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婆罗浮屠寺石材

婆罗浮屠寺石材特征:现代建筑用火山安山岩完整指南

婆罗浮屠寺石材 是来自默拉皮火山的优质火山安山岩,其耐久性已历经千年考验。本文全面探讨其特性、物理性质、化学成分以及作为 黑色火山岩瓷砖、天然石材地板 和 专属墙面覆层 的现代应用。

📋 目录

婆罗浮屠寺石材的主要特征

默拉皮火山石用于婆罗浮屠寺的独特之处

默拉皮石材的特性 作为婆罗浮屠寺的建筑材料,是来自火山的独特天然 熔岩石,与其他天然石材相比具有鲜明的特征。这种安山岩源自默拉皮火山的喷发,凝固成具有特征质地的火成岩,如今被广泛应用为优质 黑色火山岩瓷砖。

摘要: 婆罗浮屠寺是印度尼西亚的文化遗产之一,被联合国教科文组织认定为世界文化遗产。其建筑石材源自默拉皮火山,具有多样的安山岩特征,如今成为 黑色火山岩 各种尺寸的首选材料。

默拉皮火山寺石的自然颜色
默拉皮火山寺石的自然颜色

婆罗浮屠寺由 安山岩 构成,若更具体地研究,其具有不同的特征,从而导致不同级别的损坏和风化程度。 婆罗浮屠寺石 的特性确定基于物理性质、化学成分和岩石矿物学参数。

默拉皮火山熔岩寺石的质地
默拉皮火山熔岩寺石的质地

颜色较深的寺石具有更高的 密度,因为其 铁镁 含量更高。此外,深色寺石能吸收更多热量,使其成为 默拉皮火山熔岩寺石地板 的理想选择,在户外区域保持舒适。

玄武岩熔岩石
玄武岩熔岩石

有苔藓生长的寺石与没有苔藓的寺石相比,具有 更低的密度 和 更高的孔隙度。有苔藓覆盖的寺石中二氧化硅含量较低,因为风化过程降低了石材中的二氧化硅含量。

厚型寺石

有苔藓覆盖的寺石中 钾 含量高于没有苔藓的寺石,因为钾是苔藓生长的必需元素。

熔岩寺石的干燥质地颜色

经历 盐析 的寺石与没有盐沉积的寺石相比,具有更低的密度和更高的孔隙度。受盐影响的寺石中二氧化硅含量较低,因为盐化过程溶解了二氧化硅并将其沉积在石材表面。

熔岩寺石的湿润质地颜色
黑色熔岩寺石的干燥质地
黑色熔岩寺石的湿润质地

婆罗浮屠寺安山岩的物理性质

地质背景

婆罗浮屠寺 是印度尼西亚的文化遗产之一,被联合国教科文组织认定为世界文化遗产。婆罗浮屠寺建于公元800年左右,由大乘佛教徒在夏连特拉王朝国王萨马拉通加统治时期建造,是佛教徒的礼拜场所。

婆罗浮屠寺位于中爪哇省马格朗县婆罗浮屠区婆罗浮屠村。从天文位置来看,婆罗浮屠寺位于南纬7°36’28″和东经110°12’13″。

婆罗浮屠寺由 安山岩 构成,具有高孔隙度。由于这种高孔隙度,构成婆罗浮屠寺的安山岩与同类岩石相比,抗压强度相对较低(Sampurno,1969)。这种材料现在被广泛加工成 正宗苏加武眉绿色天然石材瓷砖 和各种优质天然石材产品。

熔岩石的干燥图像

安山岩 被选为建筑材料是因为其供应充足,因为爪哇的火山大多含有中性岩浆,在到达顶峰时凝固,产生安山岩火成岩,现在作为 默拉皮火山3D石材 用于艺术墙面而广受欢迎。

熔岩石的湿润图像

安山岩被归类为中性火成岩,二氧化硅含量为52-66%,具有斑状结构(晶体斑晶)被隐晶质基质(细粒)包围,主要矿物成分为斜长石,副矿物为角闪石、黑云母、辉石,基质由长英质矿物(浅色)或镁铁质矿物(深色)组成。

寺石因其 高孔隙度 而被选中,因为高孔隙度使岩石更容易雕刻。虽然婆罗浮屠寺总体上由类似的岩石(安山岩)构成,但如果具体区分,这些建筑石材具有不同的特征,从而导致不同程度的损坏和风化。

损坏和风化有多种形式,由各种因素引起。因此,需要根据现有参数确定每种石材更具体的特征。

根据Siregar(2011)的研究,婆罗浮屠寺建筑石材发生的损坏和风化过程可分为4种类型:

  1. 机械损坏 – 由机械力如荷载和振动引起的材料损坏。
  2. 物理风化 – 由物理因素如温度、湿度、风、雨水和蒸发引起的岩石材料风化,导致剥落和磨损。
  3. 化学风化 – 由化学过程或反应如盐析和腐蚀引起的风化。
  4. 生物风化 – 由微生物活动如苔藓、藻类和地衣生长引起的材料风化。

此前已对婆罗浮屠寺的建筑石材进行了几项研究。Leisen等人(2012)的研究表明,每个独立石块上的风化模式和强度在很大程度上取决于石材品种。不同石材品种之间存在显著的风化差异。

关于现场和实验室材料特性的研究表明,不同石材品种的物理特性如吸水率存在显著差异。Ariyanto(1993)解释说,导致婆罗浮屠寺建筑石材剥落的主要因素是岩石形成矿物与盐沉积之间的差异膨胀和收缩。

现场条件

婆罗浮屠寺由安山岩构成。然而,经过观察,构成婆罗浮屠寺的安山岩表现出几种不同的特征,如颜色变化、苔藓生长和盐沉积出现。

从现场观察来看,构成婆罗浮屠寺的安山岩可分为5种颜色:灰色、灰褐色、灰黑色、微红色和黑色。虽然进一步观察颜色差异是渐变的,但可能的颜色变化非常多且有些主观。

发生在婆罗浮屠寺石材上的一种风化是由 苔藓 等低等植物在石材表面生长引起的。现场观察显示,每个石块上的苔藓生长情况不同。有些石块被苔藓严重覆盖,而其他石块则保持清洁。

天然寺石切割工厂
天然寺石切割工厂

这由内部和外部因素共同引起。外部因素包括使岩石保持湿润的水分和阳光强度。内部因素与石材本身的特性密切相关,包括 孔隙度、吸水能力 和石材中所含的元素。

发生在婆罗浮屠寺石材上的另一种风化是 盐析 形式的化学风化。这种盐析发生在石材中的元素溶解在水中,通过石材孔隙因蒸发而移动,并在石材表面沉淀时。

许多因素导致盐析,包括内部和外部因素。外部因素是水,因为它溶解石材中所含的元素。内部因素也显著影响盐析,如可溶性元素的存在和石材孔隙度,因为孔隙为溶解物质到达并在石材表面沉淀提供了通道。

随后的分析涉及默拉皮火山寺石的物理性质、化学成分和矿物学。由于分析具有破坏性,安山岩样品取自储存在储存区的寺石(条件与寺庙/开放区域相对相似),位于婆罗浮屠寺以西,因此不会损坏寺庙本身的石材。

采集的样品包括5种不同颜色的安山岩,以及有苔藓覆盖和受盐影响的安山岩。

草地踏脚石

石材编码如下:

  • BDR 1 : 灰色安山岩
  • BDR 2 : 灰褐色安山岩
  • BDR 3 : 灰黑色安山岩
  • BDR 4 : 微红色安山岩
  • BDR 5 : 黑色安山岩

物理性质分析

岩石性质的实验室分析包括 密度、比重、孔隙度、吸水率、硬度 和 温度。

3D雕刻浮雕装饰
寺石

物理性质分析结果如表1所示。随后进行解释以比较每种石材的物理性质特征。

表1. 婆罗浮屠寺建筑石材的物理性质
参数BDR 1BDR 2BDR 3BDR 4BDR 5
密度 (克/立方厘米)2.142.122.212.182.23
比重2.672.632.702.682.71
孔隙度 (%)19.4520.3518.7819.2417.96
吸水率 (%)10.6810.949.7810.239.25
硬度 (莫氏硬度)4 – 64 – 64 – 64 – 64 – 6
石材温度 (°C)45.244.747.145.948.6

注:分析的样品是最新鲜的安山岩(无苔藓生长/盐析)。每个物理性质值来自多个同色样品的平均值。石材温度于2013年8月上午11:00左右测量。

从表1可以看出,样品 BDR 5(黑色) 的密度值最高。密度值从大到小的顺序为BDR 3(灰黑色)、BDR 4(微红色)、BDR 1(灰色)和BDR 2(灰褐色)。

深色石材密度更高,这与理论一致,因为它们含有更高的 铁镁 含量,从而导致密度更高。比重的变化趋势与密度相同,比重越高的石材密度也越高。

比重和密度值与孔隙度和吸水率值成反比。这是因为质量密度较高的岩石孔隙体积较小。

硬度值相对相似,在莫氏硬度4-6之间。硬度值6出现在表面质地光滑(小孔隙)的石材中,而硬度值4出现在表面质地粗糙的安山岩中。

温度测量显示,深色安山岩比浅色安山岩吸收更多热量。这是因为深色安山岩含有更高的 铁镁 含量,导致更高的吸热和保温能力。这一特性使 游泳池火山岩 非常舒适,即使在阳光直射下也能保持凉爽。

化学成分

婆罗浮屠寺的安山岩建筑石材由主要化学元素组成,包括二氧化硅、铝、铁、钙、镁、钠和钾。化学分析结果如表2所示。

婆罗浮屠安山岩的化学成分分析表明,浅色安山岩的 二氧化硅 含量相对高于深色安山岩。对于铁(Fe)含量,深色安山岩显示出高于浅色安山岩的值。这是由于镁铁质矿物(铁镁硅酸盐)含量较高,导致颜色较深。

表2. 婆罗浮屠寺建筑石材的化学成分
参数BDR 1 (%)BDR 2 (%)BDR 3 (%)BDR 4 (%)BDR 5 (%)
Al₂O₃16.9317.1914.3515.4713.00
CaO2.682.603.893.501.96
FeO4.784.626.035.376.78
Fe₂O₃5.315.146.715.977.53
MgO1.570.621.550.621.29
Na₂O3.813.504.134.023.29
K₂O2.832.352.652.882.73
SiO₂59.6959.9758.1558.2056.12

注:分析的样品是最新鲜的安山岩(无苔藓生长/盐析)。

岩石矿物学

通过使用偏光显微镜进行 岩相学 分析,从质地和矿物组成方面识别岩石特征。对婆罗浮屠寺安山岩薄片的岩相学分析显示,在质地和矿物组成方面具有相似的外观。

BDR 1 – 灰褐色,斑状结构,半自形-他形晶体。矿物组成包括斜长石斑晶(25%)、辉石(15%)、不透明矿物(5%)以及斜长石基质(35%)和火山玻璃(20%)。

BDR 2 – 灰褐色,斑状结构,半自形-他形晶体。矿物组成包括斜长石斑晶(30%)、辉石(15%)、不透明矿物(5%)以及斜长石基质(30%)和火山玻璃(20%)。

BDR 3 – 灰褐色,斑状结构,半自形-他形晶体。矿物组成包括斜长石斑晶(20%)、辉石(20%)、不透明矿物(5%)以及斜长石基质(35%)和火山玻璃(20%)。

BDR 4 – 灰褐色,斑状结构,半自形-他形晶体。矿物组成包括斜长石斑晶(25%)、辉石(20%)、不透明矿物(5%)以及斜长石基质(30%)和火山玻璃(20%)。

BDR 5 – 灰褐色,斑状结构,半自形-他形晶体。矿物组成包括斜长石斑晶(20%)、辉石(20%)、不透明矿物(5%)以及斜长石基质(30%)和火山玻璃(25%)。

岩相学分析表明,婆罗浮屠寺的安山岩由相同的矿物组成:斜长石、辉石、不透明矿物和火山玻璃,仅在百分比组成上有所不同。

存在的斜长石为中长石类型。浅色安山岩的斜长石含量相对高于深色安山岩。对于辉石含量,深色安山岩的组成高于浅色安山岩。

石材特征与苔藓生长的关系

婆罗浮屠寺的安山岩建筑石材已部分经历风化。影响婆罗浮屠寺石材风化的因素包括两种:外部因素和内部因素。

外部因素包括水分存在、温度波动和生物活动。内部因素与石材本身的特性有关。

苔藓作为低等植物,是导致婆罗浮屠寺石材风化的因素之一。寺石上的苔藓生长,除了由水(湿度)引起外,也受石材本身特性的影响。

石材特性成为苔藓生长因素的原因,可以从并非所有婆罗浮屠寺石材都被苔藓覆盖这一事实得出结论。即使是相邻的石块,也可能一侧被苔藓覆盖而另一侧保持清洁。

视觉上,被苔藓覆盖的石材表面比没有苔藓的石材显得更粗糙。因此,需要通过物理和化学分析来解释原因。

对3个有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺石材样品的实验室物理性质分析结果如表3所示。

表3. 有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺建筑石材的物理性质
参数BDR 6BDR 7BDR 8
密度 (克/立方厘米)2.022.072.05
孔隙度 (%)23.8122.8523.31
硬度 (莫氏硬度)+ 4+ 4+ 4

从表3可以看出,有苔藓覆盖的寺石密度值在2.02 – 2.07克/立方厘米之间。这低于没有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺石的密度(表1)。表1显示密度值在2.12 – 2.23克/立方厘米之间。这表明苔藓生长在质量密度相对较低的石材上。

这是因为质量密度较低的石材具有较大的孔隙,可以吸收和储存更多的水分,导致石材湿度更高(有利于苔藓生长)。这与有苔藓覆盖石材的孔隙度值(表3)在22.85 – 23.81%之间一致,高于没有苔藓覆盖的石材(表1)在17.96 – 20.85%之间。

在硬度方面,有苔藓覆盖的石材在莫氏硬度上为+4(表3),这是婆罗浮屠寺石材中最低的硬度值(硬度4 – 6,表1)。这受到密度和孔隙度的影响,允许更快的风化并导致石材硬度降低。随着苔藓生长,风化变得更加密集,因为苔藓根状茎穿透岩石,沿着孔隙系统,导致孔隙壁破裂(Samidi,1975)。

还进行了化学分析以确定有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺石材的化学成分。

表4. 有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺建筑石材的化学成分
参数BDR 6BDR 7
Al₂O₃17.82%15.41%
CaO4.56%4.04%
FeO8.19%7.21%
Fe₂O₃9.11%8.02%
MgO1.71%1.76%
Na₂O4.20%3.80%
K₂O3.63%3.51%
SiO₂47.36%52.47%

从表4可以看出,有苔藓覆盖的寺石的SiO₂含量低于没有苔藓覆盖的婆罗浮屠寺石(表2)。有苔藓覆盖石材的SiO₂值为47.36%和52.47%,低于没有苔藓覆盖石材的56.12% – 59.97%范围。

有苔藓覆盖石材中较低的SiO₂含量是由于风化过程降低了石材中的二氧化硅含量。这与Loughnan(1969)的发现一致,即风化有三个重要阶段:

  1. 原始矿物结构的破坏,伴随二氧化硅的释放,
  2. 一些风化岩石组分的去除,
  3. 在环境条件下稳定的新矿物的形成。

此外,有苔藓覆盖的石材显示出比没有苔藓覆盖的石材更高的 钾 含量。钾是苔藓生长的必需元素。钾对苔藓生长的功能包括:

  1. 形成和运输碳水化合物,
  2. 作为蛋白质形成的催化剂,
  3. 中和细胞反应,特别是有机酸的反应。

钾以K⁺离子的形式被吸收。对两块有苔藓覆盖石材的分析显示,K₂O值为3.51%和3.63%,高于没有苔藓覆盖石材的2.35% – 2.88%范围。这表明钾含量较高的石材相对更容易生长苔藓,尽管如前所述,还有许多其他因素影响苔藓生长。

石材特征与盐沉积的关系

除了苔藓生长,婆罗浮屠寺石材上风化的另一个原因是 盐沉积 在石材表面的出现。由于环境温度、阳光照射和其他因素,石材中积累的水分蒸发。在水通过石材孔隙蒸发过程中,水携带溶解的矿物材料到达石材表面。当水蒸发时,溶解的矿物留在表面,随着时间的推移积累成厚厚的盐沉积(Sudibyo,2002)。

包括物理性质和化学成分在内的石材特性是盐化过程的重要因素。这从并非所有婆罗浮屠寺石材都经历盐析这一事实可以看出。即使是相邻的石块,也可能一块出现盐沉积而另一块不受影响。

因此,确定石材特性如孔隙度水平和石材及盐沉积中所含元素至关重要。

对2个受盐影响的寺石样品的物理性质分析结果如表5所示。

表5. 受盐影响的婆罗浮屠寺建筑石材的物理性质
参数BDR 9BDR 10
密度 (克/立方厘米)2.032.05
孔隙度 (%)23.1523.36
硬度 (莫氏硬度)+ 4+ 4

从表5可以看出,密度值为2.03和2.05克/立方厘米,低于没有受盐影响的婆罗浮屠寺石(表1,范围在2.12 – 2.23克/立方厘米之间)。这表明盐沉积出现在质量密度相对较低的石材上。这是因为质量密度较低的石材具有较大的孔隙,可以吸收和储存更多的水,导致所含元素的溶解更加密集。

这与孔隙度值23.15%和23.36%(表5)一致,高于没有受盐影响的石材(表1,17.96 – 20.85%)。在硬度方面,受盐影响的石材在莫氏硬度上为+4,受密度和孔隙度的影响,允许更快的风化。这种硬度低于表面盐沉积硬度达到的莫氏硬度5 – 6。

天然石材踏脚铺路石

盐沉积的高硬度是受盐影响的石材表面不被苔藓覆盖的原因之一。苔藓只生长在特定区域,通常聚集在未被盐沉积覆盖的蜂窝状孔洞和孔隙中。

表6. 受盐影响的婆罗浮屠寺建筑石材的化学成分
参数BDR 9
Al₂O₃20.55%
CaO4.15%
FeO7.73%
Fe₂O₃8.60%
MgO1.55%
Na₂O4.16%
K₂O3.03%
SiO₂47.34%

从表6可以看出,受盐影响的石材的SiO₂含量低于没有受盐影响的石材(表2)。SiO₂值为47.34%,低于没有受盐影响的石材的56.12 – 59.97%范围。较低的SiO₂含量是由于盐化过程溶解了SiO₂并将其沉积在石材表面。

这可以从Septiningrum(2007)对婆罗浮屠寺石材表面盐沉积的先前分析中看出,他分析了从婆罗浮屠寺四个侧面采集的4个盐沉积样品。结果如表7所示。

表7. 婆罗浮屠寺石材表面盐沉积分析结果(Septiningrum,2007)
序号参数样品A (%)样品B (%)样品C (%)样品D (%)平均值 (%)
1钙 (Ca⁺)15.8313.5714.4712.7214.15
2镁 (Mg²⁺)10.578.479.609.659.57
3铝 (Al³⁺)1.421.661.834.272.30
4铁 (Fe³⁺)3.682.293.784.433.54
5硫酸盐 (SO₄²⁻)2.532.951.082.182.19
6氯化物 (Cl⁻)0.410.430.270.400.38
7二氧化硅 (SiO₂)38.6237.0538.5036.0737.56
8碳酸盐 (CO₃²⁻)26.9433.5730.4730.2930.32

注:样品A:东墙盐沉积,1层。样品B:西墙盐沉积,1层。样品C:北墙盐沉积,1层。样品D:南墙盐沉积,1层。

表7显示,婆罗浮屠寺石材表面的盐沉积主要由二氧化硅、碳酸盐、钙和镁组成。二氧化硅(SiO₂)溶解在石材孔隙中积累的水中,形成硅酸(H₄SiO₄)。由于水通过石材孔隙蒸发,二氧化硅在石材表面沉淀。反应如下:

H₄SiO₄ (aq) → SiO₂ (s) + 2 H₂O

碳酸盐化合物由于石材中的元素与雨水接触而出现:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (aq)

CaO (s) + H₂CO₃ (aq) → CaCO₃ (s) + H₂O

MgO (s) + H₂CO₃ (aq) → MgCO₃ (s) + H₂O

钙和镁与H₂CO₃反应并溶解。由于水通过石材孔隙蒸发,碳酸盐在石材表面以CaCO₃和MgCO₃的形式沉淀。这解释了为什么盐沉积含有大量的碳酸盐、钙和镁。

墙壁和地板的现代应用

婆罗浮屠寺石作为现代墙面覆层和地板材料

婆罗浮屠寺石是一种天然石材,常用于现代室内设计的墙面覆层和地板材料。以下是婆罗浮屠寺石作为墙面和地板覆层材料的特性:

  1. 颜色和质地: 婆罗浮屠寺石通常具有灰褐色,质地独特,小颗粒融合在一起。颜色和质地为墙壁和地板提供自然和经典的外观。
  2. 强度和耐久性: 婆罗浮屠寺石具有良好的强度和持久的耐久性,适合作为 黑色寺石熔岩石,耐压力、划痕和日常使用。
  3. 历史特征: 使用婆罗浮屠寺石为室内空间增添了历史和文化价值。这种石材曾用于建造婆罗浮屠寺,这是印度尼西亚历史和标志性遗址。
  4. 每块石材的独特性: 每块婆罗浮屠寺石都有独特的图案和质地,使每面墙壁和地板的安装都与众不同且独具原创性。
  5. 防水性: 婆罗浮屠寺石通常具有防水特性,适合墙面和地板覆层,特别是在高湿度区域如浴室或厨房。
  6. 室内外使用: 婆罗浮屠寺石可以用于室内和室外,因为它耐天气和温度变化。适合 默拉皮天然石材户外地板,能够承受各种天气条件。
  7. 易于维护: 婆罗浮屠寺石相对易于维护,可以用湿布或软刷清洁。

凭借强度、独特性和历史价值等特性,婆罗浮屠寺石是为现代室内设计带来自然和经典美学的有吸引力的选择。然而,确保由专业人员进行安装并提供适当的维护,以使石材在多年后仍然耐用和美观,这非常重要。

默拉皮火山天然石材的设计灵感

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结论

婆罗浮屠寺由类似的岩石类型 安山岩 构成。然而,构成婆罗浮屠寺的安山岩具有不同的特征,导致不同程度的损坏和风化。

婆罗浮屠寺石材特征的主要发现:

  1. 颜色较深的寺石比颜色较浅的寺石密度更高,因为其铁镁含量更高。深色石材也比浅色石材吸收更多热量。
  2. 颜色较浅的石材比颜色较深的石材具有更高的二氧化硅含量和更低的铁(Fe)含量。
  3. 有苔藓覆盖的寺石比没有苔藓覆盖的寺石密度更低、孔隙度更高。
  4. 有苔藓覆盖石材中的二氧化硅含量低于没有苔藓覆盖的石材,因为风化降低了二氧化硅含量。
  5. 有苔藓覆盖石材中的钾含量高于没有苔藓覆盖的石材,因为钾是苔藓生长的必需元素。
  6. 受盐影响的寺石比没有受盐影响的寺石密度更低、孔隙度更高。
  7. 受盐影响石材中的二氧化硅含量低于没有受盐影响的石材,因为盐化过程溶解了二氧化硅并将其沉积在石材表面。

凭借强度、独特性和历史价值等特性,婆罗浮屠寺石 是为现代室内设计和室外应用带来自然和经典美学的有吸引力的选择。这种材料已证明其耐久性超过千年,现在以各种 天然石材 高质量产品的形式提供,以满足当代建筑需求。

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