Глава 3. Природні кам'яні матеріали

дальних частинах споруд і конструкцій, наприклад, як підфермове камін- ня. для зовнішнього облицювання, як бутовий камінь та щебінь, а також як абразивний, кислото- і лугостійкий матеріал. Кварцити є сировиною для динасових вогнетривких виробів.

Мармури (давньогрецьк. тагтагоз — блискучий камінь) — кристалічні шільні породи, які утворились внаслідок перекристалізації вапняків (ін- коли доломітів) під дією високої температури та значного тиску. Вони складаються з кальциту, інколи містять доломіт. Назва каменю вдало пе- редає оптичний ефект просвічування, який виникає при проникненні променів світла у глибину каменю.

Найвідомішими історичними пам’ятками з мармуру є афінській Ак- гополь із храмом Парфснон (рис. 1.3) та мавзолей-мечеть Тадж-Махал (рис. 1.4), облицьований переважно білими мармуровими плитками з ін- крустацією із коштовного каміння.

Мармури можуть бути дрібно-, середньо- та крупнокристалічними. Забарвлення їх зазвичай є світлим, але наявність незначної кількості до- мішок (силікатів, оксидів феруму, графіту) приводить до появи різних ко- льорів та відтінків, включаючи білосніжний або рожевий, жовтий, блаки- тний, зелений, червоний.

Середня густина мармурів становить 2700...2800 кг/м³ (доломітових — 2900 кг/м³), водопоглинання — 0,1...0,7%, міцність 50...300 МПа. Внаслі- док невисокої твердості вони легко розпилюються на тонкі плити, добре шліфуються і поліруються (особливо дрібнозернисті різновиди), але ма- ють значну стираність, що обумовлює недоцільність їх застосування для влаштування підлог у спорудах із інтенсивним рухом людей.

Мармури є нестійкими до дії вивітрювання та розчинів деяких со- лей. Під дією атмосферних факторів, а також внаслідок сульфатної ко- розії поверхня полірованого мармуру втрачає свій вигляд і зазнає поміт- ного руйнування. На поверхні мармуру утворюється сульфітна, а зго- дом сульфатна кислота, яка перетворює кальцит на легкорозчинний гіпсс. При цьому процес хімічної корозії доповнюється фізичною — розпушуванням кальциту зі збільшенням об’єму на 10... 15%. Під впли- вом навколишнього середовища мармур вивітрюється, втрачає блиск, змінює колір і тому його не використовують для зовнішнього облицо- вання без спеціального захисту.

Мармур має високі гігієнічні властивості, а кальцитовий мармур до того ж є діелектриком із високими електроізоляційними властивостя- ми. Однією з цікавих властивостей мармуру є здатність «дихати», тобто поглинати зайву вологу з атмосфери. На мармур негативно впливають

перепади температури (особливо нижче і вище 0°С), крім того, мармур легко вбирає запахи і будь-які барвники, причому плями потім май- же неможливо видалити. Для захисту від руйнування мармур слід покривати спеціальними хімічними реагентами, а для надання додат- кового блиску і запобігання утворенню тріщин — спеціальними мас- тиками.

На цей час мармур використовують для декоративних внутрішніх оздоблювальних робіт (облицювання підлог, стін), а у вигляді крих- ти — для приготування кольорових штукатурок, облицювального деко- ративного бетону і мозаїчних виробів. Фактура облицювальних плит може бути полірованою, шліфованою, рельефною, а також штучно зі- стареною (антик).

Сланці — метаморфічні породи, що утворились із глин під впливом ти- ску та температури, характеризуються паралельним розташуванням шарів і здатні розколюватись на тонкі пластинки. За ступенем метаморфізації розрізняють слабо- (глинисті сланці) та сильнометаморфізовані породи (кристалічні сланці).

Глинисті сланці складаються переважно з глинистих мінералів та слю- ди. Сланці значно розрізняються за властивостями — твердість змінюєть- ся від 2 до 6 за шкапою Мооса, водопоглинання — від 0,01 до 3%. Майже всі різновиди мають високу міцність при стиску та згині. Кольорова гама різноманітна і неоднорідна, вона змінюється від білого до чорного, від світло-сірих до яскравих зелених тонів, найчастіше сланці мають смугас- тий малюнок. Використовують для зовнішніх і внутрішніх облицюваль- них робіт, для брукування доріг і ландшафтного дизайну. Глинисті слан- ці, які мають досконалу сланцюватість, у вигляді тонких пластин на- даються до застосування як покрівельний матеріал. Так, існує різновид сланцю, відомий як шиферний сланець, або ардезія, в якому поєднуються міцність, декоративність та довговічність.

Значна кількість історичних пам’яток архітектури (Паризький коро- лівський палац Лувр, Лондонська фортеця Тауер, Букінгемський королів- ський палац) створена з використанням цього каменю. Перевагами тако- го матеріалу є також морозостійкість, водостійкість, звуко- і теплоізо- ляційні властивості, стійкість до корозії. Використовують ардезію в інтер’єрах (плитка для стін та підлог, топи, умивальники, настінні панно) та екстер’єрах (покрівельний матеріал, плитка для терас та фасадів, малі архітектурні форми). Сланці легко оброблюються, поліруються, завдяки шаруватій будові добре гармонують із деревиною. Властивості найпоши- реніших гірських порід наведено в додатку 5.

80

4. Особливості отримання, обробки та захисту природних кам’яних матеріалів

Основними будівельними матеріалами з гірських порід є блоки й камін- ня для зведення та облицювання стін будівель, плити для облицювання стін, підлог та сходів, вироби для дорожнього будівництва, для гідротех- нічного будівництва, архітектурні деталі (фасонні вироби), малі архітек- турні форми тощо. Сипкі гірські породи (пісок, гравій) використову- ють як заповнювачі для бетонів та будівельних розчинів. Щебінь для важких бетонів отримують подрібненням природного гравію і щільних гірських порід.

Способи добування, обробки природного каменю та ефективне вико- рисстання у будівництві залежать від його твердості. До складу твердих природних матеріалів входять мінерали твердістю за шкалою Мооса 6...7, аналогічний показник для порід середньої твердості — 3...5, для м’яких — 1 .2. Залежно від твердості гірські породи поділяють на три групи (табли- ця 3.1).

Міцність при стиску твердих порід становить 90...340 МПа, середньої твердості — 15...20 МПа, м’яких — 0,4...ЗО МПа. Водопоглинання твердих порід становить 0,01...5%, порід середньої твердості — 0,1...40%. Морозо­стійкість твердих порід становить 300 і більше циклів, порід середньої твердості — більше 25 циклів, м’яких — 15 циклів і більше.

Таблиця 3.1.

Класифікація гірських порід за твердістю

Видобуті блоки доставляють із кар’єру на завод, де їх розпилюють на плити або виготовляють із них фасонні вироби. Для розпилювання блоків застосовують рамні пили з гладкими полотнами із підсипанням під них абразиву.

Оформлення дизайну інтер’єру або екстер’єру обумовлено не тільки видом гірської породи або її кольором та текстурою, але й фактурою — характером лицьової поверхні кам’яного матеріалу. При виготовленні об-

81

лицювальних виробів природному каменю надають потрібну фактуру, використовуючи ударну або абразивну обробку.

Ударна обробка полягає в обколюванні поверхні каменю за допомогою каменетесного інструмента зі змінними наконечниками, завдяки чому ді- стають так звані фактури сколювання. Розрізняють такі види фактур:

• скельну (колоту) з глибиною рельєфу до 50 мм, яку рекомендовано застосовувати для порід високої твердості (граніт, кварцит, габро, діорит), але допускається її використовувати і для щільних порід середньої твер- дості (рис. 3.1, а);

• бугристу — з рівномірним розподілом по поверхні бугрів і впадин із висотою 3...15 мм; цю фактуру рекомендовано для граніту, деяких порід середньої твердості, наприклад, пісковиків та щільних вапняків (приклад бугристої фактури, нанесе}юї за допомогою бучарди, наведено на рис. 3.1, її);

• рифлену — рівномірно шорстку з правильним чергуванням гребенів і западин (безперервних паралельних борозенок) глибиною до 2 мм; фак- тура рекомендована для порід середньої твердості;

• борозенчасту — рівномірно шорстку з паралельними перервними борозенками з висотою рельєфу 1...3 мм; зазвичай ця фактура використо- вується для граніту, габро, лабрадориту;

• точкову (коваїїу) — шорстку з незначними заглибленнями, рівномір- но розташованими на попередньо вирівняній поверхні (висота рельєфу 0,5...2 мм), рекомендується тільки для твердих порід;

• термооброблену — шорстку поверхню зі слідами лушення, яку отримують обробкою каменя струменем газу при високих температурах (рис. 3.1, в);

• піскоструменеву — рівномірно шорстку поверхню, яка утворюється при використанні струменя повітря високого тиску з додаванням дрібно- го абразиву (піску) (рис. 3.1, г).

Абразивна обробка, крім розпилювання, передбачає також фрезеру- вання, шліфування і полірування. Внаслідок такої обробки можна отри- мати такі фактури: пиляну типу А (якщо використовуються рамні і канаті пили) — нерівномірно шорстку поверхню з різкими штрихами від зерен крупного абразиву з висотою рельєфу 1...3 мм; пиляну типу Б (стрічкові дискові пили) — гладку поверхню з малопомітними слідами роботи пили з висотою рельєфу 0,2...0,5 мм (рис. 3.1, її); грубошліфовану — рівномірно шорстку поверхню з підвищеним світлорозсіюванням, має сліди обробки з висотою рельєфу 0,2...0,5 мм; тонкоииііфовану — гладку і бархатисту (ок- самитову) (рис. 3.1, е)\ лощену — гладку матову поверхню (без слідів оброб- ки) з виявленням рисунка каменю, поліровану поверхню (при використанні

82

спеціальних абразивів) отримують на заключній стадії обробки, вона має дзеркальний блиск із чітким відображенням предметів та дозволяє мак- симально виявити кольоровий тон і текстуру каменю.

Лля здійснення деяких дизайнерських замислів використовують трав- лені фактури — спеціальну обробку поверхні каменю кислотою; термооб- роблені, що відрізняються шорсткістю, при цьому лицьову поверхню при- родного каменю обробляють високотемпературним променем за допомо- гою реактивного пальника, що викликає відокремлення від породи дріб- них лускуватих частинок; обпалені — з обпаленням всього об’єму каменю, а не тільки поверхні; відкриті (очищені) — отримують ультразвуковою обробкою каменю у водному середовищі, характеризуються матовою по- верхнею з гарно виявленою текстурою. Фактуру поверхні каменю зміню- ють також фарбуванням, із проникненням фарби на глибину 5... 10 мм.

Нині популярними є штучно зістарені облицювальні вироби. Вони мають більш ефектний вигляд, коли камінь є пористим і м’яким, як мар- муроподібний вапняк або травертин. Прикладом є так звана «антика» — штучно зістарений механічним способом (рис. 3.1, ж) або хімічним — ки- слотним травленням (рис. 3.1, з) — мармур. Його поверхня зберігає яскра- вість, але не таку парадну і офіційну, як полірована.

Вибір фактури залежить не тільки від дизайнерського задуму, але й від умов експлуатації кам’яних поверхонь. Наприклад, поліровані плити не варто застосовувати для влаштування підлог у вологих приміщеннях і на

83

вулиці: при попаданні вологи на таку поверхню плити стають ковзкими. Для брукування доріг добре пасують плити з рівномірно шорсткою поверх- нею (точкова фактура), але такий камінь швидко забруднюється, і тому його потрібно регулярно чистити. Альтернативою є термооброблена по- верхня, яка є не ковзкою та майже не забруднюється.

Полірована фактура яскраво виявляє природну красу текстури каме- ню. Підлоги, стіни, поверхні столів із полірованого каменю із дзеркаль- ним блиском підкреслюють атмосферу свята, що добре пасує класичному інтер’єру приміщення.

Матова (шліфована, лощена) фактура більш практична і переважно використовується для інтер’єру в стилі кантрі і мінімалізму.

Фактуру «скеля» сучасні дизайнери використовують для рельєфного світлотіньового моделювання поверхні і надання інтер’єру особливої ви- разності. Часто такими плитами облицьовують нижню (цокольну) части- ну стін і каміни.

Рекомендовані сфери застосування найпоширеніших гірських порід у будівництві наведені у додатку 6.

Довговічність природних кам’яних матеріалів залежить від комплексу фізичних, механічних і хімічних властивостей гірської породи — її порис- тості, водопоглинання, морозостійкості, міцності, стираності, хімічної стійкості.

На довговічність природного каменю впливають кліматичні, механіч- ні, хімічні та біологічні фактори. Негативний вплив кліматичних факторів обумовлений зволоженням атмосферними опадами, міграцією і випаро- вуванням вологи, різкими коливаннями температури. Внаслідок цього в структурі каменю руйнуються нестійкі мінерали, вимиваються розчинні сполуки, утворюються мікротрішини. Камінь втрачає блиск, міцність і поступово руйнується. Процеси корозії прогресують, якщо він містить неатмосферостійкі мінерали, має підвищену пористість і шорстку по- верхню.

До механічних факторів належать фактори ударної та стираючої дії (на покриттях підлог, сходів, доріг), навантаження при стиску і особливо при згині (в тому числі при усадці споруд).

До хімічних факторів відносять відкладання солей, які проникають з ґрунтовою водою при недостатній гідроізоляції, наявність значних газо- вих викидів у повітрі промислових міст, особливо сірчаного газу, який при зволоженні породи утворює сульфатну кислоту чи сульфатні солі. Тривала дія хімічних факторів може бути причиною утворення висолів і плям на поверхні каменю і навіть його руйнування.

84

Біологічні фактори є результатом життєдіяльності тваринних.і рослин- них мікро- і макроорганізмів: бактерій, дріжджів, плісеневих грибів, мо- хів, кореневих систем рослин тощо.

Вивержені породи характеризуються високою водо- та морозостійкіс- тю. кислото- і лугостійкістю. Причому дрібнозернисті породи менше ІІІД- даються корозії, ніж крупнозернисті. Осадові породи не мають високої ко- розійної стійкості. Менш кислотостійкими є звичайні вапняки, повільніше руйнуються доломіти і магнезити, а також щільні кремнезе- мисті породи. Гіпсовий камінь та ангідрит розчинні у воді, легко руйну- ються під дією кислот, але краще чинять опір дії лугів. Корозійна стій- кість пісковиків залежить від виду природної речовини, що зв’язує зерна кварцу. Стійкість мергелевих і глинистих пісковиків невисока. Метамор- фічні породи є досить стійкими проти корозії. Гнейси є стійкими при від- сутності тріщинуватості, сланці також досить стійкі. Найбільш кислото- і лугостійкими є кварцити, найменш атмосферостійкими — мармури. Ме- тоди захисту від корозії природного каменю поділяють на конструктивні та фізико-хімічні. В основному вони спрямовані на захист від впливу води і підвищення поверхневої щільності каменю.

Конструктивні методи передбачають організацію стоку води, упик- нення виступів, улаштування цоколів достатньої висоти, щоб запобігти підніманню по стінах грунтової вологи і дощової води, а також надання виробам гладкої (полірованої) поверхні, щоб вода не затримувалась на поверхні і не проникала у середину матеріалу.

Фізико-хімічні заходи полягають у створенні на лицьовий поверхні ка- меню щільного водонепроникного шару. Для ущільнення поверхневого шару виконують консервування каменю — послідовне просочування його двома розчинами, внаслідок реакції між якими утворюються нерозчинні речовини, що заповнюють пори і мікротріщини. До таких способів нале- жать силікатування, флюатування (кремнефторизація), а також модифі- кування (просочування) полімерами. Останній метод є ефективнішим для пористих порід.

Дія підвищення водонепроникності кам’яних матеріалів використо- вують ряд методів: нагріту поверхню каменю покривають оліфою, безбарв- ними лаками, мінеральними маслами, розчинами парафіну, стеарину, металевих мил у летких органічних розчинниках. Також гідрофобізують поверхню крємнійорганічними рідинами, що надає поверхні водовідштов- хувальних властивостей, зменшує її забруднення, збільшує довговічність каменю, не порушуючи при цьому його повітро- і паропроникність, ко- лір, фактуру. Термін служби таких покриттів становить 3...5 років.

85