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北京瑞丰人造石加工厂

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石材的物理和化学性能对石材加工的影响

   

    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

    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 55.5,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 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3555之间, 花岗石的肖氏硬度通常在7095之间,有的可以高达110以上。

    石材的硬度与岩石的化学成份、矿物成份关系最为密切。岩石的SiO,含量越高,石英含量越多,石材的硬度也越高。表2为几种石材的成份与硬度的关系。

    分析结果显示:

    1.花岗石的硬度随Si02含量和石英含量的增加而增高;

    2.大理石的硬度随Si02MgO含量的增加而增高;因为SiO2MgO含量较高的大理石中含有较多的白云石阳硅酸盐矿物,这些矿物的硬度都比大理石的主要矿物方解石高,所以当石材中含有较多的白云石、镁橄榄石时,石材的硬度较高。

    石材的硬度还与石材的结构、构造和蚀变程度有关,例如一些硅化的火山岩的肖氏硬度可高达115以上;四川的许多红色系列的花岗石,如芦山红三合 红荥经红雪花红"等都因为受到不同程度的蚀变作用,而具有较高的硬度。当矿物成份相同时具有粗粒结构的石材比细粒结构的石材具有较高的硬度,例如广西的枫叶红与福建的G648,两者具有十分相似的化学成分与矿物成分,但具有粗粒结构的枫叶红的硬度就明显地高于具有中细粒结构的 G648

    石材的硬度与石材的抗压强度有很好的正相关性。同时硬度大的石材耐磨性好,但加工难度也较大。

    了解石材硬度对于石材的加工工具和加工工艺的选用具有指导性的意义,例如锯切G657南非红等高硬度的花岗石就必须选用高强度、低浓度的金刚石和较软结合剂的刀头,使用较低的圆周速度和较小的下刀深度,以保证切割效率;而锯切G654济南青等较低硬度的花岗石时则必须选用中等强度、较高浓度的 金刚石和较硬结合剂的刀头,使用较高的圆周速度和较大的下刀深度,以提高锯切效率和锯片的使用寿命。

    四、强度

    石材的强度是指石材抵抗外力作用的能力。主要包括石材的抗压、抗折、抗拉强度和抗撞击强度。石材的强度主要取决于岩石类型、矿物成份、岩石的结构构造、含水率、风化程度、微裂隙的发育程度等因素。石材是一种各向异性的材料,同一块石材的不同方向上各种强度的测定结果是不相同的。沉积岩类的石材在平行层理的 方向上具有较高的抗折强度和较低的抗压强度,例如江苏宜兴的咖啡是一种浅变质的灰岩,当垂直层理方向锯切时具有条带状的花纹,称为咖啡条;当平行 层理方向锯切时具有团块状的花纹,称为咖啡,经测试咖啡条的抗折强度为7.58.5MPa,抗压强度为90100MPa;而咖啡的抗折强 度可达到9.O9.5MPa,抗压强度为7585MPa。变质岩类石材的各向异性特征也很明显,例如福建的虎皮黄和河南的石榴红等具有片理或 片麻理的石材在平行片理或片麻理方向锯切的石材具有较高的抗折强度和抗撞击强度,而在垂直片理或片麻理方向锯切的石材的抗折强度和抗撞击强度都较低。所以在选择石材做为台板、干挂板等对抗折强度和抗撞击强度有较高要求的石材时应当根据所选用的花纹做相应的测试试验,同时作为地质勘查单位在取样测试时也应当 根据各类石材的特点进行不同方位的测试试验,才能为使用者提供更有参考价值的数据。

    石材强度的各向异性特点也影响到石材的成材率,例如用相同的工艺加工厚度为1cm咖啡成材率可比加工相同厚度的咖啡条大约高出58m2。这是 因为咖啡条的抗折强度较低,磨抛时在较大的压力下容易断裂。所以石材的强度数据也是石材加工时合理地选用加工参数的依据。