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 статье «Использование осадочных горных пород в производстве гиперпрессованного кирпича» и там же представлена в виде схемы. Знание ее позволяет ориентировочно определять сложность обработки конкретного вида декоративного камня и область его применения.

В основу технологической классификации декоративного камня 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, а также поможет предприятиям работающим в сфере производства строительных материалов по технологии гиперпрессованный кирпич.

Технологическая классификация декоративного камня:

• Твердые камни (7900-11200 МПа): граниты, сиениты, диориты, лабрадориты, габбро, кварциты. Не режутся стальным резцом. Обрабатываются абразивными, в том числе алмазными инструментами.
• Камни средней твердости (1000-5400 МПа): мраморы, известняки, доломиты, песчаники, туфы. Обрабатываются стальным резцом. Легко режутся абразивными, в том числе алмазными инструментами
• Мягкие камни (20-360 МПа): гипсовые и тальковые камни. Легко обрабатываются стальным резцом. Алмазными инструментами обрабатываются плохо.

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 из декоративного камня зависят от его минералогического состава, строения (структуры, текстуры, пористости, трещиноватости) и физико-механических свойств, к которым относятся твердость, прочность, плотность, истираемость, водопоглощение 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), равномернозернистость. Различают структуры полнокристаллические, полукристаллические и стекловатые; структуры крупнозернистые с зернами более 5 мм, среднезернистые - от 5 до 1 мм и мелкозернистые - менее 1 мм; структуры равномернозернистые и неравномернозернистые (порфировидные).

Структура существенно влияет на свойства камня. Камень с мелкозернистой структурой прочнее и долговечнее камня, имеющего в составе более крупные кристаллы. Неравномернозернистая 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 Санкт-Петербурге (Александровская колонна, колонны Исаакиевского собора и др.), построенные на 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 физико-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 камня - это способность камня оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела, например инструмента.

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

Морозостойкость камня - способность камня выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и значительного понижения прочности. Для испытания на морозостойкость из камня изготовляются образцы в виде кубиков размером 50х50х50 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.

Декоративностью камня можно управлять, камням можно придавать другой цвет (подкрашивать), на них можно наносить различных типов декоративно-защитные покрытия (бесцветные и цветные лаки, смолы, смесь горного воска со скипидаром и другие). Изделиям из неполируемых камней можно искусственно создавать квазиполированные поверхности.

Декоративность камня в сочетании с эксплуатационными характеристиками качества является потребительским свойством, определяющим его ценность, то есть потребительскую стоимость природного камня, на основании чего можно определить области его рационального использования.

Оценка декоративности камня состоит из следующих этапов: подготовка образцов, предварительная оценка признаков декоративности, учет корректирующих признаков, установление класса декоративности камня и составление экспертного заключения о декоративности. Согласно методике, образцы для оценки декоративности камня должны быть представлены прямоугольными плитками размерами 400х250х10÷20 мм, вырезанными на алмазно-дисковом станке. Образец должен быть изготовлен в полированной или лощеной фактуре. Для предварительной оценки декоративности камня допускается изготовление образцов, вырезанных из керна в виде полуцилиндров и дисков с минимальными размерами по ширине, 90-100 мм, по длине 200 мм, для дисков диаметр 90-110 мм, толщина 10 мм. Образцы вырезаются из пробы в трех взаимно перпендикулярных направлениях, по два образца по каждому направлению, что обеспечивает наиболее полную характеристику камня. Минимальное количество образцов, по которым оценивается декоративность должно быть 6.

Лицевая поверхность образцов должна быть полированной, а для неполирующихся пород лощеной. Для получения глянца наивысшего класса полировку образцов лучше осуществлять войлочными кругами с использованием свободных полирующих веществ таких, как окись алюминия или окись олова. Окись хрома и другие цветные порошки допускаются только для полировки образцов плотных изверженных пород, а также черно-серых разновидностей камня.

Для выполнения предварительной оценки признаков декоративности камня устанавливается категория по каждому из основных признаков декоративности данного образца: цветности, насыщенности, светлоте, цветовому предпочтению, однородности, сочетанию цветов, рисунку, структуре, просвечиваемости, полируемости. Категория по каждому из указанных признаков декоративности устанавливается либо органолептическим, либо инструментальным методом анализа.

Далее производят предварительную оценку декоративности камня по балльной системе с раздельной оценкой в баллах каждого параметра декоративности в зависимости от категории, оценивая экспертным анализом положительные признаки.

Результат предварительной оценки по каждому параметру декоративности (цвету, текстуре, фактуре) уточняется путем ввода соответствующих корректирующих коэффициентов, учитывающих влияние отрицательных признаков. Для этого суммарная балльная оценка по каждому параметру декоративности умножается на соответствующие этому параметру коэффициенты корректировки.

Итоговая оценка декоративности камня с учетом корректирующих коэффициентов определяется сложением баллов.

Оценка декоративности производится для каждого образца отдельно, после чего определяется среднее арифметическое в целом для данного камня.

Класс декоративности породы устанавливается путем сопоставления итоговой среднеарифметической оценки декоративности с классификацией декоративности облицовочных материалов.

После установления класса декоративности камня составляется экспертное заключение, в котором обязательно приводится характеристика основных признаков декоративности, отмечается уровень влияния отрицательных факторов, уменьшающих художественно-эстетическую ценность породы, дается сопоставление с имеющимися аналогами. Заключение составляется по форме, пример которого приводится ниже.

Оценка декоративности рахнеполевского эндербита производилась на 6 образцах, вырезанных из керна в виде полуцилиндров, разрезанных в трех взаимно перпендикулярных направлениях с полированной фактурой, а также 12 плит образцов полированной фактуры. Линейные размеры, форма и уровень полировки представленных на испытание образцов отвечают требованиям методических рекомендаций ВНИПИИcтромсырье «Оценка декоративности облицовочных материалов из природного камня», согласно которой производилась оценка декоративных свойств эңдербита Рахеполевского месторождения.

Произведенная оценка упомянутых образцов позволила установить следующее.

В декоративном отношении рахнеполевской эндербит представлен одной ахроматической разновидностью, характеризующейся в полированной фактуре обработки черно-серым цветом основного фона (2-я ступень светлоты) с едва уловимым оттенком голубого тона. На этом фоне формируется нечеткий рисунок эндербита в виде темно-серых, светло-серых, бежево-пурпурных пятен, размещенных без какой-либо закономерности. Эндербиту характерен четко выраженный рисунок и рисунок, имеющий дымчатый, размытый характер. Местами встречаются скопления агрегатных соединений кварца бело-серого цвета. Включения, формирующие рисунок эндербита, незначительны и составляют 5-20% оцениваемой поверхности.

Безусловно, положительным свойством рахнеполевского эндербита является приятный черно-серый фон с нежной едва заметной голубизной, а также размытость и многотонность и в то же время малочисленность общего рисунка, позволяющие выполнять облицовку без специального предварительного подбора плит по рисунку и тону. Следует отметить, что встречающиеся иногда на общем фоне резко контрастирующие светло-серые включения агрегатных соединений кварца к резкому снижению декоративности не приводят.

Структура эндербита в целом может быть охарактеризована как среднезернистая, хотя здесь встречается значительная часть участков со скоплениями крупных зерен. Просвечиваемостью эндербит не обладает, что соответствует ІІІ категории шкалы просвечиваемости.

К достоинствам рахнеполевского эндербита следует отнести его способность хорошо полироваться. Предельный блеск полированной поверхности превышает 170 ед. по блескомеру, что соответствует І категории полируемости.

Общая оценка декоративности рахнеполевского эндербита произведена квалиметрическим методом по балльной системе в соответствии с Методическими указаниями, разработанными лабораторией декоративного камня института ВНИПИИстромсырье.

В соответствии с классификацией облицовочного камня рахнеполевской эндербит по декоративности может быть отнесен ко II классу. То есть признан декоративным.

Рекомендуемая область применения: наружная и внутренняя облицовка стен, цоколи, парапеты, ступени, каменные изделия товаров народного потребления.