石材的使用性能及其影響因素

石材因其具有優良的物理、化學性能而得以廣泛的應用。石材的物理、化學性能取決于石材的礦物成份與結構構造。了解石材性能的影響因素對于根據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、化學性能主要包括石材的顏色、光澤、硬度、耐磨性、機械強度、比重、吸水率、孔隙度、耐酸、耐堿性和放射性等。石材的這些性能對于石材的開采、加工和使用有著較為直接的影響。

　　一、顏色

　　石材所呈現出的絢麗多彩的顏色是石材中各種礦物對不同波長的可見光選擇性吸收或反射的結果。石材的顏色與其所含的礦物成份密切相關。花崗石的基本組成礦物是石英、鉀長石、斜長石、橄欖石、輝石、角閃石、黑云母。其中前三種礦物顏色較淺，稱為淺色礦物，后四種礦物顏色較深，稱為暗色礦物，巖石中暗色礦物的百分含量稱為色率。長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石的顏色和數量。不同品種的長石呈現不同的顏色。鉀長石呈肉紅色和灰白色，所以當巖石中含有較多的鉀長石時常呈紅色，例如廣西的“楓葉紅”、山西的“貴妃紅"、印度的“印度紅”等。斜長石根據其中鈣、鈉含量的比例分為基性斜長石、中性斜長石和酸性斜長石。一般中酸性斜長石呈灰白色，所以這一類斜長石居多的石材多呈灰白色，例如福建的“泉州白”和“廈門白"。而基性斜長石顏色較深，所以黑色石材中所含的長石如果為基性斜長石則石材將呈深黑色，例如“山西黑"；反之如果所含的長石為中性斜長石則石材呈現灰黑色，板面上具有小白點，例如“濟南青”。所以長石的種類對石材的顏色和裝飾效果影響極大。在眾多的長石家族中特別值得一提的是拉長石，它是基性斜長石的一種，主要產于基性巖中。由于拉長石對光線的特殊的折射作用，當轉動含拉長石的石材時，拉長石的晶體將呈現藍、綠、紫、金黃等變彩，從而使此類石材具有優良的裝飾效果。例如中國山東的“藍閃星”，陜西的“黑冰花”，挪威的“藍珍珠”，巴西的“綠鉆”等都是含拉長石的名貴石材品種。

　　有些花崗石的顏色是由于受到雜質浸染而引起的，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。

　　應當注意的是許多含鉀長石的紅色花崗石在陽光的照射下會逐漸褪色，或是在較高的溫度下也發生褪色現象，例如福建的“永定紅”、“虎貝紅”和廣東的“惠東紅"等品種都可發生這種現象。關于花崗石的褪色機理和防護措施目前正在研究與探討之中，在還沒有找到有效的防護措施之前，在使用這類石材時應充分考慮其使用的環境條件，以免發生褪色現象，影響裝飾效果。

　　根據礦物成份可以把大理石分為兩類，一類是以碳酸鹽礦物為主的大理石，例如以含方解石、白云石為主的灰巖、白云巖、大理巖等，如“廣西白”、“漢白玉”、“松香黃”等；另一類是含較多硅酸鹽礦物的變質巖，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有關。此類大理石不含有雜質時為純白色，例如“漢白玉”和“寶興白”等。當含有雜質時則因所含雜質的不同而呈不同的顏色，例如湖南的“邵陽黑"因含碳質而呈黑色，湖北通山的“荷花綠”因含Fe²⁺而呈綠色，安徽廣德的“廣黃"因含Fe³⁺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。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

　　光澤是石材表面對可見光的反射能力。石材的光澤度也是衡量石材品質和加工質量的重要指標。

　　石材的光澤可以用光澤度來表示。石材的光澤度取決于組成石材的礦物的顏色、結構、結晶程度、透明度等因素，同時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、結晶程度、顆粒大小，通常淺色的、結晶程度高的、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、結構的關系。

　　分析結果表明：組成石材的礦物顆粒越細、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”、“豐鎮黑”、“濟南青"等石材的光澤度都可達95甚至100以上，而江西“珍珠白”的光澤度卻難以達到75。

表1  礦物成份與結構對石材光澤度的影響

　　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，這與加工的設備、器材及磨拋工藝有關。

　　三、硬度

　　石材的硬度是指石材抵抗其他物體機械侵入的能力。它與石材的礦物成分、結構、構造有關。

　　石材的硬度通常分為相對硬度和絕對硬度。

　　相對硬度：選用10種礦物為標準，按其相對硬度的大小分為10級。相對硬度是由礦物學家莫爾制定的，所以也稱之為莫氏硬度。莫氏硬度不具有嚴格的量化標準，因此在分析石材的性能中較少應用，但因為莫氏硬度使用方便，所以在缺乏專用設備時可用以大致地判斷巖石的類型或礦物種類。例如鐵的莫氏硬度為5～5.5，所以用小刀是無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分出石材所屬的巖石大類。

　　絕對硬度：絕對硬度是利用硬度計進行測定的。根據測定時施加負荷的方式又可分為靜態硬度和動態硬度。靜態硬度又分努普硬度和維氏硬度，分別用符號HK和HV表示。動態硬度又稱肖氏硬度，用符號HS表示。石材屬于脆性材料，較適合使用肖氏硬度計進行石材的硬度測定。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110以上。