第三章 天然石材与土料

名称
成岩情况
岩浆岩 沉积岩 变质岩
熔融岩浆上升到地表附近 或喷出地表，冷却凝结而 成岩。
岩石风化后，再经沉积、 胶结而成岩。
岩石在温度、压力或化学 的作用下，经变质而成岩
主要品种
花岗岩 玄武岩 辉绿岩 石灰岩 砂岩 大理岩 片麻岩
2.按岩石抗压强度分类：
1）硬 石：抗压强度大于50Mpa,如花岗岩、安山岩、大 理岩。
❖ 该桥拱轴线和恒载压力 线甚接近，拱圈各横截 面只受压力或微小拉力。 该二线重合道理，到现 代才认识。
广州圣心大教堂现在是远东区 惟一最大的石结构天主教建筑， 也是全球四大全石结构哥特式 教堂建筑之一，1996年才被国 家文物局公布为全国重点文物 保护单位。1990年国家建设部、 国家文物局、中国建筑学会核 定为全国近代优秀建筑单位。 由于教堂的全部墙壁和柱子都 是用花岗岩石砌筑，所以称之 为“石室”或“石室耶稣圣心 堂”。
一、天然岩石分类：
▪ 岩石按地质形成条件分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类.
▪ (一)岩浆岩
▪ 或称火成岩,是地壳内部熔融岩浆上升、冷却、凝固而 成的.
▪ 根据岩浆冷却条件不同分为:深成岩、喷出岩、火山岩.
▪ 1.深成岩 ▪ 是地表深处岩浆受上部覆盖层的压力作用,缓慢均匀的 ▪ 冷却而形成的岩石. ▪ 特点:结晶完全、晶粒粗大、结构致密、表观密度大、抗
3、土的气相
存在土中的气体分为两种基本类型：一种是与大气连 通的气体；另一种是与大气不连通的以气泡形式存在 的封闭气体。
二 土的工程分类
1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)
▪ 土分为：岩石、碎石土、砂土、粉土、黏性土五 大类。碎石土和砂土为粗粒土，粉土和黏土为细 粒土。
▪ (3)半细骨料:叠砌面的凹入深度不大于15mm; ▪ (4)细料石:经细加工叠砌面的凹入深度不大于10mm; ▪ 根据加工程度分别用于建筑物的外部装饰、勒脚、台阶砌
体、石拱等.
▪ 2.毛石 ▪ 是在采石场由爆破直接获得的石块.按其表面的平整程度
分为乱毛石和平毛石.
▪ (1)乱毛石 形状不规则,一个方向长度达300-400mm,中部 ▪ 厚度不小于200mm,重约20-30kg. ▪ (2)平毛石 由乱毛石略经加工而成,基本上有6个面,但表
5) 导热性
石材的导热性主要与石材的致密程度和结构状态有关。相 同成分的石材，玻璃态比结晶态的导热系数小；孔隙率较 高且具有封闭孔隙的石材导热性差。
（二）、岩石的力学性质：
▪ 1. 抗压强度
用于砌体结构石材的抗压强度是以3个边长为70 mm 的立方体试块的抗压破坏强度的平均值表示，砌体所用石 材根据抗压强度分成9个强度等级：MU100、MU80、MU60、 MU50、MU40、MU30、MU20、MU15、MU10。
▪ 优点： （1）结构致密，抗压强度高; （2）生产成本低：蕴藏量丰富、分布广，便于就 地取材； （3）耐久性好，使用年限一般可达到百年以上； （4）装饰性好。它具有自然纹理、质感稳重、肃 穆和雄伟的艺术效果。 （5）耐水性好（6）耐磨性好。
缺点： 抗拉强度低、体积密度大、硬度高，开采和加工较 困难。
的岩石.
▪ 特点:结晶不完全多呈细小结晶或玻璃质结构. ▪ 玄武岩是分布最广的喷出岩,结构为玻璃质. ▪ 玄武岩体积密度大、硬度高、脆性大、耐久性好、加工困
难.
▪ 一般作为筑路石材或砼骨料.
▪ 3.火山岩
▪ 火山爆发时岩浆被喷到空气中,在压力骤减和急速冷却条 件下形成的多孔散粒状岩石.如火山灰、火山渣、浮石等.
过研磨、抛光加工制成的.
三、天然岩石的技术性质：
岩石的性质主要包括物理性质、力学性质、化学性质以及 耐久性等。
（一）、物理性质：
1) 表观密度（表观密度越大，石材越坚硬。） 岩石的表观密度由岩石的矿物组成及致密程度所决定。表 观密度的大小，常间接地反映出石材的一些物理力学性能。一 般情况下，同种石材表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率 越小，耐久性、导热性越好。
硅藻土等. ▪ 石灰岩俗称青石,主要由方解岩组成,常含有一定数量的白
云石、菱镁矿、石英、粘土矿物等. ▪ 密实的石灰岩体积密度越大,强度较高.广泛应用于建筑工
程中,如砌筑基础、挡土墙路面等,其碎石可作砼骨料.
▪ 2.机械沉积岩 ▪ 是风化破碎后的岩石又经风、雨、河流及冰川等搬运、沉
积、重新压实或胶结而成的岩石.主要有砂岩、砾岩和页 岩等.
无机土：是指岩石风化后形成的天然土，是岩石风化后 的产物。 有机土：是指腐殖土，主要是由植物完全或部分分解的 堆积物具有高压缩性、低强度
土的组成
土是固体颗粒、孔隙中的水和孔隙中的空气的混合
物，常称土为三相系。 固相：土的颗粒、粒间胶结物；构成土的骨
架，决定土的性质（大小 、形状、 成分、组成、 排列）。
而成.
▪ 按表面加工的平整程度分为: ▪ (1)毛料石:外形大致方正,一般不加工或稍加修正,高度不
小于200mm,长度为高度的1.5-3倍,叠砌面凹入深度不大于 25mm.
▪ (2)粗料石:截面的宽度和高度都不小于200mm,且不小于长 度的1/4,毛石可用于砌筑基础、勒脚、墙身、堤坝、挡土 墙等.叠砌面的凹入深度不大于20mm;
4) 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因组成矿物发生分 解和变异等导致结构破坏。如含有石膏的石材，在100℃以上 时就开始破坏；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 其它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，强度迅速下降。
压强度高、吸水率小、抗冻性和耐久性好.
▪ 花岗岩技术性质是体积密度大、抗压强度高、吸水率小、 耐磨性好、耐久性相当高而且外观稳重大方,耐火性差.
▪ 建筑上花岗岩特别适用于基础、勒脚、柱子、地面等部位, ▪ 它也是高档的装修材料,广泛应用于公共建筑中.
▪ 2.喷出岩 ▪ 是岩浆喷出地表后,在压力骤减和迅速冷却的条件下形成
第三章 天然石材
§3-1 天然石材 §3-2 土的组成、分类及性质
❖ 建于1300多年前（桥长 约51m，净跨37m）
❖ 建造该桥的石材为青白 色石灰岩
❖ 比意大利人建石拱桥晚 400多 年 , 但 在 主 拱 肋 与 桥面间设计“敞肩拱” ， 比外国早了1200多年
❖ 敞肩拱不仅减轻自重、 节省材料、减轻桥基负 担，使桥台轻巧，且位 移很小，地基下沉甚微， 且拱圈内应力很小，是 至今位移和沉陷微小且 不坠的重要原因之一；
2、土的液相
（一）结合水
强结合水性质接近于固体，冰点很低，沸点较高， 且不能传递压力。
弱结合水也称为薄膜水，不能传递压力，也不能在 孔隙水中自由流动，但它可以因电场引力的作用从水膜 厚的地方向水膜薄的地方转移。由于它的存在，使土具 有塑性、粘性、影响土的压缩性和强度，并使土的透水 性变小。
结合水水厚度影响因素：成土矿物；阳离子浓度及化学 性质(阳离子价低,厚; 阳离子浓度高,薄)。
而装饰用石材一般采用边长为50mm的立方体试件 来测定抗压强度。
表2-1 石材强度等级的换算系数
立方体边长(mm)
200
150
100
70
50
换算系数
1.43
1.28
1.14
1
0.86
2) 硬度
➢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。
▪ 3.化学沉积岩 ▪ 是由溶解于水中的矿物经富集、反应、结晶、沉积而成的
岩石.如石膏、白云石、菱镁矿等
▪ (三)变质岩
▪ 岩石用于地质作用(温度、压力、水气等),发生再结晶,使其矿 物组成,结构构造以及化学组成都发生改变而形成的岩石.
▪ 1.大理岩
▪ 大理岩由石灰岩或白云岩变质而成.主要矿物组成为方解石和白 云石,是不耐酸的.大理岩是主要的传统装修材料.
3) 耐水性
耐水性是指石材在吸水饱和状态下的抗压强度与干燥状态下的 抗压强度之比。石材的耐水性以软化系数表示。岩石中含有较多 的粘土或易溶物质时，软化系数则较小，其耐水性较差。根据软 化系数大小，可将石材分为高、中、低三个等级。软化系数＞ 0.90为高耐水性，软化系数在0.7～0.90之间的为中耐水性，软化 系数在0.60～0.7之间为低耐水性，软化系数＜0.8者，则不允许 用于重要建筑物中。
Fra Baidu bibliotek 天然石材的分类
按用途，天然石材可分下列几类： 1.结构用石材－用作建筑物的墙、柱、拱、过梁，以及基础、 勒脚等； 2.构造用石材－用作栏杆、护坡、渠道、屋面等； 3.装饰用石材－用作建筑物立面及室内的饰面材料，包括墙面、 柱面、地面、雕刻、花饰等； 4. 耐磨用石材－主要用作室外地坪、台阶踏步、路边石、路面 以及工业建筑的车间地面、某些工业设备的耐磨衬板等； 5. 混凝土、砂浆及其它人造石材的骨料－砂、卵石、碎石、各 种石渣等； 6. 建筑材料用原料－用于生产砖瓦、陶瓷、玻璃、铸石、石灰、 石膏、水泥、无机绝热材料等的原材料。
▪ 2.片麻岩
▪ 由花岗岩变质而成,呈片状构造,各向异性.吸水性高、抗冻性差. 可用于一般建筑工程的基础、勒脚等石砌体,也可作砼骨料.
▪ 3.石英岩
▪ 由硅质砂岩变质而成,质地均匀致密、硬度大、抗压强度高、加 工困难、耐久性高,可用于建筑装饰材料、耐酸衬板或用于地面 踏步等部位.
1.按地质条件成因分类：
▪ (二)沉积岩
▪ 地表的岩石经风化、搬运、沉积,在压力作用下或天然粘 结剂胶结作用下而形成的岩石称为沉积岩或水成岩.与火 成岩相比,孔隙率和吸水率大、耐久性和强度低.
▪ 按沉积形成的条件分为三类:机械沉积岩、化学沉积岩、 生物沉积岩.
▪ 1.生物沉积岩 ▪ 由各种有机体死亡后的残骸沉积而成的岩石.如石灰岩、
2）次硬石：抗压强度在50Mpa--30Mpa,如软质安山岩、 硬质砂岩。
3）软 石：抗压强度小于10 Mpa）如凝灰岩。
3、按岩石形状分类：
1）砌筑：砌筑用石材分为毛石和料石。 2）装饰：装饰用石材主要为板材。
▪ 建筑石材的常用规格
▪ 1.料石 ▪ 由人工或机械开采出的较规则的六面体石块,再略经凿琢
2) 吸水率
岩石的吸水率一般较小，但由于形成条件、密实程度等情况 的不同，岩石的吸水率波动也较大，如花岗岩吸水率通常小于 0.5%。，而多孔的贝类石灰岩吸水率可达15%。石岩石吸水后 强度降低，抗冻性、耐久性能下降。根据吸水率的大小，将岩 石分为低吸水性（吸水率く1.5 %）、中吸水性（吸水率介于 1.5-3%）和高吸水性（吸水率>3%）的岩石。
用料石砌筑的门拱
毛石
§3-1 天然岩石的基本知识
天然岩石不经加工或经加工而得到的材料,统称为天然石材.
天然石材具有抗压强度高、装饰性好、耐久性高、来源广 泛等特点.
由单一矿物组成的岩石叫单矿岩，由两种或两种以上矿物 组成的岩石叫多矿岩。主要的造岩矿物是硅酸盐矿物，其 次还有非硅酸盐类的造岩矿物。
液相：土体孔隙中的水； 气相：孔隙中的空气。
1、土的固相 土的固相物质包括无机矿物颗粒和有机质，是构成
土的骨架最基本的物质，称为土粒。对土粒应从其矿物 成分、颗粒的大小和形状来描述。
（一）成土矿物：原生矿物，次生矿物 原生矿物是指岩浆在冷凝过程中形成的矿物，如石英
、长石、云母等。
次生矿物是由原生矿物经过风化作用后形成的新矿物 ，如三氧化二铝、三氧化二铁、次生二氧化硅、粘土矿 物以及碳酸盐等。
面粗糙.
▪ 3.板材 ▪ 按石材的形状分为:普通板材(正方形或长方形)、异形板
材(其他形状的板材).
▪ 按板材的表面加工程度分为: ▪ (1)粗面板材:表面平整但粗糙不光,具有较规则的加工条
文的机刨板等.
▪ (2)细面板材:表面平整光滑但无镜面光泽的板材. ▪ (3)镜面板材:表面平整光滑且具有镜面光泽的板材.是经
3) 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、辉绿岩等具有较高的韧性。通常，晶体结构 的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。
§3-2 土的组成、分类及性质
一 土的形成
土是松散颗粒的堆积物，是岩石风化的产物（人工破碎；堆石坝的 坝壳料；相当于物理风化）。 土是指覆盖在地表的没有胶结或弱胶结的颗粒堆积物。 根据来源分：有机土和无机土