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土木工程常用石材及其分类

时间:2022-11-01 百科知识 版权反馈
【摘要】:但在高温作用下,由于花岗石内的石英膨胀会引起石材破坏,因此其耐火性不好。根据变质作用对象,可将岩浆岩分为正变质岩和副变质岩。大理岩又称大理石,是由石灰岩或白云石经高温高压作用,重新结晶变质而成。石英岩常用作重要建筑物的贴面石,是耐磨耐酸的贴面材料,其碎块可用于道路或作混凝土的骨料。毛石又称片石或块石,是由爆破直接得到的石块,按其表面的平整程度分为乱毛石和平毛石两类。

天然石材是指从天然岩石中采得的毛石经过锯、凿、磨等机械加工所制得的材料。岩石是由各种不同地质作用所形成的天然固态矿物组成的集合体。根据岩石的成因,按地质分类法,天然岩石可分为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类。

8.1.1 常用石材的类型

1)岩浆岩

岩浆岩又称火成岩,是地壳内的熔融岩浆在地下或喷出地面后冷凝而成的岩石。岩浆岩是组成地壳的主要岩石,占地壳总量的89%。

根据岩浆岩的形成过程,可将岩浆岩分为侵入岩(深成岩、浅成岩)和喷出岩(火山岩)等。根据岩浆岩中Si O2含量的高低,可将岩浆岩分为酸性岩、中性岩、基性岩、超基性岩等。例如,花岗岩为酸性深成岩,玄武岩为基性喷出岩。

建筑中常用的岩浆岩有花岗岩、玄武岩、辉绿岩、火山灰、浮石、凝灰岩等。

(1)花岗岩

花岗岩是岩浆岩中分布较广的一种岩石,主要由长石、石英和少量云母(或角闪石等)组成,具有致密的结晶结构和块状构造。花岗岩呈全晶质结构,按晶粒大小分为细晶、中晶、粗晶等多种,其颜色一般为灰白、微黄、淡红等。由于结构致密,其孔隙率和吸水率很小,表观密度大,达2300~2800kg/m3;抗压强度高,可达120~250MPa;抗冻性好,可达100~200次冻融循环;耐磨性好,耐久性高,使用年限可达75~200年;对硫酸和硝酸的腐蚀具有较强的抵抗性,故可作设备的耐酸衬里;表面经琢磨加工后光泽美观,是优良的装饰材料。

优质花岗石晶粒细,构造致密,质地均匀、坚固,石英含量多,云母含量少,不含有害的黄铁矿等杂质,长石光泽明亮,无风化迹象。

在建筑中,花岗岩常用于基础、闸坝、桥墩、台阶、路面、墙石和勒脚及纪念性建筑物等。但在高温作用下,由于花岗石内的石英膨胀会引起石材破坏,因此其耐火性不好。有些花岗石具有放射性,不得应用于与人常接触的建筑物。

(2)玄武岩、辉绿岩

玄武岩是喷出岩中最普通的一种,颜色一般为黑色或棕黑色,常呈玻璃质或隐晶质结构,有时也呈多孔状或斑状构造。结构致密的硬度高,脆性大,抗风化能力强,表观密度为2900~3500kg/m3,抗压强度为100~500MPa。常用作高强混凝土的骨料,也可用其铺筑道路路面等。

辉绿岩具有深灰、墨绿等色,致密块状构造,有时有气孔或杏仁状构造,可用于铺砌道路,可作耐酸混凝土骨料。其熔点为1400~1500℃,可作铸石的原料,所制得的铸石结构致密且耐酸性好,因此是化工设备耐酸衬里的良好材料。

(3)浮石、凝灰岩

浮石是粒径大于5mm并具有多孔构造(海绵状或泡沫火山玻璃)的火山碎屑岩。其表观密度小,一般为300~600kg/m3,可作轻质混凝土的骨料。

凝灰岩是凝聚并胶结成大块的火山碎屑岩,具有多孔结构,表观密度小,抗压强度为5~20MPa,可作砌墙材料和轻质混凝土的骨料。

2)沉积岩

沉积岩又称水成岩,是由地表的各类岩石经自然界的风化、搬运、沉积并重新成岩(压实、相互胶结、重结晶等)而形成的岩石。它主要存在于地表及不太深的地下,其特征是呈层状构造,外观多层理,表观密度小,孔隙率和吸水率较大,强度较低,耐久性较差。由于沉积岩分布较广,加工较容易,因此应用也较广。建筑中常用的沉积岩有石灰岩、砂岩等。

(1)石灰岩

石灰岩俗称灰石或青石,主要化学成分为Ca CO3,主要矿物成分为方解石,但常含有白云石菱镁矿、石英、蛋白石、含铁矿物及黏土等。因此,石灰岩的化学成分、矿物组成、致密程度及物理性质等差别较大。

石灰岩通常为灰白色、浅灰色,常因含有杂质而呈现深灰、灰黑、浅黄、浅红等颜色,抗压强度为20~160MPa,吸水率为2%~10%,若岩石中黏土含量不超过3%~4%,也有较好的耐水性和抗冻性。

石灰岩来源广,硬度低,易劈裂,便于开采,具有一定的强度和耐久性,是建筑中用途最广、用量最大的岩石。其块石可作基础、墙身、阶石及路面等,其碎石是常用的混凝土骨料。此外,它也是生产水泥和石灰的主要原料。

(2)砂岩

砂岩主要是由石英砂或石灰岩等细小碎屑经沉积并重新胶结而成的岩石,其性质取决于胶结物的种类及胶结的致密程度。以氧化硅胶结而成的称硅质砂岩;以碳酸钙胶结的称钙质砂岩;还有铁质砂岩和黏土质砂岩。砂岩的主要矿物为石英,次要矿物有长石、云母及黏土等。致密的硅质砂岩性能接近于花岗岩,密度大、强度高、硬度大、加工较困难,可用于纪念性建筑及耐酸工程等;钙质砂岩的性质类似于石灰岩,较易加工,应用较广,可作基础、踏步、人行道等,但不耐酸;铁质砂岩的性能比钙质砂岩差,其中密实者可用于一般建筑工程;黏土质砂岩浸水易软化,建筑中一般不用。

3)变质岩

变质岩是地壳中原有的各类岩石,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,而使其矿物成分、结构构造以至化学成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。

根据变质作用对象,可将岩浆岩分为正变质岩和副变质岩。一般由岩浆岩变质而成的称正变质岩,如片麻岩等;由沉积岩变质而成的称副变质岩,如大理岩、石英岩等。

(1)大理岩

大理岩又称大理石,是由石灰岩或白云石经高温高压作用,重新结晶变质而成。其表观密度为2500~2700kg/m3,抗压强度为50~140MPa,耐用年限为30~100年。

大理石构造致密,密度大,但硬度不大,易于分割。纯大理石常呈雪白色,含有杂质时呈现黑、红、黄、绿等各种颜色,锯切、雕刻性能好,磨光后非常美观,可用于高级建筑物的装饰和饰面工程。

我国的大理岩矿产资源极为丰富,品种繁多,产地几乎遍及全国,主要分布于北京、河北、广西、陕西、江苏、福建、江西、浙江、云南、贵州、四川等20多个省(区)市,品种近300个,其中最有名的应首推云南大理市的大理石。

但由于其主要成分为碳酸钙,易被酸侵蚀,所以除个别品种(如汉白玉)外,一般不宜用作室外装饰。

(2)石英岩

石英岩是由硅质砂岩变质而成,为晶体结构,岩体均匀致密,抗压强度高,达250~400 MPa,耐久性好,但硬度大,加工困难。石英岩常用作重要建筑物的贴面石,是耐磨耐酸的贴面材料,其碎块可用于道路或作混凝土的骨料。

(3)片麻岩

片麻岩是由花岗岩变质而成,其矿物成分与花岗岩相似,呈片状构造,因而各个方向的物理力学性质不同。在垂直于解理(片层)方向有较高的抗压强度,可达120~200MPa。沿解理方向易于开采加工,但在冻融循环过程中易剥落分离成片状,故抗冻性差,易于风化,常用作碎石、块石及人行道石板等。

8.1.2 建筑石材的分类

建筑中使用的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)砌筑用石材

砌筑用石材的原料主要有花岗岩、石灰岩、白云岩、砂岩等。根据加工程度的不同,可以分为毛石和料石两类。

(1)毛石

毛石又称片石或块石,是由爆破直接得到的石块,按其表面的平整程度分为乱毛石和平毛石两类。乱毛石是形状不规则的毛石,一般在一个方向的尺寸达300~400mm。平毛石是乱毛石略经加工而成的石块,形状较整齐,表面粗糙,其中部厚度不应小于200mm。

(2)料石

料石又称条石,是由人工或机械开采的较规则的并略加凿琢而成的六面体石块。料石根据其表面加工的平整程度可分为毛料石、粗料石、半细料石和细料石。

料石常用致密的砂岩、石灰岩、花岗岩等开采凿制成,至少应有一个面的边角整齐,以便相互合缝。料石常用于砌筑墙体、地坪、踏步、拱和纪念碑等;形状复杂的料石制品可用作柱头、柱基、窗台板、栏杆和其他装饰等。

2)装饰石材

装饰石材主要是指用于工程中各部位的装饰性板材和块材。用致密岩石凿平或锯解而成的厚度一般为20mm的石材称为板材。园林小品、室内摆设多用太湖石、山水石(浙江一带出产)和宣石、英德石(广东、福建一带出产)。这类石材造型奇特、千姿百态,是一种高档装饰品。堆砌假山可用普通石材、太湖石、猴头石(蓟县、遵化一带出产)等。最常用的建筑装饰用石材是天然大理石和天然花岗石。

建筑上常用的大理石板材除用大理岩加工外,还有用砂岩、石英岩和致密的石灰岩加工的饰面板材。

3)颗粒状石料

(1)碎石

碎石是天然岩石经人工或机械破碎而成的粒径大于5mm的颗粒状石料,其性质取决于母岩的品质,主要用于配制混凝土或作道路、基础的垫层。

(2)卵石

卵石是母岩经自然条件风化、磨蚀、冲刷等作用而形成的表面较光滑的颗粒状石料。其用途同碎石,还可作为装饰混凝土(如露石混凝土等)的骨料和园林庭院地面的铺砌材料等。

(3)石渣

石渣是用天然大理石与花岗石等的残碎料加工而成,具有多种颜色和装饰效果,可作为人造大理石、水磨石、斩假石、水刷石等的骨料,还可用于制作干粘石制品。

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