Surowce kamienne. Quiz Technologie Materiałów Budowlanych. Naturalne materiały kamienne. Naturalne materiały kamienne

Transkrypt

1 Technologie Materiałów Budowlanych Surowce kamienne Dr inż. Anna Zielińska-Jurek Katedra Technologii Chemicznej Pok. 026A, Naturalne materiały kamienne Kamień naturalny najstarszy materiał budowlany Właściwości: odporność na działanie wody i mrozu czynników atmosferycznych duża wytrzymałość na ściskanie twardość odporność na uderzenie odporność na ściskanie podatność na obróbkę Stosowanie materiałów kamiennych w budownictwie wymaga dobrej znajomości ich właściwości wynikających z pochodzenia geologicznego oraz składu mineralnego Quiz Jakie materiały są używane w naturalnej postaci w budownictwie? Naturalne materiały kamienne Naturalne materiały kamienne są skałami rodzimymi tworzącymi skorupę ziemską(litosferę) Kamień Drewno Skały zwarte silnie związane masy skalne Kruszywa naturalne luźne skupiska produktów naturalnego rozdrobnienia skał zwartych 1

2 Skały klasyfikuje się według: Wieku (czasu powstawania) Klasyfikacja skał Sposobu powstania (pochodzenia geologicznego) Budowy (struktury i tekstury) Właściwości fizycznych i chemicznych Stosowane w budownictwie skały najczęściej dzieli się ze względu na ich pochodzenie geologiczne na: Skały magmowe Skały osadowe Skały metamorficzne 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 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); Skały metamorficzne Powstały wskutek głębokich przeobrażeń skał magmowych lub osadowych pod wpływem wysokiego ciśnienia i wysokiej temperatury(np. marmury, gnejsy) osadów nieorganicznych z roztworów przesyconych, np. siarczanów wapnia(gipsy) pozostałości organicznych roślinnych i zwierzęcych, np. muszli, koralowców (wapienie, dolomity) 2

3 Klasyfikacja skał 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 Odpowiedź: Quiz Jakie cechy i właściwości chemiczne decydują o budowie skał? Skład mineralogiczny i chemiczny skał, ich struktura i tekstura stanowią podstawowe elementy opisu skał Struktura skał Zespół cech określających sposób ukształtowania, wielkość i formę oraz wzajemne powiązanie minerałów skałotwórczych STRUKTURA (Ze względu na wymiar ziaren) Struktura Krystaliczna w zależności od wielkości składników krystalicznych rozróżnia się strukturę grubo-, średnio-, drobnokrystaliczna lub skrytokrystaliczna; lub równoi różnokrystaliczna gruboziarnista średnioziarnista drobnoziarnista skrytoziarnista Ze względu na ukształtowanie minerałów: krystaliczna porfirowa szklista klasyczna granit 3

4 Struktura 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) Porfirowa pojedyncze, większe kryształy (ziarna) rozmieszczone są w drobnoziarnistej masie ciasta skalnego andezyt Struktura Szklista powstająca przy szybkim stygnięciu magmy, w postaci niewykrystalizowanej masy szkliwa Klastyczna charakterystyczna dla skał osadowych 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 szklista 4

5 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 Kwarc Skalenie Miki Pirokseny Amfibole Oliwin Węglany Siarczany Związki żelaza Skład mineralny Kwarc (SiO 2 ) Krystaliczna krzemionka, o wyglądzie szklistym, tłustym połysku Minerał przezroczysty do szarego b Twardy(rysujeszkło) wskalimohsa7 Odporny na działanie kwasów Główny składnik: granitów, sjenitów, piaskowców i kwarcytów a c Cytryn: barwa żółta jest spowodowana obecnością małych wyrostków wodorotlenku żelaza Ametyst: swoją barwę zawdzięcza obecności żelaza i promieniowaniu radioaktywnemu 20 d 5

6 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 Skalenie (glinokrzemiany wapnia i alkaliów) Ortoklaz skaleń potasowy (K 2 O Al 2 O 3 SiO 2 ), twardość 6, składnik granitów i sjenitów Plagioklazy złożone z dwóch składników: anortytu (CaO, Al 2 O 3 2SiO 2 )i albitu(nao 2 Al 2 O 3 6SiO 2 ) Plagioklazy kwaśne z większa zawartością anortytu Plagioklazy zasadowe z większa zawartością albitu OPAL CHRYZOPRAZ Szklary k. Ząbkowic Śl. ortoklaz anortyt albit Miki Uwodnione glinokrzemiany potasu z domieszką krzemianów magnezu i żelaza Muskowit KAl 2 (OH, F) 2 AlSi 3 O 10 ) minerał bezbarwny lub żółtawy, twardość 2, w przeszłości przezroczyste płyty muskowitu wkładano wotworyokiennewdomachinastatkach Pirokseny Glinokrzemiany głównie wapnia i magnezu Augit (Al,Ca,Fe,Mg,Ti) 2 (Al,Si) 2 O 6 ) ziarna czarne, matowe, twardość 5,5 Biotyt K(Mg,Fe) 3 (AlSi 3 O 10 )(OH,F) 2 minerałczarny,twardość2,5-3 muskowit biotyt augit 6

7 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 Oliwin Krzemianmagnezuiżelaza(Mg,Fe) 2 SiO 4 Zasadowy składnik niektórych skał wylewnych i metamorficznych, twardość 6-7 hornblenda hornblenda forsteryt perydot Węglany Kalcyt (CaCO 3 ) podstawowy składnik wapieni, marmurów, margli, białawy lub zabarwiony, twardość 3 Magnezyt-(MgCO 3 ) Dolomit-(CaCO 3 MgCO 3 ) Minerały węglanów Kalcyt CaCO 3 Układ krystalograficzny trygonalny, twardość 3, doskonała łupliwość trójkierunkowa. Przeźroczyste kryształy to spatislandzki. Aragonit CaCO 3 Układ krystalograficzny rombowy, twardość 3,5 4. Perły to w % aragonit (+ rogowa substancja białkowa, (C 32 H 48 N 2 O 11 ) konchiolina). Krystalizuje z ciepłych, gorących roztworów. W temperaturach < 50 o C przechodzi jednokierunkowo w kalcyt. SPAT ISLANDZKI ARAGONIT KALCYT ARAGONIT STALAKTYTY Jaskinia Raj 28 7

8 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+ diadochowomoże być podstawiony przez Fe 2+ tworząc ciągły szereg roztworów stałych o własnych nazwach. W Polsce występuje (magnezyt zbity) wśród serpentynitów w gnejsach Gór Sowich. Dolomit CaMg(CO 3 ) 2 = CaCO 3. MgCO 3 Powstaje m.in. w wyniku dolomityzacji wapieni działania na wapienie wód morskich lub hydrotermalnych, zasobnych w Mg 2+, 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. MAGNEZYT DOLOMIT MAGNEZYT 29 DOLOMIT 30 Syderyt FeCO 3 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 Siarczany Anhydryt (CaSO 4 ), twardość 3-3,5 Gips-(CaSO 4 H 2 O) SYDERYT 31 anhydryt gips 8

9 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 Wykorzystanie kamienia naturalnego w budownictwie Budownictwo ogólne i monumentalne Budownictwo obiektów inżynierskich Budownictwo drogowe limonit hematyt magnetyt piryt Budownictwo ogólne i monumentalne Fundamenty(piaskowce, krzemieńcowe, kwarcyty, granity, głazy narzutowe) Elewacje (granity, piaskowce, wapienie) Nawierzchnie i schody zewnętrzne (granity, sjenity) 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 9

10 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 Kruszywa budowlane Ziarnisty materiał budowlany wykorzystywany do zapraw, betonów, mieszanek mineralno-asfaltowych, warstw nośnych nawierzchni drogowych, warstw mrozoochronnych, filtracyjnych Ze względu na uziarnienie kruszywo skalne dzieli się na: Drobne owymiarze ziaren do4mm Grube owymiarze ziaren od4do63mm Bardzo grube o wymiarze ziaren mm Kruszywa naturalne piasek Piaski suszone Piasek (70-90% kwarcu), produkt wietrzenia skał Piasek 0 0,5 mm Piasek 0 1 mm Piasek 0 2 mm Piasek suszony 0 0,4 mm Piasek suszony 0,2 0,8 mm Piasek suszony 0,8 1,6 mm 10

11 Żwiry Mieszanki piaskowo- żwirowe Żwir 2 8 mm Żwir 2 16 mm Żwir 2 32 mm Żwir 8 32 mm 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) 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 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 11