文档介绍：第2章天然石材
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岩石的形成与分类
石材的技术性质
石材在土木工程中的应用
建筑石材的选用
思考题
本章内容
凡由天然岩石开采的,经加工或未加工的石材,统称为天然石材。
人类对天然石材的使用有着悠久的历史,古埃及的金字塔、太阳神神庙,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、毛主席纪念堂、人民大会堂、北京火车站等,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,被广泛应用于土木工程中。
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。
石材由岩石加工而成。岩石由造岩矿物组成,不同的造岩矿物在不同的地质条件下,形成不同性能的岩石。而造岩矿物是具有一定化学成分和一定结构特征的天然固态化合物或单质体。各种造岩矿物各具不同颜色和特征,如云母、角闪石、石英、方解石、黄铁矿等。目前,已发现的矿物有3 300多种,绝大多数是固态无机物,主要造岩矿物有30多种。
天然岩石按矿物组成不同可分为单矿岩和多矿岩(或复矿岩)。
凡是由单一的矿物组成的岩石叫单矿岩,如石灰岩就是由95%以上的方解石组成的单矿岩。凡是由两种或两种以上的矿物组成的岩石叫多矿岩(复矿岩)。如主要由长石、石英、云母组成的花岗岩。
天然岩石按形成的原因不同可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩等三大类。
1. 岩浆岩
岩浆岩又称火成岩,是由地壳内部熔融岩浆上升过程中在地下或喷出地面后冷凝结晶而成的岩石,它是组成地壳的主要岩石,占地壳总质量的89%。根据岩浆冷凝情况的不同,岩浆岩又分为以下三种。
岩石的形成与分类
1) 深成岩
深成岩是地壳深处的岩浆在受上部覆盖层压力的作用下,经缓慢冷凝而形成的岩石。深成岩结晶完整、晶粒粗大、结构致密而没有层理,具有抗压强度高、孔隙率及吸水率小、表观密度大、抗冻性好等特点。工程上常用的深成岩有花岗岩、正长岩、橄榄岩、闪长岩等。
2) 喷出岩
喷出岩是岩浆冲破覆盖层喷出地表时,在压力骤减和迅速冷却的条件下而形成的岩石。由于其大部分岩浆喷出后还来不及完全结晶即凝固,因而常呈隐晶质(细小的结晶)或玻璃质结构。当喷出的岩浆形成较厚的岩层时,其岩石的结构和性质与深成岩相似;当形成较薄的岩层时,由于冷却速度快及气压作用而易形成多孔结构的岩石,其性质近似于火山岩。工程上常用喷出岩有玄武岩、辉绿岩和安山岩等。
3) 火山岩
火山岩又称火山碎屑岩,是火山爆发时,岩浆被喷到空中而急速冷却后形成的岩石。呈多孔结构,且表观密度小。工程上常用的火山岩有火山灰、浮石、火山凝灰岩等。
岩石的形成与分类
2. 沉积岩
沉积岩又称为水成岩。它是由露出地表的各种岩石经自然界的风化、搬运、沉积并重新成岩而形成的岩石,主要存在于地表及不太深的地下。沉积岩为层状结构,各层的成分、结构、颜色和层厚均不相同,与岩浆岩相比,其特点是结构致密性较差,表观密度小,孔隙率和吸水率大,强度较低,耐久性相对较差,但分布较广,约占地表面积的75%,且藏地不深,开采、加工容易,在工程上应用较广。根据沉积岩生成条件,可分为以下三种:
1) 机械沉积岩
它是由自然风化逐渐破碎松散的岩石及砂等,经风、雨、冰川和沉积等机械力的作用而重新压实或胶结而成的岩石,如砂岩和页岩等。
2) 化学沉积岩
由溶解于水中的矿物质经聚积、沉积、重结晶和化学反应等过程而形成的岩石,如石膏、白云石等。
3) 有机沉积岩
由各种有机体的残骸沉积而成的岩石,如石灰岩和硅藻土等。
3. 变质岩
变质岩是地壳中原有岩浆岩或沉积岩在地层的压力或温度作用下,在固体状态下发生再结晶作用,使其矿物成分、结构构造乃至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。其性质决定于变质前的岩石成份和变质过程。沉积岩形成变质岩后,其建筑性能有所提高,如石灰岩和白云岩变质后得到的大理岩,比原来的岩石坚固耐久。而岩浆岩经变质后产生片状构造,性能反而下降,如花岗岩变质后成为片麻岩则易于是分层剥落、耐久性差。
岩石的形成与分类
天然石材的技术性质可分为物理性质、力学性质和工艺性质。
天然石材因生成条件不同,常含有不同种类的杂质,矿物成分也会有所变化,所以,即使是同一类岩石,他们的有可能有很大差别,因此在使用前都必顺进行检验和鉴定,以保证工程质量。
一、物理性质