石材工艺学第一章石材概论课件

石石 材材 工工 艺艺 学学第第1章章石材概论石材概论第第2章章石材矿床的勘探与评价石材矿床的勘探与评价第第3章章石材的开采工艺与设备石材的开采工艺与设备第第4章章石材的加工工艺与设备石材的加工工艺与设备第第5章章石材的加工工具与使用技术石材的加工工具与使用技术1前言前言一一.人类开采、利用石材的历史人类开采、利用石材的历史1.1.新石器时代新石器时代：约：约5 5万年前万年前使用经过打磨、加使用经过打磨、加工的石器作为生产工具和生活用具了。工的石器作为生产工具和生活用具了。2.2.人类开采天然石材用作建筑材料：人类开采天然石材用作建筑材料：约五千多约五千多年年埃及的胡夫金字塔距今约埃及的胡夫金字塔距今约47004700年。年。3.3.石材开采方法的进步石材开采方法的进步:十四世纪末期意大利开始十四世纪末期意大利开始用爆破的方法开采大理石（元朝用爆破的方法开采大理石（元朝1279127913681368年火年火药传入欧洲），药传入欧洲），18001800年采用普通钢绳锯，年采用普通钢绳锯，18961896年年使用风动凿岩机，使用风动凿岩机，19781978年开始使用串珠式锯石机年开始使用串珠式锯石机锯采石材。锯采石材。2二二.中国石材工业发展过程中国石材工业发展过程1.1.我国利用机械开采和加工石材始于五十年代初期开我国利用机械开采和加工石材始于五十年代初期开始的。始的。2.19711971年我国召开第一届石材工业会议，年我国召开第一届石材工业会议，确定了福建、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。石材做为一个产业的开端。3.3.二十世纪八十年代末期到九十年代我国开始大量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。引进欧洲石材工业的先进设备与技术。4.4.二十世纪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。名列前茅。3三三.福建省石材工业概况福建省石材工业概况产量、产值、出口额居中国首位，产量、产值、出口额居中国首位，20042004年占国际石年占国际石材贸易总额的材贸易总额的11.3%;200711.3%;2007年石材业进出口贸易总额年石材业进出口贸易总额占全国的占全国的1/21/2。20082008年海关统计数据年海关统计数据,福建省石材产福建省石材产品出口品出口20.920.9亿美元亿美元,进口进口9.79.7亿美元亿美元;福建省石材企业共福建省石材企业共60006000多家多家,全国石材前十强已有环全国石材前十强已有环球石材、高时石材、康利石材、万里石等企业入驻球石材、高时石材、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，石材等本土企业的迅猛发展，福建泉州已成为石材福建泉州已成为石材巨头聚集的地方。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工和贸易中心，石材进出口额占全国的，石材进出口额占全国的6060以上。以上。连续成功举办九届的厦门国际石材展，已经发展成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。为亚洲第一、世界第二的名牌专业展览。4四、石材的用途四、石材的用途石材是人类发现的最优良的建筑材料之一石材是人类发现的最优良的建筑材料之一 在艺术装饰、生活用具、化工、机械、工业、在艺术装饰、生活用具、化工、机械、工业、农业等领域的许多方面仍然具有其他材料所不农业等领域的许多方面仍然具有其他材料所不可替代的优良性能可替代的优良性能 5埃及胡夫金字塔埃及胡夫金字塔 6斯芬克斯狮身人面像斯芬克斯狮身人面像 7印度泰姬陵印度泰姬陵89赵州桥赵州桥 10111213第一章 石材概论1.1 1.1 石材的分类与命名石材的分类与命名1.2 1.2 石材的成分、结构与构造石材的成分、结构与构造1.3 1.3 石材的物理性能石材的物理性能1.4 1.4 石材的工业技术要求石材的工业技术要求14第一节第一节石材的分类与命名石材的分类与命名一一.基本概念基本概念：岩石岩石：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。岩浆岩浆：地表下面存在的高温高压熔融的硅酸盐物质。：地表下面存在的高温高压熔融的硅酸盐物质。岩浆岩岩浆岩：由岩浆凝结形成的岩石称为岩浆岩或火成岩。：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。岩浆岩主要由硅酸盐矿物组成。15岩浆岩体与围岩间一般都有明显的界线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岩浆岩中有一些特有的矿物和结构构造地地 下下 深深 处处 的的 岩岩 浆，浆，在在 其其 挥挥 发发 份份 和和 地地 质质 应应 力力 的的 作作 用用 下，下，沿沿 构构 造造 脆脆 弱弱 带带 上上 升升 到到 地地 壳壳 上上 部部 或或 地地 表，表，岩岩 浆浆 上上 升升 运运 移移 过过 程程 中，中，由由 于于 物物 理理 化化 学学 条条 件件 的的 改改 变，变，又又 不不 断断 地地 改改 变变 自自 己己 的的 成成 分，分，最最 后后 凝凝 固固 成成 岩岩 浆浆 岩岩 16沉积岩沉积岩：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。17 石材石材：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。（天然石材术语天然石材术语GB/T138902008）。天然石材天然石材naturalstone：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）二二.天然石材的分类天然石材的分类 各个行业存在多种分类方法，按成因和商业品种有各个行业存在多种分类方法，按成因和商业品种有18 (1)(1)、大理石、大理石marble：商业上指以大理岩为代表的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。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、耐候性差19（2 2）花岗石）花岗石granite：商业上指以花岗岩为代表的一类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。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。20（3 3）板石）板石slate：商业上指易沿流片理产生的劈理面裂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。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212223（4）砂岩砂岩sandstone：商业上指矿物成分以石英和长商业上指矿物成分以石英和长石为主，含有岩屑和其他副矿物机械沉积岩类石材。石为主，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 5）石灰石石灰石limestone：商业上指主要由方解石、白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云石或两者混合化学沉积形成的石灰华类石材。24#（6 6）石英岩）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。2526三三.石材的命名石材的命名 1.1.石材命名的类型石材命名的类型 （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、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27石材图谱实例海浪花海浪花28凤羽花29啡贝花（海贝花啡贝花（海贝花)30树挂冰花树挂冰花31木纹石32螺丝转33红皖螺红皖螺 34珊瑚红珊瑚红35白海棠白海棠36杭灰37四四.石材的编号石材的编号（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：天然石材统一编号天然石材统一编号国家标准国家标准 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。38第二节第二节石材的成分、结构与构造石材的成分、结构与构造一一.石材的成分石材的成分1.花岗石的主要矿物：长石、石英、辉石、角闪石、黑云母石石英英、长长石石为为浅浅色色矿矿物物,辉辉石石、角角闪闪石石、黑黑云云母母、橄橄榄榄石石为为暗暗色色矿物矿物2.大理石的主要矿物：方解石、白云石、39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、析体、包裹体）二二.石材中的有害成分石材中的有害成分40三三.石材的结构与构造石材的结构与构造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。体感。4142四四.影响石材花色品种的因素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 黑色433.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：44斑状、似斑状、粗粒的花岗石(芬兰啡钻芬兰啡钻)45464748具变彩光学效果的石材(蓝珍珠-拉长石晕彩拉长石晕彩)49具条带状构造的花岗石(越南龙眼石越南龙眼石)50摩洛哥的凯撒黑摩洛哥的凯撒黑51咖啡52第三节第三节石材的物理性能石材的物理性能一一.颜色颜色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532.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色54二二.光泽光泽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。55三三.硬度硬度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56四四.强度：强度：包括包括抗压、抗折、抗拉、抗撞击等抗压、抗折、抗拉、抗撞击等1.1.基本概念基本概念抗拉强度(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。2.2.研究意义研究意义：石材是各向异性体，影响开采加工和使用3.3.影响因素：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57 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G6543.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。58几种主要岩石的物理力学性能几种主要岩石的物理力学性能岩石岩石类型类型密密 度度孔孔 隙隙 率率（%）吸吸 水水 率率（%）硬度硬度 （HsHs）磨磨 损损 率率 （g/g/）抗压强度抗压强度（MPaMPa）抗折强度抗折强度（MPaMPa）花岗岩花岗岩2.552.552.652.650.50.53.653.650.150.151.251.2585851001000.200.200.650.6598983203209.19.13939闪长岩闪长岩2.802.802.932.930.70.72.352.350.150.151.101.10707085850.300.300.800.8012512531031014145555玄武岩玄武岩2.802.802.952.950.100.101.501.500.100.100.500.50656590900.350.350.850.8511511534034014145555辉长岩辉长岩2.952.953.033.030.300.302.232.230.100.100.600.60656590900.350.351.001.0012012032032010105050片麻岩片麻岩2.642.643.353.352.642.643.353.350.100.101.001.00757597970.150.150.950.951501502602608.58.52222正长岩正长岩2.602.602.652.650.300.303.363.360.100.100.950.95858595950.300.300.750.7595953003009.59.53535大理岩大理岩2.402.403.203.200.600.602.302.300.500.501.501.50404060603.03.05.55.570702452454.54.52828灰灰 岩岩2.702.702.922.920.260.263.603.600.500.501.501.50404065652.52.55.55.540402602603.53.53535板板 岩岩2.702.702.902.900.100.104.204.200.500.502.502.50454560600.850.851.551.55140140210210353511511559五五.耐磨性：耐磨性：石材抵抗磨损的能力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：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六六.体积密度体积密度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2.53.研究意义：贸易参数、运输成本、风化程度60七七.吸水性吸水性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、墨玉、G682的吸水率与使用性能。61八八.耐酸、碱性耐酸、碱性1.影响因素：矿物成分和化学成分2.研究意义：对使用性能和要求的影响3.实例：汉白玉与宝兴白6263 1.1.产生放射性的原因产生放射性的原因:天然岩石因含有天然放射天然岩石因含有天然放射性核素而具有天然放射性性核素而具有天然放射性 2.2.检测方法与标准检测方法与标准 天然放射性元素属于微量元素，在岩石中分天然放射性元素属于微量元素，在岩石中分布极不均匀，即使同一品种的石材产品也会由于布极不均匀，即使同一品种的石材产品也会由于开采的坑口不同，开采的时间不同而有差异，因开采的坑口不同，开采的时间不同而有差异，因此需对市场流通的石材产品进行放射性分类检测。此需对市场流通的石材产品进行放射性分类检测。九九.放射性放射性64石材放射性石材放射性放射性类别（类）IRa内照射指数Ir外照射指数使用范围A1013不受限制B1319不可用于住宅等I类民用建筑的内饰面C28只可用于建筑物的外饰面和室外其他用28只可用于碑石、海堤、桥墩等人类很少涉及到的地方656667第四节第四节 石材的工业技术要求石材的工业技术要求一一.可使用性可使用性1.影响石材可使用性的因素：成分结构构造加工技术使用环境与条件要求2.评价依据：（1）装饰性：由石材的颜色、花纹、加工效果以及天然缺陷等所反映出来的外观效果的综合。（2）物理性能（3）使用环境与要求68二二.石材的成材性石材的成材性1.定义：从从矿矿床床中中开开采采出出一一定定数数量量的的荒荒料料并并加加工工成成一一定定规规格格的的合合乎乎要要求求的的石石材材制制品品的的可可能能性性。它包含两个指标：荒料率与成材率荒料率与成材率。（1 1）荒荒料料率率：在在一一定定的的开开采采范范围围内内采采出出的的合合乎乎规规格尺寸的荒料体积与该范围内原矿体积之比。格尺寸的荒料体积与该范围内原矿体积之比。荒料率随所需要荒料的规格尺寸而变化。荒料率随所需要荒料的规格尺寸而变化。69（2 2）最低荒料率：在一定的开采范围内，保证取）最低荒料率：在一定的开采范围内，保证取得一定利润时对采出荒料量的最低比例要求。得一定利润时对采出荒料量的最低比例要求。最低荒料率最低荒料率N=N=其中：其中：C C开采成本，开采成本，A A荒料价格，荒料价格，R R税率税率 B B其他费用，其他费用，K K盈利指标盈利指标（3 3）成材率：单位体积的荒料与其所加工成成品）成材率：单位体积的荒料与其所加工成成品的石材体积之比。的石材体积之比。702.影响成材率的因素：荒料的天然缺陷（裂纹、色斑、色线、孔洞如虎贝G611）加工设备、加工工艺、加工技术三三.石材的可加工性石材的可加工性主要包括石材的可锯性和磨抛效果，它主要决定于石材的矿物成分和结构构造。例如，墨玉、九龙璧、咖啡条的可锯性；白珍珠、万年青的可磨抛性；辉绿岩与广西红的可雕刻性。71四四.国际市场对石材的工业技术要求国际市场对石材的工业技术要求1.对荒料规格的要求与大型自动化设备相适应2.不同国家、不同地区、不同民族、宗教信仰的人民对石材的花色品种有不同的爱好3.对石材物理性能的要求日益增强4.对加工精度、规格尺寸、加工质量的要求日益严格5.对石材优化处理的要求日益增多6.对石材复合板、超薄板、大板、透光板等新材料的要求日益增多。72五五.石材的工业技术要求随其用途的变化而改变石材的工业技术要求随其用途的变化而改变如：摩擦系数、热传递系数、热膨胀系数、导磁性、电阻率、抗冻性、吸水率、耐酸碱性、放射性。73本本 章章 要要 求求二、掌握石材的商业分类以及二、掌握石材的商业分类以及花岗石和大理石的成分、花岗石和大理石的成分、性能特点等；性能特点等；三、石材的物理化学性质三、石材的物理化学性质硬度、硬度、颜色、光泽度、强度、体积密度、吸水性、耐磨颜色、光泽度、强度、体积密度、吸水性、耐磨性、放射性、耐酸耐碱性性、放射性、耐酸耐碱性。一、基本概念：石材、花岗石、大理石、板石、石灰石、一、基本概念：石材、花岗石、大理石、板石、石灰石、荒料率、最低荒料率荒料率、最低荒料率、成材率、成材率74四、石材矿床的评价要点四、石材矿床的评价要点四、掌握影响石材花色品种、四、掌握影响石材花色品种、影响光泽度影响光泽度的因素。的因素。75