2. Свойства природных каменных материалов.

Представления о свойствах природных каменных материалов связано, как правило, с высокой прочностью и долговечностью. Однако камень – материал весьма разнообразный по структуре, часто сложенный из различных минералов. Влияние на свойства природных каменных материалов оказывают также способы его добычи и обработки. К основным факторам, определяющим практическую ценность камня, относят физико-механические свойства камня, долговечность и декоративность.

Эксплуатационно-технические свойства.

Плотность каменных материалов находится в пределах от 800кг/м (вулканический туф, ракушечник) до 3200 кг/м (габбро, базальт), соответственно и пористость меняется от 30% до 0,5%.

Водопоглощение имеет значение для характеристик прочности и морозостойкости камня. Наименьшее водопоглощение у магматических пород – от 0,1% (у гранита), доходит до 40% (туф, известняк). При водопоглощении менее 0,8 % горная порода имеет практически «абсолютную» морозостойкость. Такие камни выдерживают 300 и более циклов лабораторных испытаний.

Морозостойкость – определяющий фактор долговечности камня. Первые признаки разрушения от атмосферных воздействий долговечных камней (мелкозернистый гранит, сиенит) при наружной облицовке зданий, набережных, мостов в городах средней полосы России могут наблюдаться только через 500-600 лет. Сравнительно недолговечны мрамор, гипс, пористый известняк – первые признаки их разрушения при эксплуатации в подобных условиях наблюдаются через 25 лет и менее. Следует отметить, что долговечность почти всех природных каменных материалов в условиях внутренней облицовки практически неограниченна.

Теплопроводность имеет большое значение при кладке стен, равно как и звукопроводность. Оба эти показателя выше у плотных непористых горных пород, поэтому в этих случаях необходима дополнительная тепло- и звукоизоляция.

Огнестойкость камня в целом высокая, некоторые горные породы (например, асбест) являются огнеупорными. Однако следует учитывать, что ряд горных пород при температуре выше 1000 С разлагаются на химические элементы (мрамор, известняк) или растрескиваются (гранит).

Прочность горной породы зависит от её плотности и минерального состава. Если в состав входят минералы, растворяющиеся или размягчающиеся в воде, её прочность значительно снижается. Наибольшее значение при эксплуатации каменных материалов имеет предел прочности при сжатии.

Способы добычи и обработки природного камня, его рациональное применение в строительстве связывают прежде всего с твёрдостью материала. При определении твёрдости природных камней пользуются шкалой Мооса, в которой расположены 10 минералов-эталонов в порядке возрастания их твёрдости – от талька (1) до алмаза (10). В состав твёрдых природных камней входят минералы, имеющие твёрдость 6-7, аналогичный показатель у камней средней твёрдости 3-5, у мягких 1-2.

Истираемость имеет большое значение прежде всего для природных каменных материалов, которые используют для покрытий полов и изготовления элементов лестниц в общественных сооружениях. Наименьшая истираемость у твёрдых материалов.

Эстетические характеристики. Основные показатели декоративности природного камня – окраска, фактура лицевой поверхности, блеск, текстура.

Окраска камня обусловлена цветом слагающих его минералов. Так, 40% минералов – зелёные, 20% - жёлтые, 10% красные и коричневые, 7% чёрные, 5% синие, 3% фиолетовые и пурпурные, остальные не окрашены.

Богатство расцветок природного камня безгранично, но в целом принято различать хроматические и ахроматические горные породы. Также камни могут быть одноцветными (равномерно окрашенными) или многоцветными. Оценку цвета конкретного материала из природного камня производят визуально, как правило, используя усложнённые определения (кирпично-красный, лимонно-жёлтый и т.д.) Следует учитывать, что цвет становится насыщеннее и ярче при полировании поверхности, а также может блекнуть или темнеть в процессе эксплуатации.

Фактурная обработка лицевой поверхности делится на две основные группы: абразивную (получаемую путём истирания поверхности абразивами – алмазом, корундом) и ударную (получаемую путём скалывания частиц камня инструментами). В последнее время также появились новые способы обработки поверхности камня – ультразвуковые, плазменные, лазерные.

Абразивные фактуры:

- пиленая фактура характеризуется сравнительно ровной с тонкими штрихами поверхностью и высотой рельефа до 3 мм. Снижает насыщенность цветового тона, повышает светлоту камня.

- шлифованная фактура отличается высотой рельефа 0,2 – 0,5 мм, может иметь следы обрабатывающего инструмента.

- лощёная фактура представляет собой последнюю грань шлифования, гладкая, бархатисто-матовая, полностью выявляет текстуру и цвет камня.

- полированная фактура получается на конечной стадии абразивной обработки и характеризуется зеркальным блеском. При этом предельно выявляется рисунок камня и увеличивается интенсивность окраски.

Ударные фактуры:

- «скала» имеет грубый рельеф высотой 50 мм и более, полученный при помощи специального станка. Рекомендуется в основном для твёрдых и плотных камней, придаёт живописность поверхности за счёт игры светотени.

- бугристая фактура характеризуется наличием на поверхности равномерно распределённых бугров и впадин. Выполняют её скалывающими инструментами, нанося удары под углом к обрабатываемой поверхности. Высота рельефа от 3 до 15 мм. Рекомендуется для гранита и ряда пород средней твёрдости.

- рифлёная и бороздчатая фактуры отличаются наличием параллельных борозд, получаемых с помощью станков, фрез или ручного инструмента. Высота рельефа от 0,5 до 3 мм. Выполняется на твёрдых и средней твёрдости горных породах.

- точечная, или кованая фактура представляет собой незначительные углубления, равномерно распределённые на предварительно выровненной поверхности. Удары наносят инструментом перпендикулярно к обрабатываемой поверхности. Высота рельефа 0,5 – 2 мм. Рекомендуется только для твёрдых природных камней. Выбор той или иной фактуры может значительно изменить характер облицовки, так как при этом весьма резко меняются цветовые характеристики материала.

Блеск горной породы зависит от минералов, из которой она состоит. Большинство минералов имеют блеск – перламутровый, тусклый, стеклянный, металлический, искрящийся и др., но встречаются и матовые.

Текстура природных каменных материалов связана с неоднородностью их структуры, которая, в свою очередь, определяется условиями образования горной породы. Разновидности рисунка изверженных твёрдых природных камней, например гранита, довольно ограничены. Нередко они имеют пятнистый рисунок, иногда пятна группируются, образуя линейно-полосчатый рисунок. Гораздо богаче текстура у метаморфических и некоторых осадочных горных пород. Характер рисунка может быть расплывчатым или подчёркнуто-контурным (в этом случае он образуется в результате заполнения трещин в горной породе материалом другого цвета). Следует учитывать, что чем богаче, разнообразнее текстура природного камня, тем он менее долговечен.

Разнообразные эстетические характеристики природных каменных материалов позволяют архитектору найти практически любое декоративное решение.