Архит._материал._-_Шеина_Ч1. Т. В. Шеина архитектурное материаловедение
 Скачать 23.57 Mb.
|
|
9.4 Поделочные камни При выполнении мозаичных работ и высокодекоративных отделок монумен- тальных зданий и интерьеров широко применяют поделочный камень: яшму, ро- донит (орлец), лазурит, нефрит, малахит, янтарь и природный гипс. В XVIII в. Петр I создал в России горное дело и открыл три алмазные гра- нильные мастерские (камнерезное и ограночное дело) в Петергофе, Екатеринбурге и Алтае. Они снабжали русский двор и музей замечательными по технике и искус- ству декоративными изделиями – чашами, вазами, столами из малахита, лазурита, яшмы и мрамора. Яшма (от араб. Яшб) – кремнистая твердая и очень плотная осадочная по- рода. Она состоит из микроскопических кварцевых зерен. Яшма отличается широ- кой цветовой палитрой: красный и коричневый (примеси гематита), бурый и зеле- ный (волокнистый амфибол), синий, белый и черный. Относительно высокая прочность (R сж = 16…20 МПа) повышает трудоемкость обработки, но яшма хоро- шо полируется. В новых залах Эрмитажа в XIX в. установлены четыре колонны из яшмы (тем- но-красные и густо-зеленые цвета) и царицу чаш (рисунок 107). Рисунок 107 – Колонны из яшмы в Эрмитаже Родонит (от греческого родон – роза) – си- ликатная метаморфическая порода, с мел- козернистой структурой, обладающая ши- роким диапазоном красивых расцветок древовидного рисунка от бледно-розового до интенсивно малинового и красно- бурого. Разновидность родонита – орлец является полупрозрачным материалом. Сравнительно легко обрабатывается режу- щим инструментом (Т = 6…6,5), принимает полировку высокого качества. Из родонита выполнены многие чаши и вазы в Эрмита- же. Из родонита сделан и саркофаг импера- трицы Марии Александровны в Петропав- ловской крепости. Нефрит (от греч. нефрос – почки, так как ему приписывали исцеление почечных бо- лезней) спутанно-волокнистый и скрытокристаллический агрегат амфибола. Цвет: серый, травяной, изумрудный и желтоватый (в зависимости от примесей железа, хрома и никеля). Рисунок облачный, пятнистый, реже полосчатый и точечный. Обладает высокой прочностью (R сж = 35…70 МПа), твердостью (Т = 6,5), плотно- стью (ρ = 2,9…3,05 г/см 3 ) и вязкостью. Труднообрабатываемый вид поделочного камня, однако, обеспечивает возможность добиться исключительных эффектов в 125 результате получения тончайших узоров, хорошо полируется. Нефрит использо- вался при отделке Мавзолея Гур-Эмира в Самарканде (1404 г.), из черного нефри- та выполнена надгробная плита на саркофаге Тимура. Лазурит (от араб. азул – небо, синева) встречается разных цветов: от бледно- голубого до ярко-синего с вкраплениями золотистого и обладает сравнительно не- большой твердостью 5,5 (рисунок 108). Рисунок 108 – Столик из лазурита Чароит (от назв. Чары – притока Лены) состоит в основном из одноименного минерала. От бледного до темно-фиолетового цвета с шелковистым переливчатым блеском (Т = 6…7). Рисунок волнистый, пятнистый и «пейзажный». Чароит трудоемок в обработке, но он принимает шлифовку высокого качества. Янтарь – желтый прозрачный, имеющий большую твердость. Встречаются и буровато-желтые и темные виды янтарей (Румыния, месторождение Буцау). Прус- ский король Фридрих Вильгельм Ι по- дарил в 1716 г. Петру Ι янтарную ком- нату. Янтарное убранство в Зимнем Дворце – панно из кусочков янтаря (S = 55 м 2 ) собиралось под руководством Растрелли (рисунок 109). Рисунок 109 – Янтарная комната Оникс мраморный (в переводе с греч. – ноготь) – порода осадочного происхождения, состоящая из кальцита мелкозернистой структуры. Цвет: белый, желтый, коричневый и бледно-зеленый. Рисунок радиально лучистый, либо полосчатый, с просвечиваемостью – до 30…40 мм (Кавказ). Хорошо обрабатывается режущими и шлифующими инструментами (Т = 3…3,5), принимает полировку высокого качества. Витражи Московского мет- рополитена, в частности станции «Динамо», выполнены из мраморовидного оник- са. Широко распространенным поделочным камнем является природный гипс , отличающийся большим разнообразием расцветок от белого до голубого. Низкая твердость гипсового камня позволяет легко изготовлять из него сложные скульп- турные изделия для интерьеров зданий, а также применять его в качестве облицо- вочного материала. Мастера древней глиптики – искусства резьбы по камню – уже в IV тысяче- летии до н.э. наряду с печатями-инталиями на одноцветных минералах вырезали в рельефе жуков-скарабеев, львов и сфинксов. Но только в конце IV – начале III в. 126 до н.э. появляются собственно камеи – рельефные многоцветные геммы, испол- нявшиеся чаще всего на особой разновидности многослойного агата – сардониксе Используя различную окраску слоев сардоникса, мастера древней Греции дости- гали чисто живописных колористических эффектов. Рельеф камей подчеркивался игрой ярких тонов и их нюансов: от черного через различные оттенки коричневого до голубовато-серого и белого. Варьируя толщину белого слоя агата так, чтобы сквозь него просвечивал темный нижний слой, мастер мог добиться иллюзии све- тотеневой моделировки. Резчики камей выбирали или индийский сардоникс, удачно сочетающий белый и желтый цвета с теплыми красновато-коричневыми оттенками, или арабский, в котором преобладали холодные сине-черные и голубо- ватые оттенки. Гордо поднятая, увенчанная дубовым венком голова Зевса, красно- коричневые кудри волос и бороды подчеркивают белизну профиля. Эта камея вы- полнена из куска трехслойного сардоникса – разновидности агата (рисунок 110). Рисунок 110 – Камеи из сардоникса: а – Голова Зевса; б – Камея Гонзага. Навряд ли бы мы узнали (разве что историки) о Птоло- мее Филадельфе и его супруге, если бы не запечатлевшая их знаменитая камея, одна из са- мых больших в мире: длина 157 мм, ширина 118 мм и вы- сота 30 мм. Эта камея вошла в историю под названием Камея Гонзага, по имени герцогского рода, владев-шего ею в средне- вековье. Выполнил ее придворный мастер из куска трехслойно- го сардоникса (разновидность агата). Фон камеи тëмно-коричневый. Из среднего, молочно- белого слоя вырезана лицо и шея Арсинои, а из более однородного и светлого слоя – лицо Пто- ломея. Удивительно эффектно использованы неровности рельефа окраски: из белого пятна на шлеме сделана розетка, а светлые пятна на плаще изображают застежки в виде голов Медузы Горгоны и Фобоса. 9.5 Монументальный камень Натуральному камню нет замены по респектабельности и красоте. Для скульптуры в основном применяют мелкозернистые граниты и белые светопрони- цаемые мраморы, реже – известняки. Мелкозернистые граниты допускают удар- ную обработку без нежелательных ненаправленных сколов. Обработанная по- верхность таких гранитов хорошо полируется, сохраняется столетиями (рисунок 111). 127 Для изготовления постаментов, скульптур и монументов приме- няют крупнозернистые граниты, лабрадорит, кварцит и др. Рисунок 111 – Монументы из при- родного камня 9.6 Месторождения облицовочного камня в России Изделия, получаемые из блоков и плит, относятся к группе штучного камня. По традиции они объединяются под обобщенным названием «декоративно- облицовочные камни». Следует отметить, что по богатству запасов и разнообразию природного об- лицовочного камня нашей стране принадлежит ведущее место в мире. Запасы об- лицовочного камня составляют в настоящее время около 1,4 млрд. м³ горной мас- сы. Существующая российская минерально-сырьевая база облицовочного камня представлена примерно 400 разведанными месторождениями. Из них около 40 % – это месторождения прочных изверженных пород (граниты, диориты, габбро, ба- зальты и т. п.). Примерно такая же доля – месторождения пород средней прочно- сти (мраморы, мраморовидные известняки, мраморные брекчии и т. п.). Остальная доля приходится на месторождения низкопрочных пород (преимущественно оса- дочного происхождения): известняки, травертины, гипсовые камни и т. п. Таким образом, в качественном отношении по разнообразию ассортимента ведущее ме- сто принадлежит изверженным породам, а также мраморам и мраморовидным из- вестнякам. В отношении же количества запасов наибольшая доля от общего объе- ма разведанных ресурсов приходится на камни средней прочности (мраморы, мраморовидные известняки) – 39 % и низкопрочные камни (известняки и т. п.) – 36 %, наименьший истинный вес – на изверженные прочные породы. В Крыму – серые, красные и розовые мраморовидные известняки и красивые зеленовато- серые диориты. На Кавказе – мраморный оникс и красный гранит. В Украине – темно-синий базальт и светло-серый лабрадорит. В настоящее время российским компаниям доступно более 5000 разновид- ностей декоративного и строительного камня со всего мира: из Бразилии, Фин- ляндии, Индии, Германии, ФАР, Ирана, Испании, Пакистана, Португалии и дру- гих стран. Это зеленые змеевиково-мраморные брекчии (Греция, Фессалия), и зе- леный лабрадоровый порфир из Пелопоннеса. Мраморовидные известняки и яшма (Германия, Дрезден). Гипсовый камень из Ганновера и серый халцедон (окри- сталлизовавшийся опал) – Нункирхен на Рейне. Янтарь – восточная Пруссия, зо- лотистый топаз, яшма и агаты – Саксония. Хризопраз – Силезия, цветной мрамор 128 и мраморовидные брекчии (Франция, Пиренеи). Флюорит (плавиковый шпат), ага- ты и черные мраморы (Англия, Шотландия). Зеленые камни – эпидот и сфен (Ав- стралия). 9.7 Основные критерии оценки горных пород как декоративно-облицовочного камня К основным факторам, определяющим практическую ценность горных по- род, 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 «декора- тивность». Основными показателями декоративности камня являются фактура лицевой поверхности, окраска, рисунок и структура горных пород. Окраска камня обу- словлена цветом слагающих его минералов. Рисунок создается сочетанием струк- туры и текстуры горной породы и цветовой тональностью минеральных компо- нентов (рисунок 112). Рисунок 112 – Структура и текстура мрамора Особенности структуры камня по- разному влияют на его декоративность. Приня- то считать, что крупнозернистые и порфиро- видные разности наиболее приемлемы для цветных гранитов, так как они повышают вы- разительность рисунка и цвета камня. В то же время крупнозернистые структуры ухудшают внешний вид мраморов, габбро и кварцитов. По цветовым особенностям выделяются горные породы: хроматические – окрашенные, ха- рактеризующиеся 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 насыщен- ности (рисунок 113); Рисунок 113 – Гранит рапакиви ахроматические – черные, серые и белые камни; к ним относятся габброи- ды, амфиболиты, шунгитовые сланцы и серые граниты; среди белых пород – мра- моры, кварциты и гипсы. 129 Декоративные особенности горных пород наиболее полно раскрываются фактурной обработкой лицевой поверхности (таблица 16). Различают два основ- ных типа фактур. Абразивную фактуру, получаемую истиранием камня зернами абразивов (алмаза, корунда и др.), и ударную, получаемую скалыванием различной крупности частиц камня при помощи соответствующих инструментов (закольни- ка, бучарды и др.). Наиболее декоративная полированная фактура, в ней четко вы- является рисунок камня, при этом яркость, интенсивность окраски горных пород возрастают, а светлота камня уменьшается. Таблица 16 – Оценка декоративности природного камня Горная порода Признаки декоративности положительные отрицательные Граниты: красные серые Высокая насыщенность цвета, крупнозернистое строение или красивый рисунок мелкозерни- стых разновидностей Резкие пятна и прямолинейные по- лосы, желтые оттенки, большое со- держание слюды-биотита Однородная окраска, глубокий оттенок Резкие пятна и прямолинейные по- лосы, желтый и бурый оттенки, не- равномерность окраски Лабрадориты черные Предельно черный цвет, большое число крупных радужных кри- сталлов Желтоватые участки, отсутствие ра- дужной игры Габбро Предельно черная окраска, мел- козернистое строение Серые оттенки и пятна Мраморы белые Однородный цвет, теплые оттен- ки Резкие включения, нарушающие од- нородность окраски Известняки и до- ломиты Однородный цвет, теплые оттен- ки Темные пятна и полосы Песчаники Однородный цвет, светлые, се- рые, желтоватые и красноватые оттенки Грязные серые и бурые оттенки, не- равномерная окраска Туфы Разнообразные светлые оттенки или однородные насыщенные цвета Темные и бурые цвета Гипсовые камни Черные и светлые тона Бурые и грязно-серые оттенки и включения Характеристики фактур лицевой поверхности камня приведены в таблице 17. 130 Таблица 17 – Характеристика фактур лицевой поверхности камня Фактура Характеристика Способ получения Породы, для которых применяются фактуры Абразивные фактуры Полированная (зеркальная) Гладкая с зеркальным блеском, дающая четкое отражение пред- метов, с полностью выявленным рисунком и цветом камня Полировка полироваль- ным инструментом или по- лированным порошком с накаткой глянца Граниты, лаброиды, габбро, мра- моры Лощеная Гладкая бархатисто матовая по- верхность без следов обработки с полностью выявленным ри- сунком камня Шлифовка тонкозернис- тым (доводочным) абра- зивным (алмазным и др.) инструментом Граниты, мраморы Шлифованная Равномерно шероховатая по- верхность со следами обработки при высоте рельефа до 0,5 мм Шлифовка среднезернис- тым абразивным инстру- ментом (алмазным и др.) Граниты, из- вестняки, мраморы Пиленая А Гладкая (в основном) поверх- ность с малозаметными следами от работы пилы при высоте от- делочных неровностей рельефа до 3 мм Распиловка алмазными штрипсами и обрезными кругами Известняки, туфы, песча- ники Пиленая Б Не равномерно-шероховатая по- верхность с резкими штрихами от зерен крупного абразива с высотой неровностей рельефа до 3 мм Распиловка гладкими стальными штрипсами, дробью и канатными пи- лами Известняки, туфы, песча- ники Вскрытая (очи- щенная) Матовая поверхность с выяв- ленным цветом рисунком камня Обработка ультра звуком в водной среде пескос- труйным методом и т.п. Граниты, лаброиды, габбро, мра- моры Ударные фактуры «Скала» Скол, образующий бугры и впа- дины без следов инструмента на поверхности с высотой рельефа 50…150 мм Естественный раскол при обработки закольником Граниты, лаброиды, габбро Бугристая («Шуба») Равномерно бугристая с высо- той рельефа до 15 мм Обработка узкой скар- пенью либо шпунтом Граниты, песчаники, плотные из- вестняки Рифленая Равномерно борозчатая с пра- вильным чередованием гребней и впадин глубиной до 3 мм Прорезка «Гребенкой» с твердосплавными резцами троянкой либо алмазными кругами Известняки, песчаники Точечная Равномерно шероховатая с вы- сотой рельефа до 2 мм Обработка крестовой бу- чардой Граниты, лаброиды, габбро 131 Термообработанные фактуры Огневая Шероховатая со следами шелу- шения Обработка безвоздушным термоотбойником до оплавления поверхности и изменением цвета Известняки, туфы, песча- ники Глазурованная С оплавленным поверхностным слоем камня, изменяющим его цвет Известняки, туфы, песча- ники окончание таблицы 17 Высокодекоративной также является фактура «скала», придающая камню рельефность и живописность, выявляющая игру светотени на обработанной по- верхности. Камень с грубоватой лицевой поверхностью применяется при кладке стен или отделки фасадов. Называется такая кладка или ее имитация «рустикой» – от латинского слова, означающего «простой, незамысловатый, неотесанный». Здания с рустованными фасадами имеют вид величественный и одновременно живой, а глазу приятно скользить по камню, ибо этот материал не способен наску- чить (Флорентийское палаццо и дворцы Санкт-Петербурга). Пиленая, шлифованная, рифленая и термообработанная фактуры значи- тельно снижают насыщенность цветового фона, но повышают светлоту камня. Плиты, парапеты и другие архитектурные элементы, обработанные в этих факту- рах, 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 вы- явленным цветом и рисунком. Высокой степени фактурной обработки поддаются все твердые породы (гра- ниты, габбро, кварциты) и частично породы средней твердости (мраморы, некото- рые 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 облицо- вочного камня отсутствуют. Степень декоративности определяется суммировани- ем результатов оценки по балльной системе отдельных показателей – окраски, текстуры, фактуры и др. Выделяются четыре класса декоративности: высокодекоративные …………….....................................................более 32 декоративные ........................................................................................ 23...32 малодекоративные .............................................................................. 15...23 недекоративные ........................... ………………………………....менее 1 5 Классификация горных пород по долговечности дает достаточное представ- ление 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 132 зданий и сооружений, где поддерживаются относительно постоянные температура и влажность, камень служит неизмеримо дольше указанных в таблице сроков (таблица 18). Таблица 18 – Долговечность декоративно-облицовочных камней (по Б.В. Залесскому и Б.П. Беляеву) Категория долго- вечности Горная порода Долговечность (теоретическая), лет Начало раз- рушения Угрожающее со- стояние Окончательное раз- рушение Весьма долговеч- ные Кварциты, мелко- зернистый гранит 650 Более 1500 - Долговечные Граниты, габбро, диабазы и др. 220…350 650…1000 Более 1500 Средней долго- вечности (относи- тельно долговеч- ные) Белый мрамор, плотные известня- ки и доломиты 75…150 200…400 1200 Пониженной дол- говечности (не долговечные) Цветные мраморы, грубопористый из- вестняк, гипс и др. 20…75 30…200 100…600 Для сохранения декоративности и увеличения долговечности некоторых по- род периодически, раз в 50...70 лет требуется соответственная очистка поверхно- сти и повторная фактурная отделка. Это в первую очередь относится к породам средней и низкой долговечности. Фактурная (декоративная) отделка камня в наибольшей степени раскрыва- ет 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 природ- ных блоков зависит от взаимного расположения тектонических трещин, секущих камень месторождения. Наилучшим, обеспечивающим получение природных бло- ков, по форме своей близких к прямоугольному параллелепипеду, является соче- тание трех систем трещин. Системы горизонтальных и слабонаклонных (до 20 º) так называемых постельных трещин, определяющих высоту добычных подусту- пов, и двух систем вертикальных (80...90 º) трещин, пересекающихся между собой под углами, близкими к прямому углу. Трудность обработки природного камня и качество изделий, получаемых из него, зависят от минералогического состава, строения (структура, текстура, пори- 133 стость, трещиноватость, обрабатываемость, абразивность, анизотропность) и фи- зико-механических свойств породы. Структура горной породы характеризуется особенностями строения, обу- словленными размерами, формой и соотношением образующих ее минералов. Структуры бывают полнокристаллические, неполнокристаллические, полу- кристаллические и стекловатые. Структура в значительной степени определяет декоративные качества горных пород. Текстурой горной породы называют относительное расположение и распре- деление 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 фор- му 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.). Крупно- зернистые горные породы с остроугольными зернами обладают более высокой аб- разивностью, чем мелкозернистые горные породы с окатанной формой зерен. С анизотропностьюсвязана способность горных пород более легко раскалы- ваться по определенным направлениям. Это учитывается при раскалывании бло- ков. 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 моро- зостойкость, лимитированные ГОСТ 9479 (таблица 19). Кроме того, для оценки камня имеют значение и другие показатели: истираемость, водопоглощение и др. Оценка истираемости предъявляется к изделиям из горных пород, применяе- мых 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 % гopная порода имеет практически «абсолютную» морозостойкость. Для оценки камня имеют значение также плотность и пори- стость. 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. 134 Таблица 19 – Требования к камню для производства облицовочных изделий Горная порода R сж в сухом состоянии, МПа, не менее К размяг , не ме- нее Марка по мороз. F, не менее Снижение R сж в водон. сос., %, не более ρ о , кг/м 3 , не ме- нее Прочные породы Гранит, сиенит, габбро, кварцит, диорит, плотный базальт 120 0,8 200 25 2500 Породы средней прочности Лабрадорит, диабаз, порфирит, порфир, гнейс 80 0,7 50 30 2500 Андезит, липарит, трахит 60 0,7 30 Не нор- мир. Мрамор, конгломерат, брекчия, мраморизованный известняк 60 0,7 25 30 2600 Породы низкой прочности Пористый базальт, песчаник 30 0,7 25 - - Плотный известняк и доломит, травертин 20 0,65 25 - - Вулканический фельзитовый туф 20 0,7 15 - - Пористый известняк и доломит 10 0,65 25 - - Известняк-ракушечник 10 0,65 15 - - Гипсовый камень 15 0,65 - - - Вулканические туфы (кроме фельзитового) 5 0,7 25 - - Большое значение имеет и твердость горных пород, по которой они делятся на три категории: твердые, средней твердости и мягкие (таблица 20). В соответ- ствии с твердостью подбирается технология добычи и обработки камня. От твер- дости камня зависит также тонкость обработки различных архитектурных про- фильных элементов, применяемых в отделке зданий и сооружений, а также воз- можность резьбы по камню. Таблица 20 – Классификация камня по твердости (по М.Б Григоровичу) Категория твердости / Группа камня по прочности Горная порода Твердость по шкале Моосса Обрабатываемость инструментом стальным резцом абразивным, в том числе алмазным Твердая / Прочные Кварциты, граниты, диориты, хиби- ниты, габбро, амфиболы 6…7 Не режутся Обрабатываются Средняя / Со средней прочнью Мраморы, доломиты, известняк плотный Путиловской плиты 3…5 Обрабатываются Легко режутся Мягкая / с низкой прочно- стью Известняки, доломиты, шун- гитовые и талькохлоритовые слан- цы известковые туфы, гипсовые камни 2…3 1…2 Легко обрабаты- ваются Плохо обрабатывают- ся алмазным инстру- ментом |