建筑工程系主講教師：劉月賓《土木工程材料》

第二章天然石材第2章天然石材本節的學習目標1）了解天然石材的形成，掌握天然石材的分類及特性------巖漿巖、沉積巖、變質巖。2）理解天然石材的技術性質。3）了解天然板材的應用。2.1天然石材的形成和分類巖石:是不同地質作用所形成的天然固態礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。造巖礦物:是具有一定化學成分和一定結構特征的天然化合物和單質的總稱。天然石材：經天然巖石不同程度的機械加工后得到的材料。巖石按地質形成條件不同，通?？煞譃槿箢悾磶r漿巖、沉積巖和變質巖。2.1.1.巖漿巖巖漿巖又稱火成巖，它是因地殼變動，熔融的巖漿由地殼內部上升后冷卻而成。巖漿巖是組成地殼的主要巖石，占地殼總質量的89％。

巖漿巖根據巖漿冷卻條件的不同，又分為深成巖、噴出巖和火山巖。2.1.1.1深成巖

深成巖是巖漿在地表深處受上部覆蓋層的壓力作用，緩慢冷卻而形成的巖石。其特點是結晶完全、晶粒明顯可辨、構造致密、表觀密度大、抗壓強度高、吸水率小、抗凍及耐久性好。花崗巖屬于深層巖花崗巖在地表分布很廣泛，是人類最早發現和利用的天然巖石之一。在世界各地有許多古代開發利用花崗巖的遺跡，如古埃及人建造的金字塔、古希臘的神廟、古羅馬的斗獸場等。花崗巖主要成分是長石和石英。花崗巖質地堅硬，結構致密，孔隙率和吸水率小，抗凍性好，難被酸堿或風化作用侵蝕，使用年限為75~200年。常被用于建筑物的材料。花崗巖（Granite）的語源是拉丁文的granum，意思是谷?；蝾w粒。因為花崗巖是深成巖，常能形成發育良好、肉眼可辨的礦物顆粒，因而得名。而漢字名詞花崗巖則是由日本人翻譯而來?；ㄐ稳葸@種巖石有美麗的斑紋，剛或崗則表示這種巖石很堅硬?；◢弾r應用實例北京的“人民英雄紀念碑”高37.94m，僅碑心石重就達120t

，是取材于山東青島的花崗巖。蘭州“黃河母親”花崗巖巨型石雕花崗巖石約有300多種。花崗巖巖體在我國約占國土面積的9％，達80多萬平方公里，尤其是東南地區，大面積裸露各類花崗巖體，可見其儲量之大。噴出巖是巖漿噴出地表冷凝而成。由于冷卻較快，大部分結晶不完全呈細小結晶狀。當噴出巖形成較厚巖層時，接近深層巖；形成較薄巖層時，呈多孔構造，接近火山巖。建筑中用到的噴出巖有玄武巖、輝綠巖等。玄武巖和輝綠巖可作為耐酸和耐熱材料，還是生產鑄石和巖棉的原料。2.1.1.2噴出巖鑄石材料在建材設備中主要代替不受沖擊的金屬材料耐磨件，用在設備上。巖棉優質巖棉能耐1250～1400℃高溫。用于耐燒蝕、耐高溫隔熱材料；

火山巖是火山爆發時，巖漿被噴到空中急速冷卻而形成的多孔散粒狀巖石，多呈玻璃質結構，有較高的化學活性。如火山灰、浮石等。

火山灰可用作生產水泥時的混合材料。浮石是配制輕混凝土的一種天然輕骨料。2.1.1.3火山巖2.1.2沉積巖

沉積巖又稱水成巖。沉積巖是由原來的母巖風化后，經過搬運、沉積等作用形成的巖石。沉積巖雖僅占地殼總質量的5％，但在地球上分布極廣，約占地殼表面積的75％，加之藏于離地表不太深處，易于開采。

與火成巖相比，其特性是：結構致密性較差，密度較小，大都成層狀結構，孔隙率及吸水率均較大，強度較低，耐久性也較差。根據生成條件，沉積巖分為以下三類：機械沉積巖、化學沉積巖和生物沉積巖。機械沉積巖是巖石風化破碎以后又經風、雨、河流及冰川等搬運、沉積、重新壓實或膠結作用，在地表或距地表不太深處形成的巖石，主要有砂巖和頁巖。

砂巖是由砂粒經膠結而成。由于膠結結構和致密程度的不同，性能差別很大。

頁巖由粘土沉積而成，呈頁片狀，強度低、耐水性差，不能直接用作建筑材料。2.1.2.1機械沉積巖2.1.蛙2.2化學沉土積巖化學沉宋積巖是御巖石中村的礦物刃溶于水衡后，經頌聚積、遼沉積而賢成的巖尿石，如吹石膏、編白云巖泡、菱鎂買礦、石冊灰巖等眼。石膏的化之學成分為CaS防O4·2H2O，是燒級制建筑磨石膏和房誠生產水跪泥的原拌料。白落云巖的秘主要成摘分是白危云石CaCO3·MgCO3，其性鬼能接近蟲于石灰處巖。菱嫁鎂礦的傳化學成怨分為MgCO3，是生產梳耐火材料瞇的原料。天然石膏石灰巖槽的主要克成分為骨方解石(CaC進O3)，常含路有白云循石、菱檢鎂礦、畏石英、蠟蛋白石小、含鐵蓋礦物和箱粘土等遮。構造疏云松的石梁灰石用臘作生產醉石灰和滿水泥的編原材料俗。構造涉致密的還石灰石昌可作混摩凝土集陪料，非肅常致密燒的可作依飾面裝獄飾材料合。生物沉川積巖是中海生動真植物的砍遺骸，捷經分解宇、分選嗽、沉積悔而成的諷巖石。批如硅藻土等。硅藻土般是由硅巖藻的細供胞壁沉挽積而成華。富含貫無定形SiO2、通常呈溪白色、笨灰白色權、淺灰勁色、淺米黃色和掙深灰色匪，質輕挽、軟、禿多孔。易磨成粉霞末，有極抖強的吸水兩性。2.1.稿2.3生物沉忌積巖硅藻土秧的應用隔熱、隔抬音材料放：以硅藻虧土為主，拳加入其它謝輔料，制伶成保溫磚錘、板、粉牌，絕熱混咽凝土等。以硅藻驢土為原踢料的新笛型室內贏外涂料婚、裝修噸材料不魯含有害壁化學物田質，除益了具有配不燃、序隔音、括防水、娃重量輕仇以及隔上熱等特熔點外，飽還有除影濕、除鞏臭、凈熄化室內廊空氣等錫作用，患是優良曠的環保煙型室內做外裝修土材料。1.與其它資霜源相比，絹世界上的務硅藻土資瘡源并不豐泰富。2.我國硅舞藻土資古源分布船較廣，飽儲量豐伙富。3.礦床主奧要分布侄在東北禽的吉林泉、黑龍況江；華勵東的山圖東、巧浙江；耀西南的喊云南等碑地。4.著名的爛礦山有跑：山東臨朐肆縣山旺村;吉林長專白縣馬叛鞍山;吉林海龍樓縣；四川類米易回漢崖溝和新民謎；浙江嵊曲縣福泉山朝等。資源分弟布變質巖益是由原課生的巖掌漿巖或您沉積巖，經過牙地殼內渡部高溫揉、高壓寄等變化廁作用后戚而形成的造巖石。沉積巖變復質后，性仰能變好，生結構變得惑致密，堅撫實耐久:例如大理巖——石灰巖哀、白云級巖；石英巖：砂巖變形質而成。巖漿巖只變質后您，性質犧反而變績差:例如片麻巖——花崗巖。2.1.濾3.變質巖大理巖也綠稱大理石災。大理巖梨在我國杰分布廣球泛，而像以云南鈔大理最盲負盛名姨。大理巖質地密實今但硬度不管高，易于加阿工，可用爛于石雕或椒磨光成鏡蘆面。純大理巖臘為白色，床如漢白玉耗。若含有不員同雜質呈守灰色、黃寬色、玫瑰賢色、粉紅途色、紅色芬、綠色、昆黑色等多踏種色彩和德花紋，是護高級裝飾快材料。變質巖——大理巖歷時22年之久建吐造的世界協上堪稱奇承跡的白色院大理石陵澡墓——泰姬陵，全部苦用純白攤色大理石建筑，忍用玻璃、瑪瑙鑲嵌，絢童麗奪目、差美麗無比鳳。大理石--啡鉆大理石--楓葉紅大理石--藍珍珠大理石--天山紅石英巖晉是由硅暑質砂巖附變質而丹成，質膠地均勻襲致密，侄硬度大途，抗壓頁強度高瓶達250~擦400M惱Pa，加工困再難，但耐國久性強。石英巖板火材可用作唇重要建筑施的飾面材議料或地面寇、踏步等波。變質巖——石英巖片麻巖是屆由花崗巖京等火成巖也變質而成駱。其礦物辨成分與花所崗石相近符，具有片雨麻狀構造何。垂直于傭片理方向求抗壓強度動為120~翻200M撈Pa，沿片理本方向易于滔開采加工豪。吸水性回高，抗模凍性差除，通常卵加工成旨毛石或喪碎石，柄用于不希重要的泡工程。2.2天然石亂材的技悟術性質2.2.蠟1.物理性質1.表觀密度天然石材減按其表觀密礙度大小慈分為重存石和輕突石兩類。表觀密窄度大于1800雁kg/m3的為重石外，主要用革于建筑的眾基礎、貼逗面、地面峽、路面、爸房屋外墻艘、擋土墻恭、橋梁以塌及水工構攔筑物等；沒表觀密度捏小于1800危kg/m3的為輕石型，主要用親作墻體材壇料，如采渡暖房屋外歪墻等。2.吸水性石材吸烈水性的盆大小用軋吸水率窮表示，既其大小寸主要與蝦石材的投化學成鋪分、孔港隙率大蹦小、孔過隙特征肥等因素栗有關。諸按吸吸依水率大災小分為低吸水菊性巖石菠、中吸搞水性巖凡石和高物吸水性云巖石。石材吸獸水后，蜂降低了卸礦物的露粘結力洲，破壞飲了巖石英的結構扣，從而鞭降低石膏材的強個度和耐汗水性。3.耐水性石材的耐睬水性用軟鍋化系數表終示。按軟化系備數的大小比，石材的殃耐水性可抵分為高、中歸、低三等，軟沖化系數＞0.90的石材總為高耐層水性石揚材，軟耀化系數繭＝0.70姓~0.9涌0的石材攜為中耐辨水性石插材，軟竟化系數搞＝0.60晨~0.7顯0的石材厭為低耐羨水性石踐材。一般軟化系矩數＜0.80的石材俊，不允帽許用在吊重要建腿筑中。4.抗凍性石材的要抗凍性于用凍融倆循環次捕數表示倍，即石材在住吸水飽和虹狀態下能嶺經受規定踩條件下若席干次凍融賀循環，而先強度降低前值不超過25%，質量損晉失不超過5%且無貫禮穿裂縫袖時，則禽認為抗挑凍性合廁格致密石王材的吸殲水率小很、抗凍黑性好。吸水率小盆于0.5%的石材，痰認為是抗腦凍的，可核不進行抗藍凍試驗。5.耐熱性石材的耐熱性填與其化學跌成分及礦庭物組成有附關。石材盾經高溫后崗會因熱脹攔冷縮使體嘆積變化而拉產生內力掃，或由于向高溫使巖賣石中礦物盤發生分解眾和變異等矛導致結構處破壞。含石膏的綱石材，在100度以上血就開始鑰破壞，棄含MgC獅O3的石材仿，當溫楊度高于750度時才發詳生破壞。6.導熱性石材的導膚熱性主要躬與致密程閑度有關。具有封墾閉孔隙鑒石材的毀導熱性唉差。7.抗風化石材孔隙率糾大小對影風化影虛響很大亂，水、測冰和化命學因素浙等造成糠巖石開簡裂或剝并落的過漲程，稱租為巖石肺的風化賀。2.2.吹2力學性質1.抗壓強度天然巖腹石是以70m溜m×7拳0mm蟲×70缸mm的正方居體試件撥，用標竄準試驗稱方法測企得的抗向壓強度帥值作為評定石洽材強度酬等級標策準。根據《砌體結構孫設計》（GBJ3）規定噴，天然犁石材的導強度等芒級為MU1群00、MU80、MU60、MU5雞0、MU4儀0、MU3犬0、MU20、MU1逝5和MU10九個等級。從巖石厘結構角猜度考慮老，結構疏版松多孔容的天然量石料，體強度遠捕遜于構嶺造均勻炭致密的膏石料。具有層湖理、片狀蹄構造的石呢料，其垂直于層理、片膏理方向的強斜度較平行辭于層理、鮮片理的高。對于織有層理炊、片理箱構造的悶天然石遠料，在介測定抗薯壓強度良時，其繳受力方床向應與享石料在款砌體中唱的實際瘋受力方晝向相同錦。層理構造洪是巖石在脾形狀、顏抄色和成分市上發生相輪應變化顯倦示出的層壤狀現象，蓋屬于巖石錢間的層狀濃。片理構津造則是份變質巖粉中礦物曉定向排擔列形成轟的，例艱如：變調質巖中幣的礦物革（長石根、方解松石等）若各自排誘列在一承起，則李就有了吊片理構少造，屬倉于同一嶼種巖石汪中礦物研間的層侵狀。<思考>石料的挖砌筑A、B、C三塊石提料均具與有層理孔，其層吹理及受捕力方向格如下圖泄。請討袖論這幾好種石料逆的砌筑撿有何問宮題？分析：C石料的砌準筑方向不零對，具有色層理構造婦的石塊其詞垂直層理品的強度高閑于平行于市層理的強毫度，宜轉90°放置。2.沖擊攀韌性石材是典型分的脆性材瞧料，其抗拉強皂度較抗縱壓強度埋小得多，為抗脫壓強度烘的1/1經0~1渣/20衣。3.硬度石材的硬催度取決于桐組成礦物昆的硬度和氏構造，硬箱度影響石傲材的易加看工性和耐芬磨性。石感材的硬度徑常用莫氏唯硬度表示跨，它是一商種刻劃硬拿度。2.2.細3工藝性癢質1.加工性指巖石拘開采、招劈解、溫切割、弱鑿琢、樹研磨、爐拋光等甩加工工援藝的難冤易程度悲。強度、硬真度、韌性浴較高的石陶材，不易額加工；質幅脆而粗糙滿，有顆粒珍交替，含會有層狀或育片粒結構丙以及已風午化的巖石炒，都難以敢滿足加工日要求。2.磨光性指巖石茅能否研慢磨拋光紫成光滑贊表面的詞性質。致密、騾均勻、儀細粒的珠巖石，匯磨光性捎一般較川好；疏通松多孔者、鱗片虧狀結構幸的巖石鉛，磨光桿性都較紀差。3.抗鉆性指巖石饅鉆孔的糾難易程流度。與識巖石的器強度、般硬度等笑性質。強度越高顧、硬度越挨大時，越福不易鉆孔濕。2.3石材的加工類潮型及選膀用2.3.乒1塊狀石材1、毛石坐：它類是爆破令后直接招得到的帳形狀不田規則的溫石塊。毛石依起其平整差程度又務分為亂園毛石和托平毛石因。亂勺毛石形事狀不規弄則（見革圖2.3.判1亂毛石示貝意圖）。亂田毛石常壓用于砌瘦筑毛石腔基礎、珍勒腳、伸墻身、裙堤壩、壓擋土墻懲等，也稠可用于秘大體積析混凝土乏中（也階稱毛石衡混凝土聯）。將亂毛雕石略經籃加工就桑得到了坡平毛石藝，它的抱形狀比英亂毛石誰整齊，隸基本上厭有六個陰面，常穗用于砌折筑基礎議、勒腳吃、墻身守、橋墩錄等。2、料石撇：是由灘人工或法機械開琴采的較途規則的總六面體開石塊，使經人加裹工鑿磨刊而成的民。制成殘長方形姑的稱為恥條石、刊長寬大胖致相等垮的稱為活方石，錦楔形的至稱為拱肚石。料石一襖般由致僚密均勻羅的砂巖瓣、石灰設巖、花注崗巖開路鑿而成泊，用于插建筑物餓的基礎聾、勒腳興、墻身項、踏步渡、砌拱譯等。用料石儀砌筑的甚門拱2.3姐.2板材1.天然大理蓬石板材技科術性質商業上所授說的大理項石是指以贈大理巖為涼代表的一劉類裝飾石悔材，包括測碳酸鹽巖寇和與其有丘關的變質身巖，主要澤成分為碳兼酸鹽，一省般質地較卻軟。（1）天然大廈理石板艘的優點仙：①結構致隔密，抗壓呆強度高，暫加工性好脾，不變形訂。②裝飾性場好。③吸水架率小、澡耐久性爭好。天然大揪理石板探的缺點拳：①硬度較鐮低。②抗風化謀能力差章。(2)天然大理雜石的規格天然大殲理石板賓材按形餃狀分為定普型板燃材（N）和異型棗板材（S）。普型板呆材，是琴指正方挪形或長遭方形的趟板材；滾異型板糧材，是涼指其他堵形狀的欠板材。天然大理食石板主要叛用于建筑梯物室內飾江面，如地橫面、柱面慨、墻面、肌造型面、倆電梯間門忍口等。大理石磨講光板有美飾麗多姿的薪花紋，常嗽用來鑲嵌淺或刻出各領種圖案的摟裝飾品。天然大影理石板努還被廣蓬泛地用姐于高檔掃衛生間融的洗漱壞臺面及皮各種家壩具的臺勸面。（3）天然大抄理石板的求應用大理石飾答面材料因慘主要成分身碳酸鈣不爪耐大氣中善酸雨的腐仍蝕，所以隱除了少數晌幾個含雜抬質少、質濁地較純的買品種，如屠漢白玉、減艾葉青等囑外，不宜傭用于室外賓裝修工程單，否則面純層會很快狂失去光澤踐，并且耐歌久性會變跑差?；◢徥W飾面石束材抗壓倘強度高虜，耐磨亂性、耐悲久性均衛高，不港論用于砌室內或按室外使辦用年限葡都很長燙。2.天然花端崗巖板窩材商業上淺所說的槍花崗石石是以花創崗巖為銷代表的桶一類裝稅飾石材肢，包括攜各種巖棟漿巖和少花崗巖乘的變質委巖，如義輝長巖夕、閃長介巖、輝各綠巖、或玄武巖發、安山環巖、正芝長巖等霉，一般道質地較毫硬。（1）天然花阻崗巖的嫁優點：①結構應致密，結抗壓強月度高。碧②材質堅瀉硬，耐磨苦性很強。③孔隙率搜小，吸水紅率極低，短耐凍性強山。④裝飾萬性好。⑤化學穩摧定性好，抗風化能森力強。⑥耐腐久蝕性等某耐久性邪很強。天然花丟崗巖的記缺點：車①自重大鬼，用于房牙屋建筑與促裝飾會增賀加建筑物括的質量。灑②硬度大湖，給開采盡和加工造頓成困難。勿③質脆，耐火性差。④某些花曾崗巖含有驗微量放射備性元素，個應根據花州崗石石材物的放射性恥強度水平扁確定其應少用范圍。天然花洗崗石屬坡于高級把建筑裝遺飾材料頌，主要坡應用于領大型公伍共建筑幕或裝飾動等級要面求較高珠的室內宣