石材特性之石材的强度

　　石材的强度是指石材抵抗外力作用的能力。包括抗压、抗剪、抗拉、弯曲强度。石材的强度主要取决于岩石的成因、矿物成分、样式结构构造、风化程度、含水率、微裂隙的发育程度及裂隙填充物的性质等因素，同时也与测试时的条件有关。

一、抗压强度

　　石材的的抗压强度是指在无侧束状态下（unconfined）所能承受的最大压力，通常以每平方公分多少公斤，或每平方英寸多少磅。换言之，它指把岩石的加压至破裂所需要的应力。

　　欲想了解石材的特性，和在工程上是否适用时，必须先作岩石的力学强度试验。强度试验中最主要为抗压强度的试验。

　　岩石的最大抗压强度的量测，通常是在固定的实验室中进行，并利用功率为十至一百吨以上的特殊水压机来把测试样本压碎。为测试岩石的抗压强度，其样品需制成立方体或圆柱体的形状，同时其尺寸还得视岩石的不同而异。对高强度的岩石而言，立方体形状的样品尺寸为5㎝×5㎝×5㎝，中等强度的岩石其样品尺寸为7㎝×7㎝×7㎝，而松软的岩石其样品尺寸为10㎝×10㎝×10㎝。对于矿物成份不均匀的岩石，其立方体形状的样品尺寸，应较矿物成份均匀的岩石为大。

　　为了避免获得意外的结果，应该采取同一石料的若干样品分别在干燥或潮湿的状况下进行试验。不过这种测试未必能够得到正确的数据，因为即使同一种的岩石，其抗压强度也不一定完全相同，还要看压缩方向和样品的构造等关系而定。此种具有方向的性质，以页岩特别显著。

　　下面介绍来自最简单的抗压强度试验，将样品压碎的力以p来表示。

　　样品的剖面面积为2吋×2吋即4平方吋，同时已知岩石的抗压强度为每平方吋一万磅（10,000psi），如此对样品施以10,000×4=40,000磅压力时，样品将会被破坏。其抗压强度计算公式如下：
                           p＝p/a
     式中  p为抗压强度，以每平方吋多少磅（psi）、每平方公分多少公斤为单位，p为压力，以磅、公斤为单位，a为剖面面积，以平方公分、平方吋为单位。

　　大致说来，火成岩、石英岩和特别坚硬的硅质砂岩，具有最大的抗压强度。例如一些未风化之玄武岩，其无侧束抗压强度可达到60,000psi。影响岩石抗压强度的因素很多，其最重要的有三种因素：组织、胶结物的性质、压力的方向等。

（1） 组织

　　以结晶粒子大小而言，一些细粒的岩石或隐晶质的岩石，其抗压强度往往要较粗粒为大。例如细粒的砂岩，其抗压强度便要较粗粒为大。以火成岩和变质岩而言，当中有些晶体彼此钩结得很牢固，其抗压强度自然要较一些钩结不良的为大。

（2） 胶结物的性质

　　在沉积岩方面其抗压强度，大多决定于胶结物的性质，特别以砂岩、砾岩和角砾岩为然。例如，假如岩石中的胶结物是黏土，则砂岩的抗压强度一定很低；假如岩石中的胶结物是石英的话，则砂岩的抗压强度一定变成最强，这些石英所胶结的岩石又称为硅化（silicified）。
     
（3） 压力的方向

　　岩石的抗压强度也决定于挤压应力作用的方向。以沉积岩而言，它们具有层面的，如果应力作用的方向和层面垂直，则岩石的抗压强度为最大。此外，某些岩石常常具有裂缝、矿脉或片理等类的构造，如果它们的方向和破裂面（plane of failure）的方向一致时，则对岩石的抗压强度自然影响很大。

下面是一些岩石的抗压强度
      岩石种类                                            抗压强度（kg∕㎝2）
花岗岩（granite）                                         1,000 ~ 2,500
正长岩（syenite）                                         1,000 ~ 2,000
闪长岩（diorite）                                         1,500 ~ 2,800
辉长岩（gabbro）                                          1,000 ~ 2,800
辉绿岩（diabase）                                         2,000 ~ 3,000
玄武岩（basalt）                                          4,000
结晶质石灰岩（crystalline limestone）                     1,000 ~ 2,000
石英砂岩（quartzose sandstone）                           2,000
石英岩（quartzite）                                       3,000
片麻岩（gneiss）                                          1,000 ~ 2,000
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二、石材的弯曲能力测试行业标准

【数据库】 装饰材料
【标准名称】 天然饰面石材试验方法弯曲强度试验方法
【标准类型】 中华人民共利国国家标准
【标准名称（英）】 Test methods for natural facing stones Test method
【标准号】 GB9966．2－88

1 主题内容与适用范围
    本标准规定了天然饰面石材和荒料弯曲强度的试验设备、试样、试验程序、计算及试验结果。本标准适用于天然饰面石材和荒料的弯曲强度试验。

2 设备及量具
2．1 材料试验机，示值相对误差不超过±1％。试样破坏的最大负荷在材料试验机刻度的20％－90％范围内。
2．2 游标卡尺：刻度为0.02mm。

3 试样
3．1 试样尺寸长160mm、宽40±0．5mm，高20±0．5mm，受力面的平行度在 0．08mm以内，垂直和平行层理的试样各两组。没有层理的试样两组，每组5块。
3．2 试样应标出岩石层理方向。
3．3 试样两受力面用500号细砂纸抛光。不允许掉棱、掉角和有可见的裂纹。
3．4 标出两点与受力点的标记（尺寸见下图），测量试样两个支点和负荷点处的宽与高的尺寸，并取算术平均值。水平均值。

4 试验步骤
4．1 将试样放在105±2℃的烘箱内干燥24h，再放入干燥器内冷却至室温。
4．2 调节支座之间的距离为140±0.5mm，把试样放在支架上，施加负荷以每分钟两毫米的速率直至试样断裂，读出断裂时的负荷值。

5 结果计算
    弯曲强度按下式计算： 3P·L Rt＝─── 2b·h2式中：Rt——试样的弯曲强度，MPa（kgf／cm2）； P一—试样断裂荷载，N（ksf）； L一—支点间距离，cm； b一试样宽度，cm； h——试样高度，cm。

6 试验结果计算
    试样不同层理的算术平均值及最大值和最小值。
附加说明：本标准由国家建筑材料工业局人工晶体研究所负责起草。
        
本标准主要起草人杨美菊、孟秉芬。