岩石强度分类

第二章天然石料

天然石料：天然岩石经机械或人工开采、加工（或不经加工）获得的各种块料或散粒状石材。

第一节岩石的形成与分类

岩石由于形成条件不同可分为：

岩浆岩（火成岩）

沉积岩（水成岩）

变质岩

一、岩浆岩

（一）岩浆岩的形成与分类

岩浆岩是由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成的。

（1）深成岩：岩浆在地壳深处，在上部覆盖层的巨大压力下，缓慢且比较均匀地冷却而形成的岩石。

特点：矿物全部结晶，多呈等粒结构和块状构造，质地密实，表观密度大、强度高、吸水性小、抗冻性高。

建筑上常用的深成岩主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩等。

（2）喷出岩：岩浆喷出地表时，在压力急剧降低和迅速冷却的条件下形成的。

特点：岩浆不能全部结晶，或结晶成细小颗粒，常呈非结晶的玻璃质结构、细小结晶的隐晶质结构及个别较大晶体嵌在上述结构中的斑状结构。

建筑上常用的喷出岩主要有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。

（3）火山岩：火山岩也称火山碎屑岩，是火山爆发时喷到空中的岩浆经急速冷却后形成的。

常见的有火山灰、火山砂、浮石及火山凝灰岩等。

（二）岩浆岩的主要矿物成分

（1）石英：结晶状态的SiO2

强度高、硬度大、耐久性好。

常温下基本不与酸、碱作用。

温度达575℃以上时，石英体积急剧膨胀，使含石英的岩石，在高温下易产生裂缝岩浆岩分为：

酸性岩石(SiO2>65%)

中性岩石(65%≥SiO2≥55%)

碱性岩石（SiO2<55%）

（2）长石：强度、硬度及耐久性均较低（与石英相比）

正长石（K2O·Al2O3·6SiO2）

斜长石钠长石（Na2O·Al2O3·6SiO2）

钙长石（CaO·Al2O3·2SiO2）

干燥条件下耐久性高，

温暖潮湿的条件下较易风化，特别遇CO2，更易于被破坏。风化后主要生成物是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）。

（3）云母：含水的铝硅酸盐，柔软而有弹性的成层薄片。

白云母

黑云母

云母含量较多时，易于劈开，降低岩石的强度和耐久性，且使表面不易磨光。

（4）暗色矿物：角闪石、辉石、橄榄石等着色深暗的铁镁硅酸盐类矿物，统称为暗色矿物。

特点：密度特别大（3～4）g/cm3。

与长石相比，强度高，冲击韧性好，耐久性也较高。

在岩石中含量多时，能形成坚固的骨架。

其它：黄铁矿（FeS2），

特征：岩石表面具有锈斑。

黄铁矿遇水，易氧化成硫酸，腐蚀其它矿物，加速岩石风化。

二、沉积岩

（一）沉积岩的形成与分类

位于地壳表面的岩石，经过物理、化学和生物等风化作用，逐渐被破坏成大小不同的碎屑颗粒和一些可溶解物质。这些风化产物经水流、风力的搬运，并按不同质量、不同粒径或不同成分沉积而成的岩石，称为沉积岩。

特点：有明显的层理，较多的孔隙，不如深成岩密实。

（1）化学沉积岩：原岩石中的矿物溶于水，经聚集沉积而成的岩石。

常见：石膏、白云岩、菱镁矿及某些石灰岩。

（2）机械沉积岩：原岩石在自然风化作用下破碎，经流水、冰川或风力的搬运，逐渐沉积而成。

常见：页岩、砂岩、砾岩。

（3）有机沉积岩：由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。

常见：石灰岩、贝壳岩、白垩、硅藻土等。

（二）沉积岩的主要矿物成分

（1）方解石：结晶的CaCO3，

强度中等，硬度较低，微溶于水，在含有CO2的水中，易于形成Ca(HCO3)2，而使溶解度急剧增大，遇稀盐酸会立即分解出CO2。

（2）白云石：一种碳酸钙镁的复盐（CaCO3·MgCO3）。

物理性质接近方解石，但较方解石的硬度、强度稍高，在水中的溶解度较小，并仅在浓度较大的热盐酸作用下才分解出CO2。

（3）高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）：由长石风化而成，是粘土的主要组成部分。强度、硬度均低，遇水即膨胀软化。

（4）非结晶（无定型）的二氧化硅：

由胶体状态凝聚成的蛋白石；

由硅藻类生物沉积成的硅藻土、硅藻石：

有化学活性，磨细后可作水泥的混合材料。

三、变质岩

是由岩浆岩或沉积岩在地壳变动或与熔融岩浆接触时，受到高温高压的作用变质而成的。变质岩一般可分为片状构造和块状构造两大类。

（1）正变质岩：即由岩浆岩变质形成的岩石，常因变质岩产生了片状构造，使其性能较原岩石有所降低，如片麻岩等。

（2）副变质岩：即由沉积岩变质而成的岩石，它比原岩石更为细密，故建筑性能有所提高，如大理岩等。

第二节天然石料的主要技术性质

一、物理性质

（一）抗风化性及风化程度

岩石抗风化能力的强弱与其矿物组成、结构和构造状态有关。

岩石的风化程度用K w表示，K w为该岩石与新鲜岩石单轴抗压强度的比值。

表2-1 岩石风化程度表

风化程度K w值风化程度K w值

半风化 0.40～0.75

新鲜（包括微风化） 0.9～1.0

强风化 0.20～0.40 微风化 0.75～0.90 全风化<0.20 建筑物中所用的石料要求：质地均匀

没有显著风化迹象

没有裂缝

不含易风化矿物。

（二）表观密度

同种石材表观密度愈大抗压强度愈高，吸水率愈小，耐久性愈高

表观密度石材品质评价的粗略指标。

表观密度大于1800kg/m3重质石材，

表观密度小于1800kg/m3称为轻质石材。

（三）吸水性

岩石吸水性的大小与其孔隙率及孔隙特征有关。

深成岩及许多变质岩，它们的孔隙率都很小，吸水率也较小。

沉积岩的孔隙率及孔隙特征变化很大，吸水率波动也很大。

吸水率低于1.5% 低吸水性岩石；

吸水率高于3.0% 高吸水性岩石；

吸水率介于1.5%～3.0% 中吸水性岩石。

石料吸水性对其强度、耐水性及抗冻性等都有很大影响。

（四）抗冻性

取决于其矿物成分、结构、构造以及其风化程度。

当石料中含有较多的黑云母、黄铁矿、粘土等矿物时，抗冻性较差；风化程度大者，抗冻性低。

石料抗冻性标号：5、10、15、25、50、100、200。（冻融循环次数）

（五）耐水性

经常与水接触的建筑物：石料的软化系数一般不应低于0.75～0.90。

二、力学性质

主要包括抗压强度、冲击韧性、硬度及耐磨性等。