石料知识 石料破碎生产线

天然石料:天然岩石经机械或人工开采、加工(或不经加工)获得的各种块料或散粒状石材。

岩石的形成与分类

岩石由于形成条件不同可分为:岩浆岩(火成岩)

沉积岩(水成岩)

变质岩

一、岩浆岩

1.岩浆岩的形成与分类

岩浆岩是由地壳深处熔融岩浆上升冷却而成的。

1)深成岩:岩浆在地壳深处,在上部覆盖层的巨大压力下,缓慢且比较均匀地冷却而形成的岩石。

特点:矿物全部结晶,多呈等粒结构和块状构造,质地密实,表观密度大、强度高、吸水性小、抗冻性高。

建筑上常用的深成岩主要有花岗岩、闪长岩、辉长岩等。

2)喷出岩:岩浆喷出地表时,在压力急剧降低和迅速冷却的条件下形成的。

特点:岩浆不能全部结晶,或结晶成细小颗粒,常呈非结晶的玻璃质结构、细小结晶的隐晶质结构及个别较大晶体嵌在上述结构中的斑状结构。

建筑上常用的喷出岩主要有玄武岩、辉绿岩、安山岩等。

3)火山岩:火山岩也称火山碎屑岩,是火山爆发时喷到空中的岩浆经急速冷却后形成的。

常见的有火山灰、火山砂、浮石及火山凝灰岩等。

2.岩浆岩的主要矿物成分

1)石英:结晶状态的SiO2

强度高、硬度大、耐久性好。

常温下基本不与酸、碱作用。

温度达575℃以上时,石英体积急剧膨胀,使含石英的岩石,在高温下易产生裂缝

岩浆岩分为:酸性岩石(SiO2>65%)

中性岩石(65%≥SiO2≥55%)

碱性岩石(SiO2<55%)

2)长石:强度、硬度及耐久性均较低(与石英相比)

正长石(K2O·Al2O3·6SiO2)

斜长石钠长石(Na2O·Al2O3·6SiO2)

钙长石(CaO·Al2O3·2SiO2)

干燥条件下耐久性高,

温暖潮湿的条件下较易风化,特别遇CO2,更易于被破坏。风化后主要生成物是高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O)。

3)云母:含水的铝硅酸盐,柔软而有弹性的成层薄片。

白云母

黑云母

云母含量较多时,易于劈开,降低岩石的强度和耐久性,且使表面不易磨光。

4)暗色矿物:角闪石、辉石、橄榄石等着色深暗的铁镁硅酸盐类矿物,统称为暗色矿物。

特点:密度特别大(3~4)g/cm3。

与长石相比,强度高,冲击韧性好,耐久性也较高。

在岩石中含量多时,能形成坚固的骨架。

其它:黄铁矿(FeS2),

特征:岩石表面具有锈斑。

黄铁矿遇水,易氧化成硫酸,腐蚀其它矿物,加速岩石风化。

二、沉积岩

1.沉积岩的形成与分类

位于地壳表面的岩石,经过物理、化学和生物等风化作用,逐渐被破坏成大小不同的碎屑颗粒和一些可溶解物质。这些风化产物经水流、风力的搬运,并按不同质量、不同粒径或不同成分沉积而成的岩石,称为沉积岩。

特点:有明显的层理,较多的孔隙,不如深成岩密实。

1)化学沉积岩:原岩石中的矿物溶于水,经聚集沉积而成的岩石。

常见:石膏、白云岩、菱镁矿及某些石灰岩。

2)机械沉积岩:原岩石在自然风化作用下破碎,经流水、冰川或风力的搬运,逐渐沉积而成。

常见:页岩、砂岩、砾岩。

3)有机沉积岩:由海水或淡水中的生物残骸沉积而成。

常见:石灰岩、贝壳岩、白垩、硅藻土等。

2.沉积岩的主要矿物成分

1)方解石:结晶的CaCO3,

强度中等,硬度较低,微溶于水,在含有CO2的水中,易于形成Ca(HCO3)2,而使溶解度急剧增大,遇稀盐酸会立即分解出CO2。

2)白云石:一种碳酸钙镁的复盐(CaCO3·MgCO3)。

物理性质接近方解石,但较方解石的硬度、强度稍高,在水中的溶解度较小,并仅在浓度较大的热盐酸作用下才分解出CO2。

3)高岭石(Al2O3·2SiO2·2H2O):由长石风化而成,是粘土的主要组成部分。强度、硬度均低,遇水即膨胀软化。

4)非结晶(无定型)的二氧化硅:

由胶体状态凝聚成的蛋白石;

由硅藻类生物沉积成的硅藻土、硅藻石:

有化学活性,磨细后可作水泥的混合材料。

三、变质岩

是由岩浆岩或沉积岩在地壳变动或与熔融岩浆接触时,受到高温高压的作用变质而成的。变质岩一般可分为片状构造和块状构造两大类。

1)正变质岩:即由岩浆岩变质形成的岩石,常因变质岩产生了片状构造,使其性能较原岩石有所降低,如片麻岩等。

2)副变质岩:即由沉积岩变质而成的岩石,它比原岩石更为细密,故建筑性能有所提高,如大理岩等。

天然石料的主要技术性质

一、物理性质

1.抗风化性及风化程度

岩石抗风化能力的强弱与其矿物组成、结构和构造状态有关。

岩石的风化程度用Kw表示,Kw为该岩石与新鲜岩石单轴抗压强度的比值。

表2-1岩石风化程度表

风化程度

Kw值

风化程度

Kw值

新鲜(包括微风化)

0.9~1.0

半风化

0.40~0.75

强风化

0.20~0.40

微风化

0.75~0.90

全风化

<0.20

建筑物中所用的石料要求:质地均匀

没有显著风化迹象

没有裂缝

不含易风化矿物

2.表观密度

同种石材表观密度愈大抗压强度愈高,吸水率愈小,耐久性愈高

表观密度石材品质评价的粗略指标。

表观密度大于1800kg/m3→重质石材,

表观密度小于1800kg/m3→称为轻质石材。

3.吸水性

岩石吸水性的大小与其孔隙率及孔隙特征有关。

深成岩及许多变质岩,它们的孔隙率都很小,吸水率也较小。

沉积岩的孔隙率及孔隙特征变化很大,吸水率波动也很大。

吸水率低于1.5%低吸水性岩石;

吸水率高于3.0%高吸水性岩石;

吸水率介于1.5%~3.0%中吸水性岩石。

石料吸水性对其强度、耐水性及抗冻性等都有很大影响。

4.抗冻性

取决于其矿物成分、结构、构造以及其风化程度。

当石料中含有较多的黑云母、黄铁矿、粘土等矿物时,抗冻性较差;风化程度大者,抗冻性低。

石料抗冻性标号:5、10、15、25、50、100、200。(冻融循环次数)

5.耐水性

经常与水接触的建筑物:石料的软化系数一般不应低于0.75~0.90。

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二、力学性质

主要包括抗压强度、冲击韧性、硬度及耐磨性等。

1.抗压强度

天然石料的强度取决于石料的矿物组成、晶粒粗细及构造的均匀性、孔隙率大小和岩石风化程度等。

石料强度一般变化都较大

具有层理构造的石料,其垂直层理方向的抗压强度较平行层理方向的高。

国家标准GB50003-2001《砌体结构设计规范》:石料的抗压强度等级,以三块边长为70mm的立方体试件,用标准试验方法所测得极限抗压强度平均值(MPa)表示。按抗压强度值的大小,分为7个强度等级:MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20。

水利工程中,将天然石料按φ50mm×100mm圆柱体或50mm×50mm×100mm棱柱体试件,浸水饱和状态的极限抗压强度,划分为100、80、70、60、50、30等6个标号。并按其抗压强度分为硬质岩石、中硬岩石及软质岩石三类(见表2-2)。水利工程中所用石料的标号一般均应大于30号。

表2-2岩石软硬分类表

岩石类型

单轴饱和抗压强度

(MPa)

代表性岩石

硬质岩石

>80

中细粒花岗岩、花岗片麻岩、闪长岩、辉绿岩、安山岩、流纹岩、石英岩、硅质灰岩、硅质胶结的砾岩、玄武岩

中硬岩石

30~80

厚层与中厚层石灰岩、大理岩、白云岩、砂岩、钙质岩、板岩、粗粒或斑状结构的岩浆岩

软质岩石

<30

泥质岩、互层砂质岩、泥质灰岩、部分凝灰岩、绿泥石片岩、千枚岩

2.冲击韧性

岩石的韧性决定于其矿物组成及结构。

3.耐磨性

石料的耐磨性是指它抵抗磨损和磨耗的性能。

石料的耐磨性取决于其矿物组成、结构及构造。

工程中常用的天然石料

一、常用建筑石料

1.岩浆岩

1)花岗岩

主要由石英、长石和少量云母所组成,有时还含有少量的暗色矿物如角闪石、辉石等。花岗岩是全晶质或斑状结构,呈块状构造。

按结晶颗粒大小不同,分为细粒、中粒、粗粒、斑状等不同种类。

表观密度为(2500~2700)kg/m3,

干燥抗压强度为(90~160)MPa,

吸水率一般小于1%,

抗冻标号可达F100~F200以上,

耐风化、耐酸和耐碱性能良好,

良好的耐磨性,

十分优良的建筑石料,饰面板材。

2)辉绿岩

辉绿岩是由长石、辉石或橄榄石等矿物组成,为全晶质的中粒或细粒结构,呈块状构造。

表观密度为(2500~3000)kg/m3,

抗压强度为(100~200)MPa,

吸水率小于1%,

抗冻性能良好。

良好的饰面材料。

3)玄武岩

玄武岩主要由斜长石、辉石及橄榄石组成,呈玻璃质或隐晶质结构,并常存在气孔及块状或杏仁状构造。

致密玄武岩的表观密度可达(2900~3300)kg/m3,

抗压强度因构造不同而波动较大,约为(80~250)MPa,

致密玄武岩的强度和耐久性都很好,

加工困难,

主要用作筑路材料、堤岸的护坡材料等。

2.沉积岩

1)石灰岩

矿物成分主要是方解石,此外尚有氧化硅、白云石及粘土等。

一般为结晶质结构,呈层状构造。

强度和耐久性均不如花岗岩,

表观密度为2000kg/m3~2800kg/m3,

抗压强度为(60~150)MPa,

吸水率为0.1%~4.5%。

分布广,硬度小,开采加工容易,广泛用于建筑工程及水利工程中。但不宜用于含游离CO2较多或酸性较高的水中。

泥灰岩、钙质粘土岩:强度低、耐水性差、易风化,不能作为建筑石材。

2)砂岩

砂岩是由石英砂经天然胶结物胶结而成的。有时在其中也有长石、云母和其它矿物颗粒。砂岩一般为粒状结构,并呈层状构造。

命名:根据胶结物不同

如氧化硅胶结:质砂岩;

碳酸钙胶结:灰质砂岩;

氧化铁胶结:铁质砂岩;

粘土胶结:粘土质砂岩。

砂岩的性能与胶结物的种类及密实程度有关

致密的硅质砂岩:表观密度可达(2600~2800)kg/m3,抗压强度可达(45~100)MPa,但较难加工。

灰质砂岩:加工较易,其强度可达(60~80)MPa,是砂岩中最常用的一种。

铁质砂岩次于灰质砂岩,但仍能用于比较次要的工程。

粘土质砂岩遇水软化,不能用于水工建筑物。

3.变质岩

1)片麻岩

常用的片麻岩是花岗片麻岩,由花岗岩变质而成的。矿物成分与花岗岩相似,结晶颗粒是等粒的或斑状的,呈片麻状或带状构造。即浅色的矿物石英、长石与深色矿物云母、角闪石等呈条带状排列,外观非常美丽。

表观密度为(2300~3000)kg/m3。

垂直于片理方向的抗压强度最大,可达(90~200)MPa。

沿片理方向较易开采加工,但在冰冻作用下易成层剥落。

优质花岗片麻岩用途与花岗岩基本相同。

2)大理岩

大理岩是由石灰岩或白云岩变质而成,主要矿物成分仍是方解石或白云石。经变质后,结晶颗粒直接结合,构造致密,

强度可达(100~200)MPa。

岩硬度不大,易于加工及磨光,

适宜用作建筑物内部装饰。

对CO2和酸的耐久性不高,经常接触风化,失去美丽的光泽。

3)石英岩

石英岩是由砂岩变质而成的。变质后,原来砂岩中的石英颗粒和天然胶结物重新结晶。

质地均匀密实,

强度(100~300)MPa,

耐久性很高。

但硬度大,开采加工很困难,常以不规则的块状石料应用于建筑物中。

4)板岩

是由粘土或页岩变质而成。

比页岩坚硬,且极易劈成薄板,

具有良好的耐久性,

主要用于覆盖屋顶,而且有青、绿、红、黑等各种颜色,用于屋面颇为美观。

二、建筑石材的应用

按加工后外形的规则程度:分为料石和毛石两类。

料石:

1.细料石:通过细加工,外表规则,截面宽、高度不小于200mm,且不小于长度的1/4。叠砌面凹入深度不大于10mm。

2.半细料石:规格尺寸同细料石。叠砌面凹入深度不大于15mm。

3.粗料石:规格尺寸同细料石。叠砌面凹入深度不大于20mm。

4.毛料石:外形大致方正,一般不加工或稍加修整,高度不小于200mm,叠砌面凹入深度不大于25mm。

毛石:形状不规则,中部厚度不小于200mm。

水利工程中,SL25-91《浆砌石坝设计规范》规定,用于砌体的石材必须质地坚硬、新鲜、完整,按其形状分为毛石、块石及粗料石三种:

1.毛石:无一定规则形状,单块质量大于25kg,中部厚不小于150mm。主要用于砌石坝内部,以及堆石坝和护坡等。

2.块石:上下两面大致平整,无尖角,块厚宜大于200mm。主要用于浆砌石坝、闸墩内部,以及建筑物的基础、挡土墙等大体积结构。

3.粗料石:棱角分明,六面大致平整,同一面最大高差宜小于长度的1%~3%,长度宜大于500mm,块高宜大于250mm,长厚比不大于3.0。主要用于闸、坝、桥墩等砌石工程。

建筑板材:将岩石经锯解、刨平、粗磨及抛光等工序加工制成的具有规定尺寸的板材。主要用于道路路面及建筑物内外装饰等。常用的有天然花岗岩建筑板材和天然大理石板材等。

  

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