Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 1. Surowce kamienne

Transkrypt

1 Technologie Materiałów Budowlanych Wykład 1 Surowce kamienne

2 Skały Skały magmowe Skały osadowe Skały metamorficzne

3 Skały magmowe Skały magmowe (wulkaniczne) występują jako głębinowe (np. granit, sjenit) utworzone poprzez powolne stygnięcie płynnej magmy (lawy wulkanicznej) wewnątrz skorupy ziemskiej, oraz jako wylewne (np. bazalt, porfir) powstałe w wyniku rozlania się magmy na powierzchni ziemi i szybkiego jej zastygnięcia

4 Skały osadowe Powstały w wyniku osadzania się na dnie naturalnych zbiorników wodnych lub na powierzchni ziemi produktów rożnego pochodzenia: materiałów okruchowych z mechanicznego rozdrobnienia skał poprzednio istniejących, np. piasków, żwirów, glin (piaskowce); osadów nieorganicznych z roztworów przesyconych, np. siarczanów wapnia (gipsy) pozostałości organicznych roślinnych i zwierzęcych, np. muszli, koralowców (wapienie, dolomity)

5 Skały metamorficzne (przeobrażone) Powstały wskutek głębokich przeobrażeń skał magmowych lub osadowych pod wpływem wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury (np. marmury, gnejsy)

6 Terminologia materiałów kamiennych Terminologia materiałów kamiennych jest objęta normami Obowiązuje norma PN-EN Kamień naturalny. Terminologia

7 Klasyfikacja skał w zależności od powstawania Typ skał Grupa skał Rodzaj skał Magmowe głębinowe Magmowe wylewne Osadowe krzemionkowe węglanowe siarczanowe ilaste okruchowe - Granit, sjenit, dioryt, gabro - Bazalt, diapaz, porfir, melafir, andezyt, trachit, tuf porfirowy piaskowiec, piaskowiec kwarcytowy, diatomit, ziemia okrzemkowa wapienie lekkie, wapienie zbite, dolomity, margle, trawertyny, zlepieńce gips, anhydryt, alabaster gliny, iły, bentonit piaski, żwiry, pospółki (kruszywa) Metamorficzne - Marmury, kwarcyt, serpentynit, gnejsy, łupki

8 Budowa skał Struktura Tekstura Skład mineralny

9 Struktura Krystaliczna w zależności od wielkości składników krystalicznych rozróżnia się strukturę grubo-, średnio-, drobnokrystaliczna lub skrytokrystaliczna; lub równoi różnokrystaliczna granit

10 Struktura Ziarnista składniki w postaci ziaren przylegają bezpośrednio do siebie; z uwagi na wielkość ziaren rozróżnia się grubo- (> 5mm); średnio- (1-5mm) i drobnoziarniata (< 1mm)

11 Struktura Porfirowa pojedyncze, większe kryształy (ziarna) rozmieszczone są w drobnoziarnistej masie ciasta skalnego andezyt

12 Struktura Szklista powstająca przy szybkim stygnięciu magmy, w postaci niewykrystalizowanej masy szkliwa Klastyczna charakterystyczna dla skał osadowych szklista

13 Tekstura Sposób przestrzennego rozmieszczenia i ułożenia minerałów w masie skalnej Zbita cała przestrzeń zajmowana przez skałę jest wypełniona masą skalną Porowata mikroporowata, komórkowa (tufy wapienne), jamista, gąbczasta (pumeks) lub pęcherzykowata

14 Skład mineralny Skały składają się z minerałów związków występujących przeważnie w postaci krystalicznej Właściwości minerałów wywierają decydujący wpływ na cechy techniczne materiałów kamiennych oraz wygląd W praktycznym wykorzystaniu skał bardzo ważna jest znajomość ich pochodzenia geologicznego, a także znajomość tworzących je minerałów

15 Skład mineralny Kwarc Skalenie Miki Pirokseny Amfibole Oliwin Węglany Siarczany Związki żelaza

16 Kwarc (SiO 2 ) Krystaliczna krzemionka, o wyglądzie szklistym, tłustym połysku Minerał przezroczysty do szarego Twardy (rysuje szkło) w skali Mohsa 7 Odporny na działanie kwasów Główny składnik: granitów, sjenitów, piaskowców i kwarcytów

17 b a c Cytryn: barwa żółta jest spowodowana obecnością małych wyrostków wodorotlenku żelaza Ametyst: swoją barwę zawdzięcza obecności żelaza i promieniowaniu radioaktywnemu 17 d

18 Minerały grupy krzemionki OPAL SiO 2. nh 2 O ( n = 1 21 % H 2 O) Mleczny (biały, chryzopraz (zielony), szlachetny (mieniący się grą barw), ognisty (przeważający kolor czerwony). Występuje w szkieletach organizmów: okrzemek, promienic, korali, gąbek. Twardość 5,5 6,5. W Polsce występuje w Bystrzycy Górnej k. Świdnika, w Jordanowie k. Dzierżoniowa, w bazaltach Lubienia k. Jawora. CHALCEDON SiO 2 Agat z różnobarwnymi wstęgami, karneol - czerwonobrunatny, heliotrop ciemnozielony z czerwonymi plamkami, chryzopraz zielony. Chryzoprazy występują w Szklarach k. Ząbkowic Śl., karneol w okolicy Wałbrzycha. β KWARC SiO 2 Allogeniczny powstały w wyniku mechanicznego obtoczenia ziaren kwarcu z wietrzejących skał magmowych, autogeniczny powstały w złożu najczęściej w wyniku przemiany opalu: OPAL CHALCEDON β KWARC OPAL CHRYZOPRAZ Szklary k. Ząbkowic Śl. 18

19 Skalenie (glinokrzemiany wapnia i alkaliów) Ortoklaz skaleń potasowy (K2O Al2O3 SiO2), twardość 6, składnik granitów i sjenitów Plagioklazy złożone z dwóch składników: anortytu (CaO, Al2O3 2SiO2) i albitu (NaO2 Al2O3 6SiO2) Plagioklazy kwaśne z większa zawartością anortytu Plagioklazy zasadowe z większa zawartością albitu ortoklaz anortyt albit

20 Miki Uwodnione glinokrzemiany potasu z domieszką krzemianów magnezu i żelaza Muskowit KAl2(OH, F)2AlSi3O10) minerał bezbarwny lub żółtawy, twardość 2, w przeszłości przezroczyste płyty muskowitu wkładano w otwory okienne w domach i na statkach Biotyt K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH,F)2 minerał czarny, twardość 2,5-3 muskowit biotyt

21 Pirokseny Glinokrzemiany głównie wapnia i magnezu Augit (Al,Ca,Fe,Mg,Ti) 2 (Al,Si) 2 O 6 ) ziarna czarne, matowe, twardość 5,5 augit

22 Amfibole Glinokrzemiany głównie wapnia i magnezu Hornblenda (NaCa 2 (Mg,Fe,Al) 3 (SiAl) 8 O 22 (OH) 2 ) minerał o postaci słupowej, ciemny, czarny, odbijający światło, twardość 5,5 hornblenda

23 Oliwin Krzemian magnezu i żelaza (Mg, Fe) 2 SiO 4 Zasadowy składnik niektórych skał wylewnych i metamorficznych, twardość 6-7 forsteryt perydot

24 Kalcyt (CaCO 3 ) podstawowy składnik wapieni, marmurów, margli, białawy lub zabarwiony, twardość 3 Magnezyt - (MgCO 3 ) Dolomit - (CaCO 3 MgCO 3 ) Węglany

25 Minerały węglanów Kalcyt CaCO3 Układ krystalograficzny trygonalny, twardość 3, doskonała łupliwość trójkierunkowa. Przeźroczyste kryształy to spat islandzki. Aragonit CaCO3 Układ krystalograficzny rombowy, twardość 3,5 4. Perły to w % aragonit (+ rogowa substancja białkowa, (C32H48N2O11) konchiolina). Krystalizuje z ciepłych, gorących roztworów. W temperaturach < 50 o C przechodzi jednokierunkowo w kalcyt. ARAGONIT SPAT ISLANDZKI KALCYT ARAGONIT STALAKTYTY Jaskinia Raj 25

26 Magnezyt MgCO 3 Magnezyt powstaje w wyniku wietrzenia chemicznego oliwinów i np. serpentynu 2Mg 3 [Si 2 O 5 ](OH) 4 + 3CO 2 Mg 3 [Si 4 O 10 ](OH) 2 + 3MgCO 3 + H 2 O serpentyn talk magnezyt Rzadko występuje w kryształach (romboedry), najczęściej tworzy skupienia zbite magnezyt ziemisty. Posiada twardość 3,5 4,5. Mg 2+ diadochowo może być podstawiony przez Fe 2+ tworząc ciągły szereg roztworów stałych o własnych nazwach. W Polsce występuje (magnezyt zbity) wśród serpentynitów w gnejsach Gór Sowich. MAGNEZYT MAGNEZYT 26

27 Dolomit CaMg(CO3)2 = CaCO3.MgCO3 Powstaje m.in. w wyniku dolomityzacji wapieni działania na wapienie wód morskich lub hydrotermalnych, zasobnych w Mg2+, może stanowić również produkt sedymentacji chemicznej z silnie zasolonych wód morskich o dużym ph. Rzadko występuje w postaci dużych kryształów lub szczotek krystalicznych częściej tworzy skupienia zbite, ziemiste. Występuje w Rędzinach i Ołdrzychowicach na Dolnym Śląsku. DOLOMIT DOLOMIT27

28 Syderyt FeCO3 Minerał ten może powstawać z beztlenowych roztworów wodnych, w wyniku utleniania ulega przemianie w wodorotlenki żelaza. Twardość 3,5 4,5. W Polsce występuje w Rudkach k. Słupii Nowej, w okolicy Lęczycy i Starachowic. SYDERYT NA KWARCU SYDERYT 28

29 Anhydryt (CaSO 4 ), twardość 3-3,5 Gips - (CaSO 4 H 2 O) Siarczany anhydryt gips

30 Związki żelaza Przeważnie tlenki i siarczki Limonit (2Fe 2 O 3 3H 2 O) brunatny prawie czarny Hematyt (Fe 2 O 3 ) barwi skały osadowe na czerwono Magnetyt (Fe 3 O 4 ) Piryt (FeS 2 ) złotożółty o metalicznym połysku limonit hematyt magnetyt piryt

31 Wykorzystanie kamienia naturalnego w budownictwie Budownictwo ogólne i monumentalne Budownictwo obiektów inżynierskich Budownictwo drogowe

32 Budownictwo ogólne i monumentalne Fundamenty (piaskowce, krzemieńcowe, kwarcyty, granity, głazy narzutowe) Elewacje (granity, piaskowce, wapienie) Nawierzchnie i schody zewnętrzne (granity, sjenity)

33 Budownictwo obiektów inżynierskich Budownictwo wodne/ mostowe (do wykonania filarów, przyczółków mostowych, śluz, zapór wodnych, do budowy nabrzeży) Budownictwo lądowe (filary nośne budowli, tuneli, wiaduktów, skarp, murów oporowych, sklepień) Granity, sjenity, bazalty, andezyty

34 Budownictwo drogowe Krawężniki drogowe (granity, dolomity, kwarcyty) Kosta brukowa (granity, porfiry, melafiry, kwarcyty) Płyty chodnikowe (granity) Kruszywa drogowe (tłuczeń, gryzy, wszystkie kamienie z wyjątkiem słabych skał osadowych) Materiały kamienne o znacznej twardości, dużej wytrzymałości i zwięzłości, małej ścieralności

35 Piasek 0 0,5 mm Piasek 0 1 mm Piasek 0 2 mm Piaski

36 Piaski suszone Piasek suszony 0 0,4 mm Piasek suszony 0,2 0,8 mm Piasek suszony 0,8 1,6 mm

37 Żwiry jednofrakcyjne płukane Żwir 2 8 mm Żwir 2 16 mm Żwir 2 32 mm Żwir 8 32 mm

38 Mieszanki piaskowo- żwirowe Mieszanka 0 4 mm Mieszanka 0 8 mm (I i II gatunek) Mieszanka 0 16 mm (I i II gatunek) Mieszanka 0 32 mm (I i II gatunek)

39 Kruszywa łamane Mieszanka grysowa płukana 0 5 mm Mieszanka grysowa niepłukana 0 8 mm Mieszanka niepłukana 0 31,5 mm Mieszanka niepłukana 0 63 mm Grys niepłukany 8 16 mm Grys płukany 2-5 mm Grys płukany 5 8 mm Grys płukany 2 8 mm Grys płukana 8 11 mm Grys niepłukany mm Tłuczeń mm Piasek łamany 0 2mm

40 Piaski/ żwiry Skały osadowe, okruchowe Głównym składnikiem piasku jest kwarc Zastosowanie: Żwir - jako składnik betonów towarowych oraz jako materiał do podbudowy dróg, a także jako wsad do mas bitumicznych i czasem nawierzchni Piasek - do wyrobu szkła, a w budownictwie jako składnik betonu, zapraw murarskich, tynków