石材及气硬性无机胶凝材料道桥课件

第2章建筑石材及气硬性无机胶凝材料一、岩石的基本知识

天然石材：天然岩石不经加工或经加工而得的材料。(一)造岩矿物天然岩石是矿物的集合体，组成岩石的矿物称为造岩矿物。特点：岩石由多种造岩矿物组成；没有确定的化学组成和物理力学性质；同种岩石，产地不同，性能也有差异(颜色、强度、耐久性等)。

主要造岩矿物

(1)石英二氧化硅(SiO2)晶体的总称，无色透明至乳白色，密度2.65g/cm3，莫氏硬度7，坚硬，强度高，化稳耐久，但受热573℃以上)，因晶型转变会产生裂缝，甚至松散。2.1岩石的基本知识(2)长石长石族矿物的总称(正长石、斜长石等)，为钾钠钙等的铝硅酸盐晶体。密度2.5~2.7g/cm3，莫氏硬度为6，坚硬、强度高、耐久性高，但低于石英，具有白、灰、红、青等多种颜色。长石是火成岩中最多的造岩矿物，约占总量的2/3。(3)角闪石、辉石、橄榄石铁镁钙等硅酸盐晶体。密度3~3.6g/cm3，莫氏硬度5~7。强度高、韧性好、耐久性好。具有多种颜色，均为暗色，也称暗色矿物。(4)方解石CaCO3晶体。白色，密度2.7g/cm3，莫氏硬度为3。强度较高、耐久性次于上述矿物，遇酸分解。(5)白云石CaCO3·MgCO3复盐晶体，白色。密度为2.9g/cm3，莫氏硬度4。强度、耐酸耐久性略高于方解石，遇酸时分解。

(6)黄铁矿FeS2晶体，金黄色，密度为5g/cm3，莫氏硬度6~7，耐久性差，遇水和氧生成游离硫酸，且体积膨胀，产生锈迹，黄铁矿为岩石中的有害矿物。

(7)云母云母族矿物的总称，为片状的含水复杂硅铝酸盐晶体。密度2.7~3.1g/cm3，莫氏硬度2~3。具有极完全解理(矿物在外力等作用下，沿一定的结晶方向易裂成光滑平面的性质称为解理，裂成的平面称为解理面)，易裂成薄片，玻璃光泽，耐久性差，具有无色透明、白色、绿色、黄色、黑色等多种颜色。种类有白云母和黑云母，后者易风化为岩石中的有害矿物。(二)岩石的形成、分类与性质岩石按地质形成条件分为火成岩、沉积岩和变质岩1.火成岩地壳内部熔融岩浆上升冷却而成，又称岩浆岩。

★岩浆喷到空气中急速冷却形成的岩石，又称火山碎屑、火山碎屑岩等。内部含有大量的气孔，并多呈玻璃质，有较高的化学活性，如火山灰、火山渣、浮石等。

2.沉积岩地表的各种岩石在地质、外力作用下经风化、搬运、沉积成岩作用(压固、胶结、重结晶等)，在地表或地表不太深处形成的岩石，又称水成岩。主要特征：呈层状构造，各层岩石的成分、构造、颜色、性能均不同，且为各向异性。与深成火成岩相比，体积密度小、孔隙率和吸水率较大、强度和耐久性较低。

(l)碎屑岩风化后的岩石碎屑在流水、风、冰川等作用下，经搬迁、沉积、固结(多为自然胶结物固结)而成。常用：砂岩、砾岩、火山凝灰岩等。此外，还有砂、卵石等(未经固结)。

(2)化学沉积岩岩石风化后溶于水而形成的溶液、胶体经搬迁、沉淀而成。常用：石膏、菱镁矿、某些石灰等。

(3)生物沉积岩由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。常用：石灰岩、白垩、硅藻土、硅藻石等。

(4)粘土岩

由直径极细小(<0.001mm)的粘土矿物组成的沉积岩。3.变质岩岩石由于岩浆等的活动(主要为高温、高湿、压力等)，发生再结晶，使矿物成分、结构、构造以至化学组成发生改变而形。

(三)岩石的结构与性质1.大多数岩石为结晶结构，具有较高的强度、韧性、化学稳定性和耐久性等；晶粒越小，强度越高，韧性和耐久性越好。2.具有斑状构造和砾状构造的岩石，磨光后，纹理美观夺目，具有优良的装饰性。二、岩石的结构与性质1.大多数岩石为结晶结构，具有较高的强度、韧性、化学稳定性和耐久性等；晶粒越小，强度越高，韧性和耐久性越好。2.具有斑状构造和砾状构造的岩石，磨光后，纹理美观夺目，具有优良的装饰性。三、常用石材(一)天然石材的性质与技术要求

1.物理性质

◆体积密度：2400~3200kg/m3；

◆吸水率：一般≯1%；

◆

耐水性：多数岩石的耐水性较高，当岩石中含有较多的粘土时，其耐水性较低，如粘土质砂岩等。

2.力学性质(1)抗压强度

砌筑用石材：试件70mm×70mm×70mm，由抗压强度划分为MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MUl5、MU10九个强度等级。

装饰用石材：试件50×50×50mm测试。

(2)其它力学性质抗折强度(一般为抗压强度的l/20)、硬度、耐磨性、抗冲击性等。

3.耐久性石材的耐久性主要包括有抗冻性、抗风化性、耐火性、耐酸性等。水、冰、化学因素等造成岩石开裂或剥落，称岩石的风化。防风化措施有表面磨光，防止表面积水；采用有机硅喷涂，对碳酸盐类石材可采用氟硅酸镁溶液表面处理。四、常用建筑石材

(一)花岗岩

特点：属于深成岩，为全晶质，有细粒、中粒、粗粒、斑状等多种构造，以细粒构造性质为好。有灰、白、黄、粉红、红、纯黑等颜色。

性质：体积密度2500~2800kg/m3，抗压强度120~300MPa，孔隙率低，吸水率0.1~0.7%，莫氏硬度6~7，耐磨性、耐久性、耐酸性好，但不耐火。使用年限为数十年至数百年，高质量的可达千年以上。

应用：砌体、内外装饰、混凝土骨料、耐酸工程等

(二)石灰岩（青石）

特点：属沉积岩，主要由方解石组成，有密实、多孔和散粒构造，密实构造的即为普通石灰岩。

性质：密实石灰岩ρ0d=2000~2600kg/m3、f压=20~120MPa、莫氏硬度3~4。石灰岩遇稀盐酸时强烈起泡。

应用：石砌体、内部装饰、混凝土骨料。(三)大理岩

特点：属副变质岩，主要矿物方解石、白云石。具有等粒、不等粒、斑状结构，属块状构造。常呈白、浅红、浅绿、黑、灰等颜色(斑纹)。抛光后具有优良的装饰性。白色大理石又称汉白玉。

性质：体积密度2500~2800kg/m3，抗压强度50~190MPa，莫氏硬度为3~4。空气中SO2遇水后对大理岩中的方解石有腐蚀作用。吸水率小、杂质少、晶粒细小、纹理细密、质地坚硬，特别是白云岩或白云质石灰岩变质而成的可用于室外，如汉白玉、艾叶青等。

应用：主要用于室内装饰。

(四)玄武岩

特点：属喷出岩，由辉石和长石组成；为细粒或斑状构造或块状和气孔状构造。

性质：体积密度2900~3300kg/m3、抗压强度100~300MPa，脆性大、抗风化性较强。

应用：主要用于基础、桥梁等石砌体，破碎后可作为高强混凝土的骨料。2.2石灰正常温度下煅烧得到的石灰具有多孔结构，即内部孔隙率大、晶粒细小、体积密度小，与水作用速度快。生产时，由于火候或温度控制不均，常会含有欠火石灰或过火石灰。

石灰(lime)是一种古老的建筑材料。由于其原料来源广泛，生产工艺简单，成本低廉，所以至今仍被广泛用于建筑工程中。一、石灰的煅烧

生产石灰所用的原料主要是含碳酸钙为主的天然岩石，常用的是石灰石、白云石质石灰石。石灰的煅烧一般在立窑中进行。将石灰石矿石在高温下煅烧，即得生石灰，其主要成分为氧化钙。

欠火石灰只是降低了石灰的利用率，不会带来危害。过火石灰是由于煅烧温度过高，导致内部孔隙率小，而且过火石灰颗粒表面部分被玻璃状物质(即釉状物)所包覆，因此过火石灰与水的作用慢(需数十天至数年)，这对使用非常不利。欠火石灰多孔CaOCaCO3过火石灰致密CaO釉状物二、石灰的熟化与硬化(一)石灰的熟化

石灰的熟化，又称消解，是生石灰(氧化钙)与水作用生成熟石灰(氢氧化钙)的过程，即

伴随着熟化过程，放出大量的热，并且体积迅速增加1~2.5倍。根据熟化时加水量的不同，石灰的熟化方式分为以下两种：

(1)石灰膏在化灰池中加入大量的水(生石灰的3~4倍)熟化成石灰乳，然后经筛网(3×3mm)流入储灰池，经沉淀除去多余的水分得到的膏状物即为石灰膏。石灰膏含水约50%，体积密度为1300~1400kg/m3。1kg生石灰可熟化成2.1～3.0L的石灰膏。

(2)消石灰粉每半米高的生石灰块，淋适量的水(生石灰量的60%~80%)，直至数层，经熟化得到的粉状物称为消石灰粉。加水量以消石灰粉略湿，但不成团为宜。为避免过火石灰在使用后，因吸收空气中的水蒸气而逐步熟化膨胀，使已硬化的浆体产生隆起、开裂等破坏，在使用前必须使其熟化或将其去除。

(2)碳化硬化氢氧化钙与空气中的二氧化碳化合生成碳酸钙晶体称为碳化。其反应如下：

生成的碳酸钙具有相当高的强度。由于空气中CO2的浓度很低，因此碳化过程极为缓慢。当石灰浆体含水量过少，处于干燥状态时，碳化反应几乎停止。石灰浆体含水量多时，孔隙中几乎充满水，CO2气体难以渗透，碳化作用仪在表面进行，生成的碳酸钙达到一定厚度时，阻碍CO2向内渗透，同时也阻碍内部水分向外蒸发，从而减慢了碳化速度。由石灰硬化的原因及过程可以得出石灰浆体硬化慢、强度低、不耐水的结论。三、石灰的技术要求

按石灰中氧化镁的含量，将生石灰和生石灰粉划分为钙质石灰(MgO＜5%)和镁质石灰(MgO≥5%)；按消石灰中氧化镁的含量将消石灰粉划分为钙质消石灰粉(MgO＜4%)、镁质消石灰粉(4%≤MgO≤24%)和白云石消石灰粉(24%≤MgO＜30%)。项目钙质生石灰镁质生石灰优质品一等品合格品优质品一等品合格品(CaO＋MgO含量)(%)，≮908580858075未消化残渣含量(5mm圆孔筛,%),≯5101551012CO2(%)，≯5796810产浆量(l/kg),≮2.82.32.02.82.32.0建筑生石灰各等级的技术指标（JC/T479－92）四、石灰的性质与应用

(一)石灰的性质

石灰与其它胶凝材料相比具有以下特性：

(1)保水性，可塑性好氢氧化钙颗粒比表面积很大，表面吸附一层较厚水膜，这一性质常被用来改善砂浆的保水性。

(2)凝结硬化慢，强度低石灰的凝结硬化很慢，潮湿环境中不会产生凝结硬化。硬化后的强度很低。如1:3的石灰砂浆28d的抗压强度仅为0.2~0.5MPa。

(3)耐水性差硬化后石灰浆体的主要成分为氢氧化钙，仅有少量的碳酸钙。由于氢氧化钙可微溶于水，所以石灰的耐水性很差，软化系数接近于零。

(4)干燥收缩大氢氧化钙颗粒吸附的大量水分，蒸发后产生很大的毛细管压力，使石灰浆体产生很大的收缩而开裂，因此石灰除粉刷外不宜单独使用。4.3水玻璃

一、水玻璃的组成及生产

水玻璃(俗称泡花碱)是一种水溶性硅酸盐。其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为SiO2与R2O摩尔数的比值，称为水玻璃的模数。n值愈大，则水玻璃的粘度愈大、粘结力与强度及耐酸、耐热性愈高，但也愈难溶于水中，且由于粘度太大，不利于施工；同一模数的水玻璃，其浓度(或密度)增加，则粘度增大，粘结力与强度及耐酸、耐热性均提高，但太大时不利于施工。建筑上常用的水玻璃是硅酸钠(Na2O·nSi