石材由于其天然形成的特性和以多种化合物形态伴生的原因,决定了它会在所处的环境中发生病变和风化破坏,这是它的内因所致。另一方面,环境的变坏如酸雨、污染、潮湿等也是导致和加快石材出现各种问题和病变的主要原因。这些问题和病变的后果是严重的。从古代石质文物的自然风化破坏,到现今建筑石材出现的各种自然损坏和病变,造成的损失是巨大的。那么,如何对此进行有效的防范,最大限度的避免和控制这些损坏和病变的发生,就愈来愈显得重要。
不同的装饰石材具有一些不同的自然属性,像不同的矿物质,不同的强度和硬度,不同的吸水率,不同的耐候性等等。首选我们要了解石材理化性能与病变的联系,进而便可以科学地找出二者之前的关系。
一、来自石材内部的原因
1. 石材的内部结构构造:石材天然存在的微孔隙
1) 花岗石(火成岩)主要由石英、长石和云母等组成,其凝固点分别为1723℃、1100℃和 900℃ 左右,当岩浆凝固成岩石时,会发生相的分裂,自然形成颗粒和孔隙结构。
2) 大理石(沉积岩和变质岩)在地质沉积和重结晶时形成的颗粒和孔隙。
3) 其他天然石材大部分都有类似的颗粒和孔隙结构。
石材中天然存在的这种微裂纹和孔隙结构,天长日久会吸附空气中的细小尘埃和污物,由于毛细作用而慢慢渗入石材内部,从而大大地降低了石材的装饰性能和使用寿命。石材颗粒越小,孔隙率越高,毛细渗透作用和表面吸附作用就越强。石材的微孔隙结构是产生多种石材病变的主要原因。
2. 相对复杂的化学成分:
石材的成分比较复杂,有些成分化学性质不稳定,容易与外界环境的物质发生作用,使石材产生侵蚀或变异现象。
1) 石材的含铁量与锈黄斑有直接关系:石材一般都不同程度地含有铁的成分,受到潮气的侵蚀会产生锈黄。石材中的含铁量越高,锈黄越容易产生。
2) 石材的钙质成分(大理石、白云石、灰岩等)与吐粉和起壳剥落等现象直接有关:大多数天然大理石的主要成份为碳酸盐,如碳酸钙和碳酸镁,还有少量的碱性氧化物。碳酸钙和碳酸镁是相对比较稳定的化合物,但某些碱性氧化物的化学性质不稳定,在潮湿的环境下,易与空气中的酸性氧化物如二氧化碳、二氧化硫、三氧化硫、二氧化氮等发生化学反应而改变大理石内部的物理结构,轻者会使石材表面失去光泽,甚至颜色褪变,出现斑痕,重者会使天然石材硬度下降,表面风化剥落。
3) 硅酸盐矿物容易遭到碱性物质的破坏,而碳酸盐矿物极易遭到酸性物质的腐蚀。
二、 来自石材外部的原因
产生石材病变的外部原因很多,如开采加工和储运过程中维护不当、安装石材所用的粘结材料的影响和自然环境因素等等。
1. 开采加工的影响
如石材的裂纹可能与开采方法不当有关;加工所用的铁质工具也可能为石材产生锈黄而留下隐患,不适当的石材冷却液或许会污染石材。
2. 储运过程的影响
储运过程中如果维护不当,所用包装材料也会使石材产生锈斑及草绳黄等污染。
3. 安装施工工艺和粘结材料的影响
如果安装石材时采用水泥砂浆粘贴的湿贴法施工,则水泥中的碱性可溶性物质会因雨水的侵蚀而沿着石材的毛细孔渗出到表面,而碱性化合物如Ca(OH)2、Mg(OH)2等会与空气中的氧化物如CO2、SO2、SO3等发生化学反应,生成CaCO3、CaSO4在石材表面结晶,形成盐析泛碱现象。
由于水泥水化后生成的某些盐类具有吸湿性,渗入石材后会吸收空气中的水分而在石材表面形成水斑,严重影响美观。
使用不当的粘贴材料,如某些石材粘贴胶,也可能使石材产生黄变。
4. 环境因素的影响
环境因素包括环境污染、酸雨侵蚀及冰冻破坏等。自然环境中受污染的空气、酸雨和其他一些人为的污染物都会对石材造成污染和腐蚀。另外,冰冻破坏也是一个不可忽视的环境因素,因石材都具有吸水性(即使是采用干挂施工的石材),在寒冷的冬天,因冰冻而加速其风化过程,使其强度降低,不仅影响使用寿命,还会威胁到人身安全。