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石材的使用性能及其影响因素

石材因其具有优良的物理、化学性能而得以广泛的应用。石材的物理、化学性能取决于石材的矿物成份与结构构造。了解石材性能的影响因素对于根据不同的使用要求选用石材具有重要的意义。

　　石材常用的物理、化学性能主要包括石材的颜色、光泽、硬度、耐磨性、机械强度、比重、吸水率、孔隙度、耐酸、耐碱性和放射性等。石材的这些性能对于石材的开采、加工和使用有着较为直接的影响。

　　一、颜色

　　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。

　　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。

表1  矿物成份与结构对石材光泽度的影响

　　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。