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一、石材的分类
石材是人类最早使用的建筑材料,虽然低价的钢铁及混凝土已渐取代石材在承重构造的地位,但是石材表面美妙的颜色及岩理的变化，经由建筑师的设计,更增加了石材高贵、亮丽的质感,这些都是混凝土、钢铁及玻璃所无法企及的。有越来越多的人尝试运用丰富的石材颜色及岩理，来改善都市里单调的景观，例如在混凝土结构沾贴石材亮板，或在拱门边侧边沾贴石材薄板等。
石材的种类繁多，依其岩性及用途，分类的标准如下 ：
（一）根据来源（origin）分类
1．火山岩。
2．沉积岩。
3．变质岩。
（二）根据特性（Characteristics）分类
1．组成的矿物。
2．化学的性质。
3．物理的性质。
(三）根据岩石种类分类（CNS63OO）
1．花岗岩类。
2．安山岩类。
3．砂岩类。
4．黏板岩类。
5．凝灰岩类。
6．大理石类及蛇纹石类。
（四）根据岩性分类（ASTMc119-71）
1．花岗岩类。
2．绿色岩类。
3．石灰岩类。
4．大理岩类。
5．砂岩类。
6．皮岩类。
（五）根据用途分类
1．外部建筑用（Exterior Building）。
2．内部建筑用（Interior Building）。
3．装饰用（Decovrative and Ornamental）。
4．碑石及雕像用（Monumental and Statuary）。
5．铺砌料用（Paving）。
6．界石用（Curbing）。
7．扁平石铺路用（Flagging）。
8．造屋顶用板岩（Roofing Slate）。
9．磨石用板岩（Millstock slate）。
10．其他（如面板Surface Plate及磨刀石Hone stones）。
二、石材的一般性质
石材一般具有多变化性,它们常具有很大范围的个别化学及物理性质的变化,主要是由岩理、构造外貌、及矿物（即化学的）组成之差异所造成。为决定一已知石材适合用在那一种目的上，通常使用各种不同的试验加以测试，例如强度、吸水率、比重、磨损率及轫度等。
由于石材一般用为物理材料的用途，一般的测试以物理性为主。岩石的检验可提供与化学分析相似的结果，但对于一些有害氧化物检测，则岩石的检验比化学分析有用。户外用石材的矿物成份，将可抵抗自然的风化作用，及特殊环境的化学风化作用。在美国东部的大工业城里，空气的污染严重，甚至连花岗石的表面都会受到侵蚀。选用石材要适得其所，如果外装石材中合有易氧化的矿物.如黄铁矿,将会生成不好看的污点、变色或腐蚀。
石材基本的化学及矿物组成，列于表一,二,三,四中,物理性质则列於表五至表六中。
表一：火山岩石材的化学组成：
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
H2O |
| 花岗岩 Granite |
68.3 |
14.8 |
1.3 |
2.7 |
0.8 |
2.3 |
2.7 |
5.0 |
1.1 |
| 正长岩
Syenite |
64.7 |
10.5 |
1.1 |
7.4 |
5.2 |
3.1 |
2.2 |
3.6 |
0.9 |
| 花岗闪绿岩Granodiorite |
59.9 |
16.4 |
3.0 |
3.7 |
3.1 |
6.3 |
4.1 |
2.5 |
1.1 |
| 闪绿岩
Diorite |
52.1 |
16.4 |
3.7 |
6.0 |
4.1 |
7.3 |
3.7 |
2.3 |
1.1 |
| 辉长岩
Gabbro |
44.9 |
15.4 |
2.3 |
12.4 |
10.9 |
7.5 |
3.0 |
0.5 |
0.8 |
| 花岗斑岩Granite
Porphyky |
73.5 |
13.7 |
1.2 |
0.7 |
0.4 |
1.2 |
4.4 |
4.5 |
0.4 |
| 辉绿岩
Diabase |
48.9 |
20.9 |
2.0 |
9.4 |
4.4 |
8.0 |
3.1 |
1.8 |
1.2 |
| 玄武岩
Basalt |
51.7 |
17.9 |
7.2 |
1.0 |
2.8 |
6.9 |
4.2 |
1.6 |
1.2 |
表二：沉积岩石材的化学组成：
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
H2O |
| 砂岩 Sandstone |
93.0 |
3.0 |
/ |
1.0 |
0.5 |
0.8 |
/ |
/ |
1.1 |
| 长石砂岩
Arkose |
76.1 |
8.7 |
/ |
3.5 |
4.3 |
1.3 |
1.1 |
0.5 |
1.7 |
| 石灰石Limestone |
3.8 |
1.0 |
0.4 |
/ |
1.2 |
51.3 |
/ |
/ |
/ |
| 白云石
Dolomite |
0.1 |
0.1 |
/ |
0.3 |
21.2 |
50.6 |
/ |
/ |
0.2 |
表三：变质岩石材的化学组成：
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
MgO |
CaO |
Na2O |
K2O |
H2O |
| 石英岩 Quartzite |
96.1 |
2.2 |
0.1 |
/ |
0.6 |
0.5 |
/ |
/ |
0.6 |
| 片麻岩
Gneiss |
70.2 |
13.9 |
1.1 |
3.1 |
1.3 |
3.1 |
3.3 |
2.7 |
0.7 |
| 板岩
Slate |
61.6 |
16.3 |
4.1 |
2.7 |
2.9 |
0.5 |
1.3 |
5.5 |
3.4 |
| 大理岩
Marble |
/ |
0.1 |
.7 |
/ |
0.4 |
55.8 |
/ |
/ |
/ |
| 白云岩质大理岩
|
/ |
/ |
0.2 |
/ |
20.7 |
30.7 |
/ |
/ |
/ |
| 蛇纹岩
Serpentine |
40.0 |
3.4 |
/ |
5.3 |
39.2 |
/ |
/ |
/ |
12.1 |
表四：常见石材的矿物组成（%）：
|
石英 |
正长石 |
斜长石 |
辉石 |
角闪石 |
黑云母 |
白云母 |
绿廉石 |
岩石玻璃 |
| 花岗岩 Granite |
30 |
41 |
8 |
/ |
/ |
3 |
3 |
1 |
/ |
| 闪绿岩
Diorite |
8 |
7 |
30 |
3 |
27 |
4 |
0.1 |
5 |
/ |
| 辉长岩
Gabbro |
0.5 |
/ |
44 |
28 |
9 |
2 |
/ |
1 |
/ |
| 辉绿岩
Diabase |
/ |
/ |
44 |
46 |
/ |
/ |
/ |
/ |
2 |
| 玄武岩
Basalt |
/ |
/ |
36 |
35 |
/ |
/ |
/ |
/ |
21 |
| 砂岩
Sandstone |
79 |
5 |
0.3 |
/ |
/ |
0.2 |
1 |
/ |
/ |
| 石英岩
Quartzite |
84 |
3 |
/ |
/ |
1 |
2 |
2 |
2 |
/ |
| 石灰岩
Limestone |
6 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
| 白云岩
Dolomite |
5 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
| 大理岩
Warble |
3 |
0.2 |
0.2 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
| 板岩
Slate |
29 |
4 |
/ |
/ |
/ |
/ |
55 |
2 |
/ |
注:石灰岩:方解石83%,白云石8%;白云岩:白云石82%,方解石11%;大理岩:方解石96%
表五：常见石材的物理性质：
|
抗压强度PSI（Kgs/cm2) |
吸水率% |
硬度（Toughness Index) |
磨损率% |
| 花岗岩 Granite |
25,000(1,758) |
0.3 |
19 |
41.5 |
| 辉长岩、辉绿岩、黑花岗岩 |
41,800(2,939) |
0.21 |
20 |
15.3 |
| 砂岩
Sandstone |
22,900(1,610) |
1.66 |
12 |
58.7 |
| 石英岩
Quartzite |
31,000(2,179) |
0.24 |
19 |
26.1 |
| 石灰岩
Limestone |
11,500(808) |
0.61 |
8 |
33.8 |
| 白云岩
Dolomite |
20,200(1,420) |
1.09 |
8 |
27.1 |
| Warble |
13,600(956) |
0.21 |
5 |
54.2 |
| 白云岩质大理岩 |
28,900(2,032) |
0.25 |
6 |
42.1 |
| 板岩
Slate |
21,800(1,533) |
0.36 |
18 |
/ |
| 蛇纹岩
Serpentine |
43,000(3,023) |
0.74 |
13 |
18.5 |
表六：常见石材的基本物理性质：
|
抗压强度 |
抗拉强度 |
抗弯系数 |
抗剪系数 |
弹性系数 |
比重 |
| 花岗岩 |
703-2813 |
42.2-70.3 |
91.4-169 |
140.6-302.3 |
4.0-6.7X10-5 |
2.65-2.75 |
| 闪长岩 |
984-1969 |
/ |
/ |
/ |
/ |
2.8-3.1 |
| 闪绿岩 |
1125-2461 |
/ |
/ |
/ |
/ |
2.8-2.9 |
| 安山岩 |
489-863 |
36.9-51.2 |
85 |
/ |
/ |
2.45 |
| 凝灰岩 |
86.3-463 |
8.2-35.2 |
23.1-74 |
/ |
/ |
1.45 |
| 石英岩 |
1125-3168 |
/ |
/ |
/ |
/ |
/ |
| 石灰岩 |
176-2000 |
19.7-62.6 |
42.2-155 |
84.4-210.9 |
2.1-7.3X10-5 |
2.0-2.7 |
| 大理岩 |
562-1900 |
28.2-161.7 |
42.2-246 |
91.4-457 |
5.0-10.2X10-5 |
2.60-2.84 |
| 玄武岩 |
1970-4710 |
/ |
/ |
/ |
/ |
2.4-3.1 |
| 蛇纹岩 |
773-1970 |
56.2-112.5 |
/ |
182.8-351.5 |
3.4-5.4X10-5 |
/ |
| 砂
岩 |
352-1405 |
19.7-35.2 |
35.2-70.3 |
21.1-210.9 |
1.3-5.4X10-5 |
2.5-2.7 |
| 粘板岩
|
492-2180 |
211-302.3 |
282-633 |
140.6-253.1 |
6.3-10.5X10-5 |
2.6-3.3 |
(一）天然石材的几种特性
1．耐火性
各种石材皆不同，有些石材在高温作用下，发生化学分解。
（1）石膏：在大于 107 C时分解。
（2）石灰石、大理石：在大于 910 c时分解。
（3）花岗石：在 600 C时因组成矿物受热不均而裂开。
2．膨胀及收缩
石材也是热胀冷缩，但若受热后再冷却，其收缩不能回复至原来体积，而必保留一部份成为永久性膨胀；美国兵工厂曾试验由00C至
1000C，再降到00C，测出永久膨胀增加之度为0.02—O.045%。
3．耐冻性
石材在潮湿状态下，能抵抗冻融而不发生显著之破坏者，此性能称为耐冻性。岩石孔隙内的水份在温度低到摄氏零下 20时，发生冻结，孔隙内水份膨胀比原有体积大1/10，岩石若不能抵抗此种膨胀所发生之力，便会出现破坏现象。一般若吸水率小于
0.5%，就不考虑其抗冻性能。
4．抗压强度
石材的抗压强度会因矿物成份、结晶粗细、胶结物质的均匀性、荷重面积、荷重作用与解理所成角度等因素，而有所不同。若其他条件相同，通常结晶颗粒细小而彼此粘结一起的致密材料，具有较高强度。致密的火山岩在乾燥及饱和水份後，抗压强度并无差异（吸水率极低），若属多孔性及怕水之胶结岩石，其乾燥及潮湿之强度，就有显著差别。
抗拉强度约为抗压强度的1/50，抗剪强度约为抗压强度的1/14，抗弯强度为抗压强度的1/50 请参考表六。
（二）大理石的施工特性
1．物理性
（1）抗压强度 Compressive strength PSI
:6,012-16,750。
（2）抗弯强度 Flexural strength PSI
:1,O95-2,709。
（3）抗剪强度 Shear strength PSI
:1,638-4,812。
（4）弹性系数 Modulus of Elasticity PSI
:1.97-14.85X106。
（5）密 度 Ibs/ft
:163.0-172.4。
（6）48小时吸水率%
:0.O69-O.609。
（7）热传导系数 "k BTU/in/hr/f2t/0F
:10.45一15.56。
（8）水蒸气传导率 Perm-Inch
:0.324-4.46。
（9）热扩散系数 in/in/0F
:3.69-12.3X10-6。
（10）潜变 Creep-Deflation, inch's after 24HR :O-3.3X1O-4。
2．强度（ASTM c99,ASTM c170）
强度乃是抵抗压力之能力，来自几个因素：
（1）岩石裂理及晶体的解理。
（2）胶结度。
（3）晶体的”互锁”（interlocking of the crystal）。
（4）任何胶结物质的天然质。
3．热膨胀
大理石的热膨胀，在大理石与其他不同材料组成坚固的大单元时，变成一个重要的考虑因素。实验室中经过几个轮回的加热及冷却过程後，可测出残留的膨胀到原来的20%左右。
4．耐火度
大理石是不燃性材料，具耐火度，热传导性佳，温度由大理石传递的速度很快，因此不是高效率的隔热体。
5．抗磨性（ASTM c 241）
大多数不同种类的大理石都具有高硬度，及均匀的磨耗性，因此常被用为地板及楼梯板。若大理石具有Ha=10的抗磨硬度，可用为地板材料。使用两种以上的大理石为地板材时，将产全不均匀磨耗。
5．半透明性Translucence
大理石的半透明性是最引人感到兴趣的外表特性之一，当然并不是所有的大理石具有此种性质，半透明性系由於下列因素造成:
（1）晶体构造 Crystal Structure
某些晶体构造适於传递光线。
（2）颜色 Color
白色及淡色大理石通常具有更多透光性。
（3）厚度 Thickness
当板厚度增加，透光性就减少。
（4）表面抛光程度 Surface Finish
半透明性在表面经平滑抛光的大理石，较粗糙光制的大理石更清楚显现。
7．耐久性
大理石的耐久性极少受天气变化的影响，这是由於大理石具有极低的吸水率（小于重量的1%），而其他的石材吸水率可达 4-13%。
8．安全系数
好的工程施工，需使建筑物具有承受在可允许安全范围内的应力,就像预先考虑风力、冰、雪、撞击力、温度变化、不完美的施工品质等因素。若允许的应力越接近潜变破裂的压力，则越能有效利用材料，并降低成本。一般抗风力的部位,使用安全系数为5，而用于受集中应力影响的部位像楼梯板，需使用安全系数10。
（三）不同用途的大理石材基本试验项目
1．吸水率:ASTM c 97，最大0.75%。
2．比重 : ASTM c 97。
（1）方解石，最小 2.60。
（2）白云石，最小 2.80。
（3）蛇纹石，最小 2.70。
（4）洞 石，最小 2.30。
3．抗压强度： ASTM c170，最小 7,500PSI。
4．破裂摸数Modulus of rupture： ASTM c 99，最小I,000PSI。
5．抗磨硬度（Ha）： ASTM c 241， I0.0。
6．抗弯强度Flexural Strength， ASTM c 99，最小1,000PSI。
其中 1至 4项用於
（一）墙面板 Wall facing
（二）日浴室隔板Shower Partitions
（三）曰厕所隔板 Toilet Partitions
（四）小便所隔板 Urinal Partitions
（五）预制混凝土镶面板 Facing unit for Precast concrete Panels
（六）户外用方石 Exterior Cubic marble
（七）表面装饰 Veneer
另外除 1至4项外再加上5,6两项为
（八）楼梯踏板 Stair Treads
（九）门槛 Thresholds
另外除 1至4项外再加上5项为
（十）铺砌料 Paving
仅使用第1项
（十一）洗脸台顶部 Lavatory tops
（十二）窗座 Window seat
使用第1及4项
（十三）室内用大理石基座 Base
另外除1至4项外再加上光 Light Transmission
（十四）半透明性镶板 Translucent Panels
另外除1至4项外再加上 Fire Rating及"U" Factor
（十五）隔热镶板 Farced insulated Panels
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