石材對(duì)500℃以下

1、1,第二章 巖石材料,土木與水資源工程學(xué)系劉玉雯,NCYU Yu-Wen Liu,2,Ch2 巖石材料,2-1 巖石的種類2-2 巖石的組成與巖石礦物2-3 石材的物理及工程性質(zhì)2-4 石材的採(cǎi)取與加工,NCYU Yu-Wen Liu,3,Ch2 巖石材料,巖石材料優(yōu)點(diǎn)：高強(qiáng)度、 耐久性、 磨損抵抗缺點(diǎn)：脆化性質(zhì)作用：難以為構(gòu)造主體，大多作為鋪裝，基 礎(chǔ)材等副材料或混凝土之骨材

2、,NCYU Yu-Wen Liu,4,Ch2 巖石材料,巖石為地殼的重要成分，儲(chǔ)量豐富，採(cǎi)石工作容易但應(yīng)慎重考慮產(chǎn)地至工地之運(yùn)輸條件,NCYU Yu-Wen Liu,5,2-1 巖石的種類,2-1-1 火成巖2-1-2 水成巖2-1-3 變質(zhì)巖,NCYU Yu-Wen Liu,6,2-1 巖石的種類,巖石是礦物的集成物地質(zhì)學(xué)上分成火成巖沉積巖變質(zhì)巖依產(chǎn)出成型塊狀巖成層巖剝狀巖,NCYU Yu-Wen

3、 Liu,7,2-1巖石的種類,依化學(xué)成分：矽酸質(zhì)巖礬土質(zhì)巖石灰質(zhì)巖黏土質(zhì)巖依組織不同分結(jié)晶質(zhì)巖碎屑質(zhì)巖,NCYU Yu-Wen Liu,8,2-1-1 火成巖(Igneous Rock),火成巖→由地球內(nèi)部熔融狀態(tài)的巖漿冷卻固化而成通常存在於地殼的某依深處也可能火山爆發(fā)而露出地表面深成巖→楚於地面下深處，在高壓下徐徐冷卻者，大都為大小均勻的結(jié)晶集合體,NCYU Yu-Wen Liu,9,2-1-1火成巖(I

4、gneous Rock),噴出巖→巖漿噴出地表面固化經(jīng)極速冷卻而成玻璃質(zhì)及微細(xì)結(jié)晶之集合物侵入巖→介於深成巖與噴出巖之間者，組織亦介於兩者之間依SiO2(矽酸)多少可將火成巖分：酸性巖66%以上中性巖66~52%鹼性巖52%以下,NCYU Yu-Wen Liu,10,2-1-2水成巖(sedimentary Rock),水成巖(沉積巖)由覆蓋地表的巖石，受風(fēng)、水、冰河等(物理)作用成碎屑被搬遷又經(jīng)機(jī)械與化學(xué)沉澱作用

5、堆積而成碎屑石與化學(xué)沉積巖水成巖→堆積於水中而生成者風(fēng)成巖→於陸上由風(fēng)力作用堆積者,NCYU Yu-Wen Liu,11,2-1-3變質(zhì)巖(Metamorphic Rock),變質(zhì)巖：沉積巖、火成巖由地殼變動(dòng)or造山作用液體or氣體之化學(xué)作用地?zé)醥r火成巖的侵入之高熱作用逐漸改變其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)而行成的巖石稱為變質(zhì)巖通常變質(zhì)巖較粗、較緊密且空隙較少,NCYU Yu-Wen Liu,12,2-2 巖石的組成與巖石礦物,2

6、-2-1組織2-2-2造巖礦物2-2-3巖石構(gòu)造,NCYU Yu-Wen Liu,13,2-2-1 組織,原子是所有物質(zhì)的基本構(gòu)成單位結(jié)晶體：有序排列的原子形成一個(gè)集合體，稱之為結(jié)晶體結(jié)晶物質(zhì)：由許多結(jié)晶體可構(gòu)成一特定的組成物稱之為結(jié)晶物質(zhì)非結(jié)晶物質(zhì)：物質(zhì)的原子成不規(guī)則排列or部具有規(guī)則的幾何排列Ex：玻璃、聚合物、瀝青,NCYU Yu-Wen Liu,14,2-2-2 造巖礦物,礦物大都為自然的無機(jī)物具有特定

7、 物理性質(zhì)的結(jié)晶物質(zhì) 化學(xué)性質(zhì)的結(jié)晶物質(zhì)礦物先形成基本的構(gòu)造單位，再?gòu)亩M成巖石(任一特定礦物其組成元素的原子排列都相同),,NCYU Yu-Wen Liu,15,2-2-2 造巖礦物,主要的造巖礦物(p.26表2-2)石英長(zhǎng)石正長(zhǎng)石斜長(zhǎng)石雲(yún)母白雲(yún)母黑雲(yún)母,角閃石、輝石橄欖石方解石蛇紋石白雲(yún)石石膏,NCYU Yu-Wen Liu,16,2-2-3 巖石構(gòu)造,裂目：巖石中常見之有規(guī)則

8、的天然裂痕稱之為裂目巖石生成初期已存在者巖石生成後才產(chǎn)生者節(jié)理：巖石特有的天然斷裂(規(guī)則、不規(guī)則)層理：平行狀節(jié)理,,NCYU Yu-Wen Liu,17,2-2-3巖石構(gòu)造,片裡：方向不規(guī)則、具有使葉片狀巖石 裂成薄片之性質(zhì)石理：為巖石組織中的裂痕立理：含有劈開面而容易發(fā)生斷裂，其 斷裂面稱立理解理：於一定方向容易發(fā)生開裂，此性 質(zhì)稱為解理,N

9、CYU Yu-Wen Liu,18,2-2-3 巖石構(gòu)造,結(jié)晶度 完全結(jié)晶者~顯結(jié)晶~微結(jié)晶 非結(jié)晶者 半結(jié)晶者粒狀組織及班狀組織 粒狀組織：結(jié)晶粒大約相等者 班狀組織：結(jié)晶粒大約分佈者線狀構(gòu)造：同一種礦物成分向一定方向作線狀發(fā)展,,,NCYU Yu-Wen Liu,19,2-3 石材的物理及工程性質(zhì),比重 孔隙率耐久性線脹係數(shù)吸水率冰凍抵抗性,,耐酸性耐火性強(qiáng)度

10、硬度磨損抵抗性彈性模數(shù),NCYU Yu-Wen Liu,20,2-3-1比重(Specific Gravity),漲比重 W2=浸入水中重量 W3=浸入水中48小時(shí)後之容中重量(g) 大致上約2.5~2.8,W1：試體之絕對(duì)乾燥重量 V ：體積,,NCYU Yu-Wen Liu,21,2-3-2孔隙率,孔隙率=

11、 公式： :單位容積重量 D :真比重 V :容積體積

12、 U :石材實(shí)體積 解：,,孔隙體積,其容積體積,,,NCYU Yu-Wen Liu,22,2-3-3耐久性,影響石材耐久性的因子組織造巖石礦物暴露狀態(tài),NCYU Yu-Wen Liu,23,石材之耐用年限 Julien指出：在紐約地區(qū) 建築物之石材，因褪色或分解而需做第一次修理的年限 (只能參考),NCYU Yu-Wen Liu,24,支配石材耐久的因素,組織：造巖礦物的粒狀越細(xì)微→耐久性越佳造巖礦物：由造

13、巖礦物的風(fēng)化難易，可判斷石材的耐久性 容易風(fēng)化者：依序者為 不容易風(fēng)化者：,,1.硫化物2.含鐵礦物3.碳酸鎂4.碳酸鈣,,,1.鋁化合物2.矽酸3.矽酸鹽類,NCYU Yu-Wen Liu,25,支配石材耐久的因素,暴露狀態(tài)：對(duì)於耐久性評(píng)估有多種測(cè)驗(yàn)法 1.褪色 Test 2.膨脹係數(shù) Test

14、 3.凍結(jié) Test 4.耐酸 Test 5.耐鹼 Test 6.耐火 Test,,NCYU Yu-Wen Liu,26,2-3-4 線脹係數(shù),延時(shí)崩壞的主要原因石材受溫度變化而發(fā)生伸縮，其內(nèi)部將發(fā)生極為複雜的應(yīng)力各種石材在高溫下的線脹係數(shù)(表2

15、-4),NCYU Yu-Wen Liu,27,2-3-5 吸水率,石材吸水的特性可用吸水性表示之 採(cǎi)用重20g以上的立方體 吸水率(%) =吸水率大者表孔隙大→易於受凍損害,,濕,,乾,NCYU Yu-Wen Liu,28,2-3-5 吸水率,表 2-5 各種之石材比重、吸水率及冰凍重量損失百分率,NCYU Yu-Wen Liu,29,2-3-6

16、冰凍抵抗性,石材吸水後，弱遇0℃以下的溫度，內(nèi)部水分會(huì)膨脹，產(chǎn)生張力，經(jīng)長(zhǎng)期反覆作用下，可能使石材表面開列剝落而破壞可進(jìn)行凍融試驗(yàn)：1.試體2.5 2.30℃乾燥秤重 3.浸入15~20℃水中 4.

17、移入-10~15℃冰凍室內(nèi)4hr 5.取出於15℃水中溶解，洗淨(jìng)後乾燥重。 6.反覆24次 7.測(cè)定其重量損失百分率

18、 ※損失率越大→冰凍抵抗性愈差,,反覆24次,NCYU Yu-Wen Liu,30,2-3-7 耐酸性,天然水中含有碳酸氣 都市污水含有各種酸鹽 接觸上述雜質(zhì)的石材，經(jīng)年累月後可能 被徐徐侵蝕耐酸試驗(yàn)： 1.H2CO3(碳酸) Test 2.H2SO4(硫酸) Test,,,碳酸試驗(yàn)： 1.石材浸入CO2飽和溶液中。 2.經(jīng)

19、一定時(shí)間算出石材重量損失百 分率,,NCYU Yu-Wen Liu,31,2-3-7 耐酸性,硫酸試驗(yàn)： 1.石材浸入1%H2SO4溶液中 2.經(jīng)一定時(shí)間算出石材重量損失 百分率,,NCYU Yu-Wen Liu,32,2-3-8 耐火性,火災(zāi)時(shí)，溫度可能升至1200~130

20、0℃石材在高溫下被破壞的原因：石材為熱的不良導(dǎo)體，會(huì)因內(nèi)部熱度分布不均而發(fā)生熱應(yīng)力在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)常噴水滅火，造成加熱面急速冷卻而破裂耐火試驗(yàn)：1.取邊長(zhǎng)25~27mm 2.加熱至1200℃後 3.放入空中或水中急冷之 4.觀察期崩壞程度判斷之 ※石材對(duì)500℃以下，幾乎不受損害

21、,NCYU Yu-Wen Liu,33,2-3-9 強(qiáng)度,石材的強(qiáng)度：以抗壓強(qiáng)度最大 主要應(yīng)用於承受壓力部位 強(qiáng)度：石材的各種強(qiáng)度試驗(yàn)方法： 抗壓試驗(yàn)：1.取5~10cm立方體 2.做抗壓試驗(yàn),1.抗壓強(qiáng)度 3.剪斷強(qiáng)度2.抗拉強(qiáng)度 4.彎曲強(qiáng)度,,ˇ,NCYU Yu

22、-Wen Liu,34,2-3-9 強(qiáng)度,抗彎試驗(yàn)： 取5×5×30cm樑試體 抗彎試驗(yàn),50,,250,d,d,p,L,-p/2,p/2,,NCYU Yu-Wen Liu,35,2-3-10 硬度,硬度是巖石強(qiáng)度的指標(biāo) 測(cè)量巖石及石材的硬度，常用10種礦物的

23、莫氏尺度(Moh’s scale)測(cè)定之，如下表所示；及數(shù)高的巖石都能在下一級(jí)的礦物上畫出刻痕：,NCYU Yu-Wen Liu,36,2-3-11 磨損抵抗性,石材應(yīng)用於道路鋪設(shè)時(shí)：須具有堅(jiān)硬性，以抵抗磨損作用並具有兼任性，以抵抗衝擊作用常用洛杉磯磨損試驗(yàn)法 CNS 490 (A3009) ASTM C131、C535,NCYU Yu-Wen Liu,37,2-3-12 彈性模數(shù),石材為非彈性

24、模數(shù)部分巖石，加載至一定應(yīng)力時(shí)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)係?？删S持線性，則彈性模數(shù)一定 ex:玄武巖、硬砂巖、緻密石灰?guī)r部分巖石則不依循虎克定律 隨應(yīng)力之增加→E也增大 ex:花崗巖、砂巖等,NCYU Yu-Wen Liu,38,2-3-12 彈性模數(shù),石材的ν平均為0.25與鐵￠鋼相近,NCYU Yu-Wen Liu,39,2-4 石材的採(cǎi)取與加工,2-4-1 石材的採(cǎi)取2-4-2 石材的加工,NCYU

25、 Yu-Wen Liu,40,2-4-1 石材的採(cǎi)取,常見的採(cǎi)取法：一段式 階段式 掘下式 隧道式

26、 混合式,NCYU Yu-Wen Liu,41,2-4-1 石材的採(cǎi)取,搬運(yùn)費(fèi)佔(zhàn)相當(dāng)?shù)谋壤x定最便捷的採(cǎi)石方法 採(cǎi)掘的石材： 軟石-用鋯、橇棍 硬石- 炸藥爆炸 削溝機(jī),,,NCYU Yu-Wen Liu,42,2-4-2 石材的加工,採(cǎi)取下之石材，無法直接使用加工-用切斷器： 1.帶鋸