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1、2 天然石材,天然岩石的基本知识,常用建筑石材,任务1,任务2,天然石材的技术性质,任务2,任务3,岩石是在地质作用下产生的、由一种或多种矿物按一定的规律组成的自然集合体。 石材是天然岩石不经机械加工或经机械加工而得到的材料的统称。 建筑石材分为天然石材和人工石材。 天然石材：指从天然岩石中采得的毛石，或经加工制成的石块、石板及其定型制品等。 优点：抗压强度高、耐久性好、生产成本低等。是古今土木建筑工程的主要建筑材料。,一、天然岩石的分类,（一）岩浆岩 （二）沉积岩 （三）变质岩,任务一 天然岩石的基本知识,（一）岩浆岩 Igneous rock,1岩浆岩的形成,岩 浆：地壳下面存在着的高温高
2、压熔融状态的硅酸盐物质，主要成分是SiO2，还有其他元素、化 合物及挥发组分。 地壳内部熔融岩浆上升冷凝而成。,根据冷却条件不同，可分为以下三类： （1）深成岩：地壳深处（形成深度在地表以下5km），花岗岩； （2）喷出岩：喷出地表，玄武岩； （3）火山岩：火山爆发，浮石、火山灰。,岩浆岩的分类 （按SiO2含量）,基性岩(SiO2：52%45%),玄武岩(喷出岩),辉长岩(深成岩),中性岩(SiO2：52%65%),安山岩(喷出岩),正长岩(深成岩),酸性岩(SiO265%),流纹岩(喷出岩),花岗岩(深成岩),（1）花岗岩 花岗岩构造致密，较小的孔隙率和吸水率 较大的密度和抗压强度 优良的
3、装饰性能,（2）玄武岩 由斜长石、橄榄石和辉石组成。 硬度高脆性大，抗风化能力强。 常用于高强混凝土的骨料、道路路面和水利工程。,（3）浮石、火山灰 浮石是颗粒状的火山岩。可作为轻混凝土的骨料。 火山灰是粉状火山岩。能与石灰反应生成水硬性胶凝材料。可作为水泥的混合材料和混凝土的外掺料。,（二）沉积岩 Sedimentary rock,1沉积岩的形成 由地表的各类岩石经自然界的风化作用，被风力、水流和冰川搬迁后再沉淀堆积，在地表或地表下不太深的地方形成的岩石。 沉积岩的孔隙率和吸水率大，表观密度小，抗压强度低，耐久性差。,按生成条件可分为三类： （1）机械沉积 是岩石经自然风化而松散破碎后，经风
4、力、水流和冰川等搬运、沉积、重新压实而成的岩石， 石灰岩、砂岩和页岩等。 （2）化学沉积 是岩石中易溶于水的矿物，经聚集沉积而成的岩石，有石膏、白云岩和菱镁石等。 （3）生物沉积 是各种生物死亡后的残骸沉积而成的岩石，有白垩和硅藻土等。,（二）沉积岩,矿物 组成,碎屑矿物（如石英、长石、白云母等）,化学沉积矿物(方解石、白云石、石膏、石盐以及铁、锰氧化物),胶结物（矿物及岩屑颗粒间的粘结物）,Dolomite 白云石,有机质及生物残骸（贝壳、硅藻土、泥炭、石油等）,2常用的沉积岩 石灰岩：主要化学成分为CaCO3，主要矿物为方解石。 使用如下： 1、石灰岩是生产水泥和石灰的主要原料； 2、石灰
5、岩块石可用于基础、墙身、台阶和路面，水利工程中可用于堤岸、护坡等； 3、石灰岩碎石是混凝土常用的骨料。,（三）变质岩 Metamorphic rock,1变质岩的形成 变质岩是地壳中原有的各类岩石，在高温高压下，发生再结晶作用，矿物组成、结构发生部分或全部改变所形成新的岩石。 大理岩由石灰岩和白云岩变质而成：建筑饰面材料。 石英由砂岩变质而成：陶瓷和玻璃的主要原料。,2常用的变质岩 （1）大理岩 （2）石英岩 （3）片麻岩,黑金石,玉金香,旧米黄,台湾和平白,雪花白,挪威红,1 表观密度 表观密度与矿物组成和孔隙率有关。 表观密度可间接反映出石材的致密程度、孔隙率、抗压强度、吸水率和耐久性等性
6、能。,（一）物理性质,任务二 天然岩石的技术性质,石材按表观密度大小分为： 1、重石 表观密度 1800kg/m3，主要用于基础、路面、桥梁、承重墙、水工建筑物等。 2、轻石 表观密度 1800kg/m3 ，主要用于墙体材料。,2 吸水性 岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。 常用饱和吸水率与饱水系数等指标表示。,(1)吸水率 岩石的吸水率(Wa)是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(mw2)之比，用百分数表示，即,(2)饱和吸水率(Wp) 是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干燥质量(ms)
7、之比，用百分数表示，即,(3）饱水系数 岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。 反映了岩石中大、小开口孔隙的相对比例关系。 饱水系数愈大，岩石中的大开口孔隙相对愈多，而小开口孔隙相对愈少。 饱水系数大，说明常压下吸水后余留的孔隙就愈少，岩石愈易被冻胀破坏，因而其抗冻性差,3 岩石的耐水性 岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。 用软化系数(KR)表示。KR定义为岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值，即,按软化系数分为高、中、低三等： 1、K软0.90，为高耐水性石材 2、0.700.90，为中耐水性石材 3、0.600.70， 为低耐水性石材 经常与水接触的建筑物
8、中，石料的K软0.750.90。,4 抗冻性 岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。 常用抗冻系数和质量损失率来表示。 抗冻系数(Rd)是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(c2)与冻融前干抗压强度(c1)之比，用百分数表示，即,质量损失率(Km)是指冻融试验前后干质量之差(ms1ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示，即：,5 抗风化性 水、冰、化学因素造成岩石开裂或剥落的过程，称为岩石的风化。,风化作用的类型, 物理风化,现象：热胀冷缩、冰劈、晶胀等,结果：使得岩石块体越来越小,Compassberg Mountains in South Africa. Many geologi
9、cal processes are at work here, particularly freeze-thaw action in which rocks are broken apart by the expansion of frozen water and repeated heating and cooling.,Half Dome,Thats the north side of Enchanted Rock itself. Nice exfoliation, eh?, 化学风化,作用 方式,水化：,CaCO3(石灰岩）CO2H2O,Ca(HCO3)2 (重碳酸钙),指：岩石在水、水
10、溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下所 发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的 化学变化。,CaSO4(硬石膏） 2H2O,CaSO4 2H2O (石膏，体积增大30%）,水解：,高岭土(附属物 KOH、SiO2被水带走）,水 解,氧化：,黄铁矿(FeS2),褐铁矿（Fe2O3 nH2O),氧 化, 生物 风化,现象,有机酸 硝酸 碳酸 亚硝酸,生物死亡,人类的工程活动促成风化作用,植物、细菌,新 陈 代 谢,腐殖质(有机酸),孔隙率和矿物成分。 风化程度用系数Kw表示， Kw为风化岩石与新鲜岩石的单轴抗压强度的比值。,防风化的主要措施： （1）磨光石材表面 （2）防止表面积水 （
11、3）采用有机硅喷涂表面 （4）对硅酸盐类岩石，可用氟硅酸镁溶液处理表面,（二）力学性质,1 抗压强度 以三个边长为70mm的立方体试件，吸水饱和下的抗压强度算术平均值。根据强度值划分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10九个强度等级。,强度影响因素 形状和尺寸：尺寸越小，强度越高 矿物组成：主要矿物为石英时强度较高，但云母含量多时强度低。 构造：有层理的岩石，垂直于层理方向的强度高于平行层理方向的强度 孔隙率和风化：较大的孔隙率，易风化，易降低岩石强度,1.工程对砌筑石材的要求 （）石材尺寸规格 常用的砌筑石材有毛石和料石。 毛石为不规则形
12、，但毛石的中间厚度不小于15，至少有一个方向的长度不小于30，平毛石应有两个大致平行的面。 料石宽度和厚度均不宜小于20，长度不宜大于厚度的倍，形状应大致呈六面体。,任务三 常用建筑石材,（）石材抗压强度 根据边长70立方体试件的抗压强度，砌筑石材的强度等级分为10、15、20、30、40、50、60、80、100共九个等级。,2 装饰石材 1）天然大理石 天然大理石是石灰岩或白云岩在地壳内经过高温高压作用形成的变质岩，多为层状结构，有明显的结晶，纹理有斑纹、条纹之分，是一种富有装饰性的天然石材。 成分：化学成分为碳酸盐，矿物成分为方解石或白云石。 颜色：纯大理石为白色，当含有部分其它深色矿物
13、时，产生多种色彩与优美花纹。从色彩上来说，有纯黑、纯白、纯灰、墨绿等数种。,纹理：有晚霞、云雾、山水、海浪等山水图案、自然景观。 优点：抗压强度较高，但硬度并不太高，易于加工雕刻与抛光。工程装饰中得以广泛应用。 缺点：长期受雨水冲刷，特别是受酸性雨水冲刷时，易被侵蚀而失去原貌和光泽，影响装饰效果。因此大理石多用于室内装饰。,2）天然花岗石 建筑用天然花岗石是由天然花岗石加工成板材、块材用于建筑装饰工程中。花岗岩是典型的火成岩，是全晶质岩石。 主要成分：石英、长石和少量的暗色矿物和云母。 结构：按结晶颗粒大小，分为细粒、中粒和斑状等。 颜色：呈灰色、黄色、蔷薇色、红花等。优质花岗岩石英含量多（），云母含量少，晶粒细而匀，结构紧密，不含其他杂质，抛光后光泽明亮，不易风化，色调鲜明，花色丰富，庄重大方。,优点：比大理石密度大，密度为23002800/3，抗压强度高达120250MPa。孔隙率吸水率极低，材质硬度高，其耐磨、耐久、耐腐蚀性能均优于其他石材。经抛光后，是室内外地面、墙面、踏步、柱石、勒脚等处首选装饰材料。,
