建筑常用石材的性能、应用与防护

一、常用石材的技术性能

1. 石材的物理性质

房屋建筑工程对石材物理性质的要求主要体现在石材的体积密度、吸水率、耐水性等方面。

(1)体积密度

石材的体积密度由石材的矿物组成及致密程度所决定。在一般情况下，同种石材的体积密度越大，强度越高，吸水率越小．抗冻性和耐久性越好，导热性也好。花岗岩、大理岩等石材品种的致密程度高，体积密度接近于密度值。火山凝灰岩、浮石等则由于孔隙率大，体积密度小。石材根据各自体积密度不同可以分为轻质石材和重质石材两大类。

轻质石材  体积密度小于1800kg/m³，一般用于墙体材料，个别还可用于屋面工程。

重质石材  体积密度大于1800kg/m³，可以作为承重、装修和装饰用材料。

(2)吸水性

石材的吸水性与其7L隙率和孔隙特征有关。孔隙特征相同的石材，孔隙率越大，吸水率也越高。

石材吸水后强度降低，抗冻性变差，导热性增加，耐水性和耐久性下降。体积密度大者，孔隙率小，吸水率也小，如花岗岩吸水串通常小于0.5％，而多孔贝类石灰岩吸水率则可高达15％。

(3)耐水性

石材的耐水性以软化系数(K)来表示。当石材中含有粘土或易溶于水的物质时，在水饱和状态下，强度会发生明显下降。建筑上使用的石材应具有满足要求的耐水性。

(4)抗冻性

抗冻性是指石材抵抗冻融破坏的能力，是衡量石材耐久性的一个重要指标。

石材的抗冻性和吸水率大小石密切关系，一般吸水率大的石材，抗冻性也差。此外，抗冻性还与石材的吸水饱和程度、冻结温度和冻融次数有关。

石材的抗冻性以石材在水饱和状态下所能经受的冻融循环的次数表示。

(5)耐火性

石材在遇到高温考验时将会受到损害。由于热胀冷缩的作用使得内部体积变化不一致，产生内应力而导致破坏。各种造岩矿物热膨胀系数不同，受热后产生内应力而至崩裂。在高温下，造岩矿物还会产生分解和变质。如含有石膏的石材，在100℃以上时开始破坏；含有碳酸镁和碳酸钙的石材，在700-800℃左右即发生分解；含有石英的石材，在700℃时会由于受热膨胀而破坏。

2. 石材的力学性质

(1)石材的抗压强度与强度等级

石材的强度取决于造岩矿物及岩石的结构与构造。岩石的结构越致密，晶粒越细小，岩石的强度越高。具有层状构造的岩石，其垂直层理方向的强度较平行层理方向的强度高。

石材是非均质和各向异性的材料，而且是典型的脆性材料，其力学性能中抗压强度较高，抗拉强度比抗压强度低得多，约为抗压强度的1/10一1/20。砌筑用石材的抗压强度由边长为70mm的立方体试件进行测试，并以三个试件在水饱和状态下的极限抗压强度的平均值表示。石材的强度等级由抗压强度来划分，并以符号MU和抗压强度值来表示，共划分有MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MUl5、MUl0九个等级(GBJ3—88)。

装饰用石材的抗压强度采用边长为50mm的立方体试件来测试(GB9966.I-88)。

(2)石材的其他力学性质

根据石材的用途不同，对石材的技术要求还有抗折强度、硬度、耐磨性、抗冲击性等。

石材的硬度主要取决于石材的矿物组成、结构和构造。由强度和硬度较高的造岩矿物所组成的岩石，其硬度较高，耐磨性较强。结品质结构硬度高于玻璃质结构硬度，构造紧密的岩石硬度也比较高。

岩石的硬度以莫氏硬度来表示。

耐磨性是石材抵抗摩擦、边缘剪切以及撞击等复杂作用下的性质。它包括耐磨损性和耐磨耗性两个方面。

耐磨损性是以磨损度表示石材受摩擦作用时，其单位面积摩擦所产生的质量损失的大小。

耐磨耗性是以磨耗度表示石材同时受摩擦与冲击作用时，其单位质量所产生的质量损失的大小。

石材的耐磨性与岩石中造岩矿物的硬度及岩石的结构和构造有一定的关系。一般而言，岩石强度高，构造致密，则耐磨性也较好。用于建筑工程上的石材，应具有较好的耐磨性能。

二、石材在建筑上的应用

1. 毛石

毛石指岩石经爆破后所得形状不规则的石块，有乱毛石和平毛石之分。乱毛石形状不规则，平毛石形状虽也不规则，但大致有两个平行的面。建筑上用毛石一般要求中部厚度不小于15cm，长度为30-40cm，抗压强度应大于10MPa，软化系数应不小于0.75。致密坚硬的沉积岩可用于一般的房屋建筑，而重要的工程应采用强度高、抗风化性能好的岩浆岩。毛石常用来砌筑基础、勒脚、培身、挡土埔、堤岸及护坡，还可以用来浇筑片石混凝土。

2. 料石

料石是指由开采所得的比较规则的六面体块石，稍加凿琢修整而成。按加工平整程度分为：

细料石  叠砌面的凹入深度不大于10mm。

半细料石  叠砌面的凹入深度不大于15mm。

粗料石  叠砌面的凹人深度不大于20mm。

毛料石  外形大致方正，一般不加工或稍加修正，高度不小于200mm，叠砌面四人深度不大于25mm。

粗料石和毛料石主要用于建筑物的基础、勒脚、墙体等部位，半细料石和细料石主要用作镶面材料。

3. 板材

结构致密的岩石经凿乎或锯解成一定厚度的石材即为板材。作为饰面用的板材，一般采用大理岩或花岗岩加工制作。饰面板材要求耐磨、耐久，无裂缝或水纹，色彩丰富，外表美观。花岗石板材主要用于建筑工程室外装修装饰；粗磨板材(表面平滑但无光)主要用于建筑物外墙面、柱面、台阶及勒脚等部位；磨光板材(表面光滑如镜)主要用于室内外场面、柱面。大理石板材经研磨、抛光成镜面后主要用于室内装饰。

三、石材的防护

石材在长期的使用过程中，会受到周围自然环境的影响而产生物理变化和化学变化，致使岩石逐步风化、破坏。此外，寄生在岩石表面的苔药和植物根部的生长对岩石也有破坏作用。风化的速度取决于造岩矿物的性质及岩石本身的结构和构造。在建筑中，石材的破坏主要是水分的渗入及水的作用。为了防止与减轻石材的风化、破坏，可采取下列防护措施：

(1)结构预防

建筑物暴露部分的石材如栏杆、楼梯、勒脚和屋顶等，制成易于排水的形状，使水分不易积存于表面，或在石材上覆盖一层导水材料。

(2)表面磨光

采用致密的岩石，表面加工磨光，尽量使表面平滑无孔。

(3)表面处理

石材表面可用石蜡或涂料进行处理，使其表面隔绝大气和水分，起到防护作用。在石材表面涂刷熔化的石蜡，再对石材加热，使石蜡渗入石材表面孔隙并填充孔隙。对于石灰岩可用氟硅酸镁溶液徐刷在石材表面，使之与碳配钙作用：

生成的不溶性化合物caF2和MgF2沉积在微空中并覆盖石材表面，起到防护作用。对于其他岩石可用硅酸盐来防护，在石材表面涂以水玻璃，硬化后再涂一层氯化钙水溶液，两者作用：

使石材表面形成不溶性硅酸钙保护膜层，起到防护效果。

此外，还可以用甲基硅醇钠等疏水剂作表面处理，延缓石材的表面风化速度和降低污染。