天然石材的主要物理特性

天然石材的主要物理特性

石材（大理石、花岗石等）的物理性质主要指颜色纹理、光泽度、硬度、耐磨性、机械强度（抗拉、抗压、抗剪），比重（密度）、吸水率、空隙度、耐酸度与耐碱度、耐热性、抗冻性等。

一、颜色与纹理

石材所呈现出的绚丽多彩的颜色是石材中各种矿物对不同波长的可见光选择性吸收或反射的结果。石材的颜色与其所含的矿物成份密切相关。花岗石的基本组成矿物是石英、钾长石、斜长石、橄榄石、辉石、角闪石、黑云母。其中前三种矿物颜色较浅，称为浅色矿物，后四种矿物颜色较深，称为暗色矿物，岩石中暗色矿物的百分含量称为色率。长石在花岗石中的含量最多，所以花岗石的颜色主要决定于长石的颜色和数量。不同品种的长石呈现不同的颜色。钾长石呈肉红色和灰白色，所以当岩石中含有较多的钾长石时常呈红色，例如广西的“枫叶红”、山西的“贵妃红"、印度的“印度红”等。斜长石根据其中钙、钠含量的比例分为基性斜长石、中性斜长石和酸性斜长石。一般中酸性斜长石呈灰白色，所以这一类斜长石居多的石材多呈灰白色，例如福建的“泉州白”和“厦门白"。而基性斜长石颜色较深，所以黑色石材中所含的长石如果为基性斜长石则石材将呈深黑色，例如“山西黑"；反之如果所含的长石为中性斜长石则石材呈现灰黑色，板面上具有小白点，例如“济南青”。所以长石的种类对石材的颜色和装饰效果影响极大。在众多的长石家族中特别值得一提的是拉长石，它是基性斜长石的一种，主要产于基性岩中。由于拉长石对光线的特殊的折射作用，当转动含拉长石的石材时，拉长石的晶体将呈现蓝、绿、紫、金黄等变彩，从而使此类石材具有优良的装饰效果。例如中国山东的“蓝闪星”，陕西的“黑冰花”，挪威的“蓝珍珠”，巴西的“绿钻”等都是含拉长石的名贵石材品种。有些花岗石的颜色是由于受到杂质浸染而引起的，例如福建南安的“锈石”就是受到Fe3+浸染而呈锈黄色。与此相似的如巴西的“拿破仑金”、印度的“麦黄石"、河北的“燕山黄”等都是同一原因致色的。应当注意的是许多含钾长石的红色花岗石在阳光的照射下会逐渐褪色，或是在较高的温度下也发生褪色现象，例如福建的“永定红”、“虎贝红”和广东的“惠东红"等品种都可发生这种现象。关于花岗石的褪色机理和防护措施目前正在研究与探讨之中，在还没有找到有效的防护措施之前，在使用这类石材时应充分考虑其使用的环境条件，以免发生褪色现象，影响装饰效果。

根据矿物成份可以把大理石分为两类，一类是以碳酸盐矿物为主的大理石，例如以含方解石、白云石为主的灰岩、白云岩、大理岩等，如“广西白”、“汉白玉”、“松香黄”等；另一类是含较多硅酸盐矿物的变质岩，例如蛇纹岩、镁橄榄石蛇纹岩、含硅灰石、蛇纹石大理岩等，如台湾的“大花绿”，辽宁的“丹东绿”，湖北的“绿宝"等。以碳酸盐为主的大理石的颜色常与岩石中所含的杂质有关。此类大理石不含有杂质时为纯白色，例如“汉白玉”和“宝兴白”等。当含有杂质时则因所含杂质的不同而呈不同的颜色，例如湖南的“邵阳黑"因含碳质而呈黑色，湖北通山的“荷花绿”因含Fe2+而呈绿色，安徽广德的“广黄"因含Fe3+而呈黄色。

含较多硅酸盐矿物的大理岩的颜色常与岩石中所含的硅酸盐矿物有关。例如陕西或湖北的“大花绿”即因组成岩石的矿物主要为蛇纹石而呈绿色，辽宁的“丹东绿”则因含镁橄榄石和透辉石而呈绿色，四川的“凤羽花”因含透辉石而呈黑褐色。

石材的纹理，特别是大理石的纹理与大理石的结构构造，特别是构造主要影响大理石的纹理，木纹石大理石是一个珍贵的大理石品种，它是碳酸钙为主的矿物在沉淀形成的一种岩石，由于沉淀周期内各种条件的变化形成类似木纹的花纹。而砂岩的木纹纹理从构造的角度讲，也是因沉淀周期的变化，形成类似木材的年轮。

二、光泽

光泽是石材表面对可见光的反射能力。石材的光泽度也是衡量石材品质和加工质量的重要指标。

石材的光泽可以用光泽度来表示。石材的光泽度取决于组成石材的矿物的颜色、结构、结晶程度、透明度等因素，同时也取决于石材的加工效果。岩石的透明度取决于石材矿物的颜色、结晶程度、颗粒大小，通常浅色的、结晶程度高的、颗粒粗大的石材透明度好，反之则弱。表l是几种石材的光泽度与岩石的颜色、矿物、结构的关系。

分析结果表明：组成石材的矿物颗粒越细、颜色越深、透明度越差，则光泽度越高。反之，浅色的、粗粒的、透明度高的石材光泽度低。例如“山西黑”、“丰镇黑”、“济南青"等石材的光泽度都可达95甚至100以上，而江西“珍珠白”的光泽度却难以达到75。石材的光泽度还决定于石材的加工效果，同样的石材可以加工出不同的光泽度，这与加工的设备、器材及磨抛工艺有关。

三、硬度

石材的硬度是指石材抵抗其他物体机械侵入的能力。它与石材的矿物成分、结构、构造有关。石材的硬度通常分为相对硬度和绝对硬度。相对硬度：选用10种矿物为标准，按其相对硬度的大小分为10级。相对硬度是由矿物学家莫尔制定的，所以也称之为莫氏硬度。莫氏硬度不具有严格的量化标准，因此在分析石材的性能中较少应用，但因为莫氏硬度使用方便，所以在缺乏专用设备时可用以大致地判断岩石的类型或矿物种类。例如铁的莫氏硬度为5～5.5，所以用小刀是无法在花岗石上刻下痕迹的，而大理石中的矿物硬度大多小于4，可以被小刀所刻划，所以用小刀就可以区分出石材所属的岩石大类。

绝对硬度：绝对硬度是利用硬度计进行测定的。根据测定时施加负荷的方式又可分为静态硬度和动态硬度。静态硬度又分努普硬度和维氏硬度，分别用符号HK和HV表示。动态硬度又称肖氏硬度，用符号HS表示。石材属于脆性材料，较适合使用肖氏硬度计进行石材的硬度测定。通常大理石的肖氏硬度在35～55之间，花岗石的肖氏硬度通常在70～95之间，有的可以高达110以上。

四、耐磨性

石材的耐磨性是指石材抵抗磨损的能力，石材在使用条件下抵抗摩擦、边缘剪切以及冲击等复杂作用的性质。石材的耐磨性与其矿物的硬度、结构、构造特征以及石材的抗压强度和冲击韧性等有关。石材的耐磨性以单位面积磨耗量表示，矿物愈坚硬、构造愈致密以及石材的抗压强度和冲击韧性愈高，石材的耐磨性愈好，耐磨性也反映了石材研磨抛光的难易程度，也是石材保持光泽的主要因素，耐磨率过低则矿石松散不易打光，过高则不易研磨，因此耐磨性是石材可加工性和使用性能的重要指标。耐磨性是指石材的耐磨性以耐磨率(M)来表示，耐磨率等于一定面积的试样在一定压力下经一定次数的研磨后，试样所失去的重量(G)与试样截面A之比，既M=G/A(g/cn2)

五、强度及耐热抗冻性

石材的强度是指石材抗外力作用的能力。它包括石材的抗压、抗拉和抗剪强度。石材强度主要取决于岩石的成因、矿物成分、岩石结构构造、风化程度、含水率、微裂隙的发育度及裂隙填充物的性质等因素，同时也与当时的测试时的条件有关。抗压强度:石材的强度取决于造岩矿物及岩石的结构和构造。石材的抗压强度是以三个边长为50mm的立方体试块吸水饱和状态下的抗压极限强度平均值表示。根据抗压强度值的大小,石材共分九个强度等级: MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10。冲击韧性:石材的冲击韧性取决于矿物成分与构造。石材的抗拉强度比抗压强度小得多，约为抗压强度的1/20～1/10，是典型的脆性材料。石材的冲击韧性取决于矿物组成与构造。石英岩和硅质砂岩脆性很大，含暗色矿物较多的辉长岩、辉绿岩等具有相对较大的韧性。通常，晶体结构的岩石较非晶体结构的岩石具有较高的韧性。石材的耐热性与其化学成分及矿物组成有关。含

有石膏的石材，在100℃以上时开始破坏；含有碳酸镁的石材，当温度高于725℃时会发生破坏；含有碳酸钙的石材，当温度达到827℃时开始破坏。由石英与其他矿物所组成的结晶石材，如花岗岩等，温度高于700℃以上时，由于石英受热晶型转变发生膨胀，强度迅速下降。石材的抗冻性是用冻融循环次数来表示。也就是石材在水饱和状态下能经受规定条件下数次冻融循环，而强度降低值不超过25%，重量损失不超过5%时，则认为抗冻性合格。石材的抗冻标号分为D5、D10、D15、D25、D50、D100、D200等。石材的抗冻性与其矿物组成、晶粒大小及分布均匀性、胶结物的胶结性质等有关。

六、密度

石材密度数学公式为ρ=m/V，符号为g/cm^3。

七、吸水率

低于1.5%的岩石称为低吸水性岩石；吸水率介于1.5%～3.0%的称为中吸水性岩石；吸水率高于3.0%的称为高吸水性岩石。石材的吸水性主要与其孔隙率及孔隙特征有关。深成岩以及许多变质岩，它们的孔隙率都很小，因而吸水率也很小。例如花岗岩的吸水率通常小于0.5%。沉积岩由于形成条件、胶结情况与密实程度有所不同，因而孔隙率与孔隙特征的变化很大，其吸水率的波动也很大。例如致密的石灰岩，吸水率可小于1%，而多孔贝壳石灰岩，吸水率可高达15%。石材的吸水性对其强度与耐水性有很大影响。石材吸水后，会降低颗粒之间的粘结力，从而使强度降低。有些岩石容易被水溶蚀，因此，吸水性强且易溶蚀的岩石，其耐水性较差。吸水性还影响到其他一些性质，如导热性、抗冻性等。

八、耐酸碱度

饰面石材暴露在空气中，特别是在室外受到二氧化硫等酸性碱性气体的腐蚀，板材褪色甚至表面剥落，在工业设置上对石材耐酸碱度要求更高。一般室内装饰装修国家石材标准中未规定的耐酸度、耐碱度、硬度、剪切强度要求标准。