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土木工程材料土木工程材料 2020.52020.5绪绪 论论p土木工程材料的定义与分类土木工程材料的定义与分类p土木工程材料的发展趋势土木工程材料的发展趋势p土木工程材料在工程建设中的重要性土木工程材料在工程建设中的重要性p土木工程材料的技术标准土木工程材料的技术标准 p学习本课程的目的和要求学习本课程的目的和要求一、土木工程材料的定义与分类一、土木工程材料的定义与分类（一）定义（一）定义1.1.土木工程：土木工程：土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称，如房屋、道路、铁路、隧道、桥梁、飞机场等（如房屋、道路、铁路、隧道、桥梁、飞机场等（如图如图0-10-1所示所示）。）。2.2.土木工程材料：土木工程材料：一般是指用于土木工程中的各种材料及其制一般是指用于土木工程中的各种材料及其制品。品。（二）分类（二）分类1 1按材料来源不同分：按材料来源不同分：天然材料、人造材料天然材料、人造材料；如下图所示。如下图所示。2 2按化学成分分，按化学成分分，见表见表0-10-1。3 3。按使用功能分类：。按使用功能分类：结构材料、功能材料。结构材料、功能材料。天然石材天然石材 人造石材人造石材（混凝土）（混凝土）图图0-1 0-1 土木工程图片土木工程图片房屋房屋道路道路铁路铁路隧道隧道桥梁桥梁飞机场飞机场表表0-1 土木工程材料按化学成分分类土木工程材料按化学成分分类金属材料黑色金属钢、铁有色金属铝、铜、锌及其合金非金属材料有机材料动植物材料：木材、竹材、植物纤维、毛毡及其制品等沥青材料：石油沥青、煤沥青及其制品等高分子材料：塑料、涂料、胶黏剂、合成橡胶等无机材料天然石材：砂、石及各种岩石的石材制品烧土及熔融制品：砖、瓦、陶瓷、玻璃等胶凝材料及其制品：石灰、石膏、水玻璃、水泥、混凝土、砂浆及硅酸盐制品等复合材料金属与非金属复合钢筋混凝土、钢纤维混凝土、塑铝复合板等有机与无机复合沥青混凝土、聚合物混凝土、玻纤混凝土等其它复合材料水泥石棉制品、不锈钢包覆钢板等二、土木工程材料的发展趋势二、土木工程材料的发展趋势（一）土木工程材料发展史（一）土木工程材料发展史 土木工程材料是人类物质文明的重要标志，它反映每一时土木工程材料是人类物质文明的重要标志，它反映每一时代科学文化的特征，也是社会生产力发展水平的标志。人类从代科学文化的特征，也是社会生产力发展水平的标志。人类从最早穴居巢处，到利用木、草、土、石等天然材料以及简单工最早穴居巢处，到利用木、草、土、石等天然材料以及简单工艺制造的人造材料建造古代建筑，后来随着钢铁、水泥、混凝艺制造的人造材料建造古代建筑，后来随着钢铁、水泥、混凝土及其他材料的出现，为现代工程建筑奠定了基础。土及其他材料的出现，为现代工程建筑奠定了基础。其发展史其发展史如图所示如图所示：古代建筑古代建筑利比亚穴居处（易守难攻）利比亚穴居处（易守难攻）墨西哥的古玛雅建筑墨西哥的古玛雅建筑（石器时代）（石器时代）日本锦带桥日本锦带桥（木桥）（木桥）雅典卫城雅典卫城古代建筑古代建筑古镇建筑物古镇建筑物 中国万里长城中国万里长城赵州桥赵州桥世界上最古老的铸铁拱桥世界上最古老的铸铁拱桥 武汉长江大桥武汉长江大桥 武汉长江二桥武汉长江二桥现代建筑现代建筑上海世贸大夏上海世贸大夏鸟鸟 巢巢现代现代建筑建筑（二）土木工程材料发展趋势（二）土木工程材料发展趋势智能化智能化绿色环保绿色环保多功能多功能高耐久性高耐久性高性能高性能发展趋势发展趋势三、土木工程材料在工程建设中的重要性三、土木工程材料在工程建设中的重要性 经济基础经济基础技术基础技术基础质量基础质量基础物质基础物质基础重要性重要性图图图图混凝土裂缝混凝土裂缝混凝土蜂窝麻面混凝土蜂窝麻面钢筋混凝土锈蚀钢筋混凝土锈蚀 桥墩垮塌桥墩垮塌质量基础质量基础混凝土强度不足导致返工混凝土强度不足导致返工外加剂使用过量导致质量事故外加剂使用过量导致质量事故房屋垮塌房屋垮塌桥梁垮塌桥梁垮塌质量基础质量基础砌体结构砌体结构框架结构框架结构技术（发展）基础技术（发展）基础砌筑施工砌筑施工 悬臂悬臂施工施工技术（发展）基础技术（发展）基础四、土木工程材料的技术标准四、土木工程材料的技术标准 我国标准按发布单位不同分为：我国标准按发布单位不同分为：国家标准、行业标准、地国家标准、行业标准、地方标准和企业标准方标准和企业标准，共四级；其标准代号见，共四级；其标准代号见表表0-20-2。国家标准和。国家标准和行业标准是全国通用标准，地方标准和企业标准所制定的技术行业标准是全国通用标准，地方标准和企业标准所制定的技术要求应高于国家标准。另外世界范围内统一使用的标准是要求应高于国家标准。另外世界范围内统一使用的标准是“ISO”ISO”国际标准。国际标准。标准的表示方法由标准的表示方法由标准名称、标准代号、编号及发布年份标准名称、标准代号、编号及发布年份等四部分组成。如：等四部分组成。如：标准编号标准编号发布年份发布年份标准代号标准代号标准名称标准名称混凝土强度检验评定标准混凝土强度检验评定标准（GB/T 50107GB/T 5010720102010）表表0-2 0-2 我国各级标准代号我国各级标准代号标准名称代号示例国家标准GB、GB/T混凝土强度检验评定标准（GB/T 501072010）行业标准铁路行业TB铁路特殊路基设计规范（TB 100352006）交通行业JT公路工程水泥及水泥混凝土试验规程（JTG E302005）建材行业JC行星式水泥胶砂搅拌机（JC/T 6842005）建筑工程行业JG普通混凝土配合比设计规程（JGJ 552000）水利行业SL砌石坝设计规范（SL 252006）地方标准DB建筑基坑支护技术规程（DB11-489-2007）企业标准QB冷连轧低碳钢板及钢带（Q/BQB 403-2003）五、学习本课程的目的和要求五、学习本课程的目的和要求 目的：目的：p为后续专业课程的学习提供工程材料的为后续专业课程的学习提供工程材料的基本知识基本知识。p为今后在工作中了解和应用其他材料为今后在工作中了解和应用其他材料奠定基础。奠定基础。要求：要求：始终以始终以“应用为目标、性能为切入点应用为目标、性能为切入点”，充分运用已学过的，充分运用已学过的数学、物理和化学等知识，学会分析材料的组成、结构、构造与数学、物理和化学等知识，学会分析材料的组成、结构、构造与其性能的内在联系，以及影响这些性能的因素，掌握各种常用材其性能的内在联系，以及影响这些性能的因素，掌握各种常用材料的性能检测和验收方法，达到能正确合理的选择和使用材料。料的性能检测和验收方法，达到能正确合理的选择和使用材料。土木工程材料土木工程材料 2011.52011.5课题引入课题引入：通过两座桥梁（如图：通过两座桥梁（如图1-11-1所示）在材料应所示）在材料应用上的比较，导入土木工程材料基本性质，并明确用上的比较，导入土木工程材料基本性质，并明确学生在本章学习中应掌握的主要内容，即材料的物学生在本章学习中应掌握的主要内容，即材料的物理性质、力学性质和耐久性（包含基本概念、指标理性质、力学性质和耐久性（包含基本概念、指标及其应用）。及其应用）。a a）赵州桥赵州桥 b b）杭州湾跨海大桥）杭州湾跨海大桥图图1-1 1-1 我国著名桥梁我国著名桥梁 本章主要内容本章主要内容一、物理性质一、物理性质u与质量体积有关的物理性质与质量体积有关的物理性质u与水有关的物理性质与水有关的物理性质u与热有关的物理性质与热有关的物理性质二、力学性质二、力学性质三、耐久性三、耐久性材料的体积组成：材料的体积组成：块状材料：块状材料：堆积材料：堆积材料：块V a a）块状材料）块状材料 b b）堆积材料）堆积材料 图图1-2 1-2 材料的体积组成示意图材料的体积组成示意图1 1实体部分；实体部分；2 2闭口孔隙；闭口孔隙；3 3开口孔隙；开口孔隙；4 4空隙空隙第一节第一节 土木工程材料的物理性质土木工程材料的物理性质块V开闭实块VVVVV0块V块V空开闭实堆VVVVVV0一、基本物理性质一、基本物理性质与质量、体积有关的物理性质与质量、体积有关的物理性质（一）密度（一）密度定义：定义：密度是指单位体积物质的质量；密度是指单位体积物质的质量；单位：单位：可用可用g/cm3g/cm3、kg/Lkg/L或或kg/m3kg/m3来表示；来表示；密度是材料的基本属性，根据所研究的对象不同密度是材料的基本属性，根据所研究的对象不同将其分为以下四种密度，在实际应用中根据精度要求将其分为以下四种密度，在实际应用中根据精度要求不同采取相应的密度。不同采取相应的密度。1 1真密度真密度定义：定义：真密度是指材料在绝对密实状真密度是指材料在绝对密实状态下单位体积的质量态下单位体积的质量 。公式：公式：试验方法：试验方法：李氏密度瓶（如图李氏密度瓶（如图1-31-3所所示）法。示）法。图图1-3 1-3 李氏密度瓶李氏密度瓶（尺寸单位：（尺寸单位：mlml）实VVVm2 2视密度视密度定义：定义：视密度是指材料在自然状态下不包含开口孔隙时单位视密度是指材料在自然状态下不包含开口孔隙时单位体积的质量。体积的质量。公式：公式：试验方法：试验方法：李氏密度瓶法（简易法）和容量瓶法（标准法）。李氏密度瓶法（简易法）和容量瓶法（标准法）。注意：注意：一般对于自身较为密实的颗粒堆积材料如混凝土用的砂、一般对于自身较为密实的颗粒堆积材料如混凝土用的砂、石等，其视密度值与密度值或表观密度值相差甚小，为应用方石等，其视密度值与密度值或表观密度值相差甚小，为应用方便，对这类材料常用便，对这类材料常用视密度代替密度或表观密度。视密度代替密度或表观密度。闭实VVVVm3 3表观密度表观密度 定义定义：表观密度是指材料在自然状态下单位体积（含材料实：表观密度是指材料在自然状态下单位体积（含材料实体部分和孔隙部分体积）的质量，又称体积密度。体部分和孔隙部分体积）的质量，又称体积密度。公式：公式：试验方法：试验方法：规则形状（量尺计算法）、不规则形状（蜡封排规则形状（量尺计算法）、不规则形状（蜡封排液法）液法）开闭实VVVVVm0004 4堆积密度堆积密度定义：定义：堆积密度是指颗粒材料或纤维材料在堆积状态堆积密度是指颗粒材料或纤维材料在堆积状态下单位体积的质量。堆积密度又根据散粒材料在堆积时下单位体积的质量。堆积密度又根据散粒材料在堆积时的紧密程度分为的紧密程度分为松散堆积密度松散堆积密度（自然堆积状态）和（自然堆积状态）和紧密紧密堆积密度堆积密度（紧密堆积状态）。（紧密堆积状态）。公式：公式：试验方法试验方法：额定容器法，即将堆积状态下的散粒材料：额定容器法，即将堆积状态下的散粒材料装满一定容积的容器中，则容器的容积即为散粒材料的装满一定容积的容器中，则容器的容积即为散粒材料的堆积体积。堆积体积。空开闭实VVVVVVm000注意：注意：在土木工程中，材料的密实密度、表观密度、在土木工程中，材料的密实密度、表观密度、体积密度和堆积密度是材料的基本物理性质，通常体积密度和堆积密度是材料的基本物理性质，通常可用于计算材料的孔隙率或空隙率以及质量与体积可用于计算材料的孔隙率或空隙率以及质量与体积之间的换算。之间的换算。（二）密实度与孔隙率（二）密实度与孔隙率1 1密实度密实度D D 定义：定义：密实度是指材料固体物质充实的程度，即材料实体体积密实度是指材料固体物质充实的程度，即材料实体体积V V占材料自然体积占材料自然体积V0V0的百分率。的百分率。公式：公式：2 2孔隙率孔隙率P P 定义：定义：孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。孔隙率是指材料内部孔隙的体积占材料总体积的百分率。公式：公式：注意：注意：材料的密实度和孔隙率一般是针对块状材料进行研究的，材料的密实度和孔隙率一般是针对块状材料进行研究的，是从不同角度反映材料的同一个性质即密实程度，即：是从不同角度反映材料的同一个性质即密实程度，即：%100%10000VVDDVVVP1%1001%1000001 PD（三）填充率和空隙率（三）填充率和空隙率1 1填充率填充率定义：定义：填充率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，被填充率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，被颗粒或纤维所填充的程度。颗粒或纤维所填充的程度。公式：公式：2 2空隙率空隙率 定义：定义：空隙率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，颗空隙率是指颗粒材料或纤维材料的堆积体积中，颗粒或纤维间的空隙体积所占的百分率。粒或纤维间的空隙体积所占的百分率。公式：公式：%100%10000VVDDVVVP1%1001%100000图图1-41-4开口孔隙转变为空隙开口孔隙转变为空隙注意：注意：材料的填充率和空隙率是针对堆积材料进行研究的，材料的填充率和空隙率是针对堆积材料进行研究的，是从不同角度反映了堆积材料的紧密程度，是从不同角度反映了堆积材料的紧密程度，即：即：。空隙率常作为控制混凝土集料级配。空隙率常作为控制混凝土集料级配和计算砂率的依据，在计算时要注意单块材料的开口孔和计算砂率的依据，在计算时要注意单块材料的开口孔隙在堆积材料中已转变为空隙（见图隙在堆积材料中已转变为空隙（见图1-41-4）1PD二、材料与水有关的物理性质二、材料与水有关的物理性质（一）亲水性与憎水性（一）亲水性与憎水性1.1.亲水性：亲水性：材料对水的吸附力材料对水的吸附力水分子之间的内聚力，即润湿水分子之间的内聚力，即润湿角角90900 0（见图（见图1-5a)1-5a)。2.2.憎水性：憎水性：材料对水的吸附力水分子之间的内聚力，即润湿材料对水的吸附力水分子之间的内聚力，即润湿角角 90900 0（见图（见图1-5b)1-5b)。a a）亲水性）亲水性 b b）憎水性）憎水性图图1-5 1-5 材料的亲水性和憎水性材料的亲水性和憎水性（二）吸水性（二）吸水性定义：定义：材料在水中吸收水分的性能即为材料的吸水性。材料在水中吸收水分的性能即为材料的吸水性。指标：指标：吸水率吸水率 1.1.质量吸水率：质量吸水率：材料在吸水饱和时，其吸水量占材料在干燥状材料在吸水饱和时，其吸水量占材料在干燥状态下的质量的百分率；即：态下的质量的百分率；即：2 2体积吸水率：体积吸水率：体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其吸水体积吸水率是指材料在吸水饱和时，其吸水的体积占材料自然体积的百分率；即：的体积占材料自然体积的百分率；即：影响因素：影响因素：主要取决于其亲水性、孔隙率和孔隙特征。主要取决于其亲水性、孔隙率和孔隙特征。xW%100ggbmmmmWwmwgbvWVmmW1%100100（三）吸湿性（三）吸湿性定义：定义：材料的吸湿性是指材料在潮湿环境中吸收水分的性能。材料的吸湿性是指材料在潮湿环境中吸收水分的性能。指标：指标：含水率含水率 计算公式计算公式：影响因素：影响因素：主要取决于材料的孔隙率、孔隙特征和环境温湿度等。主要取决于材料的孔隙率、孔隙特征和环境温湿度等。注意：注意：由于环境的温湿度一般处于变化状态，因此材料的含水率往往由于环境的温湿度一般处于变化状态，因此材料的含水率往往处于变化状态，这一点在混凝土施工中要引起注意。处于变化状态，这一点在混凝土施工中要引起注意。hW%100ggshmmmW（四）耐水性（四）耐水性定义：定义：材料的耐水性是指材料长期在饱和水作用下保持其性材料的耐水性是指材料长期在饱和水作用下保持其性质不易改变的性质。质不易改变的性质。指标：指标：软化系数软化系数计算公式：计算公式：应用：应用：工程中通常把工程中通常把0.850.85的材料称为耐水材料，可用于长期处的材料称为耐水材料，可用于长期处于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要部于水中或潮湿环境中的重要工程。用于一般受潮较轻或次要部位的工程部位时，材料的软化系数不得小于位的工程部位时，材料的软化系数不得小于0.750.75。rKgbrffK（五）抗冻性（五）抗冻性 定义：定义：抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融抗冻性是指材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环而不破坏（一般指质量损失较小，强度不显著降低）的性循环而不破坏（一般指质量损失较小，强度不显著降低）的性能。能。指标：指标：抗冻等级抗冻等级Fn Fn；即指材料在吸水饱和后其质量损失不超；即指材料在吸水饱和后其质量损失不超过过5%5%、强度损失不超过、强度损失不超过25%25%时所能经受的最大冻融循环次数为时所能经受的最大冻融循环次数为n n次，可分为次，可分为F10F10、F15F15、F25F25、F50F50、F100F100、F200F200等。等。影响因素：影响因素：主要取决于其强度、孔隙率和孔隙特征等。主要取决于其强度、孔隙率和孔隙特征等。（六）抗渗性（六）抗渗性 定义：定义：材料抵抗压力液体渗透材料本体的性能材料抵抗压力液体渗透材料本体的性能 。指标：指标：抗渗等级抗渗等级PnPn；即用标准方法进行透水试验时，材料标；即用标准方法进行透水试验时，材料标准试件在透水前所能承受的最大水压力为准试件在透水前所能承受的最大水压力为0.10.1n n MPa MPa；可分为；可分为P4P4、P6P6、P8P8、P10P10、P12P12等。等。影响因素：影响因素：主要取决于其亲水性、强度、孔隙率和孔隙特征主要取决于其亲水性、强度、孔隙率和孔隙特征等。等。三、与热有关的物理性质三、与热有关的物理性质（一）导热性（一）导热性定义：定义：导热性是指材料传递热量的性能。导热性是指材料传递热量的性能。指标：指标：导热系数导热系数（常用材料的（常用材料的见见表表1-11-1）计算公式：计算公式：应用：应用：导热系数越小的材料，其导热性越差，保温性能就越导热系数越小的材料，其导热性越差，保温性能就越好。一般认为，导热系数好。一般认为，导热系数0.23W/0.23W/（m mK K）的材料，可作为保）的材料，可作为保温隔热材料，这种材料一般是多孔轻质的，为发挥其保温隔热温隔热材料，这种材料一般是多孔轻质的，为发挥其保温隔热的效能，应在干燥环境中使用。的效能，应在干燥环境中使用。dTTAtQ)(12表表1-1 1-1 几种常见材料的热工性质指标几种常见材料的热工性质指标材 料导热系数W/（mK）比热容J/（gK）材 料导热系数W/（mK）比热容J/（gK）铜3700.38绝热用纤维板0.051.46钢550.46玻璃棉板0.040.88花岗石2.90.80泡沫塑料0.031.30普通混凝土1.80.88冰2.202.05普通黏土砖0.550.84水0.604.19松木（横纹）0.151.63密闭空气0.0251.00导热性导热性热容量热容量（二）热容量（二）热容量定义：定义：材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，即材材料受热时吸收热量、冷却时放出热量的性质，即材料能容纳热量的性质。料能容纳热量的性质。指标：指标：比热容比热容C C（见表见表1-11-1）；1g1g材料温度升高或降低材料温度升高或降低1K1K时时所吸收或放出的热量。所吸收或放出的热量。计算公式：计算公式：应用：应用：材料的比热容越大其保温性能越好，因此用于建筑外材料的比热容越大其保温性能越好，因此用于建筑外围的材料宜采用导热系数小或比热容大的材料以防止由于室内围的材料宜采用导热系数小或比热容大的材料以防止由于室内外温差较大时导致室内温度发生较大变化，对于采暖或供冷的外温差较大时导致室内温度发生较大变化，对于采暖或供冷的建筑，可起到节约能源的效果。建筑，可起到节约能源的效果。)(12TTmQC)(12TTmQC（三）热膨胀（三）热膨胀定义：定义：指一般材料所具有的热胀冷缩的性质。指一般材料所具有的热胀冷缩的性质。指标：指标：线膨胀系数线膨胀系数；即固体物质的温度每改变；即固体物质的温度每改变11时，其长时，其长度的变化和它在度的变化和它在00时长度之比。时长度之比。应用：应用：钢轨轨缝（见下图）、桥梁伸缩缝（见右图）。钢轨轨缝（见下图）、桥梁伸缩缝（见右图）。第二节第二节 土木工程材料的力学性质土木工程材料的力学性质一、材料的强度一、材料的强度定义：定义：材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，材料的强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，它是材料在临界破坏状态下所能承受的最大应力；即：它是材料在临界破坏状态下所能承受的最大应力；即：分类：分类：根据外力作用力方式不同，材料的强度有抗压强度、根据外力作用力方式不同，材料的强度有抗压强度、抗剪强度、抗拉强度和抗折（弯）强度等抗剪强度、抗拉强度和抗折（弯）强度等 。其计算图示和公式。其计算图示和公式见见表表1-21-2。应用：应用：凡是用于承重的各种材料，都规定了有关强度的测定凡是用于承重的各种材料，都规定了有关强度的测定方法和计算方法，都以其主要强度的大小划分为若干个强度等方法和计算方法，都以其主要强度的大小划分为若干个强度等级，以供结构设计和施工时合理选用。级，以供结构设计和施工时合理选用。maxmaxAFfmaxmaxAFf表表1-2 1-2 材料的强度及其计算公式材料的强度及其计算公式材料强度材料强度图示图示计算公式计算公式抗压强度抗抗压强度抗抗拉强度抗拉强度抗剪强度抗剪强度折（弯）强度折（弯）强度AFfcmaxAFftmaxAFfvmax2max23bhLFff二、弹性与塑性二、弹性与塑性1.1.弹性：弹性：材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，变形随材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，变形随即消失，材料恢复到原来形状的性质为弹性，这种能恢复的变即消失，材料恢复到原来形状的性质为弹性，这种能恢复的变形称为弹性变形（瞬时变形）。形称为弹性变形（瞬时变形）。2.2.塑性：塑性：材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，仍保持材料在外力作用下产生变形，当外力撤消后，仍保持已发生的变形，即材料不能恢复到原来形状的性质为塑性，这已发生的变形，即材料不能恢复到原来形状的性质为塑性，这种不能恢复的变形称为塑性变形（永久变形）。种不能恢复的变形称为塑性变形（永久变形）。三、脆性与韧性三、脆性与韧性1.1.脆性：脆性：材料在外力作用下破坏前没有明显的变形，即突然断材料在外力作用下破坏前没有明显的变形，即突然断裂的性质称为脆性；如混凝土。裂的性质称为脆性；如混凝土。2.2.韧性：韧性：材料在冲击荷载作用下，发生较大变形而不破坏的性材料在冲击荷载作用下，发生较大变形而不破坏的性质称为韧性；如建筑钢材。质称为韧性；如建筑钢材。四、硬度与耐磨性四、硬度与耐磨性1.1.硬度：硬度：材料表面抵抗其他硬物压入或刻划的性质称为硬度；材料表面抵抗其他硬物压入或刻划的性质称为硬度；一般可用刻痕法、压痕法或回弹法测定材料的硬度。一般可用刻痕法、压痕法或回弹法测定材料的硬度。2.2.耐磨性：耐磨性：材料抵抗外物磨损的性质称为耐磨性。一般来说，材料抵抗外物磨损的性质称为耐磨性。一般来说，硬度大、强度高的材料其耐磨性就好。硬度大、强度高的材料其耐磨性就好。第三节第三节 土木工程材料的耐久性土木工程材料的耐久性一、主要作用：一、主要作用：二、耐久性定义：二、耐久性定义：生物作用生物作用化学主要化学主要物理作用物理作用机械作用机械作用主要作用主要作用 材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，受到各种材料的耐久性是指材料在长期使用过程中，受到各种内在或外来因素的作用，能保持其性质不易改变的性质。内在或外来因素的作用，能保持其性质不易改变的性质。本章小结本章小结 土木工程材料是组成土木工程建筑物的基本元素，它直接土木工程材料是组成土木工程建筑物的基本元素，它直接影响着土木工程建筑的技术发展、工程质量和经济效益。而能影响着土木工程建筑的技术发展、工程质量和经济效益。而能否正确合理的选择使用材料，这依赖于我们是否能真正掌握材否正确合理的选择使用材料，这依赖于我们是否能真正掌握材料的各项技术性质。料的各项技术性质。本章重点介绍了本章重点介绍了土木工程材料物理性质土木工程材料物理性质、力学性质力学性质和和耐久耐久性性等，我们必须掌握这些性质的基本概念、重要指标的计算和等，我们必须掌握这些性质的基本概念、重要指标的计算和工程应用等。工程应用等。土木工程材料土木工程材料 2011.52011.5 课题引入课题引入：现代土木工程广泛使用混凝土，普通混凝土：现代土木工程广泛使用混凝土，普通混凝土的集料来自天然石材，现代建筑中广泛使用花岗岩、大的集料来自天然石材，现代建筑中广泛使用花岗岩、大理岩等天然石材作为装饰材料，石材在土木工程中应用理岩等天然石材作为装饰材料，石材在土木工程中应用十分广泛。为了在土木工程中正确使用石材，我们应该十分广泛。为了在土木工程中正确使用石材，我们应该了解天然石材的形成原因及其分类，掌握天然石材的主了解天然石材的形成原因及其分类，掌握天然石材的主要技术性质及常用石材的应用。要技术性质及常用石材的应用。本章主要内容本章主要内容一、岩石的主要类型一、岩石的主要类型u天然岩石的分类天然岩石的分类u土木工程常用的天然石材土木工程常用的天然石材二、石材的主要技术性质二、石材的主要技术性质三、石材的主要品种和应用三、石材的主要品种和应用块V第一节第一节 岩石的主要类型岩石的主要类型块V块V块V一、天然岩石的分类一、天然岩石的分类 岩石是一种固体物质，它是不同地质作用形成的矿物岩石是一种固体物质，它是不同地质作用形成的矿物集合体。矿物是不同地质作用形成的单质或化合物，具有集合体。矿物是不同地质作用形成的单质或化合物，具有一定的形状、化学成分和物理性质。由于岩石的形成原因一定的形状、化学成分和物理性质。由于岩石的形成原因和条件不同，组成岩石的矿物成分不同，因此不同的岩石和条件不同，组成岩石的矿物成分不同，因此不同的岩石具有不同的性质。根据岩石的形成原因不同。具有不同的性质。根据岩石的形成原因不同。岩浆岩岩浆岩变质岩变质岩沉积岩沉积岩岩石岩石（一）岩浆岩（一）岩浆岩又称火成岩，它是地壳内处于高温高压而又熔融状态的又称火成岩，它是地壳内处于高温高压而又熔融状态的岩浆，当周围应力平衡被打破后，向压力较低的方向流动，岩浆，当周围应力平衡被打破后，向压力较低的方向流动，侵入到地面以下或喷出地表并沿地面流动，冷凝形成的岩侵入到地面以下或喷出地表并沿地面流动，冷凝形成的岩石（见图石（见图2-12-1）a)a)火山喷发火山喷发 b)b)岩浆流动岩浆流动图图2-1 2-1 岩浆岩的形成过程岩浆岩的形成过程（一）岩浆岩（一）岩浆岩分类：分类：1 1、岩石中、岩石中SiO2SiO2含量不同分为酸性岩、中性岩、基性岩含量不同分为酸性岩、中性岩、基性岩和超基性岩。和超基性岩。2 2、岩浆岩形成的位置不同，将其分为深成岩、浅成岩、岩浆岩形成的位置不同，将其分为深成岩、浅成岩和喷出岩和喷出岩SiOSiO2 2含量含量酸性岩酸性岩中性岩中性岩超基性岩超基性岩基性岩基性岩形成的位置形成的位置喷出岩喷出岩浅成岩浅成岩深成岩深成岩（二）沉积岩（二）沉积岩 露出地表或接近地表的岩石，由于遭受物理因素和化学因露出地表或接近地表的岩石，由于遭受物理因素和化学因素的作用，经过风化，岩石变成碎屑，再经过搬运、沉积、压素的作用，经过风化，岩石变成碎屑，再经过搬运、沉积、压固、胶结等成岩过程，形成新的岩石，或者由溶液结晶沉淀形固、胶结等成岩过程，形成新的岩石，或者由溶液结晶沉淀形成的岩石，叫沉积岩（见图成的岩石，叫沉积岩（见图2-22-2）。沉积岩又叫水成岩。）。沉积岩又叫水成岩。（三）变质岩（三）变质岩 地壳内部原先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩和先形地壳内部原先形成的岩石（包括岩浆岩、沉积岩和先形成的变质岩）在岩浆活动或构造运动变质作用下，岩石内矿成的变质岩）在岩浆活动或构造运动变质作用下，岩石内矿物成分、结构和构造产生一系列的变化，形成新的岩石，叫物成分、结构和构造产生一系列的变化，形成新的岩石，叫变质岩（见图变质岩（见图2-22-2）。变质岩的形成一般是在固体状态下进）。变质岩的形成一般是在固体状态下进行。行。图图2-2 2-2 沉积岩和变质岩的形成过程沉积岩和变质岩的形成过程（一）常用岩浆岩（一）常用岩浆岩1.1.花岗岩（见图花岗岩（见图2-32-3）花岗岩是深成岩，呈酸性，主要矿物成分花岗岩是深成岩，呈酸性，主要矿物成分是石英、正长石、斜长石，含少量云母和角闪是石英、正长石、斜长石，含少量云母和角闪石等。颜色较杂，有灰白色、浅红色、浅黄色石等。颜色较杂，有灰白色、浅红色、浅黄色等，表观密度一般为等，表观密度一般为25002700kg/m325002700kg/m3，抗压强，抗压强度高达度高达120250MPa120250MPa。由于矿物全结晶，结构致。由于矿物全结晶，结构致密，所以孔隙率和吸水率较小，硬度高，耐磨密，所以孔隙率和吸水率较小，硬度高，耐磨性、耐酸性、耐水性、抗冻性、抗风化性能好。性、耐酸性、耐水性、抗冻性、抗风化性能好。花岗岩经锯、磨、抛光后具有较好的装饰效果，花岗岩经锯、磨、抛光后具有较好的装饰效果，广泛应用于装饰工程中。土木工程中常用花岗广泛应用于装饰工程中。土木工程中常用花岗岩砌筑基础、墩台、墙体、挡土墙等，还可用岩砌筑基础、墩台、墙体、挡土墙等，还可用作铁路道砟和混凝土的骨料。作铁路道砟和混凝土的骨料。二、土木工程常用的天然石材二、土木工程常用的天然石材图图2-3 2-3 花岗岩板材花岗岩板材2.2.辉绿岩（见图辉绿岩（见图2-42-4）花岗岩是深成岩，呈酸性，主要花岗岩是深成岩，呈酸性，主要矿物成分是石英、正长石、辉绿岩属矿物成分是石英、正长石、辉绿岩属于浅成岩，颜色主要呈深灰、灰绿、于浅成岩，颜色主要呈深灰、灰绿、墨绿等，结构致密，主要呈块状构造，墨绿等，结构致密，主要呈块状构造，强度高，耐酸性能好，能劈裂成规则强度高，耐酸性能好，能劈裂成规则的块材。的块材。主要用途是：作为耐酸混凝主要用途是：作为耐酸混凝土或普通混凝土的骨料，作为建筑物土或普通混凝土的骨料，作为建筑物的衬面及高质量路面。因熔点为的衬面及高质量路面。因熔点为1400140015001500，可熔化浇铸成铸石，可熔化浇铸成铸石，制成需要的型材制品。制成需要的型材制品。图图2-4 2-4 辉绿岩辉绿岩3.3.玄武岩（见图玄武岩（见图2-52-5）玄武岩是一种普通的喷出岩，颜玄武岩是一种普通的喷出岩，颜色主要呈深灰色、黑色、棕黑色，无色主要呈深灰色、黑色、棕黑色，无光泽。具有隐晶质结构或斑状结构，光泽。具有隐晶质结构或斑状结构，呈块状构造或气孔状。结构致密的玄呈块状构造或气孔状。结构致密的玄武岩硬度高、脆性大，抗风化能力强，武岩硬度高、脆性大，抗风化能力强，表观密度达表观密度达290029003500kg/m33500kg/m3，抗压强，抗压强度为度为100100500 MPa500 MPa，主要用途是：作主要用途是：作为高强度混凝土的粗骨料，砌筑基础、为高强度混凝土的粗骨料，砌筑基础、桥梁墩台，铺筑道路路面，制造铸石桥梁墩台，铺筑道路路面，制造铸石和岩棉。和岩棉。图图2-5 2-5 玄武岩玄武岩（二）常用沉积岩（二）常用沉积岩1.1.石灰岩（见图石灰岩（见图2-62-6）石灰岩是石灰岩是CaCO3CaCO3结晶沉淀形成的岩结晶沉淀形成的岩石，俗称灰岩或青石，是化学沉积岩，石，俗称灰岩或青石，是化学沉积岩，化学成分为化学成分为CaCO3,CaCO3,主要矿物为方解石，主要矿物为方解石，常伴随有白云石、黏土矿物等，颜色常常伴随有白云石、黏土矿物等，颜色常为灰白、浅灰色，含杂质而呈深灰、灰为灰白、浅灰色，含杂质而呈深灰、灰黑、浅红、浅黄等色，野外观察呈层状黑、浅红、浅黄等色，野外观察呈层状构造。抗压强度较高，吸水率为构造。抗压强度较高，吸水率为2%10%2%10%；当黏土矿物含量不超过当黏土矿物含量不超过3%4%3%4%，有较好，有较好的耐水性和抗冻性。的耐水性和抗冻性。主要用途是：用于主要用途是：用于挡土墙、基础、墩台、路面等砌体工程，挡土墙、基础、墩台、路面等砌体工程，作为混凝土的粗骨料，作为烧石灰和水作为混凝土的粗骨料，作为烧石灰和水泥的原材料。泥的原材料。图图2-6 2-6 石灰岩板材石灰岩板材2.2.砂岩（见图砂岩（见图2-72-7）砂岩是由粒径为砂岩是由粒径为2 20.05mm0.05mm的砂的砂粒被天然胶结物胶结而成的岩石。粒被天然胶结物胶结而成的岩石。砂岩的矿物成分主要为石英和长石，砂岩的矿物成分主要为石英和长石，天然胶结物分别为硅质胶结物（二天然胶结物分别为硅质胶结物（二氧化硅）、钙质胶结物（碳酸钙）、氧化硅）、钙质胶结物（碳酸钙）、铁质胶结物（氧化铁）、泥质胶结铁质胶结物（氧化铁）、泥质胶结物（黏土矿物）。胶结方式有基底物（黏土矿物）。胶结方式有基底式、孔隙式和接触式。由于胶结方式、孔隙式和接触式。由于胶结方式和胶结物不同，砂岩的性能差别式和胶结物不同，砂岩的性能差别较大，强度为较大，强度为5 5200MPa200MPa，耐水性差，耐水性差别也较大。别也较大。图图2-7 2-7 砂岩砂岩（三）常用变质岩（三）常用变质岩 1.1.大理岩（见图大理岩（见图2-82-8）大理岩是石灰岩、白云岩在变质作用（岩大理岩是石灰岩、白云岩在变质作用（岩浆活动）下形成的岩石，属变晶结构，因原浆活动）下形成的岩石，属变晶结构，因原产于我国云南大理而得名。大理岩色彩丰富，产于我国云南大理而得名。大理岩色彩丰富，当含杂质不同时呈玫瑰色、粉红色、灰色、当含杂质不同时呈玫瑰色、粉红色、灰色、黑色、绿色等，且常呈网脉状花纹。纯大理黑色、绿色等，且常呈网脉状花纹。纯大理石是雪白的，叫石是雪白的，叫“汉白玉汉白玉”。大理岩表观密。大理岩表观密度为度为250025002700kg/m32700kg/m3，抗压强度为，抗压强度为5050140MPa140MPa，硬度低，耐磨性较差，耐酸能力差，硬度低，耐磨性较差，耐酸能力差，容易雕琢，通过锯切、打磨、抛光，可制成容易雕琢，通过锯切、打磨、抛光，可制成需要的装饰构件和板材，是高级装饰材料，需要的装饰构件和板材，是高级装饰材料，一般用于室内装饰，用于室外装饰时容易被一般用于室内装饰，用于室外装饰时容易被空气中的空气中的SOSO2 2腐蚀。腐蚀。图图2-8 2-8 大理岩大理岩2.2.石英岩（见图石英岩（见图2-92-9）石英岩是由硅质石英砂岩在石英岩是由硅质石英砂岩在变质作用（岩浆活动）下形成的变质作用（岩浆活动）下形成的岩石，变晶结构，强度高（高达岩石，变晶结构，强度高（高达400MPa400MPa）,硬度大，加工较困难，硬度大，加工较困难，耐久性好，主要用作耐磨耐酸的耐久性好，主要用作耐磨耐酸的材料，以及纪念性建筑、重要建材料，以及纪念性建筑、重要建筑的贴面材料。筑的贴面材料。图图2-9 2-9 石英岩石英岩图图2-10 2-10 片麻岩片麻岩3.3.片麻岩（见图片麻岩（见图2-102-10）片麻岩是由花岗岩经变质作用形成，片麻岩是由花岗岩经变质作用形成，粒状变晶或斑状变晶结构，片麻状构粒状变晶或斑状变晶结构，片麻状构造，不同方向的物理性质和力学性质造，不同方向的物理性质和力学性质相差较大，垂直于片理方向的抗压强相差较大，垂直于片理方向的抗压强度（度（120120200MPa200MPa）远高于沿片理方）远高于沿片理方向。沿片理方向容易开采和加工，在向。沿片理方向容易开采和加工，在冻融循环过程中易裂解、剥落成片状，冻融循环过程中易裂解、剥落成片状，抗冻性、抗风化能力远不如花岗岩。抗冻性、抗风化能力远不如花岗岩。片麻岩主要用于不重要的建筑工程，片麻岩主要用于不重要的建筑工程，用于基础、勒脚和人行道板，碎石可用于基础、勒脚和人行道板，碎石可用作混凝土骨料。用作混凝土骨料。第二节第二节 石材的主要技术性质石材的主要技术性质 天然石材的主要技术性质包括物理性质、力学性质和工艺性质。天然岩石由于形成原因、条件、矿物成分、杂质含量等不同，所以即便是同一类岩石，它们的技术性质差别也很大。在使用之前，必须对天然石材进行鉴定和检验，保证石材的质量。一、物理性质一、物理性质（一）表观密度（一）表观密度天然石材根据表观密度大小分为天然石材根据表观密度大小分为轻质石材：轻质石材：表观密度表观密度1800kg/m31800kg/m3；重质石材：重质石材：表观密度表观密度 1800kg/m3 1800kg/m3。轻质石材可作为墙体材料和轻混凝土的粗骨料，重质石轻质石材可作为墙体材料和轻混凝土的粗骨料，重质石材可用作基础、桥梁墩台、挡土墙、道路、衬面等。材可用作基础、桥梁墩台、挡土墙、道路、衬面等。表观密度间接反映石材的致密程度和孔隙率大小。一般表观密度间接反映石材的致密程度和孔隙率大小。一般情况下，同种岩石的表观密度越大，则抗压强度越高，吸水情况下，同种岩石的表观密度越大，则抗压强度越高，吸水率越小，导热性、耐久性越好。率越小，导热性、耐久性越好。深成侵入岩和部分变质岩，由于自身比较致密，孔隙率深成侵入岩和部分变质岩，由于自身比较致密，孔隙率很小，吸水率很小，如花岗岩吸水率不到很小，吸水率很小，如花岗岩吸水率不到0.5%0.5%。沉积岩由于。沉积岩由于形成条件、胶结方式、致密程度不同，孔隙率和孔隙特征不形成条件、胶结方式、致密程度不同，孔隙率和孔隙特征不一样，导致此类石材的吸水率变化较大。例如，多空隙的贝一样，导致此类石材的吸水率变化较大。例如，多空隙的贝壳石灰岩吸水率达壳石灰岩吸水率达15%15%，而密实的石灰岩吸水率不到，而密实的石灰岩吸水率不到1%1%。石材的耐久性和强度受吸水性大小影响较大。石材吸水石材的耐久性和强度受吸水性大小影响较大。石材吸水后，不但降低内部颗粒之间的黏结力，还可能使部分矿物溶后，不但降低内部颗粒之间的黏结力，还可能使部分矿物溶解并流失，降低石材的强度和耐久性。解并流失，降低石材的强度和耐久性。根据根据吸水率大小划分吸水率大小划分将吸水率大于将吸水率大于3.0%3.0%高吸水性岩石高吸水性岩石介于介于1.5%1.5%3.0%3.0%中吸水性岩石中吸水性岩石吸水率小于吸水率小于1.5%1.5%低吸水性岩石低吸水性岩石（二）吸水性（二）吸水性（三）耐水性（三）耐水性 石材耐水性的大小用软化系数表示。岩石中含有较多石材耐水性的大小用软化系数表示。岩石中含有较多易容于水的物质和黏土成分时，则软化系数较小。根据软化易容于水的物质和黏土成分时，则软化系数较小。根据软化系数大小，将岩石的耐水性分成高、中、低三个等级，软化系数大小，将岩石的耐水性分成高、中、低三个等级，软化系数大于系数大于0.900.90为高耐水性，软化系数在为高耐水性，软化系数在0.750.750.900.90之间为中之间为中耐水性，软化系数在耐水性，软化系数在0.600.600.750.75之间为低耐久性，软化系数之间为低耐久性，软化系数小于小于0.80.8的岩石，不能用于重要建筑物中。根据的岩石，不能用于重要建筑物中。根据铁路混凝土铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准与砌体工程施工质量验收标准规定，浸水和潮湿地区主体规定，浸水和潮湿地区主体工程的石材软化系数不得低于工程的石材软化系数不得低于0.80.8。（四）抗冻性（四）抗冻性石材的抗冻性，是指其抵抗冻融循环破坏的能力。石石材的抗冻性，是指其抵抗冻融循环破坏的能力。石材的抗冻性指标用抗冻等级表示，经过规定的冻融循环次数材的抗冻性指标用抗冻等级表示，经过规定的冻融循环次数后，如果质量损失不超过后，如果质量损失不超过5%5%，强度损失不超过，强度损失不超过25%25%，无剥落、，无剥落、裂缝、分层及掉角等现象，认为抗冻性合格。裂缝、分层及掉角等现象，认为抗冻性合格。岩石的抗冻性与其矿物成分、结构特征、吸水率大小岩石的抗冻性与其矿物成分、结构特征、吸水率大小密切有关，更是取决于岩石中大开口孔隙的发育情况、亲水密切有关，更是取决于岩石中大开口孔隙的发育情况、亲水性矿物含量、可溶性物质含量及矿物颗粒间连接力。若岩石性矿物含量、可溶性物质含量及矿物颗粒间连接力。若岩石中大开口孔隙较多，亲水性和可溶性矿物含量较多，矿物颗中大开口孔隙较多，亲水性和可溶性矿物含量较多，矿物颗粒间连接力较小，则岩石抗冻性差。粒间连接力较小，则岩石抗冻性差。（五）耐热性（五）耐热性石材的耐热性与其化学成分、矿物组成和结构石材的耐热性与其化学成分、矿物组成和结构有关。岩石受热升温后，体积膨胀，一些矿物发生分有关。岩石受热升温后，体积膨胀，一些矿物发生分解变异，矿物在达到熔点后开始熔化，岩石的结构遭解变异，矿物在达到熔点后开始熔化，岩石的结构遭到破坏。石英等结晶矿物组成的石材（如花岗岩），到破坏。石英等结晶矿物组成的石材（如花岗岩），当温度达到当温度达到700700以上时，由于石英矿物膨胀，强度迅以上时，由于石英矿物膨胀，强度迅速下降。岩石中含有石膏时，当温度在速下降。岩石中含有石膏时，当温度在100100以上时开以上时开始破坏。始破坏。（六）抗风化性能（六）抗风化性能 岩石因物理因素（温度变化、冻岩石因物理因素（温度变化、冻融循环等）和化学因素（水侵蚀、有害融循环等）和化学因素（水侵蚀、有害液体或气体侵蚀等）作用，逐渐崩解碎液体或气体侵蚀等）作用，逐渐崩解碎裂成小块或生成新矿物的现象，叫做风裂成小块或生成新矿物的现象，叫做风化。岩石的抗风化性能与软化系数、抗化。岩石的抗风化性能与软化系数、抗冻性、结构、矿物组成、胶结物种类等冻性、结构、矿物组成、胶结物种类等有关，将其分为不易风化岩石和易风化有关，将其分为不易风化岩石和易风化岩石两类，见表岩石两类，见表2121。表表2 21 1 石材抗风化性能分类表石材抗风化性能分类表分 类不易风化岩石易风化岩石软化系数 0.75 0.75抗冻性 好 差岩浆岩结构 细晶粒 粗晶粒造岩矿物以石英为主橄榄石、辉石、角闪石较多长石、黑云母、黄铁矿较多胶结物 硅 质 钙 质 铁质、泥质耐风化时间暴露12年后尚不易风化暴露数日至数月后即出现风化（七）安全性（七）安全性 部分天然石材中可能含有部分天然石材中可能含有放射性元素，当射线超标时对放射性元素，当射线超标时对人体健康有害。用于室内装饰人体健康有害。用于室内装饰和人口密集处的石材，应该通和人口密集处的石材，应该通过检测，合格后方能使用。通过检测，合格后方能使用。通常情况下，通过测定镭常情况下，通过测定镭226226、钍钍232232、钾、钾4040三种核素的三种核素的比活度大小，就可整体判定石比活度大小，就可整体判定石材产品的放射性水平。材产品的放射性水平。二、力学性质二、力学性质（一）抗压强度（一）抗压强度 石材的抗压强度是以规定尺寸的立方体（或圆柱体）试石材的抗压强度是以规定尺寸的立方体（或圆柱体）试件通过标准方法测得的抗压破坏强度平均值。如件通过标准方法测得的抗压破坏强度平均值。如铁路混凝铁路混凝土和砌体工程施工质量验收标准土和砌体工程施工质量验收标准规定：石材的抗压强度是规定：石材的抗压强度是以边长以边长70mm70mm的立方体试件在浸水饱和状态下的抗压极限强度的立方体试件在浸水饱和状态下的抗压极限强度表示。当采用边长为表示。当采用边长为200mm200mm、150mm150mm、100mm100mm或或50mmm50mmm立方体抗立方体抗压试件时，其抗压极限强度分别乘以压试件时，其抗压极限强度分别乘以1.431.43、1.281.28、1.141.14或或0.860.86的换算系数。的换算系数。石材的抗压强度是划分强度等级的依据。石材的抗压强度是划分强度等级的依据。砌体结构设砌体结构设计规范计规范（GB500032001GB500032001）规定，石材共分为七个强度等级：）规定，石材共分为七个强度等级：MU100MU100、MU80MU80、MU60MU60、MU50MU50、MU40MU40、MU30MU30、MU20MU20。（二）冲击韧性（二）冲击韧性 石材的冲击韧性好坏取决于石材的冲击韧性好坏取决于其矿物组成和结构构造特征。具其矿物组成和结构构造特征。具有结晶结构特征的石材冲击韧性有结晶结构特征的石材冲击韧性优于玻璃质结构；石英含量较多优于玻璃质结构；石英含量较多的石英岩、硅质砂岩脆性大，韧的石英岩、硅质砂岩脆性大，韧性差；暗色矿物含量较多的辉绿性差；暗色矿物含量较多的辉绿岩、辉长岩等韧性较好。岩、辉长岩等韧性较好。手动冲击试验机手动冲击试验机 （三）硬度（三）硬度 石材的硬度用莫氏硬度表示。石材的硬度用莫氏硬度表示。通常用刻画法来鉴定石材的硬度。通常用刻画法来鉴定石材的硬度。已知硬度的十种矿物分别是：已知硬度的十种矿物分别是：1 1滑石、滑石、2 2石膏、石膏、3 3方解石、方解石、4 4萤石、萤石、5 5磷灰石、磷灰石、6 6正长石、正长石、7 7石英、石英、8 8黄黄玉、玉、9 9刚玉、刚玉、1010金刚石。用以上金刚石。用以上十种矿物来刻画石材，鉴定出石十种矿物来刻画石材，鉴定出石材的硬度大小。材的硬度大小。石材的硬度与矿物成分、结石材的硬度与矿物成分、结构和构造特征等有关。由高硬度构和构造特征等有关。由高硬度矿物组成，则石材硬度高；结构矿物组成，则石材硬度高；结构致密，则石材硬度高。致密，则石材硬度高。（四）耐磨性（四）耐磨性 石材的耐磨性是指抵抗摩擦、边缘剪切、冲击等联石材的耐磨性是指抵抗摩擦、边缘剪切、冲击等联合作用的能力，通常用洛杉矶磨耗率表示。耐磨性取决合作用的能力，通常用洛杉矶磨耗率表示。耐磨性取决于石材的矿物硬度、岩石强度和结构构造特征。若组成于石材的矿物硬度、岩石强度和结构构造特征。若组成石材的矿物硬度高、石材的抗压强度高、结构致密，则石材的矿物硬度高、石材的抗压强度高、结构致密，则耐磨性好。耐磨性好。用于地面和其它可能遭受磨损部位的石材，应具有用于地面和其它可能遭受磨损部位的石材，应具有较高的耐磨性。较高的耐磨性。三、工艺性质三、工艺性质（一）加工性（一）加工性 石材的加工性主要是指对岩石进行开采、锯切、凿琢、磨石材的加工性主要是指对岩石进行开采、锯切、凿琢、磨光和抛光等加工工艺的难易程度。硬度、强度和韧性较高的石光和抛光等加工工艺的难易程度。硬度、强度和韧性较高的石材，加工性差。石材质脆又粗糙，结构上颗粒交错，具有层状材，加工性差。石材质脆又粗糙，结构上颗粒交错，具有层状或片状构造，岩石风化等，都难满足加工要求。或片状构造，岩石风化等，都难满足加工要求。（二）磨光性（二）磨光性 磨光性是指石材能否被磨成平整磨光性是指石材能否被磨成平整光滑表面的性质。磨光性与石材的硬光滑表面的性质。磨光性与石材的硬度、致密程度、颗粒均匀和粗细程度度、致密程度、颗粒均匀和粗细程度等有关。硬度中等、致密、均匀、细等有关。硬度中等、致密、均匀、细粒的石材，具有良好的磨光性；而结粒的石材，具有良好的磨光性；而结构疏松、有气孔或鳞片状构造的岩石，构疏松、有气孔或鳞片状构造的岩石，磨光性差。磨光性差。对于使用环境和用途不同的石材，对于使用环境和用途不同的石材，所要求的技术指标也不同。土木工程所要求的技术指标也不同。土木工程中所使用的石材，一般要求抗压强度、中所使用的石材，一般要求抗压强度、耐水性和抗冻性达到规定的指标要求。耐水性和抗冻性达到规定的指标要求。常用天然石材的指标及用途见表常用天然石材的指标及用途见表2222。表表2 22 2 常用天然石材的性能及用途常用天然石材的性能及用途主要技术指标花岗岩石灰岩砂岩大理岩表观密度（kg/m3）25002700100026002200250025002700强度（MPa）抗压12025022.044.04714047140抗折8.515.01.820.03.514.02.516.0抗剪13198.518.08.518.08.012.0吸水率(%)126101膨胀系数(10-6/)5.67.346.756.779.0211.26.511.2平均韧性(cm)871010平均质量磨耗(%)1181212耐用年限(年)7520020402020030100第三节第三节 石材的主要品种和应用石材的主要品种和应用一、砌筑用石材一、砌筑用石材 铁路工程用于砌筑的石材分为片石、块石和料石三铁路
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