Dominujący wpływ na wszystkie inne cechy materiałów kamiennych ma budowa skały, tj. jej struktura i tekstura"5, 19). Rozróżnia się struktury: ziarnistą (grubo-, średnio-, drobno- i skrytoziarnistą), przy czym skały bywają równo- i różnoziarniste, krystaliczną, stanowiącą odpowiednik struktury ziarnistej w odniesieniu do skał jednomineralnych (np. marmurów) i mającą analogiczne do struktury ziarnistej dalsze podziały, zbitą, w której rozróżnienie kryształów jest możliwe tylko pod mikroskopem, gdyż ich wielkość nie przekracza 0,01 mm, — porfirową, gdy pojedyncze większe kryształy są rozrzucone w drobnoziarnistym cieście skalnym, — szklistą, gdy ciasto skalne jest pozbawione kryształów. Natomiast tekstura to przestrzenne rozmieszczenie (ułożenie) oraz stopień wypeł­nienia przez składniki skałotwórcze przestrzeni w masie skalnej. Stąd rozróżnia się teks­turę bezkierunkową, czyli bezładną, oraz teksturę kierunkową, np. warstwową, łupkową i kulistą, a z uwagi na stopień wypełnienia przestrzeni —- teksturę zwartą, porowatą i migdałowcową (gdy pory zostały wtórnie wypełnione obcymi substancjami). W celu określenia budowy skały przeprowadza się badania mineralogiczne makro- i mikro­skopowe. Sposób wykorzystania kamienia zależy od cech technicznych skały, tj. jej cech fizycz­nych, chemicznych i wytrzymałościowych. Cechy te determinują także, czy produkt koń­cowy może być otrzymany w drodze obróbki kamienia, jego przeróbki czy też procesów termicznych. Obróbka kamienia polega na doprowadzeniu bryły kamiennej do wymaganych wymiarów, kształtu i wyglądu zewnętrznego bez naruszenia naturalnej jego budowy. Przeróbka polega na zastosowaniu procesów uszlachetniających (kruszenie, płukanie, sortowanie itd.), umożliwiających uzyskanie kruszywa budowlanego. Procesy termiczne polegają np. na wypalaniu. Otrzymuje się w ten sposób spoiwo powietrzne (wapno lub gips), a przez podgrzewanie kamienia do temperatury wyższej niż temperatura jego topliwości uzyskuje się leiznę kamienną i wełnę bazaltową. O przydatności do różnych celów budowlanych decydują cechy techniczne skały, lecz w kamieniarstwie ważne są też cechy technologiczne skały, wyrażające jej podatność na różne czynności zmierzające do uzyskania gotowego wyrobu kamiennego, jak np. blocz-ność i oddzielność skały, jej urabialność, obrabialność i poierowność<13>. Ponadto — zależnie od konkretnego przeznaczenia — pewne cechy mogą mieć znaczenie podsta­wowe, inne zaś — tylko podrzędne lub nieistotne. Aby móc ustalić, które cechy są waż­niejsze, a które mniej ważne, należy rozpatrzyć zasadnicze sposoby zastosowania ka­mienia budowlanego. Może on być użyty jako tzw. kamień konstrukcyjny, stanowiący tworzywo wątku murowego — konstrukcję nośną budowli, albo występować jako nie­zależne od wątku murowego elementy konstrukcyjne (np. stopnie wspornikowe, balustra­dy itp.) bądź też jako kamień niekonstrukcyjny, dekoracyjny (np. jako okładzina ścienna wnętrza, posadzki itd.). Pojęcie „konstrukcyjnego" kamienia budowlanego jest określeniem czysto umow-nym(12), akcentującym tylko pewne wymagania stawiane materiałowi, lecz nie precyzu­jącym ani rodzaju kamienia, ani tym bardziej formy, w jakiej znajduje on zastosowanie. Na wątek murowy mogą być bowiem użyte kamienie w stanie surowym pochodzące z kamieniołomów, jak i z głazów narzutowych, a nawet z większych otoczaków — nie­obrobione i nieregularne, albo też kamienie w różnym stopniu obrobione. Ta grupa materiałów kamiennych nosi nazwę budulca kamiennego i obejmuje kamienie przezna­czone do wznoszenia konstrukcji murowych. Budulec kamienny może być produkowany „na skład" wg zunifikowanych, znormalizowanych asortymentów kamienia nieregularnego oraz jako elementy, które mają zawsze kształt bliżej określony, dostosowany do funkcji tych elementów. Wytrzymałość na ściskanie skały jest cechą najbardziej charakte­rystyczną dla budownictwa, gdy daje pogląd na właściwości mechaniczne skały i ma de­cydujący wpływ w przypadku przeznaczenia jej do wyrobu konstrukcyjnych elementów kamiennych. Jej wielkość zależy m.in. od budowy, składu mineralogicznego, kierunku uwarstwienia i stopnia zwietrzenia, a także zawilgocenia skały (np. w kierunku prosto­padłym do uwarstwienia wytrzymałość na ściskanie jest dużo większa niż w kierunku równoległym; po nasyceniu skały wodą wytrzymałość maleje). Na podstawie badania wg PN-63/B-04110 próbek kamiennych w stanie wilgotności normalnej (tj. powietrzno-suchym) rozróżnia się skały o wytrzymałości na ściskanie: bardzo słabej — przy wytrzymałości poniżej 15 MPa (150 kG/cm2), słabej — przy wytrzymałości od 15 do 60 MPa (150 do 600 kG/cm2), średniej — przy wytrzymałości od 60 do 120 MPa (600 do 1200 kG/cm2), dużej — przy wytrzymałości od 120 do 200 MPa (1200 do 2000 kG/cm2), bardzo dużej — przy wytrzymałości powyżej 200 MPa (> 2000 kG/cm2). Wytrzymałości na rozciąganie, ścinanie i zginanie mają wielokrotnie mniejsze wartości niż wytrzymałość skały na ściskanie, co limituje stosowa­nie kamienia do konstrukcji, gdzie mogą występować siły rozciągające, ścinające lub zginające. Wytrzymałość na rozciąganie można przyjąć jako równą 1 /26 wytrzymałości na ściskanie, wytrzymałość na ścinanie jako równą 1/13 wytrzymałości na ściskanie, zaś wytrzymałość na zginanie jako równą 1/6 wytrzymałości na ściskanie. Porowatość skały, tj. zawartość w niej pustych przestrzeni (zwanych po­rami) uwarunkowanych jej teksturą, oraz wynikająca z porowatości gęstość pozorna skały, tj. masa jednostki objętości skały łącznie z porami, mają dla określenia przydat­ności kamienia istotne znaczenie. Porowatość wpływa bowiem m.in. na przewodność cieplną (określoną współczynnikiem przewodzenia A), która ma podstawowe znaczenie przy stosowaniu budulca kamiennego do wznoszenia ścian zewnętrznych budynków mieszkalnych lub inwentarskich (przy porowatości ok. 30-procentowej przewod­ność cieplna kamienia jest zbliżona do przewodności cegły ceramicznej w stanie powietrznosuchym). Ze względu na wielkość współczynnika A rozróżnia się: a) skały ciepłe — o współczynniku przewodzenia ciepła nie większym niż 0,65, b) skały zimne — gdy ten współczynnik przekracza 0,65. Gęstość pozorna natomiast jest wiel­kością konieczną zarówno dla ustalenia masy konstrukcji, do której użyto kamienia, jak i we wszystkich fazach transportu materiałów kamiennych. Badanie porowatości i gęstości pozornej wykonuje się wg PN-66/B-04100. Nasiąkliwość skały uzależniona jest od porowatości. Jest to cecha określana maksymalną ilością wody, jaka może przeniknąć w głąb próbki wyciętej ze skały w wa­runkach badania tej próbki wg PN-67/B-04101. Cecha ta ma istotne znaczenie w przy­padku użycia budulca kamiennego na fundamenty, mury piwniczne itp. zastosowania, przy których istnieje możliwość ich narażenia na działanie wód gruntowych lub osado­wych, a także dla poziomych elementów kamiennych. W zależności od nasiąkliwości mierzonej w procentach wagowych rozróżnia się skały: a) bardzo nasiąkliwe — o na­siąkliwości ponad 20%, b) średnio nasiąkliwe — o nasiąkliwości od 5 do 20%, c) mało nasiąkliwe — o nasiąkliwości od 0,5 do 5%, d) bardzo mało nasiąkliwe — o nasiąkli­wości poniżej 0,5%. Przykładowo nasiąkliwość (w przybliżeniu) wynosi dla: granitu — do 0,3%, por­firu — ok. 2%, piaskowca — ok. 8%, dolomitu — do 5%, wapienia porowatego — 10—35%. Mrozoodporność jest cechą związaną z nasiąkliwością. Jest ona podsta­wowa we wszystkich przypadkach stosowania kamienia do elementów budowli narażo­nych na bezpośrednie działanie mrozu (np. mury zewnętrzne, okładzina elewacji) i ma wpływ na trwałość tych elementów. Mrozoodporność, czyli odporność na zamrażanie, określa się liczbą cyklów zamrażania nasyconej wodą próbki do temperatury — 20°C i odmrażania w temperaturze +18°C, jaką kamień wytrzymuje bez widocznych oznak rozpadu lub uszkodzeń i obniżeń właściwości wytrzymałościowych. W związku z tym rozróżnia się skały o mrozoodporności'14): a) złej — jeśli występują uszkodzenia po­wierzchni, krawędzi lub naroży próbki po mniej niż 10 cyklach dla skał o wytrzymałości na ściskanie bardzo słabej, a po mniej niż 15 cyklach dla skał o wytrzymałości słabej lub większej, b) dostatecznej — jw., lecz po pełnych 10 cyklach dla skał o wytrzymałości bardzo słabej, a po 15 cyklach dla skał o wytrzymałości słabej lub większej, c) dobrej — po 21 cyklach, d) całkowitej — po 25 cyklach i więcej. Badanie mrozoodporności wykonuje się wg PN-67/B-04102. Prócz tej metody może być stosowana metoda krystalizacji wg PN-65/B-04103, tj. nasycania kamienia roztworem siarczanu sodowego i suszenia przez 4 godziny w tempe­raturze 100-H05°C, czyli bez procesu zamrażania i odmrażania. Krystalizująca się w porach kamienia sól działa jednak bardziej rozsadzająco niż lód, dlatego przy meto­dzie krystalizacji wymaga się tylko co najmniej 5 cyklów nasycania i suszenia. Badania mrozoodporności nie przeprowadza się, jeśli nasiąkliwość kamienia jest mniejsza niż 0,5%. Twardość skały zależy od procentowej zawartości minerałów twardych i rów­nocześnie od wykazywanej wytrzymałości na ściskanie; ma ona duże znaczenie w pro­cesie obróbki kamienia. Przy badaniu twardości minerałów i skał jednomineralnych (np. marmurów krystalicznych zbudowanych z samego kalcytu) stosuje się dziesięcio-stopniową skalę Mohsa (tabl. 1-2). Minerały i skały pierwszych dwóch stopni twardości dają się rysować paznokciem, o twardości 3 i 4 — monetą miedzianą, o twardości 5 i 6 — scyzorykiem lub szpilką stalową. Minerały o twardości 7 i wyżej rysują szkło tym łatwiej, im są twardsze. Do badań dokładnych służy sklerometr, którego działanie polega na rysowaniu badanej powierzchni igłą przesuwającą się pod stałym obciążeniem, przy czym głębokość rysy jest miarą twar­dości. W skałach złożonych z różnych składników (np. w granicie lub sjenicie) nie można obliczyć twardości wyłącznie z różnych stopni twardości poszczególnych minerałów, ponieważ ponadto należy uwzględnić stopień spojenia składników skały i ewentualne naruszenie spójności pomiędzy ziarnami. W skałach osadowych, zawierających spoiwo, o twardości skały decyduje nie tylko twardość głównego składnika (np. kwarcu w pias­kowcu), lecz również twardość spoiwa i stopień spojenia. Poza tym na twardość skały bardzo ujemnie wpływa zjawisko wietrzenia. Z tych względów wg PN-62/B-01080 przy­jęto za podstawę podziału skał według twardości dwa współzależne kryteria: procen­tową zawartość minerałów o twardości powyżej 5,5 oraz wytrzymałość skały na ścis­kanie (tabl. 1-3). Z tablicy wynika, że skała złożona stuprocentowo z twardych mine­rałów może być mimo to miękka, jeśli jej wytrzymałość na ściskanie jest mniejsza niż 15 MPa (150 kG/cm2) wskutek słabego spojenia. Natomiast skała zawierająca zaledwie nieco więcej niż 25% minerałów twardych może być uważana za twardą, jeśli jej wytrzy­małość wynosi powyżej 200 MPa (2000 kG/cm2). Ścieralność skały jest często w praktyce inżynierskiej stosowana jako miernik twardości. Twardość skały złożonej z mineralów o różnej twardości określa się przez zbadanie jej ścieralności i porównanie ze ścieralnością innych materiałów. Im miększa jest skała, tym łatwiej poddaje się ścieraniu, brak jednak prostej zależności między obu tymi cechami. Ścieralność skały (dla potrzeb budownictwa ustalana zazwyczaj za pomocą tarczy Boehmego) ma podstawowe znaczenie, gdy skała jest przeznaczona do wyrobu elementów kamiennych narażonych na ścieranie (np. płyt posadzkowych, płyt chodnikowych, stopni schodowych lub okładzin stopni), ale jest nieistotna w odniesieniu do innych zastosowań (np. do płyt okładziny ściennej). W zależności od wielkości warstwy startej na próbce skały badanej wg PN-59/B-04111 rozróżnia się skały o ścieralności: a) bardzo dużej — powyżej 1,0 cm, b) dużej — od 0,75 do 1,0 cm, c) średniej — od 0,5 do 0,75 cm, d) małej — od 0,25 do 0,5 cm, e) bardzo małej — poniżej 0,25 cm. Zwięzłość skały pozwala na ocenę, jak wyrób kamienny będzie się zachowywał pod działaniem uderzeń, na jakie może być wystawiony przede wszystkim w drogow­nictwie, a w rzadszych przypadkach także w budownictwie przy poziomych elementach kamiennych (stopnie, posadzki). Skały twarde i dające dobre wyniki przy badaniu wy­trzymałości na ściskanie (jak np. granit) mogą być pomimo to kruche, nie odporne na uderzenie. Najzwięźlejsze są skały, w których ziarna minerałów są ze sobą przeplecione. Do oznaczenia zwięzłości skały służy maszyna udarowa Page'a. W zależności od liczby uderzeń wykonanych do chwili pęknięcia próbki skały badanej wg PN-67/B-04115 roz­różnia się skały o zwięzłości: a) zlej — poniżej 6 uderzeń, b) średniej — od 5 do 12 ude­rzeń, c) dobrej — od 13 do 15 uderzeń, d) bardzo dobrej — powyżej 15 uderzeń. Polerowność — podatność na polerowanie (zdolność przyjmowania po-łeru) jest cechą najważniejszą w przypadku kamienia niekonstrukcyjnego, tzn. stosowa­nego w postaci elementów wystroju plastycznego. Najistotniejsze dla projektanta są te cechy skały, które decydują o możliwym do osiągnięcia końcowym efekcie estetyczno--dekoracyjnym, uzyskiwanym z jednej strony przez wykorzystanie naturalnych walorów plastycznych skały (np. barwy, użylenia), a z drugiej — przez odpowiednią obróbkę ręczną łub mechaniczną potęgującą efekt końcowy. Zasadniczo do polerowania nadają się tylko skały złożone ze składników o zbliżonej twardości i nie porowate, lecz o teks­turze zwartej(5)> (13). Od tej reguły są jednak wyjątki, np. bazalty i andezyty pozwalają uzyskać tylko niepełny połysk, a piaskowce wcale nie dają się polerować. Przez polerowanie zostają zatarte drobne pory skały, co zwiększa odporność na wietrzenie, a tym samym trwałość elementu kamiennego, gdyż woda łatwo spływa po powierzchni polerowanej, a kurz, sadze itp. zanieczyszczenia trudniej na niej osiadają. Szczególnie pięknie polerują się marmury krystaliczne, wapienie zbite, alabastry, ser­pentynity i większość skał magmowych. Specjalnie duży i trwały połysk może być osią­gnięty na drobnoziarnistym diorycie szwedzkim, zwanym w kamieniarstwie „czarnym granitem""3'. O ile trwałość połysku polerowanych powierzchni kamienia jest w pomieszczeniach zamkniętych praktycznie nieograniczona, to na otwartym powietrzu nie jest dla poszczę- gólnych rodzajów skały jednakowa. Na przykład tzw. marmury kieleckie i krakowskie zachowują bardzo długo doskonały połysk we wnętrzach, natomiast narażone na dzia­łanie czynników atmosferycznych ich polerowane powierzchnie tracą połysk, mato­wieją i pokrywają się popielatą patyną, choć sama substancja materiału kamiennego nie ulega zniszczeniu przez bardzo długie lata(5). Patynowanie się powierzchni jest zjawiskiem naturalnym dla skał osadowych, nieszkodliwym dla trwałości elementu kamiennego, a czasem nawet pożytecznym'10'. Przyczynia się ono bowiem do powierzchniowego utwardzenia kamienia, czego najlep­szym przykładem może być wapień pińczowski (należący do wapieni lekkich). W innych grupach skał patyna nie występuje, choć może występować „płowienie" pod działaniem promieni słonecznych. Zjawisko patynowania jest wywołane pewnymi reakcjami che­micznymi (głównie utlenianiem) i podlega mu bardzo cienka warstwa na powierzchni kamienia. Stosując do okładzin zewnętrznych elementy z piaskowców, wapieni lub do­lomitów, należy zawsze pamiętać, że początkowy kilkuletni okres, w którym okładzina jaśnieje żywą barwą świeżego kamienia, jest bardzo krótki w porównaniu z okresem dal­szego użytkowania obiektu, kiedy już powierzchnia okładziny pokryje się szarą patyną (co można zaobserwować np. na gmachu NBP w Warszawie). W tabl. 1-4 podano naturalne cechy ważniejszych skał, daje ona pogląd na przydatność kamienia do różnych zastosowań w budownictwie. Chcąc wyciągnąć prawidłowe wnioski zmierzające do ustalenia praktycznej przy­datności kamienia do określonych zastosowań w budownictwie, należy w każdym po­szczególnym przypadku zbadać te cechy, o które właśnie chodzi, jeśli się nie dysponuje miarodajnymi, najnowszymi danymi dotyczącymi konkretnego materiału kamiennego (np. atestami producenta).