石材的結構構造與吸水機制

一、石材的結構構造

從地質學的角度分析，石材包括成因、成分、結構、理化特性等方面，為了更好、更直觀地將石材的諸多特性與石材護理各有關方面相聯系，我們從材料學的角度將石材簡單地分為膠結料、集料和孔隙三部分,即石材是由膠結料、集料和孔隙三部分組成的。其中,重要膠結料包括碳酸鹽（如CaCO3)、硫酸鹽（如CaSO4)、硅酸鹽（如3CaO?SiO2?H20)、鋁酸鹽（如3CaO?A12O3?H20)、鐵鹽(如4CaO?A12O3?Fe2O3?H20)等，重要集料包括石英砂SiO2、石灰巖砂CaCO3、纖維、玻璃纖維、輕集料、黏土、陶粒、珍珠巖等，孔隙包括微孔隙（r<10-7m)、毛細孔隙（KT7m<r<10-4m)、氣孔隙（r>10-4，m)。

二、石材孔隙

石材內部的孔隙多種多樣，按孔的大小即孔徑可分為微孔隙、毛細孔隙和氣孔，其孔徑由小到大。通過觀察分析，按孔隙的形狀將石材內部的孔隙歸納為以下幾種:貫穿性孔隙、氣孔隙和憎水性氣孔隙、與氣孔隙連接的毛細孔隙、封閉性孔隙、盲孔隙、瓶頸式孔隙以及連接孔隙等。參考形狀見圖1-1。

三、石材的吸水機制

石材的吸水機制與石材的孔隙密切相關，石材孔隙的直徑決定了石材的吸水機制。石材液態水的吸收機制是主動式自愿充填孔隙毛細水和被迫充填孔隙滲流水。而石材氣態水的吸收機制是當空氣相對濕度為100%時的凝結作用、空氣相對濕度小于100%時的毛細凝結作用，以及空氣相對濕度大于50%時的吸濕作用（與石材鹽含量有關）。由于石材存在著多種孔隙，會吸收多種狀態的水，如液態水和氣態水，而且會以不同形式吸收，如主動式的和被動式的。吸水機制與孔隙的關系見表14。

上面闡述的是石材的吸水機制，從中可以看出石材吸水的模式。石材吸水是隨著石材孔徑由小變大而由兩種模式變為四種模式，石材吸水難易程度由難到易。而影響石材的吸水多少即吸水率，主要與石材的孔隙率、孔徑的大小、孔隙的形態等因素有關。如石材的孔隙率髙，其吸水率就大;石材孔隙的直徑大，其吸水率就大，且速度快;石材貫穿性孔隙發育，其從背面及側面的吸水率就大，但干燥的速度也快。石材的氣孔隙、與氣孔隙連接的毛細孔隙、盲孔隙和連接孔隙發育，其吸水率及吸水量就大。

四、石材吸水后的病害

水是石材最主要的病害或誘因，石材由于吸收水會產生凍融病害、水力膨脹與收縮、微生物附生、水溶性污染物的污染等。石材由于吸收水及溶于水中的有害物質（水溶性鹽及氣體)會產生鹽結晶病害、鹽水解病害，提髙了由于吸濕作用而產生的平衡水蒸氣含量，還會產生凍融鹽病害以及由于膠結料化學轉變形成可溶性鹽而減少膠結料含量等病害。