Каменные джунгли городов уже стали привычной обстановкой для миллионов их жителей. Они давно перестали задумываться о той роли, которую играет натуральный камень в их жизни. Они ходят по мостовым и тротуарам, на которых лежит брусчатка из гранита, купаются в бассейнах, облицованных мрамором, ставят цветы в вазы, сделанные из оникса и нефрита, носят украшения с изумрудами и бриллиантами. Все это многообразие природа создавала в течение миллионов лет в условиях, которые даже трудно себе представить – высокие температуры, колоссальные давления, сложнейшие химические процессы. И чем тяжелее были испытания, тем большую закалку проходили камни, и тем прекраснее они становились.

Самые красивые горные породы

Сформированные в недрах земли горные породы состоят из целого ряда минералов, которые даже в небольших количествах способны влиять на их механические, физические и декоративные свойства.

Серый невзрачный габбро диабаз после обработки шлифованием и полировки приобретает ровный и глубокий черный цвет, что делает его чрезвычайно популярным у производителей ритуальной продукции – памятники, надгробные плиты.

Теплый и прекрасный мрамор, образовавшийся из осадочных пород, украшает стены станций метро, из него сделаны полы, ступени и ограждения лестниц старинных дворцов, облицовка бассейнов и скульптуры. Огромное разнообразие расцветок и природных рисунков, появляющихся при распиле этого камня, позволяет создавать из него целые полотна в стиле абстрактной живописи.

Оранжево-розовый, черный с белыми вкраплениями, молочно-белый с множеством других цветов, оттенков и рисунков гранит широко используется для художественного оформления каминных порталов, предметов мебели и интерьера. Цоколи домов украшают фасадные плиты из гранита, а городские площади вымощены брусчаткой из габбро диабаза, которая радует глаз уже не одно столетие.

Поделочные камни

Само название этой достаточно обширной группы камней, в которую входят как отдельные горные породы, так и минералы, говорит об их основном предназначении – создании высокохудожественных изделий. Эти полупрозрачные или совершенно непрозрачные минералы, отличающиеся уникальным рисунком, цветом и блеском имеют тонкозернистую структуру и хорошо поддаются полировке.

Их ценность зависит от декоративности (цвет, рисунок), сложности обработки и от того, насколько редко они встречаются в природе. Одна из классификаций подразделяет поделочные камни на твердые – нефрит, яшма, агат, обсидиан, и мягкие – флюорит, малахит, оникс, серпентин. Наиболее декоративные и ценные из них собирают в отдельную группу, куда входят чароит, жадеит, лазурит, роденит, малахит, агат. Их используют для создания ювелирных изделий.

Уникальные произведения искусства в Эрмитаже – чаши, подсвечники, светильники и даже целая гостиная отделанная малахитом, огромные вазы из яшмы и порфира, уникальные камеи и геммы из агата, дают лишь ограниченное представление о богатстве и красоте поделочных камней.

Уникальные минералы

Алмазы, изумруды, топазы, аквамарины восхищают своим блеском, прозрачностью и уникальной игрой света на их гранях. В то же время многие минералы красотой, уникальными цветами и оттенками, изящными формами кристаллов ничуть не уступающие перечисленным известны лишь узкому кругу специалистов и коллекционеров. Причина такого положения вещей – в их небольшом количестве, исключительной редкости в природе, а иногда и в исключительной опасности для человека.

Ограниченное количество уже найденных экземпляров молдавита, который более известен под названием влтавин, поднимает его стоимость очень высоко. Влтава – река в Чехии, — единственное место, в окрестностях которого он встречается. Уникальность обеспечивает ему также предполагаемое происхождение – считается, что это осколки упавшего в этом районе в незапамятные времена огромного метеорита.

Редчайший в природе минерал динобон обязан своим появлением на свет минерализованным костям динозавров. Несмотря на обилие самих костей, процесс их минерализации, по всей видимости, требует особых условий, так как похвастаться большими запасами этого камня не может ни одна страна. Уникальный рисунок и расцветки камня привлекают внимание любителей экзотики, готовых заплатить за изделия из него немалые деньги.

И, наконец, группа специфических минералов, которые, несмотря на исключительную красоту и ценность, по разным причинам могут радовать глаз только на приличном расстоянии и не допускают даже мысли о том, чтобы их потрогать. Среди них встречающиеся в урановых рудах купросклодовскит (в форме ярких салатовых игл) и торбернит (травянисто-зеленые кристаллы), который еще называют «адской травой Елисейских полей».

Содержащие в своем составе мышьяк оловянно-белый арсенопирит (платина дураков) и золотисто-желтый аурипигмент, отравленный высоким содержанием ядовитого свинца кроваво-красный ваннадинит и выделяющий при соприкосновении с биологически активной средой медь небесно-синий халькантит – яркие представители редких по своей красоте и опасности минералов.

Заполненные зданиями из стекла, бетона и металла, современные мегаполисы сегодня по привычке все еще называют каменными джунглями, хотя в большинстве из них камень можно найти разве что в виде щебня в бетонных плитах. Какое-то время казалось, что новые строительные технологии и материалы вот-вот вытеснят природный камень из городов, сделав его достоянием провинции. Но приверженность к классическому стилю в архитектуре и подверженность влиянию моды, как водится, внесли свои коррективы в эти планы.

Сегодня гранит и мрамор снова в моде и города неторопливо одеваются в каменные одежды. Облицовка из натурального камня как внутри, так и снаружи придает неповторимое обаяние зданиям и сооружениям. Брусчатка из габбро на улицах в сочетании с гранитной отделкой фасадов создает настоящую архитектурную гармонию. Использование камня в городской инфраструктуре ничем не ограничено. Это и плиты мощения из гранита на набережных и пешеходных зонах, и декоративные колонны и статуи в парках и скверах, тротуарная плитка и бордюрный камень из гранита на дорожках для пешеходов.

Чем выделяется натуральный камень? Что отличает его от искусственных материалов? Почему сохранились до наших дней здания построенные еще в незапамятные времена?

Попробуем отыскать ответы на все эти и многие другие вопросы.

Камень на фасадах

Использование камня для внешней отделки уходит корнями в эпоху античности, прорастает сквозь средневековье и эпоху Возрождения и дотягивается до наших дней. Облицованные мрамором колонны и фасады древнегреческих храмов выдержали испытание временем, природными воздействиями и катаклизмами. Использование гранита и габбро для отделки фасадов преследовало две основных цели – придать зданию особую выразительность, основательность и монументальность и защитить стены от пагубного воздействия воды, ветра, мороза и жары.

Для облицовки цоколей и стен современных зданий используют фасадные плиты из гранита различной толщины и фактуры, которые укладывают на клеящие смеси, крепят с помощью специальных приспособлений или используют комбинацию этих способов. Также набирают популярность системы вентилируемых фасадов, в которых используется сборная металлоконструкция с ячейками с закрепленными в них плитами облицовки.

Горные породы для облицовки

Во все времена архитекторы и строители выбирали для внешней отделки самые прочные и высокодекоративные разновидности камня и лучшими из них считались мраморные, гранитные, кварцевые породы. Лабрадориты ценили за природную красоту, габбро-диабаз – за высокую твердость и глубокий черный цвет.

Месторождения облицовочного камня природа щедрой рукой разбросала по территории бывших союзных республик. Редкой красоты цветной мрамор добывают в горах Кавказа и в Узбекистане – бледно-зеленые, темно-красные, голубые с белым, розовые, оранжевые оттенки. Южный Урал поставляет светлые сорта мрамора (серый, белый), которые пользуются спросом как внутри страны, так и на внешнем рынке.

Граниты, габбро, лабрадориты представлены месторождениями Карелии, Урала, Украины. Здесь добывают красные, серые, зеленые граниты, черные с зеленоватым отливом габбронориты, черные с голубыми вкраплениями лабрадориты.

Наиболее крупные карьеры по добыче кварцитов находятся в окрестностях Петрозаводска и на севере Житомирской области.

Популярные фактуры

Если внимательно присмотреться к облицовке каменных фасадов известных столичных зданий, сооружений, стен метрополитена, можно заметить, что они часто отличаются своей фактурой. Одни отполированы до зеркального блеска, другие слегка шероховатые, третьи имеют значительные рельефные выступы и впадины и грубо обработанную поверхность. Значение обработки лицевой поверхности для получения определенной фактуры не стоит недооценивать. Различные ее виды – скалывание, бучардирование, пиление, шлифовка, полировка – способствуют проявлению рисунка, усилению цвета, созданию различных типов рельефа поверхности, что особенно важно при работе с высокодекоративными камнями — гранитами, лабрадоритами и габбро.

Использование той или иной фактуры определяется архитектурными решениями и выбранным дизайном фасада. Для отделки цокольной части зданий используют фактуры скала и пиленую, которые придают всему объекту основательность и монументальность.

Оригинальные решения представлены совместным использованием шлифованной и колотой фактур, которые используются для выделения отдельных архитектурных элементов.

Для облицовки ступеней на входах в здания применяют термообработку, которая позволяет получить поверхность с равномерной шероховатостью и обладает противоскользящим эффектом.

Известные объекты с отделкой из камня

Многие месторождения на территории стран бывшего союза пользуются заслуженной известностью на внутреннем и на внешнем каменном рынке. Каждый гранитный карьер заслужил своею славу благодаря камню и объектам, на которых он использовался. Красный порфировидный гранит Лезниковского месторождения – в облицовке Мавзолея В.И. Ленина, Токовским гранитом устелены московские набережные, мосты, станции метро. Шошкинским кварцитом (Петрозаводск) облицованы ступени Исаакиевского собора и парадные залы Эрмитажа, а великолепная плита полированная из габбро, добытого в Крыму, украшает стены станции московского метро Маяковская.

Как часто мы повторяем привычные фразы – «истерлись каблуки», «износились шины автомобиля», «появились царапины на полировке» не особо задумываясь над их скрытым значением и причинами, которые привели к столь досадным изменениям. Хотя, если вдуматься каждая фраза содержит эти причины: каблуки – терлись, шины – носились, царапины – царапались. А значит все неприятности произошли под воздействием неких сил, которые физика называет силами трения.

Силы эти вездесущи, могущественны и не любят, когда ими пренебрегают. Протертые на коленях детские колготы и прорезанные в скальных породах колоссальные каньоны – дело их «рук». Более абразивные предметы стирают менее абразивные, более износостойкие дольше выдерживают воздействие разрушающих факторов, более твердые царапают менее твердые.

Особое значение имеет знание этих свойств и умение их измерять в сфере строительства, где они являются определяющими при выборе материалов для самых различных применений.

Твердость

Одно из первых свойств материалов, с которым человек познакомился на пути своего становления. Камень тверже дерева – им можно резать и рубить, некоторые камни (гранит, базальт, габбро-диабаз) оставляют царапины на других (известняк, обсидиан) – ими можно делать наскальные рисунки и инструменты, песком можно шлифовать камни. Такой несложный бытовой опыт привел со временем к определению твердости, как способности одних материалов оказывать сопротивление при воздействии на них других и лег в основу построения известной шкалы Мооса.

Десять минералов расположились в этой шкале в ряд по мере возрастания твердости — от талька до алмаза, а способ определения ее значения сохранился с древних времен – тот камень, который оставляет царапины на другом – более твердый. При последовательном сравнении с эталонными образцами можно определить и относительное численное значение твердости образца.

Часто высокую прочность отождествляют с твердостью материала. Это распространенное заблуждение легко опровергается практикой, которая свидетельствует, например, о примерно равной прочности на сжатие и намного более высокой прочности на изгиб и растяжение у дерева, чем у бетона, при значительно меньшей твердости древесины.

В то же время существует прямая зависимость таких параметров как истираемость и износ от твердости материалов.

Истираемость

От постоянного трения вещи имеют свойство изнашиваться – они теряют свой внешний вид (одежда), массу и размеры (лестничные ступени, покрытия пола, тормозные колодки, обувные каблуки). Выраженная в числовой форме как отношение утраченной массы к площади, истирание играет роль ключевого параметра при подборе материалов для строительных работ. Так решение выбрать плиты мощения из гранита, бетона или керамики в большей степени зависит от этого параметра.

Измерение истираемости осуществляется исключительно экспериментальным путем. Для этих целей промышленность выпускает специальные приборы – абразиметры, в которых испытуемый образец подвергается длительному воздействию абразивных материалов. Однако результаты таких испытаний трудно использовать для реальных расчетов, поскольку в реальности брусчатка из гранита или лестничные ступени не подвергаются прямому воздействию абразивных кругов – по ним просто ходят люди или движутся транспортные средства.

Для понимания реального соотношения были проведены натурные эксперименты. В московском метро, где благодаря наличию турникетов есть возможность точно рассчитать количество проходящих через них людей, была установлена тротуарная плитка из гранита. Через 6 месяцев были проведены замеры и определена как степень истирания, так и пассажиропоток, который ее вызвал. В результате появилась возможность соотнести результаты испытаний с помощью приборов и натурного эксперимента и вывести эмпирическую формулу для расчета потока людей, прохождение которого приведет к стиранию 1 мм поверхности материала, а значит и срок его эксплуатации.

Устойчивость к истиранию также тесно связана с износом и общей долговечностью изделий из камня.

Износ

Применительно к изделиям из камня в качестве основных причин износа следует рассматривать действие физических:

• нагрузки;
• силы поверхностного трения;
• воздействие абразивных материалов;

термических (в меньшей степени):

• циклы зима-лето;

и химических факторов (незначительно):

• действие кислот и щелочей.

Основным показателем износа служит потеря массы, которая выражается в процентах от изначальной массы. Считается, что износ есть способность материала оказывать сопротивление комплексному действию абразивов и ударных нагрузок. Влияние на износостойкость оказывают как внутренние свойства самого материала (твердость, плотность, истираемость), так и характеристики внешних воздействий (вид трения, условия эксплуатации).

Натуральный камень (в том числе природный гранит, производство которого в промышленных масштабах началось в России с конца XVII века) использовался в строительстве практически повсеместно. К началу 1990-х годов в СССР числилось 278 разведанных карьеров, и более чем на 50 из них велась активная добыча. Однако многие месторождения Сибири и крайнего севера так и остались в перечне перспективных лишь потенциально, виной чему суровые климатические условия и, как следствие, нерентабельность их эксплуатации. В то же время наиболее известные карьеры Урала начинали исчерпывать свой потенциал – и промышленности требовался поиск новых разработок.

Карьеры габбро Кольского полуострова и Карелии

Наиболее многообещающими в этом плане оказались обширные территории северо-запада страны – особенно побережье Балтики и Печенгский район Мурманской области. Всего за 20-25 лет здесь была начата эксплуатация более 10 карьеров, и основной добываемой породой в них стал габбро диабаз. Огромным преимуществом данного камня (широко распространенного в так называемом Северном массиве, залегающем на небольшой глубине вдоль океанского побережья на территориях России, Финляндии и частично Норвегии и Швеции) является великолепный набор физико-технических характеристик. По большинству параметров они примерно идентичны аналогичным у таких известным камней, как черный гранит Шанси Блэк, завозящийся из Китая, и индийский доломит Абсолют Блэк (не совсем верно идентифицируемый на отечественном рынке как гранит). При этом других аналогов по качеству у российского габбро на рынке практически нет – продукция из страны слонов и Поднебесной за последние годы существенно подорожала, украинский гранит габбро не выдерживает конкуренции по качеству, а лучший в мире австралийский аналог вообще не экспортируется за пределы страны.

Продукция из габбро

Благодаря подобным изменениям рыночной конъюнктуры, первыми массово стали наращиваться объемы потребления щебня габбро (особенно в связи с почти трехкратным уменьшением поставок с Украины). В пределах от 30% до 80% за первые 10-12 лет нового столетия (а с 2014 по 2016 – почти вдвое) выросли продажи и других видов продукции из отечественного черного камня. Среди них:

• плиты мощения габбро и тактильные плиты из габбро (получившие популярность благодаря более низкой водопроницаемости, чем у классической гранитной плиты, максимально высокой сопротивляемости истиранию и большей безопасности обработки благодаря равномерной внутренней структуре);
• плитка габбро (в полированном виде приобретающая глубокий черный цвет и использующаяся в интерьерах в стиле «модерн» или «минимализм»);
• элитная брусчатка (за счет тенденции последних лет замены асфальтовых покрытий на низкоскоростных дорогах на куда более экологичный, надежный, прочный и долговечный природный камень);
• бордюры ГП (как идущие «в комплекте» с несвязными покрытиями из плитки либо брусчатки, так и выполняющие роль отдельного архитектурного элемента при обрамлении клумб, цветников и т.д.);
• надгробные плиты (наиболее подходящая для габбро ритуальная отрасль, отполированные до зеркального блеска черные памятники в которой исторически являются незаменимым предметом христианского культа).

Все это стало возможным по двум причинам, первая из которых (открытие новых карьеров по добыче камня очень высокого качества) была подробно раскрыта в начале статьи. Второй причиной стало резкое подорожание прямых конкурентов российской породы – темных и полностью черных гранитов, завозившихся в страну из Поднебесной миллионами тонн. Ныне ситуация в корне изменилась – и отечественная каменная отрасль получила шанс, о котором ранее не могла даже мечтать. Чем ведущие производители и воспользовались, заняв освободившуюся нишу.

Одной из заметных тенденций последних десятилетий стала стабильно возрастающая популярность натуральных материалов. Асфальт на дорогах (там, где в нем нет необходимости) сменяет элитная брусчатка, вместо дешевой и недолговечной бетонной плитки на тротуарах появляется натуральная плитка габбро, а в разделении проезжей и пешеходной части используются бордюры ГП из того же природного гранита. Массово появляется камень и в интерьерном, а также экстерьерном оформлении загородных домов – брекчия на садовых дорожках, бут во внешних оградах, фасадный гранит на цоколях, плиты мощения габбро на площадках, столешницы в кухнях и т.д. Однако, невзирая на многотысячелетнюю историю использования гранитов в архитектуре, основная масса обывателей знает о нем крайне мало. Одним из следствий этого факта неизбежно становится появление мифов, часть из которых в данной статье мы постараемся развеять.

Миф №1. Гранит – самый прочный материал.

Все магматические породы (к числу которых относятся базальт, габбро диабаз, лабрадор, доломит и тот же гранит, производство изделий из которого стало так популярно) действительно обладают очень высокой твердостью и прочностью. Однако если первая  действительно не позволяет стальному ножу поцарапать поверхность камня, вторая никак не защитит столешницу или плитку от удара молотком. Причина этого – в разных видах физической прочности материалов, и если прочность на сжатие у гранитов на самом деле достигает почти фантастических 360 МПа, то ударная не так уж велика (поскольку скальные породы практически не пластичны). В связи с этим резать мясо на каменной столешнице можно без опасений, но рубить кости точно не рекомендуется.

Миф №2. Все граниты одинаковы по свойствам.

На самом деле это далеко не так. Например, знаменитый финский гранит «рапакиви» (которым облицованы цоколи знаменитого здания Адмиралтейства в Санкт-Петербурге) обладает следующими характеристиками:

• плотность – 2630 кг/м3;
• водопроницаемость – 0,2%;
• прочность на сжатие – около 150 МПа;
• морозостойкость – в среднем 75 циклов.

В то же время его ближайший сородич черный гранит (основной материал надгробных плит, так же как и гранит габбро аналогичного окраса), по тем же параметрам является в 3-4 раза более надежным и долговечным:

• плотность – 3100 кг/м3;
• водопроницаемость – 0,07%;
• прочность на сжатие – до 360 МПа;
• морозостойкость – до 300 циклов.

Миф №3. Гранит радиоактивен.

С точки зрения физики в этой фразе нет противоречия – но на практике она вводит людей в серьезное заблуждение. Дело в том, что определенное количество радиоактивных элементов содержится абсолютно во всем, что нас окружает – почве под ногами, воде, растениях, молоке и мясе животных и т.д. Однако концентрация их обычно ничтожна, и никакой опасности для здоровья не представляет. Так, совокупное содержание стронция, цезия и теллура в граните и габбро в подавляющем большинстве случаев приводит к образованию радиологического фона в непосредственной близости от каменного изделия в пределах 60-120 Бк/м3. В самой массе камня этот уровень никогда не превышает 370 Бк/кг (разрешенная норма для применения в строительстве в местах обитания людей). При этом мы не употребляем гранит в пищу, но зато пьем молоко (600 Бк/кг), завариваем чай на лечебных травах (800 Бк/кг) и варим грибные супы и ягодные компоты (до 2500 Бк/кг). Что касается действительно опасного и ядовитого газа радона – то струя воды из-под крана провоцирует его выделение в воздух помещения в 17 000 раз большее, чем полностью облицованные гранитом стены и выложенные плиткой из натурального камня полы. А все попытки очернить природный гранит (не раз предпринимавшиеся производителями его главного конкурента – искусственного камня) с треском проваливались.

В абсолютном большинстве случаев стройматериалы из натурального гранита и его аналогов (габбро, лабрадорита, доломита и пр.) подвергаются дополнительной обработке поверхности. Выбор фактуры, получаемой в результате такой обработки, диктуется как эксплуатационными, так и дизайнерскими задачами, в результате чего, например, столешницы и облицовочная плитка полируются, а плиты мощения габбро, напротив, снабжаются поверхностью с противоскользящим эффектом. Основных  разновидностей образующегося рельефа на изделиях различают семь, и каждый из них мы рассмотрим более подробно.

Фактуры поверхности и методы их формирования

Колотая – формируется по естественным линиям разлома в процессе работы камнекольного оборудования. Представляет собой достаточно грубый рельеф с перепадом высот в пределах 1 см. Основное применение – брусчатые покрытия низшей категории и бордюры ГП. Выполняет в основном декоративную функцию, используясь при мощении площадок и дорожек в садово-парковом дизайне.

Пиленая – образуется в результате распиловки заготовок (используются дисковые, ленточные либо канатные пилы). Рельеф бороздчатый, с глубиной дорожек 2 ± 1 мм. Основное применение – дорожные покрытия (в т.ч. элитная брусчатка с полностью пилеными всеми шестью гранями), а также крупноразмерные гранитные плиты для облицовки набережных и цоколей масштабных сооружений.

«Скала» — представляет собой искусственную имитацию природной скальной поверхности с хаотичными перепадами рельефа от 5 до 15 см. Получается путем обработки поверхности гранита ударно-вращательными механизмами (цилиндр с набором особо прочных армированных клиньев). Применяется в основном на крупноблочном камне, идущем на облицовку цоколей массивных административных зданий.

Шлифованная – практикуется при обработке преимущественно монохромного камня, не обладающего поверхностным декоративным рисунком (черный гранит габбро, одноцветный серый гранит и т.д.). Незначительная рельефная глубина в 1/2 мм является достаточной для создания противоскользящего эффекта, по причине чего такой обработке подвергаются преимущественно изделия, укладываемые на горизонтальные поверхности (тротуары, промышленные полы, ступени лестниц и т.д.).

Термообработанная – по предельной высоте рельефных перепадов примерно идентичная шлифованным поверхностям, однако получающая подобный эффект путем не механического, а термического воздействия. Обжиг камня (как и идентичный обжиг дерева) используется преимущественно с декоративными целями, поскольку плитка габбро такого типа принимает «состаренный» вид. Высокотемпературная обработка производится с помощью специальных горелок, температура пламени в которых для тех или иных пород подбирается индивидуально.

Бучардированная – последний, третий тип поверхностей с незначительной (менее 1 мм) шероховатостью. Габбро и гранит, производство которых нацелено на создание плит с противоскользящим эффектом, чаще всего обрабатываются именно бучардами, представляющими собой миниатюрные клинообразные молоточки из инструментальных сплавов, крепящихся на вращающийся диск.

Полированная – однозначно наиболее красивая в декоративном плане поверхность, позволяющая максимально подчеркнуть цветовую гамму и естественный рисунок камня. Технология полировки заключается в конвейерной смене дисков с постоянно уменьшающимся сечением абразивного зерна, результатом чего становится выход с конвейерной линии камня с полностью зеркальной поверхностью.

Одной из лучших пород по возможностям полировки является габбро диабаз, позволяющий довести перепады рельефа до практически нулевой величины (что в полной мере используется производителями, например, ритуальных памятных плит).