石材構材基礎知識及應用性

一般商業上我們使用的石材廣義上泛指天然產生,並具有經濟價值的岩石,可能包含花崗石、大理石、玉石、石灰石、卵石、板岩、砂岩、石英岩、寶石等等。其中花崗石、大理石、石灰岩(萊姆石) 、蛇紋岩、玉石 、砂岩、石英岩、板岩等被廣泛應用到建材上。

由於石材種類繁多,名稱上通常簡略地將硬度較高的都歸類成花崗石硬度低的歸類成大理石;此外還有片狀的板岩類(含砂岩、石英岩等)。

就岩石學的觀點,自然界的岩石依照成因,大致上可以分類為三類:火成岩沉積岩變質岩

火成岩係指由岩漿凝固而成的岩石。

沉積岩岩石的風化產物(碎屑)和一些火山噴發物,經過水流或冰川的搬運、沉積、成岩作用形成的岩石,通常以形成於海底的數量最多。

變質岩無論是何種岩石受到温度、壓力、應力、化學作用,改變原有的礦物組成或是結構而成的新型岩石。

岩石是由礦物所組成,一種岩石中通常由一種以上的礦物所組成。理論上我們以簡易的莫氏硬度來判斷單一礦物(或是單一均質物體)的硬度,無法以莫氏硬度定義岩石。但是實務上,為求簡便,我們仍然以莫氏硬度來大略定義岩石的硬度。莫氏硬度並不代表比例關係,僅是相關軟硬的比較。例如金剛石的硬度實際上比剛玉高出數十倍。

通常上我們說「XX石」指的是礦物,而「XX岩」指的才是岩石(大理石除外)。例如蛇紋岩主要礦物是蛇紋石。因此花崗石在學理上是花崗岩,其餘類推。針對於上述各種岩石簡介如下:

1、花崗岩
花崗岩是由地底深處的岩漿經歷數萬年甚至百萬年的緩慢冷卻而形成,並未噴出地表(噴出地表的岩石通常由於冷卻速度太快,所形成的晶體通常極小,肉眼甚至不容易分辨,稱為噴出岩或火山岩)。
花崗岩的主要礦物組成通常是石英、長石、角閃石、輝石與黑雲母等矽酸鹽。

也由於其為矽酸鹽類,所以具有比較好的硬度與抗酸蝕能力。其組織(結構)通常以鑲嵌狀為其特徵,因此其強度通常也較高。目前應用最廣的岩石是花崗石,適用於大樓之內外建材。目前市面上種類很多,主因是花崗石質硬、光亮、耐磨、耐酸鹼、價格合理、可做光面、燒面、蘑菇面、荔枝面、水沖面等等各種表面。


▲黃金鑽花崗石

2、安山岩
安山岩是一種中性的噴出岩,結晶顆粒小。礦物組成為斜長石、黑雲母、輝石與角閃石以及少量石英。是造山帶常見的岩石。觀音山石以及麥飯石都屬此類。除了作為建材之外,由於噴出岩常具有較高的孔隙,水份容易進出,因此可應用於濾心器中作為離子交換作用。

3、玄武岩
大部份海洋地殼皆由玄武岩構成,通常成為多孔狀或是孔隙被其他礦物充填。為一種基性岩,礦物組成與輝長岩類似,主要為角閃石、輝石、長石、石英等。不同的是玄武岩為噴出岩,冷卻速度較快,礦物結晶較小。

4、礫岩
礫岩是碎屑岩中最粗粒的一種,通常是陸地上不同種類的原岩經風化作用破碎,搬運滾動,並在河道中堆積而成。由於礫石相當重,只有河流流速很大才能搬動,而且搬運的距離並不會太遠,難以達到海洋,因此礫岩通常代表的是陸相沉積(一般常見的沉積岩大部份都是在海裡面生成)。礫岩的膠結不好,強度低。石材中常見的礫岩通常都經過程度不同的變質作用,使它的強度提高。

5、砂岩(或粉砂岩)
陸地上岩石會被風化成為各種碎屑,其中最穩定的礦物就是石英,石英砂通常不會被磨損成太小顆粒,當這些石英砂被搬運到河口或是淺海時,因顆粒大就會沉積而成為砂岩。通常砂岩因膠結物或是地下水作用而含有各種不同元素而呈現不同顏色。砂岩的硬度或強度或是化學穩定度在沉積岩中屬於相當強的,但是作為石材其強度就略顯不足。

6、泥岩與頁岩
太軟不適合作為石材。

7、石灰岩(萊姆石)
石灰岩是一種沉積岩,主要成份方解石(CaCO3),也含有一些白雲石或是一些黏土礦物。成因上有很多種,可能由鈣質碎屑沉積、生物沉積或是化學沉積(石灰華,Travertine)等等作用形成。石灰岩分布廣泛,容易開採。可作為水泥材料或是建材,但作為建材時,可能必須注意由於其再結晶作用不明顯,強度與化學性質常比大理石差。


▲黃金木化石

8、板岩
是一種由泥岩或頁岩變質而成的岩石,礦物組成與泥岩或是頁岩類似,主要還是石英與一些雲母類的礦物組成。由於再變質作用同時受到壓力的影響,雲母類的片狀礦物重新排列成同一方向,因此容易沿單一方向裂開,這種現象通常稱為片理,而在板岩中特稱為「劈理」。

板岩的應用通常作為景觀石材使用。另一種表面可看到亮晶晶的雲母礦物的板岩(例如滿天星),是一種變質度更高一些的「千枚岩」。

9、片岩
片岩的變質程度較板岩高,其中的礦物顆粒較大,可以肉眼辨視部份礦物的種類,其葉理面略帶曲度,在片岩中稱為「片理」構造。不過石材上可應用的片岩,片理不能太發達,例如九龍壁玉石,其片理就不發達,它是極細粒的泥質沉積物與火山噴發物混合變質而成,由於其矽質相當高,因此也已經接近石英岩。

10、大理石
大理石是由石灰岩變質而成,故又名變質石灰岩或結晶石灰岩。主要組成礦物為方解石(CaCO3碳酸鈣),因此不耐酸。純的大理石為白色,但也常具有各種顏色花紋,是其他礦物、生物遺跡形成的顏色與紋路。由於大理石在變質作用的同時遭遇到相當高的溫壓,因此相當容易受到變形,所形成的紋路也就更多變。

大理石的種類繁多,各種類均有其獨特的花色以及形成原因,難以一言以蔽之。大理石的應用目前主要是在於內裝,以光板最多,由於都是以儘2、3公分厚的石板貼皮,需要勤保護養護。但是許多歐洲建築均以大理石作為室外建築的主要材料,且歷經千年不衰。


▲雲多拉灰大理石

11、蛇紋岩
蛇紋岩是由來自上部地函的超基性岩石(如橄欖石)經熱水蝕變而來,是一種緻密狀,並常帶有條紋的岩石,通常由纖維狀的蛇紋石形成紋脈。因此是我們目前所知來源最深的石材。

主要礦物組成為纖維狀蛇紋石、柘榴子石、輝石、角閃石等矽酸鹽類,化學性質較大理石穩定,硬度不高。為台灣主要的變質岩石材之一。