建筑材料与检测 （第二版）单元3 建筑石材

建筑材料与检测北京出版社目录CONTENTS水泥单元五建筑材料的基本性质单元二建筑石材单元三气硬性凝胶材料单元四建筑材料与检测概述单元一混凝土单元六目录CONTENTS建筑木材单元十一墙体材料单元八建筑钢材单元九防水材料单元十建筑砂浆单元七建筑功能材料单元十二单元三建筑石材石材是指从天然岩石体中开采的未经加工或者经过加工制成的块状、板状或特定形状的石材的总称。石材时候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十分广泛。单元描述建筑石材概述学习任务1任务目标11.了解岩石的组成和分类。22.了了解岩石的构造。33.石材作为一种高档的装饰装修材料，提升了我们生活的品质。其美观坚硬、耐久性好，在设计、加工、生产过程中更需要一种工匠精神。一、岩石的组成构成岩石的主要造岩矿物有石英、长石、云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石等。二、岩石的分类1.岩浆岩岩浆沿着地壳薄弱带侵入地壳或喷出地表，温度降低，最后冷凝形成的岩石称为岩浆岩。岩浆喷出地表后冷凝形成的岩石称为喷出岩；岩浆在地表下冷凝形成的岩石称为侵入岩。在较深处形成的侵入岩叫深成岩，在较浅处形成的侵入岩叫浅成岩。（1）岩浆岩的矿物成分。（2）岩浆岩的结构与构造岩浆岩的结构是指组成岩石的矿物的结晶程度、晶粒大小、形态及其相互关系的特征。按结晶程度，岩浆岩的结构可分为：全晶质结构、非晶质结构、半晶质结构。按矿物颗粒大小，岩浆岩的结构可分为：等粒结构、不等粒结构。岩浆岩的构造是指岩石中不同矿物与其他组成部分的排列填充方式所表现出来的外貌特征。构造的特征，主要取决于岩浆冷凝时的环境。岩浆岩最常见的构造有：块状构造、流纹状构造、气孔状构造、杏仁状构造。结构和构造特征反映了岩浆岩的生成环境，因此，它是岩浆岩分类和鉴定的重要标志，也是研究岩浆岩作用方式的依据之一。（3）岩浆岩的分类及常见的岩浆岩根据岩浆岩中SiO2的含量，岩浆岩可分为下面几类：酸性岩类（SiO2的含量>65%）、中性岩类（SiO2的含量65%～52%）、基性岩类（SiO2的含量52%～45%）、超基性岩类（SiO2的含量<45%）。常见的岩浆岩有：花岗岩（如图3-4所示）、正长岩、安山岩（如图3-5所示）、辉长岩、玄武岩等。2.沉积岩沉积岩是在地表或接近地表的条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩和早已形成的沉积岩）风化剥蚀的产物经搬运、沉积和固结硬化而成的岩石。它是地壳表面分布最广的一种层状岩石。（1）沉积岩的物质成分组成沉积岩的物质成分中常见的有：矿物、岩屑、化学沉淀物、有机质和胶结物。（2）沉积岩的结构与构造沉积岩的结构一般分为碎屑结构、泥质结构、结晶结构及生物结构四种。沉积岩的构造是指其组成部分的空间分布及其相互间的排列关系。沉积岩最主要的构造是层理构造和层面构造。层理构造是先后沉积的物质在颗粒大小、形状、颜色和成分上的不同所显示出来的成层现象。层理是沉积岩成岩的性质。层与层之间的界面，称为层面。上下两个层面之间成分基本均匀一致的岩石，称为岩层。它是层理最大的组成单位。层面构造：在层面上有时还保留有沉积岩形成时的某些特征，如波痕、雨痕及泥裂等，称为层面构造。沉积岩的层理构造、层面构造和化石，是沉积岩在构造上区别于岩浆岩的重要特征。（3）沉积岩的分类及常见的沉积岩根据沉积岩物质组成的特点，沉积岩一般分为下面三类。①碎屑岩类：主要由碎屑物质组成的岩石。②粘土岩类：主要由粘土矿物组成的岩石，如泥岩、页岩等。③化学及生物化学岩类：主要由方解石、白云石等碳酸盐类的矿物及部分有机物组成的岩石，如石灰岩，白云岩等。常见的沉积岩有：砾岩（如图3-6所示）、角砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩（如图3-7所示）、泥岩、石灰岩、白云岩等。3.变质岩变质岩是岩浆岩、沉积岩甚至是变质岩在地壳中受到高温、高压及化学成分加入的影响，在固体状态下发生矿物成分及结构变化后形成新的岩石。由岩浆岩形成的变质岩称为正变质岩，由沉积岩形成的变质岩称为副变质岩。（1）变质岩的矿物成分变质岩的矿物成分可以分为两大类：一类是岩浆岩，也有沉积岩，如石英、长石、角闪石、辉石、方解石、白云石等；另一类只能是在变质作用中产生而为变质岩所特有的变质矿物，如石榴子石、滑石、绿泥石、蛇纹石等。根据变质岩特有的变质矿物，可把变质岩与其他岩区别开来。（2）变质岩的结构与构造变质岩的结构一般分为变晶结构和变余结构两大类。①变晶结构：在变质过程中矿物重新结晶形成的结晶质结构。②变余结构：变质岩中残留的原岩结构，说明原岩变质较轻。变质岩的构造：原岩经过变质作用后，其中矿物颗粒在排列方式上大多具有定向性，能沿矿物排列方向劈开。变质岩的构造是识别变质岩的重要标志。常见的变质岩构造有：板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造。（3）变质岩的分类及常见的变质岩根据变质岩的构造特征，通常把变质岩分为片理状岩类和块状岩类两大类。常见的变质岩有：片麻岩（如图3-8所示）、片岩、千枚岩（如图3-9所示）、大理岩、石英岩等。建筑石材的技术性能学习任务2任务目标11.熟悉建筑石材的技术性能。2

2.了解石材的技术性能对应用的影响。33.追求品质，工于细节：隋朝工匠李春设计并建造的石拱桥——赵州桥，距今已有一千四百多年，期间经历了无数次地震和战争的考验，仍然巍然屹立至今。赵州桥设计精巧、选材精良、结构合理，才屹立至今。一、物理性质石材表观密度与其矿物孔隙率有关。致密的石材，如花岗岩、大理岩等，表观密度一般为2500～3100kg/m³。而孔隙率较大的石材，如火山凝灰岩等，其表观密度为500～1700kg/m³。天然石材根据表现密度大小可分为：①轻石材。表观密度小于1800kg/m³，多用作墙体材料。②重石材。表观密度大于1800kg/m³，主要用于建筑物的结构部位，如建筑物基础、桥墩及水工构筑物、砌墙材料等，还可用于墙面、地面装饰。1.表观密度吸水性主要与石材的孔隙率及孔隙特征有关，同时还与其矿物组成、湿润性及浸水条件有关。吸水率低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石，吸水率为1.5%～3.0%的岩石称为中吸水性岩石，吸水率高于3.0%的岩石称高吸水性岩石。2.吸水性石材的耐水性以软化系数表示。岩石中含有较多的黏土或易溶物质时，软化系数较小，则耐水性较差。石材的耐水性按软化系数大小分为高、中、低3个等级。软化系数大于0.90为高耐水性石材，软化系数在0.70～0.90的为中耐水性石材，软化系数在0.60～0.70的为低耐水性石材。软化系数低于0.80的石材，一般不允许用于重要建筑。3.耐水性石材的抗冻性与石材的吸水性、矿物组成及冻结温度密切相关。吸水率越低、抗冻性越好，例如，坚硬、致密的花岗岩、石灰岩、砂岩等岩石的抗冻性能很好。冻结温度越低或冷却速度越快，则冻结破坏的速度越快，破坏程度也越大。石材的抗冻性是根据石材在吸水饱和状态下能经受的冻融循环次数（若无贯穿裂缝，且质量损失不超过5%，强度降低不大于25%时，则认为抗冻性合格）来表示。根据能经受的冻融循环次数，可将石材分为：5、10、15、25、50、100及200等标号。根据经验，吸水率小于0.5%的石材被认为是抗冻的，可不进行抗冻试验。4.抗冻性石材的耐热性与其化学成分及其矿物组成有关。含有石膏的石材，在100℃以上时开始破坏；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。由石英与其他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，强度会迅速下降。5.耐热性石材的导热性主要与其致密程度有关。重质石材导热系数可达2.91～3.49W/（m•K）；轻质石材的导热系数则为0.23～0.70W/（m•K）。具有封闭孔隙的石材，导热性差。相同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小。6.导热性二、力学性质1.抗压强度石材的抗压强度，用3个棱长为70mm的立方体试块的抗压破坏强度的平均值表示。根据抗压强度值的大小，石材共分9个强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。2.冲击韧性石材的冲击韧性取决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更大的韧性。3.硬度石材的硬度取决于其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。岩石的硬度用莫氏硬度表示。4.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。石材的耐磨性包括耐磨损与耐磨耗两方面。三、工艺性质1.加工性石材的加工性，主要是指对岩石实施开采、锯解、切割、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。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、业已风化的岩石，都难以满足加工要求。2.磨光性磨光性是指石材能否磨出平整、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。3.抗钻性抗钻性是表示给石材钻孔难易程度的性质。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。建筑石材强度的检测学习任务3任务目标11.了解技术标准的等级划分情况。22.了解对建筑材料进行检测的目的。33.了解影响检测结果准确性的因素。44.公平公正，科学检测：严格按照有关技术标准进行材料检测和使用，确保检测数据的科学合理、公平公正。55.专注做事，高标准做人：石材的特殊性尤其要求石材人要有专心专注的品质，我国著名的继阳石业总经理蔡继明说：一块高品质的石材一定出自精雕细琢、精益求精。一、试样要求1.压缩强度试样为边长50mm的正方体或Φ50mm×50mm的圆柱体，尺寸偏差±0.5mm。每种试验条件下的试样取五个为一组。若进行干燥、水饱和、冻融循环的垂直和平行层理的压缩强度试验需制备30个。2.弯曲强度试样厚度H可按实际情况确定。当试样厚度H≤68mm时宽度为100mm，当试样厚度H>68mm时宽度为1.5H。试样长度为10×H+50mm，长度偏差±1mm，宽度、厚度尺寸偏差±0.3mm。每种试验条件下的试样取五个为一组。如对干燥、水饱和条件下的垂直和平行层理的弯曲强度试验需制备20个试样。二、检测步骤1.检测干燥状态下的压缩强度将试样放在（105±2）℃的干燥箱内干燥24h，然后放入干燥器中冷却到室温。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。2.检测水饱和状态下的压缩强度将试样放置于（20±2）℃的清水中，浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去试样表面的水分。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。3.检测冻融循环后的压缩强度用清水洗净试样，并将其置于（20±2）℃的清水中浸泡48h，取出后立即放入（－20±2）℃的冷冻箱内冷冻4h，再将其放入流动的清水中融化4h。反复冻融25次后用拧干的湿毛巾将试样表面的水分擦去。用游标卡尺分别测量试样两个受力面的边长或直径并计算其面积，以这两个受力面面积的平均值作为试样的受力面面积，边长或直径测量值精确到0.5mm。将试样放置于材料试验机压板的中心部位，施加载荷至试样破坏并记录试样破坏时的载荷值，读数值精确到500N。加载速率为（1500±100）N/s或压板移动的速率不超过1.3mm/min。4.检测干燥状态下的弯曲强度将试样放在（105±2）℃的干燥箱内干燥24h后，放入干燥器中冷却到室温。调节支架下支座之间的距离（L=10H）和上支座之间的距离（L/2），误差为±1.0mm。按照试样上标记的支点位置将其放在上下支架之间。一般情况下应使试样装饰面处于弯曲拉伸状态，即将装饰面朝下放在下支座上。以（1800±50）N/min的速率对试样施加载荷至试样破坏，并记录试样破坏时的载荷值（F），读数值精确到10N。用游标卡尺测量试样断裂面的宽度（K）和厚度（H），精确到0.1mm。5.检测水饱和状态下的弯曲强度将试样放在（20±2）℃的清水中浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去试样表面水分，立即进行试验。调节支架下支座之间的距离（L=10H）和上支座之间的距离（L/2），误差为±1.0mm。按照试样上标记的支点位置将其放在上下支架之间。一般情况下应使试样装饰面处于弯曲拉伸状态，即将装饰面朝下放在下支座上。以（1800±50）N/min的速率对试样施加载荷至试样破坏，并记录试样破坏时的载荷值（F），读数值精确到10N。用游标卡尺测量试样断裂面的宽度（K）和厚度（H），精确到0.1mm。将试样置于（105±2）℃的干燥箱内干燥至恒重，连续两次质量之差小于0.02%，放入干燥器中冷却至室温。称其质量（m0），精确至0.02g。将试样放在（20±2）℃的蒸馏水中浸泡48h后取出，用拧干的湿毛巾擦去试样表面水分，立即称其质量（m1），精确至0.02g。立即将水饱和的试样置于网篮内并浸入（20±2）℃的蒸馏水中，称量试样在水中的质量（m²）（在称量时须先小心除去附着在网篮和试样上的气泡），精确至0.02g。三、检测结果（1）压缩强度计算：

式中，Pw——压缩强度（MPa）；F——试样破坏载荷（N）；S——试样受力面面积（mm2）。以每组试样压缩强度的算术平均值作为该条件下的压缩强度，数值修约到1MPa。（2）弯曲强度计算：式中，Pw——弯曲强度（MPa）；F——试样破坏载荷（N）；L——支点距离（mm）；K——试样宽度（mm）；H——试样厚度（mm）。拓展阅读石材色差处理的3个有效技巧目前对石材色差的处理主要有染色、润色、增光等处理方法。由于色差处理会改变石材的天然色泽与纹理，如大理石着色处理是一个技术含量相对较高，并且需要一定时间和耐心的工作，而花岗石由于吸收率较高，颜色更