土木工程材料(石材)概要课件

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1、,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,土木工程材料,朱 凯,(,上海应用技术学院 城建学院,),第四章 石材,主要内容：,岩石的性质及分类,天然石材,人造石材,4,.1,岩石的基本性质,天然石材,:,采自地壳的天然岩石，不经机械加工或,经机械加工而得的材料。,天然石材的优点：强度高、装饰性好、耐水性、耐,磨性、耐久性高、来源广泛。,天然石材的缺点：加工困难，自重大，开采和运输,不方便。,天然石材的应用：重要结构，特别是建筑装饰。,一.造岩矿物,1.,造岩矿

2、物：组成岩石的矿物称为造岩矿物。（矿物是具有一定化学成分和结构特征的天然化合物或单质）,大多数岩石是由多种造岩矿物组成的，由于其各种矿物的含量、颗粒结构均有差异，因而颜色、强度、耐久性等也有差异。,造岩矿物的性质及其含量决定岩石的性质。,2.,主要造岩矿物及其性质,主要造岩矿物有以下几种：石英、长石、角闪石、辉石、方解石、白云石、黄铁矿、云母。,（,1,）石英：二氧化硅,(Si02),晶体的总称。莫氏硬度为,7,，非常坚硬，强度高，化学稳定性及耐久性高。但受热时,(573C,以上,),，因晶型转变会产生裂缝甚至松散。,（,2,）长石：,钾、钠、钙等的铝硅酸盐晶体。莫氏硬度为,6,，坚硬、强度高

3、、耐久性高，但低于石英，具有白、灰、红、青多种颜色。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：莫氏硬度为,57,，强度高、韧性好、耐久性好。具有多种颜色，但均为暗色，故也称暗色矿物。,（,4,）方解石：莫氏硬度为,3,，强度较高、耐久性次于上述矿物，遇酸后分解。,（,5,）白云石：莫氏硬度为,4,强度、耐酸腐蚀性及耐久性略高于方解石，遇酸时分解。,（,6,）黄铁矿：莫氏硬度为,67,耐久性差，遇水和氧生成游离硫酸，且体积膨胀，并产生锈迹。黄铁矿为岩石中的有害矿物。,（,7,）云母：莫氏硬度为,23,，具有权完全解理,(,矿物在外力等作用下，沿一定的结

4、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，具有多种颜色。云母的主要种类为白云母和黑云母，后者易风化为岩石中的有害矿物。,二、岩石的结构、构造与性质,（一）岩石的结构及构造,（1）岩石的结构,岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及组合方式,按结晶程度：全晶质、半晶质、玻璃质,按矿物颗粒大小：显晶质,(晶体颗粒较粗，肉眼或放大镜可识别),、隐晶质,(晶体颗粒较细，肉眼不可识别),按矿物颗粒相对大小：等粒、不等粒、斑状、似斑状,（2）岩石的构造,岩石的构造是指岩石中不同矿物间的 排列,方式及充填方式。,块状构造：整体均匀性耐久性高（

5、花岗岩、大,理岩）,层片状构造：易沿层片连接处崩裂而风化（砂,岩、页岩、片麻岩）,斑状构造、杏仁状构造、结核状构造：整体均,匀性差，易开裂和风化，不易制取,规整的块材（安山岩、斑岩）,气孔状构造,（火山碎屑岩、喷出岩）,（二）性质,1.岩石大多数属于结晶晶体，少数属于玻璃质结构，两者相比结晶质的较玻璃质的强度高，化学稳定性、韧性及耐久性好。,2.细小晶粒较粗大晶粒的强度高、韧性及耐久性好。,3.含有极完全解理的矿物组成的岩石，强度低、韧,性差、易于开采。,4.岩石的孔隙率较大，则岩石的强度，抗冻性，耐,水性及耐久性等会显著下降。,三、岩石的形成、分类与性质,(一)分类：岩石按,地质形成条件,分

6、为：,正变质岩,副变质岩,侵入岩,喷出岩,1.,火成岩,2.,沉积岩,3.变质岩,深成岩,浅成岩,碎屑岩化学、沉积岩,生物沉积岩粘土岩,1.火成岩：侵入岩（深成岩和浅成岩）和喷出岩,(1),深成岩：岩浆在地表深处受上部岩层的压力作用，缓慢冷却结,晶成岩。,结构致密具有粗大的晶粒和块状构造,(,矿物排列无序，宏观呈块 状构造,),。如花岗岩、正长岩、辉长岩、闪长岩等。,(2),浅成岩：岩浆在地表浅处冷却结晶成岩。,结构致密，由于冷却较快，故晶粒较小，如辉绿岩。,侵入岩为全晶质结构(岩石全部由结晶的矿物颗粒组成)，且没有解理。侵入岩的体积密度大、抗压强度高、吸水率低、抗冻性好。,(3),喷出岩由于

7、形成条件不同，结构有的致密,(,形成较厚的岩层,),或多孔构造,(,形成较薄的岩层,),或内部含有大量的气孔,(,当岩浆被喷到空气中，急速冷却而形成的岩石,),并多呈玻璃质,2.沉积岩：岩石在地质、外力作用下经风化、搬运、沉积成岩作用,(,压固、胶结等,),，在地表或地表不,太深处形成的岩石，又称水成岩。分为以下四种：,碎屑岩、化学沉积岩、生物沉积岩、粘土岩,主要待征,:,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。与深成岩相比，沉积岩的体积密度小、孔隙率大、吸水率较大、强度和耐久性较低。,3.变质岩：,（,1,）正变质岩：由火成岩变质而成，性能一般较原,火成岩差。如片麻

8、岩,（,2,）副变质岩：由沉积岩变质而成，性能一般较原,沉积岩好。如大理岩、石英岩等。,4,.,2,石材,的技术性质,4.2.1,技术性质,天然石材的技术性质，可分为物理性质、力学性质和工艺性质。,1,物理性质,(1),表观密度,石材的表观密度与其矿物组成、孔隙率等因素有关。表观密度大的石材孔隙率小、抗压强度高、耐久性好。,按照表观密度的大小可将石材分为：,重质石材 表观密度,1800kg/m,3,；,轻质石材 表观密度,1800kg/m,3,。,(2),吸水性,吸水率低于,1.5%,的岩石称为低吸水性岩石，介于,1.5%3.0%,的称为中吸水性岩石,吸水率高于,3.0%,的称高吸水性岩石。石

9、材的吸水性对其强度与耐水性有很大影响。石材吸水后，会降低颗粒之间的粘结力，从而使强度降低。,（3）,耐水性,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。软化系数大于0.90为高水性，软化系数在0.75 0.90之间为中耐水性，软化系数在0.60 0.75 之间为低耐水性，软化系数小于0.60者，则不允许使用。,（4）抗冻性,石材抗冻性与吸水性有密切的关系，吸水率大的的石材其抗冻性也差。根据经验，吸水率小于0.50%的石材，则认为是抗冻的。,（5）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，因热胀冷缩、体积变

10、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。,（,6,）导热性,石材的导热性与其表观密度和结构状态有关，重质石材导热系数可达,2.91,3.49W/m,K,2,力学性质,天然石材的力学性质主要包括：抗压强度、冲击韧性、硬度及耐磨性等。,（1）抗压强度,石材的抗压强度，是以,3,个边长为,70mm,的立方体试块的抗压破坏强度平均值确定划分的。它分为,9,个等级：,MU100,、,MU80,、,MU60,、,MU50,、,MU40,、,MU30,、,MU20,、,MU15,和,MU10,。,矿物组成对石材抗压强度有一定影响。例如，组成花岗岩的主要矿物成分中石英是很坚强的矿物，其含量越多

11、，则花岗岩的强度也越高。,结构与构造特征对石材的抗压强度也有很大影响。结晶质石材的强度较玻璃质的高；等粒状结构的强度较斑状结构的高；构造致密的强度较疏松多孔的高。具有层状、带状或片状构造的石材，其垂直于层理方向的抗压强度较平行于层理方向的高。,（2）冲击韧性,石材的冲击韧性决定于岩石的矿物组成与构造。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。,（3）硬度,它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。,硬度影响石材的易加工性和耐磨性。石材的硬度常用莫氏硬度表示，它是一种刻划硬度。各莫氏硬度级的标准矿物如表,3.1,所列。,表,3.1,矿物的莫氏硬度

12、表,硬度,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,矿物,滑石,石膏,方解石,萤石,磷灰石,长石,石英,英玉,刚玉,金刚石,（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。石材的组成矿物越坚硬，构造越致密以及其抗压强度和冲击韧性越高，则石材的耐磨性越好。凡是用于可能遭受磨损作用的场所，例如台阶、人行道等应采用具有高耐磨性的石材。,3 工艺性质,石材的工艺性质，主要指其开采和加工过程的难易程度及可能性，包括加工性、磨光性与抗钻性等。,（1）加工性,石材的加工性，主要是指对岩石开采、锯解、切割、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。,（2）磨光性,指石材能否磨成

13、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。,（3）抗钻性,指石材钻孔时，其难易程度的性质。一般石材的强度越高、硬度越大，越不易钻孔。,4,放射性,4,.,3,天然石材,建筑中所用的石材分为天然石材和人造石材。天然石材是指由天然岩石开采的，经过或不经过加工而制得的石材。人造石材是指由高分子材料制造而成的，如人造大理石、人造花岗岩等。,一、天然岩石的分类,岩石由各种不同地质作用所形成的天然矿物的集合体。大部分岩石是由几种矿物组成，如花岗岩由长石、石英、云母等；少数岩石是由一种矿物组成，如石灰岩是由方解石组成。,岩浆岩,变质岩,沉积岩,岩石,名 称,成

14、岩情况,主要品种,岩浆岩,熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表，冷却凝结而成岩。,花岗岩,玄武岩,辉绿岩,沉积岩,岩石风化后，再经沉积、胶结而成岩。,石灰岩,砂岩,变质岩,岩石在温度、压力或化学的作用下，经变质而成岩,大理岩,片麻岩,天然岩石的分类,二、建筑中常用岩石的特性,名 称,组成,密度,花岗岩,是岩浆岩中分布最广的一种主要矿物组成，典型的深成岩，属酸性岩石。,表观密度,2500,2700,kg/m,3,抗压强度达,120,250MPa,使用年限达,75,200,年,大理岩,是由石灰岩或白云岩变质而成，主要的造岩矿物是方解石或白云石，属碳酸盐类。,表观密度,2600,2700,kg/m,3,

15、抗压强度达,70,110MPa,纯净的大理石称汉白玉,石灰岩,俗称,“,青石,”,，是沉积岩的一种，主要成分是,CaCO,3,，主要矿物成分是方解石，常含有白云石、菱镁石、粘土等。,表观密度,2000,2600,kg/m,3,抗压强度达,80,160MPa,砂 岩,其主要造岩矿物有石英、及少量的长石、方解石和白云石，属沉积岩。,表观密度,2200,2500,kg/m,3,抗压强度达,5,200MPa,常用于建筑物的基础、墙身、踏步等。,建筑上使用的石材，按加工后的外形分为块状石材、板状石材、散状石材和各种石制品等。,（一）块状石材,1,、毛石（片石或块石）,山体爆破直接得到的石块，分为乱毛石和

16、平毛石。,2,、料石（条石）,经人工或机械开采出的较规则的六面体形的石块，略加凿制而成，至少有一个面的边角整齐。主要用于基础、墙身、地坪、柱头、窗台板、踏步等。,1,）毛料石,表面不经加工或稍加修饰的料石,2,）粗料石,正表面的凹凸相差,20mm 3,）半细料石,正表面的凹凸相差,10mm 4,）细料石,正表面的凹凸相差,2mm,三、石材的加工和选用,（二）板材,板材是用致密的岩石经凿平、锯断、磨光等各种加工方法制作而成的板状石材（厚一般,20mm,），如花岗石、大理石和青石板材等。,品 种,性 能,应 用,备 注,天然大理石板材,耐化学腐蚀和抗风化性能较差,主要应用于室内装饰,天然花岗石板材,强度高、耐磨、抗风化、耐腐蚀性能好,用于室内、室外装饰,细面板材,镜面板材,粗面板材,青石装饰板材,属于砂岩,具有古建筑的独特风格,（三）散状石材,建筑工程中的散状石材，主要指碎石、卵石和色石渣三种。碎石、卵石可用作骨料、装饰铺砌材料；色石渣是由天然大理石或花岗岩等残碎料加工而成，可作人造大理石、水磨石、水刷石等骨料,用人工方法加工制造的具有天然石材的花纹和纹理的合成石，称为人造石材。如人造花岗