建筑材料教学课件建筑石材

1、第二章 建筑石材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；（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。第1页

2、，共77页。本章教学目标掌握：石材的物理。力学性质、性能、选用原则和应用范围 熟悉：工程中常用的石材种类了解：天然岩石的地质成因及分类。 第2页，共77页。赵州桥是我国现存最早的大型石拱桥，也是世界上现存最古老、跨度最长的圆弧拱桥。第3页，共77页。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”。 第4页，共77页。石材的应用历史“谁扰乱了这

3、位法老的安宁；展翅的死神将降临他头上。”第5页，共77页。光面与毛面石板的对比第6页，共77页。各种天然石材第7页，共77页。墙面贴小块较薄石片工艺第8页，共77页。什么是岩石？第9页，共77页。材的形成及种类什么是岩石？第10页，共77页。地壳化学组成第11页，共77页。一、建筑石材的分类分天然石材和人工石材两大类。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）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）

4、耐磨性好。 缺点： 抗拉强度低、体积密度大、硬度高，开采和加工较困难。第12页，共77页。2.人造石材-利用各种方法加工制造的具有类似天然石材性质、纹理和质感的合成材料，如人造大理石、花岗石等。 优点质轻、强度高、耐污染、耐腐蚀、施工方便。 第13页，共77页。 第一节 岩石的基本知识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

5、。如花岗岩是由长石、石英、云母等矿物组成的多矿岩。第14页，共77页。一、造岩矿物主要指组成岩石的矿物，造岩矿物大部分是硅酸盐、碳酸盐矿物。建筑中常用的岩石为花岗石、正长岩、闪长岩、石灰岩、砂岩、大理岩和石英岩等。第15页，共77页。1. 石英2. 长石3. 云母4. 角闪石、辉石、橄榄石 5. 方解石6. 白云石7. 有害造岩矿物岩石中的主要造岩矿物第16页，共77页。1.石英石英为结晶状的SiO2，两端为尖形的六方柱状晶形，是最坚硬稳定的矿物。密度约为2.65 g/cm3，莫氏硬度为7，非常坚硬，强度高，化学稳定性及耐久性高。石英熔化温度为1710，但受热温度达573以上时，因晶型转变会产

6、生裂缝，甚至松散。石英常见的有白色、乳白色和浅灰色。纯净的SiO2无色透明，称为“水晶”。一、岩石中的主要造岩矿物第17页，共77页。2.长石 长石为钾、钠、钙等的铝硅酸盐晶体。长石有正长石和斜长石之分。一、岩石中的主要造岩矿物正长石的化学成分是KAlSi3O8晶体呈短柱状和厚板状常见的为粒状或块状，密度为2.502.60 g/cm3，莫氏硬度为6，颜色呈肉红色、褐黄色。斜长石有钠长石NaAlSi3O8和钙长石CaAlSi3O8两种，晶体呈柱状，常见的为粒状或柱状，密度为2.612.76 g/cm3，莫氏硬度为6，颜色为灰白色和浅红色。长石强度比石英低，稳定性不及石英，易风化成高岭土。第18页

7、，共77页。3.云母 云母为片状含水铝硅酸盐。云母有白云母KAl2AlSi3O10 (OH)2、黑云母K(MgFe)AlSi3O10 (OH)2、金云母KMg3AlSi3O10 (OH)2等。云母密度为 2.703.10 g/cm3，莫氏硬度为23，易分解成薄片。当岩石中含有大量云母时，石材具有层理，降低了岩石的耐久性和强度，且表面难以磨光。相比之下，白云母耐久性好，黑云母易风化。 一、岩石中的主要造岩矿物白云母黑云母第19页，共77页。4.角闪石、辉石、橄榄石 角闪石、辉石、橄榄石均为结晶的铁镁硅酸盐。晶体为粒状、柱状，密度为3.004.00 g/cm3，莫氏硬度为57，颜色为暗绿或黑色，常

8、称为暗色矿物。这些造岩矿物强度高，韧性好，耐久性好。岩石中暗色矿物含量增多，其强度和耐久性也随之提高，但也给加工造成了困难。 一、岩石中的主要造岩矿物角闪石辉石橄榄石第20页，共77页。6.白云石白云石为结晶的碳酸钙镁复盐MgCO3CaCO3，密度为2.90 g/cm3，莫氏硬度为4，呈白色或灰色，强度高于方解石，物理性质与方解石接近。一、岩石中的主要造岩矿物第21页，共77页。7.有害造岩矿物如：石膏矿、菱镁矿、磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿等。 石膏易溶于水，岩石中含有石膏会降低其使用性能 黄铁矿为结晶的二硫化铁，岩石中含有黄铁矿，遇水及氧化作用后生成游离的硫酸，污染并破坏岩石。 一、岩石中的主要

9、造岩矿物第22页，共77页。二、岩石的种类及性质1.岩石的种类（1）按其形成原因可分岩浆岩、沉积岩、变质岩，三大类。建筑工程中常用的岩浆岩花岗岩、玄武岩、辉绿岩、火山灰、 浮石、凝灰岩。沉积岩-石灰岩、砂岩建筑中常用的变质岩-大理岩（又称大理石）、石英岩、片麻岩。第23页，共77页。天然岩石岩石的分类（按成因）（一）岩浆岩（火成岩）（二）沉积岩（水成岩）（三）变质岩第24页，共77页。岩石的分类 按岩石的形成条件岩浆岩（火成岩）/沉积岩/变质岩第25页，共77页。岩石的分类第26页，共77页。2.沉积岩根据沉积方式分机械沉积岩化学沉积岩生物沉积岩土木工程中常用的沉积岩有：石灰岩、砂岩、页岩、砾

10、岩、石膏、硅藻石、硅藻土、蛋白石等。第27页，共77页。3.变质岩变质岩是由原生的岩浆岩或沉积岩，经过地壳内部高温、高压等变化作用后而形成的岩石。 第28页，共77页。（一）岩浆岩 第一节 岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）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

11、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）第29页，共77页。（二）沉积岩 第一节 岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）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物沉积岩岩浆岩（火成岩）机械沉积岩是岩石风化破碎以后又经风、雨、河流及冰川等

12、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。化学沉积岩是岩石中的矿物溶于水后，经富集、沉积而成的岩石，如石膏、白云岩、菱镁矿等。石膏的化学成分为CaSO42H2O，是烧制建筑石膏和生产水泥的原料。白云岩的主要成分是白云石CaCO3MgCO3，其性能接近于石灰岩。菱镁矿的化学成分为MgCO3，是生产耐火材料的原料。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

13、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，易磨成粉末，有极强的吸水性。第30页，共77页。（三）变质岩第一节 岩石的组成和分类二、岩石的分类（按成因）岩石由于强烈的地质活动，在高温和高压下，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。

14、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。 变质岩第31页，共77页。2.岩石的性质 物理性质、力学性质、化学性质 2.1物理性质（1）体积密度（表观密度）-这是由其矿物质组成及致密所决定。 1） 意义体积密度的大小常常间接的反映了石材的致密程度和孔隙的多少。一般情况下：同种石材表观密度愈大，则抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性、导热性越好。 2） 分类：按其表

15、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，常用于墙体材料第32页，共77页。表观密度大于1800kg/m3为重石主要用于建筑物的基础、墙体、地面、路面、桥梁以及水上建筑物等表观密度小于1800kg/m3为轻石,可用来砌筑保暖房屋的墙体。天然石材的表观密度与其矿物组成、孔隙率、含水率等有关。致密的石材如花岗岩、大理石等其表观密度接近于其密度,约为25003100kg/m3 。 而孔隙率大的火山灰、浮石等,其表观密度约为5001700kg/m3。石材表观密度越大，结构越致密，抗压强度越高，吸水率越小，耐久性越好，导热性也越好。第33页，共77页。

16、（2）吸水率 1）意义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。 2）分类：低吸水性、中吸水性、高吸水性岩石第34页，共77页。（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。但硬度高的岩石开采困难、加工成本高。 （4）岩石的物理风化 自然界中的岩石多数风化是由于物理原因引起的： 内因与外因第35页，共77页。（5）抗 冻性Fn（6）耐水性KP（7）石材的安全性放射性元素第36页，共77页。2.2岩石的热学性质（1）导热性用其导热率表示。主要与其致密程度有关。岩石的

17、比热大于钢材、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。第37页，共77页。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。第38页，共77页。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采用边长为70mm的 标准立方体试块进行测试，

18、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 第39页，共77页。（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。第40页，共77页。1. 体积密度二、技术性质石材的毛体积密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。在一般情况下，同种石材的毛体积密度越大，强度越大，吸水率越小，抗冻性和耐久性越好，导热性也好。石材根据

19、毛体积密度可分为：轻质石材，毛体积密度小于1800kgm3，如：火山凝灰岩、浮石等，一般用于墙体材料。重质石材，毛体积密度大于1800 kgm3，如：花岗岩和大理岩等，可作为承重、装修和装饰用材料。第41页，共77页。2.强度等级二、技术性质石材的强度等级分为9个：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。它是以3个边长为70mm的立方体试块的抗压强度平均值确定划分的。石材的强度取决于造岩矿物及岩石的结构和构造。第42页，共77页。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。第二节 常用的建筑（装饰）石材第43页，共77页。第

20、二节 常用的建筑（装饰）石材分砌筑与装饰两大类选用标准：建筑用卵石、碎石规范（GB/T14685-2001） 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。 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。第44页，共77页。第45页，共77页。 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。分类按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

21、凸深度不大于20、15、10mm。 主要用于镶面第46页，共77页。2.料石是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，再略经凿琢而成。根据表面加工的平整程度分为以下四种： (1)毛料石：外形大致方正，一般不加工或稍加修整，高度不小于200mm，长度为高度的1.53倍。叠砌面凹凸深度不大于25mm。 (2)粗料石：高度和厚度都不小于200mm，且不小于长度的1/4，叠砌面凹凸深度不大于20mm。(3)半细料石：规格尺寸同上，叠砌面凹凸深度不大于15mm。(4)细料石：规格尺寸同上，叠砌面凹凸深度不大于10mm。料石一般由致密的砂岩、石灰岩、花岗岩开凿而成。主要用于建筑物的基础、勒脚、墙体等部位，

22、半细料石和细料石主要用作镶面材料。第47页，共77页。第48页，共77页。三、石材饰面板大理岩 它属于副变质岩，由石灰岩或白云岩变质而成，主要矿物组成为方解石和白云石。主要用于室内的装修，如墙面，柱面及磨埙较小的地面，踏步。第49页，共77页。三、石材饰面板1.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、异型板第50页，共77页。1、

23、花岗岩 常用建筑石材 它属于深成岩，其主要的矿物组成为长石，石英和少量的云母。 它耐磨性好，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。2.花岗石板材第51页，共77页。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

24、宜用大理石做地面材料。第52页，共77页。2.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。第53页，共77页。2.花岗石板材 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） 第54页，共77页

25、。3、青石装饰板材 属于沉积岩、砂岩类，主要矿物成分来石灰石、白云石。石灰岩砂岩第55页，共77页。青石板第56页，共77页。锈条石第57页，共77页。3.青石板特点：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。第58页，共77页。天然岩石的应用岩棉第59页，共77页。岩棉是保温材料中有一种很常见的材料。由天然岩石中的玄武岩制造而成。将玄武岩在2000的高温熔融，拉制成纤维，再浸泡在酚醛树脂里，使其成为棕色的类似于复写纸类的东西，加入浅色的白土粉

26、，使其成为石头纸，石头棉花。由于石头导热系数小，热损失少，所以非常适用于保温材料。再加上岩棉的“石头”性，密度大，孔隙小，所以也能具有很好的隔声吸声效果。可用于歌舞厅、OK厅及报告厅等有音响设施处，作为隔声保温材料。第60页，共77页。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类不可用

27、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。第61页，共77页。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 第62页，共77页。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）聚脂型人造石材第63页，共77页。二、石材的防

28、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。 第64页，共77页。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.选择天然石材应考虑哪些原则？为什么一般大理石板材不宜用于室外？6.人造石材有哪些类型？第65页，共77页。第三节 常用石材

29、一、花岗岩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。第66页，

30、共77页。第三节 常用石材三、玄武岩玄武岩属于喷出岩，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。第67页，共77页。第三节 常用石材四、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200