002天然石材与胶凝材料

1、建筑材料与构造第二章第二章 天然石材天然石材第三章第三章 胶凝材料胶凝材料第二章第二章 天然石材天然石材第三章第三章 胶凝材料胶凝材料第二章 天然石材n石材是指从天然岩石体中开采未经加工或经加工制成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。块状、板状或特定形状的石材的总称。n石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。由于石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。由于具有相具有相当高的强度、良好的耐磨性和耐久性、较强的装饰性，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，易于就地取材并且资源丰富，易于就地取材 ，所以在现代建筑中，所以在现代建筑中应用仍十

2、分广泛应用仍十分广泛。第二章 天然石材n第一节第一节 岩石的形成及分类岩石的形成及分类n第二节第二节 建筑石材的技术性能建筑石材的技术性能n第三节第三节 建筑上常用岩石建筑上常用岩石n第四节第四节 石材的加工类型及选用石材的加工类型及选用n岩石是构成地壳的主要物质。岩石是构成地壳的主要物质。n是由各种不同的地质作用所形成的天然固态矿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。物的集合体。n具有一定的化学成分、矿物成分、结构和构造。具有一定的化学成分、矿物成分、结构和构造。2.1 2.1 岩石的形成及分类岩石的形成及分类 按按地质形成条件地质形成条件不同，通常可分为三大类，即不同，通常可

3、分为三大类，即岩浆岩（火岩浆岩（火成成岩）岩）、沉积岩沉积岩和和变质岩变质岩。2.1 2.1 岩石的形成及分类岩石的形成及分类2.1 2.1 岩石的形成及分类岩石的形成及分类 1.1.火成岩火成岩 （岩浆岩（岩浆岩 ） 火成岩又称火成岩又称岩浆岩岩浆岩，它，它是因地壳变动，熔融的岩浆是因地壳变动，熔融的岩浆由地壳内部上升后冷却而成。由地壳内部上升后冷却而成。 根据根据岩浆冷却条件岩浆冷却条件的不的不同，又分为：同，又分为：深成岩、喷出深成岩、喷出岩和火山岩。岩和火山岩。 玄武岩：喷出岩，即玄武岩：喷出岩，即喷出喷出地表地表迅速冷却而成，大部分结晶不完全。迅速冷却而成，大部分结晶不完全。火山灰：

4、火山灰：火山岩火山岩，即，即火山爆发，岩浆在火山爆发，岩浆在空气中空气中急速冷却。形成的玻急速冷却。形成的玻璃质结构，表观密度小。璃质结构，表观密度小。火山渣火山渣浮石浮石常用的岩浆岩：常用的岩浆岩：花岗岩花岗岩深成岩的一种，分布较广；深成岩的一种，分布较广；花岗岩构造致密，较小的孔隙花岗岩构造致密，较小的孔隙率和吸水率；率和吸水率；较大的密度和抗压强度，耐酸；较大的密度和抗压强度，耐酸；耐火性能差；耐火性能差；优良的装饰性能。优良的装饰性能。常用的岩浆岩：常用的岩浆岩：玄武岩玄武岩喷出岩的一种喷出岩的一种；由斜长石，橄榄石和辉石组成由斜长石，橄榄石和辉石组成；硬度高脆性大，抗风化能力强硬度高

5、脆性大，抗风化能力强；常用于高强混凝土的骨料，道常用于高强混凝土的骨料，道路路面和水利工程路路面和水利工程。 2 2. .沉积岩沉积岩 也称水成岩，是各种也称水成岩，是各种岩石经风化、搬运、沉积和岩石经风化、搬运、沉积和再造岩作用而形成的岩石。再造岩作用而形成的岩石。沉积岩呈层状构造，孔隙率沉积岩呈层状构造，孔隙率和吸水率大，强度和耐久性和吸水率大，强度和耐久性较火成岩低。但因沉积岩分较火成岩低。但因沉积岩分布广容易加工，在建筑上应布广容易加工，在建筑上应用广泛。用广泛。常用的沉积岩：常用的沉积岩：石灰石石灰石石灰石：主要成分为石灰石：主要成分为cacocaco3 3，主要矿物为方解石。，主要

6、矿物为方解石。使用如下：使用如下：(1)(1)石灰岩是生产水泥和石灰的主要原料；石灰岩是生产水泥和石灰的主要原料；(2)(2)石灰岩块石可用于基础，墙身，台阶和路面，水利工程石灰岩块石可用于基础，墙身，台阶和路面，水利工程中可用于堤岸，护坡等；中可用于堤岸，护坡等；(3)(3)石灰岩碎石是混凝土常用的骨料。石灰岩碎石是混凝土常用的骨料。常用的沉积岩：常用的沉积岩：砂岩砂岩 由石英砂或石灰岩由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重新胶等细小碎屑经沉积并重新胶结而成的岩石。主要矿物为结而成的岩石。主要矿物为石英。石英。 其性质决定于胶结其性质决定于胶结物的种类和胶结的致密程度。物的种类和胶结的致密程度

7、。砂岩浮雕砂岩浮雕3 3. .变质岩变质岩 变质岩是地壳中变质岩是地壳中原有原有的各类岩石，在高温高压下，的各类岩石，在高温高压下，发生再结晶作用，矿物组成，结构发生部分或全部改发生再结晶作用，矿物组成，结构发生部分或全部改变所形成新的岩石。变所形成新的岩石。 大理岩大理岩由石灰岩和白云岩变质而成：建筑饰面材料。由石灰岩和白云岩变质而成：建筑饰面材料。 石英石英由砂岩变质而成：陶瓷和玻璃的主要原料。由砂岩变质而成：陶瓷和玻璃的主要原料。 深成岩变质后，深成岩变质后，性能变差性能变差。常用的变质岩常用的变质岩(1)(1)大理岩大理岩(2)(2)石英岩石英岩(3)(3)片麻岩片麻岩n物理性能：表观

8、密度；吸水性；导热性物理性能：表观密度；吸水性；导热性n力学性能：抗压强度；冲击韧性；硬度；耐磨性力学性能：抗压强度；冲击韧性；硬度；耐磨性n装饰性能装饰性能2.2 2.2 建筑石材的技术性能建筑石材的技术性能1 1、花岗岩花岗岩n在在建筑工程中，花岗岩是用得最多建筑工程中，花岗岩是用得最多的一种岩石的一种岩石。n花岗岩花岗岩可用于基础、勒脚、柱子、可用于基础、勒脚、柱子、踏步、地面和室内外墙面等踏步、地面和室内外墙面等。n经经磨光后，色泽美观，装饰效果极磨光后，色泽美观，装饰效果极好，是室内外主要的高级装修、装好，是室内外主要的高级装修、装饰材料。饰材料。2.2.3 3 建筑中常用岩石建筑中

9、常用岩石2 2、砂、砂岩岩n硅质砂岩、钙质砂岩、铁质砂硅质砂岩、钙质砂岩、铁质砂岩、泥质砂岩四类。岩、泥质砂岩四类。n性能以硅质砂岩最佳，依次递性能以硅质砂岩最佳，依次递减。减。n前三类应用于室内、外墙面和前三类应用于室内、外墙面和地面装饰。地面装饰。2.2.3 3 建筑中常用岩石建筑中常用岩石3 3、大理、大理岩岩n大理岩由石灰岩或白云大理岩由石灰岩或白云岩变质而成。属等粒变岩变质而成。属等粒变晶结构，块状构造。晶结构，块状构造。n质地致密但硬度不大，质地致密但硬度不大，加工容易，加工后的色加工容易，加工后的色彩美观，纹理自然，是彩美观，纹理自然，是优良的室内装饰材料。优良的室内装饰材料。n

10、大理岩不宜用作城市内大理岩不宜用作城市内建筑物的外部装饰。建筑物的外部装饰。n大理岩主要用于室内墙大理岩主要用于室内墙地面、柱面、踏步等。地面、柱面、踏步等。 2.2.3 3 建筑中常用岩石建筑中常用岩石土木工程中用到的石材常加工为土木工程中用到的石材常加工为：n毛石毛石n料石料石n板材板材n颗粒颗粒2.2.4 4 石材的加工类型及选用石材的加工类型及选用2.2.3 3 石材的加工类型及选用石材的加工类型及选用石材的加工类型石材的加工类型1 1、毛石、毛石 定义：是在采石场定义：是在采石场由爆破直接获得的由爆破直接获得的石块。石块。 应用：毛石可用于应用：毛石可用于砌筑基础、勒脚、砌筑基础、勒

11、脚、墙身、堤坝、挡土墙身、堤坝、挡土墙等，乱毛石也可墙等，乱毛石也可用作毛石混凝土的用作毛石混凝土的骨料。骨料。 石材的加工类型石材的加工类型2 2、料石、料石 一般由致密均匀的砂一般由致密均匀的砂岩、石灰岩、花岗岩加岩、石灰岩、花岗岩加工而成。工而成。 用于砌筑墙身、踏步、用于砌筑墙身、踏步、地坪、拱和纪念碑等；地坪、拱和纪念碑等；形状复杂的料石制品可形状复杂的料石制品可用作柱头、柱基、窗台用作柱头、柱基、窗台板、栏杆和其他装饰等。板、栏杆和其他装饰等。石材的加工类型石材的加工类型3 3、板材、板材 多为饰面材料，主要多为饰面材料，主要有花岗石和大理石。一有花岗石和大理石。一般打磨成般打磨成

12、20mm20mm厚。厚。 其他：地坪和路面用石材，其他：地坪和路面用石材，要求紧密耐磨，抗冻，抗冲要求紧密耐磨，抗冻，抗冲击。击。 青石板青石板n特点：来源广，硬度低，易劈，便特点：来源广，硬度低，易劈，便于开采，具有一定的强度和耐久性；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颜色多为豆青色和深豆青色带灰白结晶颗粒等多种。结晶颗粒等多种。n应用：可用于建筑物墙裙、地坪铺应用：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。好的立体感、怀旧感、古建筑风格。2.2.3 3 石材的加工类型及选用石材的加工类型及

13、选用2.2.3 3 石材的加工类型及选用石材的加工类型及选用石材的选用原则石材的选用原则 在建筑施工和设计中，石材的选用主要根据在建筑施工和设计中，石材的选用主要根据适用性、适用性、经济性、安全性经济性、安全性这三个原则。这三个原则。 n适用性适用性：承重构件（抗压强度）；围护结构（绝热性能）；用作承重构件（抗压强度）；围护结构（绝热性能）；用作地面、台阶、踏步等（坚韧耐磨）地面、台阶、踏步等（坚韧耐磨）n经济性经济性：运输运输方方便便（就地取材就地取材）n安全性：安全性：天然石材中含镭、钍、铀三种放射性元素，在衰变过程天然石材中含镭、钍、铀三种放射性元素，在衰变过程中会产生放射性物质中会产生

14、放射性物质氡气。按放射指标限量标准分为氡气。按放射指标限量标准分为a、b、c类。类。b类不可用于民用建筑工程内部装饰，工业可用（因其空间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），较大），c类只可用于室外饰面工程。类只可用于室外饰面工程。第二章第二章 天然石材天然石材第三章第三章 胶凝材料胶凝材料第三章 胶凝材料n胶凝材料：在土木过程中，能将各种散粒矿质材料或胶凝材料：在土木过程中，能将各种散粒矿质材料或块状材块状材料粘料粘结成为一个整体的结成为一个整体的材料材料。n分类：分类： 有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶有机胶凝材料：沥青、树脂、橡胶 无机胶凝材料：气硬性胶凝材料无机胶凝材

15、料：气硬性胶凝材料 水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料第三章 胶凝材料n气硬性胶凝材料气硬性胶凝材料：只能在空气中硬化、保持或持续发：只能在空气中硬化、保持或持续发展强度的无机胶凝材料。展强度的无机胶凝材料。 常用：常用：石灰、石膏石灰、石膏、水玻璃等。、水玻璃等。n特点：特点：在水中不凝结，也基本没有强度。即使在潮湿在水中不凝结，也基本没有强度。即使在潮湿环境中强度也很低，通常不宜使用。环境中强度也很低，通常不宜使用。n水硬性胶凝材料水硬性胶凝材料：不仅在空气中而且在水中能更好地：不仅在空气中而且在水中能更好地硬化，并保持和发展其强度硬化，并保持和发展其强度( (各种各种水泥水泥) )。3 3.

16、.1 1 石灰石灰n主要原料：石灰石、白主要原料：石灰石、白云石、白垩、贝壳等。云石、白垩、贝壳等。n石灰熟化（消化）石灰熟化（消化）：工：工地上使用石灰时，通常地上使用石灰时，通常将生石灰加水，使之消将生石灰加水，使之消解为熟解为熟( (消消) )石灰石灰氢氢氧化钙的过程。氧化钙的过程。n特点：速度快；体积膨特点：速度快；体积膨胀；放出大量的热。胀；放出大量的热。3 3. .1 1 石灰石灰n石灰硬化石灰硬化：石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同：石灰浆体在空气中逐渐硬化，是由以下两个同时进行的过程来完成的：结晶作用（干燥硬化）和碳化作时进行的过程来完成的：结晶作用（干燥硬化）和碳化作用

17、（碳化硬化）。用（碳化硬化）。n特点：特点：n结晶自里向表，碳化自表向里结晶自里向表，碳化自表向里n速度慢（通常需要几周的时间）速度慢（通常需要几周的时间）n体积收缩大（容易产生收缩裂缝）体积收缩大（容易产生收缩裂缝）3 3. .1 1 石灰石灰技术特性技术特性n保水性和可塑性：水泥砂浆保水性和可塑性：水泥砂浆n硬化过程缓慢：二氧化碳稀薄，表面外壳硬化过程缓慢：二氧化碳稀薄，表面外壳n硬化时体积收缩大：掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗硬化时体积收缩大：掺入砂、纸筋等以减少收缩、提高抗裂能力裂能力n硬化后强度低硬化后强度低n易受潮不宜存放易受潮不宜存放n耐水性差耐水性差3 3. .1 1 石灰石

18、灰工程应用工程应用n石灰乳：廉价涂料石灰乳：廉价涂料n石灰砂浆石灰砂浆n石灰土（灰土）：低档基础及面石灰土（灰土）：低档基础及面层材料层材料n三合土：常用于建筑物基础、路三合土：常用于建筑物基础、路面的垫层面的垫层n硅酸盐制品：灰砂砖、粉煤灰砖、硅酸盐制品：灰砂砖、粉煤灰砖、粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等粉煤灰砌块、硅酸盐砌块等3 3. .2 2 石膏石膏n以硫酸钙为主要成分的矿以硫酸钙为主要成分的矿物，当石膏中含有结晶水物，当石膏中含有结晶水不同时可形成多种性能不不同时可形成多种性能不同的石膏。同的石膏。n硬石膏：生产硬石膏水泥硬石膏：生产硬石膏水泥n天然石膏：生产建筑石膏天然石膏：生产建筑石膏3

19、 3. .2 2 石膏石膏凝结硬化凝结硬化n建筑石膏的水化反应建筑石膏的水化反应n建筑石膏的凝结：浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小。建筑石膏的凝结：浆体的稠度逐渐增大，可塑性逐渐减小。n建筑石膏的硬化：终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连建筑石膏的硬化：终凝后，其晶体颗粒仍在不断长大和连生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也不生，形成相互交错且孔隙率逐渐减小的结构，其强度也不断增大，直至水分完全蒸发。断增大，直至水分完全蒸发。3 3. .2 2 石膏石膏技术性能技术性能n强度强度n细度细度n凝结时间（初凝、终凝）凝结时间（初凝、终凝）3 3. .2 2 石膏石膏性能特点性能特点n凝结

20、硬化速度快凝结硬化速度快n硬化时体积膨胀硬化时体积膨胀n轻质多孔，但强度低轻质多孔，但强度低n保温、隔热、吸声、吸湿能力强：硬化过程中保温、隔热、吸声、吸湿能力强：硬化过程中n防火性好防火性好n耐水性差耐水性差n装饰性及可加工性好装饰性及可加工性好3 3. .2 2 石膏石膏主要用途主要用途n配制石膏砂浆及粉刷石膏；配制石膏砂浆及粉刷石膏；n制作各种保温、吸声、防火制作各种保温、吸声、防火制品：石膏板、石膏砌块等。制品：石膏板、石膏砌块等。如：吊顶、隔板如：吊顶、隔板n制作各种装饰制品制作各种装饰制品n制作建筑雕塑和模型等制作建筑雕塑和模型等n生石膏可作为水泥生产原料生石膏可作为水泥生产原料3

21、 3. .3 3 水泥水泥n世界上水泥的品种已达世界上水泥的品种已达200200多种。解放后，我国水泥产量多种。解放后，我国水泥产量快速上升，快速上升，19851985年我国水泥产量已跃居世界第一位，品种年我国水泥产量已跃居世界第一位，品种亦达亦达7070多种。现在已有多种。现在已有100100余种。余种。n我国我国常用的五大品种常用的五大品种硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥n水泥凝结硬化过程的各个阶段是交错进行的。水泥凝结硬化过程的各个阶段是交错进行的。 3 3. .3 3 水泥水

22、泥影响水泥凝结硬化的主要因素影响水泥凝结硬化的主要因素n水泥的熟料矿物组成水泥的熟料矿物组成：水化速度快，早强高：水化速度快，早强高n石膏的掺量石膏的掺量：调节水泥凝结硬化速度：调节水泥凝结硬化速度n水泥浆的水灰比水泥浆的水灰比：大，初期水化反应充分：大，初期水化反应充分n龄期龄期 （养护时间）（养护时间）：28天天n环境温度和湿度环境温度和湿度 ：提高温度加速硅酸盐水泥早期水化，：提高温度加速硅酸盐水泥早期水化，早强快早强快n水泥养护水泥养护：保持水泥浆温度和湿度的措施。：保持水泥浆温度和湿度的措施。 3 3. .3 3 水泥水泥凝结时间凝结时间：包括初凝时间和终凝时间：包括初凝时间和终凝时

23、间n初凝时间：初凝时间：开始失去可塑性开始失去可塑性n终凝时间：终凝时间：完全失去可塑性完全失去可塑性 n初凝的时间不宜过快：不得早于初凝的时间不宜过快：不得早于45分钟分钟n终凝时间又不宜过迟：不得迟于终凝时间又不宜过迟：不得迟于6.5小时小时n凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规凡初凝时间不符合规定者为废品，终凝时间不符合规定者为不合格品。定者为不合格品。 3 3. .3 3 水泥水泥体积体积安定安定性：性：水泥水泥在凝结硬化过程中体积变化的均匀性在凝结硬化过程中体积变化的均匀性。n硬化过程不均匀体积硬化过程不均匀体积变化变化，导致，导致水泥石膨胀开裂、翘曲，水泥石膨胀开裂、翘曲

24、，即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚即安定性不良。安定性不良的水泥会降低建筑物质量，甚至引起严重事故至引起严重事故。水泥水泥安定性不良的安定性不良的原因原因：n熟料熟料中游离氧化钙过多。中游离氧化钙过多。 n熟料熟料中游离氧化镁过多。中游离氧化镁过多。 n石膏石膏掺量过多。掺量过多。3 3. .3 3 水泥水泥水泥强度水泥强度n将将水泥、标准砂及水水泥、标准砂及水按规定比例拌制成塑按规定比例拌制成塑性水泥胶砂，并按规性水泥胶砂，并按规定方法制成定方法制成4 44 416cm16cm的试件的试件，在标准温度（在标准温度（202011）的水中）的水中养护，测定其养护，测定其抗折及抗

25、折及抗压强度抗压强度。3 3. .3 3 水泥水泥硅酸盐水泥的特性硅酸盐水泥的特性n强度等级高、强度发展强度等级高、强度发展：重要结构的高强度混凝土和：重要结构的高强度混凝土和预应力混凝土工程；早期强度要求高和冬季施工。预应力混凝土工程；早期强度要求高和冬季施工。 n抗冻性好抗冻性好：孔隙率小，密实；早强高；适用于反复冻：孔隙率小，密实；早强高；适用于反复冻融工程。融工程。 n耐腐蚀性差耐腐蚀性差：不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的：不宜用于海水、矿物水等腐蚀性作用的工程。工程。n耐热性较差耐热性较差：高温下脱水和分解，结构遭受破坏。：高温下脱水和分解，结构遭受破坏。n水化热高水化热高：不宜用

26、于大体积混凝土工程中。：不宜用于大体积混凝土工程中。3 3. .3 3 水泥水泥 硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥普通水泥矿渣水泥矿渣水泥火山灰水泥火山灰水泥粉煤灰水泥粉煤灰水泥成成分分水泥熟料及少水泥熟料及少量石膏量石膏在硅酸盐水泥中掺在硅酸盐水泥中掺活性混合材料活性混合材料1515以下或非活性混合以下或非活性混合材料材料1010以下以下在硅酸盐水泥中掺入在硅酸盐水泥中掺入20207070的粒化高炉矿的粒化高炉矿渣渣在硅酸盐水泥中掺入在硅酸盐水泥中掺入20205050火山灰质混火山灰质混合材料合材料在硅酸盐水泥中掺在硅酸盐水泥中掺入入20204040粉煤灰粉煤灰特特性性早期强度高；早期强度高；水化热较大；水化热较大；抗冻性较好；抗冻性较好；耐蚀性差；干耐蚀性差；干缩较小缩较小与硅酸盐水泥基本与硅酸盐水泥基本相同相同早期强度低，后期强度早期强度低，后期强度增长较快，水化热较低；增长较快，水化热较低；耐蚀性较强；抗冻性