Что крепче сталь или гранит
Обновлено: 18.05.2024
Все мы – плоды эволюции. Природа миллионы лет экспериментировала, прежде чем сделать нас такими, какие мы сейчас есть. Если бы перед инженером-механиком поставили задачу сконструировать кость человека, то он бы наверняка сразу же спросил, для чего она нужна, т.к. форма, размеры и внутренняя структура кости должны определяться её функцией в скелете. Как же работают наши кости? Как и любые строительные элементы, кости нашего скелета работают в основном на сжатие, растяжение или изгиб. Эти режимы работы предъявляют к костям как элементам скелета далеко не одинаковые требования.
Каждому ясно, что спичку или соломинку довольно трудно разорвать, растягивая их вдоль оси, и очень легко сломать, изогнув. В инженерных конструкциях, как и в скелетах животных, желательно сочетание прочности с лёгкостью. Как добиться максимальной прочности конструкции при заданной массе и известной прочности материала? Эта задача довольно проста, если элемент конструкции должен работать либо на продольное растяжение, либо только на сжатие. Пусть, например, надо подвесить некоторый груз на тросе определённой длины. Прочность троса будет равна прочности его самого тонкого участка, поэтому вес троса будет наименьшим, если площадь его сечения по всей длине одинакова.
Почему кость внутри полая? Если элемент конструкции работает также на изгиб, например, когда мы удерживаем груз рукой, согнутой в локте, то задача поиска максимальной прочности при заданной массе становится более сложной.
Локтевая кость работает на изгиб, а плечевая – на растяжение, когда мы удерживаем груз согнутой в локте рукой
Очевидно, что нижние слои локтевой кости сжимаются, а верхние растягиваются. При этом длина срединных слоёв не изменяется при изгибе локтевой кости, и поэтому материал, находящийся в этих слоях, не работает (т.е. не деформируется), а лишь утяжеляет кость. Значит, часть материала вдоль оси кости можно удалить без большого ущерба для её прочности, если кость работает в таких условиях. Таким образом, оптимальной будет кость с частично отсутствующей «сердцевиной», т.к. цилиндрический слой около оси кости не претерпевает существенных деформаций при изгибе и только увеличивает её массу.
Схематическое изображение локтевой кости (горизонтальный брус) в ненагруженном состоянии (вверху) и при деформации, вызванной действием силы F, приложенной к его свободному концу (внизу). Пунктир обозначает положение недеформируемого слоя
Естественно, что и природа в процессе эволюции использовала такой способ уменьшения массы человека и животных при сохранении прочности их скелета. Наиболее отчётливо это проявилось у птиц, которые больше других животных заинтересованы в уменьшении своей массы. Например, у фрегата, птицы, имеющей размах крыльев около 2 м, масса скелета всего 110 г. Однако и у бескрылых животных кости внутри тоже полые. Измерения показывают, например, что для самой крупной трубчатой кости скелета, бедренной, отношение внутреннего диаметра поперечного сечения к внешнему у человека и других млекопитающих составляет 0,5–0,6, что даёт возможность приблизительно на 25% уменьшить массу скелета при сохранении той же прочности.
Почему кость прочнее гранита? Прежде чем хвалить природу за её осведомлённость в вопросах сопротивления материалов, посмотрим, достаточно ли прочны наши кости. В таблице приведены значения критических напряжений (отношение приложенной силы к площади поперечного сечения образца), при которых нарушается целостность различных материалов при испытаниях на сжатие и растяжение, а также их модули Юнга.
Как это ни удивительно, но кость по прочности уступает только твёрдым сортам стали и оказывается гораздо прочнее ставших образцами прочности гранита и бетона. Чем же это объясняется?
Кость – композитный материал и состоит из двух совершенно различных компонентов: эластичного коллагена (из него в основном состоят все наши сухожилия) и кристаллов гидроксиапатита кальция Ca10(PO4)6(OH)2 – 60% по массе.
Известным примером композитного материала служит стеклопластик, представляющий собой смесь стеклянных волокон и смолы. Причиной высокой прочности кости является сочетание эластичности и твёрдости. Многие обычные (не композитные) материалы, обладая большой твёрдостью, очень хрупки. Каждый видел, как разбивается стекло. От места, где по стеклу ударили, разбегаются трещины, которые и раскалывают лист. Если трещины не успевают образоваться, как это происходит при ударе пули, то лист стекла остаётся целым, за исключением области, куда пришёлся удар.
Таким образом, прочность многих материалов была бы гораздо выше, если бы их структура препятствовала распространению трещин. Наличие в кости сетки из коллагена, обладающего высокой эластичностью, служит преградой для распространения в ней трещин. В то же время твёрдость кости обеспечивается кристаллами гидроксиапатита кальция, отложившимися на поверхности коллагеновых нитей. На композитную природу кости указывает низкое значение её модуля Юнга по сравнению с однородными материалами, обладающими такой же прочностью.
Какой же запас прочности у наших костей? Средняя часть плечевой кости человека имеет площадь поперечного сечения около 3,3 см 2 . Используя данные, приведённые в таблице, легко показать, что максимальный вес груза, который может удерживать эта кость, находясь в вертикальном положении и работая на сжатие, близок к 60 000 Н. В то же время максимальная сила, которую может выдержать та же кость, если она работает на изгиб, а сила приложена к свободному концу кости перпендикулярно оси, близка к 5500 Н.
Механика карате
Прекрасной иллюстрацией прочности костей человека может служить популярный сейчас вид спортивных упражнений – карате. Тем, кто видит впервые каратиста, разбивающего крепкие бруски дерева или бетона, часто кажется, что это мистификация. Однако даже новичок после недолгой тренировки сможет легко разбить голой рукой брусок дерева, а потом и целую стопку.
Как может голая рука разбивать такие прочные предметы, как дубовые или бетонные бруски, не ломаясь сама? Сначала попробуем оценить необходимую для этого энергию Wр. Используя закон Гука для деформации бруска и формулу для потенциальной энергии, запасённой в сжатой пружине, можно получить выражение для Wр:
где V – объём бруска, Т – максимальное напряжение, которое выдерживает материал бруска, Е – модуль Юнга. Формула подтверждает интуитивные соображения, что, брусок тем труднее разорвать, чем он больше и чем эластичнее материал бруска, т.к. большая энергия тратится на его растяжение.
Как правило, в своих показательных выступлениях каратисты используют бетонные кирпичи размером 0,4 0,05 м. Принимая во внимание данные из таблицы и приведённую выше формулу, можно получить, что для таких брусков WpТо, что рука каратиста не ломается при ударе о брусок, частично объясняется гораздо большей прочностью кости по сравнению с бетоном. Высокоскоростная киносъёмка кулака каратиста в момент удара показала, что его замедление при соприкосновении с бруском составляет примерно 4000 м/с 2 . Поэтому сила, действующая со стороны бруска на кулак массой 0,7 кг, составляет 2800 Н.
Если весь кулак в момент удара заменить костью длиной 6 см и диаметром 2 см, фиксированной в двух крайних точках, а удар о брусок моделировать силой, действующей на её середину, то в таких условиях кость может выдержать 25 000 Н. Это приблизительно в 8 раз больше, чем сила, действующая на кулак каратиста при разламывании бетонных брусков.
Однако возможности руки каратиста противостоять таким ударам ещё больше, т.к. в отличие от бетонного бруска она не поддерживается по краям и удар не приходится точно в середину. Кроме того, между костью и бруском бетона всегда находится эластичная ткань, амортизирующая удар. Итак, ссылаться на хрупкость наших костей, оправдывая свою нерешительность, мы не вправе. Они не подведут.
А сухожилия зачем?
Многие из тех движений, которые мы совершаем, бывают периодическими. К ним относятся ходьба, бег, катание на лыжах, коньках, приседания и т.д. Во время этих движений различные части тела движутся неравномерно. Например, при беге или ходьбе каждая нога попеременно уменьшает свою скорость до нуля, соприкасаясь с землёй и тормозя при этом перемещение тела. В последующем та же нога, отталкиваясь от земли, ускоряет это перемещение. Чтобы заставить автомобиль двигаться подобным образом, нам нужно было бы с частотой около 1 Гц нажимать то на педаль газа, то на тормоз. Естественно, что расход горючего при таком импульсном характере движения резко возрастает, т.к. часть кинетической энергии автомобиля при торможении переходит в тепло. Неужели бег человека и животных так же неэкономичен, как движение этого гипотетического автомобиля?
Конечно, нет. Исследования учёных показали, что при беге часть кинетической энергии в фазе торможения хранится в сухожилиях ног в виде потенциальной энергии их деформации, которая переходит опять в кинетическую подобно тому, как это происходит при отскакивании резинового мяча от стены. Таким образом, сухожилия являются запасниками механической энергии во время бега и других циклических движений.
Свойства сухожилий более или менее одинаковы у всех животных, однако конечности копытных, например овец и лошадей, наиболее приспособлены для хранения механической энергии. Некоторые мышцы в нижних частях ног этих животных состоят практически из одних сухожилий. Самым выразительным примером такого использования сухожилий могут служить нижние части конечностей верблюда, почти лишённые мышечных волокон. В ноге человека самым мощным является ахиллово сухожилие, на которое при беге может действовать растягивающая сила до 4000 Н.
Каждый может сам легко убедиться, что механическая энергия действительно запасается в наших ногах, как в пружинах. Для этого попробуйте приседать, сильно сгибая колени. Вы сразу заметите, что подниматься гораздо легче, если выпрямлять ноги сразу, а не задерживаться в положении с согнутыми ногами. Это можно объяснить тем, что при сгибании колен сухожилия сначала растягиваются, и если, не давая им укоротиться, начать разгибать колени, то запасённая в сухожилиях потенциальная энергия перейдёт в кинетическую. Если же позволить им укоротиться ещё до подъёма, то эта энергия перейдёт в тепло.
Топ-25: самые прочные и твердые материалы, известные науке
Окружающий нас мир таит в себе еще множество загадок, но даже давно известные ученым явления и вещества не перестают удивлять и восторгать. Мы любуемся яркими красками, наслаждаемся вкусами и используем свойства всевозможных веществ, делающих нашу жизнь комфортнее, безопаснее и приятнее. В поисках самых надежных и крепких материалов человек совершил немало восторгающих открытий, и перед вами подборка как раз из 25 таких уникальных соединений!
25. Алмазы
Фото: pixabay
Об этом точно знают если не все, то почти все. Алмазы – это не только одни из самых почитаемых драгоценных камней, но и один из самых твердых минералов на Земле. По шкале Мооса (шкала твёрдости, в которой оценка дается по реакции минерала на царапание) алмаз числится на 10 строчке. Всего в шкале 10 позиций, и 10-ая – последняя и самая твердая степень. Алмазы такие твердые, что поцарапать их можно разве что другими алмазами.
24. Ловчие сети паука вида Caerostris darwini
Фото: pixabay
В это сложно поверить, но сеть паука Caerostris darwini (или паук Дарвина) крепче стали и тверже кевлара. Эту паутину признали самым твердым биологическим материалом в мире, хотя сейчас у нее уже появился потенциальный конкурент, но данные еще не подтверждены. Паучье волокно проверили на такие характеристики, как разрушающая деформация, ударная вязкость, предел прочности и модуль Юнга (свойство материала сопротивляться растяжению, сжатию при упругой деформации), и по всем этим показателям паутина проявила себя удивительнейшим образом. Вдобавок ловчая сеть паука Дарвина невероятно легкая. Например, если волокном Caerostris darwini обернуть нашу планету, вес такой длинной нити составит всего 500 граммов. Таких длинных сетей не существует, но теоретические подсчеты просто поражают!
23. Аэрографит
Эта синтетическая пена – один из самых легких волокнистых материалов в мире, и она представляет собой сеть углеродных трубочек диаметром всего в несколько микронов. Аэрографит в 75 раз легче пенопласта, но при этом намного прочнее и пластичнее. Его можно сжать до размеров, в 30 раз меньших первоначального вида, без какого-либо вреда для его чрезвычайно эластичной структуры. Благодаря этому свойству аэрографитная пена может выдержать нагрузку, в 40 000 раз превышающую ее собственный вес.
22. Палладиевое металлическое стекло
Фото: pixabay
Команда ученых их Калифорнийского технического института и Лаборатории Беркли (California Institute of Technology, Berkeley Lab) разработала новый вид металлического стекла, совместивший в себе практически идеальную комбинацию прочности и пластичности. Причина уникальности нового материала кроется в том, что его химическая структура успешно скрадывает хрупкость существующих стеклообразных материалов и при этом сохраняет высокий порог выносливости, что в итоге значительно увеличивает усталостную прочность этой синтетической структуры.
21. Карбид вольфрама
Фото: pixabay
Карбид вольфрама – это невероятно твердый материал, обладающий высокой износостойкостью. В определенных условиях это соединение считается очень хрупким, но под большой нагрузкой оно показывает уникальные пластические свойства, проявляющиеся в виде полос скольжения. Благодаря всем этим качествам карбид вольфрама используется в изготовлении бронебойных наконечников и различного оборудования, включая всевозможные резцы, абразивные диски, свёрла, фрезы, долота для бурения и другие режущие инструменты.
20. Карбид кремния
Фото: Tiia Monto
Карбид кремния – один из основных материалов, используемых для производства боевых танков. Это соединение известно своей низкой стоимостью, выдающейся тугоплавкостью и высокой твердостью, и поэтому оно часто используется в изготовлении оборудования или снаряжения, которое должно отражать пули, разрезать или шлифовать другие прочные материалы. Из карбида кремния получаются отличные абразивы, полупроводники и даже вставки в ювелирные украшения, имитирующие алмазы.
19. Кубический нитрид бора
Фото: wikimedia commons
Кубический нитрид бора – это сверхтвердый материал, по своей твердости схожий с алмазом, но обладающий и рядом отличительных преимуществ – высокой температурной устойчивости и химической стойкости. Кубический нитрид бора не растворяется в железе и никеле даже под воздействием высоких температур, в то время как алмаз в таких же условиях вступает в химические реакции достаточно быстро. На деле это выгодно для его использования в промышленных шлифовальных инструментах.
18. Сверхвысокомолекулярный полиэтилен высокой плотности (СВМПЭ), марка волокон «Дайнима» (Dyneema)
Фото: Justsail
Полиэтилен с высоким модулем упругости обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой вязкостью разрушения (низкотемпературная надёжность). Сегодня его считают самым прочным волокнистым веществом в мире. Самое удивительное в этом полиэтилене то, что он легче воды и одновременно может останавливать пули! Тросы и канаты из волокон Дайнима не тонут в воде, не нуждаются в смазке и не меняют свои свойства при намокании, что очень актуально для судостроения.
17. Титановые сплавы
Фото: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de)
Титановые сплавы невероятно пластичные и демонстрируют удивительную прочность во время растяжения. Вдобавок они обладают высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью, что делает их крайне полезными в таких областях, как авиастроение, ракетостроение, судостроение, химическое, пищевое и транспортное машиностроение.
16. Сплав Liquidmetal
Фото: pixabay
Разработанный в 2003 году в Калифорнийском техническом институте (California Institute of Technology), этот материал славится своей силой и прочностью. Название соединения ассоциируется с чем-то хрупким и жидким, но при комнатной температуре оно на самом деле необычайно твердое, износостойкое, не боится коррозии и при нагревании трансформируется, как термопласты. Основными сферами применения пока что являются изготовление часов, клюшек для гольфа и покрытий для мобильных телефонов (Vertu, iPhone).
15. Наноцеллюлоза
Фото: pixabay
Наноцеллюлозу выделяют из древесного волокна, и она представляет собой новый вид деревянного материала, который прочнее даже стали! Вдобавок наноцеллюлоза еще и дешевле. Инновация имеет большой потенциал и в будущем может составить серьезную конкуренцию стеклу и углеволокну. Разработчики считают, что этот материал вскоре будет пользоваться большим спросом в производстве армейской брони, супергибких экранов, фильтров, гибких батареек, абсорбирующих аэрогелей и биотоплива.
14. Зубы улиток вида «морское блюдечко»
Фото: pixabay
Ранее мы уже рассказали вам о ловчей сети паука Дарвина, которую некогда признали самым прочным биологическим материалом на планете. Однако недавнее исследование показало, что именно зубы морского блюдечка – наиболее прочная из известных науке биологических субстанций. Да-да, эти зубки прочнее паутины Caerostris darwini. И это неудивительно, ведь крошечные морские создания питаются водорослями, растущими на поверхности суровых скал, и чтобы отделить пищу от горной породы, этим зверькам приходится потрудиться. Ученые полагают, что в будущем мы сможем использовать пример волокнистой структуры зубов морских блюдечек в машиностроительной промышленности и начнем строить автомобили, лодки и даже воздушные суда повышенной прочности, вдохновившись примером простых улиток.
13. Мартенситно-стареющая сталь
Фото: pixabay
Мартенситно-стареющая сталь – это высокопрочный и высоколегированный сплав, обладающий превосходной пластичностью и вязкостью. Материал широко распространен в ракетостроении и используется для изготовления всевозможных инструментов.
Осмий – невероятно плотный элемент, и благодаря своей твердости и высокой температуре плавления он с трудом поддается механической обработке. Именно поэтому осмий используют там, где долговечность и прочность ценятся больше всего. Сплавы с осмием встречаются в электрических контактах, ракетостроении, военных снарядах, хирургических имплантатах и применяются еще во многих других областях.
11. Кевлар
Фото: wikimedia commons
Кевлар – это высокопрочное волокно, которое можно встретить в автомобильных шинах, тормозных колодках, кабелях, протезно-ортопедических изделиях, бронежилетах, тканях защитной одежды, судостроении и в деталях беспилотных летательных аппаратов. Материал стал практически синонимом прочности и представляет собой вид пластика с невероятно высокой прочностью и эластичностью. Предел прочности кевлара в 8 раз выше, чем у стального провода, а плавиться он начинает при температуре в 450℃.
СВМПЭ – это по сути очень прочный пластик. Спектра, марка СВМПЭ, – это в свою очередь легкое волокно высочайшей износостойкости, в 10 раз превосходящее по этому показателю сталь. Как и кевлар, спектра используется в изготовлении бронежилетов и защитных шлемов. Наряду с СВМПЭ марки дайнимо спектра популярна в судостроении и транспортной промышленности.
9. Графен
Фото: pixabay
Графен – это аллотропная модификация углерода, и его кристаллическая решетка толщиной всего в один атом настолько прочная, что она в 200 раз тверже стали. Графен с виду похож на пищевую пленку, но порвать его – практически непосильная задача. Чтобы пробить графеновый лист насквозь, вам придется воткнуть в него карандаш, на котором должен будет балансировать груз весом с целый школьный автобус. Удачи!
8. Бумага из углеродных нанотрубок
Фото: pixabay
Благодаря нанотехнологиям ученым удалось сделать бумагу, которая в 50 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Листы из углеродных нанотрубок в 10 раз легче стали, но удивительнее всего то, что по прочности они превосходят сталь в целых 500 раз! Макроскопические пластины из нанотрубок наиболее перспективны для изготовления электродов суперконденсаторов.
7. Металлическая микрорешетка
Фото: pixabay
Перед вами самый легкий в мире металл! Металлическая микрорешетка – это синтетический пористый материал, который в 100 раз легче пенопласта. Но пусть его внешний вид не вводит вас в заблуждение, ведь эти микрорешетки заодно и невероятно прочные, благодаря чему они обладают большим потенциалом для использования во всевозможных инженерных областях. Из них можно изготавливать превосходные амортизаторы и тепловые изоляторы, а удивительная способность этого металла сжиматься и возвращаться в своё первоначальное состояние позволяет использовать его для накопления энергии. Металлические микрорешетки также активно применяются в производстве различных деталей для летательных аппаратов американской компании Boeing.
6. Углеродные нанотрубки
Фото: User Mstroeck / en.wikipedia
Выше мы уже рассказывали про сверхпрочные макроскопические пластины из углеродных нанотрубок. Но что же это за материал такой? По сути это свернутые в трубку графеновые плоскости (9-ый пункт). В результате получается невероятно легкий, упругий и прочный материал широкого спектра применения.
5. Аэрографен
Фото: wikimedia commons
Известный также как графеновый аэрогель, этот материал чрезвычайно легкий и прочный одновременно. В новом виде геля жидкая фаза полностью заменена на газообразную, и он отличается сенсационной твердостью, жаропрочностью, низкой плотностью и низкой теплопроводностью. Невероятно, но графеновый аэрогель в 7 раз легче воздуха! Уникальное соединение способно восстанавливать свою изначальную форму даже после 90% сжатия и может впитывать такое количество масла, которое в 900 раз превышает вес используемого для абсорбции аэрографена. Возможно, в будущем этот класс материалов поможет в борьбе с такими экологическими катастрофами, как разливы нефти.
4. Материал без названия, разработка Массачусетского технологического института (MIT)
Фото: pixabay
Пока вы читаете эти строки, команда ученых из MIT работает над усовершенствованием свойств графена. Исследователи заявили, что им уже удалось преобразовать двумерную структуру этого материала в трехмерную. Новая графеновая субстанция еще не получила своего названия, но уже известно, что ее плотность в 20 раз меньше, чем у стали, а ее прочность в 10 раз выше аналогичной характеристики стали.
3. Карбин
Фото: Smokefoot
Хоть это и всего лишь линейные цепочки атомов углерода, карбин обладает в 2 раза более высоким пределом прочности, чем графен, и он в 3 раза жестче алмаза!
2. Нитрид бора вюрцитной модификации
Фото: pixabay
Это недавно открытое природное вещество формируется во время вулканических извержений, и оно на 18% тверже алмазов. Впрочем, алмазы оно превосходит еще по целому ряду других параметров. Вюрцитный нитрид бора – одна из всего 2 натуральных субстанций, обнаруженных на Земле, которая тверже алмаза. Проблема в том, что таких нитридов в природе очень мало, и поэтому их непросто изучать или применять на практике.
1. Лонсдейлит
Фото: pixabay
Известный также как алмаз гексагональный, лонсдейлит состоит из атомов углерода, но в случае данной модификации атомы располагаются несколько иначе. Как и вюрцитный нитрид бора, лонсдейлит – превосходящая по твердости алмаз природная субстанция. Причем этот удивительный минерал тверже алмаза на целых 58%! Подобно нитриду бора вюрцитной модификации, это соединение встречается крайне редко. Иногда лонсдейлит образуется во время столкновения с Землей метеоритов, в состав которых входит графит.
Твердые каменные породы
30.05.2014
Гранит
Гранит – глубинная полнокристаллическая порода, состоящая в основном из полевого шпата, слюды и кварца. Содержание кварца в гранитах до 30%. Количество цветов у гранита: основных тонов несколько, а именно: красный, коричневый и зеленоватый, а также светло-серо-черные тона. Прочность гранита зависит от величины зерен. Граниты с мелкозернистым и средне зернистым строением отличаются высокой прочностью (предел прочности на сжатие до 3000 кг/см2, объемная масса 2740 кг/м3).
Для скульптурных целей наиболее пригодны граниты мелкозернистого строения, допускающие обработку без описания ненаправленных сколов, поверхность хорошо полируется и долго сохраняет полировку. Мелкозернистые граниты отличаются равномерной окраской без текстуры или имеют текстуру, сформированную из цветных прослоек.
Диорит
Диорит – это глубинная порода, состоящая в основном из минералов, плагиоклаза, включающая цветной минерал – роговую обманку. Иногда присутствует кварц, и тогда порода носит название кварцевого диорита.
Цвет диорита серый, темно-серый, серовато-зеленый. Окраска диорита более светлая, чем у габбро, иногда имеют совершенно лейкократовый облик.
Строение диорита – среднезернистое (реже мелкозернистое), полируемость диорита средняя. Предел прочности на сжатие 1800-2400 кг/см2, объемная масса 2640 кг/м3.
Сиенит
Сиенит – это глубинная порода светлого тона, близкая по составу и структуре к гранитам. Отличается от гранитов отсутствием кварца. Состоит сиенит из калиевого полевого шпата (70%) и цветного минерала (амфибол, пироксен, слюда). Из–за отсутствия кварца обрабатывается легче, чем гранит. Менее долговечен; декоративные его свойства ниже, чем у гранитов. Сиенит хорошо принимает и удерживает полировку. Предел прочности сиенита при сжатии около 2000 кг/см2, объемная масса до 2213 кг/м3.
Лабрадорит
Лабрадорит – это глубинная крупнокристаллическая порода, состоящая из плагиоклаза с примесью темных минералов, содержащихся в породе от 2 до 25% (пироксена, оливина и титанического железняка – ильменита).
Встречаются два вида лабрадорита – почти черный в виде кружевных черных кристаллов с темно-синим, золотистым, а иногда с красноватым оттенком. Вторая разновидность лабрадорита – светло-серый с крупными кристаллами плагиоклаза, расцветка ее отличается нежной игрой голубых тонов. Цвет темно-серый, зеленовато-серый, синевато-серый.
Характерная особенность лабрадорита – иррадиация (мерцание) – образование отсветов на полированной поверхности зерен полевого шпата, вызываемых включениями минерала ильменита. Цвета мерцающих кристаллов – синий, голубой и золотистый, размеры кристаллов 10-15 см.
Лабрадорит лучше подвергается обработке, чем гранит, вследствие его вязкости. Лучше обрабатываются лабрадориты с размером зерен 6-7 мм. Предел прочности сжатия от 1000 до 2000 кг/см2, объемная масса 2340 кг/м3.
Габбро
Габбро – это глубинная полнокристаллическая, плотная вязкая порода, состоящая из плагиоклаза и темных минералов роговой обманки и биотита. Присутствие этих минералов придает габбро цвет – главным образом от серого до черного.
Породы габбро относятся к лучшим скульптурным материалам для постаментов к памятникам, легко поддаются обработке.
Фактура поверхности, обрабатываемой ударными инструментами, имеет светло-серый цвет, поэтому на ней особенно контрастно выделяются надписи и орнаменты.
Предел прочности на сжатие до 2000 кг/см2, объемная масса 2970 кг/м3.
Базальт
Базальт – это излившаяся порода мелкозернистого, иногда среднезернистого и крупнозернистого строения. По минералогическому составу базальт аналогичен габбро. Базальт – порода очень прочная, твердая, трудно обрабатываемая. Предел прочности доходит при сжатии до 5000 кг/см2. Цвет базальта черный, темно-серый, выветренный, буро-ржавого цвета.
Диабаз
Диабаз – это порода, родственная базальту, состоит из зерен различной крупности. По минералогическому составу, как и базальт, аналогичен габбро. Цвет – темно-зеленый. Диабаз – прочная, твердая порода, но обрабатывается легче, чем базальт. Предел прочности при сжатии 2000-2600 кг/см2, объемная масса диабазов и базальтов 2800 кг/м3. Диабазы и базальты колются в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Кварцит
Кварцит – состоит из кварца. Кварциты образовались в результате перекристаллизации зерен кварца. Структура мелкозернистая, часто сливная, при которой зерна кварца, «обросшие» кварцевой массой, сливаются друг с другом. Кварциты могут быть серыми, розовыми, малиновыми. Предел прочности 3500-4000 кг/см2, объемная масса 3000 кг/м3.
Песчаник
Песчаник – это горная порода, состоящая из зерен различных минералов, скрепленных природным цементом. Песчаники образуются из слоев песка, подвергавшихся давлению и цементации в течение длительного времени. Как правило, большинство песчаников состоит из зерен кварца, частично полевых шпатов и других пород. Песчаники отличаются высокой прочностью и морозостойкостью. Объемная масса 2550 кг/м3.
Что лучше: мрамор или гранит
Чем отличаются между собой мрамор и гранит? Этот вопрос очень часто возникает не только у заказчиков, но и у опытных мастеров каменного дела. Так как оба материала обладают прочностью, эстетичным внешним видом и широко используются в различных сферах жизнедеятельности, однозначный ответ дать сложно. Чтобы не ошибиться с выбором, важно понимать отличия и достоинства каждого из камней, их технические характеристики и сферу применения.
Содержание:
Что такое мрамор?
Мрамор представляет собой горную метаморфическую породу, возникшую в результате перекристаллизации доломита или известняка. Включает в свой состав множество органических элементов, придающих ему кристаллическую структуру и делающих чувствительным к химическим реагентам. Прочен, но легко поддается резке, обработке разными способами, в том числе шлифовке и полировке. Обладает такими качествами, как:
высокая степень термостойкости.
Чтобы придать ему блеск и сделать более прочным и влагоустойчивым, его покрывают специальным химическим раствором. Главное внешнее отличие мрамора от гранита — характерный рисунок в виде серых разводов и разнообразных жилистых узоров. Благодаря вторичным примесям, окрас основы и ее прожилок разнообразен. В природе существуют розовые, серые, желтые, красные, голубые, зеленые, черные и коричневые оттенки мрамора.
Что такое гранит?
Гранит — это натуральный камень магматического происхождения. Сложный по составу, включает в себя такие элементы, как полевой шпат, кварц, слюда и плагиоклазы. Имеет тяжелый вес и высокую прочность, но легко поддается резке и обработке спецтехникой. Основными преимуществами являются:
богатая цветовая палитра;
не вступает в реакции с агрессивными веществами и кислотами;
устойчивость к появлению плесени и грибка;
Где применяются мрамор и гранит
Свойства мрамора и гранита позволяют использовать материалы в различных сферах жизнедеятельности.Чаще всего их применяют в:
производстве архитектурных строений и скульптур;
строительстве и ремонте;
внешней и внутренней отделки помещений;
производстве ступеней, подоконников, столешниц.
Кроме того, из них делают памятники, обелиски и мемориальные доски. Несмотря на это, у обеих пород своя специфика. Так, например, мрамор идеален для облицовки каминов, в то время как гранит, чаще всего задействуется в создании уличных фонтанов и отделке бассейнов.
Свойства и особенности
Мраморная порода отличается высокой механической прочностью, в несколько раз превышающей твердость бетона. При этом она остается очень податливой, и в руках умелого специалиста может приобретать любые формы. Кроме того, имеет одну отличительную черту, неприсущую ни одному другому материалу — может восстанавливаться (ремонтироваться)после повреждения. Но в отличие от гранита, более капризна, поэтому чаще всего встречается внутри помещений. Из нее производят:
лестницы и подоконники внутри помещений;
статуи и скульптуры;
декоративные элементы интерьера и экстерьера.
Материал идеально подходит для внутренней отделки банных комплексов, саун и санузлов. А вот для наружного применения лучше выбирать камни более плотных видов. Со временем они могут тускнеть, поэтому для сохранения их первозданного внешнего вида и продления срока эксплуатации, пласты реставрируют или повторно шлифуют.
Тем, кто не может определиться, что лучше, мрамор или гранит, стоит учесть тот факт, что гранитная порода крепче мраморной в несколько раз. Это объясняется наличием в ней большого количества кварца. Она может эксплуатироваться как на улице, так и внутри зданий. Из нее делают:
столешницы и барные стойки.
Кроме того, ею укладывают мостовые и дороги, а также облицовывают фасады домов. С помощью гранита можно как полностью преобразить помещение, так и просто оттенить особенности интерьера. Но прорабатывать в глыбе мелкие детали нельзя, поскольку они просто откалываются.
Разница в стоимости
Многие задаются вопросом: что дороже — гранит или мрамор? Конкретного ответа на него нет. Считается, что мраморная плита должна стоит дороже, из-за своей художественной ценности, однако на окончательную стоимость влияет множество факторов. Таких, как страна-производитель, декоративная ценность или востребованность сорта.
Например, самые редкие виды гранитной породы могут значительно превышать стоимость мраморной. При этом, гранит намного прочнее и устойчивее к агрессивной среде, а следовательно, и долговечнее, что также влияет на ценообразование.
Какой камень лучше выбрать?
Даже узнав разницу между гранитом и мрамором, сложно дать конкретный ответ, какой из них лучше. В той или иной степени они оба заслуживают внимания. Выбирая между ними, нужно четко определиться с целью использования камня, опираясь на их технические характеристики.
Если это исключительно внешняя отделка — смело выбирайте гранит. Он не боится влаги, может переносить любые температуры и не выцветает на солнце. Если планируете обустройство помещения внутри или хотите сделать на каменной поверхности объемный узор, отдайте предпочтение мрамору. Он легко полируется и шлифуется, поэтому будет радовать вас своим уникальным видом не один год.
Читайте также: