郑州大学土木工程材料工程石材.pptx
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1、第一节第一节 工程石材工程石材第1页/共49页石材石材是指从天然岩石体中开采未经加工或经加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。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其具有相当高的强度强度、良好的、良好的耐磨性耐磨性和和耐久性耐久性,并且资源丰富,易于就地取材,因此,在大量并且资源丰富,易于就地取材,因此,在大量使用钢材、混凝土和高分子材料的现代建筑中,使用钢材、混凝土和高分子材料的现代建筑中,石材的使用仍然相当普遍和广泛。石材的使用仍然相当普遍和广泛。第2页/
2、共49页第一节、工程石材第一节、工程石材一、岩石的组成与分类一、岩石的组成与分类二、岩石的构造与性能二、岩石的构造与性能三、常用石材三、常用石材四、石材的应用及防护四、石材的应用及防护第3页/共49页一、岩石的组成与分类一、岩石的组成与分类岩石是构成地壳的主要物质。它是由地壳的地质作用形成的岩石是构成地壳的主要物质。它是由地壳的地质作用形成的固态物质固态物质,具有一定的结构构造和变化规律。,具有一定的结构构造和变化规律。第4页/共49页1 1、组成、组成岩石岩石是由一种或数种主要是由一种或数种主要矿物矿物所组成的所组成的集合体集合体。所谓。所谓矿物矿物即是存在于地壳中具有即是存在于地壳中具有一
3、定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。一定化学成分和物理性质的自然元素或化合物。少数矿物为单质,绝大多数矿物是由各种化学元素所组成的化合物。少数矿物为单质,绝大多数矿物是由各种化学元素所组成的化合物。第5页/共49页1 1、组成、组成构成岩石的矿物,称为构成岩石的矿物,称为造岩矿物造岩矿物。岩石的性质不仅取决于组成矿物的特性,还受到矿物含量、颗粒结构等因素的影岩石的性质不仅取决于组成矿物的特性,还受到矿物含量、颗粒结构等因素的影响。响。同种岩石,由于生成条件不同,其性质也有所差别。同种岩石,由于生成条件不同,其性质也有所差别。第6页/共49页岩石中的主要造岩矿物有:岩石中的主要造岩矿物有:(
4、1 1)石英)石英(2 2)长石)长石(3 3)云母)云母(4 4)角闪石、辉石、橄榄石)角闪石、辉石、橄榄石(5 5)方解石)方解石(6 6)白云石)白云石除上述造岩矿物之外,尚有除上述造岩矿物之外,尚有石膏石膏、菱镁矿菱镁矿、磁铁矿磁铁矿、赤铁矿赤铁矿和和黄铁矿黄铁矿等。等。第7页/共49页某些某些造岩矿物造岩矿物对岩石的性能会造成一定的影响:对岩石的性能会造成一定的影响:如如石膏石膏易溶于水,岩石中含有石膏会降低其建筑性能。易溶于水,岩石中含有石膏会降低其建筑性能。又如又如黄铁矿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,为结晶的二硫化铁,岩
5、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,为有害杂质。为有害杂质。第8页/共49页 2分 类岩石按地质形成条件可分为岩石按地质形成条件可分为岩浆岩岩浆岩(火成岩火成岩)、沉积岩沉积岩(水成岩水成岩)和和变质岩变质岩三大类。三大类。第9页/共49页 2分 类 (1)(1)岩浆岩岩浆岩 岩浆岩是由地壳深处上升的岩浆冷凝结晶而成的岩石,其成分主要是岩浆岩是由地壳深处上升的岩浆冷凝结晶而成的岩石,其成分主要是硅酸盐矿物硅酸盐矿物,是组成地壳的主要岩石。,是组成地壳的主要岩石。按地壳质量计,岩浆岩占按地壳质量计,岩浆岩占8989,储量极大。根据冷却条件不同,可分为,储量极大。根据冷
6、却条件不同,可分为深成岩深成岩、喷出岩喷出岩和和火山岩火山岩三类。三类。第10页/共49页(2)(2)沉积岩沉积岩沉积岩沉积岩是地表岩石经长期风化作用,生物作用或某种火是地表岩石经长期风化作用,生物作用或某种火山作用后,成为碎屑颗粒状或粉尘状,经风或水的搬运,山作用后,成为碎屑颗粒状或粉尘状,经风或水的搬运,通过沉积和再造作用而形成的岩石。通过沉积和再造作用而形成的岩石。按地壳质量计,仅占按地壳质量计,仅占5 5,但在,但在地表分布很广地表分布很广,约占地,约占地壳表面积的壳表面积的7575,因而开采方便,使用量大。,因而开采方便,使用量大。沉积岩大都呈沉积岩大都呈层状构造层状构造,表观密度小
7、,孔隙率大,吸水,表观密度小,孔隙率大,吸水率大,强度低,耐久性差。而且各层间的成分、构造、率大,强度低,耐久性差。而且各层间的成分、构造、颜色及厚度都有差异。颜色及厚度都有差异。不少沉积岩具有不少沉积岩具有化学活性化学活性,磨细可作水泥掺和料,如,磨细可作水泥掺和料,如硅硅藻土藻土、硅藻石硅藻石。第11页/共49页(3)(3)变质岩变质岩岩石由于强烈的地质活动,在高温和高压下,矿物岩石由于强烈的地质活动,在高温和高压下,矿物再结晶再结晶或生或生成成新矿物新矿物,使原来岩石的矿物成分、结构及构造发生显著变化,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。而成为一种
8、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。为复杂而多样。根据原岩种类分为根据原岩种类分为正变质岩正变质岩和和副变质岩副变质岩。第12页/共49页天然岩石名 称成岩情况主要品种岩浆岩熔融岩浆上升到地表附近或喷出地表,冷却凝结而成岩。花岗岩玄武岩辉绿岩沉积岩岩石风化后,再经沉积、胶结而成岩。石灰岩砂岩变质岩岩石在温度、压力或化学的作用下,经变质而成岩大理岩片麻岩第13页/共49页二、岩石的构造与性能不同的成岩条件和造岩矿物使各类岩石具有不同的结构和构造特征,它们对岩石的物理和力学性能影响甚大。第1
9、4页/共49页 1 1结构与构造结构与构造岩石的岩石的结构结构是指岩石中是指岩石中矿物矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及结合方式的特征。的结晶程度、颗粒大小、形态及结合方式的特征。岩石的岩石的构造构造是指岩石中是指岩石中矿物集合体矿物集合体之间的排列或组合方式,或矿物集合体与其他之间的排列或组合方式,或矿物集合体与其他组成物质之间结合的情况。组成物质之间结合的情况。(1 1)块状构造)块状构造(2 2)层片状构造)层片状构造(3 3)流纹、斑状、杏仁和结核状构造)流纹、斑状、杏仁和结核状构造(4 4)气孔状构造)气孔状构造第15页/共49页(1)块状构造该岩石是由无序排列、分布均匀的造岩矿物所组
10、成的一种构造。具有成分均匀、构造致密、整体性好的特点。因此,这类岩石强度高、抗冻性和耐久性好。第16页/共49页(2)层片状构造岩石的矿物成分、结构和颜色等沿垂直方向一层一层变化而形成层状构造。这类岩石整体性差。各层的物理力学性能不同。易被水侵蚀风化和破坏。但是易于开采。第17页/共49页(3)流纹、斑状、杏仁和结核状构造流纹状构造:是岩浆沿地表流动时冷却而形成的构造。斑状构造:是较粗大的晶粒分布在微晶矿物或玻璃体中形成的构造。杏仁状构造:是次生矿物填充在气孔中所形成的构造。结核状构造:是部分沉积岩呈结核状,其组成物与包裹其周围岩石的矿物成分不同。以上几种构造所组成的岩石整体均匀性差,斑晶、杏
11、仁及结核构造易开裂和破坏。第18页/共49页(4)气孔状构造岩浆中含有一些易挥发的成分,当岩浆上升至地面或喷出地表,由于温度和压力剧减,便形成气体逸出,岩浆凝固后便留下了气孔。气孔构造的岩石孔隙率大,强度低,绝热好。第19页/共49页2技术性质石材的技术性质可分为石材的技术性质可分为物理性质物理性质、力学性质力学性质和和工艺性质工艺性质。第20页/共49页(1)物理性质1)1)表观密度表观密度 石材的表观密度由岩石的矿物组成及致密石材的表观密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。程度所决定。2)2)吸水性吸水性 石材的吸水性与其孔隙率和孔隙特征有关。石材的吸水性与其孔隙率和孔隙特征有关。3)3)
12、耐水性耐水性 石材的耐水性以软化系数来表示。石材的耐水性以软化系数来表示。4)4)抗冻性抗冻性 抗冻性是指石材抵抗冻融破坏的能力,石材抗冻性是指石材抵抗冻融破坏的能力,石材的抗冻性与吸水率大小有密切关系。用石材在水饱和状的抗冻性与吸水率大小有密切关系。用石材在水饱和状态下所能经受的冻融循环次数态下所能经受的冻融循环次数(强度降低不超过强度降低不超过2525,质量损失不超过质量损失不超过5 5,无贯穿裂缝,无贯穿裂缝)表示。表示。5)5)耐火性耐火性 各种造岩矿物热膨胀系数不同,受热后产生各种造岩矿物热膨胀系数不同,受热后产生内应力以致崩裂。在高温下,造岩矿物会产生分解或变内应力以致崩裂。在高温
13、下,造岩矿物会产生分解或变质。质。6)6)导热性导热性 导热性主要与石材的致密程度有关。导热性主要与石材的致密程度有关。第21页/共49页(2)力学性质1)1)抗压强度抗压强度 石材的强度取决于石材的强度取决于造岩矿物造岩矿物及岩石及岩石的的结构和构造结构和构造。如如花岗岩花岗岩的主要造岩矿物有石英、长石、云母的主要造岩矿物有石英、长石、云母和少量暗色矿物。若和少量暗色矿物。若石英石英含量高,则强度高,含量高,则强度高,若云母含量高,则强度低。若云母含量高,则强度低。当岩石中有当岩石中有矿物胶结物质矿物胶结物质存在,则胶结物质对存在,则胶结物质对强度也有一定影响。如砂岩,硅质砂岩强度高强度也有
14、一定影响。如砂岩,硅质砂岩强度高于钙质砂岩,粘土质砂岩强度最低。于钙质砂岩,粘土质砂岩强度最低。结晶质石材结晶质石材强度高于强度高于玻璃质石材玻璃质石材强度,细颗粒强度,细颗粒构造强度高于粗颗粒构造,层片状、气孔状构构造强度高于粗颗粒构造,层片状、气孔状构造强度低,构造致密的岩石强度高。造强度低,构造致密的岩石强度高。第22页/共49页2)2)冲击韧性冲击韧性 石材的冲击韧性取决于矿物成分与构造。石材的冲击韧性取决于矿物成分与构造。3)3)硬度硬度 石材的硬度主要取决于矿物组成、结构和构造。岩石的硬度以莫氏硬度石材的硬度主要取决于矿物组成、结构和构造。岩石的硬度以莫氏硬度或肖氏硬度来表示。或肖
15、氏硬度来表示。4)4)耐磨性耐磨性 第23页/共49页(3)工艺性质主要指开采和加工过程的难易程度及可能性。主要指开采和加工过程的难易程度及可能性。1)1)加工性加工性 加工性是指对岩石劈解、破碎与凿琢等加工加工性是指对岩石劈解、破碎与凿琢等加工工艺的难易程度。凡强度、硬度、韧性较高的石材,不工艺的难易程度。凡强度、硬度、韧性较高的石材,不易加工;质脆而粗糙,有颗粒交错结构,含有层状或片易加工;质脆而粗糙,有颗粒交错结构,含有层状或片状构造以及业已风化的岩石,都难以满足加工要求。状构造以及业已风化的岩石,都难以满足加工要求。2)2)磨光性磨光性 指岩石能否磨成光滑表面的性质。致密、均指岩石能否
16、磨成光滑表面的性质。致密、均匀、细粒的岩石,一般都有良好的磨光性,可以磨成光匀、细粒的岩石,一般都有良好的磨光性,可以磨成光滑亮洁的表面。疏松多孔、有鳞片状构造的岩石,磨光滑亮洁的表面。疏松多孔、有鳞片状构造的岩石,磨光性均不好。性均不好。3)3)可钻性可钻性 指岩石钻孔时其难易程度的性质。影响可钻指岩石钻孔时其难易程度的性质。影响可钻性的因素很复杂,一般与岩石的强度、硬度等性质有关。性的因素很复杂,一般与岩石的强度、硬度等性质有关。第24页/共49页由于用途和使用条件不同,对石材的由于用途和使用条件不同,对石材的性质性质及其所要求的指标均有所不同。工程中用于基础、桥梁、隧道以及其所要求的指标
17、均有所不同。工程中用于基础、桥梁、隧道以及石砌工程的石材,一般规定其及石砌工程的石材,一般规定其抗压强度抗压强度、抗冻性抗冻性与与耐水性耐水性必须达到一定指标。必须达到一定指标。建筑工程中,常用天然石材的技术性能及用途可参见表建筑工程中,常用天然石材的技术性能及用途可参见表6 62 2。第25页/共49页三、建筑中常用石材砌筑用石材拌合混凝土用石材装饰用石材第26页/共49页(一)砌筑用石材 1、主要品种(1 1)毛石:毛石:山体爆破直接得到的石块。山体爆破直接得到的石块。乱毛石乱毛石:形状不规则,主要用于砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土墙:形状不规则,主要用于砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土
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