Классификация и свойства декоративного камня

Декоративный камень классифицируется по трем основным признакам: происхождению (генетическая классификация), обрабатываемости (технологическая классификация), сроку службы в наружной облицовке здания (классификация по долговечности).

Генетическая классификация горных пород и в том числе декоративного камня рассмотрена в § 4 настоящей главы и представлена в виде схемы на рис. 1. Знание ее позволяет ориентировочно определять сложность обработки конкретного вида декоративного камня и область его применения.

Технологическая классификация декоративного камня приведена в табл. 3. В основу ее положена твердость минерала, из которого состоит камень. Твердость камня, сложенного несколькими минералами, определяется по твердости минерала, составляющего основную массу камня. Знание технологической классификации позволяет обоснованно определять способы обработки различных пород декоративного камня.

Таблица 1.

Технологическая классификация декоративного камня

На трудоемкость обработки камня, кроме твердости, существенно влияют также однородность камня и структура его строения. Чем больше в камне различных включений, особенно кварцевых, тем сложнее его обработка. В слоистых породах скалывание по слою происходит легче, чем поперек слоя, и т. д. В связи с этим классификация по твердости нуждается в некоторых дополнениях, что нашло отражение в делении твердых камней на четыре, а камней средней твердости — на пять подгрупп в зависимости от трудоемкости обработки камня каждой подгруппы.

Обработка камня тем легче, чем меньше сопротивление его истиранию. Породы камня недостаточно плотные, крупнопористые, пузырчатые, например некоторые виды известняков, песчаников и туфов, шлифовке почти не поддаются. Лучше полируются однородные тонкозернистые плотные породы камня, в которых меньше неполирующихся минералов. Долговечность камня характеризуется сохранением во времени его первоначальных прочностных и декоративных качеств. Она определяется намеченным сроком службы камня без потери указанных качеств в эксплуатационных условиях. По долговечности камни подразделяются: на весьма долговечные (кварциты и мелкозернистые граниты), начинающие разрушаться через 650 лет; долговечные (крупнозернистые граниты, сиениты, габбро, лабрадориты) — через 220—350 лет; относительно долговечные (белые и серые мраморы, плотные известняки и доломиты)—через 75—150 лет и недолговечные (цветные мраморы, гипсовые камни, пористые известняки) с началом разрушения через 20—75 лет.

Трудоемкость обработки камня, его долговечность и качество изделий нз декоративного камня зависят от его минералогического состава, строения (структуры, текстуры, пористости, трещиноватости) и физико-механических свойств, к которым относятся твердость, прочность, плотность, истираемость, водо-поглощение и др.

Минералогический состав определяется по внешним признакам породообразующих минералов, цвету, блеску, форме кристаллов и твердости. Дополнительные признаки, например строение кристаллов и особенности светопреломления, могут быть выявлены при микроскопическом исследовании. Структура камня характеризуется особенностями его строения, связанными с формой, размерами и количественным соотношением составных частей камня — минералов. К структурным признакам относятся степень кристаллизации, форма и размеры кристаллов (зерен), равномерпозернистость. Различают структуры полнокристаллнческне, полукристаллические и стекловатые; структуры крупнозернистые с зернами более 5 мм, среднезернистые — от 5 до 1 мм и мелкозернистые—менее 1 мм; структуры равномернозернистые и неравночернозернистые (порфнровндные).

Структура существенно влияет на свойства камня. Камень с мелкозернистой структурой прочнее и долговечнее камня, имеющего в составе более крупные кристаллы. Неравномерно-зернистая структура менее стойка к атмосферным воздействиям. Дело в том, что у разных по величине зерен соответственно различные коэффициенты линейного расширения и при смене температур это отражается на состоянии камня. В камне возникают трещины, которые расширяются при замерзании попавшей в них воды и разрушают камень.

Вот почему некоторые сооружения в Ленинграде (Александровская колонна, колонны Исаакиевского собора и др.), построенные из красивого, но неравномернозернистого финляндского гранита типа «рапакиви», имеют трещины и нуждаются в постоянном уходе. («Рапакиви» — финское слово, означающее в переводе гнилой камень).

Текстура камня характеризуется пространственным расположением составных частей камня в его объеме. К текстурным признакам относятся равномерность расположения зерен минералов и наличие пустот. Различают массивные текстуры—. с равномерным плотным расположением зерен минералов, полосчатые текстуры — при чередовании в камне участков различного минерального состава или различной структуры, шлаковые текстуры — при видимых глазом пустотах. Камни с массивной текстурой имеют более высокие фнзико-механические показатели.

Пористость камня характеризуется отношением объема пустот к объему горной массы и выражается в процентах. Наименьшую пористость имеют кварциты (0,8%) и граниты (1-3%). Трещиноватость в той или иной степени присуща всем породам декоративного камня. Она может быть открытой или закрытой. Трещиноватость в основном относится к природным дефектам горных пород. Характер ее должен учитываться при обработке камня. Трещиноватость определяется простукиванием молотком каменного блока или путем смачивания его граней. При простукивании блок с трещиной дает глухой звук, а на смоченной грани блока по мере высыхания трещины становятся более заметными.

Твердость—это способность камня оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела, например инструмента. Прочность — это способность камня оказывать сопротивление разрушению приложенной нагрузкой. В зависимости от рода прилагаемого усилия различаются предел прочности при сжатии, изгибе, разрыве и т. д. Камень хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Прочность его снижается в результате выветривания и возрастает с уменьшением размеров кристаллов. Так, предел прочности при сжатии у мелкозернистого гранита составляет 260, а у крупнозернистого — лишь 120 МПа. Прочность камня может быть определена простукиванием: прочный камень дает чистый звенящий звук и при сильном ударе колется на несколько крупных кусков со сравнительно ровными поверхностями; непрочный камень дает глухой звук и колется на большое число мелких обломков с неровными поверхностями. В лабораторных условиях прочность камня на сжатие обычно определяют путем раздавливания на прессе кубиков-образцов (ГОСТ 8462—75).

Истираемость — это свойство камня уменьшаться в массе и объеме в результате истирающих воздействий. Истираемость характеризуется потерей массы камня в граммах, отнесенных к квадратному сантиметру истираемой поверхности. Она оказывает влияние на процессы шлифовки и полировки и должна учитываться при изготовлении изделий, предназначенных для использования в местах интенсивного пешеходного движения (для полов, ступеней лестниц и т. п.). Оценка сопротивления камней истиранию производится испытанием на круге в соответствии с ГОСТ 13087—67. Показатель истираемости камня согласно ГОСТ 9479—76 в зависимости от назначения должен быть не более 0,5 г/см2 для мест с интенсивным движением (свыше 100 человек в час) и не более 2,2 г/см2 для мест с малым движением пешеходов (до 100 человек в час).

Плотность — масса единицы объема материала, исключая поры. Выражается в килограммах на кубический метр. Плотность в основном зависит от минералогического состава и пористости и в конечном счете определяет прочность камня. Камень с более высокой плотностью при других равных условиях обладает лучшими физико-механическими свойствами, но труднее обрабатывается.

Водопоглощение — степень заполнения объема камня водой. Выражается в процентах. Водопоглощение определяется по разности масс образца камня в насыщенном водой и абсолютно сухом состоянии.

Морозостойкость — способность камня выдерживать многократное переменное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного понижения прочности. Для испытания на морозостойкость из камня изготовляются образцы в виде кубиков размером 50x50x50 мм. Образцы насыщают водой при комнатной температуре и помещают на несколько часов в холодильную камеру, затем их оттаивают и вновь помещают в камеру, повторяя цикл испытаний 25 раз (ГОСТ 7025—67).

Обрабатываемость камня — способность его поддаваться воздействию инструментов для придания камню заданной формы и фактуры. Она может быть выражена объемом трудозатрат на единицу продукции.

Абразивность камня характеризуется степенью износа инструмента в процессе обработки камня. Абразивность зависит от наличия в камне минеральных зерен, их твердости, количественного соотношения и характера связи между ними. К естественным абразивам относятся кремень, корунд, гранит, кварц, полевой шпат. Крупнозернистые породы камня с остроугольными зернами имеют более высокую абразивность, чем мелкозернистые с окатанной формой зерен.

Анизотропность строения некоторых пород камня, главным образом гранитов, характеризуется их способностью раскалываться в одних направлениях легче, чем в других. Причем, направления более легкого раскола возникают еще в процессе образования камня в результате строго фиксированной ориентировки породообразующих минералов. Анизотропность имеет практическое значение. Так, например, учитывая, что разница в величине усилий разрыва, прикладываемых к граниту в разных направлениях, составляет около 50%, расстояние между отверстиями для клиньев при разделке блоков в направлении более легкого раскола принимают в 1,5—2 раза больше, чем в других направлениях.