石材的使用性能及其影響因素

石材因其具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能而得以廣泛的應(yīng)用。石材的物理、化學(xué)性能取決于石材的礦物成份與結(jié)構(gòu)構(gòu)造。了解石材性能的影響因素對(duì)于根據(jù)不同的使用要求選用石材具有重要的意義。

　　石材常用的物理、化學(xué)性能主要包括石材的顏色、光澤、硬度、耐磨性、機(jī)械強(qiáng)度、比重、吸水率、孔隙度、耐酸、耐堿性和放射性等。石材的這些性能對(duì)于石材的開采、加工和使用有著較為直接的影響。

　　一、顏色

　　石材所呈現(xiàn)出的絢麗多彩的顏色是石材中各種礦物對(duì)不同波長(zhǎng)的可見光選擇性吸收或反射的結(jié)果。石材的顏色與其所含的礦物成份密切相關(guān)。花崗石的基本組成礦物是石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)石的顏色和數(shù)量。不同品種的長(zhǎng)石呈現(xiàn)不同的顏色。鉀長(zhǎng)石呈肉紅色和灰白色，所以當(dāng)巖石中含有較多的鉀長(zhǎng)石時(shí)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(zhǎng)石根據(jù)其中鈣、鈉含量的比例分為基性斜長(zhǎng)石、中性斜長(zhǎng)石和酸性斜長(zhǎng)石。一般中酸性斜長(zhǎng)石呈灰白色，所以這一類斜長(zhǎng)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(zhǎng)石顏色較深，所以黑色石材中所含的長(zhǎng)石如果為基性斜長(zhǎng)石則石材將呈深黑色，例如“山西黑"；反之如果所含的長(zhǎng)石為中性斜長(zhǎng)石則石材呈現(xiàn)灰黑色，板面上具有小白點(diǎn)，例如“濟(jì)南青”。所以長(zhǎng)石的種類對(duì)石材的顏色和裝飾效果影響極大。在眾多的長(zhǎng)石家族中特別值得一提的是拉長(zhǎng)石，它是基性斜長(zhǎng)石的一種，主要產(chǎn)于基性巖中。由于拉長(zhǎng)石對(duì)光線的特殊的折射作用，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)含拉長(zhǎng)石的石材時(shí)，拉長(zhǎng)石的晶體將呈現(xiàn)藍(lán)、綠、紫、金黃等變彩，從而使此類石材具有優(yōu)良的裝飾效果。例如中國山東的“藍(lán)閃星”，陜西的“黑冰花”，挪威的“藍(lán)珍珠”，巴西的“綠鉆”等都是含拉長(zhǎng)石的名貴石材品種。

　　有些花崗石的顏色是由于受到雜質(zhì)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(yīng)當(dāng)注意的是許多含鉀長(zhǎng)石的紅色花崗石在陽光的照射下會(huì)逐漸褪色，或是在較高的溫度下也發(fā)生褪色現(xiàn)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(fā)生這種現(xiàn)象。關(guān)于花崗石的褪色機(jī)理和防護(hù)措施目前正在研究與探討之中，在還沒有找到有效的防護(hù)措施之前，在使用這類石材時(shí)應(yīng)充分考慮其使用的環(huán)境條件，以免發(fā)生褪色現(xiàn)象，影響裝飾效果。

　　根據(jù)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?guī)r、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(zhì)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(tái)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(zhì)有關(guān)。此類大理石不含有雜質(zhì)時(shí)為純白色，例如“漢白玉”和“寶興白”等。當(dāng)含有雜質(zhì)時(shí)則因所含雜質(zhì)的不同而呈不同的顏色，例如湖南的“邵陽黑"因含碳質(zhì)而呈黑色，湖北通山的“荷花綠”因含F(xiàn)e²⁺而呈綠色，安徽廣德的“廣黃"因含F(xiàn)e³⁺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(guān)。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。

　　二、光澤

　　光澤是石材表面對(duì)可見光的反射能力。石材的光澤度也是衡量石材品質(zhì)和加工質(zhì)量的重要指標(biāo)。

　　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(jié)構(gòu)、結(jié)晶程度、透明度等因素，同時(shí)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(jié)晶程度、顆粒大小，通常淺色的、結(jié)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(jié)構(gòu)的關(guān)系。

　　分析結(jié)果表明：組成石材的礦物顆粒越細(xì)、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(zhèn)黑”、“濟(jì)南青"等石材的光澤度都可達(dá)95甚至100以上，而江西“珍珠白”的光澤度卻難以達(dá)到75。

表1  礦物成份與結(jié)構(gòu)對(duì)石材光澤度的影響

　　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(shè)備、器材及磨拋工藝有關(guān)。

　　三、硬度

　　石材的硬度是指石材抵抗其他物體機(jī)械侵入的能力。它與石材的礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造有關(guān)。

　　石材的硬度通常分為相對(duì)硬度和絕對(duì)硬度。

　　相對(duì)硬度：選用10種礦物為標(biāo)準(zhǔn)，按其相對(duì)硬度的大小分為10級(jí)。相對(duì)硬度是由礦物學(xué)家莫爾制定的，所以也稱之為莫氏硬度。莫氏硬度不具有嚴(yán)格的量化標(biāo)準(zhǔn)，因此在分析石材的性能中較少應(yīng)用，但因?yàn)槟嫌捕仁褂梅奖悖栽谌狈Ｓ迷O(shè)備時(shí)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(qū)分出石材所屬的巖石大類。

　　絕對(duì)硬度：絕對(duì)硬度是利用硬度計(jì)進(jìn)行測(cè)定的。根據(jù)測(cè)定時(shí)施加負(fù)荷的方式又可分為靜態(tài)硬度和動(dòng)態(tài)硬度。靜態(tài)硬度又分努普硬度和維氏硬度，分別用符號(hào)HK和HV表示。動(dòng)態(tài)硬度又稱肖氏硬度，用符號(hào)HS表示。石材屬于脆性材料，較適合使用肖氏硬度計(jì)進(jìn)行石材的硬度測(cè)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(dá)110以上。