KAPITOLA 6: KÁMEN Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích Institute of Technology And Business In České Budějovice
Tento učební materiál vznikl v rámci projektu "Integrace a podpora studentů se specifickými vzdělávacími potřebami na Vysoké škole technické a ekonomické v Českých Budějovicích" s registračním číslem CZ.1.07./2.2.00/29.0019. Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
KAPITOLA 6: KÁMEN KLÍČOVÉ POJMY: vyvřelé horniny, sedimentární horniny, přeměněné horniny, výrobky z kamene, kamenivo
Cíle kapitoly: podat přehled o druzích kamene pro stavební účely, jejich základní vlastnosti a vhodnost použití seznámit s postupy opracování kamene, s výrobky z kamene a druhy kameniva
KAPITOLA 6 KÁMEN Horniny jsou jedním z nejstarších stavebních materiálů. Používaly se jako kusový zdící materiál. Prakticky vždy se vyskytoval nedaleko staveb. Jeho hlavními výhodami byla snadná dostupnost, velká trvanlivost, vysoká pevnost a nehořlavost. Nevýhodami jsou velká pracnost, hmotnost, někdy zbytečně vysoká pevnost a tvrdost. Druhým způsobem použití byly přepracované materiály, jako vápno, sádra, apod. Některé horniny našly uplatnění v další výrobě, jako železná ruda, uhlí, ropa a přírodní asfalt. Horniny dělíme na: vyvřelé, sedimentární přeměněné
6.1 VYVŘELÉ HORNINY Vznikají utuhnutím magmatu a to buď pomalu hluboko pod povrchem (vzniknou hlubinné vyvřeliny), nebo v puklinách zemské kůry (vzniknou žilné vyvřeliny), nebo rychle na zemském povrchu nebo ve vodě (vzniknou výlevné vyvřeliny). Rychlost tuhnutí magmatu a jeho diferenciace (rozdělení minerálů) mají zásadní vliv na vlastnosti vyvřelé horniny. Objemová hmotnost je 2600-2800 kg/m3, pevnost v tlaku 60-100 MPa, nízká nasákavost. Lze je leštit, lesk si uchovávají dlouhou dobu. Vyvřelé horniny jsou na našem území poměrně snadno dostupné a hojně využívané. (Mrákotín, Blatná, a další)
6.1 VYVŘELÉ HORNINY Žula – pro svou kvádrovitou odlučnost se hodí na kamenické práce, dlažební kostky, obrubníky, schodnice, masivní architektonické prvky, stavební kámen opracovaný pro sokly, podezdívky, nábřežní zdi apod. Žula je vhodná i pro obklady, venkovní i vnitřní dlažby. S úspěchem lze leštit. Je vhodná i na všechny druhy drcených kameniv. Podobné vlastnosti a použití mají ještě syenit, granodiorit, křemenný diorit a gabro. Známé žuly: mrákotínská, blatenská, povltavská, švédská, … Žilné (porfyry) jsou převážně zpracovávány na kvalitní drtě.
6.1 VYVŘELÉ HORNINY Pemza, perlit – pro svou menší objemovou hmotnost se užívají jako kamenivo do lehčených betonů a izolačních malt. Znělec je vhodný na stavební kámen, kamenické práce – překlady, schody, kostky, obkladové desky. Používá se i na výrobu i drceného kameniva. Čedič se užívá jako stavební kámen, na výrobky z kamene – dlažební kostky, apod., i jako surovina pro drcené kamenivo. Čedič se taví, odlévají se chemicky odolné výrobky (dlažba, trubky), tavenina vystříknutá přes jemné trysky vytváří tzv. čedičovou vatu, užívanou jako tepelná izolace (Orsil, Rockwool, apod.)
6.2 USAZENÉ HORNINY (SEDIMENTÁRNÍ) Vznikají usazováním převážně produktů zvětrávání hornin (vyvřelých, usazených i přeměněných). K usazování dochází většinou ve vodním prostředí. Po usazení vrstev materiálu hovoříme o nezpevněných sedimentech. Dalším působením (tlaku nadložních vrstev a chemických pochodů) dochází ke zpevňování vrstev sedimentů. Vysoký tlak může způsobovat zpevňování vrstev až po rekrystalizaci a vznik celistvé horniny (vápence). Tmely známe železité, vápnité, silikátové, jílovité, aj. (takto vznikají např. pískovce) Klastické sedimenty dělíme na nezpevněné a zpevněné.
6.2 USAZENÉ HORNINY - NEZPEVNĚNÉ Písky a štěrky jsou používány jako kamenivo do betonů, malt, do násypů komunikací apod. Mají oblý tvar zrn, na rozdíl od ostrohranných drcených kameniv. Podle původu rozeznáváme štěrkopísky: • kopané (mají větší obsah jemnozrnných částic – hlinité a jílnaté písky) jsou vhodné ho malt, pro použití do betonu se musejí promývat. • říční jsou převážně čisté (bez jemnozrnné příměsi) a vznikly na dně jezer, či v okolí říčních toků. Jsou vhodné do betonu a písky jako přídavek do malt (ke kopaným pískům).
Spraše jsou nezpevněné váté hlíny. Jsou surovinou pro cihlářský průmysl.
6.2 USAZENÉ HORNINY - NEZPEVNĚNÉ Křemelina je tvořena schránkami jednobuněčných živočichů. Má vysokou pórovitost, nízkou objemovou hmotnost a s tím spojený vyšší tepelný odpor. V minulosti se používala na výrobu tvárnic a izolačních desek. Hlíny písčité a hlinité písky jsou vhodným materiálem pro budování násypů zvláště silničních staveb. Jíly - jejich vlastnosti se odvíjejí od obsahu tzv. jílovitých minerálů. Tyto vodnaté křemičitany hlinité mají schopnost vázat velké množství vody a tím zvětšovat svůj objem. Rozlišujeme kaolinit, illit a montmorilonit. Kaolíny jako surovina pro výrobu porcelánu, bentonit (patří k montmorilonitům) se používá na výplachy při provádění vrtných prací a jako „tekuté bednění“
6.2 USAZENÉ HORNINY - ZPEVNĚNÉ Pískovce – jsou to většinou křemitá písčitá zrna spojená tmely. Svou dobrou opracovatelností se hodí na kamenické výrobky (schody, ostění oken, dveří a dalších architektonických prvků) i na stavební kámen a desky na obklady. Opuka je písčitovápnitý jílovec. Byla oblíbeným stavebním kamenem staré Prahy. Jílovec je zpevněný jíl. Žáruvzdorné jílovce jsou surovinou pro výrobu šamotu a kameninového zboží. Jiná ložiska jsou vhodná pro výrobu elektrických izolátorů, obkladaček, dlažeb a cihel vysoké pevnosti.
Jílovitá břidlice je tence vrstevnatá hornina, snadno se odlupuje. Používají se místně na střešní krytinu.
6.2 USAZENÉ HORNINY – CHEMICKÉ SEDIMENTY Vápenec vznikl na dně prvohorních moří z vápnitých schránek živočichů. Je to celistvá hornina obsahující více než 50 % CaCO3. Většinou je světle až tmavě šedý, ale může být červený i černý. Obsahuje příměsi křemité i jílovité. Při obsahu MgCO3 se hornina nazývá dolomit. Používá se jako místní stavební kámen i na drcená kameniva. Jeho hlavní využití je jako surovina k výrobě vápna a cementu. Travertin, vřídlovec a gejzírit vznikají vysrážením z horkých roztoků. Jsou zajímavě zbarvené a používají se na vnitřní i vnější obklady. Sádrovec je vodnatý CaSO4, vyskytuje se spolu s anhydritem. Je surovinou pro výrobu pálené sádry.
6.3 PŘEMĚNĚNÉ HORNINY (METAMORFOVANÉ)
Vznikají z hornin vyvřelých a usazených i již dříve přeměněných přeměnou. Při ní dochází ke změnám ve struktuře a skladbě minerálů, mění se i mechanické vlastnosti. Přeměnu mohou způsobit buď teplo, nebo tlak. Teplo může být vyvolané hořením uhelných slojí nebo ohřátím od magmatických těles (kontaktní přeměna). Tlak vzniká buď jako důsledek váhy nadložních hornin, nebo jde o endogenní geologické síly. Na horniny působí buď zpevněním, nebo způsobí mechanické poškození hornin (drcení). Tlak může být i hydrostatický. Oba faktory mohou působit zároveň.
6.3 PŘEMĚNĚNÉ HORNINY (METAMORFOVANÉ) Ruly - Zástupce přeměněných hornin vzniklých působením velkého hydrostatického tlaku, tlaku horotvorného a vysoké teploty. Jako stavební materiál se uplatňují jako druhořadý místní stavební kámen. Svory vznikaly za nižších teplot i hydrostatického tlaku než ruly, zato při vysokém horotvorném tlaku. Mají výraznější břidličnatost a jejich použitelnost pro stavebnictví a vlastnosti jsou podobné jako u rul. Fylity vznikaly při nízké teplotě a hydrostatickém tlaku, zato při velmi vysokém horotvorném tlaku. Uplatnění nacházely jako pokrývačský materiál a místní stavební kámen. Mastek se těží a používá při výrobě omítkových směsí.
6.3 PŘEMĚNĚNÉ HORNINY (METAMORFOVANÉ) Mramor je krystalický vápenec. Má vysokou pevnost v tlaku a dobře opracovatelný. Lomové plochy jsou díky dokonalé štěpnosti kalciových zrn skelně hladké a lesklé. Barva je od čistě bílé, přes šedou až k červeným, zeleným, hnědým až černým. Je jedním z nejoblíbenějších obkladových kamenů, používá se na dlažby, pomníky, kamenické práce. Drcený se používá jako plnivo do umělého kamene – teraso. Hadec je celistvá hornina zeleno šedé barvy hedvábného vzhledu. Používá se jako dekorační a sochařský kámen. Drť se uplatňuje při výrobě umělého kamene. Granulit je bělavá celistvá hornina, vzhledem velice připomínající žulu. Je těžen a užíván na velmi kvalitní drcené kamenivo.
6.4 VÝROBKY Z KAMENE – LOMAŘSKÉ A KAMENICKÉ lomový kámen v různém stupni třídění a opracování kopáky mají tvar rovnoběžnostěnu. Používají se na zdění, mírně skosené na klenby. Liší se i stupněm opracování haklíky jsou kameny na obkladové zdivo, obdélníkového, nebo čtvercového tvaru. Čelní stranu mají povrchově upravenou, užívají se jako obklad nábřežních zdí, vodohospodářských staveb, budov, ale též i interiérech, např. obklady krbů. dlažební kostky jsou drobné kvádry nebo kostky určené k povrchové úpravě pozemních komunikací. schodišťové stupně jsou buď plné, nebo se kámen používá na jejich obklad.
6.4 VÝROBKY Z KAMENE – DRCENÁ KAMENIVA
Jsou dnes nejčastějším kamenným materiálem. Užívají se pro výrobu betonu i jako materiál pro konstrukční vrstvy dopravních staveb a záhozový kámen vodohospodářských staveb. těžká kameniva s hlavním použitím jako absorbér záření v jaderné energetice a lékařství
hutná kameniva jsou nejběžnějším druhem a používají se na výrobu betonu a jako konstrukční materiál násypů a do vozovek s asfaltobetonem lehká kameniva těž zvaná pórovitá. Jejich hlavní použití je pro lehčené betony a staviva. Výskyt těchto materiálů je poměrně malý a tak jsou nahrazovány průmyslovými odpady a umělými kamenivy
6.4 VÝROBKY Z KAMENE – DRCENÁ KAMENIVA
lomová kameniva dělíme na netříděná a tříděná. U tříděných jsou označována podle velikosti zrn (horního a spodního síta): makadam jsou kameny větší než 32 mm a používá se pro spodní vrstvy dopravních liniových staveb 16/32 hrubé kamenivo většinou se používá pro dopravní stavby ale také tam, kde potřebujeme větší póry mezi zrny 8/16 středně hrubé kamenivo hojně používané do betonů a jako kamenivo do násypů silničních staveb 4/8 jemné kamenivo používá se do betonových směsí a asfaltobetonu. Na násypy je poměrně jemné a hůře se hutní 2/4 velmi jemné kamenivo je používáno jako podklad pod zámkové dlažky a kamenné kostky 0/4 lidově prosívka je prachovitý zbytek při výrobě drceného kameniva a používá se částečně do betonu a na nenáročné násypy
OTÁZKY A ÚKOLY Jak vznikly vyvřelé horniny? Jaké jsou charakteristické vlastnosti hlubinných vyvřelin
Jak se dělí usazené horniny? Jaké vlastnosti má pískovec a na čem nejvíce závisejí? Co je to mramor? Co jsou haklíky? Popište kopáky. Co je kyklopské zdivo a kde se používá? Z jakých hornin se vyrábí drcené kamenivo? Jaké jsou frakce drceného kameniva?
