百科全书 | 天然石材基础知识

2021-09-09

装饰装修石材分为天然石材和人造石材两种。天然石材是由自然界的岩体里开采而来，经过一系列的加工成为块状或片状的材料。天然石材大多具有纹理优美、色彩丰富的优点，多用于建筑的装饰。早在远古时期，天然石材已作为重要的建筑材料和装饰装修材料使用。现代建筑中，天然石材仍然是装饰装修的重要材料，但也存在价格昂贵、花纹不均匀等缺点。人造石材则是由天然石材的碎屑、粉渣为原料经加工而形成的石材。人造石材既保留了天然石材质地坚硬、色彩丰富、耐磨、耐腐蚀等优点，又以其价格较低、纹理均匀等特点，在室内装饰装修中越来越受青睐。

天然石材的基本知识

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天然石材系指在自然岩石中开采所得的石材，它是人类历史上应用最早的建筑材料之一。由于大部分天然石材具有强度高、耐久性好、蕴藏量丰富、易于开采加工等特点，因此它为各个时期的人们所青睐，常被作为墙体、地面、屋顶、建筑构件、雕塑等材料来使用。欧洲许多以石材为主要建筑材料的优秀建筑经受了千百年来的风吹雨淋，至今依然屹立于世，我们最为熟悉的古埃及金字塔、方尖碑、古希腊雅典卫城等都是石头建筑的代表作。

巴黎圣母院外景

巴黎圣母院内景

虽然我国同样盛产各种石材，但石材在古建筑中的应用比例却并不大，主要集中于地面、台阶、栏杆、雕塑等范围。在我国的一些地区（山区），有一些主要以石材建成的民居，与传统的木构建筑迥然不同。

河南林州石板岩镇民居

       石材在建筑中最初主要作为结构及装饰材料，发展到今天，石材作为结构材料几乎已经绝迹，一般仅作为建筑内外表皮装饰材料使用。由于石材的天然特性，它经常能给人带来深厚凝重的文化感、历史感。

天然石材的类别

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       天然石材开采于岩石之中。根据地质形成条件的不同，有火成岩、沉积岩和变质岩三种基本类型的岩石。因为每种类型的岩石在构造和性质的差异，所以产生了天然石材各自不同的特点。天然石材根据其成因分为火成岩（又称岩浆岩）、水成岩（又称沉积岩）、变质岩。

一、火成岩

       火成岩是组成地壳的主要岩石，由地壳内部的熔融岩浆上升后经冷却凝固而成。由于冷却条件不同，火成岩又分为三类：深成岩、喷出岩和火山岩。

1.深成岩

深成岩是岩浆在地下深处（>3000米）缓慢冷却、凝固而生成的全晶质粗粒岩石,如花岗岩、闪长岩、辉长岩等。

花岗岩石料

2、喷出岩

       喷出岩是熔融的岩浆喷出地表后，由于压力降低且迅速冷却等原因而形成的岩石。

其特点是：与深成岩相比易于风化，孔隙较大，呈现斑状结构。常用于装饰装修工程中的喷出岩有：辉绿岩、玄武岩及安山岩等。

青石板（辉绿岩）

3.火山岩

       火山岩是岩浆在火山爆发时，被巨大的气流喷到空中，落下时形成碎屑状岩石。其形成过程中，经历了急速冷却、压力骤降等过程，因而质地松散。当散落下来的火山岩堆积在一起时，受到覆盖压力作用和天然胶结物质的胶结，即形成胶结的火山岩。其特点是：轻质，多孔，表现密度小。常用于装饰装修的火山岩有：浮石、火山灰等。

火山岩外观

二、沉积岩（又称水成岩）

        沉积岩是露于地表的各种岩石因外力作用，经风化、搬运、沉积和再造岩等四个阶段，在距地表不太深的地方形成的岩石。沉积岩呈层状构造，各层成分、结构、颜色、厚度各不相同。虽仅占地壳总质量5%，但分布广泛，易于开采。其中石灰岩是烧制石灰和水泥的主要原料，更是混凝土的重要组成材料。

沉积岩的主要特征：

（1）结构松散，致密性差，强度较低。

（2）堆密度较小，孔隙率及吸水率均较大。

（3）耐久性较差。

常用于装饰装修工程中的沉积岩有：石灰岩、砂岩和碎屑石等。

黄木纹砂岩

三、变质岩

        变质岩是地壳中原有的岩石因岩浆活动和构造运动的影响，经再结晶变质而形成的新岩石。其中原沉积岩变质后，结构变得致密，坚实耐久，如石灰岩变质为大理岩。常用于装饰装修工程中的变质岩有：大理岩、石英岩和片麻岩。

大理岩

装修用天然石材的类别

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      在装修工程中，常用的天然饰面石材主要有天然大理石和天然花岗岩两类。

一.天然大理石

       所谓装饰用的天然大理石是广义大理石的总称，它属于碱性岩石，是指具有装饰效果的、中等硬度的各类碳酸盐类沉积岩和与其有关的变质岩。因其经不住酸雨的长年侵蚀，多用于室内。包括了大理岩、白云岩、灰岩、砂岩、页岩、板岩等。

对于非专业人士来说，辨别石材的类别非常困难，因此，我们平时更习惯于将除了花岗石之外的有花纹的石材统称为大理石。

       大理石在建筑中一般多用于室内墙面，应用于室外墙面则需加大石板厚度或采用现代工艺的防水防腐保护处理。用于室内地面时需经常抛光保养以保持光洁度，国内现在常用表面所谓的结晶处理工艺来保持大理石的光洁度。

1.天然大理石的特征

（1）花纹自然，色彩丰富，色泽鲜润，材质细腻，装饰效果好。

（2）抗压强度较高，耐磨性好，吸水率低，不变形，硬度中等，易加工。

（3）耐久性好，一般使用年限40～150年。

（4）抗风化性能较差，易与酸性物质发生反应，失去光泽，降低装饰效果。

2.天然大理石的构成

（1）矿物组成

       天然大理石主要是由方解石或白云石组成，纯大理石为白色，如在变质过程中混进了其他杂质，则会出现不同颜色（例如含氧化铁呈玫瑰色、橘红色；含锰呈紫色；含氧化亚铁、铜、镍呈绿色等）和不同的丝状纹理。

（2）化学成分

        大理石的主要化学成分是CaO、MgO、SiO2等，其中CaO和MgO的总量在50%以上。

       由于多数大理石中含有大量杂质，尤其含有较多碳酸盐类矿物。空气和雨水中的酸性物质与其接触会产生化学反应，从而产生腐蚀作用。因此除个别品种（如汉白玉、艾叶青等）外，大理石一般只用于室内。

大花绿大理石

爵士白大理石

美国华盛顿美术馆东馆石材幕墙（1978年建成，幕墙在2008年—2014年间重新修整）采用田纳西州产大理石，考虑大理石的风化，大理石厚度加大到70mm。大理石表面感觉没有采用化学涂层保护的方法，因而显得更加自然。

二.天然花岗石

       所谓装饰用的天然花岗石是广义花岗石的总称，是指具有较高硬度、可磨平抛光的各类装饰效果的火成岩，包括花岗岩、拉长岩、辉长岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩等。

花岗岩几乎可用于室内外各种条件下，其表观一般为均匀颗粒状以及发光云母颗粒。除少数品种外，大部分花岗石的表观效果较为单一，与大理石相比缺少特殊的花纹，主要靠整体色彩及质感显示效果。

1.天然花岗石的特征

  （1）具有独特的装饰效果，外观呈整体均粒状结构，具有色泽和深浅不同的斑点状花纹。

  （2）石质坚硬致密，抗压强度高，吸水率小。

  （3）耐酸、耐腐、耐磨、抗冻、耐久，一般使用寿命可达75～200年。

  （4）硬度大，开采困难；质脆，为脆性材料；耐火性较差，当燃烧温度达到573º和870º时，石材爆裂，强度下降。

2.天然花岗石的组成

      花岗石具有全晶质结构，属于酸性岩石、硬石材。

（1）矿物组成

       天然花岗石主要是由石英、长石和云母等矿物成分组成。其颜色取决于所含成分的种类和数量，通常以深色花岗石较为名贵。

（2）化学成分

      花岗石的主要化学成分是SiO2,含量占67﹪～73﹪。

芝麻白花岗岩石材

红钻花岗岩

      除了常见的大理石、花岗石外，在建筑中应用不断增多的石材还有砂岩、板岩以及凝灰岩、玛瑙石、火山石等，它们由于独特的表面纹理及质感显示出与大理石、花岗石迥异的视觉效果。

三.砂岩（sandstone）

       砂岩是一种水成岩，由砂粒经过水流冲蚀沉淀于河床上，经长时间的堆积、地壳运动而成。

       砂岩是亚光石材，不会产生强烈的反射光，视觉柔和亲切。与大理石及花岗石相比砂岩的放射性几乎为零，对人体毫无伤害，适合于大面积应用。砂岩在耐用性上也可以比拟大理石、花岗石，它不易风化、变色。砂岩表面多孔，具有一定的硬度，抗冲击性较好，其中硅质砂岩性能接近花岗岩，质量最佳。多应用于室内外墙面装饰工艺品。

      常用的有硅质砂岩、钙质砂岩和铁质砂岩。

      砂岩的主要颜色有黄砂岩、白砂岩、红砂岩。

砂岩的养护：

不可直接用水冲洗（砂岩吸收过多的水分及污染，不可避免的会造成各种石材病变，如：崩裂、风化、脱落、浮起、吐黄、水斑、锈斑、白华、雾面等）

不可接触非中性物品

不可随意上腊

不可乱用非中性清洁剂

不可长期覆盖地毯，杂物

四.板岩（slate）

      板岩（slate）同属水成岩，天然板岩拥有一种特殊的层片状纹理，纹理清晰、质地细腻致密，沿着片理不仅易于劈分，而且劈分后的石材表面显示出自然的凸凹状纹理，可制作成片状用于墙面、地面装饰，显示出自然亲切的视觉观感。在一些盛产板岩的山区，板岩还常被用作石片屋瓦。板岩的硬度和耐磨度介于花岗石与大理石之间，具有吸水率低、耐酸、不易风化等特点。板岩从山上开采后不需特别加工，因此价格相对便宜，是一种性价比相当好的建筑用材。有黑、蓝黑、灰、蓝灰、紫、红及杂色斑点等不同色调。

常见的青石板铺地

锈板

德国柏林印度驻柏林大使馆

以印度特有的红色砂岩作为外墙面的主要材料，清晰地显示了印度特征。

五.凝灰石（travertine）

      凝灰石属水成岩（沉积岩），又称石灰华、钙华，由于表面常有许多孔隙而俗称“洞石”。它是钙质碳酸盐在富含石灰的河流、湖泊或池塘里快速沉淀而形成的，由于沉淀速度快，钙质碳酸盐中的一些有机物和气体不能及时释放，长久固化后便产生了孔隙，形成了美丽的纹理。

       凝灰石的孔隙特征使石材的强度降低，暴露在大气中时内部易产生裂缝和分层。实际应用中常采用表面涂覆有机硅防水剂的方法来进行防水加固处理，在作为幕墙板材时应特别注意石板的连接细节，防止石材裂缝的产生。凝灰石虽然强度受孔隙的影响，但其硬度较高，完全可以作为地面材料使用，为防止灰土进入孔隙内，一般应在表面涂覆合成树脂。

        凝灰石的纹理清晰，色彩有白色、灰褐色、红色、黄色等，其中我们最为熟悉的为柔和的米黄色系（产自意大利居多）。

巴塞罗那馆的洞石

密斯.凡德罗设计的西班牙巴塞罗那馆

（原建于1929年，后拆除。现在的建筑是由密斯巴塞罗那馆基金会1986年根据原作复原的）

厚达40mm的米色系洞石幕墙的北京中国银行总部大楼

        建筑大师贝聿铭的作品一贯坚持经沉稳典而非哗众取宠的现代风格，柔和的凝灰石墙面恰好适宜于诠释这种风格。大师近期的作品中经常出现这种色彩柔和的墙面，北京中国银行总部办公楼外墙面除了窗户、玻璃幕墙外几乎全部采用了厚达40mm的凝灰石，虽然建筑设计比不上其巅峰之作，但其大气的风格还是得到了大众的认同。

        由于米黄色系石材色彩较为淡雅保守，在不同色彩环境中使用较为保险，国内无论室外还是室内均掀起一股“洞石风”。

六.玛瑙石

    建筑中常使用的玛瑙石是缟玛瑙（onyx），玛瑙石的一种。缟玛瑙拥有不同颜色的色层，常用作浮雕及高档室内设计材料。缟玛瑙用于室内时，一定厚度经过高度抛光后可呈半透明状态。玛瑙石属于名贵材料，大部分时候在建筑中作为点睛之笔使用。

巴塞罗那馆的洞隈研吾设计的日本大阪LVMH总部大楼

玛瑙石与玻璃组成复合材料作为幕墙板材应用

七.火山石（basalt、lava）

火山石俗称浮石、多孔玄武岩，是火山爆发后由熔融的岩浆与气泡以及一些碎屑经冷凝、成岩、压实等多种作用形成的多孔形石材，因其常能浮于水面俗称“浮石”。火山石中含有钠、镁、铝、硅、钙、钛、等几十种矿物质和微量元素，常于过滤、研磨、建筑、园林造景、无土栽培等领域。

       火山石质地坚硬、耐磨、抗腐蚀，用于建筑外墙饰面时，常因其特殊的质感形成一种无反光的柔和视觉效果。

奥地利维也纳现代艺术博物馆

采用了深浅不一的深灰色火山石幕墙

八.石英岩

属于硅质砂岩的变质岩，强度更高、硬度强。主要用作室内外墙地面的装修。

天然石材的加工

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一.天然石材的粗加工

       采石场采集出来的天然石材不能直接用于建筑装饰装修，还需要经过一系列加工处理，使其成为各类板材或特殊形状、规格的产品。石材加工主要包括锯切和表面处理。

       锯切是用各类机械设备将石料锯成板材的作业方式。锯切的常用设备主要有框架锯（排锯）、盘式锯、沙锯、钢丝绳锯等。锯切较坚硬石材（如花岗石等）或规格较大的石料时，常用框架锯；锯切中等硬度以下的小规格石料时，则可以采用盘式锯。

二.天然石材的表面加工处理

        石材表面通过不同的加工处理可以形成不同的效果，石材表面的加工方法常有抛光、哑光、机刨纹理、烧毛、剁斧等。

1. 抛光——将从大块石料上锯切下的板材通过粗磨、细磨、抛光的工序使板材具有良好的光滑度及较高的反射光线能力，抛光后的石材其固有的颜色、花纹得以充分显示出来，装饰效果更佳。抛光石材常根据其反射光线能力的强弱即镜面光泽度指标衡量其抛光的程度。抛光石材无论在建筑内外装饰中采用均较多。

2. 哑光——将石材表面研磨、酸洗，使其具有良好的光滑度、有细微光泽但反射光线较少。

3.  烧毛——用火焰喷射器灼烧锯切下的板材表面，利用组成花岗石的不同矿物颗粒热膨胀系数的差异，使其表面一定厚度的表皮脱落，形成表面整体平整但局部轻微凸凹起伏的形式。烧毛石材反射光线少，视觉柔和，与抛光石材相比石材的明度提高、色度下降。

4. 机刨纹理——通过专用刨石机器将板面加工成特定凸凹纹理状的方法。

5. 剁斧——剁斧是传统的加工方法，常用斧头錾凿石材表面形成特定的纹理。现代剁斧石概念的外延大大延伸了，常指人工制造出的不规则纹理状的石材。剁斧石一般用手工工具加工，如花锤、斧子、錾子、凿子等通过锤打、凿打、劈剁、整修、打磨等办法将毛胚加工成所需的特殊质感，其表面可以是网纹面、锤纹面、岩礁面、隆凸面等多种形式。现在，大部分加工过程可以使用劈石机、自动锤凿机、自动喷砂机等完成。

6. 喷砂 ——用砂和水的高压射流将砂子喷到石材上，形成有光泽但不光滑的表面。

7.石材复合板

      纯天然石材密度大，某些稀缺品种价格高昂，且受形成时的自然条件的限制，常常在局部有一些瑕疵，影响观感及石材的结构强度，因此天然石材在使用上常受到价格、规格、数量的一定限制。

      近年来，随着石材加工技术的发展，一种由石材与结构增强板相互粘结而成的轻质高强薄型石材复合板应运而生。石材复合板表面常采用2~10mm（室内用常2~5mm厚，室外用常5~10mm甚至更厚）的超薄天然石材，结构增强板一般使用厚度在20mm以下的蜂窝铝板、铝塑板、胶合板、硅钙板、浸渍树脂纸板甚至安全玻璃等，粘结剂可使用环氧树脂和聚酯树脂等。

20mm厚天然石板/20mm厚铝蜂窝石材复合板/5mm厚石材铝塑板复合板

       20mm厚的蜂窝铝与5厚石材的复合板仅重约16kg/m2，约为20mm厚天然石板的1/4~1/3。以石材复合板作为石板幕墙、地板材料时可大幅减轻幕墙重量、结构荷载、减少金属型材的用量，有利于整体安全。

       背粘铝塑板的超薄石板由于厚度较小，刚度相对较差，板块单元规格受限制，一般用于室内墙面。由于重量轻可以采用胶粘结构造方式，减少了构造厚度，更加适宜于空间有限的区域。

      复合板材保留了天然石材的自然纹理和色彩，但面层又比纯天然石材用料薄许多，减少了天然石材的消耗量。石材复合板由于结构得到增强相比于同厚度的天然石板具有重量轻、抗折强度高等优点，同时板材的规格突破天然瑕疵结构的限制可以更大。同时，石材复合板加工、安装更为简便高效，进一步拓宽了石材应用领域。

      当然，石材复合板可能并不像一些厂商所宣传的只有优点没有缺点，实际上石材复合板有几个问题需要解决：

①两种材料的热膨胀系数不一，在温差变化较大的室外环境（不宜采用）容易引起薄板鼓包及裂缝，这要求中间的胶结层能够适应这种变形差。当石材复合板用于室内环境时，由于温差变化较小，影响可忽略不计。

②相对于普通石板幕墙的两个水分挥发面，复合石板吸收水分后挥发面减少，更易形成水斑。

③触感及敲击时的声响与自然厚度的天然石板有异，用于人体接触的位置时易于感受。

④类似于铝塑板，复合板边缘不宜外露，需要做打胶密封处理。

       由于重量较轻，石材复合板外墙面系统的构造与蜂窝铝板、铝塑板外墙更为类似，常采用挂耳、背栓式滑挂件甚至胶粘结的构造方式。

       现代的机械技术为石板的加工提供了更多的可能性，除了上述基本方法外还有一些根据设计意图产生的特殊的加工方法，如在抛光石材上局部烧毛作出光面毛面相接的效果，在石材上钻孔产生类似于穿孔铝板既透非透的特殊效果……，基本上可以说“只有想不到，没有做不到”。

      对于砂岩及板岩，由于其表面的天然纹理，一般外露面为自然劈开或磨平显示出自然本色而无需再加工，背面则可直接锯平也可采用自然劈开状态；

      大理石具有优美的纹理，一般均采用抛光、哑光的表面处理以显示出其花纹，而不会采用烧毛工艺隐藏其优点；

       而花岗石因为大部分品种均无美丽的花纹则可采用上述所有方法。

      不同品种、不同色彩、不同纹理、不同的加工方法以及不同的设计方法可以创造出多样性的石材墙面。

       抛光石材根据抛光度不同常具有镜面反射的效果；哑光石材则由于光线漫反射而具有远看柔和、手摸平滑的特点；烧毛石材由于主要靠大色调及设计显示效果，因此可以采用价格低廉的品种达到超值的效果；条纹状凸凹纹理的石材显现出不同于平板石材的质感肌理；大块剁斧石则能显示出坚固、敦实、厚重的历史感。

石材特性的应用

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抛光石材的反光性

       将色泽较为单一、质地更为致密的花岗石进行高度抛光后可以达到反射图像（反光）的效果。

美国华盛顿越战纪念碑（1982）中黑色抛光花岗岩的应用

       抛光的大理石更能展现自身的花纹，因此实际应用中绝大部分的大理石均采用抛光处理。受纹理影响，虽然反光能力强，但反射图案较差。

密斯.凡德罗巴塞罗那馆中抛光大理石墙面

       高反光度的抛光石材自洁性更好，让人感觉更为干净、高贵。

石材的透光性

石材常被加工成薄片用于室内灯箱以产生有纹理的透光效果。

       为了透光，除了透光性相对较好的少数品种外，石板一般较薄，考虑到结构强度，板材大小受到一定的限制。为增强薄板的强度、减轻其重量、增加透光度，采用超薄石材作面板，和透明基料如钢化或夹胶玻璃粘结在一起形成透光的复合板便成为一个有效的解决方案。这种加工方式大幅增加了透光石板的可用品种数量，突破了天然材料的限制。这种板材不但可以用于室内，同样可以用于室外，产生意想不到的效果。

      这种透光的板材除具有石材复合板固有的优点外，另一个显著的优点是用于室外条件时一般将玻璃面置于面临室外的一面，石材的花纹清晰可见，同时又可以避免天然石材特别是大理石在室外恶劣环境中的污染腐蚀，更加易于清理维护，提高外墙的耐候性及耐久性。

   透光性较好的松香黄石材

                        松香黄石材在室内空间的运用

隈研吾设计的日本大阪LVMH总部大楼（2004）

将4mm的玛瑙石薄片复合在两片玻璃中形成的特殊夹层玻璃，由于更薄透光效果更好，强度也能得到保证，这也是现代技术发展的结果