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(kāi)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(jiàn)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)?；◢徥幕窘M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(chēng)為淺色礦物，后四種礦物顏色較深，稱(chēng)為暗色礦物，巖石中暗色礦物的百分含量稱(chēng)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(lèi)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(mén)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(lèi)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(lèi)石材具有優(yōu)良的裝飾效果。例如中國(guó)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(yáng)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(méi)有找到有效的防護(hù)措施之前，在使用這類(lèi)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(lèi)，一類(lèi)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(lèi)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(lèi)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(yáng)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(jiàn)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(lái)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(chēng)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?zhuān)用設(shè)備時(shí)可用以大致地判斷巖石的類(lèi)型或礦物種類(lèi)。例如鐵的莫氏硬度為5～5.5，所以用小刀是無(wú)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(lèi)。

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(chēng)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。? [Page]

石材的硬度與巖石的化學(xué)成份、礦物成份關(guān)系最為密切。巖石的SiO，含量越高，石英含量越多，石材的硬度也越高。表2為幾種石材的成份與硬度的關(guān)系。

分析結(jié)果顯示：

1.花崗石的硬度隨Si0₂含量和石英含量的增加而增高；

2.大理石的硬度隨Si0₂和MgO含量的增加而增高；因?yàn)镾iO₂和MgO含量較高的大理石中含有較多的白云石陽(yáng)硅酸鹽礦物，這些礦物的硬度都比大理石的主要礦物方解石高，所以當(dāng)石材中含有較多的白云石、鎂橄欖石時(shí)，石材的硬度較高。

表 2? 石材的成份與硬度

石材的硬度還與石材的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和蝕變程度有關(guān)，例如一些硅化的火山巖的肖氏硬度可高達(dá)115以上；四川的許多紅色系列的花崗石，如“蘆山紅”、“三合紅”、? “滎經(jīng)紅”、? “雪花紅"等都因?yàn)槭艿讲煌潭鹊奈g變作用，而具有較高的硬度。當(dāng)?shù)V物成份相同時(shí)具有粗粒結(jié)構(gòu)的石材比細(xì)粒結(jié)構(gòu)的石材具有較高的硬度，例如廣西的“楓葉紅”與福建的G648，兩者具有十分相似的化學(xué)成分與礦物成分，但具有粗粒結(jié)構(gòu)的“楓葉紅”的硬度就明顯地高于具有中細(xì)粒結(jié)構(gòu)的G648。

石材的硬度與石材的抗壓強(qiáng)度有很好的正相關(guān)性。同時(shí)硬度大的石材耐磨性好，但加工難度也較大。

了解石材硬度對(duì)于石材的加工工具和加工工藝的選用具有指導(dǎo)性的意義，例如鋸切G657、“南非紅”等高硬度的花崗石就必須選用高強(qiáng)度、低濃度的金剛石和較軟結(jié)合劑的刀頭，使用較低的圓周速度和較小的下刀深度，以保證切割效率；而鋸切G654、“濟(jì)南青”等較低硬度的花崗石時(shí)則必須選用中等強(qiáng)度、較高濃度的金剛石和較硬結(jié)合劑的刀頭，使用較高的圓周速度和較大的下刀深度，以提高鋸切效率和鋸片的使用壽命。?

四、強(qiáng)度

石材的強(qiáng)度是指石材抵抗外力作用的能力。主要包括石材的抗壓、抗折、抗拉強(qiáng)度和抗撞擊強(qiáng)度。石材的強(qiáng)度主要取決于巖石類(lèi)型、礦物成份、巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、含水率、風(fēng)化程度、微裂隙的發(fā)育程度等因素。石材是一種各向異性的材料，同一塊石材的不同方向上各種強(qiáng)度的測(cè)定結(jié)果是不相同的。沉積巖類(lèi)的石材在平行層理的方向上具有較高的抗折強(qiáng)度和較低的抗壓強(qiáng)度，例如江蘇宜興的“咖啡”是一種淺變質(zhì)的灰?guī)r，當(dāng)垂直層理方向鋸切時(shí)具有條帶狀的花紋，稱(chēng)為“咖啡條”；當(dāng)平行層理方向鋸切時(shí)具有團(tuán)塊狀的花紋，稱(chēng)為“咖啡”，經(jīng)測(cè)試“咖啡條”的抗折強(qiáng)度為7.5～8.5 MPa，抗壓強(qiáng)度為90～100MPa；而“咖啡”的抗折強(qiáng)度可達(dá)到9.O～9.5MPa，抗壓強(qiáng)度為75～85MPa。變質(zhì)巖類(lèi)石材的各向異性特征也很明顯，例如福建的“虎皮黃”和河南的“石榴紅”等具有片理或片麻理的石材在平行片理或片麻理方向鋸切的石材具有較高的抗折強(qiáng)度和抗撞擊強(qiáng)度，而在垂直片理或片麻理方向鋸切的石材的抗折強(qiáng)度和抗撞擊強(qiáng)度都較低。所以在選擇石材做為臺(tái)板、干掛板等對(duì)抗折強(qiáng)度和抗撞擊強(qiáng)度有較高要求的石材時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)所選用的花紋做相應(yīng)的測(cè)試試驗(yàn)，同時(shí)作為地質(zhì)勘查單位在取樣測(cè)試時(shí)也應(yīng)當(dāng)根據(jù)各類(lèi)石材的特點(diǎn)進(jìn)行不同方位的測(cè)試試驗(yàn)，才能為使用者提供更有參考價(jià)值的數(shù)據(jù)。

石材強(qiáng)度的各向異性特點(diǎn)也影響到石材的成材率，例如用相同的工藝加工厚度為1cm的“咖啡”成材率可比加工相同厚度的“咖啡條”大約高出5～8m²。這是因?yàn)椤翱Х葪l”的抗折強(qiáng)度較低，磨拋時(shí)在較大的壓力下容易斷裂。所以石材的強(qiáng)度數(shù)據(jù)也是石材加工時(shí)合理地選用加工參數(shù)的依據(jù)。

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