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1、土木工程材料 南京工业大学,第三章 天然石材,3-2 常用天然石材,3-1 天然岩石的基本知识,岩石是矿物的集合体，具有一定的地质意义，是构成地壳的一部分。没有地质意义的矿物集合体不能算是岩石。如由水泥熟抖凝结起来的砂砾，也是矿物集合体，但不能称做岩石。严格的讲，岩石是由各种不同地质作用所形成的天然固态矿物集合体。这种矿物是在地壳中受下同的地质作用，所形成的具有一定化学组成和物理性质的单质或化合物。由单一矿物组成的岩石叫单矿岩，由两种或两种以上矿物组成的岩石叫多矿岩。主要的造岩矿物是硅酸盐矿物，其次还有非硅酸盐类的造岩矿物。,3-1 天然岩石的基本知识,一、天然岩石分类：,1、按地质条件成因分
2、类：,2.按岩石抗压强度分类（日本JIS标准）： 1）硬 石：抗压强度大于50Mpa,如花岗岩、安山岩、大理岩。 2）次硬石：抗压强度在50Mpa-30Mpa,如软质安山岩、硬质砂岩。 3）软 石：抗压强度小于10 Mpa）如凝灰岩。 3、按岩石形状分类： 1）砌筑：砌筑用石材分为毛石和料石。2）装饰：装饰用石材主要为板材。,二、天然岩石的技术性质： 岩石的性质主要包括物理性质、力学性质、化学性质以及耐久性等。 （一）、物理性质： 1) 表观密度 岩石的表观密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。表观密度的大小，常间接地反映出石材的一些物理力学性能。一般情况下，同种石材表观密度越大，则抗压强度越
3、高，吸水率越小，耐久性、导热性越好。,2) 吸水率,岩石的吸水率一般较小，但由于形成条件、密实程度等情况的不同，岩石的吸水率波动也较大，如花岗岩吸水率通常小于0.5%。，而多孔的贝类石灰岩吸水率可达15%。石岩石吸水后强度降低，抗冻性、耐久性能下降。根据吸水率的大小，将岩石分为低吸水性（吸水率1.5 %）、中吸水性（吸水率介于1.5-3%）和高吸水性（吸水率3%）的岩石。,3) 耐水性,耐水性是指石材在吸水饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的抗压强度之比。石材的耐水性以软化系数表示。岩石中含有较多的粘土或易溶物质时，软化系数则较小，其耐水性较差。根据软化系数大小，可将石材分为高、中、低三个等级。
4、软化系数0.90为高耐水性，软化系数在0.750.90之间的为中耐水性，软化系数在0.600.75之间为低耐水性，软化系数0.60者，则不允许用于重要建筑物中。,4) 耐热性,石材的耐热性与其化学成分及矿物组成有关。石材经高温后，由于热胀冷缩、体积变化而产生内应力或因组成矿物发生分解和变异等导致结构破坏。如含有石膏的石材，在100以上时就开始破坏；含有碳酸镁的石材，温度高于725会发生破坏；含有碳酸钙的石材，温度达827时开始破坏。由石英与其它矿物所组成的结晶石材，如花岗岩等，当温度达到700以上时，由于石英受热发生膨胀，强度迅速下降。,5) 导热性,石材的导热性主要与石材的致密程度和结构状态
5、有关。相同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小；孔隙率较高且具有封闭孔隙的石材导热性差。,6）岩石的物理风化,岩石的风化分为物理风化和化学风化，物理风化主要有环境温度的变化以及岩石受干、湿循环的影响而导致的岩石开裂或剥落的过程，称为物理风化。 防风化的措施主要有磨光石材表面、防止表面积水、采用有机硅喷涂表面、对碳酸盐类石材可采用氟硅酸钠镁溶液处理石材表面等方法。,2、岩石 的力学性质： 1）强度 岩石是典型的脆性材料，它的抗压强度很大，但抗拉强度很小，这是岩石区别于钢材和木材的主要特征之一，电是限制石材作为结构材料使用的主要原因。 石材的抗压强度，是以三个边长为70mm的立方体试块的抗压破坏
6、强度的平均值表示。根据抗压强度值的大小，石材共分九个强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、和MU10。,3) 冲击韧性,2) 硬度,石材的冲击韧性决定于岩石的矿物组成与构造。石英岩、硅质砂岩脆性较大。含暗色矿物较多的辉长岩、辉绿岩等具有较高的韧性。通常，晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。,硬度取决于石材的矿物组成的硬度与构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度就高。岩石的硬度以莫氏硬度表示。,（三）岩石的耐久性 1）、抗冻性 石材的抗冻性，是指其抵抗冻融破坏的能力。其值是根据石材在水饱和状态下按规范要求所能经受的冻融循环次数
7、表示。能经受的冻融循环次数越多，则抗冻性越好。石材抗冻性与吸水性有密切的关系，吸水率大的石材其抗冻性也差。根据经验，吸水率0.5的石材，则认为是抗冻的。 2）、耐磨性 耐磨性是指石材在使用条件下抵抗摩擦、边缘剪切以及冲击等复杂作用的能力。石材的耐磨性与其组成矿物的硬度、结构构造、石材的抗压强度等因素有关。石材的耐磨性包括耐磨损与耐磨耗两方面。凡是用于可能遭受磨损作用的场所，例如台阶、人行道、地面、楼梯踏步等和可能遭受磨耗作用的场所，例如道路路面的碎石等，应采用具有高耐磨性的石材。,（四）岩石的工艺性质 石材的工艺性能指开采及加工的适应性，包括加工性、磨光性和抗钻性。 加工性 石材的加工性，主要
8、是指对岩石开采、锯解、切割、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。凡强度、硬度、韧性较高的石材，不易加工；质脆而粗糙，有颗粒交错结构，含有层状或片状构造，以及业已风化的岩石，都难以满足加工要求。 磨光性 磨光性是指石材能否磨成平整光滑表面的性质。致密、均匀、细粒的岩石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮洁的表面。疏松多孔、有鳞片状构造的岩石，磨光性不好。 抗钻性 指石材钻孔时，其难易程度的性质。影响抗钻性的因素很复杂，一般石材的强度越高、硬度越大，越不易钻孔。,三、常见造岩矿物及性质,1、长石,长石是长石族岩石的总称，它是一类含钙、钠和钾的铝硅酸盐类矿物。为地壳中最常见的矿物，比例达到60%
9、。 颜色一般为灰、白色，莫氏硬度在6.0左右，密度约为2.6g/cm3，化学成分为KAlSi3O8、NaAlSi3O8和CaAl2Si2O8等，多见于花岗岩中。,2、石英,石英是由SiO2组成的矿物,半透明或不透明的晶体,一般乳白色或无色,质地坚硬，莫氏硬度在7.0左右，密度约为2.6g/cm3，多见于花岗岩、石英岩中。,3、白云母,白云母是分布很广的造岩矿物之一，在岩石中多以杂质状存在，硬度较低，有弹性，矿物一般为黄、灰、浅绿色为主，密度约为2.9g/cm3，化学成分以KAl2(OH)2AlSi3O10 为主。,4、方解石,方解石是一种碳酸钙矿物，天然碳酸钙中最常见的就是它。因此，方解石是一
10、种分布很广的矿物。 颜色一般为白色或灰色，莫氏硬度在3.0左右，密度约为2.7g/cm3，化学成分为CaCO3，多见于石灰岩、大理岩中。,5、白云石,白云石是碳酸盐矿物，颜色一般为白色、浅绿色和棕色，莫氏硬度在3.5左右，密度约为2.83g/cm3，化学成分为CaCO3、MgCO3，多见于白云岩中。,6、硫铁矿,硫铁矿的颜色为亮黄色，莫氏硬度在6.0左右，密度约为5.2g/cm3，化学成分为FeS2，硫铁矿一般为岩石中的杂质。,返回键,天然石材：是将开采来的岩石，对其形状、尺寸和质量三方面进行加工处理后得到的材料。其作用分砌筑和装饰。一、常用天然石材（一）花岗岩从岩石形成的地质条件看，花岗岩属
11、深成岩，也就是地壳内部熔融的岩石浆上升至地壳某层的岩石。花岗岩的主要成分是二氧化硅，氧化钙和氧化镁的含量很少，属于酸性结晶深成岩。 特点：,3-2 常用天然石材,色彩斑斓，呈斑点状晶粒花样； 硬度大，耐磨性好； 耐久性好； 具有抗酸腐蚀性； 耐磨性差； 可以打磨抛光。,（二）大理石 从岩石形成的地质条件看，大理石属变质岩，即由石灰岩或白云岩变质而成，主要成分为碳酸钙。 特点：,颜色绚丽，纹理多姿； 硬度中等，耐磨性仅次于花岗岩； 耐酸腐蚀性差，酸性介质会使大理石表面受到腐蚀； 容易打磨抛光； 耐久性仅次于花岗岩。 天然大理石板质地坚硬、颜色变化多样、光泽自然柔和，形成独特的天然美。被广泛地用于
12、高档卫生间、洗手间的洗漱台面和各种家具的台面。,二、常用石材制品（一）毛石：山体爆破直接得到的石块。 1.乱毛石：形状不规则，主要用于砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土墙等； 2.平毛石：乱毛石经粗略加工而成，主要用于砌筑基础、墙身、勒角、桥墩、涵洞等。 （二）料石（条石）：具有较规则六面体形的石块。 1.毛料石 2.粗料石 3.半细料石 3.细料石：经过细加工，外观规则,（三）片石 片石也是山体爆破直接得到的石块，但薄片者不得使用，主要用于砌筑工程、护坡、护岸。 （四）石板 石板是用致密岩石凿平或锯解而成的厚度不大的石材，一般采用花岗岩和大理石制成。,建筑中常用石材品种,砌筑用石材 拌合混凝土用石材 装饰用石材,三、石材的选用原则 建筑工程中应根据建筑物的类型、环境条件等慎重选用石材，使其既符合工程使用条件，又经济合理。一般应考虑以下几点： 力学指标 耐久性 质感与色彩 经济性 环保性,思考题与作业,1、按地质形成条件，岩石分为几类？各有哪些特点？ 2、大理石为何不适合用于室外装修？ 3、如何测试砌筑用石材的抗压强度及强度等级？砌筑用石材产品有哪些？ 4、土木工程中常见的石材制品有哪几种？他们多用在土木工程中哪些部位？,谢谢！,
