建筑材料(第二章天然石材)课件

1、第二章 天然石材本章重点石材的物理、力学性质、性能、选用原则和应用范围等。工程中常用的石材种类。了解石材的地质成因和分类。石材是指从天然岩石体中开采未经加工或经加工制成块状、板状或特定形状的石材的总称。石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。由于其具有相当高的强度、良好的耐磨性和耐久性、较强的装饰性，并且资源丰富，易于就地取材 ，所以在现代建筑中应用仍十分广泛:（1）未加工的毛石可以用来砌筑基础、桥涵、挡土墙、堤岸、护坡及隧道衬砌等 ；（2）粗略加工后的石材，朴实自然，坚固而稳定，可以用作衬面材料、台阶、栏杆和纪念碑等 ；（3）经精细加工后的石材制品色泽润滑，美观而豪华 ，是良好的建筑装饰材料；（

2、4）散粒状石材可以用作混凝土和砂浆的骨料以及筑路材料 特定种类的岩石是生产石膏、石灰和水泥的原材料。广州圣心大教堂现在是远东区惟一最大的石结构天主教建筑，也是全球四大全石结构哥特式教堂建筑之一，1996年才被国家文物局公布为全国重点文物保护单位。1990年国家建设部、国家文物局、中国建筑学会核定为全国近代优秀建筑单位。由于教堂的全部墙壁和柱子都是用花岗岩石砌筑，所以称之为“石室”或“石室耶稣圣心堂”。 光面与毛面石板的对比各种天然石材建筑石材的分类1.天然石材-由天然岩石开采的，经过加工而制得的材料。 优点： （1）结构致密，抗压强度高; （2）生产成本低：蕴藏量丰富、分布广，便于就地取材；

3、（3）耐久性好，使用年限一般可达到百年以上； （4）装饰性好。它具有自然纹理、质感稳重、肃穆和雄伟的艺术效果。 （5）耐水性好 （6）耐磨性好。 缺点： 抗拉强度低、表观密度大、硬度高，开采和加工较困难。岩石是构成地壳的主要物质，是由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿物的集合体，具有一定的化学成分、矿物成分、结构和构造。岩石是由一种或数种主要矿物所组成的集合体。构成岩石的矿物，称为造岩矿物。 由单一矿物组成的岩石叫单矿岩。如石灰岩主要是由方解石(结晶CaCO3)组成的单矿岩。 由两种或多种矿物组成的岩石叫多矿岩。如花岗岩是由长石、石英、云母等矿物组成的多矿岩。1.建筑中常用的岩石（一）岩浆岩

4、 也称火成岩，由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成，具有结晶结构而没有层理。根据生成条件的不同，岩浆岩可分为以下三类。深成岩岩浆在地表深处受上部覆盖层的压力作用，缓慢冷却而形成的岩石。其特点是结晶完全、晶粒明显可辨、构造致密、表观密度大、抗压强度高、吸水率小、抗冻及耐久性好。喷出岩是岩浆喷出地表冷凝而成。由于冷却较快，大部分结晶不完全呈细小结晶状。岩浆中所含气体在压力骤减时会在岩石中形成多孔构造。火山岩是火山爆发时，岩浆被喷到空中急速冷却而形成的多孔散粒状岩石，多呈玻璃质结构，有较高的化学活性。如火山灰、火山渣、浮石等。火山凝灰岩是由散粒状岩石层受到覆盖层压力作用胶结成的岩石。岩浆岩（火成岩）花岗岩

5、花岗岩是岩浆岩中分布最广的一种岩石，其主要造岩矿物有石英、长石、云母和少量暗色矿物，属晶质结构，块状构造。花岗岩的颜色有深青、紫红、浅灰和纯黑等，色彩主要由长石的颜色所决定，因为花岗岩中长石的含量较多。花岗岩坚硬致密，抗压强度高，在120250MPa之间，表观密度在26002700kgm3之间，孔隙率小（0.19%0.36%），吸水率低（0.1%0.3%），耐磨性好，耐久性高，使用年限可达数十年至数百年。在建筑工程中，花岗岩是用得最多的一种岩石。花岗岩可用于基础、勒脚、柱子、踏步、地面和室内外墙面等。花岗岩经磨光后，色泽美观，装饰效果极好，是室内外主要的高级装修、装饰材料。玄武岩玄武岩属于喷出

6、岩，造岩矿物与辉长岩相似。属玻璃质或隐晶质斑状结构，气孔状或杏仁状构造。 玄武岩的抗压强度随其结构和构造的不同而变化较大(100500MPa)，表观密度为29003500kgm3。此外，其硬度高，脆性大，耐久性好，但加工困难。 玄武岩分布较广，常用作筑路材料或混凝土集料。玄武岩高温熔化后可浇铸成耐酸、耐磨的铸石，还可以作为制造微晶玻璃的原料。天然岩石的应用岩棉（二）沉积岩 也称水成岩，是各种岩石经风化、搬运、沉积和再造岩作用而形成的岩石。沉积岩呈层状构造，孔隙率和吸水率大，强度和耐久性较火成岩低。但因沉积岩分布广容易加工，在建筑上应用广泛。沉积岩按照生成条件分为三类：机械沉积岩、化学沉积岩、生

7、物沉积岩。机械沉积岩是岩石风化破碎以后又经风、雨、河流及冰川等搬运、沉积、重新压实或胶结作用，在地表或距地表不太深处形成的岩石，主要有砂岩、砾岩、角砾岩和页岩等。砂岩是由砂粒经胶结而成。由于胶结结构和致密程度的不同，性能差别很大。砾岩和角砾岩的构成和性能与砂岩相似。页岩由粘土沉积而成，呈页片状，强度低、耐水性差，不能直接用作建筑材料。生物沉积岩是海生动植物的遗骸，经分解、分选、沉积而成的岩石。如石灰岩、硅藻土等。石灰岩的主要成分为方解石(CaCO3)，常含有白云石、菱镁矿、石英、蛋白石、含铁矿物和粘土等。硅藻土是由硅藻的细胞壁沉积而成。富含无定形SiO2、浅黄色或浅灰色、质软而轻，多孔，易磨成

8、粉末，有极强的吸水性。石灰岩石灰岩是沉积岩中的一种，属晶质结构，层状构造，主要造岩矿物是方解石。（此外，还可能含有粘土、白云石、碳酸镁、氧化铁、氧化硅及一些有机杂质。） 质地致密的石灰岩，抗压强度为20120MPa表观密度为20002600kgm3。 当石灰岩中粘土杂质超过3%4%时，则抗冻性、耐水性显著降低。硅质石灰岩强度高，硬度大，耐久性好。大部分石灰岩质地细密、坚硬，抗风化能力较强。石灰岩分布甚广，各地均有，采掘方便，加工容易。在建筑工程上，用于基础、外墙、桥墩、台阶和路面，还可用作混凝土集料。石灰岩也是生产石灰、水泥和玻璃的主要原料。（三）变质岩岩石由于强烈的地质活动，在高温和高压下，

9、矿物再结晶或生成新矿物，使原来岩石的矿物成分、结构及构造发生显著变化而成为一种新的岩石，称为变质岩。变质岩大多是结晶体，构造、矿物成分都较岩浆岩、沉积岩更为复杂而多样。根据原岩种类，分为正变质岩和副变质岩。正变质岩由岩浆岩类原岩经变质作用而成的岩石。一般岩浆岩经变质后产生片状构造，建筑性能较原岩有所下降。如花岗岩变质后成为片麻岩，片麻岩易于分层剥落，耐久性差。副变质岩由沉积岩类原岩经变质作用而成的岩石。一般沉积岩形成变质岩后，其建筑性能有所提高。如石灰岩和白云岩变质后成为大理岩，砂岩变质后成为石英岩，都比原来的岩石坚固耐久。 变质岩大理岩大理岩抗压强度高(100300MPa)，表观密度较大(2

10、6002700kgm3)，纯大理岩为白色，俗称汉白玉，产量较少。多数大理岩因含杂质（氧化铁、二氧化硅、云母及石墨等）而呈现不同的色彩，常见的有红、黄、棕、黑和绿等颜色。大理岩彩色花纹取决于杂质分布的均匀程度。大理岩质地致密但硬度不大（34），加工容易。大理岩不宜用作城市内建筑物的外部装饰，因为城市的空气中常含有二氧化硫，遇水后生成亚硫酸，然后变成硫酸，与大理岩中的碳酸钙起反应，生成易溶于水的石膏，使其表面失去光泽，变为粗糙而多孔，失去了装饰效果和降低了建筑性能。 大理岩主要用于室内墙面、柱面、地面、栏杆、踏步及花饰等。 大理岩由石灰岩或白云岩变质而成。由白云岩变质而成的大理岩性能优于由石灰岩变

11、质而成的大理岩。属等粒变晶结构，块状构造。2.天然石材的技术性质和类型物理性质、力学性质、化学性质 2.1物理性质（1）表观密度-这是由其矿物质组成及致密所决定。 石材按其表观密度大小可分： 重质石材：表观密度1800kg/m3， 轻质石材：表观密度1800kg/m3，常用于墙体材料（2）吸水率和耐水性 吸水性对岩石的强度与耐水性有很大影响。石材吸水后，会降低颗粒之间的黏结力，从而使强度降低，抗冻性变差，导热性增加，耐水性、耐久性下降。 软化系数小于0.60的石材不允许用于重要建筑物中。 （3）硬度岩石的硬度与强度相关。 岩石的硬度越大，它的强度就越高 ，耐磨性和抗刻划性也好。但硬度高的岩石开

12、采困难、加工成本高。 2.2岩石的热学性质（1）导热性主要与其致密程度有关。 岩石的比热容大于钢材、混凝土、砖；岩石的导热系数小于钢材，大于混凝土和烧结砖。（2）耐热性（耐燃性）属不燃材料。2.3岩石的化学性质化学风化雨水和大气中的气体（O2、CO、CO2、SO2、SO3）与造岩矿物发生化学反应的现象。 化学风化与物理风化相互促进使岩石产生裂缝。花岗石的耐久性最佳，大理石为变质岩，易风化，耐久性差，不宜用于室外。最差的岩石是软质砂岩和凝灰岩。 2.4岩石的力学性质抗压强度、冲击韧性、硬度及耐磨性等。 一、抗压强度：石材的强度等级是按抗压强度划分的。 （1） 试验方法：用于砌体等的石材的抗压强度

13、采用边长为70mm的标准立方体试块进行测试，并以三个试件抗压破坏强度的平均值表示。 石材共分九个强度等级：从MU10、15、20、30、40、50、60、80、MU100 （2）石材强度的物理意义：石材的抗压强度与其矿物组成、结构、构造特征有密切的关系。 如：组成花岗岩的主要矿物成分中石英是很坚强的矿物， 其含量多，则花岗岩的强度也越高，而云母为片状矿物，它含量多，则这种石材强度低。 二、岩石受力后的变形：属非弹性变形。建筑石材主要用于建筑工程中的砌筑 或 装饰的天然与人造的石材。2.2 常用石材1.砌筑石材-分为毛石、料石 1）毛石：又称片石或块石，指以开采所得，未经加工的形状不规则的石块。

14、 分类：乱毛石和平毛石。 应用 -用于砌筑基础、勒脚、墙身挡土墙等，也可配制片石砼。 2）料石又称条石，指以人工斩凿或机械加工而成，形状比较规则的六面体石材。分类根据料石表面加工的平整程度可分为以下四种。 毛料石用于桥墩台的镶面工程、涵洞的拱圈、隧道的衬砌边墙，也可做为桥墩台的填料。 粗料石、半细料石、细料石-经过细加工，外形规则，规格尺寸同粗料石，凹凸深度不大于20、15、10mm。 主要用于镶面三、石材饰面板常用建筑石材耐磨性好，抗风化性好及耐久性高，耐酸性好。主要用于基础，挡土墙，勒脚，踏步地面，外墙饰面雕塑。1.花岗石板材特点：（1）是岩浆岩中分布最广的一种岩石，主要由长石、石英及少量

15、的暗色矿物及云母组成。（2）表观密度较大，孔隙率小，抗压强度高，具有优异的耐磨性，耐久性很高，一般使用年限达75200年，细粒花岗岩的使用年限可达500年至1000的之久。（3）色彩丰富 ； （4）耐火性较差SiO2晶体转化。分类： （1） 按形状分普通板材、异形板材；（2）按表面加工工程分为细面板、镜面板和粗面板；（3）按产品质量分为优等品、一等品、合格品。标准建筑行业标准天然花岗石建筑板材 （JC205-1992） 2.大理石板材 选用标准： 天然大理石建筑板材（JC/T79-2001） 1.1特点-属碳酸岩，抗风化能力差，易受空气中二氧化硫的腐蚀，表面失去光泽，破损。1.2缺点：长期暴露

16、在室外受阳光雨水侵蚀易褪色失去光泽。1.3适用范围：要用于室内的装修，如墙面，柱面及磨埙较小的地面，踏步。1.4 分类：普型板、圆弧板、异型板天然大理石的主要缺点有两个：一是硬度较低，如用大理石铺设地面，磨光面容易损坏，其耐用年限一般在3080年。二是抗风化能力较差，除个别品种如汉白玉等外，一般不宜用于室外装饰。这是由于空气中常含有二氧化硫与水生成亚硫酸以后变成硫酸。而大理石中的主要成分为碳酸钙，碳酸钙与硫酸反应生成易溶于水的硫酸钙，使表面失去光泽，变得粗糙多孔而降低装饰效果。公共卫生间等经常使用水冲刷和用酸性材料洗涤处，也不宜用大理石做地面材料。3、青石装饰板材 属于沉积岩、砂岩类，主要矿物

17、成分来石灰石、白云石。石灰岩砂岩青石板锈条石特点：来源广，硬度低，易劈，便于开采，具有一定的强度和耐久性；颜色多为豆青色和深豆青色带灰白结晶颗粒等多种。应用：可用于建筑物墙裙、地坪铺贴以及庭园栏杆、台阶等，具有很好的立体感、怀旧感、古建筑风格。4.装饰板的贮藏、计量、包装 大理石、花岗石采用平方米，青石采用立方米或平方米；包装时，光面相对，按品种规格、等级分别包装。贮藏码放时，倾斜角不大于15度，平放时必须平整，垛高不超1.2m。四、建筑石材的放射性污染及控制天然石材中含镭、钍、铀三种放射性元素，在衰变过程中会产生放射性物质氡气。钍按放射指标限量标准分为A、B、C类。 A类使用范围不受限制，B

18、类不可用于民用建筑工程内部装饰，工业可用（因其空间较大），C类只可用于室外饰面工程。五、石材的选用原则 在建筑设计和施工中，我们选择石材，一般考虑以下几点：1、技术指标力学性能、热工性质、耐久性、装饰性2、安全性在选用室内装饰用石材时，应注意其放射性指标是否合格。3、经济性4、协调性 六、石材的破坏及其防护1、石材受破坏的因素：水2、防护：合理选材，涂刷保护3、根据情况选用人造石材 人造石材就是用无机或有机胶结料、矿物质原料及各种外加剂配制耐成。 （1）水泥型人造石材 （2）烧结型人造石材 （3）复合型人造石材（4）聚脂型人造石材石材的防护1.结构预防 建筑物暴露部分的石材如栏杆、楼梯、勒脚和屋顶等，制成易于排水的形状，使水分不易积存在表面，或在石材上覆盖一层导水材料。2.表面磨光采用致密的岩石，表面加工磨光，使表面平滑无孔。3.表面处理（1）物理处理：石材表面可用石蜡或涂料进行处理 。（2）化学处理：采用硅氟酸镁溶液、水玻璃等进行表面处理。 复习思考题1.岩石按成因可分为哪几类？2.岩石孔隙率的大小对哪些性质有影响？为什么？3.天然石材的物理性质有哪些？4.如何确定石材的强度等级？5