Wybrane cechy fizyczne i mechaniczne skał

Cechy fizyczne

Cechy fizyczne skał obejmują: gęstość, gęstość objętościowa (1,4 ÷ 2,9 g/cm³), szczelność, porowatość, nasiąkliwość objętościowa (0,1 ÷ 30%) i wagowa, stopień nasycenia, przewodność cieplną, pojemność cieplną, odporność na zamrażanie i ognioodporność.

Znajomość podstawowych cech fizycznych umożliwia klasyfikację skał.

Skały ze względu na gęstość pozorną ( ρ_o ) można podzielić na:

• bardzo lekkie - do 1,5 kg/dm³,

• lekkie - powyżej 1,5 kg/dm³ do 1,8 kg/dm³,

• średnio ciężkie - powyżej 1,8 kg/dm³ do 2,2 kg/dm³,

• ciężkie - powyżej 2,2 kg/dm³ do 2,6 kg/dm³,

• bardzo ciężkie - powyżej 2,6 kg/dm³.

Ze względu na przewodność cieplną dzieli się skały na:

• zimne, gdy  > 0,76 W/(m·K),

• ciepłe, gdy 
  0,76 W/(m·K),

gdzie:  - współczynnik przewodności cieplnej

Z uwagi na nasiąkliwość n można wyróżnić skały:

• bardzo nasiąkliwe, n > 20%,

• średnio nasiąkliwe, 5% < n
  20%

• mało nasiąkliwe, 0,5%
  n
  5%,

• bardzo mało nasiąkliwe, n < 0,5%

Cechy mechaniczne

Do podstawowych cech mechanicznych skał można zaliczyć: wytrzymałość na ściskanie (100 ÷ 300 MPa), ścieralność na tarczy Boehmego ( 0,04 ÷ 2,5 cm), odporność na uderzenia, twardość w skali Mohsa.

Skala Mohsa - służy do oznaczania twardości minerałów. Przyjęto, że twardość równą:
1 ma: talk, 2 - gips, 3 - kalcyt, 4 - fluoryt, 5 - apatyt,

6 - ortoklaz, 7 - kwarc, 8 - topaz, 9 - korund, 10 - diament.

Na przykład - jeżeli badany minerał daje się łatwo rysować ortoklazem, a sam rysuje apatyt, to jego twardość wynosi: 5 w skali Mohsa.

W tablicy 1. zestawiono podstawowe cechy techniczne najczęściej stosowanych w budownictwie skał.

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 = 1/26Rc, R_t = 1/13R_c, R_g = 1/6R_c.

Tablica 1. podstawowe cechy techniczne najczęściej stosowanych skał

Skały	Rodzaj kamienia	Gęstość objętościowa g/cm³	Wytrzymałość na ściskanie Rc, MPa	Ścieralność na tarczy Boehmego cm	Nasiąkliwość wagowa n, %	Twardość wg skali Mohsa
Magmowe	granit bazalt porfir melafir andezyt	2,30-2,75 2,60-3,20 ~ 2,55 2,40-2,70 2,40-2,90	100-220 160-300 100-200 130-200 120-200	0,06-0,23 0,09-0,19 0,07-0,15 0,22	0,1-0,7 0,1-0,7 0,1-0,7 0,1-0,6	6-7 6-8 7 6-7
Osadowe	piaskowiec wapień dolomit	1,80-2,70 1,40-2,80 2,10-2,80	10-150 8-100 60-160	0,09-2,50 0,30-2,00 0,30-0,40	0,5-15 0,3-30 0,3-0,8	4-7 2-3 2-4
Metamorficzne	marmur kwarcyt	1,90-2,80 2,30-2,75	80-150 200-300	0,20-0,40 0,04-0,12	0,1-0,5 0,1-0,5	3 7

Biorąc pod uwagę wytrzymałość na ściskanie R_c badaną w stanie normalnej wilgotności (stan powietrznosuchy), skały można podzielić na:

• bardzo słabej wytrzymałości, R_c < 15 MPa,

• słabej wytrzymałości, 15 MPa
  R_c < 60 MPa,

• średniej wytrzymałości, 60 MPa
  R_c < 120 MPa,

• dużej wytrzymałości, 120 MPa
  R_c
  200 MPa,

• bardzo dużej wytrzymałości, R_c > 200 MPa.

Klasyfikacja skał ze względu na ścieralność opiera się na podstawie ścieralności wyznaczanej na tarczy Boehmego. Liczbowe kryteria podziału są przedstawione w tablicy 2.

Tablica 2. Klasyfikacja skał ze względu na ścieralność

Ocena ścieralności	Ścieralność na tarczy Boehmego, cm
Bardzo duża Duża Średnia Mała Bardzo mała	> 1,00 0,75 - 1,00 0,50 - 0,75 0,25 - 0,50 < 0,25

Ze względu na mrozoodporność rozróżnia się skały o złej, dostatecznej, dobrej i całkowitej mrozoodporności. W przypadku gdy uszkodzenia występują nie szybciej niż po 25 cyklach zamrażania, mówi się o całkowitej mrozoodporności, natomiast zła mrozoodporność ma miejsce wówczas, gdy materiał ulega uszkodzeniu już po 15 cyklach zamrażania.

Podatność na polerowanie jest cechą pożądana dla skał i wyrobów kamiennych stosowanych w budownictwie ogólnym. W budownictwie drogowym właściwość ta jest cechą negatywną w przypadku kruszyw stosowanych do warstw ścieralnych nawierzchni, co będzie przedstawione przy okazji omawiania kruszyw kamiennych.

W budownictwie ogólnym rozróżnia się skały dające się polerować (skały magmowe, głębinowe, osadowe organiczne, alabastry, marmury, gnejsy) i nie dające się polerować (porfiry, wapienie miękkie, piaskowce)

Str. 2 Podstawowe właściwości techniczne skał i klasyfikacja

(amw) Materiałoznawstwo str. 1

Data utworzenia 2006-03-31 04:03 Data ostatniego wydruku 0000-00-00 00:00

Str. 1 / 2

---