Surowce kamienne

Technologie Materiałów Budowlanych
Wykład 1
Surowce kamienne
Skały
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);
 osadów nieorganicznych z roztworów przesyconych, np.
siarczanów wapnia (gipsy)
 pozostałości organicznych roślinnych i zwierzęcych, np.
muszli, koralowców (wapienie, dolomity)
Skały metamorficzne (przeobrażone)
Powstały wskutek głębokich przeobrażeń skał
magmowych lub osadowych pod wpływem wysokiego
ciśnienia i wysokiej temperatury (np. marmury, gnejsy)
Terminologia materiałów kamiennych


Terminologia materiałów kamiennych jest objęta
normami
Obowiązuje norma PN-EN 12670 „Kamień naturalny.
Terminologia”
Klasyfikacja skał w zależności od
powstawania
Typ skał
Magmowe
głębinowe
Magmowe
wylewne
Osadowe
Grupa skał
krzemionkowe
węglanowe
siarczanowe
ilaste
okruchowe
Metamorficzne
-
Rodzaj skał
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)
Marmury, kwarcyt, serpentynit,
gnejsy, łupki
Budowa skał



Struktura
Tekstura
Skład mineralny
Struktura

Krystaliczna – w zależności od wielkości składników
krystalicznych rozróżnia się strukturę grubo-, średnio-,
drobnokrystaliczna lub skrytokrystaliczna; lub równoi różnokrystaliczna
granit
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)
Struktura

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
szklista
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
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
Skład mineralny









Kwarc
Skalenie
Miki
Pirokseny
Amfibole
Oliwin
Węglany
Siarczany
Związki żelaza
Kwarc (SiO2)





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
b
a
c
d
Cytryn: barwa żółta jest spowodowana obecnością małych
wyrostków wodorotlenku żelaza
Ametyst: swoją barwę zawdzięcza obecności żelaza i
17
promieniowaniu radioaktywnemu
Minerały grupy krzemionki
OPAL SiO2.nH2O ( n = 1 – 21 % H2O)
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 SiO2
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 SiO2
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
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
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
Pirokseny


Glinokrzemiany głównie wapnia i magnezu
Augit – (Al,Ca,Fe,Mg,Ti)2(Al,Si)2O6) ziarna czarne,
matowe, twardość 5,5
augit
Amfibole


Glinokrzemiany głównie wapnia i magnezu
Hornblenda – (NaCa2(Mg,Fe,Al)3(SiAl)8O22(OH)2 ) minerał
o postaci słupowej, ciemny, czarny, odbijający światło,
twardość 5,5
hornblenda
Oliwin


Krzemian magnezu i żelaza (Mg, Fe)2 SiO4
Zasadowy składnik niektórych skał wylewnych i
metamorficznych, twardość 6-7
forsteryt
perydot
Węglany



Kalcyt – (CaCO3) podstawowy składnik wapieni,
marmurów, margli, białawy lub zabarwiony, twardość 3
Magnezyt - (MgCO3)
Dolomit - (CaCO3·MgCO3)
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 82 – 86 % 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
Magnezyt MgCO3
Magnezyt powstaje w wyniku wietrzenia chemicznego oliwinów i np. serpentynu
2Mg3[Si2O5](OH)4 + 3CO2  Mg3[Si4O10](OH)2 + 3MgCO3 + H2O
serpentyn
talk
magnezyt
Rzadko występuje w kryształach (romboedry), najczęściej tworzy skupienia zbite – magnezyt
ziemisty. Posiada twardość 3,5 – 4,5. Mg2+ diadochowo może być podstawiony przez Fe2+
tworząc ciągły szereg roztworów stałych o własnych nazwach. W Polsce występuje (magnezyt
zbity) wśród serpentynitów w gnejsach Gór Sowich.
MAGNEZYT
MAGNEZYT
26
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
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
Siarczany


Anhydryt – (CaSO4), twardość 3-3,5
Gips - (CaSO4·H2O)
anhydryt
gips
Związki żelaza





Przeważnie tlenki i siarczki
Limonit – (2Fe2O3·3H2O) brunatny prawie czarny
Hematyt – (Fe2O3) barwi skały osadowe na czerwono
Magnetyt – (Fe3O4)
Piryt – (FeS2) złotożółty o metalicznym połysku
limonit
hematyt
magnetyt
piryt
Wykorzystanie kamienia naturalnego w
budownictwie



Budownictwo ogólne i monumentalne
Budownictwo obiektów inżynierskich
Budownictwo drogowe
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
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
Piaski
Piasek – 0 – 0,5 mm
Piasek – 0 – 1 mm
Piasek – 0 – 2 mm
Piaski suszone
Piasek suszony – 0 – 0,4 mm
Piasek suszony – 0,2 – 0,8 mm
Piasek suszony – 0,8 – 1,6 mm
Żwiry jednofrakcyjne płukane
Żwir – 2 – 8 mm
Żwir – 2 – 16 mm
Żwir – 2 – 32 mm
Żwir – 8 – 32 mm
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)
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 – 16 – 25 mm
Tłuczeń – 31 – 63 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