Характеристики Природного Камня

Характеристики природного камня различных пород расположены в последовательности, соответствующей технологической классификации камня по твердости, приведенной в статье Классификация и свойства декоративного камня.

Граниты - полнокристаллические изверженные глубинные породы, состоящие в основном из калиевых полевых шпатов (40-60 %), кварца (20-40%) и цветных минералов: слюды, роговой обманки, авгита (до 10%). Окраска гранитов от светло-серой до темно-красной, реже зеленоватой. Рисунок преимущественно пятнистый, соответствующий неравномерному накоплению минералов, образующих породу. Среди ключевых характеристик данного природного камня - твердость гранитов по шкале Мооса около 7. По величине зерен различают мелко-, средне- и крупнозернистые структуры гранитов. Текстура гранитов массивная. Граниты имеют высокую механическую прочность, морозостойки (благодаря малой пористости и малому водопоглощению), хорошо сопротивляются истиранию, полируются и сохраняют полировку десятки лет. Благодаря своей большой распространенности и указанным выше высоким техническим качествам граниты широко применяются в естественном виде для облицовки зданий и сооружений, настилки полов и устройства лестниц в местах интенсивного пешеходного движения, а также в виде основного материала при производстве гиперпрессованного кирпича на оборудовании типа станки для кирпича и плитки. К излившимся аналогам гранитов относятся кварцевые порфиры и липариты.

Сиениты - полнокристаллические изверженные глубинные породы, отличающиеся от гранитов отсутствием кварца и, соответственно, лучшей обрабатываемостью. Окраска сиенитов розовая, красная, светло-серая. Твердость по шкале Mooca около 6. Структура обычно среднезернистая. Текстура массивная. По сравнению с гранитами сиениты менее стойки против выветривания. Применяются сиениты для тех же целей, что и граниты. К излившимся аналогам сиенитов относятся безкварцевые порфириты и трахиты.

Диориты - полнокристаллические изверженные глубинные породы, состоящие, в основном, из плагиоклаза (до 75%) и цветного минерала - роговой обманки, реже авгита или биотита. Кварц обычно отсутствует. Окраска диоритов зеленовато-серая с мелкими белыми и черными пятнышками. Твердость по шкале Мооса около 6. Среди характеристик отметим мелко-, средне- и крупнозернистую структуру природного камня. Текстура массивная. Морозостойки, хорошо сопротивляются истиранию, вязкие. Сравнительно легко обрабатываются, применяются для наружной облицовки зданий и изготовления ступеней лестниц, а также для различных поделок. К излившимся аналогам диоритов относятся порфириты и андезиты.

Лабрадориты - полнокристаллические изверженные глубинные породы, состоящие в основном из плагиоклаза (лабрадора) с примесью минералов темного цвета. Окраска лабрадоритов от серой до черной. Твердость по шкале Mooca 6. Структура средне- и крупнозернистая. Текстура массивная, реже полосчатая. Характерной особенностью лабрадорита является так называемая ирризация, т. е. образование радужных ответов на полированной поверхности кристаллов. Ирризация придает лабрадориту особенную декоративность. Лабрадорит применяется для настилки полов и устройства цоколей зданий.

Габбро - полнокристаллические изверженные глубинные породы, состоящие из плагиоклаза, роговой обманки и биотита. Окраска от темно-серой до черной. Структура средне- и крупнозернистая. Текстура обычно массивная. Твердость по шкале Мооса около 6. Габбро применяются для настилки полов и облицовки зданий, а также для сооружения памятников. К излившимся аналогам габбро относятся базальты и диабазы, которые широко используются в камнелитейной промышленности.

Кварциты - полнокристаллические метаморфические породы, состоящие из кварца с примесью слюды, хлорита и др. Окраска желтоватая, серая, розовая. Структура мелко- и среднезернистая. Твердость по шкале Mooca 7. Высокие декоративные качества некоторых кварцитов делают их особенно пригодными для использования при строительстве монументальных сооружений. Широкому применению кварцитов несколько препятствует значительная трудоемкость их обработки из-за повышенной твердости.

Мраморы - полнокристаллические метаморфические породы, состоящие из кальцита с примесью доломита. Окраска белая, серая, розовая, зеленая и реже голубая. Структура зернистая, различной крупности. Твердость по шкале Mooca 3. Мраморы легко пилятся на тонкие плитки, хорошо шлифуются и полируются. Благодаря характеристикам природного камня, мраморы широко применяются для внутренней отделки зданий, при устройстве полов и лестниц, а также для скульптурных работ. Мраморы подвержены сравнительно быстрому выветриванию в наружной облицовке зданий, особенно под воздействием атмосферных осадков. В результате у них изменяется первоначальный цвет и пропадает блеск.

Известняки - осадочные породы органогенного происхождения, состоящие из кальцита, отчасти доломита и некоторых примесей - кварца, пирита и др. Окраска серая, белая, желтоватая; наиболее декоративны известняки белого, слегка желтоватого цвета. Твердость по шкале Mooca 3. Структуры известняков, как и других осадочных пород, различны. Почти каждый тип породы имеет свою, присущую только ему структуру. Отсевы известняка имеют широкое практическое использование в технологии гиперпрессования. В зависимости от плотности, чистоты материала и других факторов они применяются как стеновой и облицовочный материал, в качестве сырья для получения извести и цемента. Благодаря сравнительной мягкости известняки хорошо обрабатываются и потому используются также для выполнения орнаментов и скульптурных работ.

Доломиты - осадочные породы химического происхождения, состоящие из одноименного минерала с примесью кальцита, гипса, кварца и т. д. Окраска серая, белая или красноватая. Твердость по шкале Mooca 4. Структура зернистая, плотная. Наиболее прочными являются кремнистые доломиты. Их используют как стеновой материал, для получения огнеупоров, в металлургии и т. д.

Песчаники - осадочные породы обломочного происхождения, состоящие из сцементированного песка. Окраска серая, темно-серая, бурая, черная. Твердость по шкале Mooca 4-5. В зависимости от цементирующего вещества различают песчаники глинистые, мергелистые, известковые, кремнистые. В строительных целях обычно используют известковые и кремнистые песчаники.

Вулканические туфы - осадочные породы обломочного происхождения, состоящие из обломков излившихся пород и магматических минералов, сцементированных пепловым материалом. Окраска белая, серая, розовая, фиолетовая, коричневая, иногда черная. Твердость по шкале Mooca 3. Туфы широко используются в качестве стенового и облицовочного материала.

Гипсовые камни - осадочные породы химического происхождения, состоящие из одноименного минерала с примесью ангидрита, глинистых и некоторых других минералов. Окраска белая, серая, желтовато-серая, коричневая. Твердость по шкале Mooca 2. Структура мраморовидная, крупнозернистая, волокнистая. По причине вышеназванных характеристик природного камня, гипсы пригодны для внутренней отделки зданий.

Тальковые камни - метаморфические породы, состоящие из одноименного минерала. Окраска белая, бледно-зеленая, светло-желтая. Твердость по шкале Mooca 1-2. Некоторые разновидности талькового камня очень декоративны. Используются для изготовления художественных изделий: чаш, ваз, статуэток и т. п.

Природные каменные материалы условно можно разделить на две группы: сыпучие материалы и камни.

Первая группа - слабо уплотненные скопления обломочного каменного материала с различным зерновым составом. К ним относятся пемзы, перлиты, обсидианы, пески, вулканические шлаки, песчаногравийные смеси, трассы и другие породы. Эти породы являются ценным минеральным сырьем для изготовления различных строительных материалов, но для производства тесано-полированных облицовочных изделий они непригодны, за исключением отдельных видов трасс.

Вторая группа - камни, представляющие собой каменные породы, залегающие в виде слоев, толщ или массивов, разделенных системами природных трещин. В зависимости от удельной плотности природной трещиноватости месторождений при добыче получают блоки крупные, средних и малых размеров, или массивы, вовсе непригодные для добычи блочной продукции.

По генезису природные каменные материалы разделяют на классы изверженных, метаморфических и осадочных горных пород.

К изверженным породам относятся:

• Глубинные (граниты, габбро, лабрадориты, диориты, гранодиориты, анартoзиты и другие);
• Излившиеся (породы группы базальтов);
• Обломочные спекшиеся (вулканические туфы, вулканическое стекло и другие);
• Обломочные рыхлые (вулканические пеплы, шлаки, пемзы и другие).

К метаморфическим горным породам относятся:

• Изверженные (гнейсы);
• Осадочные (кварциты, мраморы, кристаллические сланцы).

К осадочным породам относятся:

• Органогенные (травертины, известняки, диатомиты и др.);
• Обломочные сцементированные (песчаники, конгломераты);
• Обломочные рыхлые (песчано-гравийные смеси, пески и др.);
• Химические осадки (доломиты, гипсы, некоторые известняки).

В зависимости от твердости горных пород, определяющей в значительной степени технологию их добычи и обработки, камни условно подразделяются на три группы:

• Высокопрочные, твердые (граниты, гранодиориты, лабрадориты, габбро, анартoзиты, диориты, порфиры, сиениты, кварциты и другие).
• Средней твердости (мраморы, известняки, туфы, доломиты и др.).
• Мягкие (рыхлые известняки, травертины, гипсовый камень, трассы).

Твердость и прочностные характеристики облицовочных камней зависят от минерального состава, петрографического строения и пористой структуры породы. Степень трудности обработки облицовочного камня зависит от его твердости и прочностных характеристик.

Для отражения трудоемкости обработки камня разработана технологическая классификация, в основу которой положена твердость основного породообразующего минерала, составляющего основную массу породы. Следует добавить, что трудоемкость обработки в значительной степени зависит от: наличия в породе твердых включений и ее анизотропных свойств; способа и направленности обработки камня (например, скалывание пород вдоль или поперек слоя); степени изменения прочностных характеристик породы при одинаковой ее твердости; степени кристаллизации породы и размеров кристаллов; дифференцированной пористости (распределения объема пор по размерам).

Кварцесодержащие породы (кварциты, граниты, гранодиориты и другие) поддаются обработке термогазоструйными реактивными горелками. Трудность термогазоструйной обработки зависит от степени кристаллизации породы и содержания в ней кварца.

Согласно классификации НПО «Камень и силикаты» горные породы по обрабатываемости термогазоструйным инструментом подразделяются на три класса:

• легкообрабатываемые, к которым относятся крупнозернистые породы с хорошо выраженными кристаллами кварца и прочностью на сжатие 120-150 МПа;
• средней обрабатываемости с содержанием кварца до 30% и пределом прочности на сжатие 200 МПа;
• труднообрабатываемые, содержащие кварца до 20%, а их предел прочности на сжатие составляет 200 МПа и свыше.

По химическому составу природные каменные материалы являются силикатами, поэтому в зависимости от содержания SiO2 породы разделяются на пять групп: 1 - ультраосновные (менее 40%); 2 - основные (40-52%); 3 - средние (52-65%); 4 - кислые (65-75%); 5 - ультракислые (более 75%).

Многие природные облицовочные камни могут служить также промышленным сырьем для производства различных видов вяжущего, стекла, стекловолокна, каменного литья, ситаллов и другой продукции, а также могут быть использованы в качестве адсорбентов, фильтрующих материалов, окислителей и облагораживателей почв, наполнителей ядохимикатов и катализаторов, металлургических и стекольных флюсов, абразивного материала. Комплексное использование сырья в народном хозяйстве - задача уже сегодняшнего дня.

Наиболее труднообрабатываемыми являются породы, содержащие кристаллический кварц или его агрегатные соединения.

Важным технологическим свойством горных пород является абразивность, которая характеризуется степенью износа инструмента в процессе обработки камня. Высокую абразивность имеют породы с остроугольными включениями кварца, вулканического стекла и других абразивных элементов.

Долговечность характеризует стойкость породы против действия различных разрушающих ее факторов, основными из которых следует считать морозное, химическое, солевое и механическое выветривание, попеременное увлажнение и высушивание, а также попеременное воздействие температуры при абсолютном отсутствии влаги. Долговечность облицовочного природного камня определяется по методике Гиршвальда, базирующейся на результатах петрографических анализов. Исходным расчетным показателем долговечности служит так называемое «качественное число по структуре», которое определяется с учетом минеpaлогического состава, наличия в камне микротрещин и пор, характера сцепления зерен, а также степени свежести минеральных компонентов. Испытанием облицовочного камня на долговечность является попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание как в воде, так и в растворе сернокислого натрия.

По долговечности облицовочные природные камни камни разделяют на четыре класса:

• весьма долговечные (породы со сверхкапиллярной пористостью - мелкозернистые граниты, кварциты, базальты);
• долговечные (средне- и крупнозернистые граниты, сиениты, габбро, диориты, лабрадориты, плотные песчаники, известняки и туфы);
• относительно долговечные (андезиты, дациты, белые мраморы, песчаники, пористые известняки);
• недолговечные (цветные мраморы, брекчии, гипсы, фельзитовые туфы, когломераты).

Многие нормативные документы предъявляют к камню для наружной облицовки только требования по морозостойкости и по этой причине часто допускают ошибки в обеспечении долговечности наружных облицовочных конструкций. Не менее важным фактором в условиях современной атмосферы является солестойкость камня, так как кристаллизация солей в порах камня приводит к преждевременному его разрушению. Ряд пород высокой морозостойкости не выдерживают испытаний на солестойкость. Одновременно существует группа солестойких пород недостаточной морозостойкости. Исследованиями НПО «Камень и силикаты» (Ереван) установлено, что причина этого явления кроется в различии пористой структуры горных пород.

Доказано, что вода в тонких порах породы (с радиусом капилляров меньше 0,1 мкм) не замерзает при испытаниях на замораживание, но именно наличие тонких пор (ультрамикропор) снижает солестойкость камня. Солестойкость по существующим стандартам определяется на основе установления потери объема образцов по гидростатическому взвешиванию, которая должна быть не более 5%. На долговечность камня существенное влияние оказывает снижение прочности от замораживания и влияния солей, которое не должно превышать 25% от первоначального. Таким образом, факторами долговечности природного камня являются: морозостойкость, солестойкость и снижение прочности.

Изделия для футеровки специальных технических печей, ванн, помещений изготавливаются: жароустойчивые из вулканических туфов; кислотоупорные и щелочеустойчивые из гранитов, базальтов, кварцитов, вулканических туфов; электроизоляционные - из мраморов.

В зависимости от геологических и технологических характеристик камни могут быть использованы в различных областях народного хозяйства. Для установления рациональных областей применения камня в народном хозяйстве целесообразно пользоваться классификацией строительных горных пород по их применению, разработанной М. Л. Оганесяном.

• Граниты в естественном виде применяют, как камни фундаментные, облицовочные, настилочные, бортовые, тротуарные; лестничные ступени, блоки для памятников и скульптур, камни для инженерных сооружений; валы, вальцы, жернова; щебень, песок и порошок для различного применения и др. В переработанном виде граниты используют, как заполнители тяжелых бетонов и растворов различного назначения; заполнители асфальтовых бетонов; наполнители пластмасс, резин и других полимеров; сырье для каменного литья, стекла, стекловолокна, стеклопластиков, стекловаты, ситаллов и др.
• Базальты в натуральном виде применяют, как камни фундаментные, стеновые, облицовочные, настилочные, бортовые, тротуарные лестничные ступени, блоки для памятников, скульптур и инженерных сооружений; кислотоупорные изделия и мука; гарнитуры для размола бумажной массы; щебень, песок и порошок для различного применения и др. В переработанном виде базальты используют, как заполнители тяжелых бетонов и растворов различного назначения; заполнители асфальтовых бетонов; наполнители пластмасс, резин и других полимеров; сырье для каменного литья, стекла, стекловолокна, стеклопластиков, стекловаты, ситаллов, пресспорошковых материалов, каменной керамики, бумаги и др.
• Вулканические туфы в естественном виде применяют, как камни стеновые, облицовочные, бортовые; лестничные ступени, тротуарные плиты; жаропрочные, кислотоупорные и щелочеустойчивые изделия; щебень, песок и порошок в качестве дорожной засыпки, теплозвукоизоляционные засыпки; фильтрующего материала, адсорбентов, носителей катализаторов и ядохимикатов, абразивного материала и облагораживателя почвы и др. В переработанном виде вулканические туфы применяют, как заполнители легких конструктивных, конструктивно теплоизоляционных и гидротехнических, жаропрочных и кислотоупорных бетонов и растворов; активные минеральные добавки к вяжущим; заполни тели и наполнители асфальтовых бетонов, пластмасс, резин и других полимеров; сырье для производства стекла, стекловолокна, стеклопластиков, стекловаты, ситаллов, каменного литья, пенотуфа, каменной керамики и других материалов.
• Мраморы в естественном виде применяют, как облицовочные и настилочные плиты, лестничные ступени; блоки для памятников, скульптур; электротехнические доски, детали бытового назначения, крошка и порошки различного назначения. В переработанном виде мраморы используют, как заполнители мозаичных бетонов; сырье и компонент для производства цемента, стекла, стекловаты, стекловолокна, ситаллов и др.
• Известняки (кроме доломитов) в естественном виде применяют, как камни фундаментные, стеновые облицовочные, бортовые; блоки для инженерных сооружений; фильтрующий материал, адсорбент, щебень, песок и порошок различного назначения, облагораживатели и окислители почвы, флюс для металлургического и стекольного производства и др. В переработанном виде известняки используют, как заполнители тяжелых и легких бетонов и растворов различного назначения; заполнители и наполнители асфальтовых бетонов; наполнители пластмасс, резины и других полимеров; сырье и компонент для производства вяжущих веществ, стекла, ситаллов, соды, карбида кальция, хлористой извести и др.
• Доломиты в натуральном виде применяют, как камни фундаментные, облицовочные, бортовые; ступени; окислитель почв; щебень, песок, порошок различного назначения, флюс для металлургического производства. В искусственном переработанном виде доломиты используют, как сырье и компонент для производства ситаллов, магнезиальных вяжущих, огнеупоров, металлического магния; заполнители тяжелых бетонов и растворов; заполнители асфальтовых бетонов; наполнители пластмасс, резиновых и других полимеров.
• Кварциты в первоначальном виде применяют, как строительный, абразивный, кислотоупорный материал; жерновые камни для размола древесины; футеровочный материал; шары для шаровых мельниц, точильные камни и бруски; формовочные пески и др. В переработанном виде кварциты используют, как сырье для производства динасовых огнеупоров, стекла, ситаллов, искусственных абразивов, ферросилиция, фосфоровой эмали, ферросплавов и др.
• Гипсы в первоначальном виде применяют, как облицовочные плиты и камни, скульптурный и поделочный материал, облагораживатель почвы. В переработанном виде гипсы применяют, как сырье для производства гипсовых вяжущих, сернокислого аммония, серной кислоты и других продуктов.