1、建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 1 页第 2 章 建筑石材本章学习目标 了解石材的成因分 类 及常用品种、性质 掌握石材的技 术性质 及选用原则.建筑用石材分天然石材和人造石材两类。天然岩石经过机械加工或不经过加工而制得的材料统称为天然石材。人造石材主要是指人们采用一定的材料、工艺技术，仿照天然石材的花纹和纹理，人为制作的合成石材。本章只介绍天然石材。天然石材是古老的建筑材料，来源广泛，使用历史悠久。国内外许多著名的古建筑如意大利的比萨斜塔、埃及的金字塔、我国的赵州桥等是由天然石材建造而成的。由于天然石材具有很高的抗压强度，良好的耐久性和耐磨性，经加工后表面花纹美观、色泽艳丽、富有装饰性等
2、优点，虽然作为结构材料已在很大程度上被钢筋混凝土、钢材所取代，但在现代建筑中，特别是在建筑装饰中得到了广泛的应用。2.1 建筑中常用的岩石岩石是由各种不同地质作用所形成的天然固态矿物的集合体，组成岩石的矿物称造岩矿物。由单一造岩矿物组成的岩石叫单矿岩，如石灰岩是由方解石矿物组成的。由两种或两种以上造岩矿物组成的岩石叫多矿岩，如花岗岩是由长石、石英、云母等几种矿物组成。天然岩石按照地质形成条件分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类，它们具有不同的结构、构造和性质。2.1.1 岩浆岩岩浆岩又称火成岩，它是熔融岩浆由地壳内部上升，冷却而成。根据冷却条件的不同，岩浆岩又分为以下三类:1深成岩 深成岩是地表深
3、处岩浆受上部覆盖层的压力作用，缓慢且较均匀地冷却而形成的岩石。其特点是矿物完全结晶，晶粒较粗，块状构造致密，抗压强度高、密度高、孔隙小、吸水率小、耐磨。建筑上常用的深成岩有花岗岩、正长岩、辉长岩、橄榄岩、闪长岩等。主要用于砌筑基础、勒脚、踏步、挡土墙等。经磨光的花岗石板材装饰效果好，可用于外墙面、柱面和地面装饰。2喷出岩喷出岩是岩浆岩喷出地表后，在压力骤减和冷却较快的条件下形成的岩石。由于结晶条件差，冷却而成的岩石。喷出岩结晶不完全，有玻璃质结构。当由喷出的岩浆所形成的岩层很厚建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 2 页时，其结构接致密，性能近深成岩。当喷出凝固成比较薄的岩层时，常呈多孔构造，近
4、于火山岩。工程上常用的喷出岩有玄武岩、安山岩和辉绿岩等。玄武岩和辉绿岩十分坚硬难以加工，常用作耐酸和耐热材料，也是生产铸石和岩棉的原料。3火山岩 火山岩是岩浆被喷到空中，急速冷却条件下形成的多孔散粒状岩石。火山岩为玻璃体结构且多呈多孔构造，如火山灰、火山渣、浮石和凝灰岩等。火山灰、火山渣可作为水泥的混合材料，浮石是配制轻质混凝土的一种天然轻骨料。火山凝灰岩容易分割，可用于砌筑墙体等。2.1.2 沉积岩沉积岩也称水岩，是地表的各种岩石经长期风化、搬运、沉积和再造作用而成。沉积岩的主要特征是呈层状构造，体积密度小，孔隙率和吸水率较大，强度低，耐久性也较差。沉积岩在地表分布很广，容易加工，应用较为广
5、泛。根据成因和物质成分的不同，沉积岩可分为以下三种：1机械沉积岩 机械沉积岩又称碎屑岩，是风化后的岩石碎屑经风、雨、冰川、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、砾岩、火山凝灰岩等。2化学沉积岩化学沉积岩是岩石风化后溶解于水中，经聚积、沉积、重结晶、化学反应等过程而形成的岩石，如石膏、白云石、菱镁矿、某些石灰岩等。3有机沉积岩 有机沉积岩又称生物沉积岩，由各种有机体的残骸沉积而成的岩石，如石灰岩、硅藻等。2.1.3 变质岩变质岩是由岩浆岩或沉积岩经过地质上的变质作用而形成的，所谓变质作用是在地层的压力或温度作用下，原岩石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
6、成分发生部分或全部改变而形成的新岩石。建筑中常用的变质岩有大理岩、石英岩、片麻岩等。1大理岩大理岩经人工加工后称大理石，因最初产于云南大理而得名。是由石灰岩、白云石经变质而成的具有致密结晶结构的岩石，呈块状构造。大理岩质地密实但硬度不高，锯切、雕刻性能好，表面磨光后十分美观，是高级的装饰材料。2. 石英岩石英岩是由硅质砂岩变质而成的等粒结晶结构岩石，呈块状构造。其质地均匀致密，硬度大，抗压强度高达 250400MPa，加工困难，但耐久性强。石英岩板材在建筑上常用作饰面材料、耐酸衬板或用于地面、踏步等部位。3. 片麻岩片麻岩是由花岗岩变质而成的等粒或斑晶结构岩石，呈片麻状或带状构造。垂直于片理方
7、建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 3 页向抗压强度为 120200MPa，沿片理方向易于开采和加工，但在冻结与融化交替作用下易分层剥落。片麻岩吸水性高，抗冻性和耐久性差，通常加工成毛石或碎石，用于不重要的工程。2.2 石材天然石材是将开采来的岩石，对其形状、尺寸和表面质量三方面进行一定的加工处理后所得到的材料。建筑石材是指主要用于建筑工程中的砌筑或装饰的天然石材。石材可用于建造房屋、宫殿、陵墓、桥、塔、碑和石雕等建筑物。2.2.1 石材的主要技术性质1表观密度大多数岩石的表观密度均较大，其主要由岩石的矿物组成、结构的致密程度所决定。按照表观密度的大小，石材可分为轻质石材和重质石材两类。表观密
8、度小于 1800kg/m3 的为轻质石材，主要用于采暖房屋外墙；表现密度大于或等于 1800/ m3 的为重质石材，主要用于基础、桥涵、挡土墙，不采暖房屋外墙及道路工程等。同种石材，表观密度越大，则孔隙率越低，强度，耐久性、导热性等越高。2吸水性它反映了岩石吸水能力的大小，也反映了岩石耐水性的好坏。天然石材的吸水率一般较小，但由于形成条件、密度程度等情况的不同，石材的吸水率波动也较大。岩石的表观密度越大，说明其内部孔隙数量越少，水进入岩石内部的可能性随之减少，岩石的吸水率跟着减小；反之岩石的吸水率跟着增大。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%。岩石的吸水性直接
9、影响了其抗冻性，抗风化性等耐久性指标。岩石吸水后强度降低，抗冻性、耐久性下降。3耐水性大多数石材的耐水性较高，当岩石中含有较多的粘土时，其耐水性较低，如粘土质砂岩等。石材的耐水性以软化系数表示。软化系数小于 0.8 的石材不允许用于重要建筑。4抗冻性抗冻性是石材抵抗反复冻融破坏的能力，是石材耐久性的主要指标之一。石材的抗冻性用石材在水饱和状态下所能经受的冻融循环次数来表示。在规定的冻融循环次数内，无贯穿裂纹，重量损失不超过 5%，强度降低不大于 25%，则为抗冻性合格。一般室外工程饰面石材的抗冻性次数应大于 25 次。5强度等级石材的强度主要取决于其矿物组成、结构及孔隙构造。石材的强度等级是根
10、据三个70mm70mm70mm 立方体试块的抗压强度平均值，划分为MU100、MU80、MU60 、MU50 、MU40、MU30、MU20 等七个等级。试块也可采用表 21所列的其他尺寸的立方体，但应对其试验结果乘以相应的换算系数后方可作为石材的强度等级。表 21 石材强度等级的换算系数建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 4 页立方体边长(mm) 200 150 100 70 50换算系数 1.43 1.28 1.14 1 0.866硬度石材的硬度取决于矿物组成的硬度与构造，石材的硬度反映了其加工的难易性和耐磨性。岩石的硬度高，其耐磨性和抗刻化性也好，其磨光后也有良好的镜面效果。但是，硬度高
11、的岩石开采困难，加工成本高。岩石的硬度以莫氏硬度来表示。7耐磨性耐磨性是石材抵抗摩擦、撞击以及边缘剪切等联合作用的能力。一般而言，由石英、长石组成的岩石，耐磨性大，如花岗岩、石英岩等。由白云石、方解石组成的岩石，耐磨性较差。石材的强度高，则耐磨性也较好。耐磨性常用磨损率表示。2.2.2 石材的品种与应用石材在建筑上，或是用于砌筑，或是用于装饰。砌筑用石材有毛石和料石之分，装饰用石材主要指各类和各种形状的天然石质板材和散料石材。1毛石毛石又称片石或块石，是由爆破直接获得的形状不规则的石块。毛石依据其平整程度又分为乱毛石和平毛石。(1) 乱毛石乱毛石形状不规则，一般在一个方向的尺寸达 300400
12、mm ，中部厚度一般不宜小于150mm。 ，重量约为 2030kg。乱毛石主要用来砌筑基础、勒角、墙身、堤坝、挡土墙壁等。也可用于大体积混凝土。(2) 平毛石平毛石是乱毛石略经加工而成。形状较乱毛石整齐，其形状基本上有 6 个面，中部厚度不小于 200 mm。平毛石可用于砌筑基础、墙身、勒角、桥墩、涵洞等，也可以用于铺筑小径石路。2料石料石又称条石，是由人工或机械开采出的较规则的六面体石块，截面的宽度、高度不小于200mm，且不小于长度的 1/4。通常由质地比较均匀的岩石，如砂岩、花岗岩加工而成，至少应有一个面较整齐，以便互相合缝。按照表面加工的平整程度，分为 4 种料石。(1) 毛料石 外形
13、大致方正，一般不加工或仅稍加修整，高度不应小于 200mm，叠砌面凹入深度不大于 25mm。(2) 粗料石 叠砌面凹入深度不大于 20mm。(3) 半细料石 叠砌面凹入深度不应大于 15mm。(4) 细料石 叠加面凹入深度不大于 10mm。料石根据加工程度的不同分别用于建筑物的外部装饰、勒脚、台阶、砌体、石拱等。3石材饰面板建筑上常用的饰面板材，主要有天然大理石和天然花岗石板材。建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 5 页(1) 天然大理石板材天然大理石板材简称大理石板材，是建筑装饰中应用较为广泛的天然石饰面材料。它是用大理石荒料经锯解、研磨、抛光及切割而成的板材，主要矿物组成是方解石、白云石，
14、易于雕琢磨光。常呈白、浅红、浅绿、黑、灰等颜色（斑纹） 。白色大理石又称为汉白玉。结构致密，强度较高，吸水率低，但表面硬度较低，不耐磨，耐化学侵蚀和抗风蚀性能较差，长期暴露于室外受阳光雨水侵袭易使表面变得粗燥多孔，失去光泽，一般均用于中高级建筑物的内墙、柱面以及磨损较小的地面、踏步。但有白云岩或白云质石灰岩变质而成的某些大理石也可用于室外，如汉白玉、艾叶青等。(2) 天然花岗石板材天然花岗岩经加工后的板材简称花岗石板。其主要矿物组分为石英、长石和少量云母，花岗岩的颜色是由造岩矿物决定，通常有深青、浅灰、黄、紫红等，花岗石板材结构致密，强度高，耐磨及耐久性好，耐用年限可达 75200 年，高质量
15、的可达千年以上。花岗石经加工后色彩多样且具有光泽，是高档装饰材料，主要用于基础、挡土墙、勒脚、踏步、地面、外墙饰面、雕塑等。 4散料石材建筑工程中常用的散料石材主要有色石渣，碎石和卵石。色石渣也称色石子，由天然大理石或花岗石等石材经破碎筛选加工而成，作为骨料主要用于人造大理石、水磨石、水刷石、干粘石、斩假石等建筑物面层的装饰工程。碎石和卵石常用做混凝土骨料；卵石还可以作为园林,庭院等地面的铺砌材料。发展动态一、世界石材发展态势就世界范围来说，石材工业是一个蓬勃 发展的工业，近年来，石材已成为世界消费的一大热点，世界石材贸易额快速增长 。从国 际市场看，石材增长速度高于世界经济增长速度，世界石材
16、业拥有超过 150 亿美元的固定资本，年 贸易额达到 350 亿 美元。世界上大理石、花岗石主要生 产和消费市场是欧洲意大利、德国、法国、西班牙、比利时、英国、荷兰、奥地利、瑞士和俄罗斯等；美国；亚洲 中国、日本、中国香港和新加坡等和中东。世界石材贸易以海运为主。根据国际石材贸易近年的情况，世界石材消费市场增长趋势仍将继续。 1994 年世界石材开采量 为 4300 万吨，十年后的 2003 年，全世界天然石材开采量超过 1.5亿吨，年均增长率达到 25，其中大约 51为大理石，47为花岗石，2为青板石。世界天然石材的消费量也保持了 20的增长率， 2003 年交易额达 350 亿美元。其中中
17、国、意大利、德国、美国、西班牙、法国、日本、比利时、 韩国、巴西、印度、土耳其、希腊等是世界石材工业中分属于生产和使用石材最大的市场。从国 际建筑装饰业近年的发 展趋向来看，玻璃幕 墙已日益减少，石材饰面不断增多。在建筑艺术 手法上，采用不同工 艺组合，毛面石材和磨光石材搭配使用，更具有石材的装饰魅力，已成为建筑石材装 饰的发展新趋向。各国用石材做外饰面时，有抛光、磨光、火焰烧毛、 凿毛、 剁斧等不同工艺处理，例如贝聿铭在香港中国银行大厦的装饰工程中，同一 饰面采用同一种石材，而用抛光和火焰烧毛两种表面建筑材料 第 2 章 建筑石材 第 6 页处理工艺的手法，取得了很好的 艺术装饰效果。此外，
18、花岗石外饰面安装多采用干挂法，也有采用胶粘贴的方法，但现在基本上不采用 水泥砂浆粘贴的工 艺，因 为曾出现色差大和“ 花脸”现象。无论干法作业或采用粘贴工艺，所有石材板 缝均使用硅橡胶勾 缝，一般 缝宽为 510mm。从石材饰面来看，在钢筋混凝土框架或 钢结构建筑中，采用 带有石材 饰面的外墙预制壁板日益增多，壁板的规格尺寸也日益增大，最大 长度达 9m。带花岗石饰面的外墙壁板集外饰面、结构层、防水和保温为一体，均在厂内预制，然后运到现场进行安装。采用这种工艺，可在厂内一次成型，不仅质量好，而且效率高，大幅度提高了机械化和工厂化水平。另外，国外外墙饰面较少用面砖，特别是白面砖，即使使用面砖也是
19、采用与粘土 砖色彩尺寸相似的仿 砖墙的面砖。此外，当今用石材作艺术雕塑非常普遍，尤其是在一些重要的大型游览工程及公共建筑中。随着世界人口老龄化的加速，代表世界墓石市 场两大风格的日式墓碑和欧式墓碑将 继续增长。 总之，由于世界石材市场的持续增长，世界石材工业将继续向石材消费发展，预计今后 20 年，世界石材年均增长率仍将达到 6，在 2025 年左右，全世界石材市场将比上世纪增长三倍以上。【中国石材网 2005-5-10】二、人造浮石成建筑石材新宠天然的浮石又称浮岩，是一种火山喷出的多孔状玻璃质酸性岩石。因气孔较多，对水的相对密小，能浮于水上，故得名。在自然界里常以白色、灰色出现，无光 泽，相
20、对密度 0.30.4，含二氧化硅 65%75%，三氧化二 铅 9%20%，常呈皮壳状覆于较致密的熔岩上。可作 为轻质混凝土材料，具有保温，隔热，隔声等性能。还可作为洗涤剂、橡胶的填料，陶瓷、釉彩、珐琅的一种拼料。人造浮石是将浮石粉碎配以多种辅料搅拌成混凝土， 经浇铸 、震 动、脱膜而成。由于在其中加入各种石料，做出的效果具有仿真石、仿鹅卵石、仿碎石、仿化石等多种品种。经切割磨抛可获得多种样式的装饰板材。还 可在模具中浇铸出各种材质 浮雕，其 细腻程度近似石膏的浇铸效果。由于质轻， 密度只有 0.04g/cm3，不到天然石材的 1/6，对减轻建筑物的质量有着积极作用。既是一种新型的装饰石材，也是一种新型的建筑石材。【杜丽 建材工业信息 2004 年第 7 期】复习思考题1. 按地质成因，岩石可分为哪几 类？举例说明。2. 石材有哪些主要的技术性质？3. 石材的主要品种及其用途是什么？
