Показатель плотности гранита и его практическое применение

Название гранита произошло от латинского слова granum, которое в переводе означает «зерно». Данная горная порода действительно имеет кристаллическую крупнозернистую структуру. Происхождение гранита может быть магматическое, метаморфическое и смешанное.

Данная горная порода имеет кристаллическую крупнозернистую структуру

Магматическое или вулканическое происхождение гранитного массива связано с медленным остыванием и затвердением магмы в земной коре. Метаморфическим способом минералы возникают в процессе гранитизации, который представляет собой спекание и частичное расплавление обломков различных горных пород. Но зачастую геологам очень сложно определить, каким именно способом образуется гранит, тем более что ни на физические свойства, ни на химический состав это не влияет. Как правило, гранитные пласты огромных размеров залегают под континентами и являются основой для горных хребтов.

Физические свойства и характеристика

Основные физические свойства материала: прочность, плотность, устойчивость к высокой температуре и воздействию окружающей среды.

Если сравнивать данный камень с бетоном, то прочность первого будет намного выше. К примеру, он может выдержать давление в 6 раз больше, чем бетон. Плотность гранита является еще одной отличительной чертой, ведь по отношению к тому же бетону он весит на 12% больше.

Твердость пород в первую очередь зависит от уровня поглощения влаги. Чем меньше процент влагопоглощения в камнях, тем прочнее они. В этом плане минерал является бесспорным лидером, поскольку благодаря своей глубине залегания он поглощает влагу лишь в пределах 0,2%. Во вторую очередь твердость гранита зависит от наличия в нем кварца, который, помимо всего прочего, обеспечивает еще и термостойкость. Температура плавления камня может достигать 700°С. Кроме того, благодаря той же водонепроницаемости он способен выдержать перепады температуры в пределах 100 градусов, поэтому количество циклов замораживания и нагревания может достигать не одну сотню раз.

Магматическое или вулканическое происхождение гранитного массива связано с медленным остыванием и затвердением магмы в земной коре

В целом физические свойства и долговечность данного минерала зависят еще и от его структуры, согласно которой выделяют следующие виды гранита:

• крупнозернистый;
• среднезернистый;
• мелкозернистый.

Наибольшую ценность представляет мелкозернистая структура менее 2 мм. Данная разновидность имеет лучшее сопротивление к механическим воздействиям и более высокую температуру плавки.

Несмотря на столь высокие показатели прочности и плотности, гранитные камни относятся к хорошо обрабатываемому строительному материалу. Их без проблем можно разрезать, отшлифовать и отполировать. Если минералы тщательно огранены, они приобретают гладкую и блестящую поверхность, не уступающую по красоте мрамору.

Происхождение гранита

Среди петрологов и геологов нет однозначного мнения о происхождении гранита. В 18-19 веках считалось, что граниты образовались путем осаждения кристаллов на дне океана, но позже концепция уступила место плутонической модели, подразумевающей образование пород на глубинах более 3 км при литостатическом давлении выше 1 кбар.

Сегодня очевидно, что минерал имеет гетерогенную природу, то есть образуется двумя путями: в процессе кристаллизации природного расплава магмы при его переходе в твердое состояние (остывания) и в результате метаморфизма – изменения магматических горных пород под воздействием высокой температуры и давления. Многие специалисты утверждают, что образование гранита вовсе невозможно без процесса метаморфизма.

Граниты залегают в верхней части земной коры и не присутствуют на дне океанов. Самые молодые минералы датируются возрастом 1-2 млн. лет, самые древние – 3,8 млрд. лет. Первоначально гранитные породы не выходили на поверхность, но сегодня граниты обнажены благодаря подъему пород кровли.

Химический состав и разновидности

Если рассмотреть гранит в схеме разреза, можно четко увидеть вкрапления других минералов и структуру зерен. Даже краткое введение в его структурные особенности поможет понять, что делает этот камень уникальным.

Химический состав включает в себя в основном минеральный ряд, щелочь и кремнекислоту. Согласно средним показателям, в минеральный состав гранита входят полевые шпаты (плагиоклаз, ортоклаз, калиевый полевой шпат в количестве 60-65%), кварц (до 35%) и слюды (мусковит, биотит — 5-10%). В незначительных количествах могут присутствовать железо, магний и кальций.

Химическая составляющая этого природного минерала влияет и на его цвет. Вопреки распространенному мнению, тот или иной цвет камня определяется не наличием в нем кварца, который, как правило, вовсе бесцветный, а входящими в него полевыми шпатами и слюдами. А что касается кварца, то он предоставляет камню в основном блеск, хотя в природе встречаются черно-кварцевые экземпляры.

Чаще всего благодаря полевым шпатам образуются красные, розовые, оранжевые и серые оттенки. Редко в природе встречается голубой окрас и зеленый, или, как его еще называют, амазонитовый. Темный цвет породе придают слюды. Одним из наиболее распространенных по цвету считается розовый гранит, оттенок которого может иногда достигать светло-алого или даже насыщенно красного цвета.

Свойства гранита

• Долговечность. Гранит известен как «вечный» камень. Действительно, мелкозернистые породы проявляют первые признаки износа и разрушения только через 500 лет. Гранитный саркофаг в Великой пирамиде в Гизе (построена примерно 4500 лет назад) практически не изменился со временем.
• Высокая прочность. Эта характеристика также зависит от величины зерен. Породы с мелкозернистым строением имеют предел прочности на сжатие порядка 300 МПа. По этому параметру гранит значительно превосходит другие материалы. Например, прочность на сжатие бетона самого высокого класса В30 составляет всего 39,29 МПа, клинкерного кирпича М1000 – 100 МПа. Если говорить простым языком, то камень выдерживает давление порядка 2200 кг на см². Прочность на растяжение невысока и составляет всего 3% от прочности на сжатие. При нарушении технологии добычи в камне могут образовываться тонкие трещины, которые практически не влияют на прочность на сжатие, но снижают прочность на растяжение.
• Высокая устойчивость к воздействию кислот и в целом природных явлений. Камень выдерживает порядка 300 циклов заморозки-оттаивания, что делает его одним из лучших материалов для наружной отделки.
• Средняя огнестойкость. В результате полиморфных превращений кварца гранит растрескивается при температурах выше 600°C. Прямого контакта с огнем камень не выдерживает, но все же он подходит для обустройства каминов (также как и мрамор), поскольку температура их внешней облицовки редко превышает 120°C. Температура плавления гранита составляет в среднем 1200°C, но в присутствии воды этот параметр существенно ниже – порядка 650°C.
• Водонепроницаемость. Коэффициент водопоглощения минерала равен 0,05–0,17%, что сравнимо с мрамором. Этот камень практически не впитывает влагу, что делает его идеальным для строительства фонтанов, набережных, бассейнов. Косвенно этот параметр влияет и на морозостойкость. Низкое водопоглощение является следствием низкой пористости материала. У гранитов поры занимают не более 1,5% от общего объема.

Экологичность гранита – камень преткновения, как среди поставщиков, так и покупателей. Как правило, этот минерал неопасен для здоровья человека. Уровень излучения большинства видов гранита не превышает 0,05 мкЗв/час, тогда как на одного человека ежечасно приходится до 0,25 мкЗв/час – это средняя величина, состоящая из космического фона, наземных излучений и инкорпорированных излучений (полученных с водой и пищей).

Да, некоторые породы гранита используются для добычи урана, но в строительстве такой камень не применяется. Мифы о сильном радиационном фоне минерала – это именно мифы, не имеющие к реальности никакого отношения. Породы с действительно опасным радиационным фоном составляют не более 2-3% от общего добываемого объема. Подробнее о радиоактивности натурального гранита Вы можете прочитать тут.

Виды согласно химическому составу

Состав гранита не только влияет на цвет породы или структуру, но и определяет его разновидность. В зависимости от содержания в нем темноцветных элементов — слюд, — геологи выделяют следующие разновидности минерала:

1. Аляксит — вовсе не содержит темноцветных вкраплений.
2. Лейкогранит — низкое содержание слюд.
3. Щелочной — гранит, в составе которого присутствуют щелочные амфиболы.
4. Биотитовый — 6-8% биотита.
5. Двуслюдяной — входят 2 элемента: мусковит, биотит.
6. Литий-фтористый — содержит исключительно литиевые элементы.

Добыча гранита

Добыча гранита принципиально отличается от способов добычи других полезных ископаемых. Как и в случае с мрамором, здесь важно сохранить целостность блоков и предотвратить образование трещин, которые значительно снижают прочностные характеристики материала. Есть три основных метода добычи камня:

• Буровзрывной. Дешевый, кустарный и, по сути, «варварский» метод. В результате взрывов образуются блоки с высокой трещиноватостью и большим (часто до 30%) количеством отходов. В массиве породы бурятся шурфы, в которые закладывается промышленная взрывчатка. Один подрыв требует от 10 до 30 скважин и несколько тонн взрывчатого вещества. Спрогнозировать поведение массива породы при подрыве практически невозможно. После взрыва образовавшиеся глыбы сортируются и отправляются на распил.
• Откалывание воздушной подушкой. Участок выработки оконтуривается пробуренными отверстиями, в которые закачивается воздух под высоким давлением. В результате каменные глыбы отделяются от массива, причем в этом случае можно точно спрогнозировать область разлома. Методика не приводит к разрушению и крошению породы, не вызывает появление трещин в блоках. В итоге ресурс месторождения расходуется более рационально.
• Камнерезный. Для отделения блоков используется специальное оборудование с алмазными резаками. В результате добываются массивные (40-60 т) блоки правильной формы, которые извлекаются из участка выработки тяжелыми кранами. Метод получил широкое распространение в Европе.

Существуют альтернативные способы добычи гранита: буроклиновый, когда в камне пробуриваются скважины и в них закачивается жидкость, и метод «тихого взрыва», подразумевающий закачку в отверстия невзрывчатой расширяющейся смеси.

Гранит: это минерал или горная порода

Гранит это горная, сложная по составу минеральная порода. Так скажут геологи, минералоги, географы.

Для них – это полезное ископаемое, для всех остальных – камень, символизирующий долговечность, твердыню, непоколебимость.

Сказать, что у минерала богатая история, мало. Он сам и есть история: столько древних и современных памятников мировой культуры создано из него.

А знаменитая фраза «грызть гранит науки» означает упорное преодоление твёрдых знаний, которые накоплены опытом людей.

Интересные факты о граните касаются всего, что с ним связано: зарождение его кристаллов в природе, качества, виды гранита. Об этом далее и пойдёт речь.

Использование гранита

• Строительство. Тяжеловесность и дороговизна камня не позволяют использовать его в массовом строительстве, но его все же используют для возведения отдельных жилых и общественных зданий.
• Облицовочные работы. Гранитом отделываются фасады зданий и помещения, напольные покрытия, лестницы и колонны. Высокая морозостойкость камня позволяет использовать его для декоративной внешней отделки. Минерал повсеместно применяется для создания брусчатки, отделки тротуаров, производства бордюров.
• Производство деталей интерьера. Полированный гранит подходит для создания столешниц, подоконников, ванных и раковин. Из него изготавливают малые архитектурные композиции.
• Засыпка дорог, производство бетона. Отходы камня, появляющиеся в результате буровзрывной добычи, используются как щебень для укладки дорог и изготовления бетонных конструкций.
• Производство. Порода с высоким содержанием калиевого полевого шпата используется в качестве флюса при изготовлении стекла и тонкой керамики.
• Изготовление брусчатки. Благодаря своей прочности и долговечности брусчатка из гранита пользуется популярностью уже многие века. Подробнее о брусчатке из гранита.

Наряду с мрамором, гранит – один из самых востребованных натуральных материалов в строительной и отделочной сфере. Из него получаются великолепные барельефы, памятники, пилястры и другие декоративные элементы. Благодаря низкому показателю истираемости этот минерал прекрасно подходит для обустройства полов в помещениях с высокой проходимостью.

Постройки из гранита веками сохраняют свой первоначальный вид. Достойным примером является величественное сооружение эпохи ренессанса, восьмое чудо света – испанский монастырь Эскориал. Для его строительства было использовано более миллиона тонн серого гранита.

Петербуржцам далеко за примером ходить не надо. Прогуливаясь по историческому центру города, можно обратить внимание на доминирующую роль гранита в архитектурных ансамблях. Многочисленные набережные, фасад и внутреннее убранство величественного Исаакиевского собора, знаменитые атланты, отделка станций метро, гранитные колонны внутри Казанского собора. Египетские сфинксы возле Академии Художеств, легендарный «гром-камень» в постаменте Медного всадника. Символ города – Александрийский столп, вес которого достигает 600 тонн, был вырублен вручную из цельного куска выборгского гранита. Интересно, что столп ничем не закреплен, он стоит благодаря собственному весу и идеально рассчитанной конструкции.

Гранит в интерьере

Гранитные породы нашли широкое применение во всех видах интерьерной отделки.

• декоративная облицовка гранитом: стен, пола, лестниц и каминов. Камень подойдет для любого помещения. Он стоек к влаге ванной или бассейна, к большинству бытовых загрязнений на кухне, он практически не истирается в условиях высокого трафика. Поэтому при отделке пола и лестниц в общественных заведениях (станции метро, вокзалы, торговые центры) мастера отдают предпочтение именно гранитам.
• создание функциональных изделий: столешниц, подоконников и каменной мебели.
• изготовление декоративных элементов: скульптурные композиции, вазоны, мозаика и панно.

Как определяют плотность гранита

Средняя плотность гранита – это вес материала в единице объема. Показатель выражают в г/см3 или в кг/м3.

Для определения плотности гранита готовят 5 образцов правильной кубической формы. Камень просушивают и погружают в воду с температурой +4 °С. Зная вес вытесненной жидкости, массу и объем образца определяют плотность минерала. Для пород из разных месторождений показатели будут различные.

Таблица плотности гранита, кг/м3

История гранитового камня

Гранит фото камня
Один современный лирик в стихах с описанием гранита рассуждает о его названии. Созвучие автор находит со словом «грань», ассоциируя минерал то с гранями могильных плит, то с границами бытия. Но на самом деле этимология термина имеет латинские корни.

Самым первым, кто употребил определение, был итальянский естествоиспытатель Цезальпинус. Он-то и создал слово, производное от латинского «granum» — «зерно», и употребил его в научном контексте своего труда «De metallicis» (1596).

Но, конечно, сам камень давным-давно использовался при возведении фундаментальных построек древних империй – Египта, Рима, Индии.

Важность минерала в том, что он играет значительную роль в составе земной коры. Есть даже целиковые гранитовые горы, например, знаменитый Монблан. Может, поэтому надёжность ассоциируют с прочностью гранита.

Примечательно, что его кристаллы не встречаются на других небесных телах. Для сравнения: базальт попадается в поверхностной структуре Луны и планет земной группы. Вот почему геологи сочинили про камень поговорку: «гранит – визитная карточка Земли».

Где добывают гранит

Месторождения гранитовой породы имеют глобальный размах. Только в одной России есть 50 мест добычи, откуда вывозят камень разных видов и сортов. Преимущественно, это серый гранит и разновидности белого и коричневого цвета. Декоративные камни – розовый и красный гранит – находят на Кольском полуострове, карельских месторождениях и в Ленинградской области.

Примечательны залежи Украины, особенно месторождение «Кристаллический щит», шириною в 200 км. Оно расстилается с северо-запада на юго-восток на 1000 км по территории страны. Криворожские карьеры дают миру редкий чёрный гранит, а высококачественным облицовочным камнем богат Житомирский край.

Европейские месторождения тоже вносят свой вклад в добычу красивых сортов минерала. Италия, а конкретнее Сардиния, богата светло-розовыми и нежно-серыми породами. Другие популярные и менее ценные виды содержат болгарские, португальские, испанские, финские месторождения. Добывается полезное ископаемое также в Германии и в Великобритании.

Тем не менее, лидером по добыче породы является Сомали, а вслед за ним Эфиопия и другие страны африканского континента. В совокупности их показатели составляют не менее 120 000 м³ за год. Там добываются так называемые порфировидные камни, минералы красного окраса, а также светло-серые виды. Намибия богата залежами темно-синих образцов, которые относятся к редким минералам.