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第二章 天然石料 天然石料：天然岩石经机械或人工开采、加工（或不经加工）获得的各种块料或散 粒状石材。 第一节 岩石的形成与分类 岩石由于形成条件不同可分为： 岩浆岩（火成岩） 沉积岩（水成岩） 变质岩 一、岩浆岩 （一）岩浆岩的形成与分类 岩浆岩是由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成的。 （1）深成岩：岩浆在地壳深处，在上部覆盖层的巨大压力下，缓慢且比较均匀地冷 却而形成的岩石。 特点：矿物全部结晶，多呈等粒结构和块状构造，质地密实，表观密度大、强度高、 吸水性小、抗冻性高。 建筑上常用的深成岩主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩等。 （2 ）喷出岩：岩浆喷出地表时，在压力急剧降低和迅速冷却的条件下形成的。 特点：岩浆不能全部结晶，或结晶成细小颗粒，常呈非结晶的玻璃质结构、细小结 晶的隐晶质结构及个别较大晶体嵌在上述结构中的斑状结构。 建筑上常用的喷出岩主要有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。 （3）火山岩：火山岩也称火山碎屑岩，是火山爆发时喷到空中的岩浆经急速冷却后 形成的。 常见的有火山灰、火山砂、浮石及火山凝灰岩等。 （二）岩浆岩的主要矿物成分 （1）石英：结晶状态的SiO2 强度高、硬度大、耐久性好。 常温下基本不与酸、碱作用。 温度达575以上时，石英体积急剧膨胀，使含石英的岩石，在高温下易产生裂缝 岩浆岩分为：酸性岩石(SiO 65%) 2 中性岩石(65%SiO2 55%) 碱性岩石（SiO255% ） （2 ）长石：强度、硬度及耐久性均较低（与石英相比） 正长石（K O Al O 6SiO ） 2 2 3 2 斜长石 钠长石（Na O Al O 6SiO ） 2 2 3 2 钙长石（CaO Al O 2SiO ） 2 3 2 干燥条件下耐久性高， 温暖潮湿的条件下较易风化，特别遇CO2 ，更易于被破坏。风化后主要生成物是高 岭石（Al O 2SiO 2H O）。 2 3 2 2 （3）云母：含水的铝硅酸盐，柔软而有弹性的成层薄片。 白云母 黑云母 云母含量较多时，易于劈开，降低岩石的强度和耐久性，且使表面不易磨光。 （4 ）暗色矿物：角闪石、辉石、橄榄石等着色深暗的铁镁硅酸盐类矿物，统称为暗 色矿物。 特点：密度特别大（34 ）g/cm3 。 与长石相比，强度高，冲击韧性好，耐久性也较高。 在岩石中含量多时，能形成坚固的骨架。 其它：黄铁矿（FeS2 ）， 特征：岩石表面具有锈斑。 黄铁矿遇水，易氧化成硫酸，腐蚀其它矿物，加速岩石风化。 二、沉积岩 （一）沉积岩的形成与分类 位于地壳表面的岩石，经过物理、化学和生物等风化作用，逐渐被破坏成大小不同 的碎屑颗粒和一些可溶解物质。这些风化产物经水流、风力的搬运，并按不同质量、不 同粒径或不同成分沉积而成的岩石，称为沉积岩。 特点：有明显的层理，较多的孔隙，不如深成岩密实。 （1）化学沉积岩：原岩石中的矿物溶于水，经聚集沉积而成的岩石。 常见：石膏、白云岩、菱镁矿及某些石灰岩。 （2 ）机械沉积岩：原岩石在自然风化作用下破碎，经流水、冰川或风力的搬运，逐 渐沉积而成。常见：页岩、砂岩、砾岩。 （3）有机沉积岩：由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。 常见：石灰岩、贝壳岩、白垩、硅藻土等。 （二）沉积岩的主要矿物成分 （1）方解石：结晶的CaCO3 ， 强度中等，硬度较低，微溶于水，在含有CO 的水中，易于形成Ca(HCO ) ，而使溶 2 3 2 解度急剧增大，遇稀盐酸会立即分解出CO2 。 （2 ）白云石：一种碳酸钙镁的复盐（CaCO MgCO ）。 3 3 物理性质接近方解石，但较方解石的硬度、强度稍高，在水中的溶解度较小，并仅 在浓度较大的热盐酸作用下才分解出CO2 。 （3）高岭石（Al O 2SiO 2H O）：由长石风化而成，是粘土的主要组成部分。 2 3 2 2 强度、硬度均低，遇水即膨胀软化。 （4 ）非结晶（无定型）的二氧化硅： 由胶体状态凝聚成的蛋白石； 由硅藻类生物沉积成的硅藻土、硅藻石： 有化学活性，磨细后可作水泥的混合材料。 三、变质岩 是由岩浆岩或沉积岩在地壳变动或与熔融岩浆接触时，受到高温高压的作用变质而 成的。变质岩一般可分为片状构造和块状构造两大类。 （1）正变质岩：即由岩浆岩变质形成的岩石，常因变质岩产生了片状构造，使其性 能较原岩石有所降低，如片麻岩等。 （2 ）副变质岩：即由沉积岩变质而成的岩石，它比原岩石更为细密，故建筑性能有 所提高，如大理岩等。 第二节 天然石料的主要技术性质 一、物理性质 （一）抗风化性及风化程度 岩石抗风化能力的强弱与其矿物组成、结构和构造状态有关。 岩石的风化程度用Kw表示，Kw为该岩石与新鲜岩石单轴抗压强度的比值表 2-1 岩石风化程度表 风化程度 Kw值 风化程度 Kw值 半风化 0.400.75 新鲜（包括微风化） 0.91.0 强风化 0.200.40 微风化 0.750.90 全风化 80 石英岩、硅质灰岩、硅质胶结的砾岩、玄武岩 厚层与中厚层石灰岩、大理岩、白云岩、砂岩、钙质岩、板岩、 中硬岩石 3080 粗粒或斑状结构的岩浆岩 泥质岩、互层砂质岩、泥质灰岩、部分凝灰岩、绿泥石片岩、千 软质岩石 30 枚岩 （二）冲击韧性 岩石的韧性决定于其矿物组成及结构。 （三）耐磨性 石料的耐磨性是指它抵抗磨损和磨耗的性能。 石料的耐磨性取决于其矿物组成、结构及构造。 第三节 工程中常用的天然石料 一、常用建筑石料 （一）岩浆岩 1花岗岩主要由石英、长石和少量云母所组成，有时还含有少量的暗色矿物如角闪石、辉石 等。花岗岩是全晶质或斑状结构，呈块状构造。 按结晶颗粒大小不同，分为细粒、中粒、粗粒、斑状等不同种类。 表观密度为（25002700 ）kg/m3 ， 干燥抗压强度为（90160）MPa， 吸水率一般小于1%， 抗冻标号可达F100F200 以上， 耐风化、耐酸和耐碱性能良好， 良好的耐磨性， 十分优良的建筑石料，饰面板材。 2辉绿岩 辉绿岩是由长石、辉石或橄榄石等矿物组成，为全晶质的中粒或细粒结构，呈块状 构造。 表观密度为（25003000）kg/m3 ， 抗压强度为（100200）MPa， 吸水率小于1%， 抗冻性能良好。 良好的饰面材料。 3玄武岩 玄武岩主要由斜长石、辉石及橄榄石组成，呈玻璃质或隐晶质结构，并常存在气孔 及块状或杏仁状构造。 致密玄武岩的表观密度可达（29003300）kg/m3 ， 抗压强度因构造不同而波动较大，约为（80250 ）MPa， 致密玄武岩的强度和耐久性都很好， 加工困难， 主要用作筑路材料、堤岸的护坡材料等。 （二）沉积岩 1石灰岩 矿物成分主要是方解石，此外尚有氧化硅、白云石及粘土等。 一般为结晶质结构，呈层状构造。 强度和耐久性均不如花岗岩， 表观密度为2000kg/m3 3 2800kg/m ， 抗压强度为（60150）MPa， 吸水率为0.1%4.5%。 分布广，硬度小，开采加工容易，广泛用于建筑工程及水利工程中。但不宜用于含 游离CO2较多或酸性较高的水中。 泥灰岩、钙质粘土岩：强度低、耐水性差、易风化，不能作为建筑石材。 2砂岩 砂岩是由石英砂经天然胶结物胶结而成的。有时在其中也有长石、云母和其它矿物 颗粒。砂岩一般为粒状结构，并呈层状构造。 命名：根据胶结物不同 如氧化硅胶结：质砂岩； 碳酸钙胶结：灰质砂岩； 氧化铁胶结：铁质砂岩； 粘土胶结：粘土质砂岩。 砂岩的性能与胶结物的种类及密实程度有关 致密的硅质砂岩：表观密度可达（26002800 ）kg/m3 ，抗压强度可达（45100） MPa，但较难加工。 灰质砂岩：加工较易，其强度可达（6080）MPa，是砂岩中最常用的一种。 铁质砂岩次于灰质砂岩，但仍能用于比较次要的工程。 粘土质砂岩遇水软化，不能用于水工建筑物。 （三）变质岩 1片麻岩 常用的片麻岩是花岗片麻岩，由花岗岩变质而成的。矿物成分与花岗岩相似，结晶 颗粒是等粒的或斑状的，呈片麻状或带状构造。即浅色的矿物石英、长石与深色矿物云 母、角闪石等呈条带状排列，外观非常美丽。 表观密度为（23003000）kg/m3 。 垂直于片理方向的抗压强度最大，可达（90200 ）MPa。 沿片理方向较易开采加工，但在冰冻作用下易成层剥落。 优质花岗片麻岩用途与花岗岩基本相同。 2大理岩 大理岩是由石灰岩或白云岩变质而成，主要矿物成分仍是方解石或白云石。经变质 后，结晶颗粒直接结合，构造致密， 强度可达（100200 ）MPa。岩硬度不大，易于加工及磨光， 适宜用作建筑物内部装饰。 对CO2和酸的耐久性不高，经常接触 风化，失去美丽的光泽。 3石英岩 石英岩是由砂岩变质而成的。变质后，原来砂岩中的石英颗粒和天然胶结物重新结 晶。 质地均匀密实， 强度（100300）MPa， 耐久性很高。 但硬度大，开采加工很困难，常以不规则的块状石料应用于建筑物中。 4板岩 是由粘土或页岩变质而成。 比页岩坚硬，且极易劈成薄板， 具有良好的耐久性， 主要用于覆盖屋顶，而且有青、绿、红、黑等各种颜色，用于屋面颇为美观。 二、建筑石材的应用 按加工后外形的规则程度：分为料石和毛石两类。 料石： （1）细料石：通过细加工，外表规则，截面宽、高度不小于200mm，且不小于长 度的1/4。叠砌面凹入深度不大于10mm。 （2 ）半细料石：规格尺寸同细料石。叠砌面凹入深度不大于15mm。 （3）粗料石：规格尺寸同细料石。叠砌面凹入深度不大于20mm。 （4 ）毛料石：外形大致方正，一般不加工或稍加修整，高度不小于200mm，叠砌 面凹入深度不大于25mm。 毛石： 形状不规则，中部厚度不小于200mm。 水利工程中， SL25-91 浆砌石坝设计规范规定，用于砌体的石材必须质地坚硬、 新鲜、完整，按其形状分为毛石、块石及粗料石三种： （1）毛石：无一定规则形状，单块质量大于25kg，中部厚不小于150mm。主要用 于砌石坝内部，以及堆石坝和护坡等。 （2 ）块石：上下两面大致平整，无尖角，块厚宜大于200mm。主要用于浆砌石坝、 闸墩内部，以及建筑物的基础、挡土墙等大体积结构。（3）粗料石：棱角分明，六面大致平整，同一面最