第二章天然石材课件.ppt

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 Igneous rock,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）,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(SiO265%),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 Sedimentary rock,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,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）,Dolomite 白云石,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 Metamorphic rock,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、0.750.90，为中耐水性石材 3、0.600.75，为低耐水性石材经常与水接触的建筑物中，石料的K软0.750.90。,（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(c2)与冻融前干抗压强度(c1)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(ms1ms2)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。,风化作用的类型,物理风化,现象：热胀冷缩、冰劈、晶胀等,结果：使得岩石块体越来越小,Compassberg Mountains in South Africa.Many geological processes are at work here,particularly freeze-thaw action in which rocks are broken apart by the expansion of frozen water and repeated heating and cooling.,Half Dome,Thats the north side of Enchanted Rock itself.Nice exfoliation,eh?,化学风化,作用方式,水化：,CaCO3(石灰岩）CO2H2O,Ca(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。,CaSO4(硬石膏）2H2O,CaSO4 2H2O(石膏，体积增大30%）,水解：,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,生物风化,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,腐殖质(有机酸),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Compressive strength 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。,水利工程中，将石材按50100的圆柱体或5050100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3033r/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，g,3、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。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。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。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，包括加工性、磨光性与抗钻性等。（1）加工性 主要是指对岩石开采、锯解、切割、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。（2）磨光性 指石材能否磨成平整光滑表面的性质。（3）抗钻性 指石材钻孔时，其难易程度的性质。一般强度越高，硬度越大，越不易钻孔。,（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）安全性 天然石材是构成地壳的基本物质，可能存在镭等放射性元素。,（四）建筑工程中常用的岩石,（1）花岗岩 多为灰白、微黄、淡红，可作设备的耐酸衬里、装饰材料、基础、台阶、路面及纪念性建筑物等。主要成分：钾长石、斜长石、石英、黑云母,（2）玄武岩 常用做高强混凝土的骨料，也用其铺筑道路路面等。,（3）火山灰、浮石和凝灰岩 火山灰可作水泥的复合材料及混凝土的掺合料，浮石可作轻质混凝土的骨料，凝灰岩可作砌墙材料和轻混凝土的骨料。,（4）石灰岩 通常为灰白色、浅灰色，是生产水泥和石灰的主要原料。,（5）砂岩,（6）石膏 用于水泥缓凝剂、石膏建筑制品、模型制作等。,（7）大理岩 纯大理石呈雪白色，有杂质时呈红、黄、绿等各种颜色。,