Сопротивление внешним воздействиям и характеристики камня

Что приводит к образованию трещин в камне? – вода и мороз.
Что превращает камень в песок? – ветер.
Что дробит камень на куски? – тектонические сдвиги и высокое давление.
Что стирает камень в пыль? – трение о другие камни.

Другими словами, разрушение каменных пород происходит под воздействием внешних сил различной природы. Разные камни в одних и тех же природных условиях разрушаются с разной скоростью, что объясняется отличиями в их внутренней структуре и другими свойствами. Таким образом устойчивость природных материалов к действию сил природы связана с их физическими и механическими параметрами.

Рассмотрим какие характеристики природного камня ответственны за сопротивление внешним воздействиям и как это влияет на выбор области их применения.

Сопротивление сжатию и прочность

Использование камня и изделий из него в строительной сфере предполагает воздействие на него определенных нагрузок. Так брусчатка из гранита должна выдерживать нагрузку от движения транспорта, а наезд автомобиля на дорожный бордюр из габбро не должен стать причиной разрушения последнего.

Приложение нагрузки к поверхности камня вызывает его сжатие, которое передается всем частицам, и приводит к появлению напряжения в его структуре. При возрастании нагрузки внутреннее напряжение может достичь величины, которая превышает силу сцепления частиц в этом случае происходит разрушение материала.

Величина нагрузки, при которой происходит разрушение данного материала называется пределом его прочности на сжатие, а способность противостоять разрушению – прочностью. Знание этого параметра для каждой породы камня позволяет использовать его в расчетах прочности строительных конструкций, и выбирать материал с подходящими свойствами. Например, плита мощения из гранита прекрасно выдерживает эксплуатацию на полах промышленных складских помещений, а точно такая же плита из туфа – нет.

Влагопоглощение и плотность

Влажность — еще один вид внешнего воздействия, который непосредственно влияет на свойства природных материалов и может привести к их изменению, разрушению породы и изделий из нее. Наличие в структуре камня определенного количества пор и пустот характеризует его плотность, которая в свою очередь связана со свойством поглощать воду путем заполнения этих емкостей (водопоглощением).

Насыщение камня водой меняет его вес, отрицательно сказывается на таких характеристиках как прочность и теплопроводность. Помимо этого, вода, расширяясь при замерзании может разрушить камень. Это следует учитывать при выборе материала для изделий, которые предполагается использовать в условиях повышенной влажности или в прямом контакте с водой.

Знание таких особенностей позволяет рекомендовать фасадные плиты из габбро или гранита, обладающие высокой плотностью и почти нулевым водопоглощением, для облицовки цоколя дома. Для отделки дна и стен бассейнов хорошо зарекомендовала себя полированная плитка из гранита, которая многие десятки лет может находиться в воде, не меняя своих свойств.

Износостойкость и твердость

В условиях реальной эксплуатации каменные изделия подвергаются действию множества факторов, в числе которых силы трения, ударные нагрузки, царапание другими материалами. Параметр, характеризующий способность камня противостоять этим воздействиям, получил название – твердость. На практике его определяют с помощью таблицы Мооса. Она имеет 10 градаций и позволяет определить относительную твердость материала в сравнении с эталонными образцами.

Практическое значение этой характеристики – в ее тесной связи с таким свойством камня, как устойчивость к истиранию (износостойкость). Ее величина имеет важное значение при подборе материалов для устройства полов в помещениях с высокой проходимостью, где абразивное воздействие на поверхность очень велико. В помещениях супермаркетов, зданиях вокзалов для этих целей используют слэбы или плитку из таких материалов как гранит габбро диабаз.

Долговечность как комплексная характеристика

Способность изделий из натурального камня противостоять всем известным видам внешних воздействий в течение заданного срока эксплуатации называют долговечностью. Уже из самого определения видно, что характеристика комплексная и зависит от целого ряда других параметров и свойств горных пород – прочности, твердости, плотности, способности выдерживать перепады температур, водостойкости.

Первые попытки создать классификацию природного камня по его долговечности относятся к концу XIX века и принадлежат итальянцу Сальмораги. Созданная им градация материалов основана на их способности не терять свою твердость на протяжении определенного времени и имеет 10 классов – от самого нестойкого первого (соль, лед) до самого устойчивого – девятого (кварцит, габбро диабаз, порфирит).

Более современная, учитывающая большое число параметров и не привязанная к определенному типу климата классификация имеет 4 категории:

• очень долговечные – кремнистые песчаники, граниты (мелкозернистой структуры);
• долговечные – габброиды, сиениты, лабрадориты;
• относительно долговечные – доломиты, белый мрамор, песчаник;
• недолговечные – гипс каменный, известняки низкой плотности, разноцветные сорта мрамора.