常用之建筑石材种类

常用之建築石材種類 及特性 天然石材是最古老的建築材料,其渾然天成的紋路及瑰麗色彩變化,素為人類所鍾愛,與人類日常生活密切相關。古代世界重要的建築,諸如埃及金字塔、希臘神殿、羅馬教堂、中國長城、俄羅斯冬宮等,都以石材作為主要構材。現今的建築多以鋼骨及鋼筋混泥土為主要構材,石材則成為扮演著裝飾建築外觀的角色。 目前石材的種類繁多,不一定都能應用於建築業。一般而言,作為建築材料的基本要求必須符合下列幾個特性,方能為消費者所喜愛及使用, 一、顏色、花紋須美觀一致,其內部應不含熱膨脹係數大 的成分(以避免石材內部應力集中),不宜有導熱及導 電率過高之成分潛藏其中,造成危險。此外,一些 有害石材面強度的物質如硫化鐵、氧化鐵、炭質…. 等亦不宜太多。 二、硬度、強度適中,有利加工成型並具良好之耐風化性 - 1 - 未來分子結構穩定者。 三、產量豐富,可大量持續供應,以達成市場基本經濟規 模者。 四、解理及裂縫少,加工後成材率高且可供大塊採取者,以達成市場的經濟性原則。 目前國內原石總供應量83%依賴進口,其中大理石約27%,花崗石100%仰賴進口。自國外進口的原石其內部組成十分複雜,微觀之礦物構造皆亦因其在地表之生成過程不同而有極大差異,因此石材表面出現瑕疵,在所難免。此外,國內建築設計者因缺乏石材相關的資訊及正規訓練,故對石材種類及性能未有完整之認識與了解,因而面對種類繁多的石材,經常做出不當之選擇。不當的使用觀念及設計,不僅無法發揮石材天然的美觀,更造成日後石材外觀易受污染,維護成本增加的困擾。因此,要了解如何使用及設計石材,首先必須要了解石材的物理及化學 - 2 - 物性,才可能做好正確的應用及設計。以下即針對石材的 基本性質,分節詳述。 - 3 - 第一節 建築石材之認識與分類 建築石材的定義,可由CNS11318/A1041建築用天然石材辭彙一般名詞中的解釋來了解,其解說如下,『建築用天然石經挑選、剪裁或切鋸成特定或規定之形狀尺寸,且該建築石材之表面或多面可用機器磨光修飾,亦可全無表面修飾。』。除上述之定義外,建築石材仍須具備足夠之強度及可加工性,方可廣泛應用在建築工業上。 建築用天然石為構成地球表面地殼的岩石,經開採後切割加工而成。從微觀及物質的基本面而言,岩石為礦物之集合體,天然石材之礦物組成與岩理可決定其物理化 - 4 - 學性質。而所謂之岩理係指組成岩石礦物顆粒的大小、形狀和排列方式而言,這其中當然也包括它們膠結組成的情形。由此,我們可藉由礦物組成與岩理來判斷石材之種類,一般而言,岩石依其生成的方式來定義,可概分為火成岩、沈積岩及變質岩等三大類,其主要特徵及常見之石材種類如表一,1所示, - 5 - 表一、1 岩石分類表 岩石分類 火成岩 沈積岩 變質岩 特徵 , 缺少層理,成塊狀不規則, 多具層理及含交錯層波, 原岩為沈積岩,經低度變 火成岩體。 痕、底痕、泥裂痕等沈質作用,尚可殘留有層 , 一次次的熔岩流也可造積構造。 理,經高度變質作用,岩石構造 成層狀構造,當熔岩流層理受破壞,由礦物平 流動時,已結晶出的礦行排列而有葉理、摺皺 物平行排列成流紋構等構造。 造。 - 7 - , 礦物組成以角閃石、輝, 構成主體的顆粒藉由膠, 長形或片狀,礦物顆粒平岩石組織 石、雲母等深色鐵鎂礦結物填充其孔隙,常含行排列。 物及長石、石英等非鐵 有完整之化石。 表一、1 岩石分類表(續) 岩石分類 火成岩 沈積岩 變質岩 特徵 鎂礦物為主。 岩石組織 , 礦物結晶顆粒彼此緊密 鑲崁。 - 8 - , 印度紅、南非黑、藍珍, 砂岩、木紋石、新米黃、, 和平白、蒙地卡羅、板常見石材種類 珠、菊花崗等 金鋒石等 岩、蛇紋岩等 - 9 - 建築石材種類依生成方式分類,主要概分為火成岩類的花崗岩、玄武岩、安山岩,沈積岩類的石灰岩、白雲岩、砂岩,變質岩類的大理石、蛇紋石等。而目前建築石材則一般區分為花崗石、大理石及砂岩、板岩等,其分類並不同於地質上的定義。商業上有另一套分類法則,其幾乎都將所有的火成岩如玄武岩、輝綠岩、閃長岩等稱為花崗石,由火成岩變質的變質岩亦稱為花崗石(如蒙地卡羅),而商品名則依產地或花色特徵加以命名,因此,可說五花八門,消費者常被搞混而無法了解其命名背後真正所含的具體義意。因此,以下即針對商用花崗石及大理石等石材逐一詳述。 花崗石就在礦物組成而言,以石英、長石、雲母、角閃石等鋁矽酸鹽類礦物為主,磁鐵礦、石榴子石、磷灰石等為輔。一般而言,長石的含量會較石英多,紋路及色彩因集中於長石的部份而變得極為豐富,硬度大且較抗風 - 11 - 化,長久以來即被作為主要建材,在台灣地區目前的石材裝修工程運用的最多,台灣本地並不產花崗石,目前所有花崗石礦均仰賴進口,較常見的石種有印度紅、印度黑、福建603、巴西帝紅等。 大理石為變質岩,未變質前主要係石灰石及白雲石,就地質上而言稱之為「再結晶石灰岩」,指的就是碳酸鹽類礦物經壓力及熱力變質所引發的再結晶作用後的結果,而其主要的組成礦物為方解石、白雲石…等,結晶顆粒通常呈互崁狀組織。事實上,在礦物組成上大理石與石灰石都含有相同的碳酸鹽類礦物,但其組織結構有極大差異,不過目前商業上仍將大理石與石灰石全歸納為大理石。另外,蛇紋石在組成上雖屬鋁矽酸鹽類礦物,但由於許多物理性質與大理石十分接近,在建築的應用上,業者將其與大理石歸為同類,市面上可見之顏色呈中綠、黃綠或接近黑的深綠色,因此在習慣上也將蛇紋石稱為「綠色 - 12 - 大理石」。台灣東部所產的大理石及蛇紋石已有數十年的開採及加工歷史,品質優良,尤其是蛇紋石,廣受世界各地的喜愛,常見的國產大理石有和平白、新米黃、蛇紋石等。 砂岩,主要是由石英、長石等碎屑組織構成,由氧化矽、黏土、方解石、氧化鐵等礦物膠結體填充而成,適合塊狀堆砌使用。依所含填隙物質及膠結物質之不同而分為矽質砂岩(以二氧化矽為主要膠結物質者)、鈣質砂岩(以碳酸鈣為主要膠結物質或為砂岩中之副成分礦物或以上兩者皆有者)、泥質砂岩(黏土礦物為主要膠結物質)及鐵質砂岩(氧化鐵或氫氧化鐵為填充物質或膠結物質)。 板岩,凡具有良好的劈裂性及一定強度的板狀構造,沿解理面可剝成片,且經過輕微之變質作用的淺變質岩,統稱為板岩。其組成多由黏土、粉砂、鈣質或中、酸 - 13 - 性火山灰組成,在生成過程中,原岩因脫水導致硬度增加,但硬度並非因結晶現象發達所致,其礦物成分基本上沒有重結晶或只有部份重結晶,外表呈緻密隱晶質,礦物顆粒很細,肉眼難以辨別,有時在解理面上有少量絹雲母及綠泥石等新生礦物,並使板岩略顯絲絹光澤。目前,常見的板岩有矽質板岩、黏土質板岩、雲母質板岩等。 - 14 - 第二節 建築石材的礦物組成 礦物是組成各種岩石(建築石材)的最基本單元,不同的岩石由不同比例、不同種類及不同化學成分的組構礦物所組合而成,這些礦物的聚合行為表現出石材的外觀及基本物化性質,表1.2列舉數種常見的建築石材與其岩石名稱及其礦物組成。 表一,2 常見的建築石材與其岩石名稱、礦物組成 石材名稱 岩石分類 岩石名稱 組成礦物 南非淺黑 二長岩 正長石，斜長石 火成岩 斜長石?角閃石?輝石?辛巴威黑 閃長岩 黑雲母 - 15 - 藍珍珠 斜長岩 拉長石 豐鎮黑 輝長岩 角閃石，輝石，斜長石 表一,2 常見的建築石材與其岩石名稱、礦物組成(續) 石材名稱 岩石分類 岩石名稱 組成礦物 德州紅 花崗岩 正長石，石英?雲母 正長石，石英?雲母?老鷹紅 火成岩 花崗岩 輝石 芭拉大花 花崗閃長岩 鈉長石，石英?黑雲 微斜長石，石英?鐵鎂蒙地卡羅 花崗片麻岩 礦物?黑雲母 帕達迪索 奧長石，微斜長石，石 變質岩 粒變岩 (宮廷石) 英?鐵鎂礦物?黑雲母 斜長石，石英?鐵鎂礦虎皮石 片麻岩 物 在變質岩中,礦物的組構、成分及種類會因為外在的溫壓條件、熱水溶液及氣體分壓作用影響下,由原來岩石中的礦物逐漸換質,變質 - 16 - (Metamorphism/Metasomatism),再結晶而形成不同的礦物群,而礦物群的種類、晶粒大小與組成結構取決於原岩與圍岩種類、變質相程度、化學與熱水溶液等條件,再加以變質作用的壓力因素,常導致礦物具有優勢方向(Preferred Orientation),具排列特性或是礦物分層,分帶現象,甚至導致具褶皺(Folding)流動性構造。一般而言,變質程度愈高,再結晶現象愈完全,礦物愈趨於高溫型礦物,顆粒晶形愈大愈完整。 整體而言,每一種礦物都具有一定的結晶構造(晶系、習性、解理、雙晶特性)、化學組成、物理性質(硬度、韌度、比重、比熱膨脹率、光電磁效應、光澤、顏色)及其他性質,因此在同一批相同的石材中,可以發現礦物的表現特徵相似(可能擁有相同粒度,分布、形狀、顏色,或者同時具有相同的瑕疵(裂痕、不光亮、色差)等)。但另一方面,有時也會因為礦物形成條件不同、機制不同,或 - 17 - 其他外來元素、物質的影響而導致礦物表徵些許的差異。因此,相同礦物在不同石材中,其外觀不盡相同。綜合言之,由上述可瞭解結晶構成石材的礦物特性及特質,石材可呈現出石種本身的普遍性特質,但另一方面石材受到外在其他因素之作用而可能出現普遍性中特殊的變化性(自然性)。 以下即基於礦物對石材品質的重要性,分別針對花崗石最常見的礦物,各種長石,石英及雲母等,簡述其基本性質。 , 長石類礦物(Feldspar) 以鉀鈉為主的長石可統稱為鹼性長石,以鈉鈣系 列為主的長石稱做斜長石系列,除鉀長石與部分高溫 的透長石為單斜晶系(Monoclinic System)外,其餘皆為 三斜晶系(Triclinic System),以下就顏色、解理、微節 理、風化作用等方面逐一說明。, - 18 - 一、顏色(Color) 長石類顏色變化很大,一般而言含濃度鉀高的長石(鉀長石,呈紅色系表徵),因此,花崗石較易呈現各種深淡不同美麗鮮豔的紅色,如印度紅、貴妃紅、將軍紅等,而含鈉鈣量高的斜長石為主的花崗石則為灰白系列,其表徵使石材呈現深淺不同的灰白色、灰色。但值得注意的是部分長石含有其他雜元素,則會改變其基本色調,如微斜長石中含少量銣,會呈現天藍色等。因此在評量石材顏色時,應要特別注意長石顏色變化,甚至周圍長石顏色的變化狀況(因為成分些許變化,則導致顏色變化)。另外值得一提的是,拉長石在花崗石石材中的作用。拉長石屬斜長石系列,是一種鈣鈉長石,主要產於基性岩中。當轉動含有拉長石的石材時,拉長石晶體在其特定方 - 19 - 向上會呈現藍、綠、紫、金黃等不同的多彩顏色,故礦物學上將拉長石又稱之為月光石,如巴西藍、芬蘭藍、藍珍珠等,為名貴裝飾石材之一。 二、解理(Cleavage) 長石是解理發達的礦物,解理愈發達,顯示長石受風化(熱脹冷縮)程度愈大,或是受外力(大地應力)作用愈強。解理發達的結果會導致長石發生片狀剝離、脫落或光澤度下降,且容易遭受水溶液浸染(鐵銹、高嶺土化、顏色色差),嚴重影響建築石材品質。另外,解理極發達的石材,它代表著石材風化的程度並嚴重降低機械性質(抗壓,撓曲強度),另一方面,若石板切割剖面平行於長石解理面,則可能出現絹絲霧狀光澤性,在石材表面會呈現出不均質的光澤現象,造成另一種瑕疵。 - 20 - 二、微節理(Microjoint) 微節理是肉眼或顯微鏡下可觀察到的微小不連續面(裂痕(Fracture)),微節理在石材中普遍可見,而且多以群體出現,尤以花崗岩中最常見到。一般的微節理多為主要的大不連續面(例如斷層)或大地應力場的派生構造,所以通常有一定方向性,或是具有多期、多組、多產狀的特性。另外,由於岩石風化作用(熱脹冷縮循環)或解壓作用,也會導致礦物局部受壓迫而產生微裂 (微節理)俗稱雞爪痕。微節理的形成對石材品質及石材病變的發生具有嚴重性負面影響,因為微節理影響石材表面美觀、降低光澤度、促進風化管道進行及導致色差現象等,更甚者會造成石材表面剝離作用,形成凹洞。在花崗石類的石材中,長石通常為大顆粒脆性礦物,所以微節理的行為特別明顯。 - 21 - 四、風化作用(Weathering) 長石由於受到自然界的水解作用或碳酸化作 用,往往風化形成高嶺土, 4AlSiO+6HO AlSiO(OH)+8SiO+4KOH 382441082 4AlSiO+4HO+2CO lSiO(OH)+8SiO+2KCO382244108223 風化使得原本的長石,變成土黃色、鬆散的 黏土礦物,嚴重影響石材品質,如改變色澤、降 低光澤度、硬度、耐用性及美觀價值等。另外, ，,受到花崗石其他鐵鎂礦物風化氧化釋出Fe的 作用影響,長石往往沿其解理,或節理遭受浸染 銹化(石材病變—銹斑),大大降低原本的色澤與美 觀性,所以風化行為嚴重破壞長石基本的特質, 降低石材品質。 - 22 - , 石英(Quartz) 石英普遍存在於各種石礦中,主要由SiO2所組成,結構為六方晶系(Hexagonal System)結構的架狀為矽酸鹽類,它具有高硬度、耐磨性及抗風化性等特性,一般為透明或乳白色,或因各種雜元素污染而呈現多色性(灰或黑色)。石英一般無解理性質,但由於脆性高,容易因外力作用而產生微破裂。茲針對一般石材中石英常見的瑕疵特性進行討論, 一、透明度(Transparency) 一般而言,石英的透明度極高,但部分石英 會因為結晶缺陷(例如差排),或含其他溶液或氣 體,甚至和其他礦物(金紅石、針鐵礦等)產生共生 包裹現象,而使石英的透明度下降,形成乳白色 或雜染物現象。另外,由於石英脆性高,極易遭 受應力作用而導致微裂隙,成群的微裂隙會增加 - 23 - 入射光的吸收,降低反射,也就導致石英的不透明性及低光澤度。因此,石英顆粒透明度是否均勻、雜染物是否一致及石英微裂縫分布程度等對石材的顏色有相當的影響面。另外,石英透明度高,將會使石材呈現立體感,增加美觀,但另一方面卻降低光澤度。 二、粒度(Grain Size) 石英大都以充填方式不規則存在早期結晶礦物中,但由於早期礦物的堆積排列並非整體一致,因此會導致石英顆粒大小的變化(主要賴於間隙大小),另一方面,當岩漿結晶分異作用進行到最後時,與早期礦物不相溶的元素或氣體物質(HO、CO)在殘留岩中的濃度相對提高,使得擴22 散活動增加,容易造成後期結晶礦物(石英、鉀長石、雲母)異常增大,形成斑晶團簇,或者會因為 - 24 - 擴散快所導致之蒸氣高壓,進一步導入圍岩(或本身)的裂縫中,造成溫壓急速下降,形成細晶粒結晶充填脈。 三、微裂隙 (Microfracture) 由於大地應力作用或風化的進行(熱脹冷縮),將導致脆性的石英產生許多微型裂隙,微型裂隙不但降低石英的透明度並造成組織鬆散,另一方面也會增加污染物(風化的鐵銹)侵入浸染的機率,更甚者會造成石材表面剝離脫落現象,因此造成建築石材病變及施工品質安全的問題存在。另外可由原石表面觀察石英顆粒是否光亮或是產生類似玻化破碎狀,藉以評估原石風化程度及受力作用狀況。 四、風化染色(Weathering) - 25 - 石英是抗風化性極強的礦物,並不會因為風 化作用而分解,但由於風化因素中之物理機械性 的破壞(如冷縮熱脹所導致的擠壓應力),常使脆性 性質的石英產生成群的微裂縫,此些微裂縫提供 風化污染物良好的浸染管道,進而造成石英污 染,常見的即為鐵銹污染,選擇原石時必須特別 留意此一現象,以免造成色差或危及石材強度。 , 雲母類礦物(Mica Minerals) 石材中常見的雲母礦物,大都屬於白雲母與黑雲母,所佔比例大都小於5%,雖然含量遠低於長石與石英,但由於其獨特的礦物性質,對於石材品質關係,有重要性的影響。另外,白雲母與黑雲母對石材而言是一種有害礦物,雲母含量增多,則使石材難以磨光,研磨時會因雲母解理面破裂而出現無光澤麻點,或因雲母剝落形成凹洞,降低石材表面的美觀。黃鐵礦多 - 26 - 賦存在黑色花崗岩中,研磨出來的光板呈閃光的金色質點,極具美觀價值,但黃鐵礦在大氣中會氧化成氧化鐵,原來的金色質點會病變成褐色斑點,若出現在白色花崗岩中,則形成難看的雀斑,失去了石材原有的價值。茲就雲母類礦物的特性逐一說明, 一、順自排列(Preferred Orientation) 由於雲母礦物的片狀組織,往往因外力作用 或自然流動堆積(剪力)行為,或是結晶方向取好而 產生順向排列現象,順向排列容易造成規則性組 織,並有固定的弱面方向。一般而言,火成岩類 的石材,其雲母礦物由於形成時間晚,大都穿插 在各早期礦物間生長,所以較缺乏順向排列現 象,如綠翡翠,但若早期礦物因受迫或自然沈降 因素因而產生規則性堆積時,雲母礦物則會順勢 形成排列。順向排列的結果導致形成石材的方向 - 27 - 性,降低石材強度(排列方向)及花紋組織的變化。因此觀察石材時,應注意對排列性敏感的雲母礦物進行方向判斷,並沿方向性追蹤是否有弱面潛在的現象(線性發達狀況)。 二、風化特性(Weathering) 雲母礦物中的黑雲母(K(Mg,Fe)(AlSiO)(OH))常遭水溶液作用而產生釋33102 +3Fe作用,會因鐵銹污染其他礦物,產生嚴重銹斑。因此,觀察原石時,應留意細小的雲母礦物,檢查其是否有風化傾向(片狀剝離嚴重)或是有銹斑出現(黑雲母呈暗色,故常不易觀察銹斑現象),以避免石材瑕疵。 , 其他鐵鎂礦物(暗色礦物) 大部分的石材(白色、灰色、紅色系列)中含鐵鎂礦 - 28 - 物比例極低(小於5%),但在黑色系列中的石材則往往含有50%以上的鐵鎂礦物,這些鐵鎂礦物大都為輝石系列、角閃石系列或橄欖石系列以及部份中、基性斜長石系列的礦物組成,屬於含鐵鎂的鏈狀矽酸鹽類。一般而言,角閃石與輝石大都為黑色、綠色系列為主,硬度6,7(莫氏硬度),光澤度高,韌性強是屬於良好的石材組織礦物,但由於此類礦物通常具有二組近垂直的解理,所以與長石類似,極易產生裂痕。此外,這些礦物通常較長石或石英易風化(綠泥石化或產生鏽斑),而產生鬆散組織或形成雜斑點,甚至凹洞。另一方面,暗色礦物群(團疤)因粒度與緻密度變化關係,而會產生似油疤現象,造成光澤度不均勻。 石材中酸性斜長石越少越好,因為它們會在黑色的石材板面上產生很多的細小白點,降低石材本身的價值性,但是若淺色的斜長石相對集中,晶體有序排 - 29 - 列,可形成某些特殊花斑,形成名貴的黑色石材,如雪花青與菊花青。基於這些鐵鎂礦物的基本性質,必須留意下列幾點, (1)是否含有雜質、白點,其分布性是否均勻, (2)是否遭受風化,產生具方向性或其他的徵裂縫,甚 至出現表面鬆散化(綠泥石化)。 (3)解理是否發達, (4)礦物排列是否具方向性, (5)是否產生銹斑, (6)礦物粒度是否均一,是否有油疤現象, 綜合而言,礦物是構成石材的最基本單元,不同的礦物,具有不同的物化特性及組構行為,而不同的礦物集合體,也產生不同的排列組合狀況,構成多變化的組織紋理與石材物化性,因此探討評量石材品質或石材病變時,應首先針對石材內部的組成物質(礦物) - 30 - 進行討論,然後再推演至整體性考量 (組構、花紋、材質、…),如此一來才能踏實地,全面性地進行評量工作,有效率地掌握自然界變化的因子。 - 31 - 第三節 含鐵物質對石材的影響 石材是岩石經加工後所產生的製品,岩石是由礦物組成的,其中含鐵礦物是石材中鐵質的來源。鐵元素在自然界中分布甚廣,但大多以化合物之方式出現,由於鐵元素屬中等活潑性的金屬,在高溫下易和氧、硫、氯等元素發生強烈反應,並易溶於無機稀酸和濃鹽酸的溶液中,同時濃鹼溶液也易侵蝕鐵。因此鐵只有以化合物(含鐵礦物)的形態出現,才得以在自然界中保存下來。 鐵的化合物有氧化物、硫化物、矽酸鐵、碳酸鐵、硼酸鐵、鎢酸鐵、硫酸鐵等數百種,但以下列四種化合物為主要類別, - 32 - 一、氧化鐵,含鐵氧化物的礦物有磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵 礦、礦等。鈦鐵 二、硫化鐵,含鐵硫化物的礦物有黃鐵礦、白鐵礦、黃銅 砂、黃錫礦等。 三、含鐵矽酸鹽礦物,有橄欖石、黑榴石、十字石、黑柱 石、普通輝石等。 四、含鐵碳酸鹽礦物,有菱鐵礦及鐵白雲石等。 由於石材本身含有赤鐵礦或硫鐵礦等上述的含鐵礦物,此類鐵礦物本身極易氧化而銹蝕,造成石材表面變色、變黃以及銹斑等缺陷,嚴重者甚至因鐵質銹蝕後膨脹而產生結晶顆粒爆裂與孔洞。茲就含鐵礦物對各石材的影響逐項說明, , 含鐵礦物對花崗石石材的影響 除了含鐵硫酸鹽礦物外,大部分的含鐵礦物都有 可能存在花崗石中,屬矽酸鐵礦物的數量及分布最 - 33 - 廣,其次是氧化鐵或硫化鐵礦物。一般含鐵礦物的顏色深暗,對花崗石的裝飾美觀價值有關鍵性的影響。花崗石中暗色礦物集中者,石材常呈黑色、綠色系,如摩卡綠(含FeO+FeO,6.34%)、印度黑(含23 FeO+FeO,13.2%)、南非深黑(含FeO+FeO,232320.5%)、辛巴威黑(含FeO+FeO,11.5%)、等。黃鐵23 礦、白鐵礦等含鐵礦物嵌入輝長岩中,因而形成了閃爍金光的黑金石材,印度黑金即為最顯著的例子。含鐵礦物在石材中的排列組合,豐富並美化了石材的裝飾美觀效果,使天然石材色彩變化絢麗,如孔雀綠(含FeO+FeO,6.21%)、森林綠(含FeO+FeO,5.31%)、2323豹皮花(含FeO+FeO,3.40%)等。 23 硫化鐵是花崗石遭受銹黃污染的主要原因之一,它在常溫常壓下易風化水解,生成氧化鐵,再進一步水化成褐鐵礦。硫化鐵分解後,有時會留下立方體黃 - 34 - 鐵礦假象,有的溶蝕成許多孔洞。若氧化鐵溶液沿著節理裂隙面滲透侵染,從而形成鐵質薄膜,使石材遭受污染,形成色差,降低石材裝飾效果。花崗石中遭受破壞的第二主因為黑雲母,片狀組織極容易沿此面剝離且易風化,風化層脫落後在材表面形成小坑。另外,黑雲母〔K(Mg,Fe)(AlSiO)(OH)〕常遭水溶液33102 3+作用而產生釋Fe作用,而銹染其他礦物,產生嚴重銹斑。含鐵榴石即綠泥石類礦物是花崗石遭受破壞的第三主因,它們風化後易形成土狀物,經風吹水沖後,造成石材表面產生孔洞和凹坑。 , 含鐵礦物對大理石石材的影響 大理石中含鐵礦物有碳酸鐵、硫化鐵、氧化鐵及含鐵矽酸鹽礦物等。存在於大理石中的含鐵礦物,因成分不同,對大理石的作用差別很大。鐵白雲石能使大理石變成灰色、菱鐵礦變成褐色、角閃石類礦物則 - 35 - 呈現綠色--墨綠色--黑色,呈點狀、線狀分布時,形成一定的圖案,產生自有的豐富色彩變化,另外,綠泥石、石榴石會使大理石呈現綠色--黃綠色。 大理石石材遭受表面銹黃的主因為黃鐵礦,其次是磁黃鐵礦、鎳黃鐵礦等硫化鐵礦物,其污染原因與花崗石相同,硫化鐵分解後,有時會留下立方體黃鐵礦假象,有的溶蝕成許多孔洞(如新米黃大理石板材中常見1,3mm孔徑空洞)。鐵鋁榴石、綠泥石類礦物及含鐵泥質礦物的抗風化能力較差,時間久了也會形成凹坑及空洞。 , 含鐵成分對石材安全的影響 石材化學成分內,含鐵成分的高低雖不完全決定石材安全性的高低,但卻是石材本身發生病變(銹斑)的主要原因,對石材安全性的影響相當大。它是所有 - 36 - 含鐵礦物及附著在石材表面氧化鐵含鐵量的總和,一般以FeO和FeO百分比(%)含量表示,因此反映不出23 原礦物成分中各含多少,也難以確定它抗風化的能力。前面已敘述過,不論是花崗石或大理石石材中,若內含之鐵礦物以較穩定的含鐵矽酸鹽礦物為主,而不是硫化鐵、黑雲母及鐵質薄膜,石材即具備較強之抗風化性,反之,若石材中含鐵礦物大多為不穩定的硫化鐵、黑雲母等,儘管含鐵量低,石材抗風化的能力也有可能變得較差。 總而言之,不管是大理石或花崗石石材,含鐵礦物的穩定性決定著石材的抗風化性,眾多多含鐵礦物其中硫化鐵為最不穩定的成分,黑雲母次之,再者為含鐵石榴石和綠泥石類礦物。因此,在選擇石材或鑑定石材病變時,應要注意這些有害礦物的分布、含量及含鐵礦物的耐風化性,以確保石材的安全性。其實 - 37 - 石材最根本的安全性是物理強度,因此,下一節將介 紹建築石材的物理特性。 - 38 - 第四節 建築石材物理特性 天然石材經切鋸及研磨拋光後表面仍常發現瑕疵,諸如石材內部不同礦物顆粒間之聚結分散開來而產生之微小裂縫(雞爪紋)、組成礦物產生水合、水解或氧化等化學作用而使石材表面色澤不均勻(陰陽色)、或結晶礦物顆粒度不均致使石材表面色澤淺淡不夠鮮豔等。此外,石材為天然建材,其內部充滿微小細孔,貼掛後表面及背面易受外來的污染,導致石材基質的病變,從建築使用上之美觀與安全的角度去看,不單破壞了石材原本自然瑰麗的顏色變化,更造成建築石材施工品質安全性的問題。因此,作為建築飾面石材,首先要有良好的裝飾特性,即具備有 - 39 - 光澤絢麗的色彩和花紋,其次就是使用性能(安全特性)良好、堅固耐用不易變色、具有一定的抗壓、抗折、抗凍和吸水率低的優點。 在此針對石材的裝飾特性及安全特性進行探討,以多方面的去了解應用石材時,應如何適切地將石材的特性加以發揮,並合宜地溶入設計理念中。 , 石材裝飾特性 石材裝飾特性的優劣主要取決於石材的顏色、表 面紋路、光澤等,不應有影響美觀的氧化污染、色斑、 色線等的存在。裝飾特性良好的石材,會給人一種和 諧、典雅、高貴、豪華等美的視覺享受,其重點考量 如下, 一、表面紋路 石材的表面紋路、花紋的形成,與岩石結構 - 40 - 構造、帶色礦物或化石的分布情形有關,亦即石材形成時其內部含有其他成分的岩質,在不同的岩質併存下所呈現的紋路。一般大理石類石材的紋路質感較花崗石類的石材複雜且富變化性,主要原因在於大理石類的石材常含化石等岩質,經變質作用而形成摺皺構造、芝麻點構造等變質構造的岩石,形成具有絢麗別緻的裝飾花紋大理石。而粗粒結構的彩色花崗石,經研磨加工並拋光後,表面也顯得極有光彩,具條痕狀構造、斑狀構造、虎皮外觀構造、眼球構造等花崗石經拋光後形成各式的花紋,極具美感。 二、光澤 光澤即石材拋光面對可見光的反射能力,是決定石材品質的另一個重要指標。石材的光澤取決於組成之礦物所呈現的光澤,除了與礦物組成 - 41 - 及岩石的結構有關外,還與加工後石材鏡面的表面特性,即鏡面的平整度、組成鏡面顆粒的細度及加工時表面上發生的物理化學反應有密切的關係。因此,石材光澤的特性不單與礦物組成及岩石的結構有關,還與加工方法與加工技術有很大的關係。 三、色澤 石材的色澤是指岩石中各種礦物對不同波長的可見光,選擇性的吸收和反射,而以各種絢麗的色彩呈現出來。石材色澤的形成主要為內部組成礦物的種類及所佔有的含量比例,綜合呈現在石材表面上的結果。 石材色澤主要分為淺色與深色兩類,淺色礦物有石英、長石、似長石等,深色礦物通常含有 - 42 - 鐵、鎂,如雲母、輝石、角閃石等。其中以長石的品種對花崗石石材顏色的影響最大,一般斜長石使石材呈現白色、灰色、灰白色,正長石使石材呈各種深淡不同美麗鮮豔的紅色。石英多數為無色或白色,有時也帶白、黃、紫等色,對石材整體的顏色也有相當的影響。雲母含量較高的石材,其顏色會偏黑色或暗藍色。 大理石石材的色澤與所含礦物有關,如礦物的有色元素含量極低,石材則呈白色,含銅呈綠色或藍色,含鈷呈淺紅色,含鐵呈黃色,含錳呈現玫瑰紅色,含蛇紋石則呈現綠色或黃綠色,含石墨或有機質呈黑色或灰黑等。另外,木紋石則是由碳酸鈣再沈澱而成的一種岩石,沈澱週期內因為各種條件的變化,形成類似木紋的花紋。 - 43 - , 石材安全特性 一、耐磨性 石材的耐磨性是指抗磨損的能力,是一種反映石材研磨拋光的難易程度指標。作為鋪面的石材,因長時間受使用者的摩擦,故需要高度的耐磨性,石材的耐磨性與石材的硬度成正比。一般而言,花崗岩類石材的耐磨性較大理石類石材的耐磨性佳。 二、強度 石材的強度是指石材抵抗外力作用的能力,包括石材的抗壓、抗剪及抗拉強度。石材強度主要取決於石材的成因、石材結構構造、礦物成分、風化程度、含水率、微裂隙的發育程度及裂隙充填物的性質等等因素,同時也與測試時的條件有關。在一般結構構造等條件相同情形下,石材的 - 44 - 強度隨高硬度礦物含量的增加及密度的增加而提高,也隨礦物顆粒大小及形狀的變化而有所不同,但卻隨著石材孔隙率及吸水率的增大而降低。 三、吸水性 吸水性即石材吸收水分的性質,所含水分的多少以吸水率表示之。石材的吸水性取決於某些礦物本身的親水性能,若石材中含有蛭石、蒙脫石等膨脹性相當高的礦物時,會導致石材孔隙率增大,吸水後對石材的品質影響非常大。另外,石材吸水率與其孔隙率的大小及特徵息息相關,一般孔隙率愈大、吸水率也愈大,但對封閉的孔隙率則不一定。石材的吸水率愈低,其抗風化的能力就強,反之則弱。 四、孔隙率 - 45 - 孔隙率深深影響著石材本身的吸水率及毛細現象,即對抵抗污染率的能力有著相當大的影響,孔隙率越小水率越小,受污染的現象就越少。 五、耐酸鹼性 花崗石類的石材耐酸鹼性良好,既耐腐蝕又耐磨蝕,因此越來越多的建築物的外裝飾及地面、樓梯等皆採用花崗石。反之大理石則不耐酸鹼腐蝕也不耐磨,只能作為室內裝飾材料。 - 46 -