第二章 天然石材

2.1天然石材1、岩石的组成及分类2、天然石材的技术性质3、石材的加工类型及选用2.1天然石材1、岩石的组成及分类2、天然石材的技术性质3、石材的加工类型及选用1、岩石的组成及分类（1）天然岩石的组成元素矿物岩石：单矿岩和多矿岩O长石花岗岩Si石英玄武岩Ca云母砂岩Fe角闪石页岩Al方解石地质作用（2）天然岩石的分类（一）岩浆岩（二）沉积岩（三）变质岩（一）岩浆岩

Igneousrock

1．岩浆岩的形成

岩浆：地壳下面存在着的高温高压熔融状态的硅酸盐物质，主要成分是SiO2，还有其他元素、化合物及挥发组分。地壳内部熔融岩浆上升冷凝而成。根据冷却条件不同，可分为以下三类：（1）深成岩：地壳深处（形成深度在地表以下5km）（2）喷出岩：喷出地表（3）火山岩：火山爆发岩浆岩的分类（按SiO2含量）

超基性岩(SiO2<45%)橄榄岩(深成岩)基性岩(SiO2：52%～45%)玄武岩(喷出岩)辉长岩(深成岩)中性岩(SiO2：52%～65%)安山岩(喷出岩)正长岩(深成岩)酸性岩(SiO2>65%)流纹岩(喷出岩)花岗岩(深成岩)（1）花岗岩花岗岩构造致密，较小的孔隙率和吸水率较大的密度和抗压强度优良的装饰性能

（2）玄武岩由斜长石、橄榄石和辉石组成。硬度高脆性大，抗风化能力强。常用于高强混凝土的骨料、道路路面和水利工程。（3）浮石、火山灰浮石是颗粒状的火山岩。可作为轻混凝土的骨料。火山灰是粉状火山岩。能与石灰反应生成水硬性胶凝材料。可作为水泥的混合材和混凝土的外掺料。（二）沉积岩

Sedimentaryrock

1．沉积岩的形成由地表的各类岩石经自然界的风化作用，被风力、水流和冰川搬迁后再沉淀堆积，在地表或地表下不太深的地方形成的岩石。沉积岩的孔隙率和吸水率大，表观密度小，抗压强度低，耐久性差。

沉积岩按生成条件可分为三类：（1）机械沉积是岩石经自然风化而松散破碎后，经风力、水流和冰川等搬运、沉积、重新压实而成的岩石，砂岩和页岩等。（2）化学沉积是岩石中易溶于水的矿物，经聚集沉积而成的岩石，有石膏、白云岩和菱镁石等。（3）生物沉积是各种生物死亡后的残骸沉积而成的岩石，有白垩和硅藻土等。沉积岩的矿物组成碎屑矿物（如石英、长石、白云母等）化学沉积矿物(方解石、白云石、石膏、石盐以及铁、锰氧化物)胶结物（矿物及岩屑颗粒间的粘结物）粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、伊利石等）kAOLINITE高岭石Al2Si2O5(OH)4

Montmorillonite

蒙脱石(Na,Ca)0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2·n(H2O)Montmorillonite

蒙脱石Illite

伊利石

KAl2[(OH)2|AlSi3O10]non-expanding,clay-sized,dioctahedral,micaceousmineralsCalcite

方解石CaCO3

Dolomite白云石CaMg(CO3)2

Dolomite白云石CaSO4·2H2OGypsum石膏Limonite褐铁矿2Fe2O3.3H2O有机质及生物残骸（贝壳、硅藻土、泥炭、石油等）2．常用的沉积岩石灰岩：主要化学成分为CaCO3，主要矿物为方解石。使用如下：

1、石灰岩是生产水泥和石灰的主要原料；

2、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；

3、石灰岩碎石是混凝土常用的骨料。（三）变质岩

Metamorphicrock

1．变质岩的形成变质岩是地壳中原有的各类岩石，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变所形成新的岩石。大理岩由石灰岩和白云岩变质而成：建筑饰面材料。石英由砂岩变质而成：陶瓷和玻璃的主要原料。2．常用的变质岩（1）大理岩（2）石英岩（3）片麻岩（一）表观密度表观密度与矿物组成和孔隙率有关。表观密度可间接反映出石材的致密程度、孔隙率、抗压强度、吸水率和耐久性等性能。2、天然石材的技术性质

一、物理性质石材按表观密度大小分为：1、重石表观密度≥1800kg/m3，主要用于基础、路面、桥梁、承重墙、水工建筑物等。2、轻石表观密度＜1800kg/m3，主要用于墙体材料。

（二）吸水性岩石在一定的试验条件下吸收水分的能力，称为岩石的吸水性。常用吸水率、饱和吸水率与饱水系数等指标表示。吸水率低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石吸水率介于1.5%—3.0%的岩石称为中吸水性岩石吸水率高于3.0%的岩石称为高吸水性岩石(1)吸水率岩石的吸水率(Wa)是指岩石试件在大气压力和室温条件下自由吸入水的质量(mw1)与岩样干质量(mw2)之比，用百分数表示，即

(2)饱和吸水率岩石的饱和吸水率(Wp)是指岩石试件在高压(一般压力为15MPa)或真空条件下吸入水的质量(mw2)与岩样干燥质量(ms)之比，用百分数表示，即(3）饱水系数岩石的吸水率(Wa)与饱和吸水率(Wp)之比，称为饱水系数。反映了岩石中大、小开口孔隙的相对比例关系。饱水系数愈大，岩石中的大开口孔隙相对愈多，而小开口孔隙相对愈少。饱水系数大，说明常压下吸水后余留的孔隙就愈少，岩石愈易被冻胀破坏，因而其抗冻性差

(三)岩石的耐水性岩石浸水饱和后强度降低的性质，称为软化性。用软化系数(KR)表示。KR定义为岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值，即按软化系数分为高、中、低三等：

1、K软＞0.90，为高耐水性石材

2、0.75~0.90，为中耐水性石材

3、0.60~0.75，为低耐水性石材经常与水接触的建筑物中，石料的K软＞0.75~0.90。（四）抗冻性岩石抵抗冻融破坏的能力，称为抗冻性。常用抗冻系数和质量损失率来表示。抗冻系数(Rd)是指岩石试件经反复冻融后的干抗压强度(σc2)与冻融前干抗压强度(σc1)之比，用百分数表示，即质量损失率(Km)是指冻融试验前后干质量之差(ms1－ms2)与试验前干质量(ms1)之比，以百分数表示，即：（五）抗风化性水、冰、化学因素造成岩石开裂或剥落的过程，称为岩石的风化。（六）安全性少数天然石材中可能含有某些放射性元素，如镭-226，钾-40等，若超过国家规定的标准是不安全的，它们对人体健康有害。⒉风化作用的类型⑴物理风化指:地表成因（主要指温度、水等）使得岩石产生机械崩解的过程现象：热胀冷缩、冰劈、晶胀等结果：使得岩石块体越来越小CompassbergMountainsinSouthAfrica.Manygeologicalprocessesareatworkhere,particularlyfreeze-thawactioninwhichrocksarebrokenapartbytheexpansionoffrozenwaterandrepeatedheatingandcooling.

HalfDomeThat'sthenorthsideofEnchantedRockitself.Niceexfoliation,eh?⑵化学风化作用方式水化：CaCO3(石灰岩）＋CO2＋H2OCa(HCO3)2

(重碳酸钙)指：岩石在水、水溶液和空气中的氧与二氧化碳等的作用下所发生的溶解、水化、水解、碳酸化和氧化等一系列复杂的化学变化。溶解：

CaSO4(硬石膏）＋2H2O

CaSO4˙2H2O(石膏，体积增大30%）Dissolutionofsandstone.Oregoncoast水解：长石高岭土(附属物KOH、SiO2被水带走）水解氧化：黄铁矿(FeS2)褐铁矿（Fe2O3

˙nH2O)氧化⑶生物风化指：生物在生长和分解过程中直接或间接地对岩石矿物产生的物理化学作用现象有机酸硝酸碳酸亚硝酸生物死亡人类的工程活动促成风化作用植物、细菌新陈代谢腐蚀岩石腐殖质(有机酸)根劈：根劈压力可达10～15Kg／cm2孔隙率和矿物成分。风化程度用系数Kw表示，Kw为风化岩石与新鲜岩石的单轴抗压强度的比值。防风化的主要措施：1、磨光石材表面2、防止表面积水3、采用有机硅喷涂表面4、对硅酸盐类岩石，可用氟硅酸镁溶液处理表面二、力学性质（一）抗压强度Compressivestrength

以三个边长为70mm的立方体试件，吸水饱和下的抗压强度算术平均值。根据强度值划分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10九个强度等级。立方体边长（mm）2001501007050换算系数1.431.281.1410.86水利工程中，将石材按ф50ｍｍ×100ｍｍ的圆柱体或50ｍｍ×50ｍｍ×100ｍｍ的棱柱体，在浸水饱和状态下的极限抗压强度划分为100、80、70、60、50、30六个强度等级。

强度影响因素形状和尺寸：尺寸越小，强度越高矿物组成：主要矿物为石英时强度较高，但云母含量多时强度低。构造：有层理的岩石，垂直于层理方向的强度高于平行层理方向的强度孔隙率和风化：较大的孔隙率，易风化，易降低岩石强度（二）冲击韧性

石材的冲击韧性决定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、辉绿岩等有较高的韧性。（三）硬度石材的硬度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。岩石的硬度以莫氏硬度表示。（四）耐磨性石材的耐磨性可用磨耗率表示。磨耗率是指其抵抗撞击、边缘剪力和摩擦联合作用的能力，多采用洛杉矶试验进行测定。

洛杉矶磨耗实验：将一定质量且有一定级配的石料试样和钢球置于搁板式试验机中，以30—33r/min的转速转动到要求次数后停止，取出试样过筛并称量，石料的磨耗率QM采用下式计算：m1:试验前装入试验机中石料试样质量，gm2:试验后洗净烘干的筛上试样的质量，g3、加工类型及选用（一）天然岩石的加工

建筑工程使用的天然石材常加工为散粒状、块状，形状规则的石块、石板，形状特殊的石制品等。（1）粒状石材①碎石由天然岩石、卵石或矿山废石经人工或机械破碎、筛分而制成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。主要用于配制混凝土或作道路、基础等垫层。②卵石母岩经自然条件风化、磨蚀、水流搬运和分选、堆积形成的粒径大于4.75mm的岩石颗粒。卵石在建筑工程中的用途与碎石一致，还可作为装饰混凝土的骨料和园林庭院地面的铺砌材料等。③石碴用天然大理石或花花岗石等的残碎料加工而成，具有多种颜色和装饰效果。可作人造大理石、水磨石、斩假石、水刷石等的骨料，还可用于制件干黏制品。（2）砌筑用块状石材①毛石在采石场爆破后直接得到的形状不规则的石块。按其表面的平整程度分为乱毛石和平毛石。常用于砌筑基础、堤坝、墙身、挡土墙等。②料石用毛料加工成较为规则、具有一定规格的六面体石材。按料石表面加工和平整程度分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石。常用于砌筑墙身、地坪、踏步、拱和纪念碑等；形状复杂的料石制品可用于柱头、柱基等。

（3）板材用结构致密的岩石经凿平或锯解而成的、厚度一般为20mm的板状石材。建筑工程上常采用大理石板材和花岗岩板材两种。（二）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，