Свойства природных каменных материалов и возможность их использования в отделочных работах

К основным факторам, определяющим практическую ценность горных пород, относятся декоративность, долговечность, блочность и физико-механические свойства камня. Одним из важнейших признаков пригодности горных пород для использования в качестве облицовочного или монументального камня являются его художественно-эстетические достоинства, объединяемые в понятие «декоративность».

Основными показателями декоративности камня являются фактура лицевой поверхности, окраска, рисунок, структура горных пород. Окраска камня обусловлена цветом слагающих его минералов. Рисунок создается сочетанием структуры и текстуры горной породы и цветовой тональностью минеральных компонентов.

Особенности структуры камня по-разному влияют на его декоративность. Принято считать, что крупнозернистые и порфировидные разности наиболее приемлемы для цветных гранитов, так как они повышают выразительность рисунка и цвета камня. В то же время крупнозернистые структуры ухудшают внешний вид мраморов, габбро, кварцитов.

По цветовым особенностям выделяются горные породы:

— хроматические — окрашенные, характеризующиеся широким диапазоном цветов и оттенков и их многообразными сочетаниями; к ним относятся граниты, цветные мраморы, кварциты красно-розового, коричневого, зеленого и близких к ним цветов различной степени насыщенности;
— ахроматические — черные, серые и белые камни; к ним относятся габброиды, амфиболиты, шунгитовые сланцы, серые граниты; среди белых пород — мраморы, кварциты, гипсы.

Декоративные особенности горных пород наиболее полно раскрываются фактурной обработкой лицевой поверхности. Обработка камня осуществляется на камнеобрабатывающих предприятиях и включает следующие операции: распиливание блоков на плиты и бруски требуемой толщины, фрезерование (обрезку) плит и брусков по заданным размерам, профилирование и фактурную отделку. Различают два основных типа фактур: абразивную, получаемую путем истирания камня зернами абразивов (алмаза, корунда и др.), и ударную, получаемую скалыванием различной крупности частиц камня при помощи соответствующих инструментов (закольника, бучарды и др.). В последние годы внедрены новые способы обработки камня ультразвуком и терморезками (огневой способ). Наиболее декоративна полированная фактура, при которой четко выявляется рисунок камня, при этом яркость, интенсивность окраски горных пород возрастают, а светлота камня уменьшается. Высокодекоративной также является фактура «скала», придающая камню рельефность и живописность, выявляющая игру светотени на обработанной поверхности. Пиленая, шлифованная, рифленая и термообработанная фактуры значительно снижают насыщенность цветового фона, но повышают светлоту камня. Плиты, парапеты и другие архитектурные элементы, обработанные в этих фактурах, нивелируются по цвету; это облегчает их комбинированное использование в отделке фасадов и интерьеров зданий. Поверхности камня, обработанные лощеной фактурой (тонкой шлифовкой) и ультразвуком, дают матовую поверхность с выявленными цветом и рисунком.

Высокой степени фактурной обработки поддаются все твердые породы (граниты, габбро, кварциты) и частично породы средней твердости (мраморы, некоторые мраморовидные известняки и доломиты). Кроме того, известняки, доломиты, мраморовидные известняки позволяют получать фактуру «скала» и бугристую, а некоторые из них и лощеную. Все мягкие породы поддаются только пилению и шлифовке.

Общепринятые стандарты и ТУ по определению декоративности облицовочного камня отсутствуют. Степень декоративности определяется суммированием результатов оценки по балльной системе отдельных показателей — окраски, текстуры, фактуры и др. Выделяются 4 класса декоративности:

Высокодекоративные — более 32
Декоративные — 23–32
Малодекоративные — 15–23
Недекоративные — менее 15

Классификация горных пород по долговечности дает достаточное представление о сроках и степени сохранности камня в наружных облицовках и позволяет в первом приближении установить его пригодность в данных условиях службы в качестве материала для облицовки зданий и сооружений. Во внутренней отделке зданий и сооружений, где поддерживаются относительно постоянные температура и влажность, камень служит неизмеримо дольше указанных сроков.

Для сохранения декоративности и увеличения долговечности некоторых пород периодически, раз в 50...70 лет требуется соответственная очистка поверхности и повторная фактурная отделка. Это в первую очередь относится к породам средней и низкой долговечности .

Фактурная (декоративная) отделка камня в наибольшей степени раскрывает его достоинства (цвет и рисунок) и способствует наилучшей сохранности камня в зданиях и сооружениях. Особенно повышает долговечность камня полированная фактура, так как на такой поверхности не задерживаются агрессивные вещества.

Благоприятная блочность горных пород, слагающих месторождения, — одно из важнейших условий, определяющих возможность их разработки для получения облицовочного камня. Под блочностью понимается совокупность таких свойств пород, как форма природных блоков, размеры и процент выхода из горной массы. Форма природных блоков зависит от взаимного расположения тектонических трещин, секущих камень месторождения. Наиболее благоприятным, обеспечивающим получение природных блоков, по форме своей близких к прямоугольному параллелепипеду, является сочетание трех систем трещин: системы горизонтальных и слабонаклонных (до 20°) так называемых постельных трещин, определяющих высоту добычных подуступов, и двух систем вертикальных (80 ...90°) трещин, пересекающихся между собой под углами, близкими к прямому.

Физико-механические свойства определяют технологию добычи и обработки камня, диапазон и направление его практического использования. При выборе камня необходимо учитывать в первую очередь прочностные показатели и морозостойкость.

Кроме того, для оценки камня имеют значение и другие показатели: истираемость, водопоглощение и др.

Оценка истираемости предъявляется к изделиям из горных пород, применяемых для покрытия полов, лестничных маршей, площадок и т. д. Истираемость должна быть не более 2,2 г/см2 при слабом движении (менее 500 чел./ч) и не более 0,5 г/см2 при интенсивном движении (метро, вокзалы, спортивные комплексы и др.).

Водопоглощение имеет значение для прочности и морозостойкости камня. Для изверженных пород она составляет 0,2 ...0,7%, для других — не более 30%. При водопоглощении менее 0,8% горная порода имеет практически «абсолютную» морозостойкость .

Для оценки камня имеют значение также плотность, объемная масса, пористость. По пористости горные породы подразделяются на низкопористые (менее 5%), среднепористые (5 ... 10%), высокопористые (до 20 ... 30%). Для облицовочного камня, применяемого для кладки стен, определяется и теплопроводность. Большое значение имеет и твердость горных пород, по которой они делятся на 3 категории: твердые, средней твердости и мягкие. В соответствии с твердостью подбирается технология добычи и обработки камня. От твердости камня зависит также тонкость обработки различных архитектурных профильных элементов, применяемых в отделке зданий и сооружений, а также возможность резьбы по камню.

Трудность обработки природного камня и качество изделий, получаемых из него, зависят от минералогического состава, строения (структура, текстура, пористость, трещиноватость, обрабатываемость, абразивность, анизотропность) и физико-механических свойств породы.

Структура горной породы характеризуется особенностями строения, обусловленными размерами, формой и соотношением образующих ее минералов. Структуры бывают полнокристаллические, неполнокристаллические, полукристаллические и стекловатые . Структура в значительной степени определяет декоративные качества горных пород.

Текстурой горной породы называют относительное расположение и распределение в ней породообразующих минералов. Текстуры камня бывают массивные, линейно-параллельные, полосчатые, слоистые, пористые. Трещиноватость бывает открытая, закрытая, сомкнутая и скрытая.

Обрабатываемость — способность горных пород принимать заданную форму и фактуру лицевой поверхности при воздействии различными инструментами.

Абразивность характеризуется изнашиваемостью камнеобрабатывающего инструмента в процессе трения. Она зависит от содержания в породе природных абразивных минералов (кварц, полевые шпаты, кремень, корунд и др.). Крупнозернистые горные породы с остроугольными зернами обладают более высокой абразивностью, чем мелкозернистые с окатанной формой зерен.

С анизотропностью связана способность горных пород более легко раскалываться по определенным направлениям. Это учитывается при раскалывании блоков.

Под стойкостью строительного камня понимают его способность к длительной эксплуатации при заданном режиме и воздействии окружающей среды и нагрузок при необходимом техническом обслуживании сооружения, в котором применен данный материал. С ней тесно связано понятие надежности. Стойкость природных каменных материалов рассматривается в зависимости от состава, структуры, текстуры, состояния (степени выветривания) и свойств исходных пород в соответствующих климатических зонах.

Надежность — это способность материала сохранять качество при определенных условиях эксплуатации.