Мел, известняк

Май 2010

Известняк, образованный на поверхности как результат осаждения карбоната кальция (арагонита или кальцита) из воды углекислых источников, называется травертин. Если же такие отложения очень пористые (губчатые), то они называются известковым туфом. Несцементированная помесь карбоната кальция и глины представляет собой мергель. Возможное направление практического применения известняка так же обуславливает названия его некоторых разновидностей. К примеру, известняк литографический – это крайне плотный, однородный и компактный камень, который применяется в литографии.
Известняки в своем широком понимании имеют очень много областей применения. Их используют как : кусковой известняк, щебень, бутовый камень, облицовочные плиты, дробленый песок, минеральную крошку и вату, штучный (пильный, стеновой) камень. Известняки широко применяют в строительной отрасли (получение бетонов, строительной извести, декоративно-облицовочные работы, кладка стен, заливка фундаментов и т.д.), в цементной промышленности, в железнодорожном и дорожном строительстве, для защиты гидротехнических сооружений и берегов (каменная наброска), в металлургии, сельском хозяйстве, пищевой, целлюлозно-бумажной, нефте- и коксохимической, кожевенной, стекольной, кабельной, резиновой, лакокрасочной промышленностях. Так же применяют в таких областях, как электросварка (мел для покрытия электродов), полировка предметов из перламутра и цветных металлов, теплоизоляция технологического оборудования и строительных конструкций.

В природе существует много различных видов известняка. Один из них – ракушечник. Он образован скоплением небольших частиц раковин, сцементированных вместе в ячеистый агрегат. При микроскопических размерах раковин получается слабосвязанная, тонко крошащаяся, мягкая и мажущая порода – мел. Если между собой сцементированы мелкие шарики размером с рыбьи икринки, то получается известняк оолитовый. Ядром каждого этого шарика-оолита может составлять обломок раковины, песчинка или частица любого другого инородного материала. Если эти шарики более крупных размеров (величиной с горошину), то их называют пизолитами, а породу, состоящую из них – пизолитовым известняком.

Известняк – это порода осадочного происхождения, сложенная в основном из карбоната кальция – кальцита. Благодаря тому, что известняк широко распространен, легок в обработке и имеет нужные химические свойства, он добывается и применяется больше, чем другие породы, уступая лишь гравийно-песчаным отложениям. Окраска известняка бывает самой различной: от черной до белого, но чаще встречаются породы серого или коричневатого цвета. Это мягкая порода, ее объемная плотность составляет 2,2 – 2,7.
При взаимодействии со слабой кислотой известняки бурно вскипают. Как большинство пород осадочного происхождения, строение известняка слоистое. Чистая порода состоит из одного кальцита, иногда с малым содержанием арагонита – другой формы карбоната кальция. Существуют и примеси. Доломит — двойной карбонат кальция и магния. Он может содержаться в переменных количествах, и возможны всевозможные переходные варианты от известняка к доломитовым известнякам и горной породе доломиту. Если в процессе отложения известняков вода привносит и глинистые частицы, то порода стает глинистой и четкие границы между известняком, глинистым известняком, а так же глинистым сланцем стираются. Обычной примесью так же является и кремень. Он зачастую присутствует в виде более или менее выраженных слоев или в форме желваков (кремневых конкреций). В процессе метаморфизма, по ходу того, как перекристаллизация кальцита захватывает породу целиком, результатом чего является мозаичная структура (агрегат из плотно прилегающих изометричных зерен примерно равного размера и четко ограниченных), известняк постепенно преобразовывается в мрамор.

Таким образом, рекомендации по применению белого камня в строительстве сводятся к следующему:
Использование гидроизоляции “снизу” для предотвращения капиллярного подсоса воды;
Предотвращение длительных протечек на камень с кровли;
Обработка гидрофобными составами камня (прежде всего доломитов) на фасадах для увеличения морозостойкости его поверхности.
Исключение соприкосновения с коррозирующими стальными элементами (применение стеклянной или пластиковой арматуры.
Использование белых цементов или известковых растворов (в основном из декоративных целей);
Исключение нагрева камня до температуры выше 450 град.С.
Но даже без этих рекомендаций белокаменные сооружения Древней Руси стоят до сих пор, пережив пожары, дожди, морозы, протекающие кровли, кислотные дожди в период использования в близлежащих котельных угля и мазута. А покрывший их вековой цветной налет пыли, мха и лишайника только оттеняет их благородную белизну и внушает чувство гордости и уважения за тех, кто когда-то построил это великолепие и кто его сохранил.

В течение ХХ века, когда белый камень практически не применялся для строительства зданий в нашей стране (кроме щебня, бута и для реставрации), строительные технологи шагнули далеко вперед. Благодаря этому возможности использования известняка сейчас только расширились. Прежде всего это связано с появлением эффективных гидроизоляционных и кровельных материалов, а также гидрофобных химических составов. Так применение простейших рулонных гидроизоляторов (рубероид и т.д.) позволяет избежать капиллярного подсоса воды из грунтов в белокаменные цоколи и стены, а современные кровли предотвратят намокание белого камня от протечек. Бесцветные гидрофобные составы позволяют максимально уменьшить проникновение атмосферной влаги внутрь порового пространства камня, и тем самым, также исключить его возможное морозобойное разрушение поверхности. Это особенно важно для доломитизированных известняков (желтого и охристого цветов), часто залегающих вместе с белым камнем и имеющим более низкую пористость и тонкослоистость.
Исследования состояния белокаменных деталей в более 100 сохранившихся сооружениях построенных за последние 850 лет, говорят о том, что причиной сквозных трещин в блоках белого камня являются либо неравномерные просадки грунтов и фундаментов, либо наличие стальных деталей проходящих сквозь камни и выполняющих роль затяжек или арматуры. Первая причина носит общестроительный характер и не связана с использованием белого камня. Вторая же напрямую связана с ним, т.к. находящаяся в порах камня влага приводит к коррозии стали. Продукты коррозии значительно превышают объем прокорродированного металла. Это приводит к большому локальному давлению на камень, и он трескается. Поэтому применение коррозирующей арматуры в белокаменных конструкциях нецелесообразно. И последнее замечание. Древние строители использовали для белокаменных сооружений известковые растворы. Они идеально подходят для этого, т.к. изготовлены из того же камня путем обжига отходов добычи и пилки каменных блоков. Такой раствор имеет идеальное химическое и физическое сродство со скрепляемым им камнем, но имеет один недостаток: известковый раствор долго набирает прочность. Поэтому к несущим конструкциям на известняковом растворе нельзя сразу прикладывать больших нагрузок. Это одна из основных причин обрушения стен и сводов при возведение зданий в древности. Применение цементного раствора решает эту проблему, но цементный раствор имеет темно серый цвет, который плохо или не всегда гармонирует с белым камнем. Поэтому лучше применять белый цемент (в ответственных сильно нагруженных или работающих на изгиб, сдвиг конструкциях). В остальных случаях лучше применять известково-цементные растворы, а для декоративных элементов применять навесные конструкции.
При использовании известняка внутри помещений, например для облицовки стен у печей и каминов, надо помнить, что его нельзя нагревать выше 450 град С, т.к. при этой температуре начинается деструкция минерала кальцита с образованием негашеной извести (CаО) и выделением углекислого газа (СО2). Следует отметить, что использование известняка особенно на известняковом растворе внутри помещений благоприятно влияет на химический состав воздуха в них. Это происходит из-за того, что кальций легко поглощает многие вредные для здоровья человека газы из воздуха.

И здесь белый камень, как старый добрый друг, опять приходит на помощь.
С открытием камнерезного производства ООО ”Старка” строители получили возможность использовать белый камень, развивая традиции русской архитектуры или обогащая архитектурный ландшафт постройками в стиле других стран, но выполненных из наиболее близкого к ним по духу материала – известняка.

Из известняковых блоков построены Египетские пирамиды. Известняк широко использовался при строительстве знаменитых замков Франции, Англии, Германии, и других стран Европы. Его можно найти практически во всех старых постройках Лондона и Парижа, например, Собор Парижской Богоматери,. Применение известняка крайне разнообразно. Это блоки фундаментов и стен, своды перекрытий, а также элементы декора фасадов — наличники, порталы дверей, карнизы, колоны и пилястры, желоба водосливов, ступени, плиты полов и т.д. Он также широко использовался для декоративных резных фасадных плит и скульптуры.
Наиболее выдающиеся архитектурные сооружения Средневековой Руси и дореволюционной России выполнены с использованием известняка. Первенцами Белокаменной архитектуры Древней Руси были, возведенные Юрием Долгоруким, храмы в селе Кидекше и городе Переславле-Залесском почти одновременно в 1152-1157 годах. Белокаменное строительство было продолжено сыном Юрия Долгорукого Андреем Боголюбским. Этот исключительно энергичный русский князь собрал, как пишется в летописи, “ото всех земель” мастеров каменных дел. Во Владимир приехали из отдаленных мест мастера-каменотесы и резчики. Андреем Боголюбским были построены главный собор Владимира – Успенский, дворец в его загородной резиденции Боголюбове и шедевр русской архитектуры церковь Покрова на Нерли.
Дмитриевский Собор во Владимире построенный в 1194-1197 годах из блоков белого известняка, поражает изысканностью своих форм и богатством белокаменного резного декора. И самым загадочным сооружением Древнерусской архитектуры являются последней из соборов построенных в домонгольскую эпоху – Георгиевский собор в городе Юрьев-Польской во Владимирской области. Возведенной в 1230-1234 годах внуком Юрия Долгорукого Всеволодом Андреевичем Храм был покрыт снизу до верху фантастической белокаменной резьбой. Настенные барельефы представляли собой удивительную смесь образцов языческой Руси, восточных ковровых мотивов и сюжетов из Библии. Простояв до 1471 года (237 лет), собор внезапно обрушился. Для его восстановления Иван III послал в Юрьев известного зодчего Василия Ермолина, который восстановил храм. Из-за сжатых сроков проведения работ (одновременно Ермолин много строил в Московском кремле). Храм был восстановлен в других формах и с изменением композиционного рисунка резных рельефов. Однако, и в таком виде храм поражает воображение и является архитектурным сокровищем Росси. В 2003 году Георгиевский собор Юрьева-Польского включен в список всемирного наследия ЮНЕСКО.
В дальнейшем белый камень широко применялся при строительстве жилых, культовых и общественных зданий Московской Руси. Это Белокаменный кремль Дмитрия Донского (1360 год, для кладки стен и башен было израсходовано 14370 м(3) камня, Грановитая Палата (1487-1491гг) в Кремле и Успенский Собор – главный собор Кремля (1479г). В те времена в Москве начал широко использоваться кирпич, однако, фундаменты сооружений и цокольные части стен выполняли из белого камня.
Очень широко белокаменные детали использовались для украшения зданий. Так например, известнейший Московский Храм – Церковь Вознесения в Коломенском, построенная в 1532 году из кирпича, украшена белокаменным узорочьем. Традиция использования белого камня продолжалась до начала ХХ века, когда практически во всех храмах, дворцах и дворянских усадьбах независимо от их стиля (барокко, русский классицизм, ампир, модерн) использовались белокаменные детали. Красно-кирпичные постройки, украшенные деталями из белого известняка, особенно выразительны, т.к. контраст красного кирпича и белого камня создает гармонию строгости и нарядности.
К сожалению ХХ век не оставил на территории Европейской Росси достойных сооружений из белого камня. Он ограниченно применялся в фундаментах, стенах и безликой отделке. Архитекторы были увлечены металлом, бетоном, стеклом.
В конце ХХ века в Росси началось индивидуальное массовое строительство. Его первые опыты хорошо узнаваемы, т.к. являют собой простейшие в архитектурном смысле сооружения из красного и (или) силикатного кирпича. Однако сейчас вкус к красивым постройкам возвращается. На фасадах новых зданий можно видеть различные облицовочные материалы – так называемый сайдинг, керамические и керамогранитные плитки, различную штукатурку, облицовки из искусственного камня и натуральных гранита, мрамора и другое.
Не обсуждая их эстетической ценности, можно утверждать, что очень часто эти материалы не являются оптимальными с экономической или физико-технической точки зрения. Так климат Европейской Росси не позволяет говорить о долговечности штукатурок и клеев для плиток. А достойных заменителей белого камня для элементов декора фасадов (наличников, капителей, карнизов, поясков и т.д.) практически нет.

Известняк – широко распространённая осадочная горная порода, возникшая миллионы лет назад на дне древних морей из морских осадков. Более 10% всех отложений земного покрова занимает известняки различных качеств и свойств.
Известняк состоит (почти полностью) из одного минерала – кальцита (CaCO3), который является продуктом жизнедеятельности биосферы. Кальцит, выпадая из морской воды тонким осадком смешанным с обломками раковин и другими животными останками, образует карбонатный ил. Под давлением за миллионы лет ил кристаллизовался, превращаясь в известняк. В результате горообразовательных процессов пласты известняка перемещались и видоизменялись. Чистый минерал кальцит бесцветный или белый. Примеси делают его цветным. Он может быть серым (мергелем), если содержит большое количество оксида магния или желтым (доломит), если содержит глины и кремний. Чем выше содержание чистого кальцита в известняке, тем однороднее его структура и лучше свойства как строительного материала.
Мячковские известняки сформировались 230-240 миллионов лет назад из морских осадков в каменноугольный период и практически полностью (до 99%) состоят из кальцита.
Белый камень имеет уникальную внутреннюю структуру. Кристаллы кальцита и обломки древних раковин соединены между собой таким образом, что объем внутренних пор, достигает 20-30% от объема камня. Поры представляют собой промежутки между обломками раковин, которые также состоят из минерала кальцита. Кристаллы, выпавшего из воды кальцита, поперечником 0,01-0,1 мм имеют очертания в виде лапок и сцепляются не только друг с другом, но и с обломками раковин по кривым швам, оставляя промежутки в виде субмикрокристаллических пор. Эти поры, в большинстве случаев, соединены друг с другом. Благодаря этому камень “дышит” и вода в нем может медленно фильтроваться под давлением. Этим объясняется его высокая морозостойкость. Это происходит потому, что намерзающий снаружи лед выдавливает свободную воду внутрь камня по порам. Объем пор всегда больше объема вытесняемой воды, т.к. величина водопоглощения мячковских известняков примерно в три раза меньше их общей пористости, и составляет 7-12%.
Высокая твердость (прочность) кристаллов кальцита обуславливает высокую прочность белого камня, а мелкозернистость, однородность и наличие пор делает его легко поддающимся обработке. Известняки других месторождений или имеют слоистую структуру, что приводит их к меньшей прочности, или имеют другое сцепление образующих камень твердых частиц и пористость, что делает их менее морозостойкими и не поддающимися обработке.

Белый камень – известняк – древнейший строительный материал, применявшийся в Северо-Восточной Руси. В отличие от Киевской Руси, где главным строительным материалом был кирпич, Владимиро-Суздальские и Московские князья использовали для возведения особенно важных построек – храмов и дворцов,- белый камень. И это, не смотря на ограниченные возможности добычи этого камня на всём огромном пространстве Северо-Восточной Руси. Это объясняется рядом причин:
Первое: Именно на территории Владимиро-Суздальской, а позднее Московской Руси находятся несколько выходов на поверхность известняка исключительно высокого качества. Это — так называемый мячковский горизонт белых известняков (по названию села Мячково на Москве-реке к юго-востоку от Москвы). На всей Европейской территории России извеcтняки такого качества обнажаются только в некоторых местах: в долинах рек Москвы, на Оке в Московской и Рязанской областях, на Верхней Волге в Тверской области, на реках Онеге и Северной Двине в Архангельской области, притоками Клязьмы во Владимирской области.
Второе: Белый камень, благодаря своей однородной и пористой структуре, обладает неоценимыми в строительстве свойствами. Он прочен, но легко обрабатывается (пилится, режется, шлифуется). Имеет высокую морозостойкость за счет открытости пор друг другу. Он химически стоек, так как покрывается пленкой выветривания, которая предотвращает дальнейшее химическое разрушение камня. Белый камень долговечен. Древнейший на Руси белокаменный Храм Бориса и Глеба в селе Кидекша под Суздалем построен в 1152 году и стоит уже более 850 лет.
Третье: Белокаменные сооружения исключительно красивы. При этом их красота глубоко национальная, т.к. применение однотонного белого камня подталкивает архитектора к совершенству форм и лаконичности деталей, что и является глубинным выражением Древней Русской архитектуры.

В настоящее время разработка известняка стала активно возрождаться. Всё больше зданий стало обретать изящную белокаменную отделку, возвращая России забытый эпитет «белокаменная». Восстановлением облицовки памятников старины занимаются бригады квалифицированных специалистов и резчиков по камню. Их новые работы не уступают творениям древних мастеров, а благодаря использованию новых современных инструментов, художественная резьба стала более изящной, утонченной.
Вновь открытые по всей России каменоломни позволяют поставлять специалистам по обработке камня известняки различных видов и оттенков – от ослепительного белоснежного до благородного желтоватого. Но специалисты по камнеобработке не ограничиваются камнем только российских месторождений: известняк успешно поставляется и из зарубежных стран, в том числе и из Италии.
Эта широко распространенная горная порода возникла на Земле много миллионов лет назад на дне древних морей из морских осадков и занимает более 10% отложений покрова нашей планеты. Известняк почти полностью состоит из кальцита и имеет уникальную внутреннюю структуру: объем внутренних пор достигает 2030% от объема камня, благодаря чему минерал «дышит». Этим объясняется высокая морозостойкость белого камня, а значит, и его долговечность. Пленка выветривания, которой со временем покрывается материал, предотвращает дальнейшее химическое разрушение камня. Твердость кристаллов кальцита придает известняку высокую прочность, а мелкозернистость и наличие пор делают его одним из самых удобных для обработки материалов. Последнее свойство во многом и определило роль белого камня в архитектуре многих стран мира, в том числе древней Руси.