Naturalne materiały kamienne

(amw)
Materiałoznawstwo
str. 1
Kamienne wyroby i materiały budowlane – klasyfikacja
i charakterystyka skał
Naturalne materiały kamienne 1
Kamień naturalny można zaliczyć do najstarszych materiałów budowlanych. Od najdawniejszych
czasów był on stosowany w budowlach kultowych, obronnych, a także stanowił tworzywo do
budowy dróg mostów oraz urządzeń hydrotechnicznych. Wraz z rozwojem metod wydobywania
kamienia i jego obróbki zakres wykorzystania tego materiału rozszerzał się o elementy
okładzinowe, ozdobne i różne detale architektoniczne. Stale powiększała się także wiedza o
kamieniu, jego właściwościach fizycznych i mechanicznych. Docenia się zarówno niepowtarzalne
walory estetyczne niektórych skał, jak i wyjątkową odporność na działanie czynników
zewnętrznych (m.in. atmosferycznych).
Aktualnie zauważa się coraz większe zainteresowanie wyrobami z kamienia naturalnego
szczególnie z przeznaczeniem na okładziny zewnętrzne i wewnętrzne, a także posadzki budowli
użyteczności publicznej. Duża odporność na czynniki zewnętrzne, łatwe utrzymanie oraz względy
estetyczne to główne powody stosowania materiałów kamiennych.
Kamień budowlany jest materiałem naturalnym, pozyskiwanym ze skał odspajanych w
kamieniołomach lub z głazów narzutowych i poddawanym obróbce kamieniarskiej lub kruszeniu.
Kamień budowlany występuje także w stanie naturalnego rozdrobnienia – w złożach piasku lub
żwiru. Obecnie zastosowanie kamienia jest również szerokie:
- jako materiał przenoszący obciążenie, m.in. na fundamenty, ściany nośne, podpory mostowe;
- do celów wykończeniowych (płyty, elementy profilowe), m.in. do licowania ścian lub do
wykonywania podłóg odpornych na ścieranie;
- do budowy dróg (podsypki, krawężniki, kostka brukowa);
- jako kruszywo do betonów i zapraw,
a także bardzo szeroko i powszechnie:
- jako
wyroby (elementy ciężkie) zdobnicze, elementy małej architektury, np. w
nagrobkarstwie.
Kamień naturalny, mimo że jest zaliczany do najbardziej trwałych materiałów budowlanych,
może w niektórych warunkach podlegać procesom przyśpieszonej erozji. Znajomość odporności
skały na działanie czynników zewnętrznych, a także wiedza o mechanizmach erozji, dają podstawy
do racjonalnego użycia tego tworzywa w budownictwie.
Minerały
Minerałami nazywamy substancje występujące w przyrodzie w postaci naturalnej. Są one
najczęściej związkami chemicznymi lub rzadziej pojedynczymi pierwiastkami. Minerał jest
najmniejszą jednostką z punktu widzenia geologii, z jakiej jest zbudowana skorupa ziemska.
Większość minerałów ma budowę krystaliczną, a wymiary kryształów są zróżnicowane. Znane
są minerały bezpostaciowe, zwane amorficznymi, jak krzemień, opal, bursztyn.
Ze względu na liczbę składników wchodzących w ich budowę, minerały można podzielić na:
- jednoskładnikowe, np. diament, grafit, siarka, złoto, srebro, inne metale,
- wieloskładnikowe, czyli związki chemiczne, jak siarczki (np. piryt FeS2, galenit), tlenki (np.
kwarc SiO2), chlorowce (np. NaCl), sole kwasów tlenowych (np. kalcyt CaCO3, gips
CaSO4·2H2O), węglowce (np. bursztyn, asfalt).
1
Wg „Budownictwo ogólne – materiały i wyroby budowlane – tom 1”, Arkady Warszawa 2005 r. (mw)
Naturalne materiały kamienne – opis, klasyfikacja, charakter...
Str. 2
Skały
Zewnętrzna warstwa skorupy ziemskiej jest zbudowana ze skał. Naturalne materiały kamienne są
skałami składającymi się z minerałów jednorodnych lub różnorodnych.
Duże skupiska minerałów w skorupie ziemskiej noszą nazwę skał. Najczęściej stosuje się
taką nazwę do skał występujących w stanie mniej lub bardziej związanym, czyli do tak zwanych
skał zwartych. Są to np. granity, porfiry, bazalty, piaskowce lub wapienie.
Drugą grupę stanowią skały luźne, czyli produkty naturalnego rozdrobnienia skał zwartych,
nazywane kruszywem naturalnym (otoczaki, żwir, piasek) lub gruntem (piasek, glina, ił).
Ze względu na liczbę minerałów wchodzących w skład skały można wyróżnić skały proste,
czyli monomineralne (np. wapień składający się z kalcytu), oraz skały złożone, czyli polimineralne
(np. granit złożony z kwarcu, skalenia i miki).
Klasyfikacja skał i ich podstawowe właściwości
Z punktu widzenia geologii skały klasyfikuje się wg ich wieku (czasu powstania), sposobu
powstania (pochodzenia geologicznego), budowy (czyli struktury i tekstury) oraz właściwości
fizycznych i mechanicznych.
Skały stosowane w budownictwie, ze względu na sposób powstawania dzieli się na trzy
podstawowe grupy (wg tabeli nr 1.)
Skały powstały w wyniku różnorodnych procesów geologicznych:
 skały magmowe (PN-EN 12670:2002) – powstałe przez zakrzepnięcie ciekłej magmy czyli
gorącego plastycznego stopu minerałów:
 skały magmowe głębinowe – z magmy zastygłej powoli w głębi skorupy ziemskiej,
 skały magmowe wylewne – z magmy zastygłej szybko na powierzchni Ziemi,
 skały osadowe – powstałe w wodzie albo na powierzchni Ziemi jako osad pochodzenia
mechanicznego (z cząstek (okruchów) innych wcześniej powstałych skał), organicznego (z
cząstek zwierzęcych i roślinnych) albo chemicznego, utworzone przez akumulację osadów w
środowisku wodnym lub lądowym,
 skały przeobrażone (metamorficzne) – powstałe z przeobrażenia (metamorfozy) skał
magmowych lub osadowych pod wpływem zmiany warunków fizykochemicznych (temperatury
i ciśnienia), tzn. z innych skał, które uległy wtórnemu przeobrażeniu w głębi skorupy ziemskiej,
pod wpływem bardzo wysokiego ciśnienia i temperatury.
Tabela 1. Klasyfikacja skał stosowanych w budownictwie (wg PN-84/B-01080)
Skały magmowe
głębinowe
granity
sjenity
dioryty
gabro
wylewne
porfiry
andezyty
diabazy
bazalty
melafiry
Skały osadowe
okruchowe
piaskowce
okruchowce
zlepieńce
piaski
żwiry
Data utworzenia 2006-03-30 19:31:00
organiczne
wapienie
dolomity
chemiczne
trawertyny
alabastry
Skały przeobrażone
(metamorficzne)
marmury
gnejsy
kwarcyty metamorficzne
Data ostatniego wydruku 2017-07-25 02:16:00
Materiałoznawstwo
(amw)
str. 3
Z uwagi na pochodzenie geologiczne, skały stosowane w budownictwie można podzielić
analogicznie na trzy zasadnicze typy (patrz tabl. 2.): magmowe, osadowe i metamorficzne
(przeobrażone).
Tabela 2. Podział skał stosowanych w budownictwie
ze względu na pochodzenie geologiczne wg PN-B-01102:1996
Magmowe
Głębinowe
Granit
Sjenit
Dioryt
Gabro
wylewne
porfir
andezyt
bazalt
diabaz
melafir
tuf wulkaniczny
Osadowe
krzemionkowe,
okruchowe,
ilaste
piaskowiec
okruchowiec
zlepieniec
piasek
żwir
ił i glina
bentonit
węglanowe
wapień
wapień zbity
(„marmur”)
dolomit
margiel
siarczanowe
gips
anhydryt
alabaster
Metamorficzne
gnejs
serpentynit
kwarcyt
wapień krystaliczny
(marmur właściwy)
łupek fillitowy
Skały magmowe
Skały magmowe powstają przez zastygnięcie ciekłej magmy. Można wyróżnić: skały głębinowe tj.
zastygające w głębi skorupy ziemskiej, skały wylewne czyli zastygające na powierzchni ziemi, oraz
skały żyłowe, których krystalizacja zakończyła się w szczelinach innych skał. W zależności od
sposobu zastygnięcia magmy powstają skały znacznie różniące się budową, choć ich skład
chemiczny jest na ogół bardzo zbliżony.
Skały głębinowe to skały o strukturze wyraźnie krystalicznej. Powolne obniżanie
temperatury stygnięcia sprzyja wykształceniu się kryształów, stąd są spotykane różne formy, od
grubo- do skrytokrystalicznej.
Skały wylewne stygną szybko, w związku z tym mają strukturę drobno- lub
mikrokrystaliczną. W wyniku bardzo szybkiego stygnięcia powstają skały o strukturze szklistej.
Głównym składnikiem skał magmowych jest dwutlenek krzemu SiO2 występujący w postaci
krystalicznej jako kwarc i w bezpostaciowej – jako krzemionka.
W zależności od zawartości krzemionki skały magmowe można podzielić na: kwaśne
(zawierające ponad 65% SiO2), pośrednie (52-65% SiO2), zasadowe (42-52% SiO2) i
ultrazasadowe (zawierające poniżej 40% SiO2). (...)
Skały osadowe
Geneza skał osadowych jest związana z mechanizmem osadzania się cząstek mineralnych lub
organicznych na lądzie lub wodzie, a także rozpuszczalnych w wodzie związków chemicznych w
zbiornikach wodnych.
W zależności od sposobu powstawania wśród skał osadowych można wyróżnić trzy
podstawowe grupy:
-
pochodzenia mechanicznego powstałe w wyniku wtórnego związania skał luźnych (np.
piaskowce, lessy),
-
pochodzenia organicznego roślinnego lub zwierzęcego (np. torf, węgiel, dolomity, kreda),
-
pochodzenia chemicznego (sól kamienna, gips, anhydryt i inne). (...)
Naturalne materiały kamienne – opis, klasyfikacja, charakter...
Str. 4
Skały metamorficzne (przeobrażone)
Skały metamorficzne są produktami przeobrażenia skał magmowych i osadowych w głębi skorupy
ziemskiej, wskutek działania wysokich temperatur i wysokiego ciśnienia. Rozróżnia się dwa
rodzaje przemian, w zależności od ich mechanizmu, a mianowicie metamorfozę kontaktową
wynikającą z kontaktu skały z roztopioną magmą (przetopienie, przekrystalizowanie) i
metamorfozę dyslokacyjną, której towarzyszą ciśnienia kierunkowe, spękania, przesunięcia
różnokierunkowe, a w konsekwencji powstanie tekstury warstwowej skały.
Z tego względu skały metamorficzne dzieli się na dwie grupy: o wyraźnej budowie
warstwowej i takie, w których nie występuje kierunkowość budowy.
Do grupy skał warstwowych zalicza się:
-
gnejsy, uformowane wskutek przeobrażenia granitów lub sjenitów,
-
łupki, powstałe z osadów ilastych,
-
fillyty, będące produktami dalszej krystalizacji łupków gliniastych.
Do grupy skał na ogół nieuwarstwionych należą:
-
amfibolity, powstałe wskutek przeobrażenia diorytów,
-
kwarcyty, utworzone z piasków i piaskowców o spoiwie krzemionkowym,
-
marmury, ukształtowane w wyniku przeobrażenia wapieni.
Struktura i tekstura skał
Skład mineralogiczny i chemiczny skał oraz ich budowa, czyli struktura i tekstura stanowią
podstawowe elementy opisu skały.
Strukturą skały nazywa się zespół cech określających sposób ukształtowania, wielkość i
formę oraz wzajemne powiązanie materiałów skałotwórczych.
Z punktu widzenia wymiaru ziaren wyróżnia się strukturę gruboziarnistą, średnioziarnistą,
drobnoziarnistą i skrytoziarnistą.
Natomiast ze względu na ukształtowanie minerałów wyróżnia się strukturę krystaliczną,
porfirową, szklistą i klastyczną (ziarnistą).
Tektura skały jest to przestrzenne rozmieszczenie składników skałotwórczych oraz stopień
wypełnienia przez nie przestrzeni w masie skalnej.
Ze względu na sposób ułożenia ziaren wyróżnia się teksturę bezkierunkową, warstwową,
kulistą i potokową.
Z uwagi na stopień wypełnienia przestrzeni wyróżnia się tekturę zwartą, porowatą i
migdałowcową.
Data utworzenia 2006-03-30 19:31:00
Data ostatniego wydruku 2017-07-25 02:16:00