建筑用岩石的组成、构造与分类

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岩石是在建筑中使用最为悠久的材料之一。在我国及世界建筑史上许多著名的建筑中都大量使用了石材，而其中的许多建筑至今仍保存较为完整，而这正是石材尤其是一些较为有名的天然石材所具有的相当高的强度、良好的耐磨性和耐久性的突出体现。天然石材资源丰富，具有良好的力学性能和一定的装饰性能，易于就地取材，生产加工较为方便。因此，在大旦使用钢材、混凝土及高分子合成材料作为建筑结构性材料的今天，石材的使用仍然相当普遍和广泛。 建筑工程中使用的石材大致有两种类型：一种是经开采所得的大块天然岩石，经锯解、劈凿、琢磨等机械加工工艺所制成的各种形状和尺寸的石料制品；一种是直接采得的各种块状和粒状，稍作加工即可使用的石料。无论是经加工或未加工的石树，都是重要的建筑用材料。

一、岩石的组成 天然岩石是单个或多种不同矿物所组成的集合体，组成岩石的矿物称为造岩矿物。不同的成岩条件和造岩矿物使得各类岩石具有不同的结构和构造特征，它们在岩石中的含量、颗粒结构的不同使得同种岩石在不同的产地表现出不同的性质。建筑工程中常用岩石的主要造岩矿物有如下几种： 1. 石英 石英是晶状二氧化硅的总称。两端为尖角状的六方拄形晶体。自然状态下为无色透明至乳白色状态。密度为2.65g/㎝³，莫氏硬度为7，熔化温度为1710℃，是最为坚硬、稳定的矿物，但在受热时会因晶型转变而产生裂缝甚至变得松散(573℃以上)。自然界中天然纯净的二氧化硅称为“水晶”。 2. 长石 长石为结晶的铝硅酸盐，是长石族矿物的总称，有正长石和斜长石之分。正长石的化学成分是K，晶体呈短柱状和厚板状，常见的为粒状或块状，密度为2.5-2.6g/㎝³，硬度为6，颜色呈肉红色、黄褐色；斜长石有钠长石Na和钙长石Ca两种，晶体呈柱状。常见的为粒状或柱状，密度为2.61-2.76g/㎝³，硬度为6，颜色呈灰白色和浅红色。长石强度比石英低，稳定性不及石英，易风化成高岭土。它是火成岩中含量最多的造岩矿物，约占其总量的三分之二。 3. 云丹 云母为片状含结晶水的铝硅酸盐，种类有白云母、黑云母和金云母等。密度为2.70-3.10g/㎝³，硬度为2-3。易完全解理成具有光滑平面的薄片。当岩石中含有大量云母时，石材具有层理，降低了岩石的耐久性和强度，表面具有玻璃光泽，难以磨光。从耐久性角度讲，黑云母更易风化，成为岩石中的有害矿物。 4. 方解石 为碳酸钙结晶体。白色，密度为2.7g/㎝³，莫氏硬度为3。强度较高，易被酸类化合物分解，微溶于水，耐久性次于石英及长石。 5. 角闪石、辉石、橄榄石 角闪石、辉石、橄揽石均为结晶的铁、钙、镁硅酸盐的晶体。形状为粒状和校状，密度为3.0-4.0g/㎝³，莫氏硬度为5—7。强度高，韧性好，耐久性好。岩石中暗色矿物含量较多，故也称为暗色矿物。随着暗色成分的增加，岩石的强度和耐久性也随之提高，但也给加工造成了困难。 6. 白云石 白云石是碳酸钙和碳酸镁的复盐晶体，白色，密度为2.9g/㎝³，莫氏硬度为4，其强度高于方解石，物理性质与方解石接近。遇酸时易分解。

二、岩石的结构和构造 不同的成岩条件和造岩矿物使各类岩石具有不同的结构和构造特征，它们对岩石的物理和力学性能具有相当大的影响。 岩石的结构是指岩石中矿物的结晶程度、颗粒大小、形态及结合方式的特征。岩石的构造是指岩石中矿物集合体之间的排列或组合方式，或矿物集合体与其他组成物质之间的结合的情况。 1. 块状构造 由无序排列、分布均匀的造岩物质所组成的一种矿物构造。块状构造的岩石具有成分均匀，构造致密，整体性好的特点，因此这类岩石强度高，表现密度大，吸水率小，抗冻性和耐久性好，是良好的承重和装饰材料。届于块状构造的岩石有花岗岩、正长岩、大理岩和石英岩。 2. 层片状构造 组成岩石的物质其矿物成分、结构和颜色等特征沿垂直方向一层层变化而形成层状构造。层理是沉积岩所具有的一种重要的结构特征。也有部分变质岩由于受变质作用形成片理构造。 层片状构造的岩石，由于层理、片理变化，整体性较差。各层联接处易被水或有害液体侵蚀而导致风化和破坏。但此类岩石易于开采和加工。砂岩、板岩和片麻岩等均为层片状构造。 3. 流纹、斑状、杏仁和结核状构造 岩浆喷出地表后，沿地表流动时冷却而形成的构造成为溉纹状构造。 岩石成分中较粗大的晶粒分布在微晶矿物或破璃体中的构造称为斑状构造。 岩石的气孔中被次生矿物填充，则形成杏仁状构造。 部分沉积岩呈结核状，结核组成物与包裹其周围岩石的矿物成分不同，结核组成有钙质、硅质、铁质和铁锰质等不同的种类。 以上几种构造所组成的岩石整体均匀性差，斑晶、杏仁和结核的结构和构造与四周物质的结构和构造差异较大，一旦受到温度变化和外力作用时，易导致开裂破坏。 4. 气孔状构造 岩浆中合有一些易于挥发的成分，当岩浆上升至地面或喷出地表，由于温度和压力剧减，而形成气体遍出，待岩浆凝固后便留下了气孔。气孔构造是火山喷出岩的典型构造。 气孔构造的岩石孔隙串大，强度低，吸水率大，表观密度低，由于轻质多孔而导热性能差，宜作墙体材料或轻质集料。常见的多孔构造岩石有浮石、玄武岩、火山凝灰岩等。

三、岩石的分类 岩石按地质形成的条件不同可以分为火成岩、沉积岩和变质岩三大类，它们具有显著不同的组成、构造和性质。 1. 火成岩 火成岩是由地壳内部熔融岩浆上升冷却而形成的，又称岩浆岩。由于冷却条件不同，火成岩又分为深成岩、喷出岩和火山岩三种。岩浆在地表深处缓慢冷却结晶而成的岩石称为深成岩。它的特点是晶粒较粗，结构致密，强度高，吸水率小，抗冻性好。工程上常用的深成岩有花岗岩、正长岩、闪长岩和解长岩。 喷出岩为熔融的岩浆喷出地壳表面，迅速冷却而成的岩心。由于岩浆喷出地表时压力骤减和迅速冷却，结晶条件差，多呈隐品质或玻璃体结构。如喷出岩凝固成很厚的岩层，其结构接近深成岩；当喷出岩凝固成比较薄的岩层时，常呈多孔构造。工程上常用的喷出岩有玄武岩、安山岩和辉绿岩。火山岩是火山喷发时岩浆被抛到空中，急速冷却后形成的岩石。火山岩为玻璃体结构且呈多孔构造，如火山灰、火山砂、浮石和凝灰岩。火山灰和火山砂可作为水泥的混合材料；浮石可作为混凝土骨料；凝灰岩经过加工可作保温墙体，如磨细后也可作为水泥的混合材料。 2. 沉积岩 地表的各类岩石在外力地质作用下经风化、搬运、沉积成岩作用（如压固、胶结、重结晶等），在地表或地表不太深处形成的岩石，又称水成岩。其主要特征是呈层状结构，各层岩石的成分、颜色、构造、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，空隙率和吸水率较大，强度和耐久性较低。它又可以分为机械沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三类。 机械沉积岩是各种岩石风化后，在流水、风力或冰川作用下搬运，逐渐沉积，在覆盖层的压力下或由自然胶结物胶结而成。散粒状的有粘土、砂和砾石等，经自然胶结成整体的，相应称之为页岩、砂岩和砾岩。 化学沉积岩是岩石中的矿物溶解在水中，经沉淀沉积而成。如石膏、菱镁矿、白云岩及部分石灰岩。 生物沉积岩是由各种有机体的残骸经沉积而成的岩石。如石灰岩、硅藻土等。 3. 变质岩 岩石由于强烈的地质活动，在高温和高压条件下，矿物再结晶或生成新矿物。使原来岩石的矿物成分及构造发生显著变化而成为一种新的岩石，称为变质岩。 一般沉积岩形成变质岩后其建筑性能有所提高，如石灰岩和白云岩变质后为大理岩，砂岩变质后成为石英岩，都比原来的岩石更加坚固耐久。 相反，原为深成岩的经变质后产生片状构造，建筑性能反而恶化。如花岗岩变质后成为片麻岩，片麻岩易于分层剥落，耐久性差。整个地表岩石的分布情况为：沉积岩约占75％，岩浆岩和变质岩约占25％。