Прочность гранита на растяжение

Одна из самых распространённых в земной коре горных пород. Горные породы — плотные и рыхлые массы, слагающие земную кору. Горные породы состоят либо из одного минерала (например, мрамор состоит из кальцита — углекислый кальций), либо из нескольких минералов. Гранит состоит из полевого шпата, кварца и слюды, либо из обломков других пород. Изготовление памятников — одно из применений этого материала.

По происхождению горные породы делятся на изверженные, или магматические. Гранит, базальт — магматические; осадочные, например, песчаник, известняк; метаморфические, например, гнейсы, кристаллические сланцы, мрамор, графит.

Гранит — наиболее распространённая в земной коре континентов кислая полнокристаллическая магматическая горная порода, состоящая в основном из кварца, калиевого полевого шпата (ортоклаз, нитраклин), кислого плагиоклаза и слюды (биотит, мусковит). Плотность гранита 2600 кг/м3, прочность на сжатие до 300 МПа. Является хорошим строительным материалом.

Гранит – строительные свойства

Гранит является полиминеральной кислой горной породой, одной из самых распространенных магматических пород на Земле. Конечно, называя гранит «кислой» породой, мы имеем в виду не вкусовые качества… Речь идет о высоком содержании кремнезема.

Состав гранита такой:

— калиевого полевого шпата (ортоклаза) — 40-70%,

— кварца, являющегося наиболее стойкой составной частью гранита, — 20-40%,

— слюды (мусковита или биотита) — 5-20%.

Полевые шпаты и слюда — малостойкие составляющие. От них зависит стойкость гранита. Если начато выветривание полевых шпатов, то дальнейшее разрушение камня идет относительно быстро. Если вместо слюды в состав гранита входят другие минералы, например роговая обманка или авгит, то к названию породы гранита добавляют соответственно слова «роговообманковый» или «авгитовый».

Гранит бывает разных цветов. Большинство гранитов серые. Однако цвет его может быть черным, темно-красным и реже зеленым или голубовато-серым. От чего это зависит? От минерального состава гранита. Особенно сильно влияет на декоративность гранита цвет полевого шпата. Но ведь полевые шпаты белые. Серый и черный цвет полевошпатные породы приобретают от примеси темноокрашенных минералов — слюды или пироксена.

Итак, гранит состоит из трех главных минералов: кварца и двух видов полевых шпатов (калиевого и кальциево-натриевого) и слюды. Они входят в гранит в равных количествах (по 30%). Все они бесцветные или белые. А вот пироксен, амфибол или слюда, являющиеся темными минералами, составляют 10%; они будут выделяться в граните в виде отдельных чешуек или зерен. Посмотрим на камень издали. Все сливается в единый серый цвет. Очевидно, что, чем больше темных минералов, тем темнее гранит. Цвет некоторых гранитов темнее также за счет кварца, который может быть представлен морионом.

А как получаются красные граниты? В их минеральный состав входит ярко-красный или розовый полевой шпат. Они встречаются во всех частях света. Окраску полевому шпату придают мельчайшие кристаллы гематита (оксид железа), или красного железняка, равномерно рассеянные по всему кристаллу полевого шпата. Красящие способности гематита исключительно велики. Полевой шпат принимает густую красную окраску уже тогда, когда в нем присутствует 0,7-1,0% гематита. Розовую окраску гранитный полевой шпат приобретает тогда, когда содержание гематита не превышает 0,3-0,4%. Итак, красный цвет гранита — это результат сложных и не всегда обычных процессов.

Ну, а как получается зеленый гранит? Такой цвет граниту придают включения зеленого калиевого полевого шпата, который давно известен как полудрагоценный камень амазонит. Его использовали индейцы доколумбовой Америки, жители Древнего Египта и Эфиопии для украшений. В 1784 г. амазонит был обнаружен в Ильменских горах. В советское время его нашли на Кольском полуострове. Природа окраски амазонита до сих пор не ясна. Существует гипотеза, что вначале кристаллизовался обычный красный и белый полевой шпат, который впоследствии под влиянием летучих веществ, скапливающихся в центральной части жилы, переходил в амазонит. Так или иначе, но зеленый гранит существует и очень красив. Разновидностью зеленого гранита является голубой гранит. И, наконец, существует гранит, в составе которого имеется полевой шпат, обладающий иризацией, т.е. ярким отливом. При полировке обнаруживается необычная окраска, которую можно сравнить с расцветкой павлиньего хвоста.

Гранит не только красивый, но и крепкий камень. Как уже указывалось выше, он имеет большую прочность при сжатии. Прочность при растяжении его составляет только от 1/60 до 1/40 предела прочности при сжатии. По размерам зерен различают граниты мелко-, средне- и крупнозернистые. Лучше всего механическим воздействиям сопротивляются мелкозернистые граниты. Они более равномерно изнашиваются при истирании, устойчивее против выветривания и меньше растрескиваются при нагревании, чем средне- и крупнозернистые. Крупнозернистые граниты недостаточно огнестойки. При нагревании они увеличиваются в объеме и растрескиваются. Поэтому в жилых домах, капитальных зданиях гранитные ступени лестниц и плиты после пожара часто растрескиваются.

Граниты хорошо обрабатываются: шлифуются, обтесываются и полируются. Благодаря замечательным свойствам гранита, таким, как высокая прочность при сжатии (от 120 до 300 МПа), сравнительно небольшая прочность при растяжении, большая плотность, малое водопоглощение (менее 0,5-0,8% по объему), высокая морозостойкость, очень значительная теплопроводность, очень хорошее сопротивление истиранию, его широко применяют в качестве строительного и облицовочного материала. На фундаментах из гранита покоятся монументальные сооружения; он идет на строительство мостов, набережных и цоколей крупных зданий; гранитная щебенка лежит в основании автострад; брусчаткой из гранита выложены улицы многих городов.

Не следует забывать и о больших монолитах. Из них крупнейшим в мире является Александровская колонна, воздвигнутая на Дворцовой площади в Ленинграде. Ее масса 3700 т, высота 25,6 м, вместе с постаментом и бронзовой фигурой 47,5 м. Она изготовлена из выборгского грубозернистого гранита рапакиви. Из этого же гранита созданы монолитные колонны Исаакиевского собора высотой по 17 м.

Вспомните египетских сфинксов на набережной Невы в Ленинграде. Они сделаны из монолитов красного гранита, отполированных до зеркального блеска. А Медный всадник, памятник Петру I? Пьедестал его высечен из крупного гранитного валуна (13,2×6,6×8,1 м), который в народе называли гром-камень, так как он был расколот сильным ударом молнии. Это изумительно красивый, огромный гранитный монолит. Наконец, в Москве на площади Свердлова установлен памятник Карлу Марксу, высеченный из монолита гранита размером 15x5x3,6 м, массой 750 т (Кудашевское месторождение в Днепропетровской обл.). О граните можно сказать, что он был уже в древнее время достопримечательной породой и остался таковым до нынешних дней. Месторождения гранитов имеются в Карельской АССР, на Кольском полуострове, на Урале, в Сибири, Средней Азии, в юго-западной части Украины и на Северном Кавказе.

Близко к гранитам стоят породы, называемые сиенитами и диоритами. Они похожи на граниты и обладают таким же кристаллическим зернистым строением.

Характеристика гранита

Структура гранита:

К — кварц; О — ортоклаз; С — слюда

Граниты (от латинского гранум — зерно) — наиболее распространенные глубинные породы с ярко выраженной зернисто-кристаллической структурой. Впервые термин «гранит» был применен в литературе итальянским минералогом Андреа Цезальпино в 1596 г. Они состоят из полевых шпатов (обычно 40…60%), кварца (20…40%), слюды, железисто-магнезиальных силикатов — роговой обманки, амфиболов, реже пироксенов (до 10%). По величине зерен различают три структуры гранитов:

— мелкозернистые (до 2 мм),

— среднезернистые (от 2 до 5 мм),

— крупнозернистые (свыше 5 мм).

Цвет гранитов в зависимости от вида и окраски полевых шпатов чаще серый (от светло — до темно-серого) с различными оттенками, розовый, оранжевый, красный, голубовато-серый, иногда голубовато-зеленый.

Определенное влияние на характер окраски гранитов оказывают темноцветные элементы (биотит, роговая обманка и др.), которые обычно придают камню более темный цвет и нередко зеленоватый оттенок (янцевский гранит). Кварц в составе гранитов чаще всего бесцветен и потому мало влияет на характер их окраски. Вместе с тем, в природе встречаются граниты с черным кварцем (так называемые чернокварцевые) или лилово-розовым (аметистовые граниты Швеции). Исключительно редки граниты с голубым кварцем (например, Серебрянское месторождение в Мурманской области). В декоративном отношении наиболее ценны мелкозернистые светло-серые с голубым оттенком, красные темного насыщенного тона и зеленовато-голубые разновидности гранитов.

Рисунок гранитов довольно однообразен и обусловлен скоплением темноцветных минералов либо полевых шпатов и кварца. Крупнозернистые граниты с порфировидным строением имеют обычно однотипный пятнистый (крапчатый) рисунок. У красных крупнозернистых гранитов общий фон создают крупные плотно расположенные кристаллы микроклина, определяющие цвет породы. При близком рассмотрении на этом фоне иногда четко выделяется рисунок в виде кольцеобразных цепочек темного кварца и черного биотита, окружающих кристаллы микроклина (емельяновский гранит). В некоторых случаях мозаичный рисунок гранитов обогащается искристостью кристаллов полевого шпата за счет блестящих плоскостей спайности в изломах вкрапленников (корнинский гранит). Цвет и рисунок некоторых красных гранитов с гигантскими кристаллами полевых шпатов размером до 80…120 мм обычно обусловлены скоплениями зерен этого минерала (капустинский гранит). В случаях, когда такие кристаллы имеют плоскую форму и вытянуты по длинным осям в одном направлении, распиловка породы в поперечной плоскости позволяет выявить исключительно своеобразный пунктирно-полосчатый рисунок.

Скопления темноцветных минералов и полевых шпатов могут, правда, сравнительно редко, формировать волнисто-полосчатый или дымчатый (облачный) рисунок, придающий граниту особую декоративность (шальский, сюскиянсаарский и некоторые другие граниты). Иногда на характер рисунка мелко- и среднезернистых гранитов может влиять присутствие в них прожилок кварца, как правило, ухудшающих декоративность породы (янцевский гранит и др.). Для гранита характерна средняя плотность 2600… 2800 кг/м3, слабая пористость (до 1,5%), незначительное водо-поглощение (0,5%), хорошая сопротивляемость истиранию; предел прочности при сжатии — 90…280 МПа и выше. Долговечность гранита (особенно его мелкозернистых разновидностей) высокая: в отдельных случаях срок службы их в сооружениях достигает 1000 и более лет.

Гранит обычно хорошо полируется, сохраняя зеркальную поверхность в наружной облицовке в течение длительного времени, легко поддается теске, приобретая различные фактуры скалывания. Рельефные фактуры гранита особенно удачно подчеркивают монументальность сооружений; при этом достигается интересный декоративный эффект игры светотени на поверхности камня, сочетающийся иногда с блестками пластинок слюды. Некоторые разновидности гранитов получают высокодекоративную фактуру после термической обработки (это относится, прежде всего, к светло-серым породам, приобретающим нежный почти сахарно-белый оттенок).

Благодаря высоким механическим показателям и эксплуатационным свойствам, граниты широко используются в строительстве в виде облицовочных плит, архитектурно-строительных изделий, деталей облицовки гидротехнических сооружений, устоев мостов, бортовых камней, т.п. Мелкозернистые однородные разновидности гранита светло-серого и розового цветов применяют как скульптурный материал с учетом того, что их мелкозернистая структура допускает ударную обработку без образования ненаправленных сколов. Граниты с крупнозернистой структурой успешно используют для возведения крупных монументальных сооружений и выполнения облицовок постаментов к памятникам. «Ни один камень не согласуется так с бронзой, как гранит», — говорил известный русский скульптор Б.И. Орловский.

Главные районы распространения гранита в нашей стране находятся на Украине, в Карелии, Средней Азии и Урале.

Одной из структурных разновидностей гранита является пегматитовый гранит — пегматит (от греческого пегма — скрепление) — порода, у которой кварц и полевой шпат закономерно прорастают друг в друга. Характерный представитель этой разновидности — письменный гранит, в нем полевой шпат прорастает тонкими клиновидными образованиями кварца, напоминающими древнееврейские письмена. Благодаря высоким декоративным качествам и оригинальному рисунку, письменный гранит может использоваться не только как облицовочный, но и как поделочный камень.

Другая интересная разновидность гранитов — рапакиви (в переводе с финского буквально «гнилой камень»), представляющая собой порфировидную породу с большим количеством овоидов (от латинского овум — яйцо) — больших округлых выделений розовых полевых шпатов (чаше всего ортоклаза) диаметром 20…60 мм, окруженных белыми или светло-зелеными каемками плагиоклаза или кварца. Цвет рапакиви обычно буровато-розовый, красноватый. Эта разновидность гранита, широко распространенная в скандинавских странах, характеризуется высокой декоративностью, однако сравнительно легко разрушается процессами выветривания и в группе изверженных пород наименее долговечна. Облицовка из рапакиви широко использовалась в русском градостроительстве XVIII-XIX вв. и нашла применение во многих архитектурно-исторических памятниках и сооружениях Петербурга — Ленинграда и Москвы.

Исключительно декоративной разновидностью гранита является амазонитовый гранит зеленого и голубовато-зеленого цвета, содержащий в своем составе зеленый полевой шпат — амазонит (по названию реки Амазонки, где он был впервые обнаружен).

Большое распространение в качестве облицовочного камня получила среднезернистая порода гранитного состава — чарнокит (по фамилии Чарнока, основателя Калькутты, где эта порода была впервые обнаружена). В состав чарнокита обычно входят микроклин, кварц, пироксен, диопсид, роговая обманка. В отличие от гранита, где темным минералом является биотит или амфибол, в чарноките — это пироксен.

К излившимся аналогам гранитов принадлежат кварцевые порфиры и липариты.