石称为单矿岩，单矿岩的性质由其矿物成分及结构构造决定。由两种以上矿物组成的岩石称为多矿岩，多矿岩的性质由其组成矿物的相对含量及结构构造决定。例如，石灰岩主要是由方解石矿物组成的单矿岩；花岗岩是由长石、石英、云母等几种矿物组成的多矿岩。自然界中大部分岩石是是多矿岩，只有少数岩石是单矿岩。因此，岩石没有固定的化学成分和物理性质，同一种岩石，产地不同，其矿物组成和结构也有差异，因而其颜色、强度等性质也不相同。天然岩石根据其形成的地质条件不同，可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。一、岩浆岩（一）岩浆岩的形成及种类岩浆岩又称火成岩，

4、它是地壳深处的熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表经冷凝而形成的岩石。根据岩浆冷凝情况不同，岩浆岩又可分为深成岩、喷出岩和火山岩三种。1. 深成岩。深成岩是地壳深处的岩浆，在受上部覆盖层压力的作用下经缓慢且较均匀地冷凝而形成的岩石。其特点是矿物结晶完整，晶粒粗大，结构致密，呈块状构造；具有抗压强度高，吸水率小，表观密度大，抗冻性、耐磨性、耐水性良好等性质。常见的深成岩有花岗岩、正长岩、闪长岩、橄榄岩。2. 喷出岩。喷出岩是岩浆喷出地表后，在压力骤减、迅速冷却的条件下形成的岩石。其特点是大部分结晶不完全，多呈细小结晶（隐晶质）或玻璃质（解晶质） 。当喷出的岩浆形成较厚的喷出岩岩层时，其结构与性质与深

5、成岩相似；当形成较薄的岩层时，由于冷却速度快，且岩浆中气压降低而膨胀，形成多孔结构的岩石，其性质近于火山岩。常见的喷出岩有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。3. 火山岩。火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中急速冷却后形成的岩石。其特点是呈多孔玻璃质结构，表观密度小。常见的火山岩有火山灰、浮石、火山渣、火山凝灰岩等。（二）建筑工程常用的岩浆岩1花岗岩。花岗岩是岩浆岩中分布较广的一种岩石，主要由长石、石英和少量云母（或角闪石等）组成，有时也称为麻石。花岗岩具有致密的结晶结构和块状构造，其颜色一般为灰白、微黄、淡红等。由于结构致密，其孔隙率和吸水率很小，表观密度大（25002800kg/m 3） ；抗压强度高

6、（120250MPa ） ；吸水率低（0.10.2% ） ；抗冻性好（D100D200） ；耐风化性和耐久性好，使用年限为 75200 年，高质量的可达 1000 年以上。对硫酸和硝酸的腐蚀具有较强的抵抗性，故可用作设备的耐酸衬里。表面经琢磨加工后光泽美观，是优良的装饰材料。但在高温作用下，由于花岗岩内部石英晶型转变膨胀而引起破坏，因此，其耐火性差。在建筑工程中花岗岩常用于基础、闸坝、桥墩、台阶、路面、墙石和勒脚及纪念性建筑物等。2玄武岩、辉绿岩。玄武岩是喷出岩中最普通的一种，颜色较深，常呈玻璃质或隐晶质结构，有时也呈多孔状或斑形构造。硬度高，脆性大，抗风化能力强，表观密度为 29003500

7、kg/m 3，抗压强度为 100500MPa。常用作高强混凝土的骨料，也用其铺筑道路路面等。辉绿岩主要由铁、铝硅酸盐组成。具有较高的耐酸性，可用作耐酸混凝土的骨料。其熔点为 14001500，可作为铸石的原料，所制得的铸石结构均匀致密且耐酸性好。因此，是化工设备耐酸衬里的良好材料。3火山灰、浮石、火山凝灰岩。火山灰是颗粒粒径小于 5mm 的粉状火山岩。它具有火山灰活性，即在常温和有水的情况下可与石灰（CaO）反应生成具有水硬性胶凝能力的水化物。因此磨细后可用作水泥的混合材料及混凝土的掺合料。浮石是粒径大于 5mm 并具有多孔构造（海绵状或泡沫状火山玻璃）的火山岩。其表观密度小（一般为 3006

8、00kg/m 3） ，可用作轻质混凝土的骨料。火山凝灰岩是凝聚并胶结成大块的火山岩。具有多孔构造，表观密度小，抗压强度为 520MPa。可用作砌墙材料和轻混凝土的骨料。主要岩浆岩的矿物成分及性质可参见表 8-2。表 8-2 主要岩浆岩矿物成分及性质岩浆岩 主要性质深成岩 喷出岩 矿物成分 表观密度（ kg/m3） 抗压强度（MPa）花岗岩 石英斑岩 石英、长石、云母 25002700 120250正长岩 粗面岩 长石、暗色矿物（较少） 26002800 120250闪长岩 安山岩 长石、暗色矿物（较多） 28003000 150300辉长岩 玄武岩、辉绿岩 暗色矿物 29003500 1005

9、00二、沉积岩（一）沉积岩的形成及种类沉积岩又称水成岩。它是地表的各种岩石经自然风化、风力搬迁、流水冲移等作用后，再沉积而形成的岩石。主要存在于地表及离地表不太深处。其特征是层状构造，外观多层理（各层的成分、结构、颜色、层厚等均不相同） ，表观密度小，孔隙率和吸水率较大，强度较低，耐久性较差。根据沉积岩的生成条件又可分为机械沉积岩（如砂岩、页岩） 、生物沉积岩（如石灰岩、硅藻土） 、化学沉积岩（石膏、白云岩）等三种。（二）建筑工程常用的沉积岩1石灰岩。俗称灰石或青石。主要化学成分为 CaCO3。主要矿物成分为方解石，但常含有白云石、菱镁矿、石英、蛋白石、铁矿物及粘土等。因此，石灰岩的化学成分、

10、矿物组成、致密程度以及物理性质等差异甚大。石灰岩通常为灰白色、浅灰色，常因含有杂质而呈现深灰、灰黑、浅红等颜色，表观密度为 26002800kg/m 3，抗压强度为 20160MPa，吸水率为 2%10% 。如果岩石中粘土含量不超过 3%4%，其耐水性和抗冻性较好。石灰岩来源广，硬度低，易劈裂，便于开采，具有一定的强度和耐久性，因而广泛用于建筑工程中。其块石可作基础、墙身、阶石及路面等，其碎石是常用的混凝土骨料。此外，它也是生产水泥和石灰的主要原料。2砂岩。砂岩主要是由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重新胶结而成的岩石。它的性质决定于胶结物的种类及胶结的致密程度。以氧化硅胶结而成的称硅质砂岩；

11、以碳酸钙胶结而成的称钙质砂岩；还有铁质砂岩和粘土质砂岩。砂岩的主要矿物为石英，次要矿物有长石、云母及粘土等。致密的硅质砂岩其性能接近于花岗岩，表观密度大、强度高、硬度大、加工较困难，可用于纪念性建筑及耐酸工程等；钙质砂岩的性质类似于石灰岩，抗压强度为 6080MPa，较易加工，应用较广，可作基础、踏步、人行道等，但耐酸性差；铁质砂岩的性能比钙质砂岩差，其密实者可用于一般建筑工程；粘土质砂岩浸水易软化，建筑工程中一般不用。三、变质岩（一）变质岩的形成及种类变质岩是由地壳中原有的岩浆岩或沉积岩，由于地壳变动和岩浆活动产生的温度和压力，使原岩石在固态状态下发生再结晶，使其矿物成分、结构构造以至化学成

12、分部分或全部改变而形成的岩石。通常岩浆岩变质后，结构不如原岩石坚实，性能变差；而沉积岩变质后，结构较原岩石致密，性能变好。（二）建筑工程常用的变质岩1大理岩。大理岩又称大理石、云石，是由石灰岩或白云岩经高温高压作用，重新结晶变质而成，主要矿物成分为方解石、白云石，化学成分主要为 CaO、MgO、CO 2 和少量的 SiO2 等。具有等粒、不等粒斑状结构。天然大理岩具有纯黑、纯白、纯灰、浅灰、绿、米黄等多种色彩，并且斑纹多样，千姿百态，朴素自然。大理岩的颜色由其所含成分决定的，见表8-3。大理岩的光泽与其成分有关，见表 8-4。表 8-3 大理岩的颜色与所含成分的关系颜色 白色 紫色 黑色 绿色

13、 黄色 红褐色、紫红色、棕黄色 无色透明所含成分 碳酸钙、碳酸镁 锰 碳或沥青物 钴化物 铬化物 锰及氧化铁的水化物 石英表 8-4 大理岩的光泽与所含成分的关系光泽 金黄色 暗红 蜡状 石棉 玻璃 丝绢 珍珠 脂肪所含成分 黄铁矿 赤铁矿 蛇纹岩等混合物 石棉 石英、长石、白云石 纤维状矿物质、 石膏 云母 滑石大理岩石质细腻、光泽柔润、绚丽多彩，磨光后具有优良的装饰性。大理岩的表观密度为 25002700kg/m 3，抗压强度为 50140MPa，莫氏硬度为 34，使用年限约 30100 年。大理石构造致密，表观密度大，但硬度不大，易于切割、雕琢和磨光，可用于高级建筑物的装饰和饰面工程。我

14、国的汉白玉、丹东绿、雪花白、红奶油、墨玉等大理石均为世界著名的高级建筑装饰材料。2石英岩。石英岩是由硅质砂岩变质而成，晶体结构。结构均匀致密，抗压强度高（250400MPa） ，耐久性好。但硬度大、加工困难。常用作重要建筑物的贴面，耐磨耐酸的贴面材料，其碎块可用作混凝土的骨料。3片麻岩。片麻岩是由花岗岩变质而成，其矿物成分与花岗岩相似，呈片状构造，因而各个方向的物理、力学性质不同。在垂直于解理（片层）方向有较高的抗压强度（120200MPa） 。沿解理方向易于开采加工，但在冻融循环过程中易剥落分离成片状，故抗冻性差，易于风化。常用作碎石、块石及人行道石板等。天然石材的技术性质天然石材的技术性质

15、包括物理性质、力学性质和工艺性质。天然石材的技术性质决定于其组成的矿物的种类、特征以及结合状态。天然石材因生成条件各异，常含有不同种类的杂质，矿物组成有所变化，所以，即使是同一类岩石，其性质也可能有很大差别。因此，使用前都必须进行检验和鉴定。一、物理性质（一）表观密度天然石材按表观密度大小分为：轻质石材 表观密度1800kg/m 3；重质石材 表观密度1800kg/m 3。石材表观密度与其矿物组成和孔隙率有关，它能间接反映石材的致密程度和孔隙多少，在通常情况下，同种石材的表观密度愈大，其抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性愈好。（二）吸水性吸水率低于 1.5%的岩石称为低吸水性岩石；吸水率介于 1

16、.5%3.0%的称为中吸水性岩石；吸水率高于 3.0%的称为高吸水性岩石。石材的吸水性主要与其孔隙率及孔隙特征有关。深成岩以及许多变质岩，它们的孔隙率都很小，因而吸水率也很小。例如花岗岩的吸水率通常小于 0.5%。沉积岩由于形成条件、胶结情况与密实程度有所不同，因而孔隙率与孔隙特征的变化很大，其吸水率的波动也很大。例如致密的石灰岩，吸水率可小于 1%，而多孔贝壳石灰岩，吸水率可高达 15%。石材的吸水性对其强度与耐水性有很大影响。石材吸水后，会降低颗粒之间的粘结力，从而使强度降低。有些岩石容易被水溶蚀，因此，吸水性强且易溶蚀的岩石，其耐水性较差。吸水性还影响到其他一些性质，如导热性、抗冻性等。（三）耐水性石材的耐水性用软化系数表示。根据软化系数大小石材可分为 3 个等级：高耐水性石材 软化系数大于 0.90；中耐水性石材 软化系数在 0.79.0 之间；低耐水性石材 软化系数在 0.60.7 之间。一般软化系数低于 0.6 的石材