土木工程材料第六章工程石材墙体材料和屋面材料.pptx
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1、第六章第六章 工程石材、墙体材料和屋面材料工程石材、墙体材料和屋面材料 第一节第一节 工程石材工程石材第二节第二节 墙体材料墙体材料第三节第三节 屋面材料屋面材料第一节第一节 工程石材工程石材(stone)(stone)第六章 工程石材、墙体材料和屋面材料一、概述一、概述二、岩石的基本知识二、岩石的基本知识三、岩石的技术性质三、岩石的技术性质四、常用石材四、常用石材五、石材的应用与防护五、石材的应用与防护一、概述一、概述第一节 工程石材 石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。石材是使用历史最悠久的建筑材料之一。最古老的石砌建筑是公元前最古老的石砌建筑是公元前2750年建于撒哈拉年建于撒哈拉的金字
2、塔,我国著名的古代石材建筑是河北的的金字塔,我国著名的古代石材建筑是河北的赵洲桥。赵洲桥。开罗西南十公里处的吉萨区(Giza)有三座很大的金字塔,分别是胡夫金字塔、哈夫拉金字塔和孟考拉金字塔,一般统称为大金字塔(The Great Pyramids)。其中以胡夫金字塔最为著名,是吉萨金字塔中规模最大、建筑水平最高、保存最完好的一座,大约建于公元前2570年,是法老胡夫给自己建造的寝陵。胡夫金字塔原高146.59米,四周底边原长230米。数千年以来它一直是地球上最高的建筑物。它是用230万块磨光的石灰石砌成,平均每块岩石重量约2.5吨,建造时曾用了十万名民夫,花费20年时间。建造时,先在金字塔的
3、侧面建造斜坡道,再随石阶愈高,而往上建斜坡道。也在斜坡道上埋人圆木,以减少撬的阻力。胡夫金字塔第一节 工程石材 巨石阵(Stonehenge)坐落在英国伦敦西南100多公里的索尔兹伯里平原上,建于公元前2300年左右(距今4300年)。巨石阵占地大约11公顷,主要是由许多整块的蓝砂岩组成,每块约重50吨。这些石柱排成圆形,最高的石柱高达10米,不少横架在两根竖直的石柱上。人们猜测,这很可能是远古人类为观测天象而建造的。专家们认为,架置石块横梁很可能用的是“土屯法”。巨石阵第一节 工程石材 秦长城第一节 工程石材 箭扣长城箭扣长城 箭扣长城位于京郊怀柔县西北八道河乡境内,距怀柔县城约30公里,山
4、势非常富于变化,险峰断崖之上的长城也显得更加雄奇险要。箭扣长城因整段长城蜿蜒呈W状,形如满弓扣箭而得名。箭扣长城是明代万里长城最著名的险段之一,是近年来各种长城画册中上镜率最高的一段,向来是长城摄影的热点。第一节 工程石材许家山石屋建筑群 宁波宁海许家山村,是一个有着多年历史的山村。在村边地头,有为数可观的青灰色安山岩质石材,地方上俗称“铜板石”。这里是浙东最完整、最特别的石屋古村,仅石头屋就有200幢之多。许家山村的石屋高大宽敞,一般有两层,内部采用传统建筑抬架式筑法,大块的石头做了房基,次之做门楣、窗楣,更小则密密排列组成石墙。只有在梁柱和门窗等处使用了少量木材。石屋随着地势起伏灵活布置,
5、从东往西一排接一排渐次升高,每两排石屋之间自然形成南北走向的巷道。第一节 工程石材赵州桥 赵州桥(又称安济桥)位于河北省赵县境内,建于隋开皇年间(公元595605年),距今已有近1400年历史,它不仅是我国而且也是世界上现存最早、保存最完整的巨大石拱桥,特别是拱上加拱的“敞肩拱”的运用,更为世界桥梁史上的首创。1991年,赵州桥被美国土木工程师学会选定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”,是目前国内唯一一处。第一节 工程石材石材石材的生产制备工艺:的生产制备工艺:矿体岩石矿体岩石露天露天/地下开采地下开采毛石毛石整形修边整形修边下脚料下脚料抛光抛光粉体粉体料石料石板材板材石材石材第一节 工程
6、石材第一节 工程石材定义定义:石材是指从天然岩石中开采未经加工或经加:石材是指从天然岩石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。工制成块状、板状或特定形状的石材的总称。优点优点:抗压强度高,耐久性、耐磨性、装饰性好,:抗压强度高,耐久性、耐磨性、装饰性好,资源丰富;资源丰富;缺点缺点:表观密度大,脆性大,开采加工费用高。:表观密度大,脆性大,开采加工费用高。应用应用:结构应用方面;:结构应用方面;装饰应用方面装饰应用方面;生产;生产岩棉、岩棉、铸石铸石等建材产品。等建材产品。二、岩石的基本知识二、岩石的基本知识1.岩石的组成岩石的组成第一节 工程石材单成岩单成岩石灰岩石灰岩
7、一种矿物一种矿物多种矿物多种矿物复成岩复成岩花岗岩花岗岩造岩矿物造岩矿物:构成岩石的矿物。:构成岩石的矿物。岩石的岩石的主要造岩矿物主要造岩矿物有:有:(1)石英(结晶状)石英(结晶状SiO2)(2)长石(结晶的铝硅酸盐)长石(结晶的铝硅酸盐)(3)云母(片状铝硅酸盐)云母(片状铝硅酸盐)(4)暗色矿物)暗色矿物角闪石、辉石、橄榄石(结晶的角闪石、辉石、橄榄石(结晶的铁镁硅酸盐)铁镁硅酸盐)(5)方解石(结晶状)方解石(结晶状CaCO3)(6)白云石(结晶的碳酸钙镁复盐)等。)白云石(结晶的碳酸钙镁复盐)等。第一节 工程石材石英晶体石英晶体方解石方解石正长石正长石橄榄石橄榄石第一节 工程石材2
8、.岩石的分类岩石的分类 根据地质形成条件,岩石分为:根据地质形成条件,岩石分为:岩浆岩岩浆岩、沉积岩沉积岩、变质岩变质岩。地表岩石分布情况:沉积岩占。地表岩石分布情况:沉积岩占75%,岩浆,岩浆岩和变质岩占岩和变质岩占25%。(1)岩浆岩)岩浆岩 又称又称火成岩火成岩,由地壳内部熔融岩浆上升冷却而,由地壳内部熔融岩浆上升冷却而成,占地壳总量的成,占地壳总量的89%。根据岩浆冷却条件,分为:深成岩(如花岗石、根据岩浆冷却条件,分为:深成岩(如花岗石、正长岩、闪长岩)、喷出岩(如玄武岩、安山岩、正长岩、闪长岩)、喷出岩(如玄武岩、安山岩、辉绿岩)、火山岩(如火山灰、浮石、火山凝灰岩)。辉绿岩)、火
9、山岩(如火山灰、浮石、火山凝灰岩)。第一节 工程石材(2)沉积岩)沉积岩 又称又称水成岩水成岩,由地表岩石经风化后沉积再造,由地表岩石经风化后沉积再造而成。而成。根据成因和物质成分,分为:机械沉积岩根据成因和物质成分,分为:机械沉积岩(如页岩、砂岩、砾岩)、化学沉积岩(如石膏、(如页岩、砂岩、砾岩)、化学沉积岩(如石膏、菱镁石、白云岩)、生物沉积岩(如石灰岩、白菱镁石、白云岩)、生物沉积岩(如石灰岩、白垩、硅藻土)。垩、硅藻土)。第一节 工程石材(3)变质岩)变质岩 a.正变质岩正变质岩:由岩浆岩形成的变质岩,性能变:由岩浆岩形成的变质岩,性能变差。如花岗岩变质成片麻岩。差。如花岗岩变质成片麻
10、岩。b.副变质岩副变质岩:由沉积岩形成的变质岩,性能变:由沉积岩形成的变质岩,性能变好。如石灰岩、白云岩变质成大理岩,砂岩变质成好。如石灰岩、白云岩变质成大理岩,砂岩变质成石英岩。石英岩。第一节 工程石材3.岩石的结构与构造岩石的结构与构造岩石结构:矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及组岩石结构:矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及组合方式的特征。合方式的特征。(1)结晶程度结晶程度:全结晶、半结晶及玻璃体结构。(2)矿物颗粒大小矿物颗粒大小:显晶质(矿物晶体颗粒较粗,用肉眼或放大镜识别)及隐晶质(矿物颗粒细小肉眼不能识别)结构。(3)矿物颗粒相对大小矿物颗粒相对大小:等粒、不等粒、斑状、似斑状。第一
11、节 工程石材岩石构造:岩石中不同矿物集合体之间的排列方式岩石构造:岩石中不同矿物集合体之间的排列方式和充填方式。和充填方式。a.块状构造块状构造(均一构造):整体性好、耐久性高,制取大型石材。花岗岩、闪长岩、大理岩。b.层片状构造层片状构造:沉积岩特征,砂岩、页岩、片麻岩等c.斑状、杏仁状及结核状构造斑状、杏仁状及结核状构造:斑状(斑岩斑岩)、杏仁状(方解石、蛋白石方解石、蛋白石)及结核状构造。岩石整体均匀性差。d.气孔状构造气孔状构造:火山碎屑岩、喷出岩的主要构造形式。第一节 工程石材二、岩石的技术性质二、岩石的技术性质1.物理性质物理性质(1)表观密度:小于)表观密度:小于1800kg/m
12、3为轻质石材,不为轻质石材,不小于小于1800 kg/m3为重质石材。为重质石材。(2)吸水性:与孔隙率和孔隙特征有关。吸水性)吸水性:与孔隙率和孔隙特征有关。吸水性对强度、耐水性、导热性、抗冻性有很大影响。对强度、耐水性、导热性、抗冻性有很大影响。(3)耐水性:按软化系数分高()耐水性:按软化系数分高(0.90)、中)、中(0.700.90)、低()、低(0.600.70)耐水性石材。一)耐水性石材。一般软化系数低于般软化系数低于0.80的石材不得用于重要建筑。的石材不得用于重要建筑。第一节 工程石材(4)抗冻性:与吸水率有密切关系。)抗冻性:与吸水率有密切关系。(5)耐热性:与其化学成分及
13、矿物组成有关。)耐热性:与其化学成分及矿物组成有关。(6)导热性:与其致密程度、孔隙特征有关。)导热性:与其致密程度、孔隙特征有关。(7)抗风化性:与其孔隙率、矿物组成有关。防)抗风化性:与其孔隙率、矿物组成有关。防风化的措施:表面磨光、防止表面积水、用有机风化的措施:表面磨光、防止表面积水、用有机硅喷涂表面等。硅喷涂表面等。第一节 工程石材2.力学性质力学性质(1)抗压强度:用于砌体等的石材的抗压强度)抗压强度:用于砌体等的石材的抗压强度采用边长采用边长70mm的立方体试件测定,根据的立方体试件测定,根据砌砌体结构设计规范体结构设计规范(GB 50003-2001)规定,)规定,石材强度等级
14、分石材强度等级分MU100MU20七个等级。装饰七个等级。装饰用石材的抗压强度采用边长用石材的抗压强度采用边长50 mm的立方体试的立方体试件测定(件测定(GB9966.1-88)。)。(2)冲击韧性:取决于矿物成分与构造)冲击韧性:取决于矿物成分与构造(3)硬度:莫氏硬度、肖氏硬度)硬度:莫氏硬度、肖氏硬度(4)耐磨性:包括耐磨损性、耐磨耗性。)耐磨性:包括耐磨损性、耐磨耗性。第一节 工程石材3.工艺性质工艺性质主要指开采和加工过程的难易程度及主要指开采和加工过程的难易程度及可能性,包括:可能性,包括:第一节 工程石材加工性加工性磨光性磨光性可钻性可钻性三、常用石材三、常用石材1.花岗岩花岗
15、岩 组成:石英、长石、云母及暗色矿物。坚硬致密、抗压强度高(120250MPa)孔隙率小,吸水率低,耐磨性好,耐久性高,使用年限75200年。用于基础、勒角、柱子、地面等部位。也是高档的装修、装饰材料。2.辉长岩辉长岩:深成岩的一种,由暗色矿物组成,属全晶质等粒状结构,块状构造。抗压强度:200350MPa,表观密度29003300kg/m3。韧性好、耐磨性强、耐久性好,可做承重结构材料,也可作装饰装修材料。3.玄武岩:玄武岩:属喷出岩,斜长石、辉石、橄榄石组成。为玻璃体或隐晶质。常用作筑路材料、混凝土集料。第一节 工程石材4.石灰岩石灰岩:方解石组成,分为密实、多孔、散粒构造。用于基础、外墙
16、、桥墩、台阶和路面,还可用作混凝土集料,也是生产石灰、水泥和玻璃的主要原料。5.大理岩大理岩:石灰岩或白云岩变质而成。主要用于室内墙面、柱面、地面、栏杆、踏步、花饰等,不宜用作城市内建筑物的外部装饰。6.砂岩砂岩:硅质砂岩,钙质砂岩,铁质砂岩,粘土砂岩。常用语基础、墙身、人行道、踏步等。7.其他建筑石材其他建筑石材第一节 工程石材四、石材的应用及防护四、石材的应用及防护1.石材的应用(1)毛石定义:是指岩石经爆破后所得形状不规则的石块。分类:乱毛石形状不规则 平毛石有2个大致平行面技术要求:中部厚度150mm,长度300400mm,抗压强度10MPa,软化系数0.75应用:砌筑基础、勒脚、墙身
17、、挡土墙、堤岸、护坡,制作毛石混凝土第一节 工程石材(2)料石定义:是指经加工而成规则的六面体块石。分类:a.按表面加工的平整程度:毛料石、粗料石、半细料石、细料石b.按形状:条石、方石、拱石(3)石板定义:是用致密的岩石凿平或锯解而成,厚度一般为20mm的石材。作为饰面用的板材一般用花岗岩和大理岩加工制作。第一节 工程石材第一节 工程石材花岗石、大理石室内装饰板第一节 工程石材2.石材的防护结构预防 制成易排水的形状,或覆盖一层防水材料。表面磨光 采用致密岩石,表面加工磨光,尽量使表面平滑无孔表面处理 石蜡或涂料进行处理,疏水剂表面处理第一节 工程石材第二节第二节 墙体材料墙体材料 作用作用
18、:围护、承重、美化;围护、承重、美化;发展方向发展方向:逐步限制和淘汰实心粘土砖,大力发展多孔逐步限制和淘汰实心粘土砖,大力发展多孔砖、空心砖、废渣砖、各种建筑砌块和建筑板材等各种新砖、空心砖、废渣砖、各种建筑砌块和建筑板材等各种新型墙体材料;型墙体材料;种类种类:砖砖、砌块、板材砌块、板材 砖:砖:长度长度365mm,宽度宽度240mm,高度高度115mm。砌块:砌块:长度长度365mm或宽度或宽度240mm或高度或高度115mm。高度高度长度或宽度的长度或宽度的6培,长度培,长度高度的高度的3倍。倍。墙板:墙板:高度高度长度或宽度的长度或宽度的6培或长度培或长度高度的高度的3倍。倍。定定义
19、义:砌砌墙墙砖砖系系指指以以粘粘土土、工工业业废废料料或或其其他他地地方方材材料料为为主主要要原原料料,以以不不同同工工艺艺制制造造的的、用用于于砌砌筑承重和非承重墙体的墙砖。筑承重和非承重墙体的墙砖。分类分类:一、砌墙砖一、砌墙砖 按生产工艺:按生产工艺:蒸压灰砂砖蒸压灰砂砖烧结普通砖烧结普通砖烧结砖烧结砖蒸养(压)砖蒸养(压)砖一、砌墙砖一、砌墙砖 实心砖实心砖 多孔砖多孔砖 空心砖空心砖1.1.烧结普通砖烧结普通砖定义:烧结普通砖是以粘土、页岩、煤矸石、定义:烧结普通砖是以粘土、页岩、煤矸石、粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的普通砖。粉煤灰为主要原料,经焙烧而成的普通砖。(一)(一)烧结砖烧
20、结砖1.1.烧结普通砖烧结普通砖生产工艺:生产工艺:采土采土配料调制配料调制制坯制坯干燥干燥焙烧焙烧成品成品要进行阴干,要进行阴干,否则易出现否则易出现裂缝裂缝最为关键,焙烧最为关键,焙烧的火候不同有三的火候不同有三种成品种成品欠欠火火砖砖正正火火砖砖过过火火砖砖(一)(一)烧结砖烧结砖1.1.烧结普通砖烧结普通砖生产工艺:生产工艺:(一)(一)烧结砖烧结砖颜色颜色声音声音性能性能欠火砖欠火砖浅浅闷哑闷哑孔隙率高、强度低、耐久性差孔隙率高、强度低、耐久性差过火砖过火砖深深响亮响亮孔隙率低、强度高、耐久性好,但孔隙率低、强度高、耐久性好,但变形大变形大 青砖青砖与与红砖红砖:青砖耐久性更好;:青
21、砖耐久性更好;内燃砖内燃砖与与外燃砖外燃砖:内燃砖:内燃砖节约粘土节约粘土510%,砖的强度提高,砖的强度提高20%左右。左右。大面大面顶面顶面条面条面主要技术性质主要技术性质l根据根据烧结普通砖烧结普通砖(GB5101GB510120032003)规定,)规定,主要技术性质包括主要技术性质包括尺寸偏差尺寸偏差、外观质量外观质量、(一)(一)烧结砖烧结砖 强度等级强度等级、抗风化性能抗风化性能、泛泛霜霜和和石灰爆裂石灰爆裂,并规定产品中,并规定产品中不允许有欠火砖、酥砖和螺旋不允许有欠火砖、酥砖和螺旋纹砖。纹砖。(1 1)规格)规格(2 2)质量等级)质量等级a.a.强度等级:强度等级:烧结普
22、通砖根据抗压强度分为烧结普通砖根据抗压强度分为MU30MU30、MU25MU25、MU20MU20、MU15MU15、MU10MU10五个强度等级。五个强度等级。(一)(一)烧结砖烧结砖烧结普通砖的强度等级(烧结普通砖的强度等级(GB5101GB510120032003)表表6-46-4强度强度等级等级抗压强度平均值抗压强度平均值(MPa)变异系数变异系数0.210.21变异系数变异系数0.210.21强度标准值强度标准值f fk k(MPa)(MPa)单块最小抗压强度值单块最小抗压强度值 f fminmin(MPa)(MPa)MU30MU3030.030.022.022.025.025.0M
23、U25MU2525.025.018.018.022.022.0MU20MU2020.020.014.014.016.016.0MU15MU1515.015.010.010.012.012.0MU10MU1010.010.06.56.57.57.5 强度等级的强度等级的评定评定:抽取试样抽取试样1010块,分别测其抗压强度,块,分别测其抗压强度,计算以下指标。计算以下指标。(一)(一)烧结砖烧结砖抗压强度平均值抗压强度平均值抗压强度标准差抗压强度标准差结果评定结果评定:1 1)平均值标准值方法。当变异系数)平均值标准值方法。当变异系数0.210.21时,按表中抗时,按表中抗压强度平均值和强度标准
24、值评定砖的强度等级。强度标准压强度平均值和强度标准值评定砖的强度等级。强度标准值按下式计算:值按下式计算:2 2)平均值最小值方法。当变异系数)平均值最小值方法。当变异系数0.210.21时,按表中时,按表中抗抗压强度平均值压强度平均值和和单块最小抗压强度值单块最小抗压强度值评定砖的强度等级。评定砖的强度等级。(一)烧结砖(一)烧结砖例例 某烧结普通砖试验,某烧结普通砖试验,10块砖样的抗压强度值分别为:块砖样的抗压强度值分别为:14.2、21.1、9.5、22.9、13.3、18.8、18.2、18.2、19.8、19.8(MPa),),试确定该砖的强度等级。试确定该砖的强度等级。解:计算解
25、:计算10块试样的抗压强度平均值为:块试样的抗压强度平均值为:计算标准差:计算标准差:将单块试样抗压强度值代入,将单块试样抗压强度值代入,S=4.05 MPa 计算强度变异系数:计算强度变异系数:单块最小抗压强度值单块最小抗压强度值fmin=9.57.5 该砖的强度等级为该砖的强度等级为MU 10(一)烧结砖(一)烧结砖lb.b.产品质量等级:强度产品质量等级:强度、抗风化性能抗风化性能和和放射性放射性物质物质合格的砖,根据合格的砖,根据尺寸偏差尺寸偏差、外观质量外观质量、泛泛霜霜和和石灰爆裂石灰爆裂分为优等品(分为优等品(A A)、一等品()、一等品(B B)和合格品(和合格品(C C)三个
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