Технология обработки природного облицовочного камня и качество
получаемой из него готовой продукции зависят от его минералогического
состава, структуры, текстуры и других свойств.
Минералогический состав горной породы (камня) связан с условиями се
образования, причем каждая разновидность камня состоит из определенных
(одного и нескольких) минералов. Состав камня устанавливается по внешним
признакам породообразующих минералов (цвету, блеску, форме кристаллов,
твердости). Дополнительные признаки, например строение кристаллов, могут
быть определены под микроскопом.
Структура — это строение камня, обусловленное формой, величиной и
количественным соотношением слагающих его минералов. Различаются
структуры: полнокристаллические, скрытокристаллические и стекловатые;
крупно-, средне- и мелкозернистые; равномерно и неравномерно зернистые
(порфировидные). Структура оказывает существенное влияние на свойства
камня.
Текстура характеризуется пространственным расположением составных частей
камня в его объеме. К текстурным признакам относятся равномерность
расположения зерен и наличие пустот. Различаются текстуры: массивные (с
равномерным плотным расположением зерен), полосчатые (при чередовании в
камне участков различного минерального состава), шлаковые (при видимых
глазом пустотах).
Свойства природного камня, как и других строительных материалов,
подразделяются на следующие основные группы: физические,
физико-химические, механические, химические, технологические,
строительные, эстетические.
Физические свойства характеризуют какую-либо особенность физического
состояния (например, истинная плотность, средняя плотность, пористость,
трещиноватость) или отношению материала к различным физическим процессам
(например, водопоглощение, коэффициент теплопроводности и др.).
Истинная плотность (прежнее название — удельный вес) — масса единицы
объема камня в абсолютно плотном состоянии, т. е. без пор.
Средняя плотность (прежнее название — объемная масса) — масса объема
камня в естественном состоянии, т. е. вместе с порами (кг/м3).
Пористость — степень заполнения объема камня порами, выраженная в
процентах. Наименьшую пористость имеют кварциты (до 1 %) и граниты (1—3
%), наибольшую— известняки-ракушечники и туфы (до 40 %); Пористость
существенно влияет на такие свойства камня, как средняя плотность,
прочность, водопоглощение, морозостойкость.
Водопоглощение — способность камня впитывать и удерживать в порах воду.
Обычно это свойство определяют как отношение массы образца камня,
насыщенного водой, к его массе в абсолютно сухом состоянии, выражаемое в
процентах. Как правило, высокое водопоглощение характеризует
недостаточную прочность и морозостойкость камня.
Трещиноватость (степень развития в камне трещин) оценивается обычно
показателем удельной плотности трещин, представляющим собой отношение
суммарной длины обнаруженных трещин к обследованной площади граней
блока. Она существенно влияет на пооперационный выход продукции и
заготовок, качество обработки, производительность оборудования. Удельная
плотность трещин у гранитов достигает 0,05—0,1 м/м2; габбро — I), I 0,5;
белых мраморов — 0,2—0,5; цветных мраморов 1,2—2,2 м/м2 и более.
Определить трещиноватость можно визуально внимательным осмотром граней
блока либо с помощью инструмента, например с использованием приборов
акустического или сейсмического контроля (дефектоскопов).
Физико-химические свойства характеризуют влияние физического состояния
материала на протекание определенных химических процессов (например,
степень дисперсности раздробленной горной породы, влияющая па скорость
химической реакции).
Механические свойства определяют способность материала сопротивляться
действию внешних сил. К основным механическим свойствам камня относят:
твердость, прочность, истираемость, хрупкость.
Твердость—свойство камня оказывать сопротивление прониканию в него
другого, более твердого материала, в том числе камнеобрабатывающего
инструмента. Твердость камня в основном определяет технологию и
трудоемкость его обработки.
Прочность — способность камня сопротивляться разрушению при действии
внешних сил, вызывающих в нем внутренние напряжения. Прочность
характеризуется пределом прочности (при сжатии, изгибе и растяжении).
Камень хорошо сопротивляется сжатию и значительно хуже растяжению. Под
пределом прочности понимается давление, соответствующее нагрузке, при
которой образец материала разрушается. Прочность камня снижается в
результате выветривания и увеличивается с уменьшением размеров зерен
минерале». Гак, предел прочности при сжатии у крупнозернистых гранитов
не превышает 150 МПа (1500 кгс/см2), а у среднезернистых достигает 260
МПа (2600 кгс/см2). Прочность камня на сжатие определяют в лаборатории
путем раздавливания кубиков-образцов.
В зависимости от величины этого показателя горные породы подразделяют на
три группы: прочные с пределом прочности при сжатии в сухом состоянии 80
МПа и выше; средней прочности от 40 до 80 МПа и низкопрочные от 5 до 40
МПа. К первой группе относятся кварциты и большинство изверженных пород,
ко второй —мраморы, мраморизованные известняки, к третьей—доломиты,
известняки, травертины, туфы.
Истираемость — уменьшение камня в объеме и массе под воздействием
истирающих усилий. Определяют ее в лабораториях на специальных машинах —
кругах истирания. При изготовлении плит для полов, ступеней и т. п.
показатель истираемости камня, согласно ГОСТ
9479—84, не должен превышать 0,5 г/см2 для мест с интенсивностью
движения свыше 1000 чел.-ч, 1,5 г/см2 при Интенсивности движения —
500—1000 чел.-ч и 2,2 г/см2 для мест с движением мопсе 500 чел.-ч.
Хрупкость — свойство материала мгновенно разрушаться под действием
внешних сил без заметной пластической деформации. Природный камень
наряду с керамическими материалами, стеклом, чугуном и т.п. относится к
хрупким материалам.
Химические свойства характеризуют способность материала к химическим
превращениям или стойкость его к влиянию веществ, с которыми он
контактирует (например, стойкость к агрессивным средам). Эти свойства
используются при определении долговечности породы путем испытания в
растворе сернокислого натрия.
Технологические свойства в своей совокупности характеризуют способность
материала поддаваться обработке различными методами. К основным
технологическим свойствам камня относят: обрабатываемость,
пооперационный выход продукции, абразивность, анизотропность.
Перечисленные свойства не являются однозначно технологическими и могут
быть отнесены также к другим группам свойств (обрабатываемость — к
группе механических, а остальные к группе физических свойств). Тем не
менее указанные свойства камня в наибольшей степени предопределяют
характер технологии его обработки, что обусловливает целесообразность
рассмотрения их в данной группе.
Обрабатываемость — это свойство камня поддаваться обработке, принимая
заданную форму и фактуру в результате воздействия на него
камнеобрабатывающего инструмента. Обычно этот показатель оценивают
относительным параметром (коэффициентом обрабатываемости),
представляющим собой отношение производительности станка при обработке
камня, принятого за эталон, к производительности при обработке данного
вида камня.
Пооперационный выход — способность камня
обеспечивать сохранность изделия (или заготовки) в промессе обработки,
оцениваемая количеством продукции, полученной из единицы исходного сырья
(обычно м2 из м заготовок или м2 из м3 блоков). Данное свойство
находится в непосредственной зависимости от трещиноватоти. Так, из
блоков монолитного камня с незначительной трещиноватостью выход готовой
продукции (плит толщиной 20 мм) составляет 25—30 м2/м3, а из камня с
высокой удельной плотностью трещин (свыше 2 м/м2) — не превышает 8—10
м2/м3.
Абразивность камня характеризуется изнашиванием камнеобрабатывающсго
инструмента в процессе работы. Это свойство зависит от содержания в
камне абразивных минералов (кварца, корунда и др.).
Анизотропность (от греческих «анузос» — неравный и «тропос» — свойство)
— способность камня раскалываться в одних направлениях легче, чем в
других. Анизотропность обусловлена неодинаковостью физических свойств
горной породы в разных направлениях, что в спою очередь вызвано
особенностями пространственной ориентации в ней минералов. В наибольшей
степени это свойство характерно для гранитов. Анизотропность следует
учитывать при ударной обработке камня.
Строительные свойства характеризуют степень пригодности материала для
условий эксплуатации. В этом смысли ряд рассмотренных уже свойств (водопоглощение,
прочность, истираймость и др.), непосредственно влияющие на
эффективность эксплуатации облицовочных материалов, может быть так же
отнесен к группе строительных свойств. Кроме того, к этой группе
относят такие важные эксплуатационные свойства, как морозостойкость,
долговечность, огнестойкость и др.
Морозостойкость камня — его способность сохранять основные
физико-механические свойства в заданных границах при многократном
действии знакопеременных температур в водонасыщенном состоянии.
Количественно это свойство характеризуется числом циклов попеременного
замораживания и оттаивания, которое может выдержать насыщенный водой
образец (при этом допускается снижение прочности на сжатие не более чем
на 20 % и потеря по массе не свыше 5 %).
Для используемого в наружных облицовках камня действующим стандартом
установлена следующая минимальная морозостойкость: гранитов и
аналогичных изверженных пород — 50 циклов; мраморов, известняков,
доломитов, травертинов, песчаников, туфов вулканических и пористых
базальтов — 25 циклов; известняков-ракушечников и туфов фельзитовых — 15
циклов. Морозостойкость камня, как правило, обусловлена такими его
свойствами как водопоглощение, пористость, трещиноватость. В свою
очередь, морозостойкость в значительной мере предопределяет другое
важное строительное свойство камня — долговечность.
Долговечность камня — определяется сохранением его первоначальных
строительных и эстетических свойств в зависимости от сроки эксплуатации.
По долговечности камень подразделяют на четыре группы: весьма
долговечные (кварциты и мелкозернистые гранулы) с началом разрушения
через 650 лет; долговечные (крупнозернистые граниты, габбро,
лабрадориты) — через 200 лет; относительно долговечные (белые мраморы,
плотные известняки и доломиты) — через 100 лет и недолговечные (цветные
мраморы, гипсовые камни, пористые известняки) — через 25 лет.
Эстетические свойства строительных материалов— это комплекс
архитектурно-художественных качеств, характеризующих уровень их
художественной выразительности. Наиболее обобщающим эстетическим
свойством облицовочного камня является его декоративность, служащая
важнейшим критерием при выборе и оценке материала. Уровень
декоративности камня может быть оценен экспертным способом по балльной
шкале. Определяющими факторами при этом являются цвет, рисунок и
фактура. В зависимости от этого показателя облицовочный камень
подразделяется на четыре класса: высокодекоративный, декоративный,
малодекоративный и недекоративный.