天然石材教案

发布 2022-05-23 05:17:28 阅读 2344

山西建筑职业技术学院课时授课计划。

教材:建筑与装饰材料(第三版)(工程造价与建筑管理类专业适用)

宋岩丽编著。

中国建筑工业出版社。

第二章天然石材。

天然石材是由天然岩石开采的,经过或不经过加工而制得的石材。

天然石材资源丰富,使用历史悠久,是古老的建筑材料之一。世界上有许多著名的古建筑是由天然石材建造而成,如古罗马斗兽场、古埃及的金字塔、意大利的比萨斜塔,中国隋唐时代的石窟、石塔,赵州永济桥,明、清故宫宫殿的汉白玉、大理石基座、栏杆,都是具有历史代表性的石材建筑。在现代建筑中,北京人民英雄纪念碑、***纪念堂、人民大会堂等,都是使用石材的典范,石材被公认为是一种优良的土木工程材料,被广泛应用于建筑工程中。

天然石材具有以下的优点。

1) 蕴藏量丰富、分布广,便于就地取材。

2) 石材结构致密,抗压强度高,大部分石材的抗压强度可达到100mpa以上。

3) 耐久性好,使用年限一般可达到百年以上。

4) 装饰性好。石材具有纹理自然、质感稳重、肃穆和雄伟的艺术效果。

5) 耐水性好。

6) 耐磨性好。

但石材也有自身不易克服的缺点,主要缺点是自重大,质地坚硬,加工困难,开采和运输不方便。

第一节岩石的形成与分类。

天然岩石按形成原因不同可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩。

一、岩浆岩:

岩浆岩又称火成岩,它是因地壳变动,熔融的岩浆由地壳内部上升后冷却而成。岩浆岩是组成地壳的主要岩石,占地壳总质量的89%,结晶构造没有层理。

岩浆岩根据岩浆冷却条件的不同,又分为深成岩、喷出岩和火山岩。

1. 深成岩:

深成岩是岩浆在地表深处受上部覆盖层的压力作用,缓慢冷却而形成的岩石。

其特点是结晶完全、晶粒明显可辨、构造致密、表观密度大、抗压强度高、吸水率小、抗冻及耐久性好。

常用深成岩:花岗岩、正长岩、橄榄岩、闪长岩。

花岗岩在地表分布很广泛,是人类最早发现和利用的天然岩石之一。在世界各地有许多古代开发利用花岗岩的遗迹,如4000多年前古埃及人建造的金字塔、古希腊的神庙、古罗马的斗兽场等。

花岗岩主要成分是长石和石英。花岗岩质地坚硬,结构致密,孔隙率和吸水率小,抗冻性好,难被酸碱或风化作用侵蚀,使用年限为75~200年。常被用于建筑物的材料。

花岗岩(granite)的语源是拉丁文的granum,意思是谷粒或颗粒。因为花岗岩是深成岩,常能形成发育良好、肉眼可辨的矿物颗粒,因而得名。而汉字名词花岗岩则是由日本人翻译而来。

花形容这种岩石有美丽的斑纹,刚或岗则表示这种岩石很坚硬。

花岗岩石约有300多种 。

2. 喷出岩:

喷出岩是岩浆喷出地表冷凝而成。

特点:由于冷却较快,大部分结晶不完全呈细小结晶状。当喷出岩形成较厚岩层时,接近深层岩;形成较薄岩层时,呈多孔构造,接近火山岩。

常用喷出岩:玄武岩、辉绿岩、安山岩。

玄武岩和辉绿岩可作为耐酸和耐热材料,还是生产铸石和岩棉的原料。

3. 火山岩:

火山岩是火山爆发时,岩浆被喷到空中急速冷却而形成的多孔散粒状岩石,特点:多呈玻璃质结构,有较高的化学活性。

常用火山岩:火山灰、火山砂、浮石、火山凝灰岩。

火山灰可用作生产水泥时的混合材料。浮石是配制轻混凝土的一种天然轻骨料。

二、沉积岩:

沉积岩又称水成岩。沉积岩是由原来的母岩风化后,经过搬运、沉积等作用形成的岩石。沉积岩虽仅占地壳总质量的5%,但在地球上分布极广,约占地壳表面积的75%,加之藏于离地表不太深处,易于开采。

层状结构,与火成岩相比,其特性是:结构致密性较差,密度较小,大都成层状结构,孔隙率及吸水率均较大,强度较低,耐久性也较差。

根据生成条件,沉积岩分为以下三类:机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩。

1. 机械沉积岩:

机械沉积岩是岩石风化破碎以后又经风、雨、河流及冰川等搬运、沉积、重新压实或胶结作用,在地表或距地表不太深处形成的岩石,主要有砂岩和页岩。

砂岩是由砂粒经胶结而成。由于胶结结构和致密程度的不同,性能差别很大。

页岩由粘土沉积而成,呈页片状,强度低、耐水性差,不能直接用作建筑材料。

2. 化学沉积岩:

化学沉积岩是岩石中的矿物溶于水后,经聚积、沉积而成的岩石,如石膏、白云岩、菱镁矿、部分石灰岩等。

石膏的化学成分为caso4·2h2o,是烧制建筑石膏和生产水泥的原料。

白云岩的主要成分是白云石caco3·mgco3,其性能接近于石灰岩。

菱镁矿的化学成分为mgco3,是生产耐火材料的原料。

石灰岩的主要成分为方解石(caco3),常含有白云石、菱镁矿、石英、蛋白石、含铁矿物和粘土等。构造疏松的石灰石用作生产石灰和水泥的原材料。构造致密的石灰石可作混凝土集料,非常致密的可作饰面装饰材料。

3. 生物沉积岩:

生物沉积岩是各种有机体的遗骸,经分解、分选、沉积而成的岩石。如石灰岩、硅藻土等。

硅藻土是由硅藻的细胞壁沉积而成。富含无定形sio2、浅黄色或浅灰色、质软而轻,多孔,易磨成粉末,有极强的吸水性。硅藻土涂料添加剂产品,具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点 。

三、变质岩:

变质岩是由原生的岩浆岩或沉积岩,经过地壳内部高温、高压等变化作用后而形成的岩石。

沉积岩变质后,性能变好,结构变得致密,坚实耐久;例如大理石:石灰岩、白云岩变质而成;石英岩:砂岩变质而成。

岩浆岩变质后,性质反而变差,例如片麻岩:花岗岩变质而成。

大理岩也称大理石,是由石灰岩、白云岩经变质而成的具有细晶结构的致密岩石。大理岩在我国分布广泛,而以云南大理最负盛名。大理岩质地密实但硬度不高,易于加工,可用于石雕或磨光成镜面。

纯大理岩为白色,如汉白玉。若含有不同杂质呈灰色、黄色、玫瑰色、粉红色、红色、绿色、黑色等多种色彩和花纹,是高级装饰材料。历时22年之久建造的世界上堪称奇迹的白色大理石陵墓——泰姬陵,全部用纯白色大理石建筑,用玻璃、玛瑙镶嵌,绚丽夺目、美丽无比。

大理石--啡钻大理石--枫叶红。

大理石--蓝珍珠大理石--天山红。

石英岩是由硅质砂岩变质而成,质地均匀致密,硬度大,抗压强度高达250~400mpa,加工困难,但耐久性强。石英岩板材可用作重要建筑的饰面材料或地面、踏步等。

片麻岩是由花岗岩等火成岩变质而成。其矿物成分与花岗石相近,具有片麻状构造。垂直于片理方向抗压强度为120~200mpa,沿片理方向易于开采加工。

吸水性高,抗冻性差,通常加工成毛石或碎石,用于不重要的工程。

第二节石材的主要技术性质。

一、物理性质。

1. 表观密度。

天然石材按其表观密度大小分为重石和轻石两类。

轻质石材(表观密度<1800kg/m3);主要用于保温房屋外墙;

重质石材(表观密度≥1800kg/m3),可用于建筑的基础、贴面、地面、不采暖房屋外墙、桥梁及水工构筑物等。

2. 吸水性。

石材吸水性的大小用吸水率表示,其大小主要与石材的化学成分、孔隙率大小、孔隙特征等因素有关。按吸吸水率大小分为低吸水性岩石、中吸水性岩石和高吸水性岩石。

低吸水性岩石(吸水率<1.5%);

中吸水性岩石(吸水率=1.5%~3.0%);

高吸水性岩石(吸水率>3.0%)。

石材吸水后,降低了矿物的粘结力,破坏了岩石的结构,从而降低石材的强度和耐水性。

3. 耐水性。

石材的耐水性用软化系数表示。按软化系数的大小,石材的耐水性可分为高、中、低三等。

高耐水性石材(软化系数<0.90);

中耐水性石材(软化系数=0.75~0.90);

低耐水性石材(软化系数=0.60~0.75);

当石材软化系数<0.8 时,则不允许用于重要建筑物中。

4. 抗冻性。

石材的抗冻性用冻融循环次数表示,一般有f10、f15、f25、f100、f200。

致密石材的吸水率小、抗冻性好。吸水率<0.5%的石材,认为是抗冻的,可不进行抗冻试验。

5. 耐热性。

石材的耐热性与其化学成分及矿物组成有关。石材经高温后,由于热胀冷缩体积变化而产生内应力,或由于高温使岩石中矿物发生分解和变异等导致结构破坏。

含有石膏的石材,在100℃以上开始破坏;

含有碳酸镁的石材,温度高于725℃会发生破坏;

含有碳酸钙的石材,温度达827℃时开始破坏。

由石英与其他矿物所组成的结晶石材如花岗岩等,当温度达到700℃以上时,由于石英受热发生膨胀,强度会迅速下降。

6. 导热性。

石材的导热性主要与致密程度有关。具有封闭孔隙石材的导热性差。

二、力学性质。

1. 抗压强度。

天然岩石是以3个边长为70mm的立方体试块的抗压破坏强度的平均值表示。

表 2-1 石材强度等级的换算系数。

根据《砌体结构设计》(gbj3)规定,天然石材的强度等级为mu100、mu80、mu60、mu50、mu40、mu30、mu20、mu15和mu10九个等级。

天然石材 2

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