石材的基本概念、分类及特性——上海保洁公司【格瑞戴西】培训资料

石材基本概念

岩石是由一种或多种矿物有规律组合而成的矿物集合体，如大理岩主要由方解石组成， 花岗岩主要由长石、石英、云母等多种矿物组成。

岩石是在地壳发展过程中由各种地质作用形成的地质体，是构成地壳的物质基础。按其 成因分为三大类，即岩浆岩（又称火成岩）、沉积岩和变质岩。

岩浆岩（又称火成岩），是由高温熔融的岩浆在地下或喷出地表后冷凝而形成的岩石。 其化学成分中含量最多的是0、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次是Ti、Mn、P、H。矿 物成分主要是硅酸盐矿物，其中最多的是长石、石英、云母、角闪石、辉石、橄榄石等。

沉积岩是在地表或近地表的常温常压下，由风化作用、生物作用和火山作用的产物，经过 介质的搬运、沉积形成松散沉积物，再经压实、胶结而成的层状岩石。其化学成分与岩浆岩相 似，但存在差异。主要矿物有石英、长石、云母、黏土矿物、方解石、白云石、菱铁矿、石 膏、硬石膏、石盐等。每种沉积岩一般由1 ~3种主要矿物组成，最多不超过5 ~6种。

变质岩是地壳中已形成的岩浆岩、沉积岩由于物理化学条件发生变化而形成的岩石。由 岩浆岩变质形成的岩石叫正变质岩，由沉积岩变质形成的岩石叫副变质岩。对于无交代作用 的变质岩，其化学成分与原岩几乎相同，而在变质作用过程中，发生交代作用的变质岩，由 于元素的带出和带人，其化学成分会发生很大变化。其主要化学成分与岩浆岩相似，但不同 类型的变质岩，化学成分差别很大。

本文中的石材是指从沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩系的天然岩体中开采出来的岩石， 经过加工、整形而成板状、块状和柱状材料的总称。凡具有一定块度、强度、稳定性、可加 工性以及装饰性的天然岩石，均称为石材。

由于本文将重点讲述石材护理方面的内容，人们用合成方法制造出的具有与石材功能相 同或相似的材料，即人造石材，亦归类为石材。

三大类岩石的简要特征见表2 -4 - 1。

表2-4-1三大类岩石的简要特征

天然石材分类

石材的分类方法有许多种，常见的分类有：岩矿分类、成因分类、化学成分分类、工业 用途分类、商业分类等。

岩矿分类：根据岩石学的概念，石材的母岩为岩浆岩、沉积岩、变质岩三大类，其 各大类中又可分为花岗石、大理石、板石、砂石。

成因分类：岩浆岩型石材、沉积岩型石材、变质岩型石材。

化学成分分类：碳酸盐岩类石材、硅酸盐岩类石材。

工业用途分类：装饰用石材、工程用石材、电器用石材、耐酸耐碱石材、雕刻用石 材、精密仪器用石材等。

商业分类：花岗石、石灰石、大理石、砂石、板石以及其他石材。

美国ASTM天然石材分类标准：花岗石、石灰石、大理石、砂岩、板石及其他石材 (详情见ASTM C119标准）。

作为全美装修装饰材料标准的权威——美国材料试验协会（ASTM)，对天然饰面石材 作了较全面的定义和分类，对各类天然石材制定了严格的技术标准及规范，并且也获得了包 括中国、欧盟、日本等世界上绝大多数国家的认同与采纳，像我国的石灰岩、砂岩类石材的 工程石材材料标准认定，就是国家建筑材料工业石材质检中心直接以美国ASTM的标准进行 检测的。

花岗石（Granite)

颗粒状火成岩，颜色通常从粉红到浅灰或深灰，主要由是石英和长石组成，并伴有少量 的黑色矿物，颗粒纹理均匀，有些呈片麻岩或斑岩结构。

石灰石（Limestone)

主要由碳酸钙（方解石矿物）或碳酸钙镁（白云矿物），或是两种矿物的混合物组成的 一种沉积岩。

商业分类：灰屑岩、壳灰岩、白云岩、微晶石灰石、麵状灰岩、再结晶石灰石、凝 灰石。

性能分类：低密度石灰岩，密度在1.76~2.16g/cm3范围内；中密度石灰岩，密度 在2. 16~2.56g/Cm3范围内；高密度石灰岩，密度在2. 56g/cm3以上。

大理石(Marble)

该类石材必须能被抛光，组成和结构类型变化较大，范围从纯碳酸盐到碳酸盐含量很低 的岩石，在商业上统称为大理石。其大部分拥有花纹或脉纹，晶体颗粒大小从隐晶质到直 径 5mm。

商业上大理石主要分为方解石大理石、白云石大理石、玛瑙条纹大理石、蛇纹石大理 石、凝灰石大理石等。

方解石大理石：主要由方解石组成，由于重结晶而形成特有的晶体结构。

白云石大理石：主要由白云石组成，经过变质期的高温高压形成晶体结构。

蛇纹石大理石：主要由蛇纹石（硅酸镁水合物）组成，绿色或是深绿色，伴有白云石、 方解石或是菱镁矿等组成的脉纹。

凝灰石大理石：多孔渗水分层结构，含一些方解石晶体。

砂岩（Quartz - based)

主要由矿物和岩石颗粒（颗粒大小为0.06〜2mm)组成的并含有60%以上二氧化硅的 一类沉积岩。其拥有硅土、氧化铁、碳酸盐或黏土凝结而成的一种多空隙结构。

商业上主要分为蓝灰砂岩、褐色砂岩、正石英砂岩、石英岩、砾石、粉砂岩。

板石(Slate)

属于微晶变质岩，通常大部分源于页岩，主要由云母、亚氧酸盐和石英组成。板石含有 云母矿物有近似平行的走向，可沿层理面劈开形成薄而坚硬的石板。

其他石材：次宝石级别的一些石材，诸如玉石，有时被用作饰面石材，一般用量 不是很大，起点缀作用。其他石材还包括雪花石膏、绿岩、片岩、皂石等。

石材的商业、岩石、成因分类见表2-4-2。

石材的工业分类主要是根据其使用行业、范围、用途等方面来划分的，见表2-4-3。

天然石材主要特性

1.     花岗石

主要由石英、黑云母、角闪石及长石等矿物质组成。

主要化学成分：二氧化硅（SiO2)含量较高，其他氧化物有Al2o3、Fe2O3、FeO、CaO、 MgO、Na2O,少数品种含有K20、TiO2。

花岗石质地坚硬，耐酸碱，经磨光后耐风化，光泽长久保持。其表面特征呈点状晶体结 构，硬度为（莫氏）5~7级，光泽度可达80-100度。

2.      石灰石

主要是在浅海的环境下形成，主要化学成分为碳酸钙和碳酸钙镁，一般都含有一些白云 石和黏土矿物，当黏土矿物含量达25%-50%时，称为泥质岩；白云石含量达25% -50% 时，称为白云质灰岩。石灰岩分布相当广泛，岩性均一，易于开采加工，是一种用途很广的建筑材料。

3.      大理石

是一种由石灰石、白云石、方解石等变质而成的结晶岩石，化学成分以CaCO3和MgCO3 为主。其他氧化物有:A12O3、Na2O、SiO2等。

大理石组织细密，颜色品种较多，较花岗石质软、易风化，其表面特征呈块状条纹结 构，硬度为（莫氏）3~5级，光泽度可达80~90度。

4.      砂岩

是一种石英、长石等碎屑成分占50%以上的沉积碎屑岩，是由原岩碎屑经过水冲烛沉 淀于河床上，经千百年的堆积变得坚固而成。主要由砂粒胶结而成的，其中砂粒含量要大于 50%。绝大部分砂岩是由石英或长石组成的。主要含硅、钙、黏土和氧化铁，结构稳定，质地较软。

5.      板石

具有板状构造，沿板理面可剥成片，可作装饰材料用。常见的岩石有硅质板岩、黏土质板岩、云母质板岩、粉砂质板岩、凝灰质板岩等。

建筑装饰石材板面加工状况

根据使用要求的不同，建筑装饰石材的表面加工状况可分为抛光面、亚光面、自然面、火烧面、斧剁面、机刨面、荔枝面、菠萝面、蘑菇面、仿古烧毛面等。

1.      抛光面：石材表面通过使用抛光机械、磨片等材料经过物理化学原理研磨，使石材表面平整，并产生较强的反射光。

2.      亚光面：亚光面石材表面平滑，但是低度磨光，产生漫反射，无光泽，不产生镜面效果，无光污染。

3-自然面：石材开采切割后不经任何化学或物理处理，保留表面自然状态，或是石材沿其自然纹理分裂开，形成自然的凹凸状态。

1.        火烧面：火烧面指用乙炔、氧气或石油液化气等燃料产生的火焰加工，使石材表面 暴落，形成凹凸不平的不规则表面效果。

5-斧剁面：也叫龙眼面，是用剁斧敲在石材表面上，形成非常密集的条状纹理，有些像龙眼表皮的效果。

6.       机刨面：使用机械将石材表面加工成条状凹凸面形状，表面较粗糙，带有明显的机

切纹路。

7.    荔枝面：使用机械花锤将石材表面加工成荔枝状表面，表面粗糙，凹凸不平，石面上布满密密麻麻的小坑。

8.     菠萝面：表面比荔枝面更粗糙，就像菠萝的表皮一般。

9.    蘑菇面：一般是用人工劈凿，效果和自然劈开相似，但是石材的表面却是呈中间突起、四周凹陷的高原状的形状。

10.    仿古烧毛面：模仿石材使用一定年限后的古旧效果。一般是用仿古剂或是仿古研磨刷来处理，使石材形成凹凸不平的表面。

石材矿物组成

矿物是具有比较固定的化学成分和物理性能的自然均质体（单质或化合物），它是地壳中各种地质作用的产物。矿物是组成各种岩石（石材）的最基本单元。不同的岩石由不同 比例、不同种类及不同化学成分的矿物组成。不同矿物的聚合就表现出岩石（石材）相应的外观和基本的物理、化学特性。

石材的矿物成分主要由长石、石英、云母、角闪石、辉石、白云石、方解石、铁镁矿物等中的若干种组成。每种矿物都具有一定的结晶构造、化学成分、物理性能等特征，因 此，同一种石材的矿物成分基本相似。但另一方面，由于矿物形成的条件差异，或有其他外来元素及物质的影响，导致矿物特征的差异，例如颜色差异、晶体颗粒大小差异、解理 差异等。因此，也会出现相同的矿物在同一品种石材或不同品种石材中，其外观不尽相同的现象。

由于组成石材的各种矿物具有各自的特征，在研究、探讨一种石材品质或治理病变时，应首先对该石材内部的组织物质（矿物）进行研究，然后再进行整体考虑（结构、花纹、 材质、外界环境等），才能作出全面的评价，找到有效的处理方法。

1.    长石

长石是一种钾、钠、钙的架状结构铝硅酸盐矿物。富含钾、钠的长石称为碱性长石。富含钠、钙的长石称为斜长石。斜长石根据钠、钙两者比例的不同，又可分基性斜长石、中性 斜长石、酸性斜长石。

长石是解理发达的矿物，长石的解理越发达，则显示其受风化的程度越大，或是受外力作用越强。解理发达的结果将导致长石发生片状剥离、脱落或光泽度下降，并且使石材容易 受到污染，发生铁锈、高岭土化、颜色色差等。解理发达的石材其物理性能（抗压强度、抗弯强度）会下降。另外，如果石材锯切面平行于长石的解理面，则会在石材表面出现绢 丝雾状的不均匀光泽，造成抛光板的瑕疵。

长石是颗粒状脆性矿物，所以长石上的节理现象比较明显。节理对石材的品质和病变的发生都有严重的负面影响，加影响美观、降低光泽度、促进风化、引起色差等。

注：1.解理

矿物晶体在外力作用（敲打、挤压）下，严格沿着一定的结晶方向破裂，并能裂出光滑平面的 性质称为解理。

2.节理

节理是肉眼或显微镜下可观察到的微小.不连续裂痕，俗称“鸡爪纹”。

2.     石英：石英是由二氧化硅晶体组成的矿物，它具有硬度高、耐磨性强、抗风化等特

性。一般为透明或乳白色，但当其掺杂其他元素后呈现多色性，如灰色、黑色等。

石英一般无解理性质，但由于脆性高，故容易因外力作用而产生微破裂或微裂隙。这样

便会降底石英的透明度并引起组织松散，从而增加了石材受污染的机会，产生石材病变。

3.    云母：云母是铁、镁、钾等的层状结构铝硅酸盐水合物，具有极完全的片状解理， 可沿解理剥成具有弹性的薄片。云母又可分为黑云母和白云母，黑云母是含铁、镁的云母，白云母是含有钾的云母。虽然云母在石材中的含量远低于长石与石英，但它对石材品质的影 响不小。由于云母质软、硬度低，因此在石材研磨抛光时，云母解理面发生破裂而使表面出现无光泽的麻点，或者引起云母剥落而形成凹洞，影响了石材的美观。另外，黑云母中的铁 质也会引起锈斑。

4.     辉石、角闪石

辉石是铁、镁、钙、钠、铝的链状结构硅酸盐矿物。角闪石是含氢氧根（OfT)的铁、镁、钙、钠、铝的链状结构硅酸盐矿物。

辉石、角闪石一般呈黑色或绿色，硬度高（莫氏硬度6 ~7级）、韧性强、光泽度高。 它是石材结构组织中的良好矿物。但此类矿物常具有两组垂直的解理，故容易产生裂痕。另外，此类矿物较长石、石英容易风化，产生石材结构松散或形成斑点和凹坑，影响石材 美观。

5.   铁、镁矿物：铁、镁矿物主要包括磁铁矿（Fe3O4)、黄铁矿（FeS2)、褐铁矿 (Fe2O3nH2O),菱铁矿[Fe ( C03)]、菱镁矿[Mg ( C03)]。

在黑色系列的石材中铁、镁矿物含量较高，可达50%以上，它存在于辉石、角闪石、橄榄石及部分中性、基性斜长石中。在白色、灰色、红色系列石材中，铁、镁矿物含量较 低，一般不超过5%，因此它对此类石材影响不大。

6.     方解石（石灰石）：方解石是由碳酸钙（CaCO3)组成的矿物。莫氏硬度为3级，耐 酸性差，易风化。一般呈白色或无色，在含杂质时，会呈黄、绿、灰等颜色。方解石的光泽度高。

石灰岩类大理石主要是由方解石组成的，其含量不少于50%,颜色有杭灰、宜兴奶油、贵州黑等。

7.     白云石：白云石是由碳酸钙镁[CaMg (CO3)2]组成的矿物。莫氏硬度3.5 ~4级，耐酸性、耐侯性均强于方解石。白云石一般呈白色、灰白色、灰黑等颜色。

白云岩类大理石主要是由白云石矿物组成的，其中碳酸镁含量占45%以上。白云岩一般为均匀的微粒结构，如我国的汉白玉、皖螺均属白云岩。

六、矿物化学成分与石材性能的关系

矿物的化学成分与石材的性能关系相当密切。

1.    矿物的化学成分影响某些石材矿开采的选择，如采用火焰切割开采法，其成分中 SiO2的含量必须在55%以上，且含量愈高效果愈好。

2.     石材加工中SiO2含量高，锯切一般较难。石材磨抛效果也与其化学成分有关，如大理石中氧化钙含量愈高，愈易抛光。

3.    石材病变也与其化学成分关系密切，如锈斑形成与其中的铁有关，大理石中的白华 与其成分中的碳酸钙有关。

4.      石材的耐酸碱程度与其化学成分也有关，花岗石中SiO2含量愈高，耐酸度也愈高。

5.       石材表面的防护剂、清洗剂的使用也要根据其化学成分来使用，如碳酸盐类的大理 石，一般要使用中性的清洗剂、防护剂。

矿物物理性质决定了石材的物理特性

在石材性能的测试项目中，绝大部分都属于物理性质方面的内容。如颜色、光泽、透明度、硬度、压缩强度、弯曲强度、抗剪强度、耐磨度、体积密度、比重、容重、导电性、吸 水性、放射性等。这些性质实际上还是由组成岩石的矿物性质决定。

1.    颜色：石材的颜色是指岩石中各种矿物对不同波长的可见光选择性吸收和反射，在人眼中引起感觉，而呈现出的各种色彩。

石材颜色受石材内部浅色和深色矿物质的形状、相互位置、分布情况等影响，形成各种各样的颜色与图案。各种结构构造特征与石材的装饰性密切相关，有特色的结构构造可使石 材成为上乘品种。

2.    光泽度：是指石材磨光面对可见光的反射能力，主要是对矿物单体或解理面上所呈现的光泽的度量。如矿物表面不平，由于光线多次折射、反射，形成漫反射，会使石材光泽 变异、减弱，因此，石材光泽度的高低，直接依赖于磨光的平度。

大多数板材均具有一定的光泽度。光亮照人的光泽、绚丽多彩的色泽，是人们选用石材的首要因素，也是体现石材高贵华丽的重要因素。

3.    硬度：是指岩石抵抗某种外来机械作用力的能力，它与岩石的化学成分、矿物组成和岩石结构构造有关。硬度通常有两种表示方法，即相对硬度和绝对硬度。

相对硬度：选择10种矿物作为标准，按硬度大小顺序分为10级，用这些矿物在岩石上刻划以检测其硬度，是由矿物学家莫（摩）尔制定，故称为莫（摩）氏硬度。由于选定的 10种矿物中相邻的两种矿物间相对硬度数值差不是等差级数，有的相差十分悬殊，因此这种硬度不具有严密的量化标准，适合于矿山地质勘探。

莫（摩）氏硬度表见表2-4 _4。

我国石材工业通常采用肖氏硬度计对岩石进行动态硬度测定，其中大理石为HS 35~ 55，花岗岩为HS60~90。

1.       耐磨性：是指石材的抗磨损能力，是反映石材研磨、抛光难易程度的指标，随岩石 硬度的增大而增加。

耐磨率（M)的计算：一定面积大小的试样在一定压力下研磨100次后，试样失去重量(G)与试样截面（4)之比，即4/ = 6/4 (g/cm2)。

耐磨率是衡量饰面板材优劣的重要指标，耐磨率过低则矿石松散研磨不易出光，过高则石材过硬不易研磨而增大加工成本。

2.      强度：抵抗外力作用的能力，它包括石材的抗压、抗剪、抗拉强度。

石材的机械强度随岩石密度增大而增大，随孔隙度和含水率的增大而降低，其他的影响因素还有成分组成、结构构造、风化程度、含水率、裂隙发育程度、裂隙填充物的性质等。

3.     坚固性：在各种外力作用下，石材被破坏的相对难易程度是衡量矿山开采难易及其分级的标准。

4.      比重：单位体积的实际重量。

5.      吸水性：石材吸收水分的性质称为吸水性，所吸收水分能力的大小用吸水率表示。

石材的吸水率取决于某些矿物本身的吸水性能，与岩石的孔隙率的大小和孔隙特征密切

相关。一般情况下，孔隙越大则吸水率越高，但某些石材的孔隙是封闭的，水分不能贯通，虽孔隙率大，而吸水率不一定就高。同一类石材的吸水率低时，抗风化能力就强，反之 则弱。

6.    耐酸碱性：耐酸碱性能是指石材承受酸碱腐蚀的能力，用耐酸碱度来衡量。花岗岩 具有较好的耐酸碱性，被广泛用于各种酸碱反应设备或做容器的防腐内衬，而大理石耐酸碱性差，一般只作为室内装饰材料。