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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,詳見表1-3。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,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的外觀不盡相同。
由于組成石材的各種礦物具有各自的特征,因此在研究、探討一種石材品質(zhì)或病變時,應(yīng)首先對該石材內(nèi)部的組織物質(zhì)(礦物)進行探討,然后再進行整體考慮(結(jié)構(gòu)、花紋、材質(zhì)、外界環(huán)境等),這樣就可以作出全面的評價,找到有效的治理方法。
一、長石
長石是一種含鉀、鈉、鈣的架狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物。富含鉀、鈉的長石稱為堿性長石。富含衲、鈣的長石稱為斜長石。根據(jù)鈉長石、鈣長石兩者比例的不同,又可分為基性斜長石、中性長石和酸性斜長石。
花崗石的底色主要取決于長石,鉀長石通常呈紅色,以含鈉、鈣量高的斜長石為主的花崗巖則呈灰白色,當(dāng)部分長石中混含有其他元素時,則會改變其基本色調(diào)。
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。
長石是解理發(fā)達的礦物,長石的解理越發(fā)達,則顯示其受風(fēng)化的程度越高,或是受外力作用越強。解理發(fā)達的結(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)生鐵誘、髙嶺土化、色差等。解理發(fā)達的石材,其物理性能(抗壓強度、抗彎強度)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。
節(jié)理是肉眼或顯微鏡下可觀察到的微小、不連續(xù)裂痕。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)理俗稱雞爪紋,它對石材的品質(zhì)和病變的發(fā)生都有嚴(yán)重的負(fù)面影響,而且影響美觀、降低光澤度、促進風(fēng)化、引起色差。
二、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、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,這樣便會降低石英的透明度并引起組織松散,從而增加石材受污染的機會,產(chǎn)生石材病變。
三、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,或者弓I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。
四、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(OH")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,硬度髙(莫氏硬度6~7)、韌性強、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。
五、鐵、鎂礦物
鐵、鎂礦物主要包括磁鐵礦(FeFe2O4)、黃鐵礦(FeS2)、褐鐵礦(Fe2O3?nH2O)、菱鐵礦(FeCO3)、菱鎂礦(MgCO3)。
在黑色系列的石材中鐵、鎂礦物含量較高,可達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。
六、方解石(石灰石)
方解石是由碳酸鈣(CaCO3)組成的礦物,莫氏硬度3,耐酸性差、易風(fēng)化、光澤度高,一般呈白色或無色,含雜質(zhì)時呈黃、綠、灰等顏色。
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%,如杭灰、宜興奶油、貴州黑等。
七、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,耐酸性、耐候性均強于方解石,一般呈白、灰白、灰黑等顏色。
白云巖類大理石主要是由白云石礦物組成的,其中碳酸鎂含量達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。
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