Что такое камень? Плотность камня, виды и свойства

Сравнительная таблица

Что это за характеристика?

Для любого вещества под плотностью понимается масса, поделенная на единицу объема. Так как камни (то есть минералы) имеют неоднородный состав и включают в себя элементы различной атомарной массы, физическая характеристика их плотности может значительно различаться. Также плотность камней зависит не только от тяжести элементов, их составляющих, но и от того, насколько плотно «упакованы» в их внутренней структуре элементарные частицы.

Вопросами изучения плотности минералов занимается минералогия. Плотность камня рассчитывается путем деления массы минерала-образца в единице объема на массу воды того же объема при температуре 4 ⁰С. К примеру, вес образца 200 грамм. Воды в том же объеме 40 грамм. В этом случае плотность данного камня будет равна 5.

Измеряется плотность камней в килограммах на метр кубический или граммах на сантиметр кубический.

Доломит — физико-технические характеристики

• Средняя плотность при сжатии: 2650 кг/м3
• Придел прочности при сжатии (поперек/вдоль слоистости): — в сухом состоянии (поперек/вдоль слоистости): 104,7/103,0 МПа (прочный) — в водонасыщеном состоянии: 102,5/101,4 МПа (прочный)
• Коэффициент снижения прочности при насыщении водой: 0,86-0,93 МПа
• Водопоглощение: 0,0748 %
• Пористость: 1,70 %
• Истираемость: 0,45 г/см2
• Теплопроводность: 3.2 вт/мк
• Марка морозостойкости: 50 (морозостойкий)
• Сопротивление ударным воздействиям: 87,5 см
• Радиационный параметр (А эфф ЕРН): 73,7 Бк/кг (1 класс)

Перейти в каталог: Доломит

Погружение камня в тяжелые жидкости

Погружая в “тяжелую воду” камень, плотность его определяют достаточно точно и в течение всего нескольких минут.

Несмотря на то что этот метод дает стопроцентный результат и занимает совсем немного времени, используется он нечасто по причине своей дороговизны. Затраты на это должны быть финансово оправданы, поэтому применяют метод в основном для определения плотности драгоценных камней, в частности для выявления подделок.

Здесь все просто: плотность “тяжелой воды” и алмаза, к примеру, одинакова, и если в нее окунуть синтетическую подделку, она сразу всплывет на поверхность как пробка. А если плотность камня природного происхождения равна плотности жидкости, он и не всплывет и не утонет, а останется в парящем состоянии.

Шунгит — физико-технические характеристики

• Средняя плотность: 2,25-2,84 г/см3;
• Придел прочности при сжатии: — в сухом состоянии: 150 МПа (прочный); — в водонасыщенном состоянии: 100 МПа (прочный);
• Водопоглощение: 0,4 — 0,5 %;
• Пористость: 0,5 — 5 %;
• Теплопроводность: 3,8 — 5 вт/м·к;
• Радиационный параметр (А эфф ЕРН): 190 Бк/кг (1 класс);
• Прочность на сжатие: 100–150 МПа;
• Электропроводность – 1500 сим/м;
• Развитая внутренняя поверхность – до 20 м2/г;
• Адсорбционная активность: — по фенолу – 14 мг/г; — по термолизным смолам – 20 мг/г; — по нефтепродуктам – более 40 мг/г;

Обладает сорбционными, каталитическими, бактерицидными свойствами, биологической активностью. Адсорбционная активность проявляется по отношению к патогенным сапрофитам, фагам, бактерицидным клеткам и т.д.
Перейти в каталог: Шунгит

Рождение камня

Все прекрасно понимают, что твердые горные породы не появились из воздуха в одно мгновение. Для их образования, как и для зарождения всего живого на планете, потребовались миллионы лет эволюции и особые условия, созданные самой природой.

Любой камень — это затвердевшая магма доисторических вулканов, извергавшихся повсеместно на планете миллиарды лет назад, когда она еще была молода и больше напоминала поверхность нынешней Венеры. И сам процесс, и условия, и влияние множества внешних факторов и постоянно меняющихся климатических условий — все это напрямую повлияло не только на рождение камня, но и на образование его разновидностей, совершенно непохожих друг на друга.

Поэтому специалист определит плотность камня без каких-либо приспособлений, зная лишь его разновидность.

Лемезит — физико-технические характеристики

• Средняя плотность при сжатии: 2630-2900 кг/м3
• Придел прочности при сжатии: — в сухом состоянии: 94 МПа (прочный)— в водонасыщенном состоянии: 83 МПа (прочный)
• Коэффициент снижения прочности при насыщении водой: 0,87-0,94 МПа
• Водопоглощение: 0,07-0,95 %
• Пористость: 1,70 %
• Истираемость: 1,62 г/см2
• Марка морозостойкости: 25, 50 (морозостойкий)
• Радиационный параметр (А эфф ЕРН): 40-52 Бк/кг (1 класс)
• Потери при прокаливании: 33,96-42,12

Минералогический состав

• Кальцит: 95-100%
• Кварц: от единичных зёрен до 5%

Химический состав (содержание оксидов)

• алюминия: 1,53-5,13
• железа закисью: 0,07-1,94
• железа окисью: 0,47-2,47
• калия: 0,33-1,25
• кальция: 33,25-48,75
• кремния: 6,1-15,55
• марганца: 0,02-0,12
• натрия: 0,09-1,15
• серы: 0,01
• титана: 0,15-0,26
• фосфора: 0,02-0,03

Перейти в каталог: Лемезит

Таблица значений удельного веса

Удельный вес — это способ выразить относительную плотность камня. Он изменяется в виде соотношения плотности рассматриваемого ювелирного камня и плотности воды. Удельный вес выражается в форме числа, которое обозначает, насколько ювелирный камень тяжелее аналогичного объема воды.

С научной точки зрения, удельный вес определяется как соотношение массы данного вещества к массе равного объема воды при 4 градусах Цельсия. Большинство веществ, из которых состоят ювелирные камни, от двух до четырех раз более плотные, чем вода. Значения удельного веса отображаются в виде десятичных дробей, например, 4,00 для корунда, 3,52 для алмаза и 2,72 для кварца. Циркон является одним из самых плотных ювелирных камней, его удельный вес может доходить до 4,73!

Касситерит, гематит и радужный пирит — камни с большим удельным весом

Удельный вес — важный инструмент при определении вида ювелирного камня, который полезен как покупателям камней, так и геммологам. Камень весом 1 карат с большим удельным весом будет меньше камня в 1 карат с меньшим удельным весом. Поэтому не удивляйтесь, если сапфир, который вы купили, окажется меньше, чем ваш бриллиант. Это оттого, что удельный вес сапфира больше. С другой стороны, купленный турмалин весом 5 карат может оказаться крупнее, чем вы ожидали, поскольку у турмалина достаточно маленький удельный вес.

В нижеприведенной таблице вы найдете значения удельного веса для 145 разновидностей ювелирных камней, расположенные в порядке убывания.

Песчаник — физико-технические характеристики

• Средняя плотность: 2340-2530 кг/м3
• Придел прочности при сжатии: — в сухом состоянии: 105 МПа (прочный) — в водонасыщенном состоянии: 80 МПа (прочный)
• Коэффициент снижения прочности при насыщении водой: 0,7-0,8 МПа
• Водопоглощение: 0,69 — 2,7 %
• Пористость: 0,69 — 6,7 %
• Истираемость: 0,6 — 1,2 г/см2
• Марка морозостойкости: 50 (морозостойкий)
• Радиационный параметр (А эфф ЕРН): 138 Бк/кг (1 класс)
• При длительном воздействии солнечных лучей песчаники имеют свойство выцветать.
• Абсорбирует масло, жидкости, кислоты, чувствителен к царапинам (если в интерьере используется в особо эксплуатируемом месте, для защиты поверхности необходимо применять соответствующие средства по уходу за камнем).

Перейти в каталог: Песчаник

Прочность

характеризуется показателями предельного сопротивления различным механическим усилиям (измеряется в кг/см2).

1. Предел сопротивления сжатию определяется на кубиках 50Х50Х Х50 мм для прочных пород и 70X70X70 мм — для слабых. Иногда испытания ведут на образцах цилиндрической формы (высота цилиндра равна диаметру, т. е. 50 мм).

На изготовление образцов должно быть обращено особое внимание. Пробный блок, отвечающий среднему типу породы размером около 30 X 30 X 40 см, доставляемый из карьера, распиливается в лаборатории на призмы и кубики. Цилиндры получаются высверливанием. Изготовление кубиков путем ударной обработки не допускается: подобные кубики всегда дают пониженные результаты. Пришлифовка рабочих поверхностей кубиков и цилиндров для твердых пород должна производиться с точностью 0,01 мм (под лекальную линейку).

Полировка рабочих поверхностей или смазка их не допускается.

Образцы раздавливаются прессом: нарастание давления до предельной, разрушающей величины производится со скоростью 20 кг/см2в сек.

Величина предельного сопротивления колеблется в зависимости от формы образца: наибольшую величину предельного сопротивления при равной высоте дает кубический образец, среднюю величину — цилиндрический, наименьшую — прямоугольный.

Большинство данных в справочной литературе дается для кубических образцов.

Расчет ведется по формуле: δсж= Р /F кг/см2,

где Р — разрушающая нагрузка;

F— рабочее сечение образца.

Как правило, испытание на сжатие производится над образцами сухими, водонасыщенными и после замораживания. Изделия из естественного камня по результатам испытания ка сжатие делятся на марки: «100», «150». «200», «300», «400», «500»; «600»; «800»; «1000» и выше.

2. Предельное сопротивление изгибу определяется на призмах прямоугольного сечения. Образец устанавливается на вращающихся опорах; нагрузка прилагается к середине образца. Предел сопротивления изгибу изгибу

δ = 3 • Р • I ……2 • b • h2

• где Р — разрушающий груз (кг);
• I — расстояние между опорами (см);
• b — ширина призмы в поперечном сечении (см);
• h — высота призмы в поперечном сечении (см);

3. Предел сопротивления разрыву определяется для камней, предназначенных для ответственных сооружений.

4. Предел сопротивления скалыванию определяется редко; это испытание производят для выявления качества клея при наклеивании мозаики или хрупких разновидностей мрамора на прочную основу. Образец, состоящий из двух склеенных пластинок, закрепляется в специальном приборе. Испытание можно производить на прессе любой конструкции.

5. Испытание на удар производится над камнями для половых плит, ступеней и мостовых. Образцы имеют вид цилиндриков с диаметром, равным высоте, т. е. 25 мм. Испытание производится на копре.

Удары по образцу наносятся грузом весом 2,0 кг через сферический подбабок. Высота подъема груза, начиная с 10 мм. после каждого удара увеличивается на 10 мм. Числовая характеристика прочности — вязкости породы — определяется числом ударов, которое необходимо для разрушения образца. Она может быть также выражена суммарной работой груза, затраченной на разрушение 1 см3 образца:

W= Р(1+2 + 3. . +n) • кгсм …………….V………….cм3

• где W—работа груза;
• Р — вес груза (кг);
• п — число ударов;
• V — объем образца (см3).

Минимальное число испытаний — пять.

6. Истираемость определяется преимущественно у пород, предназначенных для пола и ступеней. Ее величина является также показателем обрабатываемости и твердости камня. Испытание производится на приборах Дорри.

Круг Дорри. Кубики прижимаются к чугунному вращающемуся диску с силой в 0,6 кг/см2 Путь истирания — 500 м. Абразив — кварцевый песок зернистостью 0,3—0,5 мм, в количестве 0,5 кг на каждый истираемый образец. Потеря в весе дается в г/см2 истираемой площади образца.

7. Другие свойства. Модуль упругости (Е) определяется обычно при сжатии образца призматической формы (в лаборатории Института геологических наук Академии наук СССР принят размер 5X5X12 см). Измерение деформаций производится точными тензометрами, так как деформации весьма малы. Модуль упругости камня колеблется от 1 • 105 кг/см2 для мягких и до 12• 105 кг/см2 для твердых пород.

Коэффициент Пуассона (ц) определялся пока для небольшого числа пород. По данным лаборатории Института геологических наук его значение близко к 0,25—0,30.

Специальные методы. Эти методы основаны на ускоренном воспроизведении в лабораторных условиях процессов, разрушающих ка« мень в облицовка при нормальной службе в здании. Прямое испытание морозостойкости. Образцы в виде кубиков 5X5X5 см насыщаются водой при комнатной температуре и помещаются на 4—5 часов в холодильную камеру с температурой в пределах —15 —20° С, после чего их оттаивают в течение не менее 2 часов при комнатной температуре; цикл повторяется 25 раз.

Камень считается морозостойким, если он выдержал 25 циклов (без трещин и других видимых повреждений). Для однородных камней с водопоглошаемостью до 0,5%, как заведомо морозостойких, это испытание считается не обязательным.

Кубики, которые испытывались на морозостойкость, подвергаются раздавливанию. Сравнительно с сухими образцами прочность не должна понижаться больше чем на 20% для изверженных пород и на 40% для осадочных пород.

Определение коэффициента водонасыщения натуральных камней. Различают «свободное» и «принудительное» водонасыщение.

При свободном водонасыщении образцы медленно покрываются водой и выдерживаются 1—3—7 дней и более. Обычно свободное насыщение прекращается через 30—45 дней. Количество поглощенной воды определяется взвешиванием через каждые 3—5 дней.

Свободно насыщенные образцы подвергаются затем принудительному насыщению, для чего выдерживаются 2—4 часа в воде под вакуумом 5—20 мм ртутного столба, а затем 12 часов при гидравлическом давлении в 150 атм, после чего опять взвешиваются.

Отношение свободного водонасыщения к принудительному, называемое коэффициентом насыщения, характеризует тип пористости. Породы считаются морозостойкими, если коэффициент насыщения меньше 0,8.

Определение теоретической долговечности камня основано на сопоставлении минералогического состава, микроструктуры и свежести камня с физико-механическими его свойствами, что дает возможность сравнивать в одной единице (качественное число) породы различных составов и структур.

Таким образом, можно с некоторой достоверностью предугадать заранее срок службы породы с определенным «качественным числом».

Сланец — физико-технические характеристики

Объемная масса: 1200-1400 кг/м3

Придел прочности при сжатии: — в сухом состоянии: 272 МПа (прочный) — в водонасыщенном состоянии: 177 МПа (прочный) после 50 циклов замораживания: 153 МПа (прочный) Коэффициент снижения прочности при насыщении водой: 0,65 МПа Водопоглощение: 0,1 — 0,3 % Истираемость: 0,73 г/см2 Теплопроводность: 2.3 вт/мк Марка морозостойкости: 100 (морозостойкий) Радиационный параметр (А эфф ЕРН): 261,7 Бк/кг (1 класс)

Перейти в каталог: Сланец

Порфирит — физико-технические характеристики

• Плотность: 2,52 г/м3
• Предел прочности при сжатии: 250 — 350 МПа (прочный)
• Водопоглощение: 0,05 %
• Истираемость: 1,1 г/см2
• Радиоактивность, до: 60 Бк/кг
• Удельная теплоёмкость: 0,83 кДж/(кг*°C)
• Температура плавления: 1230 °C
• Текстура массивная, однородная.
• Удельный вес 1,45-2,5 г/см3
• Структура порфировая с тонкозернистой, основной массой.
• Цвет темно-серый, зеленоватый или голубоватый.

Основные виды камня

Существует всего два основных вида природного камня – легкий и тяжелый, различающиеся, прежде всего по структуре, текстуре и предрасположенности к выветриванию.

К легким принадлежат пористые осадочные образования, такие как песчаник, известняк, доломит, бутовый камень, и прочие, не обладающие морозостойкостью, имеющие высокую степень влагопоглощения и сильно подверженные выветриванию.

Это виды камня, плотность которых крайне низка. Их отличает рыхлость, неустойчивость и неспособность выдерживать высокие нагрузки. Эти виды принадлежат к дешевым и довольно ненадежным строительным материалам.

Тяжелый камень плотность имеет соответственную, это принадлежащий к группам изверженных и (реже) метаморфических горных пород. К ним принадлежат: мрамор, гранит, сиенит, диорит, порфир, базальт и многие другие, отличительной чертой которых является морозостойкость.