天然石材的技术性质

出处：按学科分类—工业技术 中国建材工业出版社《现代工程材料实用手册》第455页（2737字）

天然石材由于造岩矿物成分和结构的不同，其物理力学性质和外观色彩均有很大的差异。因此，即使是同一类岩石，它们的技术性质也可能有很大区别。天然石材的技术性质主要包括表观密度、抗压强度、耐水性能、抗冻性能、风化作用、岩石硬度、耐磨性能、吸水性能和可加工性等。

(一)表观密度

天然石材按其表观密度大小，可分为重石和轻石两类。表观密度大于1800kg／m³的为重石，主要用于建筑物的基础、墙体、地面、路面、桥梁及水上建筑物；表观密度小于1800kg／m³的为轻石，主要用来砌筑保暖房屋的墙体。

天然石材的表观密度与其矿物组成、孔隙率、含水率等有关。致密的石材，如花岗岩、大理石等，其表观密度接近于其密度，约为2500～3100kg／m³；而孔隙率较大的火山灰、浮石等，其表观密度约为500～1700kg／m³。石材的表观密度越大，其结构越致密，抗压强度越高，吸水率越小，耐久性越好，导热性也越好。

(二)抗压强度

天然石材的抗压强度是其最重要的力学指标，它是以边长70mm×70mm×70mm的立方体试件，用标准试验方法测得的，以MPa表示。石材的抗压强度是划分其强度等级的依据。根据《砌体结构设计规范》(GB50003－2001)中的规定，天然石材按抗压强度分为MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30和MU20七个强度等级。如MU60表示石材的抗压强度为60MPa。

天然石材的抗压强度大小，主要取决于岩石的矿物组成、结构特征、胶结物质的种类以及均匀性等因素。此外，试验方法对测定出的抗压强度大小也有一定影响。

(三)耐水性能

天然石材的耐水性用软化系数K表示。软化系数是指石材在吸水饱和的条件下，其抗压强度与干燥条件下抗压强度的比值，这个系数充分反映了石材的耐水性能。天然石材的耐水性分为高、中、低三个等级。软化系数K＞0．90的石材称为高耐水性石材，软化系数K=0．70～0．90的石材为中耐水性石材，软化系数K=0．60～0．70的石材称为低耐水性石材。

工程实践证明：软化系数K小于0．80的石材，不允许用于建筑物的重要部位。对于重要的与水接触的石材建筑装饰工程，应选用耐水性较好的石材，软化系数K一般应大于0．85。

(四)抗冻性能

石材的抗冻性是指其抵抗冻融破坏的能力，用冻融循环次数表示。石材在吸水饱和的状态下，经过规定次数的反复冻融循环，如果无贯穿性裂纹，且质量损失不超过5%，强度损失不大于25%，则为抗冻性合格。

根据石材能经受的冻融循环次数，可将石材分为F5、F10、F15、F25、F50、F100和F200等抗冻标号。试验证明，吸水率低于0．5%的天然石材，其抗冻性较高，无需进行抗冻性试验。

(五)风化作用

天然石材在使用环境中会受到雨水、环境水、温度和湿度变化、阳光、冻融循环、外力等一系列作用，还会受到空气中的二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫的侵蚀及其形成的酸雨的侵蚀作用等，这些作用均会使石材发生断裂、破碎、剥蚀、粉化等破坏，这种破坏称为岩石的风化作用。粉化后形成的砂砾，如果被风卷起，则会对石材建筑形成更为猛烈的侵蚀和破坏，如埃及的金字塔及其旁边的狮身人面像，正面临着这种侵蚀。

天然石材风化破坏的速度主要取决于石材的种类，所以，合理选择石材品种，是防止石材风化的最主要措施。在石材表面涂刷合理的憎水性保护剂，形成防水防侵蚀的保护膜，也可以起到防风化的作用。

(六)岩石硬度

天然岩石的硬度以莫氏硬度或肖氏硬度表示，其硬度大小主要取决于岩石组成矿物的硬度与构造。凡由致密、坚硬矿物组成的石材，其硬度就高。岩石的硬度与抗压强度有很好的相关性，一般抗压强度高的，其硬度相应就大。岩石的硬度越大，其耐磨性和抗刻划性能越好，但表面加工越困难。

(七)耐磨性能

耐磨性是指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。石材的耐磨性以单位面积磨耗量表示(g／cm²)。石材的耐磨性与其组成矿物的硬度、结构、构造特征以及石材的抗压强度和冲击韧性等有关。作为建筑物铺地饰面的石材，要求其耐磨性要好。

(八)吸水性能

天然石材的吸水性主要与孔隙率及孔隙结构特征有关。深成岩及许多变质岩的孔隙率都较小，因而其吸水率也很小。例如花岗岩的吸水率通常小于0．5%；而沉积岩由于形成条件的不同，其密实程度有较大差异，其孔隙率和孔隙结构特征的变化也很大，则吸水率必然波动很大。例如致密的石灰岩，吸水率可小于1%；而多孔贝壳石灰岩，其吸水率可高达15%。

石材中的孔隙特征对吸水性的影响，主要表现在孔隙是开口孔隙还是闭口孔隙。如果孔隙相互封闭又不连通，即使孔隙率大，其吸水率也小；开口孔隙吸水量比较大，开口大孔隙虽然水分很易进入，但不能在里边留存，只能湿润孔壁，所以吸水率仍比较小。对于微细连通的开口孔隙，其孔隙率越大，则吸水率越大。

(九)可加工性

天然石材开采后加工成建筑材料，特别是加工成建筑装饰材料，必须具有一定的可加工性。如石材荒料的开采、锯切、磨光等工序，还要求加工后的石材可进行钻孔，以便于施工安装。

此外，天然石材的导热、耐热、抗冲击等性能，根据其用处不同，对其也有不同的要求。