砌体材料的检测与应用-天然石材的检测与应用

一、天然岩石的分类与加工岩石的认识岩石指天然产出，已固结或疏松的组成地壳之物质。大多数的岩石是由矿物所组成，矿物是构成岩石的基本单位。岩石是矿物的集成物，可依多种方式分类之。从地质学上可分成火成岩、沈积岩及变质岩三种；依产出成型有块状岩、成层岩、剥状岩等多种；依化学成分区分有硅酸质岩、矾土质岩、石灰质岩、黏土质岩等多种；依组织之不同则可分成结晶质岩及碎屑质岩两种。

岩石为矿物之集成物，依地质学上的分类可分成三类：火成岩：由岩浆冷却形成之岩石沉积岩：沉积作用形成之岩石变质岩：因变质作用形成之岩石

火成岩

地壳之95%是由火成岩组成。岩石如花岗岩、玄武岩(黑色火成岩)及火山岩(或岩浆)系由熔融或半熔融状态之岩浆凝固所形成，通常为非层状与近似结晶状的结构。在地表或地表附近凝结而成且具有微结晶组织的暗黑色岩石，通常称为黑色火成岩。岩石的分类

火成岩：岩浆冷却后形成的岩石。火成岩─种类火山岩：岩浆喷至地表或在地表附近冷却而凝固形成火山岩。如玄武岩、安山岩。

深成岩：岩浆在地壳深处逐渐冷却凝固而形成深成岩。因岩浆冷却环境缓慢稳定，所能结晶的矿物颗粒就越大，如花冈岩。火成岩

火成岩是基于纹理组织(如粗晶粒、细晶粒、或玻璃质)与矿物成分来分类，如花岗岩呈现出粗晶粒、玄武岩呈现出细晶粒、浮石属玻璃质。岩石的分类─火成岩三大岩类岩石名称形成方式火成岩花冈岩岩浆在地表下深处，岩浆冷却形成。(

大陆地壳)玄武岩岩浆喷出地表，岩浆冷却形成。(

海洋地壳)安山岩海洋地壳(

玄武岩)与海洋沉积物在地

底高温下熔化形成岩浆，再喷出地表后形成。火山岩：岩浆冷却处在地表或靠近地表，冷却速度快矿物颗粒较细小。深成岩：岩浆冷却处在地壳较深处，冷却速度慢矿物颗粒较大。酸性中性基性超基性火山岩流纹岩安山岩玄武岩深成岩花岗岩闪长岩辉长岩橄榄岩火成岩依硅酸含量（SIO2）之分类

种别硅酸含量（%）特性酸性岩60以上白色，比重小，含有无色矿物（如石英、长石）中性岩66～52灰色，有色与无色矿物约各半基性岩52以下黑色，比重较大，含有色矿物（如橄榄石、辉石、角闪石）火成岩─比较名称组成颗粒大小岩浆冷却快慢铁、镁成分含量二氧化硅成份含量玄武岩较小迅速冷却多少安山岩较小迅速冷却中中花冈岩较大缓慢冷却少多台中丰乐公园活动中心火成岩─用途花冈岩：硬度大、抗风化，所以一般大楼地板、外墙与纪念石碑、墓碑常使用花冈岩。岩石的分类沉积岩：岩石受风化、侵蚀、搬运、沉积、成岩(压密、胶结)所形成的岩石。三大岩类在地壳中含量最多的是火成岩；最少的是沉积岩，仅分布在地表至地下最深5公里处，因此在地表最容易见到其踪迹。岩石的分类─沉积岩三大岩类岩石名称形成方式沉积岩石灰岩由珊瑚或贝壳组成。砾岩>2mm，大颗粒碎屑沉积物。砂岩2~1/256mm，中颗粒碎屑沉积物。页岩<1/256mm，细颗粒碎屑沉积物。沉积岩─种类

碎屑沉积岩：如砾岩、砂岩、页岩。砂岩页岩砾岩沉积岩─种类生物沉积岩：如石灰岩。化学沉积岩：蒸发岩(

岩盐)。砾岩、砂岩、页岩都是由碎屑沉积物所组成，其碎屑颗粒大小不同，以砾岩最大，以页岩最小。

石灰岩是古代珊瑚或贝类死亡后遗骸所形成，主要成份为

CaCO3。沉积作用岩石碎屑经由搬运作用而移到另外一个地方时，因为自然营力的减弱，便会进行沉积作用，这些沉积物又会经由成岩作用而形成沉积岩。而成岩作用是将疏松沉积物质堆积，直到硬化为沉积岩时的一切地质作用。但这段期间，还须经过几种过程。压缩过程—由于堆积物本身重量产生的压力，使得颗粒间的水分排除，空隙会减小，但此时颗粒间仍是彼此分开的。胶结过程—会使沉积物空隙因为胶结质的充填而固结成岩石，颗粒间就不再松散了。沉积岩(水成岩)沉积岩如砂岩、石灰岩、白云岩及页岩等，主要由水及冰川作用将物质搬运与堆积后凝结而成。沉积岩石覆盖将近75%之地表，它主要为火成岩经物理、化学或生物化学在风化或侵蚀后之沉淀物所形成的硬固层。碎屑岩组成颗粒岩石名称＞1mm砾岩1~1/16mm砂岩1/16~1/256mm粉砂岩＜1/256mm页岩生物岩CaCO3沉积石灰岩沉积岩

沉积岩具有明显的成层状，即以呈现出原本性质相异迭层之劈裂面为其特征。沉积岩可分为两种类型：由岩屑形成(由颗粒胶结在一起而成形)，以及由化学形成(由矿物物质沉淀成形)。砂岩与页岩属于由岩屑形成的种类，而石灰岩与石膏则是属于化学形成的种类。变质岩─种类原岩变质岩沉积岩砂岩石英岩页岩板岩、片岩石灰岩大理岩石英岩片岩板岩大理岩岩石的分类─变质岩三大岩类岩石名称形成方式变质岩大理岩由石灰岩变质而来。板岩由页岩变质而来。板岩大理岩变质岩─种类原岩变质岩火成岩花冈岩花冈片麻岩玄武岩绿色片岩、角闪岩橄榄岩蛇纹岩蛇纹岩花冈片麻岩角闪岩变质岩─分述大理岩：常被用来铺设地板、雕刻材料。大理岩变质岩─分述板岩：质地细密、不漏水，在早期的台湾南部原住民常用来盖石板屋。高雄茂林乡多纳村的石板屋变质岩在热、水、压力与其他媒介作用下，火成岩或沈积岩逐渐改变其结构及性质而形成的岩石称为变质岩。例如：片麻岩、石英岩、大理岩与板岩为具有结晶状的结构。变质岩母岩片岩砂岩板岩页岩蛇纹岩橄榄岩大理岩石灰岩绿色片岩玄武岩花岗片麻岩花岗岩加工类型及选用（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。加工类型及选用（一）天然岩石的加工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、检测和应用天然岩石（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。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（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。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（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。（三）石材选用原则（1）适用性根据石材在建筑物中的用途和部位及所处环境，选定其主要技术性质能满足要求的岩石。如：装饰构件，考虑石材本身的色彩与环境的协调性及可加工性等。（2）经济性天然石材的密度大、运输不便、运费高，应综合考虑地方资源，尽可能做到就地取材。（3）