Fakulta stavební VŠB-TU

Transkript

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

2 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.

3 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).

4 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 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 2m 3).

5 HISTORIE POUŢITÍ KAMENE Komplex nuraghů Su Nuraxi na Sardínii

6 HISTORIE POUŢITÍ KAMENE Kromlech Stonehenge v jiţní Anglii

7 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 CaCO 3 ). Podle způsobu vzniku se horniny dělí na: Vyvřelé (magmatogenní) Usazené (sedimentární) Přeměněné (metamorfózou)

8 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

9 VYVŘELÉ HORNINY Ţilná tělesa křemen ţivcového pegmatitu

10 VYVŘELÉ HORNINY Výlevné horniny a pyroklastika vznikající sopečnou erupcí

11 GRANIT- ŢULA biotit ţivec křemen

12 GRANIT- ŢULA (Litice nad Orlicí)

13 BAZALT- ČEDIČ (Smrčí u Ţelezného Brodu)

14 BAZALT- ČEDIČ (Panská skála u Kamenického Šenova) Sloupcovitá odlučnost bazaltu

15 BAZALT- ČEDIČ (Velký Roudný- Bílčice)

16 VLASTNOSTI KYSELÝCH HORNIN (ŢUL) HORNINA OBJEMOVÁ HMOTNOST [kg.m -3 ] PEVNOST V TLAKU [MPa] KOEF. MRAZUVZD. PÓROVITOST NASÁKAVOST [%] ŢULA LIPNICKÁ ,77 0,5 0,42 SLEZSKÁ ŢULA ,9 0,5 0,41

17 VLASTNOSTI BAZICKÝCH HORNIN HORNINA OBJEMOVÁ HMOTNOST [ kg.m -3 ] PEVNOST V TLAKU [ MPa] PÓROVITOST [ %] GABRO do 1 BAZALT proměnlivá (zpravidla do 2)

18 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)

19 ÚLOMKOVITÉ SEDIMENTY NEZPEVNĚNÉ ZPEVNĚNÉ ŠTĚRK 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)

20 PÍSKOVEC

21 PÍSKOVEC (Podhorní Újezd u Hořic)

22 DROBA (Bohučovice u Hradce nad Moravicí)

23 VLASTNOSTI PÍSKOVCŮ HORNINA OBJEMOVÁ HMOTNOST PEVNOST V TLAKU [ MPa] PÓROVITOST NASÁKAVOST [ kg.m -3 ] KOEF. MRAZUVZD. [ %] PÍSKOVEC těšínský ,75 1,7-7 2,5-3 PÍSKOVEC boţanovský ,76 6,0 5,3 PÍSKOVEC zámělský ,8 20 3,5-7,5

24 CEMENTAČNÍ SEDIMENTY Karbonáty vápence tvořeny kalcitem CaCO 3, dolomity tvořeny dolomitem CaMg (CO 3 ) 2, travertin tvořen aragonitem CaCO 3. ŘADA VÁPENEC JÍL (25% aţ 75% vápence = SLÍN, SLÍNOVEC ) Evapority kamenná sůl tvořena halitem NaCl, sádrovec tvořen sádrovcem CaSO 4. 2H 2 O, anhydrit tvořen anhydritem CaSO 4

25 VÁPENEC

26 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 km 2 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)

27 KRYSTALICKÝ VÁPENEC (MRAMOR)

28 MRAMOR (KRYSTALICKÝ VÁPENEC) (Supíkovice u Jeseníku)

29 VLASTNOSTI KAMENE

30 VÝSKYT LOŢISEK KAMENE V ČR

31 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE Stěnový lom (lom Kotouč, Štramberk)

32 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE Jámový lom (lomy Velká Amerika, Berounsko)

33 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE Jednoetáţový stěnový lom na dekorační pískovec

34 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE Stěnovo jámový lom na ţulu

35 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE 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

36 TĚŢBA PŘÍRODNÍHO KAMENE Podpovrchová těţba pokrývačské břidlice - důl Lhotka u Vítkova

37 ZPRACOVÁNÍ PŘÍRODNÍHO KAMENE Řezání bloku kamene diamantovou kotoučovou pilou Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice

38 ZPRACOVÁNÍ PŘÍRODNÍHO KAMENE Řezání bloku kamene lanovou pilou Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice

39 ZPRACOVÁNÍ PŘÍRODNÍHO KAMENE Řezání bloku kamene na katru Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice

40 ZPRACOVÁNÍ PŘÍRODNÍHO KAMENE Leštící automat na povrchovou úpravu kamenných desek Slezský kámen, a.s., provozovna Mikulovice

41 UŢITÍ KAMENE V ARCHITEKTUŘE Románská rotunda sv. Máří Magdalény v Přední Kopanině, vystavěná z tzv. zlaté opuky v první polovině 12. století.

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

43 UŢITÍ KAMENE V ARCHITEKTUŘE Národní muzeum v Praze novorenesanční stavba arch. Josefa Schultze z let

44 UŢITÍ KAMENE V SOCHAŘSTVÍ Pískovcová výzdoba Karlova mostu - Madona a sv. Bernard. Autor Matěj Václav Jäckel, Kopie z let

45 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 KAMENO- SOCHAŘSKÉ PRÁCE KRYTINA

46 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Kyklopské zdivo

47 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Hrubý kopák

48 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Ţulový haklík

49 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Haklík nepravidelných rozměrů tzv. divočina

50 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Haklík řádkové zdivo

51 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Rovný obrubník

52 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Silniční krajník

53 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Hraniční kámen - mezník

54 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ 1. Velká kostka cm 2. Malá kostka 8 10 cm 3. Mozaika 4 6 cm Ţulové dlaţební kostky

55 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Románská dlaţba z několika pravidelných opakujících se formátů

56 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Anglická dlaţba skládající se ze zlomků pískovcových desek různého tvaru a velikosti.

57 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Řemínkový obklad z pískovce

58 ZÁKLADNÍ DRUHY KAMENICKÝCH VÝROBKŮ Štípání břidlicové krytiny a její moţné tvary

59 KOROZE PŘÍRODNÍHO KAMENE Extrémní zasolení pískovce a degradace vlivem vzlínající vody a mrazu

60 KOROZE PŘÍRODNÍHO KAMENE Totální destrukce pískovcové dlaţby vlivem solení a mrazu

61

62 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.

63 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.

64 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ KAMENIVA 1. 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. 2. 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.

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

66 PŘÍRODNÍ DRCENÉ KAMENIVO (čedič, Bílčice u Bruntálu)

67 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ KAMENIVA 3. 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 kg.m -3 běţné horniny, těţké - kamenivo s objemovou hmotností nad 3000 kg.m -3 baryt, litina, ocel, korund. 4. 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.

68 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.

69 Podsítný podíl [%] ZRNITOST KAMENIVA Srovnání křivek zrnitosti pískovců s křivkou zrnitosti odpadního písku Hořice Mšeno Odpadní písek do 0,5mm 0 0,0 0,1 1,0 10,0 Frakce [mm]

70 VÝSKYT LOŢISEK KAMENIVA V ČR

71 LOŢISKA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA V ČR Geografické rozmístění loţisek drceného kameniva

72 LOŢISKA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA V ČR Geografické rozmístění loţisek těţeného kameniva

73 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Vrtání záhlavních vrtů a nabíjení patních vrtů před clonovým odstřelem

74 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Clonový odstřel kamenolom Bohučovice, Kamenolomy ČR, a.s.

75 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Nakládka rozvalu pásové rypadlo a dempr

76 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Schematický řez jednovzpěrným čelisťovým drtičem

77 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Čelisťový drtič s odhliňovačem

78 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Schematický řez kuţelovým drtičem

79 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Schematický řez odrazovým drtičem

80 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Těţba štěrkopísků plovoucím elevátorem

81 TĚŢBA A ÚPRAVA PŘÍRODNÍHO KAMENIVA Třídící linka pro výrobu těţeného kameniva mokrým způsobem

82 VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA Vylévání ţhavé strusky z kolib a rychlé chlazení výroba GVS

83 VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA Rotační pec pro výpal tzv. cyprisových jílů výroba Liaporu

84 VÝROBA UMĚLÉHO KAMENIVA Vlastnosti Liaporu objemová hmotnost = kg.m -3 sypná hmotnost = kg.m -3 tepelná vodivost = 0,09 0,23 W.m -1 K - 1 označování např.8/16/275, 4/8/950 Výpal Liaporu

85 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,

86 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 SiO 2 např. opálu; nebezpečí alkalicko-křemičité reakce v betonu

87 DĚKUJI ZA POZORNOST