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天然石材的主要物理特性

圖文憤怒的小李子 2017-05-02  3648 

石材(大理石、花崗石等)的物理性質主要指顏色紋理、光澤度、硬度、耐磨性、機械強度(抗拉、抗壓、抗剪),比重(密度)、吸水率、空隙度、耐酸度與耐堿度、耐熱性、抗凍性等。

天然石材的主要物理特性

一、顏色與紋理

石材所呈現出的絢麗多彩的顏色是石材中各種礦物對不同波長的可見光選擇性吸收或反射的結果。石材的顏色與其所含的礦物成份密切相關。花崗石的基本組成礦物是石英、鉀長石、斜長石、橄欖石、輝石、角閃石、黑云母。其中前三種礦物顏色較淺,稱為淺色礦物,后四種礦物顏色較深,稱為暗色礦物,巖石中暗色礦物的百分含量稱為色率。長石在花崗石中的含量最多,所以花崗石的顏色主要決定于長石的顏色和數量。不同品種的長石呈現不同的顏色。鉀長石呈肉紅色和灰白色,所以當巖石中含有較多的鉀長石時常呈紅色,例如廣西的楓葉紅、山西的貴妃紅、印度的印度紅等。斜長石根據其中鈣、鈉含量的比例分為基性斜長石、中性斜長石和酸性斜長石。一般中酸性斜長石呈灰白色,所以這一類斜長石居多的石材多呈灰白色,例如福建的泉州白和廈門白。而基性斜長石顏色較深,所以黑色石材中所含的長石如果為基性斜長石則石材將呈深黑色,例如山西黑反之如果所含的長石為中性斜長石則石材呈現灰黑色,板面上具有小白點,例如濟南青所以長石的種類對石材的顏色和裝飾效果影響極大。在眾多的長石家族中特別值得一提的是拉長石,它是基性斜長石的一種,主要產于基性巖中。由于拉長石對光線的特殊的折射作用,當轉動含拉長石的石材時,拉長石的晶體將呈現藍、綠、紫、金黃等變彩,從而使此類石材具有優良的裝飾效果。例如中國山東的藍閃星,陜西的黑冰花,挪威的藍珍珠,巴西的綠鉆等都是含拉長石的名貴石材品種。有些花崗石的顏色是由于受到雜質浸染而引起的,例如福建南安的銹石就是受到Fe3+浸染而呈銹黃色。與此相似的如巴西的拿破侖金、印度的麥黃石、河北的燕山黃等都是同一原因致色的。應當注意的是許多含鉀長石的紅色花崗石在陽光的照射下會逐漸褪色,或是在較高的溫度下也發生褪色現象,例如福建的永定紅,虎貝紅和廣東的惠東紅等品種都可發生這種現象。關于花崗石的褪色機理和防護措施目前正在研究與探討之中,在還沒有找到有效的防護措施之前,在使用這類石材時應充分考慮其使用的環境條件,以免發生褪色現象,影響裝飾效果。根據礦物成份可以把大理石分為兩類,一類是以碳酸鹽礦物為主的大理石,例如以含方解石、白云石為主的灰巖、白云巖、大理巖等,如“廣西白”漢白玉,松香黃等;另一類是含較多硅酸鹽礦物的變質巖,例如蛇紋巖、鎂橄欖石蛇紋巖、含硅灰石、蛇紋石大理巖等,如臺灣的大花綠,遼寧的丹東綠,湖北的綠寶等。以碳酸鹽為主的大理石的顏色常與巖石中所含的雜質有關。此類大理石不含有雜質時為純白色,例如漢白玉和寶興白等。當含有雜質時則因所含雜質的不同而呈不同的顏色,例如湖南的邵陽黑因含碳質而呈黑色,湖北通山的荷花綠,因含Fe2+而呈綠色,安徽廣德的“廣黃”因含Fe3+而呈黃色。含較多硅酸鹽礦物的大理巖的顏色常與巖石中所含的硅酸鹽礦物有關。例如陜西或湖北的“大花綠”即因組成巖石的礦物主要為蛇紋石而呈綠色,遼寧的“丹東綠”則因含鎂橄欖石和透輝石而呈綠色,四川的“鳳羽花”因含透輝石而呈黑褐色。石材的紋理,特別是大理石的紋理與大理石的結構構造,特別是構造主要影響大理石的紋理,木紋石大理石是一個珍貴的大理石品種,它是碳酸鈣為主的礦物在沉淀形成的一種巖石,由于沉淀周期內各種條件的變化形成類似木紋的花紋。而砂巖的木紋紋理從構造的角度講,也是因沉淀周期的變化,形成類似木材的年輪。

二、光澤

光澤是石材表面對可見光的反射能力。石材的光澤度也是衡量石材品質和加工質量的重要指標。石材的光澤可以用光澤度來表示。石材的光澤度取決于組成石材的礦物的顏色、結構、結晶程度、透明度等因素,同時也取決于石材的加工效果。巖石的透明度取決于石材礦物的顏色、結晶程度、顆粒大小,通常淺色的、結晶程度高的、顆粒粗大的石材透明度好,反之則弱。表l是幾種石材的光澤度與巖石的顏色、礦物、結構的關系。分析結果表明:組成石材的礦物顆粒越細、顏色越深、透明度越差,則光澤度越高。反之,淺色的、粗粒的、透明度高的石材光澤度低。例如山西黑、豐鎮黑,濟南青等石材的光澤度都可達95甚至100以上,而江西珍珠白的光澤度卻難以達到75。石材的光澤度還決定于石材的加工效果,同樣的石材可以加工出不同的光澤度,這與加工的設備、器材及磨拋工藝有關。

三、硬度

石材的硬度是指石材抵抗其他物體機械侵入的能力。它與石材的礦物成分、結構、構造有關。石材的硬度通常分為相對硬度和絕對硬度。相對硬度:選用10種礦物為標準,按其相對硬度的大小分為10級。相對硬度是由礦物學家莫爾制定的,所以也稱之為莫氏硬度。莫氏硬度不具有嚴格的量化標準,因此在分析石材的性能中較少應用,但因為莫氏硬度使用方便,所以在缺乏專用設備時可用以大致地判斷巖石的類型或礦物種類。例如鐵的莫氏硬度為5~5.5,所以用小刀是無法在花崗石上刻下痕跡的,而大理石中的礦物硬度大多小于4,可以被小刀所刻劃,所以用小刀就可以區分出石材所屬的巖石大類。絕對硬度:絕對硬度是利用硬度計進行測定的。根據測定時施加負荷的方式又可分為靜態硬度和動態硬度。靜態硬度又分努普硬度和維氏硬度,分別用符號HK和HV表示。動態硬度又稱肖氏硬度,用符號HS表示。石材屬于脆性材料,較適合使用肖氏硬度計進行石材的硬度測定。通常大理石的肖氏硬度在35~55之間,花崗石的肖氏硬度通常在70~95之間,有的可以高達110以上。

四、耐磨性

石材的耐磨性是指石材抵抗磨損的能力,石材在使用條件下抵抗摩擦、邊緣剪切以及沖擊等復雜作用的性質。石材的耐磨性與其礦物的硬度、結構、構造特征以及石材的抗壓強度和沖擊韌性等有關。石材的耐磨性以單位面積磨耗量表示,礦物愈堅硬、構造愈致密以及石材的抗壓強度和沖擊韌性愈高,石材的耐磨性愈好,耐磨性也反映了石材研磨拋光的難易程度,也是石材保持光澤的主要因素,耐磨率過低則礦石松散不易打光,過高則不易研磨,因此耐磨性是石材可加工性和使用性能的重要指標。耐磨性是指石材的耐磨性以耐磨率(M)來表示,耐磨率等于一定面積的試樣在一定壓力下經一定次數的研磨后,試樣所失去的重量(G)與試樣截面A之比,既M=G/A(g/cn2)

五、強度及耐熱抗凍性

石材的強度是指石材抗外力作用的能力。它包括石材的抗壓、抗拉和抗剪強度。石材強度主要取決于巖石的成因、礦物成分、巖石結構構造、風化程度、含水率、微裂隙的發育度及裂隙填充物的性質等因素,同時也與當時的測試時的條件有關。抗壓強度石材的強度取決于造巖礦物及巖石的結構和構造。石材的抗壓強度是以三個邊長為50mm的立方體試塊吸水飽和狀態下的抗壓極限強度平均值表示。根據抗壓強度值的大小,石材共分九個強度等級: MU100.MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。沖擊韌性,石材的沖擊韌性取決于礦物成分與構造。石材的抗拉強度比抗壓強度小得多,約為抗壓強度的1/20~1/10,是典型的脆性材料。石材的沖擊韌性取決于礦物組成與構造。石英巖和硅質砂巖脆性很大,含暗色礦物較多的輝長巖、輝綠巖等具有相對較大的韌性。通常,晶體結構的巖石較非晶體結構的巖石具有較高的韌性。石材的耐熱性與其化學成分及礦物組成有關。含有石膏的石材,在100℃以上時開始破壞;含有碳酸鎂的石材,當溫度高于725℃時會發生破壞;含有碳酸鈣的石材,當溫度達到827℃時開始破壞。由石英與其他礦物所組成的結晶石材,如花崗巖等,溫度高于700℃以上時,由于石英受熱晶型轉變發生膨脹,強度迅速下降。石材的抗凍性是用凍融循環次數來表示。也就是石材在水飽和狀態下能經受規定條件下數次凍融循環,而強度降低值不超過25%,重量損失不超過5%時,則認為抗凍性合格。石材的抗凍標號分為D5、D10、D15、D25、D50、D100、D200等。石材的抗凍性與其礦物組成、晶粒大小及分布均勻性、膠結物的膠結性質等有關。

六、密度石材密度數學公式為ρ=m/V,符號為 g/cm^3。

七、吸水率低于1.5%的巖石稱為低吸水性巖石;吸水率介于1.5%~3.0%的稱為中吸水性巖石;吸水率高于3.0%的稱為高吸水性巖石。石材的吸水性主要與其孔隙率及孔隙特征有關。深成巖以及許多變質巖,它們的孔隙率都很小,因而吸水率也很小。例如花崗巖的吸水率通常小于0.5%。沉積巖由于形成條件、膠結情況與密實程度有所不同,因而孔隙率與孔隙特征的變化很大,其吸水率的波動也很大。例如致密的石灰巖,吸水率可小于1%,而多孔貝殼石灰巖,吸水率可高達15%。石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響。石材吸水后,會降低顆粒之間的粘結力,從而使強度降低。有些巖石容易被水溶蝕,因此,吸水性強且易溶蝕的巖石,其耐水性較差。吸水性還影響到其他一些性質,如導熱性、抗凍性等。

八、耐酸堿度

飾面石材暴露在空氣中,特別是在室外受到二氧化硫等酸性堿性氣體的腐蝕,板材褪色甚至表面剝落,在工業設置上對石材耐酸堿度要求更高。一般室內裝飾裝修國家石材標準中、耐堿度、硬度、剪切強度要求標準。


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