Виды, назначения и применение поделочных пород камня

Высокие прочностные и декоративные качества изделий из природного камня в настоящее время не имеют себе равных, несмотря на огромное число применяемых для отделки прочих материалов: керамических, композитных, бетонных, стеклянных, металлических, пластмассовых и пр. Данная часть работы посвящена рассмотрению природного камня как сырья для механических фигурных работ – скульптуры по цветному поделочно–строительному камню.

Строительное и скульптурное употребления камня – две различные культуры – как и рубка дров технологически не то же, что и резьба по дереву. Однако не фигурно, но материаловедчески эти отрасли имеют почти общее информационное основание. [18]

Естественно, что производственная технология для одного и того же камня в зависимости от назначения изделий меняется. Но для каждого камня неизменными остаются инструмент и вспомогательные материалы для его обработки. [19]

Общекамнецветные технологические характеристики

Непременно следует понимать, что механика горной породы – весьма неочевидное и не имеющее даже малейшего подобия в металлистике явление. Например, свойство, называемое твёрдостью породы, является качественным, а не метрическим, и не определяется её микротвёрдостью. Величины метрической микротвердости на вдавливание алмазной пирамидки эталонных минералов ряда-«шкалы» Мооса, приведены ниже в МПа. [16]

Тальк         23,54 Гипс        353,16 Кальцит  1069,29 Флюорит 1854,09

Апатит    5258,16 Фельдшпат 7808,76 Кварц  10987,2

Топаз  13998,87 Корунд 20208,6 Алмаз  99081

Следует различать такие характеристики сопротивления разрушению, как метрическая микротвёрдость и условная твёрдость, метрическая прочность на сжатие и условная прочность. В первую очередь можно дать в табл. 2.1.1 связную технологическую характеристику декоративных пород по их так называемой условной твёрдости.

Таблица 2.1.1. Технологические характеристики
природных облицовочных горных пород по их твердости.

Группа камня по твёрдости	Твердость породы		Проч­ность на сжатие, МПа	Обрабатываемость
	склеро­метр., МПа	ряд-«шкала» Мооса
Твердые (кварцит, гранит, диорит, сие­нит, лабрадорит, габ­бро, базальт, диабаз, андезит)	8000 ÷ 12500	«6», «7»	60 ÷ 300	Методами скалывания, абразивным инструмен­том, в том числе термо­газоструйными горелками
Средней твердости (породы группы мраморов, песчаники, туфы, известняки)	1000 ÷ 5500	«2», «3», «4», «5»	30 ÷ 150	Твердосплавными и стальными резцами. Легко режутся алмазным и абразивным инструментом
Мягкие (гипсовый камень, тальк, травертин, некоторые разновидности туфов и известняков)	20 ÷ 400	«1», «2», «3»	4 ÷ 30	Легко обрабатываются твердосплавными и стальными резцами. Абразивным и алмазным инструментом не обрабатываются

 

Другой яркий пример: энергия, затраченная на разрушение породы точечным акселеративным ударом, скользящим велоситивным ударом и давлением, сообщается камню механически совершенно различно, и различение характера этого принятия энергии камнем принципиально важно для технологии. Например, статическую прочность называют собственно прочностью, однако велоситивную прочность порой называют вязкостью, а акселеративную – хрупкостью. Ниже даны общепринятые эмпирические соображения на предмет различных подобных характеристик разрушаемости. Так называемая в теории сопротивления материалов собственно прочность камня определяется механическим пределом прочности на прямое сжатие – а не на растяжение, сдвиг, изгиб или кручение (табл. 2.2.). [15]

Таблица 2.1.2. Группы прочности природного камня на сжатие

Группа по прочности	Предел прочности при сжатии, МПа	Плотность,   т / м 3
Прочные (группа гранитов, базальты, кварциты)	10÷400	2,5÷3
Средние (туфы, мрамора, известняки, песчаники)	25÷160	1,9÷2,45
Мягкие (вулканотуфы, ракушечники, гипс)	0,4÷40	1,1÷2,4

Обрабатываемость

Обрабатываемость – сопротивляемость камня технологическому разрушению. Это – самая неясная и самая развивающаяся шкала, трактуемая каждым причастным учреждением по-своему. Для этого разграничения камней существуют конкурирующие коммерческие таблицы. Наиболее труднообрабатываемыми являются малопористые интрузивные породы, содержащие кристаллический кварц, а тем более – корунд. [6]

Абразивность

Важным свойством горных пород является абразивность, то есть – способность её изнашивать инструмент, а именно – потеря за 10 минут массы вращающегося на 400 об / мин стального стержня, прижатого торцом к породе с силой 150 H. Высокоабразивны породы с остроугольными включениями кварца, вулканического стекла и дру­гих абразивных элементов. В 1961 году проф. Л. И. Барон испытал горные породы по абразивности (табл. 2.1.3.).

Таблица 2.1.3 Классификация пород по абразивности
(по Л. И. Барону и А. В. Кузнецову)

Класс абра­зив­ности	Характеристика пород по абразивности	Абразив–ность по Барону, мг	Характерные породы, входящие в данный класс
I	Весьма малоабразив­ные	Менее 5	Известняки, мраморы, гип­сы
II	Малоабразивные	5÷10	Аргиллиты, мягкие сланцы
III	Ниже средней абразивности	10÷18	Кварцевые и аркозовые тонкозернистые песчаники, роговики, магматические тонкозернистые породы
IV	Среднеабразивные	18÷30	Кварцевые и аркозовые мелкозернистые песчаники, магматические мелкозер­нистые породы (андезиты, андезитобазальты, диабазы)
V	Выше средней абразивности	30÷45	Вулканические туфы, мел­козернистые граниты и диориты, порфириты, гней­сы, средне– и мелкозернис­тые аркозовые и кварцевые песчаники
VI	Повышенной абразивности	45÷65	Породы группы гранитов, долеритовые базальты
VII	Высокоабразивные	65÷90	Порфириты, кварциты, гра­ниты, диориты
VIII	Высшей абра­зивности	Более 90	Корундосодержащие поро­ды

Долговечность

Долговечность – стойкость породы к воздействию таких разрушающих факторов, как морозное, химическое, солевое и механическое выветривание, попеременное увлажнение и высушивание, а так же попеременное воздействие температуры в полной сухости. Испытание облицовочного камня на долговечность – попеременное замораживание и оттаивание, увлажнение и высушивание в воде и растворе сернокислого натрия. Долговечными считаются породы, начало разрушения которых наблюдается через 220 лет и более. По долговечности облицовочные камни разделяют на четыре класса:

1) весьма долговечные (породы со сверхкапиллярной пористостью — мелкозернистые граниты, кварциты, базальты);

2) долговечные (средне– и крупнозернистые граниты, сиениты, габбро, диориты, лабрадориты, плотные песчаники известняки и туфы)

3) относительно долговечные (андезиты, дациты, белые мрамора, песчаники, пористые известняки)

4) недолговечные (цветные мраморы, брекчии, гипсы, фельзитовые туфы, конгломераты).

На долговечность камня влияние оказывает замораживание и влияние солей, которое не должно превышать 25% от первоначального. Таким образом, солестойкость, морозостойкость и снижение прочности определяют долговечность камня. «Срок годности» лучших сортов мелкозернистого гранита не представляется возможным определить ввиду слабости памяти поколений о точных датах появления некоторых изделий из него. [21]

Пористость

Пористость камня – показатель стойкости его объёма. От пористости зависит водопоглощение, соле– и кислотостойкость, влияющие на долговечность. Пористость также определяет прочностные и упругие параметры, теплопроводность, полируемость, обрабатываемость, декоративность, сцепление камня со связкой и другие важные показатели. С повышением пористости уменьшаются прочность, плотность, полируемость, но зато уменьшается масса изделия, улучшается обрабатываемость. [28] Горные породы по удельной пористости на объём (Ро, м _пол³/ м _кам³) делят на:

– низкопористые (Ро < 5%) – кварциты, гнейсы, габбро, мрамор,

– среднепористые (5% < Ро < 20%) – граниты,

– высокопористые (20% < Ро < 40%) – базальты, известняки

– и породы весьма высокой пористости (Ро > 40%) – травертины.