MATERIAŁY KAMIENNE

Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska

Kamieniołom marmuru "Biała Marianna"

Fot. Elżbieta Tołkanowicz

MATERIAŁY KAMIENNE

1

. Minerały i skały

1.1. Minerały to 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 zbudowana jest

skorupa ziemska.

MATERIAŁY KAMIENNE

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 wyróżniamy minerały:



jednoskładnikowe jak np.: diament, grafit, siarka, złoto,

srebro i inne metale



wieloskładnikowe jak np.: siarczki, tlenki, chlorowce, sole

kwasów tlenowych, węglowce

MATERIAŁY KAMIENNE

1.2. Skały są to duże skupiska minerałów w skorupie

ziemskiej. Wyróżniamy skały:



mniej lub bardziej zwięzłe, np.: granit, porfir,

bazalt, piaskowiec, wapień



skały luźne (nazywane kruszywem naturalnym)

będące produktem naturalnego rozdrobnienia skał

zwartych, np.: otoczaki, żwir, piasek

MATERIAŁY KAMIENNE

Ze względu na liczbę minerałów wchodzących w

skład skały wyróżnia się skały:



proste

– monomineralne, np.: wapień składający

się z kalcytu



złożone – polimineralne, np.: granit złożony z

kwarcu, skalenia i miki

MATERIAŁY KAMIENNE

2. Podział skał z uwagi na sposób powstawania:



skały osadowe - powstały w wyniku osadzania się

szczątków zwietrzałych starszych skał lub przez

nagromadzenie się szczątków zwierzęcych, a

także przez wytrącanie się związków mineralnych z

wód w zamkniętych zbiornikach wodnych.

MATERIAŁY KAMIENNE



skały magmowe - powstały przez zakrzepnięcie

płynnego stopu krzemianowego - magmy.

Wyróżniamy:

•

skały głębinowe – zastygające w głębi skorupy ziemskiej,

mające strukturę wyraźnie krystaliczną

•

skały wylewne – zastygające na powierzchni ziemi,

mające strukturę drobno lub mikrokrystaliczną oraz

•

skały żyłowe – krystalizacja zakończona w szczelinach

innych skał

MATERIAŁY KAMIENNE



skały przeobrażone - są produktami

przeobrażenia (metamorfozy) skal magmowych i

osadowych, które zaszło w wyniku działania na nie

wysokiej temperatury i

ciśnienia

MATERIAŁY KAMIENNE

Pochodzenie

skały

Powstawanie

Rodzaj

Skały

magmowe

Skały głębinowe

 granit
 leukogranit (surowiec skaleniowy)
 granodioryt
 sjenit
 gabro
 dioryt

Skały wylewne

 porfir
 andezyt
 melafir
 diabaz, bazalt
 tuf wulkaniczny

Przykłady skał ze zwględu na pochodzenie

MATERIAŁY KAMIENNE

Skały

osadowe

Skały węglanowe

(wybrane)



wapienie



dolomit



wapień zbity („marmur”)



margiel

Skały krzemionkowe,

okruchowe,

ilaste

(wybrane)



piaskowiec



okruchowiec



zlepieniec



piasek



żwir



ił i glina



bentonit

Skały siarczanowe



gips



anhydryt



alabaster

MATERIAŁY KAMIENNE

Skały metamorficzne -

przeobrażone

(wybrane)



gnejs



serpentynit



kwarcyt



wapień krystaliczny (marmur
właściwy)



łupek fillitowy

MATERIAŁY KAMIENNE

Gr – Granit
S – Sjenit
Gb – Gabro
A – Andezyt
Bz – Bazalt
Db – Diabaz
Mf – Melafir
Pf – Porfir
T – Tuf
Ps – Piaskowiec
Ch – Chalcedonit
W – Wapienie
Dl – Dolomit
G – Gnejs
K – Kwarcyt
Mm – Marmur
Wt – Wapień trawetyn
Br – Baryt

MATERIAŁY KAMIENNE

3. Właściwości skał

3.1. Struktura i tekstura skał

Struktura skały - jest to zespół cech

charakteryzujący budowę wewnętrzną skały. W

skałach można wyróżnić następujące typy struktur:



krystaliczna



porfirowa



szklista



klastyczna

MATERIAŁY KAMIENNE

Tekstura skały - charakteryzuje cechy wewnętrznej

budowy skały, tzn. stopień wypełnienia przestrzeni

przez minerał (porowatość), sposób przestrzennego

rozmieszczenia składników skały.

Tekstura może być:



bezładna



masywna



równoległa



pęcherzykowata



fluidalna (lawy wulkaniczne)



włóknista



łupkowa itp.

MATERIAŁY KAMIENNE

Wady skały - skały mogą posiadać pewne wady

ograniczające możliwość ich stosowania.

Do nich zalicza się:



przerosty



żyły



kawerny (jamiste wgłębienia)



plamy



wrosty

i wtrącenia



sztych (włoskowate pęknięcia)

MATERIAŁY KAMIENNE

4. Wydobywanie i obróbka kamienia

Miejscem wydobywania kamieni są kamieniołomy.

Urabianie skał, zależnie od ich właściwości i

przeznaczenia, może odbywać się:



ręcznie



mechanicznie



za pomocą materiałów wybuchowych

MATERIAŁY KAMIENNE

Urabianie ręczne - stosowane przy skałach:



niezbyt twardych,



posiadających łatwą oddzielność



spękanych i ze szczelinami

MATERIAŁY KAMIENNE

Urabianie mechaniczne -

odbywa się za pomocą:



tzw. liny bez końca



wrębiarek udarowych



pił tarczowych

Ten sposób urabiania stosowany jest również przy

skałach niezbyt twardych, np. marmur, wapień lub

piaskowiec.

MATERIAŁY KAMIENNE

Materiały wybuchowe - stosuje się przy:



wydobywaniu kamienia przeznaczonego

na kruszywo



oraz przy odspajaniu bloków

kamiennych

MATERIAŁY KAMIENNE

Obróbka kamienia - jest procesem

technologicznym, który ma na celu nadanie bryle

kamienia określonego kształtu, wymiarów i faktury

powierzchni.

Obróbka kamienia może być:



ręczna



mechaniczna



automatyczna

MATERIAŁY KAMIENNE



Obróbka ręczna - wykonywana przez człowieka



Obróbka mechaniczna - wykonywana przez

maszynę



Obróbka automatyczna - wykonywana przez

maszynę, przy której zautomatyzowane są ruchy

zespołów obrabiarek

MATERIAŁY KAMIENNE

5. Faktury obrobionych powierzchni kamienia

Faktury obróbki udarowej



łupana



rwana



krzesana



płasko-ciosana



zębato-ciosana



gradzinowana



grotowana



groszkowana



prążkowana



dłutowana



nacinana

MATERIAŁY KAMIENNE

Faktury obróbki ściernej



piłowana



przecinana



szlifowana



piaskowana



półpolerowana



polerowana

Faktura płomieniowa

- posiada wygląd zbliżony

do wyglądu powierzchni naturalnego przełomu -
ślady działania płomienia i wysokiej temperatury.

MATERIAŁY KAMIENNE

6.

Wybrane cechy fizyczne i mechaniczne skał

6.1. Cechy fizyczne

Gęstość objętościowa skał:



skały bardzo lekkie –



o



1500 kg/m

3



skały średnio lekkie – 1500 kg/m

3

 

o



2200 kg/m

3



skały ciężkie – 2200 kg/m

3

 

o



2600 kg/m

3



skały bardzo ciężkie –



o



2600 kg/m

3

MATERIAŁY KAMIENNE

Przewodność cieplna:



skały tzw. zimne –

 

0,76 W/(m



K)



skały tzw. ciepłe –

 

0,76 W/(m



K)

Nasiąkliwość skał:



skały bardzo nasiąkliwe – n



20%



skały średnio nasiąkliwe – 5%



n



20%



skały mało nasiąkliwe – 0,5



n



5%



skały bardzo mało nasiąkliwe - n



0,5%

MATERIAŁY KAMIENNE

6.2. Cechy mechaniczne

Wytrzymałość na ściskanie:



skały bardzo słabej wytrzymałości – R

c



15 MPa



skały słabej wytrzymałości – 15 MPa



R

c



60 MPa



skały średniej wytrzymałości – 60 MPa



R

c



120 MPa



skały dużej wytrzymałości – 120 MPa



R

c



200 MPa



skały bardzo dużej wytrzymałości – R

c



200 MPa

MATERIAŁY KAMIENNE

Wytrzymałość materiałów kamiennych na rozciąganie

R

r

, na zginanie R

g

i na ścinanie R

t

można w

przybliżeniu ocenić (wg Bauschingera), stosując

współczynniki przeliczeniowe w stosunku do

wytrzymałości na ściskanie R

c

; tak więc



R

r

= 1/26 R

c

,



R

g

= 1/6 R

c

,



R

t

= 1/13 R

c