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第二章 石 材
一、岩石的基本知识
（一）、造岩矿物
岩石是矿物的集合体,组成岩石的矿物称为造岩矿物。大多数岩石由多种造岩矿物组成（单一造岩矿物组成的较少，如石英砂）。造岩矿物的性质及其含量决定了岩石的性质（颜色、强度、耐久性等）。建筑用岩石的主要造岩矿物有以下几种。
石英，是二氧化硅晶体的总称。无色透明,非常坚硬,强度高，化学稳定性和耐久性好,但不耐火。
长石，是长石族矿物的总称，为钾、钠、钙等的铝硅酸盐晶体。坚硬、强度高、耐久性高，但低于石英、具有多种颜色。
角闪石、辉石、橄榄石，分别是角闪石族、辉石族、橄榄石族的总称，为铁、镁、钙等的硅酸盐晶体，强度高、韧性好、耐久性好。具有多种颜色，但均为暗色。
方解石，白云石，前者为碳酸钙晶体，后者为碳酸钙与碳酸镁的复盐晶体，白色、硬度较低、强度较高、耐久性次于上述矿物。不耐酸，但白云石耐酸性较方解石好。
黄铁矿，为二硫化铁晶体。耐久性差，遇水和氧生成游离硫酸、且体积膨胀，并产生锈迹，具有金色光泽。
云母，是云母族的总称，为片状的含水复杂硅铝酸盐晶体，具有极完全理解（矿物在外力等作用下沿一定的结晶方向易裂成光滑平面的性质称为解理，裂成的平面称为解理面），易裂为薄片，耐久性差，具有多种颜色。
黄铁矿、云母等属于有害造岩矿物。
（二）、岩石的结构与性质
岩石大多属结晶结构，少数岩石具有玻璃质（冷却速度过快，来不及结晶而速凝）结构，二者相比，结晶质的较玻璃质的强度高；韧性、化学稳定性、耐久性好。细小晶粒和细斑状的较粗大晶粒和粗斑状岩石的强度高，韧性、耐久性好。含有极完全解理的矿物时，如云母等，对岩石的性能不利，方解石、白云石等矿物具有完全解理，因此所组成的岩石易于开采，其强度和韧性不是很高。
孔隙率较大、夹杂有粘土质矿物时，岩石的强度、抗冻性、耐水性等会显著下降。
具有流纹、斑状、杏仁状、结核状、砾状构造的岩石，在磨光后纹理美观夺目，具有优良的装饰性。
二、岩石的形成、分类与性质
岩石按地质形成条件分为火成岩、沉积岩、变质岩三大类，它们具有显著不同的结构、构造与性质。
（一）、火成岩
由地壳内部熔融岩浆上升冷却而成，又称岩浆岩，可分以下几种：
1、侵入岩
（1)深成岩 岩浆在地表深处冷凝结晶成岩。结构致密，具有粗大晶粒和块状构造（矿物排列无序，宏观呈块状构造）。建筑上常用的有花岗岩、正长岩、辉长岩、闪长岩等。
（2)浅成岩 岩浆在地表浅处冷凝结晶成岩。结晶致密，由于冷却较快，故晶粒较小，如辉绿岩。
侵入岩具有体积密度大，抗压强度高、吸水率低、抗冻性好等特点。
2、喷出岩
岩浆冲破覆盖岩层喷出地表冷凝而成的岩石。
当喷出岩形成较厚的岩层时，其结构致密，性能接近于深成岩，但因冷却迅速多呈隐晶质（矿物晶粒细小，肉眼不能识别）或玻璃质，如建筑上常用的玄武岩、安山岩等；当形成较薄层岩时，常呈多孔构造。
3、火山岩
当岩浆被喷到空气中，急速冷却而形成的岩石又称为火山碎屑、火山碎屑岩等。因喷到空气中急冷而成，故内部含有大量气孔，并多呈玻璃质，有较高的化学活性，常用做混凝土骨料、水泥混合材料，如火山灰、火山渣、浮石等。
（二）、沉积岩
地表的各种岩石在外力地质作用下经风化、搬运、沉积成岩作用（压固、胶结、重结晶等），在地表或地表不太深处形成的岩石。沉积岩大都呈层状构造，各层岩石的成分、构造颜色、性能均不同，且为各向异性。与深成火成岩相比，沉积岩的体积密度小、孔隙和吸水率较大、强度和耐久性较低。沉积岩按成因和物质成分可分以下三种。
1、机械沉积岩
风化后的岩石、碎屑、砂、粘土经流水、风、冰川等作用搬迁、沉积、固结（多为自然胶结物固结）而成，如常用的有碎石岩、砂岩、砾岩、火山凝灰岩、粘土岩等。此外还有砾石、砂、泥等（未经固结，即通常所说的土）。
2、化学沉积岩
由岩石风化后经搬迁沉淀而得溶液或胶体固结而成。如常用的石膏、菱镁矿、某些石灰等。
3、生物沉积岩，由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。常用的有石灰岩、白垩、硅藻土等。
（三）、变质岩
岩石经地质作用（高温、高压、水汽等），发生再结晶，使它们的矿物成分、结构、构造以至化学组成都发生改变而形成的岩石，可分以下二种。
1、正变质岩，由岩浆岩变质而成，性能一般较原岩浆岩差常用的有由花岗岩变质成的片麻岩。
2、副变质岩，由沉积岩变质而成。性能一般较原沉积岩好。常用的有大理岩、石英岩等。
三、 常用建筑石材
1、花岗岩
花岗岩属深成火成岩，是火成岩中分布最广的岩石，其主要矿物组成为长石、石英和少量云母等。为全晶质，有细粒、中粒、粗粒、斑状等多种结构，属块状构造，但以细粒构造性质为好。通常有灰、白灰、黄、粉红、红、纯黑等颜色，具有很好的装饰性。
花岗岩的体积密度为2500-2800Kg/m3，抗压强度为120-300MPa、孔隙率低、吸水率为0.1%-0.7%,莫氏硬度为6-7,耐磨性好,抗风化性及耐久性高、耐酸性好、但不耐火。使用年限数十年至数百年,高质量的可达千年以上。
花岗岩主要用于基础、挡土墙、勒脚、踏步、地面、外墙饰面、雕塑等，属高档材料。破碎后可用于拌制混凝土，此外还用于耐酸工程。
2、石灰岩
石灰岩属沉积岩，分布极广，主要由方解石组成，常含有一定数量的白云石、菱镁矿（碳酸镁晶体）、石英、粘土矿物等。分有密实、多孔和散粒构造，密实构造的即为普通石灰岩。常呈灰、灰白、白、黄、浅红色、黑灰、黑、褐红等颜色。
密实石灰岩的体积密度为2000-2600kg/m3、抗压强度为20-150MPa、多为20-100MPa、莫氏硬度为3-4，当含有的粘土矿物超过3%-4%时，抗冻性和耐水性显著降低，当含有较多的氧化硅时，强度、硬度和耐久性提高。石灰岩遇稀盐酸时强烈起泡，硅质或镁质石灰岩的起泡不明显。
石灰岩可用于大多数基础、墙体、挡土墙等石砌体。加工成碎石也广泛用做混凝土骨料。石灰岩也是生产石灰、水泥等的原料。石灰岩不得用于酸性水或二氧化碳含量多的水中，因为方解石会被酸或碳酸溶蚀。
3、大理岩
大理岩属副变质岩，由石灰岩或白云岩变质而成，主要矿物组成为方解石、白云石。具有等粒、不等粒、斑状结构，块状构造。常呈白、浅红、浅绿、黑、灰等颜色和花纹（斑纹），装饰效果好。
大理岩的体积密度为2500-2800Kg/m3、抗压强度为100-300MPa、多为100-200MPa、莫氏硬度为3-4、易于雕琢磨光。城市空气中的二氧化硫遇水后对大理岩中的方解石有腐蚀作用，即生成易溶的石膏，从而使表面变得粗糙多孔并失去光泽。但吸水率小、杂质少、晶粒细小、纹理细密、质地坚硬，特别是白云岩或白云质石灰岩变质而成的某些大理岩也可用于室外，如汉白玉、艾叶青等。
大理岩主要用于室内的装修，如墙面、柱面、地面、踏步等。除个别品种外不宜用于室外。
4、玄武岩
属于喷出岩，由辉石和长石组成。为细粒或斑状构造、块状或气孔状或杏仁状构造。体积密度为2900-3300kg/m3、抗压强度为100-300MPa、脆性大、抗风化性较强。主要用于基础、桥梁等石砌体。
5、辉长石、闪长石、辉绿岩 辉绿岩和闪长岩
均属于深成岩，辉绿岩属于浅成岩由长石、辉石、角闪石等组成。三者的体积密度均较大，为 2800-3000kg/m3、抗压强度为100-280MPa、耐久性、磨光性好。常呈深灰、浅灰、黑灰、灰绿、黑绿色和斑纹。除用于基础等石砌体外还可用做名贵的装饰材料。
6、砂岩
属碎屑沉积岩,主要由石英组成。根据胶结物的不同分为硅质砂岩(由氧化硅胶结而成,性能优越,接近于花岗岩)、钙质砂岩（由碳酸钙胶结而成，有一定的强度，为砂岩中最常见和常用的）、铁质砂岩（由氧化铁胶结而成，性能较差，密实者仍可用于一般建筑工程）、粘土质砂岩（由粘土胶结而成，性能差、不耐水，一般不用）。按主要矿物成分还可分为长石砂岩、硬砂岩，两者的强度均较高，可用于建筑工程。
砂岩的强度随胶结物的不同和密实程度的不同，抗压强度变化很大，为5-300MPa，其它性能也有相当大的差异。使用时需加以区别。砂岩常用于基础、勒脚、踏步、墙体等。
7、片麻岩
属正变质岩,由花岗岩变质而得。呈片状构造，各向异性。在冰冻作用下易成层剥落。抗压强度为120-250Mpa（垂直解理方向）。用于一般建筑工程的基础、勒脚等石砌体，也做混凝土骨料。
8、石英岩
属副变质岩，由硅质砂岩变质而成。结构致密均匀、坚硬、加工困难、非常耐久、抗压强度为250-400MPa。主要用于饰面。使用年限可达千年以上。
四、石材的选用
选用石材时应考虑以下几点.
强度与耐久性:根据工程要求和建筑物的所处环境等选择力学强度与耐久性均满足要求的石材;
装饰性:根据建筑物特点、用途、周围建筑环境选择适宜的色彩及花纹，以达到最佳的装饰效果。
经济：尽量就地取材、避免远距离运输，做到经济上合理。
五、石材的耐久性
石材的耐久性主要包括有抗冻性、耐火性、抗风化性、耐酸性等。
水、冰、化学因素等造成岩石开裂或剥落的过程，称为岩石的风化。孔隙率的大小对风化有很大影响，当岩石内含有较多的黄铁矿、云母时，风化速度快，此外由方解石、白云石组成的岩石在含有酸性气体的环境中也易风化，防风化的措施主要有磨光石材表面，防止表面积水；采用有机硅喷涂表面，对碳酸盐类石材可采用氟硅酸镁溶液处理石材表面。