Какие физические свойства имеет гранит
Гранит — один из самых изученных природных материалов. Его физические свойства определяют, где и как камень можно использовать. Для памятников важны одни свойства, для строительных плит — другие, для дорожного щебня — третьи. Разбираем основные физические характеристики гранита и объясняем, почему они важны.
Изделия из камня с такими характеристиками можно посмотреть в разделе Гранитные памятники Бородянка, и как физические свойства влияют на срок службы — объяснят на примерах.
Плотность и объёмный вес
Плотность гранита составляет от 2,5 до 2,8 грамма на кубический сантиметр. Это значит, что кубометр гранита весит от 2,5 до 2,8 тонны. Для сравнения: кубометр воды весит одну тонну, кубометр бетона — 2,4 тонны, кубометр свинца — 11,3 тонны.
Плотность зависит от состава гранита. Чем больше в камне кварца и полевого шпата, тем он плотнее. Чёрные граниты (габбро) обычно плотнее серых. Самые плотные образцы достигают 3 тонн на кубометр.
Плотность важна для расчёта веса памятника. Стела высотой 1,5 метра, шириной 0,6 метра и толщиной 0,1 метра имеет объём 0,09 кубометра и весит около 230 килограммов. Постамент под такой стелой — ещё 100-150 килограммов. Полный памятник может весить полтонны и больше. Это нужно учитывать при перевозке и заливке фундамента.
Прочность на сжатие
Прочность на сжатие — это способность материала выдерживать давление, не разрушаясь. У гранита этот показатель составляет от 100 до 300 мегапаскалей в зависимости от разновидности.
Самые прочные — чёрные габбро с мелкозернистой структурой. Их прочность достигает 300 мегапаскалей. Это значит, что такой гранит выдерживает нагрузку 30 тысяч тонн на квадратный метр. Для сравнения: бетон выдерживает 2-4 тысячи тонн, кирпич — 1-2 тысячи.
Прочность на сжатие важна для постамента и фундамента. Памятник давит на нижние элементы своим весом. Если прочность камня недостаточна, постамент может треснуть. Для вертикальной стелы прочность на сжатие менее критична — там нагрузка на изгиб, а не на сжатие.
Прочность на изгиб
Гранит — хрупкий материал. Он хорошо сопротивляется сжатию, но плохо — изгибу. Прочность на изгиб у гранита обычно в 5-10 раз ниже, чем прочность на сжатие.
Это важно для тонких элементов памятника. Например, карниз или выступающая полка могут сломаться под собственным весом, если их сделать слишком тонкими. Поэтому гранитные цветники и подставки под лампады делают массивными, а тонкие свесы избегают.
Также прочность на изгиб важна при перевозке. Тонкая гранитная плита может треснуть, если её неправильно закрепить и она начнёт прогибаться под собственным весом.
Твёрдость по шкале Мооса
Твёрдость гранита по шкале Мооса составляет 6-7 баллов. Шкала Мооса — это десять эталонных минералов от самого мягкого до самого твёрдого. Тальк — 1 балл, гипс — 2, кальцит — 3, флюорит — 4, апатит — 5, полевой шпат — 6, кварц — 7, топаз — 8, корунд — 9, алмаз — 10.
Твёрдость гранита определяется содержанием кварца. Кварц занимает 7 место по твёрдости. Он твёрже стекла, твёрже ножа, твёрже большинства металлов. Поэтому гранит царапает сталь, а сталь не царапает гранит.
Твёрдость важна для износостойкости. По гранитному памятнику можно тереть щёткой — он не поцарапается. Надписи и портреты на граните не стираются десятилетиями.
Водопоглощение
Водопоглощение — это количество воды, которое камень может впитать в себя. У качественного гранита водопоглощение не превышает 0,5 процента от объёма. Лучшие сорта — индийский Absolute Black и карельский габбро-диабаз — имеют водопоглощение 0,1-0,2 процента.
Низкое водопоглощение — главная причина морозостойкости гранита. Если в камне мало воды, то при замерзании ей нечем расширяться и нечего разрывать. Поэтому гранит не трескается зимой.
Также низкое водопоглощение защищает от пятен. Вино, масло, сок — всё это остаётся на поверхности гранита и не впитывается. Пятна легко смываются.
Морозостойкость
Морозостойкость — это количество циклов заморозки и оттаивания, которое выдерживает камень без потери свойств. У гранита этот показатель составляет от 100 до 300 циклов. Самые морозостойкие сорта выдерживают более 300 циклов.
Морозостойкость напрямую зависит от водопоглощения. Чем меньше воды впитывает камень, тем больше циклов он выдерживает. Если водопоглощение превышает 1 процент, камень начнёт разрушаться уже через 50-100 циклов.
Для памятников в Украине нужна морозостойкость не ниже 150 циклов. Украинские зимы с перепадами температур очень агрессивны для камня. Качественный гранит справляется с ними легко.
Истираемость
Истираемость — это потеря массы при трении. У гранита истираемость составляет от 0,2 до 0,7 грамма на квадратный сантиметр. Это очень низкий показатель. Для сравнения: у известняка истираемость 1-3 грамма, у песчаника — 2-5 граммов.
Низкая истираемость важна для ступеней, дорожек, площадок. По гранитным ступеням ходят десятилетиями, а они остаются ровными. Для памятника истираемость важна меньше — на надписи и портрет давят не ногами, а ветром и дождём. Но низкая истираемость гарантирует, что гравировка не сотрётся со временем.
Радиационный фон
Гранит содержит природные радиоактивные элементы — уран, торий, калий-40. У разных месторождений радиационный фон разный. В Украине граниты делят на три класса по радиационной безопасности.
Первый класс — радиационный фон до 370 беккерелей на килограмм. Такие граниты разрешены для любого строительства, включая жилые дома и детские учреждения. Большинство украинских гранитов относятся к первому классу.
Второй класс — 370-740 беккерелей. Такие граниты можно использовать для наружных работ и промышленного строительства, но нельзя — для жилых интерьеров.
Третий класс — выше 740 беккерелей. Такие граниты используют только для дорожного строительства и насыпей.
При выборе гранита для памятника всегда проверяйте класс радиации. Памятник стоит на открытом воздухе, поэтому допустим и второй класс. Но первый класс — безопаснее.
Теплопроводность
Гранит — хороший проводник тепла. Его теплопроводность составляет 2,5-3,5 ватта на метр-кельвин. Для сравнения: у дерева — 0,15, у кирпича — 0,6, у алюминия — 200.
Высокая теплопроводность означает, что гранит быстро нагревается на солнце и быстро остывает в тени. Летом полированный чёрный гранит может раскалиться до 60-70 градусов. Зимой он ледяной. Это нужно учитывать при установке — резкие перепады температур не вредят граниту, но могут быть неприятны для рук.
Звукопроводность
Гранит хорошо проводит звук. Скорость звука в граните достигает 5-6 километров в секунду. Это в 15 раз быстрее, чем в воздухе. Поэтому гранит звенит при ударе. Звонкий звук — признак качественного гранита без трещин. Если при ударе по памятнику слышен глухой звук — вероятно, внутри есть трещина.
Это свойство используют для контроля качества. Мастера простукивают гранит молоточком и по звуку определяют, есть ли скрытые дефекты.
Цвет и структура
Цвет гранита — не физическое свойство в строгом смысле, но оно важно для выбора памятника. Цвет зависит от минерального состава. Калиевый полевой шпат даёт розовый и красный цвет. Натриево-кальциевый полевой шпат — серый и белый. Кварц — прозрачный или белый. Слюда — чёрная.
Чёрный гранит — это на самом деле не гранит, а габбро. В нём мало кварца и много железо-магниевых минералов. Зернистость гранита зависит от скорости остывания магмы. Медленное остывание даёт крупные кристаллы, быстрое — мелкие.
Для памятников лучше выбирать мелкозернистый гранит. На нём портрет и надпись получаются более чёткими. Крупнозернистый гранит смотрится интереснее, но гравировка на нём может «плыть» по границам кристаллов.
Как эти свойства влияют на выбор памятника
Плотность важна для расчёта веса и фундамента. Чем выше плотность, тем тяжелее памятник и тем массивнее должен быть фундамент.
Прочность на сжатие важна для постамента и цветника. Высокая прочность гарантирует, что нижние элементы не треснут под весом верхних.
Твёрдость и истираемость важны для долговечности портрета и надписи. Чем выше твёрдость, тем дольше сохранится гравировка.
Водопоглощение и морозостойкость — самые важные свойства для памятника. Чем ниже водопоглощение, тем дольше простоит памятник без трещин и сколов.
Радиационный фон важен для безопасности. Первый класс — оптимальный выбор.
Цвет и структура — дело вкуса. Но мелкозернистый гранит предпочтительнее для портретной гравировки.
При заказе памятника всегда требуйте паспорт камня. В паспорте указаны все физические свойства: плотность, прочность, водопоглощение, морозостойкость, класс радиации. Если продавец не может предоставить паспорт — это повод усомниться в качестве гранита.
Заключение
Физические свойства гранита делают его идеальным материалом для памятников. Низкое водопоглощение и высокая морозостойкость обеспечивают долговечность. Высокая твёрдость защищает от царапин и истирания. Хорошая полируемость даёт зеркальный блеск, на котором портрет и надпись выглядят максимально контрастно. Разнообразие цветов позволяет выбрать камень под любой вкус.
Но важно понимать: не любой гранит одинаково хорош. Разные месторождения дают камни с разными свойствами. Перед покупкой изучите паспорт камня, проверьте водопоглощение и морозостойкость. И тогда памятник будет радовать вас и ваших потомков долгие десятилетия.