Fakulta stavební VŠB-TU

Fakulta stavební VŠB-TU Katedra stavebních hmot a hornického stavitelství Stavební hmoty 1. ročník oboru Stavební inženýrství

Kámen a kamenivo

KÁMEN • Definice přírodního kamene. • Stručná historie vyuţití kamene jako nejstaršího stavebního materiálu přírodního původu. • Základní typy hornin pouţívané jako přírodní kámen ve stavebnictví a jejich výskyt v České republice. • Těţba a zpracování kamene. • Hlavní druhy výrobků z kamene. • Koroze kamene.

DEFINICE PŘÍRODNÍHO KAMENE • Přírodním kamenem se rozumí horniny vhodných fyzikálních, mechanických, chemických a technologických vlastností, s přihlédnutím k vlastnostem estetickým, které byly cílevědomě člověkem vytěţeny z přirozeného prostředí a v původní či opracované formě pouţity jako konstrukční prvek různých druhů staveb. • Horniny, které mají být pouţity jako přírodní kámen ve stavebnictví musejí být blokově dobyvatelné a svými vlastnostmi vyhovovat buď pro hrubou kamenickou výrobu (obrubníky, krajníky, dlaţební kostky,haklíky apod.) nebo pro ušlechtilou výrobu (broušené a leštěné kamenické výrobky, kamenosochařské práce).

HISTORIE POUŢITÍ KAMENE • Přírodní kámen je bezesporu nejstarším materiálem, který člověk nebo jeho biologičtí předkové pouţívali. • První cílevědomé pouţití přírodního kamene pro stavební účely je archeologicky datováno do doby cca 1,75 mil. let (druh Homo habilis; v r. 1963 byly v Olduvajské rokli odkryty zbytky kamenného valu). • Jiţ v pravěku vznikala řada kamenných staveb, např. v Evropě tzv. nuraghy (Sardínie) nebo megalitické stavby (menhiry, kromlechy v Anglii). • Pravděpodobně nejznámějšími starověkými stavbami jsou egyptské pyramidy (např. Cheopsova – základna o hraně 230,4m s výškou 146,7m, pouţito asi dva a půl miliónu kvádrů s průměrnou kubaturou 1 – 2m3).

HISTORIE POUŢITÍ KAMENE

Komplex nuraghů Su Nuraxi na Sardínii

HISTORIE POUŢITÍ KAMENE

Kromlech Stonehenge v jiţní Anglii

HORNINY A JEJICH ROZDĚLENÍ • Hornina je heterogenní směs tvořená minerály, organickými sloţkami, vulkanickým sklem či kombinací těchto komponent. Většinou je tedy hornina tvořena dvěmi a více horninotvornými minerály. Výjimku tvoří pouze monominerální horniny, které jsou tvořené pouze jedním minerálem (například hornina mramor je tvořena pouze minerálem kalcitem – CaCO3). • Podle způsobu vzniku se horniny dělí na: Vyvřelé (magmatogenní) Usazené (sedimentární) Přeměněné (metamorfózou)

VYVŘELÉ HORNINY • Vyvřelé (magmatogenní) horniny vznikají utuhnutím magmatu (ţhavotekuté zemské taveniny) buď pod zemským povrchem (horniny hlubinné) nebo lávy na zemském povrchu (horniny výlevné). • Vyvřelé horniny se dále dělí na: Hlubinné – vznikají utuhnutím ve velkých hloubkách (např. ţuly, syenit, diorit, gabro) Ţilné – vyskytují se většinou společně s hlubinnými horninami, vytvářejí deskovitá tělesa, tzv. ţíly (např. pegmatity, porfyry) Výlevné – vznikají rychlým utuhnutím na zemském povrchu (např. andezity, čediče, skla)  Pyroklastika – např. tufy, sopečné popely

VYVŘELÉ HORNINY

Ţilná tělesa křemen – ţivcového pegmatitu

VYVŘELÉ HORNINY

Výlevné horniny a pyroklastika vznikající sopečnou erupcí

GRANIT- ŢULA

biotit

ţivec

křemen

GRANIT- ŢULA (Litice nad Orlicí)

BAZALT- ČEDIČ (Smrčí u Ţelezného Brodu)

BAZALT- ČEDIČ (Panská skála u Kamenického Šenova)

Sloupcovitá odlučnost bazaltu

BAZALT- ČEDIČ (Velký Roudný- Bílčice)

VLASTNOSTI KYSELÝCH HORNIN (ŢUL)

HORNINA

ŢULA LIPNICKÁ SLEZSKÁ ŢULA

PEVNOST V TLAKU PÓROVITOST OBJEMOVÁ [MPa] HMOTNOST NASÁKAVOST [kg.m-3] KOEF. [%] MRAZUVZD. 2650

250 0,77

0,5 0,42

2610

195 0,9

0,5 0,41

VLASTNOSTI BAZICKÝCH HORNIN

HORNINA

GABRO

BAZALT

OBJEMOVÁ PEVNOST V PÓROVITOST HMOTNOST TLAKU [ %] -3 [ kg.m ] [ MPa]

2800-3100

2900-3000

100-320

do 1

50-360

proměnlivá (zpravidla do 2)

USAZENÉ HORNINY • Usazené (sedimentární) horniny vznikají buď usazením rozrušených (zvětralých) úlomků starších hornin nebo usazením organických zbytků či anorganických schránek organismů nebo chemogenním vysráţením. • Usazené horniny se dále dělí na: Klastické (úlomkovité) – vznikají usazením úlomků (např. štěrky, písky, jíly) Cementační (tmelové) – vznikají usazením schránek organismů nebo vysráţením z roztoků a lze je členit na  organogenní (např. organogenní vápence, křemelina)  chemogenní (např. kamenná sůl, sádrovec)

ÚLOMKOVITÉ SEDIMENTY NEZPEVNĚNÉ ŠTĚRK

ZPEVNĚNÉ SLEPENEC, BREKCIE

(psefity - valouny a bloky nad 2 mm)

PÍSEK

PÍSKOVEC, ARKÓZA, DROBA

(psamity - písková zrna 0,063-2 mm)

PRACH

PRACHOVEC

(aleurity - prachové částice 0,063 - 0,004 mm)

JÍL

JÍLOVEC

(pelity - jílové částice 0,005mm)

PÍSKOVEC

PÍSKOVEC (Podhorní Újezd u Hořic)

DROBA (Bohučovice u Hradce nad Moravicí)

VLASTNOSTI PÍSKOVCŮ

HORNINA

PÍSKOVEC těšínský PÍSKOVEC boţanovský PÍSKOVEC zámělský

PEVNOST V TLAKU PÓROVITOST OBJEMOVÁ HMOTNOST [ MPa] NASÁKAVOST [ kg.m-3] KOEF. [ %] MRAZUVZD. 2400-2600

110-140 0,75

1,7-7 2,5-3

2100-2200

62 0,76

6,0 5,3

2000-2100

45-55 0,8

20 3,5-7,5

CEMENTAČNÍ SEDIMENTY • Karbonáty vápence … tvořeny kalcitem – CaCO3, dolomity … tvořeny dolomitem – CaMg (CO3)2, travertin … tvořen aragonitem – CaCO3. ŘADA VÁPENEC – JÍL (25% aţ 75% vápence = SLÍN, SLÍNOVEC ) • Evapority kamenná sůl … tvořena halitem – NaCl, sádrovec … tvořen sádrovcem – CaSO4 . 2H2O , anhydrit … tvořen anhydritem – CaSO4

VÁPENEC

PŘEMĚNĚNÉ HORNINY • Přeměněné (metamorfované) horniny vznikají přeměnou (rekrystalizací, popř. změnou mineralogického sloţení) starších hornin v důsledku působení odlišných fyzikálních podmínek (např. změnou teploty a tlaku).

• Přeměněné horniny se dále dělí na: regionálně metamorfované – přeměna postihuje rozsáhlé oblasti o rozloze stovek – tisíců km2  tzv. parabřidlice (vznikají přeměnou sedimentů - např. fylity, ruly, mramory)  tzv. ortobřidlice (vznikají přeměnou vyvřelin - např. amfibolity, hadce, migmatity) kontaktně metamorfované – přeměna je vázána na relativně úzké zóny, např. na styku vyvřelin a jejich pláště (např. kontaktní rohovce)

KRYSTALICKÝ VÁPENEC (MRAMOR)

MRAMOR (KRYSTALICKÝ VÁPENEC) (Supíkovice u Jeseníku)

VLASTNOSTI KAMENE

VÝSKYT LOŢISEK KAMENE V ČR

TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE

Stěnový lom (lom Kotouč, Štramberk)


Jámový lom (lomy Velká Amerika, Berounsko)


Jednoetáţový stěnový lom na dekorační pískovec


Stěnovo – jámový lom na ţulu


Hlavním poţadavkem při těţbě přírodního kamene je blokovitost suroviny. Proto se pouţívá „šetrných“ způsobů těţby: - expanzní cementy (CEVAMIT) - klínování - řezání vodním paprskem - lanové pily - černý střelný prach


Podpovrchová těţba pokrývačské břidlice - důl Lhotka u Vítkova

ZPRACOVÁNÍ PŘÍRODNÍHO KAMENE

Řezání bloku kamene diamantovou kotoučovou pilou – Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice


Řezání bloku kamene lanovou pilou – Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice


Řezání bloku kamene na katru – Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice


Leštící automat na povrchovou úpravu kamenných desek – Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice

UŢITÍ KAMENE V ARCHITEKTUŘE

Románská rotunda sv. Máří Magdalény v Přední Kopanině, vystavěná z tzv. zlaté opuky v první polovině 12. století.

UŢITÍ KAMENE V ARCHITEKTUŘE Katedrála sv. Víta, Václava a Vojtěcha na Praţském Hradě, stavěna v letech 1344 - 1929

UŢITÍ KAMENE V ARCHITEKTUŘE

Národní muzeum v Praze – novorenesanční stavba arch. Josefa Schultze z let 1885 – 1890

UŢITÍ KAMENE V SOCHAŘSTVÍ

Pískovcová výzdoba Karlova mostu - Madona a sv. Bernard. Autor Matěj Václav Jäckel, 1708. Kopie z let 1978-1979.

ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ • • • • • • • • • •

LOMOVÝ KÁMEN – např. zához, pro kyklopské zdivo KVÁDRY KOPÁKY – neupravené, hrubé, čisté HAKLÍKY – neupravené, hrubé čisté OBRUBNÍKY KRAJNÍKY MEZNÍKY DLAŢEBNÍ KOSTKY – mozaika, malá a velká kostka OBKLADOVÉ A DLAŢEBNÍ DESKY KÁMEN PRO ZAHRADNÍ ARCHITEKTURU A KAMENOSOCHAŘSKÉ PRÁCE • KRYTINA

ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ

Kyklopské zdivo


Hrubý kopák


Ţulový haklík


Haklík nepravidelných rozměrů – tzv. divočina


Haklík – řádkové zdivo


Rovný obrubník


Silniční krajník


Hraniční kámen - mezník

ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ 1. Velká kostka 15 – 17 cm

2. Malá kostka 8 – 10 cm

3. Mozaika 4 – 6 cm

Ţulové dlaţební kostky


Románská dlaţba z několika pravidelných opakujících se formátů


Anglická dlaţba skládající se ze zlomků pískovcových desek různého tvaru a velikosti.


Řemínkový obklad z pískovce


Štípání břidlicové krytiny a její moţné tvary

KOROZE PŘÍRODNÍHO KAMENE

Extrémní zasolení pískovce a degradace vlivem vzlínající vody a mrazu

KOROZE PŘÍRODNÍHO KAMENE

Totální destrukce pískovcové dlaţby vlivem solení a mrazu

KAMENIVO • Definice a základní rozdělení kameniva. • Loţiska přírodního kameniva v České republice. • Těţba a úprava přírodního kameniva. • Výroba umělého kameniva. • Vlastnosti kameniva, které omezují jeho pouţití ve stavebnictví.

DEFINICE KAMENIVA • Kamenivem se rozumí zrnitý (sypký) anorganický materiál přírodního nebo umělého původu, s velikostí zrna do 125mm, který je určen pro stavební účely. • Ve stavebnictví se kamenivo pouţívá především jako plnivo, které v kombinaci s vhodnými pojivy slouţí pro přípravu malt a betonů. V betonu tvoří kamenivo 75 aţ 80% celkového objemu a jeho hlavní funkcí je vytvoření pevné a tlakově odolné kostry. • V silničním a ţelezničním stavitelství se kamenivo rovněţ pouţívá k tvorbě uměle zhutněných těles – např. násypů, kolejových loţí, vozovkových vrstev. • Celosvětová produkce kameniva se odhaduje na 16 mld. tun ročně, coţ představuje 50% všech těţených surovin.

ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ KAMENIVA 1.

2.

podle původu:  přírodní - kamenivo, získané těţením nebo drcením přírodních hornin,  umělé - kamenivo, které vzniklo za přispění člověka nejčastěji tepelným procesem,  recyklované - kamenivo, které bylo dříve pouţito jako stavební materiál ve stavebních konstrukcích. podle způsobu vzniku zrna:  těţené – jedná se o usazené (sedimentární) horniny typu písků, štěrků a štěrkopísků,  drcené - vzniká „umělým“ drcením větších kusů horniny a následným tříděním,  těţené předrcené - získané drcením zrn těţeného kameniva o velikosti nad 2mm.

PŘÍRODNÍ DRCENÉ KAMENIVO (tzv. litická ţula, Litice nad Orlicí)

PŘÍRODNÍ DRCENÉ KAMENIVO (čedič, Bílčice u Bruntálu)

ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ KAMENIVA 3.

4.

podle objemové hmotnosti:  pórovité (lehké) - kamenivo s objemovou hmotností do 2000 kg.m-3 (popř. sypnou hmotností do 1200 kg.m-3) - perlit, Liapor,  hutné - kamenivo s objemovou hmotností v rozmezí 2000 – 3000 kg.m-3 – běţné horniny,  těţké - kamenivo s objemovou hmotností nad 3000 kg.m-3 – baryt, litina, ocel, korund. podle velikosti zrna:  drobné – kamenivo o velikosti zrna do 4mm včetně ,  hrubé - kamenivo s velikostí zrna 4 – 125mm,  filer (kamenná moučka) - kamenivo s velkým obsahem (minimálně 70%) jemných částic pod 0,063mm.

ZRNITOST KAMENIVA • Na základě velikosti zrna je kamenivo tříděno do frakcí. • Frakcí se rozumí označení kameniva podle velikosti ok dolního (d) a horního (D) síta. Velikostní rozmezí frakce se zapisuje ve formě d/D. • Pokud je poměr d/D menší nebo rovno dvě, hovoří se o tzv. úzké frakci (např. 0/2, 2/4, 4/8, 8/11, 8/16, 11/22, 16/22, 32/63). • Pokud je poměr d/D větší neţ dvě jde o frakci tzv. širokou (např. 0/4, 0/8, 4/16, 8/22, 0/63). • Kamenivo je do frakcí vţdy vytříděno pouze přibliţně. Zrna, která jsou menší neţ d označujeme jako podsítné, zrna větší neţ D jako nadsítné.

ZRNITOST KAMENIVA Srovnání křivek zrnitosti pískovců s křivkou zrnitosti odpadního písku

100 90

Podsítný podíl [%]

80 70

60 50 40

Hořice

30

Mšeno

20

Odpadní písek do 0,5mm

10 0 0,0

0,1

1,0

Frakce [mm]

10,0

VÝSKYT LOŢISEK KAMENIVA V ČR

LOŢISKA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA V ČR

Geografické rozmístění loţisek drceného kameniva

LOŢISKA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA V ČR

Geografické rozmístění loţisek těţeného kameniva

TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA

Vrtání záhlavních vrtů a nabíjení patních vrtů před clonovým odstřelem


Clonový odstřel – kamenolom Bohučovice, Kamenolomy ČR, a.s.


Nakládka rozvalu – pásové rypadlo a dempr


Schematický řez jednovzpěrným čelisťovým drtičem


Čelisťový drtič s odhliňovačem


Schematický řez kuţelovým drtičem


Schematický řez odrazovým drtičem


Těţba štěrkopísků plovoucím elevátorem


Třídící linka pro výrobu těţeného kameniva mokrým způsobem

VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA

Vylévání ţhavé strusky z kolib a rychlé chlazení – výroba GVS

VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA

Rotační pec pro výpal tzv. cyprisových jílů – výroba Liaporu

VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA Vlastnosti Liaporu objemová hmotnost = 550 – 1825 kg.m-3 sypná hmotnost = 275 – 950 kg.m-3 tepelná vodivost = 0,09 – 0,23 W.m-1K-1

označování např.8/16/275, 4/8/950

Výpal Liaporu

ŠKODLIVINY V KAMENIVU • jemné částice – částice pod 0,063mm; jejich obsah v kamenivu záleţí na druhu a způsobu úpravy kameniva (v drceném kamenivu můţe být jejich podíl aţ 20% hm.);pro kamenivo do betonu se zpravidla poţaduje jejich obsah do 3%, • tvarově nevhodná zrna – zrna s poměrem L/E >3; jejich vysoký podíl můţe způsobovat špatné hutnění kameniva a zhoršovat konzistenci čerstvého betonu (na konzistenci betonu můţe mohou mít vliv taky opracování a povrch zrn), • humusovité látky – přítomnost organických látek ovlivňuje tuhnutí a tvrdnutí betonu; zjišťují se orientační zkouškou s NaOH,

ŠKODLIVINY V KAMENIVU • bobtnající (objemově expandující) látky – např. dřevo, ale přítomnost minerálních fází zvětšujících svůj objem (!!! k objemové expanzi je náchylná např. vysokopecní struska), • zrna s nízkou mrazuvzdorností a trvanlivostí – vhodnost kameniva z hlediska těchto vlastností se stanovuje zkouškou mrazvzdornosti, resp. urychlenou zkouškou síranem sodným, • látky obsahující síru – přítomnost sulfidů (pyritu, markazitu) ovlivňuje trvalivost betonu, • přítomnost reaktivních (amorfních) forem SiO2 – např. opálu; nebezpečí alkalicko-křemičité reakce v betonu

DĚKUJI ZA POZORNOST

Fakulta stavební VŠB-TU

Recommend Documents