Minerały i skały

Minerały

Minerały są to substancje naturalne o stałym składzie chemicznym i stałych właściwościach fizycznych. Pod względem chemicznym minerały są to pierwias­tki lub znacznie częściej związki chemiczne.

Większość minerałów występuje w postaci krystalicznej, często jednak kryształy są tak drobne, że widać je tylko pod mikroskopem. Minerały bezpo­staciowe, czyli amorficzne, np. krzemień i opal (krzemionka bezpostaciowa) lub bursztyn, występują w naturze dość rzadko. Minerały jednoskładnikowe są to pierwiastki występujące w stanie rodzimym, jak diament, grafit, siarka, złoto, srebro, niekiedy miedź i inne metale. Najczęściej jednak występują minerały złożone, będące związkami chemicznymi.

Pod względem chemicznym dzieli się minerały na 6 klas:

l) pierwiastki: platyna rodzima Pt, diament C, miedź Cu, grafit C, złoto rodzime Au, srebro Ag,

2) siarczki: piryt FeS₂, sfaleryt ZnS, galenit PbS,

3) tlenki: kwarc i krzemionka bezpostaciowa SiO₂, magnetyt Fe₃O₄ hematyt Fe₂O₃

4) chlorowce: sól kamienna (halit) NaCI, sylwin KCI, fluory' CaF₂,

5) solowce (sole kwasów tlenowych: węglany, siarczany, azotany, fos­forany, wolframiany i krzemiany): kalcyt CaCO₃, gips CaSO₄ • 2H₂O, kaolinit Al₂O₃ • 2SiO₂ •2H₂O, oliwin (MgFe)₂SiO₄,

6) węglowce: bursztyn, ozokeryt (wosk ziemny), asfalt.

Skały

Jeżeli minerały lub ich mieszaniny występują w wielkich ilościach, tak że tworzą złoża (pokłady), to nazywamy je skałami.

Skały złożone z jednego minerału, jak np. wapień (składający się z kalcytu, czyli węglanu wapniowego ), nazywamy skałami prostymi lub monomineralnymi. Skały, w skład których wchodzi parę minerałów, nazywa się złożonymi lub, polimineralnymi. Przykładem skały złożonej może być granit składający się z kwarcu, skaleni i miki. Skład chemiczny skał, zwłaszcza złożonych, ulega dużym wahaniom i nie może być określony ścisłym wzorem chemicznym.

Najważniejszymi minerałami składowymi skał są: kwarc SiO₂, skalenie w postaci ortoklazu K₂O Al₂O₃ 6SiO₂ i plagioklazu (złożonego z dwóch składników: albitu Na₂O₃  AI₂O₃  6SiO₂ i anortytu CaO AI₂O₃  2SiO₂), kalcyt CaCO₃ oraz amfibole i mika (łyszczyk), które mają zmienny skład chemiczny.

Klasyfikacja skał

Skały dzielimy według ich wieku (czasu powstania) oraz według sposobu powstawania i budowy, a ponadto dla celów użytkowych według właściwości technicznych.

Pod względem sposobu powstawania (pochodzenia geologicznego) skały dzieli się na trzy zasadnicze grupy:

1. magmowe,

2. osadowe,

3. metamorficzne (przeobrażone).

Skały magmowe powstają przez zastygnięcie ognis­to-ciekłej magmy. Dzielimy je na głębinowe, tj. zastygające w głębi skorupy ziemskiej, i wylewne, czyli zastygające na powierzchni ziemi. Zależnie od sposobu zastygania magmy powstają znacznie różniące się między sobą skały, choć ich skład chemiczny jest na ogół zbliżony.

Skały osadowe powstają z produktów wietrzenia skał starszych lub z nagromadzonych szczątków organizmów zwierzęcych i roślinnych. Występują najczęściej w postaci warstw ograniczonych przez dwie, zwykle równoległe powierzchnie. Skały te tworzą się najczęściej w zbiornikach wodnych.

Różnorodność warunków wietrzenia i osadzania zwietrzeliny umożliwiało powstawanie dużej ilości rodzajów skał. Dlatego w składzie mineralogicznym skał osadowych nie ma prawidłowości, jaką charakteryzują się skały wylewne.

W zależności od sposobu powstawania wśród skał osadowych wyróżniamy:

1. skały osadowe pochodzenia mechanicznego,

   1. Okruchowce,

   2. Zlepieńce,

   3. Piaski,

   4. Żwiry,

   5. Piaskowce,

2. skały osadowe pochodzenia organicznego,

3. skały osadowe pochodzenia chemicznego.

Skały metamorficzne (przeobrażone) powstały wskutek przeobrażenia starszych skał pod wpływem dużego ciśnienia i wysokiej tem­peratury lub przez działanie chemiczne. Do skał metamorficznych należą m.in. marmury, które powstały z wapieni, gnejsy powstałe z granitów, sjenitów lub diorytów, kwarcyty powstałe z piasków lub piaskowców, serpentynity zbudowa­ne głównie z serpentynu z domieszką tlenków żelaza, magnezytu i in.

Cechy mineralogiczno-petrograficzne skał

Skały tego samego rodzaju mogą mieć różny skład chemiczny, a przy jednakowym składzie chemicznym różny wygląd i właściwości techniczne (np. wapień, kreda i marmur). Dla określenia skał należy więc badać: skład mineralogiczny i chemiczny, budowę skały (strukturę i teksturę), barwę, połysk, twardość i pochodzenie geologiczne. Badania te przeprowadza się gołym okiem na odłamkach skał (badania makroskopowe) lub w razie potrzeby metodami laboratoryjnymi (analiza chemiczna, badania mikroskopowe). Wyniki tych badań pozwalają ustalić gatunek kamienia i jego przydatność do celów technicznych.

Cechy zależne od wielkości, stopnia wykształcenia i formy składników określają strukturę skały, a sposób ułożenia tych składników nazywamy teksturą. W technice obie te cechy nazywa się budową skały.

Struktury skał. Rozróżniamy następujące rodzaje struktur:

a. Krystaliczną - w której są wyraźnie widoczne wszystkie składniki skały w postaci kryształów. Dalszy podział obejmuje strukturę grubo-, średnio-, drobno- i mikrokrystaliczną.

b. Porfirową - gdy większe kryształy są zatopione w szklistej lub mikrokrystalicznej masie ciała skalnego.

c. Szklistą - gdy raptowne zastyganie magmy uniemożliwiło wykształ­cenie się kryształów.

d. Klastyczną, czyli ziarnistą, występującą w skałach osadowych, przy czym rozróżniamy strukturę gruboziarnistą (psefitową) przy średnicy ziaren ponad 5 mm, średnioziarnistą albo piaskową (psamitową) przy średnicy ziaren w granicach 0,5- 2 mm i drobnoziarnistą (pelitową), charakterystyczną dla iłów, mułków i lessów, o średnicy ziaren w granicach 0,05- 0,5 mm. Ponadto rozróżnia się strukturę zależnie od budowy ziaren tworzących skałę, a więc równo ­i różnoziarnistą, prawidłowo i nieprawidłowo ziarnistą, zależnie od kształtu ziaren, oolitową 1), w której występują ziarna kuliste, blaszkowatą, włóknistą, brekcjową występującą w skałach zbudowanych z ostrokrawędziatych okru­chów skalnych.

Tekstury skał. Rozróżniamy następujące tekstury skał: bezładną, gdy skała jest zbudowana z ziaren różnej wielkości i kształtu; warstwową, gdy skała dzieli się na cienkie warstwy różniące się od siebie barwą i wielkością ziaren; łupkowatą, gdy skała daje się łatwo łupać wzdłuż występujących warstw; falowatą, gdy powierzchnie warstw są wygięte na kształt fal, oraz oczkową, pałeczkową i zbitą (zwartą), porowatą, gąbczastą, pęcherzykową, jamistą, komórkową i migdałowcową.

Cechy fizyczne i mechaniczne skał

Cechy fizyczne. Cechy te są następujące: gęstość, gęstość objętoś­ciowa, szczelność, porowatość, nasiąkliwość objętościowa i wagowa, stopień nasycenia, przewodność cieplna, pojemność cieplna, odporność na zamrażanie, ognioodporność.

Oznaczenie gęstości, gęstości objętościowej, porowatości i szczelności wykonuje się wg metod podanych w rozdz. l.

Cechy mechaniczne. Cechy mechaniczne kamieni są następujące: wytrzymałość, twardość, ścieralność i odporność na uderzenia.

Kamień w konstrukcjach najczęściej podlega ściskaniu, a znacznie rzadziej zginaniu, rozciąganiu i ścinaniu, toteż najważniejsza jest próba na ściskanie.

Należy ją wykonać zgodnie z PN-84/B-04110. Rozrzut wyników może być bardzo duży nawet dla skał pochodzących z tego samego kamieniołomu.

W tabeli 1 podano podstawowe cechy techniczne najczęściej stosowa­nych skał. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi przeciętnie 1/26, na ścinanie 1/13, a na zginanie 1/6 wytrzymałości na ściskanie.

TAB.1

PODSTAWOWE CECHY TECHNICZNE NAJCZĘŚCIEJ STOSOWANYCH SKAŁ.

Skały	Rodzaje kamienia	Gęstość objętościowa (g/cm^3)	Wytrzymałość na ściskanie Rc (MPa)	Ścieralność na tarczy Bohmego (cm)	Nasiąkliwość wagowo (%)	Twardość skały według Mohsa (cm)
Magmowe	granit	2,30÷2,75	100÷220	0,06÷0,23	0,1÷0,7	6÷7
	bazalt	2,60÷3,2	160÷300	0,09÷0,19	0,1÷0,7	6÷8
	porfir
	melafir	2,4÷2,7	130÷200	0,07÷0,15	0,1÷0,7	7
	andezyt	2,4÷2,9	120÷200	0,22	0,1÷0,6	6÷7
Osadowe	piaskowce	1,8÷2,7	10÷150	0,09÷2,5	0,5÷15	4÷7
	wapienie	1,4÷2,8	8÷100	0,3÷2,0	0,3÷30	2÷3
	dolomit	2,1÷2,8	60÷160	0,3÷0,4	0,3÷0,8	2÷4
Metamorficzne	marmur	1,9÷2,8	80÷150	0,2÷0,4	0,1÷0,5	3
	kwarcyt	2,3÷2,75	200÷300	0,04÷0,12	0,1÷0,5	7

Zastosowanie kamienia w budownictwie

Zastosowanie kamienia w budownictwie wymaga dokładnego rozeznania jego cech technicznych i zachowania w czasie naturalnych walorów estetycznych. Przy wyborze gatunku kamienia należy uwzględnić jego gęstość objętościową, nasiąkliwość, odporność na działanie czynników atmosferycznych, wytrzyma­łość na ściskanie na uderzenie, ścieralność, skład chemiczny, przewodnictwo cieplne, bloczność złoża, obrabialność i nawet patynowanie się powierzchni. Znając nasiąkliwość kamienia można przewidzieć jej skutki i odpowiednio dobrać konstrukcję, kształt i fakturę fragmentu architektonicznego, stwarzając dogodne warunki do odparowania wilgoci z kamienia.

Przy zastosowaniu kamienia do zewnętrznych fragmentów budowli, jak również elementów drogowych (krawężniki, kostka i inne), szczególnie ważną cechą dla kamienia jest jego odporność na warunki atmosferyczne ( odporność na zamrażanie) .

Na posadzki, stopnie i schody należy stosować skały o małej ścieralności. W niektórych warunkach należy się liczyć z możliwością reagowania składników kamienia z agresywnymi składnikami środowiska. Jest to szczególnie ważne w okolicach uprzemysłowionych, gdyż np. na Górnym Śląsku piaskowce o lepiszczu wapiennym i wapienie ulegają szybkiemu zniszczeniu.

Ważna jest znajomość wielkości uzyskiwanych w złożu bloków, tzw. "bloczność złoża". Decyduje ona o wielkości projektowanych elementów.

W budownictwie drogowym najważniejszym i cechami kamienia, który ma zastosowanie głównie jako tłuczeń, grysy, kamień łamany na podbudowę, są: wytrzymałość na ściskanie, udarność, odporność na zamrażanie i ścieralność. W budownictwie inżynieryjnym (filary mostowe, mosty, wiadukty, budow­le wodne - zapory , jazy i inne) stosuje się kamień odporny na działanie wpływów atmosferycznych i wód agresywnych, dlatego oprócz wymagań podanych wyżej, wymaga się bloków kamienia o znacznych wymiarach (o objętości 0,3 do 1,0 m³, a często większych), o odpowiedniej zwięzłości i udarności, co jest szczególnie ważne dla elementów o ostrych narożach i rozwiniętych profilach.

Przy użyciu kamienia jako materiału konstrukcyjnego na ściany budyn­ków mieszkalnych ważną rolę odgrywa przewodnictwo cieplne kamienia.

Dla dużych budowli, budynków reprezentacyjnych i monumentalnych kamień stosowany jest na okładziny, detale architektoniczne i do wystroju wnętrz. W tym przypadku decyduje kształt elementów kamiennych, umiejętnie dobrana obróbka (faktura) powierzchni licowych i naturalna barwa kamienia. O wyborze kamienia na okładziny elementów wewnątrz pomieszczeń (ścian, podłóg, schodów, parapetów i in. ) decyduje przede wszystkim jego barwa oraz bloczność złoża.

Orientacyjne zastosowanie kamienia do poszczególnych celów w budow­nictwie i drogownictwie podaje załącznik do PN-84/B-01080.

2.5. Materiały i znormalizowane elementy kamienne do celów budowlanych

Określenie "kamień do celów budowlanych " odnosi się do konstrukcyj­nego i dekoracyjnego kamienia budowlanego i obejmuje kamienie naturalne, które mogą być stosowane do celów konstrukcyjnych lub dekoracyjnych, np. okładziny zewnętrzne lub wewnętrzne.

Do elementów nośnych konstrukcyjnych, np. muru, mogą być użyte kamienie nawet w stanie surowym, nie obrobione albo też w różnym stopniu obrobione.

Kamienne elementy budowlane, jak np. stopnie, półki, cokoły, balustrady i wiele innych mają już zawsze kształt dokładnie określony, dostosowany do funkcji tych elementów, i są na ogół znormalizowane.

Rozróżniamy kamień do konstrukcji murowych, półfabrykaty kamienne i znormalizowane elementy kamienne.

Kamień przeznaczony do konstrukcji murowych

Ogólne wymagania odnośnie do cech fizycznych, jakie ma spełniać kamień naturalny stosowany do murów, zawarte są w odpowiednich przepisach normowych.

Ponadto zastosowanie kamienia w konstrukcji jest uwarunkowane:

- wymaganiami konstrukcyjnymi obiektów (filary, mury nośne, mury oporowe, mury i przegrody niekonstrukcyjne),

- przeznaczeniem muru i jego położeniem,

- funkcją (rodzajem) budowli lub budynków (budowle inżynierskie, budynki mieszkalne) oraz zachowaniem ustaleń normy PN-84/B-01080

Kamienie polne do murów dzikich są to naturalnie otoczone odłamki skalne o kształcie dowolnym i z zaokrąglonymi krawędziami. Wymiary kamienia polnego powinny zawierać się w granicach od 10 do 40 cm.

Kamień łamany stosowany do murów dzikich i murów cyklopowych obejmuje nieregularne odłamki skalne o naturalnych powierzchniach przełomu skalnego i ostrych krawędziach. W zależności od kształtu i przeznaczenia kamień łamany dzieli się na:

- niedobierany, który obejmuje wszelkiego rodzaju odłamki skalne, bez względu na ich kształt, o wymiarach od 10 do 40 cm;

- dobierany stosowany do murów cyklopowych (rys. 2-l0a). Są to odłamki skalne o kształcie zbliżonym do ściętego graniastosłupa. Dwa wymiary kamienia powinny się zawierać w granicach od 15 do 35 cm, a trzeci wymiar - od 20 do 30 cm;

Kamień łamany warstwowo (płytowy) ma dwie powierzchnie (w kierunku ułożenia warstw w murze) w przybliżeniu płaskie i równoległe do siebie. Powierzchnia licowa może być surowa, a krawędzie licowe w przybliżeniu prostoliniowe. Wysokość (grubość) kamienia łamanego warstwowo wynosi od 10 do 15 cm, długość od 20 do 40 cm, a szerokość w głąb muru - nie mniej niż 15 cm (rys. 2-10c).

Kamień rzędowy (kamień łupany kostkowo, murak) stosowany do murów rzędowych jest to kostka kamienna o kształcie zbliżonym do prostopadłościanu, o licu prawie płaskim zbliżonym do prostokąta. Powierzchnie wsporcze powinny być możliwie płaskie i prostopadłe do lica (rys. 2-10d). Wysokość kamienia powyżej 15 cm, długość co najmniej 20 cm, a szerokość 20 do 40 cm.

Ciosy proste stanowią bryły kamienia doprowadzone za pomocą obróbki do kształtu przedstawionego na rys. 2-11.

Ciosy licowe proste stanowią element konstrukcyjny i równocześnie dekoracyjny podpór mostowych (filarów), przyczółków, cokołów monumental­nych budowli i innych.

Rozróżnia się dwa typy ciosów prostych (rys. 2-11 ):

G - licówkę główkową (główka)

W - licówkę wozówkową (wozówka).

Ciosy wymiarowe z kamienia naturalnego są kształtowane wg projektu i modelu. Są one stosowane, podobnie jak ciosy proste, jako elementy konstrukcyjne, stanowiąc zwieńczenie (nakrycie) obiektów, o kształcie zgodnym z projektem architektonicznym oraz dostosowanym do funkcji (np. osłony obiektu przed zawilgoceniem wodą opadową). Kształty i wymiary ciosów zależą od ich przeznaczenia (ciosy izbiczne, podporowe, wieńcowe).

Półfabrykaty kamienne

Do półfabrykatów kamiennych należą:

a. Ciosy (bloki) surowe przeznaczone do dalszej obróbki na gotowe elementy budowlane..

b. Surowe płyty przetarte. Płyty tego typu mają dwie powierzchnie przetarte (spód, wierzch), a cztery boczne surowe.

Płyty z jedną powierzchnią przetartą, tzw. "obladry", stanowią odpady, które są wykorzystywane przeważnie do nagrobków i drobnych obiektów. Powierzchnie piłowane muszą być do siebie równoległe i niezwichrowane.

Gotowe elementy znormalizowane

Gotowe znormalizowane elementy kamienne stosowane są na okładziny zewnętrzne oraz okładziny wnętrz. Narażone są one na niszczące działanie wpływów atmosferycznych i często mechanicznych (np. ścieranie i uderzenia posadzek).

2.6. Kruszywa mineralne. Kruszywa skalne

2.6.1. Ogólna charakterystyka. Podział, nazwy i określenia

Ze względu na pochodzenie kruszywa dzielimy na grupy obejmujące:

- kruszywa naturalne, zawierające podgrupy kruszywa naturalnego niekruszonego i naturalnego kruszonego,

- kruszywa łamane, na które składają się podgrupy kruszyw zwykłych i granulowanych.

Ziarna kruszyw naturalnych (piasków i żwirów) mają kształt zbliżony do kulistego o zaokrąglonych krawędziach, a kruszywa łamane mają kształt graniasty, czyli zbliżony do prostopadłościanu, i ostre krawędzie, co zwiększa ilość próżni w stosie okruchowym. Niepożądane są ziarna wydłużone i płaskie, zwłaszcza do betonów konstrukcyjnych lub narażonych na ścieranie lub uderzenia (np. nawierzchnie drogowe). Szorstka powierzchnia ziaren jest korzystna, gdyż zwiększa przyczepność do zaczynu cementowego.

Kruszywa łamane odznaczają się jednolitością i na ogół wysoką jakością materiału, dlatego też są stosowane do betonów wyższych marek.

Klasyfikację określonego asortymentu kruszywa (naturalne) przeprowa­dza się według wielkości ziaren (frakcji),pochodzenia petrograficznego, sposobu rozdrobnienia i gęstości objętościowej TABELA 2.

TAB.2

Podział i nazwy kruszyw

Asortyment

Rodzaj kruszywa

Wielkość ziaren wg sit kontrolnych mm

Grupa

Kruszywa mineralne

Kruszywa łamane

Podgrupa

od

do

Naturalne niekruszone

Naturalne kruszone

Zwykłe

Granulowane

Drobne

0

2,0

Piasek zwykły

Pospółka

Mieszanka kruszywa naturalnego

Piasek kruszony

Mieszanka z otoczaków

Miał

Niesortowane

Piasek łamany

Mieszanka kruszywa łamanego niesortowana

2,0

4,0

Żwir

Grys z otoczaków

Grys

Grube

4,0

8,0

Kliniec

8,0

16,0

16,0

31,5

31,5

63,0

Bardzo grube

63,0

250,0

Otoczaki

Kamień łamany

Tab.3

Asortyment				Granice przesiewu % masy
rodzaj		Frakcja lub grupy frakcji	Gatunek	Przechodzi przez sito kontrolne o boku oczka kwadratowego (mm)
				0,125	0,25	0,5	1,0	2,0	4,0	8,0	16,0	31,5/32	63,0	125,0
1		2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	12	14
Piasek i piasek łamany	Uszla-chtniony	0÷2,0 0÷2,0	1 2	0÷8 0÷10	0÷25 5÷25	10÷40 20÷60	30÷60 25÷80	85÷100 85÷100	100 100
	Zwykły	0÷2,0	-	-	-	-	-	85÷100	100
Żwir, grys i grys z otoczaków	Jednofra-kcyjny	2,0÷4,0 4,0÷8,0 8,0÷16,0 16,0÷31,5 31,5÷63,0	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -	- - - - -	0÷15 - - - -	85÷100 0÷15 - - -	100 85÷100 0÷15 - -	100 85÷100 0÷15 -	100 85÷100 0÷15	100 85÷100	100
	Wielofra-kcyjny	2,0÷8,0 2,0÷16,0 2,0÷31,5 4,0÷16 4,0÷31,5 8,0÷31,5	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	0÷15 0÷15 0÷15 - - -	25÷60 20÷50 15÷40 0÷15 0÷15 -	85÷100 50÷80 35÷65 17÷40 7÷25 0÷15	100 85÷100 55÷80 85÷100 25÷60 40÷70	100 85÷100 100 85÷100 85÷100	100 100 100
Mieszanka kruszywa naturalnego mieszanka kruszywa łamanego sortowana i z otoczaków	Drobna	0÷4,0 0÷4,0	1 2	0÷10 0÷8	5÷20 0÷20	20÷60 10÷50	- -	70÷85 40÷80	100 85÷100	100
	Gruba	0÷8,0 0÷8,0 0÷16 0÷16 0÷31,5 0÷31,5 0÷63 0÷63	1 2 1 2 1 2 1 2	- - - - - - - -	0÷15 0÷25 0÷10 0÷20 0÷10 0÷20 0÷8 0÷15	- - - - - - - -	- - - - - - - -	36÷50 36÷71 20÷45 20÷65 14÷37 14÷53 8÷35 8÷45	61÷74 61÷85 - - - - - -	85÷100 85÷100 60÷76 60÷88 38÷62 38÷77 35÷58 35÷70	100 100 85÷100 85÷100 - - - -	100 100 85÷100 85÷100 50÷80 50÷90	100 100 85÷100 85÷100	100 100

Rozróżnia się kruszywa sortowane i niesortowane. Kruszywa naturalne są zwykle niesortowane, zwane potocznie pospółką, lub sortowane jedynie na kruszywo drobne i grube (piasek i żwir), natomiast kruszywa łamane są zwykle sortowane na poszczególne frakcje.

Pod względem gęstości objętościowej rozróżnia się kruszywa lekkie, zwykłe i ciężkie.

Kruszywa lekkie są to kruszywa porowate ze skał o gęstości objętościowej nie większej niż 1,80 g/cm3 i gęstości nasypowej w stanie zagęszczonym do 1,20 g/cm3.

Skład ziarnowy kruszyw mineralnych do betonu zwykłego podano w tabl. 3. W określeniu gatunek (1,2) należy rozumieć jakość kruszywa określoną jego uziarnieniem, w odróżnieniu do marki (symbol liczbowy) stanowiącej jakość kruszywa, gwarantującą otrzymanie betonu klasy co najmniej równej marce tego kruszywa. Ustalono cztery marki kruszywa: 10, 20, 30 i 50.

Asortyment określa kruszywo mineralne danej klasy petrograficznej, rodzaju, frakcji, gatunku i marki.

Jako klasy petrograficzne rozróżnia się: żwir, grys ze skał magmowych metamorficznych, grys ze skał osadowych, grys z otoczaków.

Piaski i żwiry

Piaski są produktem wietrzenia skał; stanowią one ziarna minerałów o wymiarach do 2mm. W polskich warunkach głównym składnikiem piasków jest kwarc, którego zawartość wynosi na ogół powyżej 70%, a w wielu odmianach przekracza 90% . Piaski te pochodzą głównie z granitu, w którym skalenie i mika pod wpływem wody i dwutlenku węgla ulegają rozkładowi, a najtrwalszy kwarc pozostaje w postaci ziaren krystalicznych.

W zależności od pochodzenia rozróżnia się:

1. Piaski rzeczne, mają one ziarna zaokrąglone, dość gładkie.

2. Piaski z jezior, mają one przeważnie ziarna zaokrąglone. Często zawierają domieszki pylaste, organiczne i szczątki muszli.

3. Piaski morskie; są one zwykle bardzo drobnoziarniste o ziarnach kulistych. ]

4. Piaski kopalniane, mają ziarna o ostrych krawędziach i szorstkiej powierzchni.

5. Piaski wydmowe, są one bardzo drobnoziarniste, zwłaszcza pobierane od strony zawietrznej wydmy, zawierają zwykle dużo pyłów.

6. Piaski górskie (ze stoków usypowych) są gruboziarniste o ostrych krawędziach, zawierają duże ilości żwiru i otoczaków.

7. Piasek do badania wytrzymałości cementu; jest to piasek kwarcowy wydobywany ze złóż piaskowych "Biała Góra" pod Tomaszowem Mazowiec­kim. Zawiera on ponad 98% czystego kwarcu SiO₂.

Pod względem zastosowania rozróżnia się piasek do zapraw budowlanych (PN- 79 /B-O6711 ) oraz piasek do betonu zwykłego (PN -86/B-O6712), jako jeden z asortymentów kruszywa mineralnego.

Żwiry.

Żwiry są to okruchy skalne o średnicy ziaren większej od 2 mm i zwykle zaokrąglonym kształcie. Rozróżnia się:

Żwiry kopalne należące do utworów polodowcowych. Żwiry te są zmieszane z piaskiem i z większymi kamieniami, tworząc tzw. pospółkę o zawartości żwiru 20-50% .

Żwiry kopalne po oddzieleniu piasku i grubych kamieni i po przemyciu wodą stanowią dobre kruszywo do betonów zwykłych i są głównym źródłem zaopatrzenia budownictwa.

Żwiry rzeczne stanowią znacznie lepszy materiał od kopalnych, gdyż nie zawierają na ogół zanieczyszczeń, a domieszka piasku jest nieznaczna.

Należy zwrócić uwagę, że oprócz limitowania zawartości pyłów mineral­nych, zanieczyszczeń obcych i zawartości związków siarki (jak w przypadku piasku) dla kruszyw grubych (żwiry , grysy) wymaga się także badań wytrzymało­ści na miażdżenie (związanych z marką kruszywa) oraz ograniczenia zawartości ziaren słabych i zwietrzałych (tylko dla żwirów).

Kruszywo łamane

Kruszywo łamane otrzymuje się przez mechaniczne rozdrobnienie natural­nych materiałów kamiennych, jak skały lub kamienie narzutowe, lub też większych brył kruszyw sztucznych, jak żużel lub klinkier .

Rozróżnia się kruszywo łamane jednokrotnie, zwane zwykłym, oraz łamane co najmniej dwukrotnie i dzielone na frakcje, czyli kruszywo granulowa­ne, zwane potocznie grysem.

Rozdrabnianie jednokrotne (wstępne) odbywa się za pomocą kruszarek szczękowych, dających jako produkt kruszyny, kliniec i tłuczeń, stosowane głównie do nawierzchni drogowych i kolejowych oraz do betonów niższych marek. Kruszywo to zawiera dość dużą ilość pyłów oraz ziaren słabych, iglastych i płaskich.

Kruszywo granulowane, czyli co najmniej dwukrotnie łamane i odsiewane, jest materiałem o wyższej jakości, gdyż ziarna jego mają kształt granisty, a ilość ziaren płaskich, iglastych i zwietrzałych jest nieznaczna dzięki zastosowaniu urządzeń zwanych granulatorami, oddzielających pyły i ziarna o nieregularnym kształcie.

Kruszywa specjalne do betonów osłonowych

Z kruszyw specjalnych największe znaczenie mają kruszywa do betonów osłonowych otrzymywane głównie ze skał bardzo ciężkich, o gęstości objętoś­ciowej powyżej 2,60 g/cm³.

Do wyrobu kruszyw do betonów osłonowych stosuje się głównie skały magmowe oraz osadowe i metamorficzne. Z uzyskanych stąd kruszyw łamanych najpowszechniej stosowane są kruszywa bazaltowe, granitowe i dolomitowe. Korzystne właściwości mają także betony osłonowe, wykonane z kruszyw otoczak owych lub sedymentacyjnych (piasków i żwirów) odpowiednio frak­cjonowanych.

Jako kruszywo specjalne do betonów osłonowych stosuje się jednak przede wszystkim rudy metali:

Limonit 2Fe₂O₃ 3H₂O

Getyt Fe₂O_3H₂O

Hematyt Fe₂0₃

Magnetyt FeO

Z innych skał zawierających żelazo stosowany jest niekiedy ilmenit (tlenek tytanu i żelaza FeO TiO₂) i ferofosfor zawierający fosforki żelaza.

Galena PgS

Baryt BaSO₄

Gips - gips surowy, czyli uwodniony siarczan wapniowy CaSO_42H₂O

Jako kruszywo do betonów osłonowych stosowany jest również serpen­tynit, boraks, kolemanit i inne. Wybór kruszywa zależy od jego cech technicznych, m.in. od stopnia czystości, gdyż większość domieszek ma wpływ szkodliwy, oraz od dostępności i ceny danego materiału.

Śrut i wióry stalowe, a nawet kawałki złomu, są również od dawna stosowane do betonów ciężkich, zwłaszcza gdy jest wymagana mała ścieralność i duża gęstość objętościowa. Ich skuteczność jako osłony jest dobra, wadą natomiast jest mała odporność na korozję, zwłaszcza w środowisku wilgotnym.

Wiadomości ogólne o korozji kamienia

Kamień jest najbardziej trwałym materiałem budowlanym, jednak i on ulega zniszczeniu wskutek wpływów zewnętrznych.

Najczęstszymi rodzajami korozji atakującej kamienie i inne materiały budowlane są: korozja fizyczna, chemiczna, fizykochemiczna i biologiczna.

Korozja fizyczna polega na niszczeniu materiału wskutek procesów fizycznych bez udziału reakcji chemicznych. Najbardziej typowym przykładem korozji fizycznej jest rozsadzające działanie zamarzającej wody. Im większą nasiąkliwość wykazuje kamień, tym mniejsza jest jego odpor­ność na zamrażanie. Drugim przykładem korozji fizycznej jest często występujące rozluźnienie struktury kamienia wskutek zmian temperatury. Współczynniki rozszerzalności termicznej kamieni są wprawdzie nieznaczne i wynoszą 1.10-5 do 1.10-6, ale pomiędzy poszczególnymi minerałami wchodzącymi w skład skały różnice w rozszerzalności mogą być dość znaczne.

Korozja chemiczna jest ściśle związana z zatruciem środowiska i zasięg jej stale się zwiększa. Korozja chemiczna zachodzi niemal wyłącznie przy udziale wody, dlatego też zabezpieczenie przed wilgocią jest podstawą ochrony.

Z ważniejszych czynników powodujących korozję chemiczną wymienić należy:

a. Dwutlenek węgla CO₂, który jako roztwór wodny rozpuszcza wapienie, marmury, dolomity i piaskowce o lepiszczu wapiennym.

b. Dwutlenek siarki SO₂. Przy spalaniu węgla, który niemal zawsze zawiera pewną ilość siarczków, zwłaszcza pirytu FeS₂ (w przeliczeniu zawartość siarki wynosi 1 do 2%), siarka przechodzi w dwutlenek siarki, a ten z wodą łączy się w kwas siarkawy H₂SO₃ który utlenia się częściowo do kwasu siarkowego H₂SO₄. Oba te kwasy powodują bardzo silną korozję niemal wszystkich materiałów budowlanych, a specjalnie kamieni zawierających węglan wapniowy (wapienie, marmury, dolomity itp

Korozja fizykochemiczna polega na tym, że wskutek reakcji chemicznej powstają substancje zwiększające swą objętość przy krystalizacji, co powoduje rozsadzanie porowatego kamienia. Na przykład gips (tworzący się wskutek działania dwutlenku siarki na wapienie), przechodząc w gips dwuwodny (CaSO₄ 2H2O), zwiększa swą objętość ok. 100%, co powoduje znacznie silniejsze działanie niż zamarzająca woda.

Korozja biologiczna wywołana przez organizmy żywe ogranicza się głównie do działania roślin i bakterii. Roślinność pojawiająca się na kamieniu oddziaływa ujemnie na jego wygląd i trwałość, co objawia się szczególnie na wapieniach. Nawet na gładkich kamieniach osiadają mchy i porosty, których korzenie wydzielają niszczące kamień kwasy i dwutlenek węgla.