石材基本概念

巖石是由一種或多種礦物有規(guī)律組合而成的礦物集合體，如大理巖主要由方解石組成， 花崗巖主要由長石、石英、云母等多種礦物組成。

巖石是在地殼發(fā)展過程中由各種地質(zhì)作用形成的地質(zhì)體，是構(gòu)成地殼的物質(zhì)基礎(chǔ)。按其 成因分為三大類，即巖漿巖（又稱火成巖）、沉積巖和變質(zhì)巖。

巖漿巖（又稱火成巖），是由高溫熔融的巖漿在地下或噴出地表后冷凝而形成的巖石。 其化學(xué)成分中含量最多的是0、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次是Ti、Mn、P、H。礦 物成分主要是硅酸鹽礦物，其中最多的是長石、石英、云母、角閃石、輝石、橄欖石等。

沉積巖是在地表或近地表的常溫常壓下，由風(fēng)化作用、生物作用和火山作用的產(chǎn)物，經(jīng)過 介質(zhì)的搬運、沉積形成松散沉積物，再經(jīng)壓實、膠結(jié)而成的層狀巖石。其化學(xué)成分與巖漿巖相 似，但存在差異。主要礦物有石英、長石、云母、黏土礦物、方解石、白云石、菱鐵礦、石 膏、硬石膏、石鹽等。每種沉積巖一般由1 ~3種主要礦物組成，最多不超過5 ~6種。

變質(zhì)巖是地殼中已形成的巖漿巖、沉積巖由于物理化學(xué)條件發(fā)生變化而形成的巖石。由 巖漿巖變質(zhì)形成的巖石叫正變質(zhì)巖，由沉積巖變質(zhì)形成的巖石叫副變質(zhì)巖。對于無交代作用 的變質(zhì)巖，其化學(xué)成分與原巖幾乎相同，而在變質(zhì)作用過程中，發(fā)生交代作用的變質(zhì)巖，由 于元素的帶出和帶人，其化學(xué)成分會發(fā)生很大變化。其主要化學(xué)成分與巖漿巖相似，但不同 類型的變質(zhì)巖，化學(xué)成分差別很大。

本文中的石材是指從沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖三大巖系的天然巖體中開采出來的巖石， 經(jīng)過加工、整形而成板狀、塊狀和柱狀材料的總稱。凡具有一定塊度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性、可加 工性以及裝飾性的天然巖石，均稱為石材。

由于本文將重點講述石材護(hù)理方面的內(nèi)容，人們用合成方法制造出的具有與石材功能相 同或相似的材料，即人造石材，亦歸類為石材。

三大類巖石的簡要特征見表2 -4 - 1。

表2-4-1三大類巖石的簡要特征

天然石材分類

石材的分類方法有許多種，常見的分類有：巖礦分類、成因分類、化學(xué)成分分類、工業(yè) 用途分類、商業(yè)分類等。

巖礦分類：根據(jù)巖石學(xué)的概念，石材的母巖為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖三大類，其 各大類中又可分為花崗石、大理石、板石、砂石。

成因分類：巖漿巖型石材、沉積巖型石材、變質(zhì)巖型石材。

化學(xué)成分分類：碳酸鹽巖類石材、硅酸鹽巖類石材。

工業(yè)用途分類：裝飾用石材、工程用石材、電器用石材、耐酸耐堿石材、雕刻用石 材、精密儀器用石材等。

商業(yè)分類：花崗石、石灰石、大理石、砂石、板石以及其他石材。

美國ASTM天然石材分類標(biāo)準(zhǔn)：花崗石、石灰石、大理石、砂巖、板石及其他石材 (詳情見ASTM C119標(biāo)準(zhǔn)）。

作為全美裝修裝飾材料標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威——美國材料試驗協(xié)會（ASTM)，對天然飾面石材 作了較全面的定義和分類，對各類天然石材制定了嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，并且也獲得了包 括中國、歐盟、日本等世界上絕大多數(shù)國家的認(rèn)同與采納，像我國的石灰?guī)r、砂巖類石材的 工程石材材料標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定，就是國家建筑材料工業(yè)石材質(zhì)檢中心直接以美國ASTM的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 檢測的。

花崗石（Granite)

顆粒狀火成巖，顏色通常從粉紅到淺灰或深灰，主要由是石英和長石組成，并伴有少量 的黑色礦物，顆粒紋理均勻，有些呈片麻巖或斑巖結(jié)構(gòu)。

石灰石（Limestone)

主要由碳酸鈣（方解石礦物）或碳酸鈣鎂（白云礦物），或是兩種礦物的混合物組成的 一種沉積巖。

商業(yè)分類：灰屑巖、殼灰?guī)r、白云巖、微晶石灰石、麵狀灰?guī)r、再結(jié)晶石灰石、凝 灰石。

性能分類：低密度石灰?guī)r，密度在1.76~2.16g/cm3范圍內(nèi)；中密度石灰?guī)r，密度 在2. 16~2.56g/Cm3范圍內(nèi)；高密度石灰?guī)r，密度在2. 56g/cm3以上。

大理石(Marble)

該類石材必須能被拋光，組成和結(jié)構(gòu)類型變化較大，范圍從純碳酸鹽到碳酸鹽含量很低 的巖石，在商業(yè)上統(tǒng)稱為大理石。其大部分擁有花紋或脈紋，晶體顆粒大小從隱晶質(zhì)到直 徑 5mm。

商業(yè)上大理石主要分為方解石大理石、白云石大理石、瑪瑙條紋大理石、蛇紋石大理 石、凝灰石大理石等。

方解石大理石：主要由方解石組成，由于重結(jié)晶而形成特有的晶體結(jié)構(gòu)。

白云石大理石：主要由白云石組成，經(jīng)過變質(zhì)期的高溫高壓形成晶體結(jié)構(gòu)。

蛇紋石大理石：主要由蛇紋石（硅酸鎂水合物）組成，綠色或是深綠色，伴有白云石、 方解石或是菱鎂礦等組成的脈紋。

凝灰石大理石：多孔滲水分層結(jié)構(gòu)，含一些方解石晶體。

砂巖（Quartz - based)

主要由礦物和巖石顆粒（顆粒大小為0.06?2mm)組成的并含有60%以上二氧化硅的 一類沉積巖。其擁有硅土、氧化鐵、碳酸鹽或黏土凝結(jié)而成的一種多空隙結(jié)構(gòu)。

商業(yè)上主要分為藍(lán)灰砂巖、褐色砂巖、正石英砂巖、石英巖、礫石、粉砂巖。

板石(Slate)

屬于微晶變質(zhì)巖，通常大部分源于頁巖，主要由云母、亞氧酸鹽和石英組成。板石含有 云母礦物有近似平行的走向，可沿層理面劈開形成薄而堅硬的石板。

其他石材：次寶石級別的一些石材，諸如玉石，有時被用作飾面石材，一般用量 不是很大，起點綴作用。其他石材還包括雪花石膏、綠巖、片巖、皂石等。

石材的商業(yè)、巖石、成因分類見表2-4-2。

石材的工業(yè)分類主要是根據(jù)其使用行業(yè)、范圍、用途等方面來劃分的，見表2-4-3。

天然石材主要特性

1.     花崗石

主要由石英、黑云母、角閃石及長石等礦物質(zhì)組成。

主要化學(xué)成分：二氧化硅（SiO2)含量較高，其他氧化物有Al2o3、Fe2O3、FeO、CaO、 MgO、Na2O,少數(shù)品種含有K20、TiO2。

花崗石質(zhì)地堅硬，耐酸堿，經(jīng)磨光后耐風(fēng)化，光澤長久保持。其表面特征呈點狀晶體結(jié) 構(gòu)，硬度為（莫氏）5~7級，光澤度可達(dá)80-100度。

2.      石灰石

主要是在淺海的環(huán)境下形成，主要化學(xué)成分為碳酸鈣和碳酸鈣鎂，一般都含有一些白云 石和黏土礦物，當(dāng)黏土礦物含量達(dá)25%-50%時，稱為泥質(zhì)巖；白云石含量達(dá)25% -50% 時，稱為白云質(zhì)灰?guī)r。石灰?guī)r分布相當(dāng)廣泛，巖性均一，易于開采加工，是一種用途很廣的建筑材料。

3.      大理石

是一種由石灰石、白云石、方解石等變質(zhì)而成的結(jié)晶巖石，化學(xué)成分以CaCO3和MgCO3 為主。其他氧化物有:A12O3、Na2O、SiO2等。

大理石組織細(xì)密，顏色品種較多，較花崗石質(zhì)軟、易風(fēng)化，其表面特征呈塊狀條紋結(jié) 構(gòu)，硬度為（莫氏）3~5級，光澤度可達(dá)80~90度。

4.      砂巖

是一種石英、長石等碎屑成分占50%以上的沉積碎屑巖，是由原巖碎屑經(jīng)過水沖燭沉 淀于河床上，經(jīng)千百年的堆積變得堅固而成。主要由砂粒膠結(jié)而成的，其中砂粒含量要大于 50%。絕大部分砂巖是由石英或長石組成的。主要含硅、鈣、黏土和氧化鐵，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，質(zhì)地較軟。

5.      板石

具有板狀構(gòu)造，沿板理面可剝成片，可作裝飾材料用。常見的巖石有硅質(zhì)板巖、黏土質(zhì)板巖、云母質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、凝灰質(zhì)板巖等。

建筑裝飾石材板面加工狀況

根據(jù)使用要求的不同，建筑裝飾石材的表面加工狀況可分為拋光面、亞光面、自然面、火燒面、斧剁面、機(jī)刨面、荔枝面、菠蘿面、蘑菇面、仿古燒毛面等。

1.      拋光面：石材表面通過使用拋光機(jī)械、磨片等材料經(jīng)過物理化學(xué)原理研磨，使石材表面平整，并產(chǎn)生較強(qiáng)的反射光。

2.      亞光面：亞光面石材表面平滑，但是低度磨光，產(chǎn)生漫反射，無光澤，不產(chǎn)生鏡面效果，無光污染。

3-自然面：石材開采切割后不經(jīng)任何化學(xué)或物理處理，保留表面自然狀態(tài)，或是石材沿其自然紋理分裂開，形成自然的凹凸?fàn)顟B(tài)。

1.        火燒面：火燒面指用乙炔、氧氣或石油液化氣等燃料產(chǎn)生的火焰加工，使石材表面 暴落，形成凹凸不平的不規(guī)則表面效果。

5-斧剁面：也叫龍眼面，是用剁斧敲在石材表面上，形成非常密集的條狀紋理，有些像龍眼表皮的效果。

6.       機(jī)刨面：使用機(jī)械將石材表面加工成條狀凹凸面形狀，表面較粗糙，帶有明顯的機(jī)

切紋路。

7.    荔枝面：使用機(jī)械花錘將石材表面加工成荔枝狀表面，表面粗糙，凹凸不平，石面上布滿密密麻麻的小坑。

8.     菠蘿面：表面比荔枝面更粗糙，就像菠蘿的表皮一般。

9.    蘑菇面：一般是用人工劈鑿，效果和自然劈開相似，但是石材的表面卻是呈中間突起、四周凹陷的高原狀的形狀。

10.    仿古燒毛面：模仿石材使用一定年限后的古舊效果。一般是用仿古劑或是仿古研磨刷來處理，使石材形成凹凸不平的表面。

石材礦物組成

礦物是具有比較固定的化學(xué)成分和物理性能的自然均質(zhì)體（單質(zhì)或化合物），它是地殼中各種地質(zhì)作用的產(chǎn)物。礦物是組成各種巖石（石材）的最基本單元。不同的巖石由不同 比例、不同種類及不同化學(xué)成分的礦物組成。不同礦物的聚合就表現(xiàn)出巖石（石材）相應(yīng)的外觀和基本的物理、化學(xué)特性。

石材的礦物成分主要由長石、石英、云母、角閃石、輝石、白云石、方解石、鐵鎂礦物等中的若干種組成。每種礦物都具有一定的結(jié)晶構(gòu)造、化學(xué)成分、物理性能等特征，因 此，同一種石材的礦物成分基本相似。但另一方面，由于礦物形成的條件差異，或有其他外來元素及物質(zhì)的影響，導(dǎo)致礦物特征的差異，例如顏色差異、晶體顆粒大小差異、解理 差異等。因此，也會出現(xiàn)相同的礦物在同一品種石材或不同品種石材中，其外觀不盡相同的現(xiàn)象。

由于組成石材的各種礦物具有各自的特征，在研究、探討一種石材品質(zhì)或治理病變時，應(yīng)首先對該石材內(nèi)部的組織物質(zhì)（礦物）進(jìn)行研究，然后再進(jìn)行整體考慮（結(jié)構(gòu)、花紋、 材質(zhì)、外界環(huán)境等），才能作出全面的評價，找到有效的處理方法。

1.    長石

長石是一種鉀、鈉、鈣的架狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽礦物。富含鉀、鈉的長石稱為堿性長石。富含鈉、鈣的長石稱為斜長石。斜長石根據(jù)鈉、鈣兩者比例的不同，又可分基性斜長石、中性 斜長石、酸性斜長石。

長石是解理發(fā)達(dá)的礦物，長石的解理越發(fā)達(dá)，則顯示其受風(fēng)化的程度越大，或是受外力作用越強(qiáng)。解理發(fā)達(dá)的結(jié)果將導(dǎo)致長石發(fā)生片狀剝離、脫落或光澤度下降，并且使石材容易 受到污染，發(fā)生鐵銹、高嶺土化、顏色色差等。解理發(fā)達(dá)的石材其物理性能（抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度）會下降。另外，如果石材鋸切面平行于長石的解理面，則會在石材表面出現(xiàn)絹 絲霧狀的不均勻光澤，造成拋光板的瑕疵。

長石是顆粒狀脆性礦物，所以長石上的節(jié)理現(xiàn)象比較明顯。節(jié)理對石材的品質(zhì)和病變的發(fā)生都有嚴(yán)重的負(fù)面影響，加影響美觀、降低光澤度、促進(jìn)風(fēng)化、引起色差等。

注：1.解理

礦物晶體在外力作用（敲打、擠壓）下，嚴(yán)格沿著一定的結(jié)晶方向破裂，并能裂出光滑平面的 性質(zhì)稱為解理。

2.節(jié)理

節(jié)理是肉眼或顯微鏡下可觀察到的微小.不連續(xù)裂痕，俗稱“雞爪紋”。

2.     石英：石英是由二氧化硅晶體組成的礦物，它具有硬度高、耐磨性強(qiáng)、抗風(fēng)化等特

性。一般為透明或乳白色，但當(dāng)其摻雜其他元素后呈現(xiàn)多色性，如灰色、黑色等。

石英一般無解理性質(zhì)，但由于脆性高，故容易因外力作用而產(chǎn)生微破裂或微裂隙。這樣

便會降底石英的透明度并引起組織松散，從而增加了石材受污染的機(jī)會，產(chǎn)生石材病變。

3.    云母：云母是鐵、鎂、鉀等的層狀結(jié)構(gòu)鋁硅酸鹽水合物，具有極完全的片狀解理， 可沿解理剝成具有彈性的薄片。云母又可分為黑云母和白云母，黑云母是含鐵、鎂的云母，白云母是含有鉀的云母。雖然云母在石材中的含量遠(yuǎn)低于長石與石英，但它對石材品質(zhì)的影 響不小。由于云母質(zhì)軟、硬度低，因此在石材研磨拋光時，云母解理面發(fā)生破裂而使表面出現(xiàn)無光澤的麻點，或者引起云母剝落而形成凹洞，影響了石材的美觀。另外，黑云母中的鐵 質(zhì)也會引起銹斑。

4.     輝石、角閃石

輝石是鐵、鎂、鈣、鈉、鋁的鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。角閃石是含氫氧根（OfT)的鐵、鎂、鈣、鈉、鋁的鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。

輝石、角閃石一般呈黑色或綠色，硬度高（莫氏硬度6 ~7級）、韌性強(qiáng)、光澤度高。 它是石材結(jié)構(gòu)組織中的良好礦物。但此類礦物常具有兩組垂直的解理，故容易產(chǎn)生裂痕。另外，此類礦物較長石、石英容易風(fēng)化，產(chǎn)生石材結(jié)構(gòu)松散或形成斑點和凹坑，影響石材 美觀。

5.   鐵、鎂礦物：鐵、鎂礦物主要包括磁鐵礦（Fe3O4)、黃鐵礦（FeS2)、褐鐵礦 (Fe2O3nH2O),菱鐵礦[Fe ( C03)]、菱鎂礦[Mg ( C03)]。

在黑色系列的石材中鐵、鎂礦物含量較高，可達(dá)50%以上，它存在于輝石、角閃石、橄欖石及部分中性、基性斜長石中。在白色、灰色、紅色系列石材中，鐵、鎂礦物含量較 低，一般不超過5%，因此它對此類石材影響不大。

6.     方解石（石灰石）：方解石是由碳酸鈣（CaCO3)組成的礦物。莫氏硬度為3級，耐 酸性差，易風(fēng)化。一般呈白色或無色，在含雜質(zhì)時，會呈黃、綠、灰等顏色。方解石的光澤度高。

石灰?guī)r類大理石主要是由方解石組成的，其含量不少于50%,顏色有杭灰、宜興奶油、貴州黑等。

7.     白云石：白云石是由碳酸鈣鎂[CaMg (CO3)2]組成的礦物。莫氏硬度3.5 ~4級，耐酸性、耐侯性均強(qiáng)于方解石。白云石一般呈白色、灰白色、灰黑等顏色。

白云巖類大理石主要是由白云石礦物組成的，其中碳酸鎂含量占45%以上。白云巖一般為均勻的微粒結(jié)構(gòu)，如我國的漢白玉、皖螺均屬白云巖。

六、礦物化學(xué)成分與石材性能的關(guān)系

礦物的化學(xué)成分與石材的性能關(guān)系相當(dāng)密切。

1.    礦物的化學(xué)成分影響某些石材礦開采的選擇，如采用火焰切割開采法，其成分中 SiO2的含量必須在55%以上，且含量愈高效果愈好。

2.     石材加工中SiO2含量高，鋸切一般較難。石材磨拋效果也與其化學(xué)成分有關(guān)，如大理石中氧化鈣含量愈高，愈易拋光。

3.    石材病變也與其化學(xué)成分關(guān)系密切，如銹斑形成與其中的鐵有關(guān)，大理石中的白華 與其成分中的碳酸鈣有關(guān)。

4.      石材的耐酸堿程度與其化學(xué)成分也有關(guān)，花崗石中SiO2含量愈高，耐酸度也愈高。

5.       石材表面的防護(hù)劑、清洗劑的使用也要根據(jù)其化學(xué)成分來使用，如碳酸鹽類的大理 石，一般要使用中性的清洗劑、防護(hù)劑。

礦物物理性質(zhì)決定了石材的物理特性

在石材性能的測試項目中，絕大部分都屬于物理性質(zhì)方面的內(nèi)容。如顏色、光澤、透明度、硬度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、耐磨度、體積密度、比重、容重、導(dǎo)電性、吸 水性、放射性等。這些性質(zhì)實際上還是由組成巖石的礦物性質(zhì)決定。

1.    顏色：石材的顏色是指巖石中各種礦物對不同波長的可見光選擇性吸收和反射，在人眼中引起感覺，而呈現(xiàn)出的各種色彩。

石材顏色受石材內(nèi)部淺色和深色礦物質(zhì)的形狀、相互位置、分布情況等影響，形成各種各樣的顏色與圖案。各種結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征與石材的裝飾性密切相關(guān)，有特色的結(jié)構(gòu)構(gòu)造可使石 材成為上乘品種。

2.    光澤度：是指石材磨光面對可見光的反射能力，主要是對礦物單體或解理面上所呈現(xiàn)的光澤的度量。如礦物表面不平，由于光線多次折射、反射，形成漫反射，會使石材光澤 變異、減弱，因此，石材光澤度的高低，直接依賴于磨光的平度。

大多數(shù)板材均具有一定的光澤度。光亮照人的光澤、絢麗多彩的色澤，是人們選用石材的首要因素，也是體現(xiàn)石材高貴華麗的重要因素。

3.    硬度：是指巖石抵抗某種外來機(jī)械作用力的能力，它與巖石的化學(xué)成分、礦物組成和巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造有關(guān)。硬度通常有兩種表示方法，即相對硬度和絕對硬度。

相對硬度：選擇10種礦物作為標(biāo)準(zhǔn)，按硬度大小順序分為10級，用這些礦物在巖石上刻劃以檢測其硬度，是由礦物學(xué)家莫（摩）爾制定，故稱為莫（摩）氏硬度。由于選定的 10種礦物中相鄰的兩種礦物間相對硬度數(shù)值差不是等差級數(shù)，有的相差十分懸殊，因此這種硬度不具有嚴(yán)密的量化標(biāo)準(zhǔn)，適合于礦山地質(zhì)勘探。

莫（摩）氏硬度表見表2-4 _4。

我國石材工業(yè)通常采用肖氏硬度計對巖石進(jìn)行動態(tài)硬度測定，其中大理石為HS 35~ 55，花崗巖為HS60~90。

1.       耐磨性：是指石材的抗磨損能力，是反映石材研磨、拋光難易程度的指標(biāo)，隨巖石 硬度的增大而增加。

耐磨率（M)的計算：一定面積大小的試樣在一定壓力下研磨100次后，試樣失去重量(G)與試樣截面（4)之比，即4/ = 6/4 (g/cm2)。

耐磨率是衡量飾面板材優(yōu)劣的重要指標(biāo)，耐磨率過低則礦石松散研磨不易出光，過高則石材過硬不易研磨而增大加工成本。

2.      強(qiáng)度：抵抗外力作用的能力，它包括石材的抗壓、抗剪、抗拉強(qiáng)度。

石材的機(jī)械強(qiáng)度隨巖石密度增大而增大，隨孔隙度和含水率的增大而降低，其他的影響因素還有成分組成、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、風(fēng)化程度、含水率、裂隙發(fā)育程度、裂隙填充物的性質(zhì)等。

3.     堅固性：在各種外力作用下，石材被破壞的相對難易程度是衡量礦山開采難易及其分級的標(biāo)準(zhǔn)。

4.      比重：單位體積的實際重量。

5.      吸水性：石材吸收水分的性質(zhì)稱為吸水性，所吸收水分能力的大小用吸水率表示。

石材的吸水率取決于某些礦物本身的吸水性能，與巖石的孔隙率的大小和孔隙特征密切

相關(guān)。一般情況下，孔隙越大則吸水率越高，但某些石材的孔隙是封閉的，水分不能貫通，雖孔隙率大，而吸水率不一定就高。同一類石材的吸水率低時，抗風(fēng)化能力就強(qiáng)，反之 則弱。

6.    耐酸堿性：耐酸堿性能是指石材承受酸堿腐蝕的能力，用耐酸堿度來衡量。花崗巖 具有較好的耐酸堿性，被廣泛用于各種酸堿反應(yīng)設(shè)備或做容器的防腐內(nèi)襯，而大理石耐酸堿性差，一般只作為室內(nèi)裝飾材料。