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1、石 材 工 艺 学,第1章 石材概论,第2章 石材矿床的勘探与评价,第3章 石材的开采工艺与设备,第4章 石材的加工工艺与设备,第5章 石材的加工工具与使用技术,前言,一.人类开采、利用石材的历史,1.新石器时代：约5万年前使用经过打磨、加工的石器作为生产工具和生活用具了。,2. 人类开采天然石材用作建筑材料：约五千多年埃及的胡夫金字塔距今约4700年。,3.石材开采方法的进步:十四世纪末期意大利开始用爆破的方法开采大理石（元朝12791368年火药传入欧洲），1800年采用普通钢绳锯，1896年使用风动凿岩机，1978年开始使用串珠式锯石机锯采石材。,二.中国石材工业发展过程,我国利用机械开
2、采和加工石材始于五十年代初期开始的。 2. 1971年我国召开第一届石材工业会议，确定了福建、山东、广东为中国石材工业基地，这次会议确立了石材做为一个产业的开端。,3.二十世纪八十年代末期到九十年代我国开始大量引进欧洲石材工业的先进设备与技术。,4.二十世纪九十年代中期开始中国石材工业的产量在世界上 名列前茅。,三. 福建省石材工业概况,产量、产值、出口额居中国首位，2004年占国际石材贸易总额的11.3%; 2007年石材业进出口贸易总额占全国的1/2。 2008年海关统计数据,福建省石材产品出口20.9亿美元,进口9.7亿美元; 福建省石材企业共6000多家,全国石材前十强已有环球石材、高
3、时石材、康利石材、万里石等企业入驻泉州，加上东升股份、华辉股份、溪石集团、东星石材等本土企业的迅猛发展，福建泉州已成为石材巨头聚集的地方。 厦门已经成为中国最大的石材进出口口岸、石材加工和贸易中心，石材进出口额占全国的60以上。连续成功举办九届的厦门国际石材展，已经发展成为亚洲第一、世界第二的名牌专业展览。,埃及胡夫金字塔,斯芬克斯狮身人面像,印度泰姬陵,赵州桥,第一章 石材概论,1.1 石材的分类与命名,1.2 石材的成分、结构与构造,1.3 石材的物理性能,1.4 石材的工业技术要求,第一节 石材的分类与命名 一.基本概念： 岩石：经地质作用形成的矿物集合体称为岩石，构成地球固体部分。（矿
4、物是在各种地质作用中形成的，在一定地质条件和物理化学条件下相对稳定的自然元素单质或化合物。） 岩石按成因分成岩浆岩（火成岩）、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆：地表下面存在的高温高压熔融的硅酸盐物质。 岩浆岩 ：由岩浆凝结形成的岩石称为岩浆岩或火成岩。岩浆岩主要由硅酸盐矿物组成。,岩浆岩体与围岩间一般都有明显的界线,岩体中常含有围岩碎块（捕虏体,岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造,地 下 深 处 的 岩 浆， 在 其 挥 发 份 和 地 质 应 力 的 作 用 下， 沿 构 造 脆 弱 带 上 升 到 地 壳 上 部 或 地 表， 岩 浆 上 升 运 移 过 程 中， 由 于 物 理 化 学 条
5、件 的 改 变， 又 不 断 地 改 变 自 己 的 成 分， 最 后 凝 固 成 岩 浆 岩,沉积岩：是在地表或接近地表的条件下，母岩由于海、河、湖等流水以及风、冰川等外力地质作用剥蚀、搬运、沉积而固结形成的岩石。,变质岩-是变质作用形成的岩石，是原来已存在的各种岩石，在特定的地质和物理化学条件下，矿物成分和组构发生变化，转化再造形成的岩石。 一般是在温度和压力升高条件下进行的，岩石基本上仍保持固态。,石材：以天然岩石为主要原材料经加工制作并用于建筑、装饰、碑石、工艺品或路面等用途的材料，包括天然石材和人造石材。（天然石材术语GB/T 138902008 ）。 天然石材 natural st
6、one ：经选择和加工成的特殊尺寸或形状的天然岩石，按照材质主要分为大理石、花岗石、石灰石、砂岩、板石等，按照用途主要分为天然建筑石材和天然装饰石材等。 （天然石材在加工期间使用水泥或合成树脂密封石材的天然空隙和裂纹，未改变石材材质内部结构，仍属于天然石材范畴） 二.天然石材的分类 各个行业存在多种分类方法，按成因和商业品种有,(1)、大理石marble ：商业上指以大理岩为代表的一类石材，包括结晶的碳酸盐类岩石和质地较软的其他变质岩类石材。如大理岩、白云岩、蛇纹岩、镁橄榄石矽卡岩等。 特点：花色绚丽、装饰性能好； 硬度低（摩氏硬度33.5） 抗折、抗压、抗撞击强度均低于花岗石 耐酸性差、耐候
7、性差,（2）花岗石granite ：商业上指以花岗岩为代表的一类石材，包括岩浆岩和各种硅酸盐类变质岩石材。如辉长岩、辉绿岩、闪长岩、正长岩、流纹岩、混合岩、片麻岩、角岩等 特点：花色均一、可拼性好； 硬度高（莫氏硬度6） 抗压、抗折、抗撞击强度高 化学稳定性强，具有良好的耐酸、碱性和 耐候性。,（3）板石slate ：商业上指易沿流片理产生的劈理面裂开成薄片的一类变质岩类石材。如板岩、片岩、千枚岩、页岩、变粒岩等。 特点：劈裂性好、无须锯切 颜色均一 硬度较高（莫氏硬度4.55.5） 抗折、抗撞击强度高 耐酸、碱性强 吸水率较高,（4）砂岩sandstone ：商业上指矿物成分以石英和长石为主
8、，含有岩屑和其他副矿物机械沉积岩类石材。粒度为0.0632mm的以泥质或钙质胶结的沉积岩。 特点：亚光、吸水率高； 多使用自然面，立体感较强； （5）石灰石 limestone：商业上指主要由方解石、白云石或两者混合化学沉积形成的石灰华类石材。,#（6）石英岩：石英含量85%的变质岩，常具有粒状变晶结构。包括石英岩和石英片岩以及浅色麻粒岩。 特点：浅色、具较强的光反射性能、多使用自然面，具有良好的立体感；硬度高（莫氏硬度7）、强度高、化学稳定性高。,三.石材的命名 1.石材命名的类型 （1）花纹形象：海浪花、夜雪、夜玫瑰、 满天星、树挂冰花 （2）花纹形象颜色：虎皮黄、白海棠 （3）颜色：桃红
9、、咖啡 （4）地名颜色：杭灰、莱阳绿、福鼎黑、 永定红、宝兴白 （5）地名花纹：五莲花、连城花,石材图谱实例,海浪花,凤羽花,啡贝花（海贝花),树挂冰花,木纹石,螺丝转,红皖螺,珊瑚红,白海棠,杭灰,四.石材的编号 （1）贸易编号：1河北，2辽宁，3山东， 4广东，5广西，6福建 （2）企业编号： 新同达公司编号：NW1018、NW2029 仁兴公司编号：JS2133、JS1532 （3）统一编号：天然石材统一编号国家标准 石材品种的统一编号划分为5大类，即花岗石（G）、大理石（M）、石灰石（L）、砂岩（Q）、板石（S）；统一使用四位数编码，每个石材品种的四位数编码是唯一的，取消了原标准中按种
10、类分别编码的方法；编码的前两位是地区编码，增加了台湾和港澳地区，后两位品种顺序编码由十进制数改为十六进制数，即数字0-9和字母A、B、C、D、E、F，可容纳256个品种；增加了产地地名和英文名称。,第二节 石材的成分、结构与构造 一.石材的成分 1.花岗石的主要矿物：长石、石英、辉石、角闪石、黑云母 石英、长石为浅色矿物,辉石、角闪石、黑云母、橄榄石为暗色矿物 2.大理石的主要矿物：方解石、白云石、,硫化物矿物（黄铁矿）、易剥落的片状矿物（绿泥石、滑石、云母、石墨）、易溶的盐类矿物（石盐）、硬度差异较大的矿物（如大理石中的石英、燧石等高硬度矿物）、影响石材装饰性的矿物集合体（如花岗石中的捕虏体
11、、析体、包裹体）,二.石材中的有害成分,三.石材的结构与构造 1. 结构：由组成石材的矿物的结晶程度、颗粒大 小、形态以及矿物之间的相互关系所表 现出来的特点。 2. 构造：岩石中各种矿物集合体的空间分布和排 列方式。,根据结晶程度，按照岩石中结晶组分与非结晶组分的含量可以分为全晶质结构、半晶质结构和玻璃质结构，岩石的结晶程度越高光泽度也越高，石材的花纹也越具立体感。,四.影响石材花色品种的因素 1. 矿物成分：花岗石的颜色主要取决于长石的种类、形态和数量.不同品种的长石呈现不同的颜色。 2. 杂质成分：大理石的颜色主要决定于岩石中 的杂质成分与含量。 Fe3+红、黄色 Fe2+蓝、绿色 C
12、黑色,3. 岩石的结构与构造：形成石材的花纹 斑状、似斑状构造形成粗花、大花的花纹， 如啡钻。 条带状、片麻状构造形成麻石和幻彩系列品 种，如幻彩红、蓝麻石 细晶结构颜色均一、花纹协调，如宝兴白、 山西黑 4. 特殊矿物产生的特殊光学效果变彩效果，如 拉长石的变彩、阳起石的变彩效果，蓝珍珠、 绿星、夜玫瑰、大黑冰花 5.图谱实例：,斑状、似斑状、粗粒的花岗石(芬兰啡钻),具变彩光学效果的石材(蓝珍珠-拉长石晕彩),具条带状构造的花岗石(越南龙眼石),摩洛哥的凯撒黑,咖啡,第三节 石材的物理性能 一.颜色 1.石材的致色机理： （1）自色：由矿物的成分、结构所决定，是光波与矿物晶格中的电子相互作
13、用的结果。它可以是晶格中金属阳离子内部的电子跃迁或离子间电子的转移，也可以是不同能带间电子跃迁吸收了能量而呈现的颜色。 石材的特殊颜色很多是由于色心而致色。 （2）他色：石材因含外来杂质所引起的颜色。 （3）假色：由矿物内部的微裂隙、节理或包裹体引起光的干涉所呈现的颜色,2.石材的褪变色现象与原因 （1）现象：光泽红G683、G687桃花红 、G696永定红 、G611虎贝 、 G439大白花的褪变色现象 （2）原因：高、低陷阱对石材颜色稳定性的影响。（60Co辐射） （3）防护与应用： 3.长石的种类与数量对花岗石颜色的影响 钾长石：肉红色和灰白色 斜长石：酸性灰白 基性多呈深黑色 中性灰黑
14、色,二.光泽 1. 基本概念：石材表面对可见光的反射能力 2. 影响因素： （1）颜色 （2）结晶程度 （3）透明度 （4）结构 （5）加工效果：工艺、设备、材料 3.测定方法 4.小结：细粒结构、透明度差、结晶程度高、 暗色矿物多的石材光泽度高。 如：山西黑、墨玉的光泽度可达100度以上。,三.硬度 1. 基本概念：定义、研究意义、测定方法 2. 影响因素：成分、结构、构造 3. 肖氏硬度（HS）与锯耗的关系 4. 石材的硬度： 花岗石HS 6090 大理石HS 3555 5. 石材的硬度与加工性能和使用性能的关系 6. 实例：山西黑与墨玉、九龙璧,四. 强度：包括 抗压、抗折、抗拉、抗撞击
15、等,1.基本概念 抗拉强度(tensilestrength):材料在拉断前承受最大应力值。 抗折强度（或称抗弯强度）：当外力与物体轴线相垂直,物体受外力作用后先呈弯曲到折断瞬间的极限抵抗能力。 抗压强度：把试样的加压至破裂所需要的应力。石材的抗压强度大，抗拉强度只有它的十分之一到二十分之一。,2 .研究意义：石材是各向异性体，影响开采加工和使用 3. 影响因素：矿物成分、结构构造、风化程度、 含水率、微裂隙发育程度、锯切方向,4. 实例：咖啡与咖啡条、G682与珍珠白、汉白玉与水晶白、山西黑与G654,3.小结：新鲜干燥的、成分单一的、致密、细粒结构的、不含微裂隙的平行大面锯切的石 材强度较高
16、。,几种主要岩石的物理力学性能,五.耐磨性：石材抵抗磨损的能力 1. 影响因素（成分、结构） 2. 测量与表示方法：研磨率：M=G/A 一定面积大小的试样在一定压力下经过一定次数的研磨后，试样所失去的重量G与试样截面积A之比 3. 研究意义 石材的耐磨性影响其使用与加工 六.体积密度 1. 影响因素（成分、孔隙率、风化程度） 2. 标准：大理石2.6 花岗石2.5 3.研究意义：贸易参数、运输成本、风化程度,七.吸水性 1. 影响因素：孔隙率与孔隙特征 2. 对使用性能的影响：抗污、抗冻、强度、 耐久性 3. 标准：大理石0.75% 花岗石1.0% 吸水率0.5%时应进行抗冻性检测，经25次 冻融循环后强度损失25%的为合格。 4.石材的防水处理 5.实例：珍珠白、G654、山西黑
