Принципы классификации природного камня

Человеку известно более 150 видов цветных камней. Мы ознакомимся только с теми, которые находят самое широкое применение в промышленности — в прикладном искусстве, для изготовления ювелирных и других художественных изделий. [16]

Структурой каменных материалов называют взаимоотношение слагающих ее минералов, форму этих минералов и величину их отдельных зерен. Структура камня может быть мелкозернистой, среднезернистой или крупнозернистой; равномернозернистой или порфировидной (среди основной мелкозернистой массы встречаются крупные вкрапления – порфировые включения).

В зависимости от условий образования породы могут иметь следующие структуры: полнокристаллическую, когда все вещество успело выкристаллизоваться в отдельные минералы (граниты и др.); полустекловатую, когда вещество не успело полностью выкристаллизоваться и частично застыло в виде аморфной стекловатой массы (туфы, базальты и др.); стекловатую, когда вся порода так быстро застывала, что образовала сплошную стекловатую массу (туфы, базальты, обсидианы и др.). [17]

Текстурой камня называют внешние признаки, обусловленные пространственными взаимоотношениями отдельных минералов, слагающих горную породу, например, однородная, слоистая, гнейсовидная и др. текстуры.

По форме минеральных зерен метаморфические бывают гранобластовые (изометрические зерна), лепидобластовые (пластинчатая форма), нематобластовые (столбчатая форма) и др.

По взаимной ориентации зерен (текстура) и наличию пустот породы подразделяют на массивные, пористые, слоистые, линейно–параллельные, полосчатые и др. [22]

Для характеристики природных каменных материалов применяют и другие комплексы свойств, характеризующие камень с различных позиций: физико–механических, геолого–химических, технологических, строительных.

Наиболее применимы в технологическом смысле морфологическая, экономическая, геохимическая и – в случае обращения с драгоценными кристаллами – кристаллографическая системы классификации декоративных горных пород. Также для уверенного понимания этих систем может понадобиться изучение пятой – генетической, отражающей группировку пород, не проявленную прямо морфологически, но также пригодной для получения экономико–технологической выгоды.

Инженер предприятия, получив петрографически описанный природный камень, может, исходя из этого описания и самостоятельно проведённых исследований, сделать уже более близкие к производственным целям выводы о нём. Так, в природном камне как в материале, можно выделить множества технологических свойств (во многом проистекающие из петрографических свойств). Эти множества перечислены ниже [18]:

1) характеристики объёма:

а) химико–физические нанохарактеристики объёма –

– кристаллохимические характеристики слагающих минералов,

– супрамолекулярные связи зерен,

– трудность разрыва зерна слагающих минералов вдоль спайности,

– трудность разрыва зерна слагающих минералов поперёк спайности,

– трудность разделения зёрен,

– внутренние напряжения зёрен,

– плавкость минерала зёрен,

– пьезоэлектричность,

– пироэлектричность,

– радиоактивность;

б) геометрические микрохарактеристики объёма –

– разброс размера зёрен,

– разброс осной метрики зёрен,

– разброс характеров пор,

– ориентационные соотношения решёток зерён;

в) механические микрохарактеристики объёма –

– прочности монообластей на сжатие и на сдвиг,

– набор минеральных составов зерна,

– твёрдости минералов зерна по ряду Мооса,

– устойчивость пор;

г) химико–физические макрохарактеристики объёма –

– средняя плотность,

– удельная теплопроводность,

– удельная теплоёмкость,

– а также проистекающая из прочих характеристик плавкость массы,

– удельная электропроводность;

д) геометрические макрохарактеристики объёма –

– векторное поле или разброс ориентации зёрен,

– скалярное поле или разброс величины зёрен,

– разброс частот пролегания трещин массы,

– разброс осной метрики бездефектного массива,

– средняя ширина трещин массы,

– пористость массы,

– однородность минерального набора заготовки;

е) механические макрохарактеристики объёма –

– прочности представительного бездефектного массива на сжатие и на сдвиг,

– прочность трещин на разрыв,

– а также проистекающая из прочности средняя твёрдость по ряду Мооса;

2) характеристики поверхности:

а) химико–физические нанохарактеристики поверхности –

– поверхностная энергия минералов зёрен,

– химическая реактивность минералов зёрен,

– растворимость минералов зёрен;

– геометрические микрохарактеристики поверхности:

– профиль микронеровностей,

– шероховатость,

– различия срезов зерна и зернограницы;

б) механические микрохарактеристики поверхности –

– микротвёрдость минералов зёрна по преобладающим в повторяющемся фрагменте кристаллографическим направлениям;

– а также проистекающие из прочих характеристик величины коэффициента трений скольжения или качения в контакте с другими материалами, и

– истираемость;

в) геометрические макрохарактеристики поверхности –

– профиль неровностей и его частные случаи – излом, форма разрываемых трещин;

3) оптические характеристики макрообъёма декоративной породы:

а) светофизическое поведение собственных молекул минералов камня, поведение их кристаллографических дефектов, поведение заместивших собственные молекулы минералов "чужих" молекул, поведение механических нано–, микро– и макрометрических примесных дефектов в камне, светофизическое поведение зернограничных сред;

б) проистекающие из указанной светофизики, а также из нанообъёмных и микрообъёмных характеристик спектры светопоглощения, светоотброса и дополнительный к первым двум спектр светопропускания для внутренней точки камня, а также их вариации по минералам зёрен и углам падения лучей в эту точку;

в) проистекающие из спектральных характеристик видимые яркость и двухканальная цветность цвета диффузного лучеотброса, лучепропускания, лучепоглощения и их вариации по минералам зёрен;

г) проистекающие из указанной светофизики удельные темнота и цветность мутности и прозрачности камня;

д) сложные и редкие волнооптические явления, приводящие к появлению "ложной", мерцающей и переливающейся окраски в объёме (опалесценция) и на поверхности (побежалость) камня;

4) оптические характеристики макроповерхности декоративной породы:

а) светофизическое поведение молекул, граничащих как с минералами камня, так и с внешней средой –

– проистекающие из указанной светофизики, а также из геометрических микрохарактеристик поверхности спектры светоотброса и световыброса для граничной с камнем точки, а также их вариации по минералам зёрен и углам падения лучей в эту точку;

– проистекающие из спектральных характеристик видимые яркость и двухканальная цветность цвета бликозеркального лучеотражения, диффузного лучеотброса, лучепоглощения и их вариации по минералам зёрен;

б) величина лучепреломления и её вариации по минералам зёрен;

в) величина хроматической дисперсии;

г) колебательный закон нескольких аргументов, приближенный к характеру разброса цветов точек камня.