3.1　天然石材

天然石材是指從天然巖體中開采出來，并經過加工成為塊狀或板狀材料的總稱。巖石是由各種地質作用所產生的天然固體，是礦物的集合體，組成巖石的礦物稱為造巖礦物。大多數巖石由多種造巖礦物組成，不同的造巖礦物在不同的地質條件下，形成不同性質的巖石，巖石沒有確定的化學組成和物理性質。同種巖石，產地不同，其各種礦物的含量、顆粒結構均有差異，因而顏色、強度、耐久性等也有差別。由單一礦物組成的巖石稱為單礦巖。由兩種以上的礦物組成的巖石稱為復（多）礦巖，花崗巖主要由長石、石英、云母組成。常用巖石的主要造巖礦物的顏色和特性見表3-1。

3.1.1　天然石材的特點

天然石材的優點如下：蘊藏豐富，分布很廣，便于就地取材；石材結構致密，抗壓強度高，大部分石材的抗壓強度可達100MPa以上；耐水性好；耐磨性好；裝飾性好，石材具有紋理自然、質感穩重、莊嚴雄偉的藝術效果；耐久性很好，使用年限可達百年以上。

缺點：天然石材一般質地堅硬，加工困難，自重大，開采和運輸不方便；極個別石材可能具有放射性，用在建筑物中會對人身體造成傷害，使用前應該進行必要的檢測。

3.1.2　巖石的形成及分類

巖石按地質形成條件分為火成巖、沉積巖、變質巖三大類，它們具有顯著不同的結構、構造與性質。

（1）火成巖

火成巖又稱巖漿巖。它是因地殼變動，熔融的巖漿由地殼內部上升后冷卻而成的巖石。火成巖是組成地殼的主要巖石，占地殼總質量的89%。火成巖按照巖漿冷卻條件的不同，又分為深成巖、噴出巖和火山巖三種。

① 深成巖。深成巖是巖漿在地殼深處，在很大的覆蓋壓力下緩慢冷卻而成的巖石。其特性是構造致密，表觀密度大，抗壓強度高，吸水率小，抗凍性好，耐磨性好，如花崗巖、正長巖、輝長巖、閃長巖等。

② 噴出巖。噴出巖是熔融巖漿噴出地表后，在壓力降低、迅速冷卻的條件下形成的巖石。當巖漿形成較厚的巖層時，其結構致密，性能接近于深成巖。但因冷卻迅速多呈隱晶質或玻璃質，如建筑上常用的玄武巖、安山巖等。若噴出的巖漿層較薄時，常呈多孔構造。

③ 火山巖。火山巖又稱火山碎屑巖。火山巖是火山爆發時，巖漿被噴到空中，急速冷卻后落下而形成的碎屑巖石，如火山灰、浮石等。

（2）沉積巖

沉積巖又稱水成巖。它是地表的多種巖石在外力地質作用下，經風化、搬運、沉積和再造等作用（壓固、膠結、重結晶等），在地表或離地表不太深處形成的巖石。沉積巖大都呈層狀構造，各層巖石的成分、構造、顏色、性能等均不相同，且為各向異性。與深成巖相比，沉積巖的表觀密度小，結構致密性較差，孔隙率和吸水率較大，強度和耐久性較低。

沉積巖雖僅占地殼總質量的5%，但在地球上分布很廣，約占地殼表面積的75%，加之藏于離地表不太深處，故易于開采。沉積巖用途廣泛，其中最重要的是石灰巖。

（3）變質巖

變質巖是由原生的火成巖或沉積巖，經過地殼內部高溫、高壓等變化作用使它們的礦物成分、結構、構造乃至化學組成都發生改變后而形成的巖石。其中沉積巖變質后，性能變好，結構變得致密，堅實耐久，如石灰巖變質為大理巖；而火成巖經變質后，性質反而變差，如花崗巖變質成的片麻巖，易產生分層剝落，使耐久性變差。

3.1.3　建筑石材的技術性質

（1）表觀密度

天然石材按表觀密度分為重石和輕石兩類。表觀密度大于1800kg/m3的為重石，用于建筑物的基礎、覆面、房屋的外墻、地面、路面、橋梁以及水下建筑物等。表觀密度小于1800kg/m3的為輕石，主要用作砌筑采暖房屋的墻壁。

（2）吸水性

天然石材的吸水率一般較小，但由于形成條件、密實程度等情況的不同，石材的吸水率波動也較大。吸水率低于1.5%的為低吸水性巖石，吸水率介于1.5%～3.0%的為中吸水性巖石，吸水率高于3.0%的為高吸水性巖石。

石材的吸水性對其強度與耐水性有很大影響。石材吸水后，會降低顆粒之間的黏結力，從而使強度降低。有些巖石還容易被水溶蝕，其耐水性也較差。

（3）耐水性

當石材中含有黏土或易溶于水的物質時，在吸水飽和情況下，強度會明顯下降。石材的耐水性以軟化系數表示。軟化系數大于或等于0.9的屬于高耐水性石材，軟化系數為0.7～0.9的屬于中耐水性石材，軟化系數為0.6～0.7的屬于低耐水性石材。一般軟化系數小于0.8的石材不允許用于重要建筑。

（4）抗凍性

石材的抗凍性是用凍融循環次數表示的。石材在吸水飽和狀態下，經反復凍融循環，若無貫穿裂縫，且質量損失不超過5%，強度損失不超過25%，則認為其抗凍性合格，其允許的凍融循環次數就是抗凍等級。石材的抗凍性主要取決于石材的礦物成分、晶粒大小和分布均勻性、天然膠結物的膠結性質、孔隙率及吸水性等性質。通常，吸水率越低，抗凍性越好。石材應根據使用條件選擇相應的抗凍性指標。吸水率小于0.5%的石材，可以認為是抗凍的。

（5）耐熱性

石材的耐熱性主要取決于石材的化學成分和礦物組成。含有石膏的石材，溫度超過100℃時結構開始破壞；含有碳酸鎂的石材，溫度高于625℃時結構會發生破壞；含有碳酸鈣的石材，溫度達到827℃時結構才開始破壞；由石英組成的石材，如花崗巖等，當溫度超過700℃時，由于石英受熱膨脹，強度會迅速下降。

（6）抗壓強度

巖石是典型的脆性材料，它的抗壓強度很大，但抗拉強度很小，這是巖石區別于鋼材和木材的主要特征之一。石材的抗壓強度主要取決于石材的礦物組成、結構與構造特征、膠結物質的種類與均勻性等。

天然巖石是以100mm×100mm×100mm的立方體試件，用標準試驗方法測得的抗壓強度值作為評定石材強度等級的標準。根據國家標準《砌體結構設計規范》（GB 50003—2011）規定，天然石材的強度等級分為MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20、MU15和MU10共9個等級。天然石材抗壓強度的大小取決于石材的礦物成分、結晶粗細、膠結物質的種類及均勻性，以及荷載和解理方向等因素。

石材的抗壓強度最高，抗拉強度最低，只有抗壓強度的1/50～1/20。因此，石材主要用于承受壓力。

（7）硬度

石材的硬度主要與其組成礦物的硬度和構造有關，其硬度多以莫氏硬度或肖氏硬度表示。抗壓強度越高，其硬度越高；硬度越高，其耐磨性和抗刻劃性越好，但其表面加工更困難。

（8）耐磨性

石材的耐磨性與其組成礦物的硬度、結構構造、石材的抗壓強度等因素有關。石材的組成礦物越堅硬、結構越致密、抗壓強度越高，其耐磨性越好。石材的耐磨性用單位面積磨耗量來表示。對于可能遭受磨損作用的場所，如地面、路面等，應采用高耐磨性的石材。