Stavební kámen a výrobky z kamene Doc. Ing. Tomáš Vymazal PhD. Ústav stavebního zkušebnictví 1. HORNINY A VÝROBKY Z KAMENE Horniny jsou jedním z nejstarších anorganických stavebních materiálů a z důvodu snadné dostupnosti a výhodných vlastností se používají dodnes. V porovnání s minulými desetiletími však klesá přímé použití přírodního kamene jako zdícího materiálu, ale své důležité postavení si horniny zachovávají jako suroviny (složky) pro výrobu jiných stavebních materiálů. Suroviny na výrobu stavebních materiálů je možno rozdělit na: nerostné suroviny (silikátové a nesilikátové) ostatní suroviny Nerostné silikátové suroviny jsou charakteristické obsahem křemíku (silicium), dělí se na neplastické a plastické. Mezi neplastické silikátové suroviny patří různé horniny a minerály s obsahem křemíku (např. křemičitý písek) slouží jako plnivo do malt a betonů, surovina pro keramické výrobky a při výrobě vápenopískových hmot. Mezi plastické silikátové suroviny se řadí hlíny, jíly a spraše, které se používají na výrobu cementu, hydraulického vápna a keramiky. Mezi nesilikátové nerostné suroviny patří: Uhličitanové horniny (vápenec, dolomit, magnezit), Hořečnaté horniny (mastek, serpentin), Síranové horniny (sádrovec, anhydrit). Používají se na výrobu maltovin, skla, žáruvzdorných výrobků. Vápenec se často používá i jako plnivo. Mezi ostatní přírodní suroviny se řadí: Železné rudy, bauxit, galenit, chalkopyrit, Uhlí, ropa, zemní plyn, přírodní asfalt. Používají se jednak na výrobu kovů a jednak na výrobu organických látek, asfaltových a plastických hmot. Rozdělení hornin Horniny se v přírodě vyskytují v různých formách od sypkých až po pevné horniny. Na vlastnosti hornin a jejich klasifikaci má největší vliv jejich: mineralogické složení, původ, způsob vzniku, stavba (textura a struktura), geologické stáří, výskyt. 1
Výhodné a nevýhodné vlastnosti přírodního kamene (vyvřelých hornin) VÝHODNÉ VLASTNOSTI Vysoká pevnost v tlaku Nízká pórovitost Nízká nasákavost Dobrá mrazuvzdornost Dlouhá životnost (trvanlivost) NEVÝHODNÉ VLASTNOSTI Technologicky náročná rozpojitelnost (těžitelnost, opracovatelnost) Vysoká objemová hmotnost Špatné tepelně-fyzikální vlastnosti Rozdílné vlastnosti v závislosti na místě těžby Vytěžitelnost zdrojů Základní vlastnosti hornin VLASTNOSTI FYZIKÁLNÍ Hustota (specifická hmotnost) Objemová hmotnost Pórovitost Propustnost Vlhkost (nasákavost) Mrazuvzdornost Měrná tepelná vodivost VLASTNOSTI MECHANICKÉ Pevnost v tlaku, v tahu, ve smyku Pevnost vtlačná Modul pružnosti (v tlaku, tahu, smyku) Deformace Poissonovo číslo Tvrdost Rozpojitelnost Vlastnosti přírod. stav. kamene pro kamenické účely (dle 1800) Vlastnosti přírod. stav. kamene pro kamenické účely (dle 1800) Skupina Magmatické horniny Označení Hlubinné světlé Hlubinné tmavé Výlevné hutné Výlevné pórovité Klastické hutné Klastické pórovité Hornina (příklad) granit granodiorit syenit diorit gabro Minimální objemová hmotnost (g.cm -3 ) 1154 Maximální nasákavost (v % hmotnosti) 1155 Pevnost v tlaku (vysušený kámen) (MPa) 1163 Pevnost v tahu (vysušený kámen (Mpa) 1164 2,5 0,7 90 6 2,8 0,7 90 6 andezit 2,5 5,5 80 6 trachyt ryolit hutný pískovec 2,0 1,6 3,0 9,0 80 60 2,5 5,0 40 5 pórovitý pískovec 1,8 15,0 15 2 6 7 Skupina Sedimentární horniny Metamorfní horniny Označení Klasické břidličnaté Karbonátové pórovité Karbonátové hutné Karbonátové Silikátové Hornina (příklad) jílovitá břidlice pórovitý vápenec travertin Hutný vápenec krystalický vápenec serpentinit ruly Minimál ní objemov á hmotnos t (g.cm -3 ) 1154 Maximální nasákavost (v % hmotnosti) 1155 Pevnost v tlaku (vysušený kámen) (MPa) 1163 Pevnost v tahu (vysušený kámen (Mpa) 1164 2,5 2,0-25 2,3 4,0 30 5 2,6 0,8 40 4 2,6 0,8 40 4 2,5 1,0 60 6 granulit 2,6 1,5-30 Hlubinné vyvřelé horniny Název horniny Hlavní minerály Použití Žula (granit), granodiorit, křemenný diorit Křemen, živec draselný, plagioklas Stavební kámen, kamenické výrobky (leštěné obkladní desky), drcené kamenivo (plnivo do betonu, kamenivo násypů a zásypů) Syenit Živec draselný Stavební kámen, kamenické výrobky, drcené kamenivo (plnivo do betonu, kamenivo násypů a zásypů) Vybrané druhy vyvřelých hornin, jejich hlavní minerály a použití ve stavebnictví Diorit (gabrodiorit) Gabro Plagioklas Plagioklas Stavební kámen, kamenické výrobky (dekorační desky), drcené kamenivo Kamenické výrobky (dekorační leštěné desky), drcené kamenivo 2
Žilné vyvřeliny neodštěpené Název horniny Hlavní minerály Použití Žulový porfyr (granodioritový porfyrit) Syenitový porfyr Dioritový porfyrit Gabrový porfyrit Křemen, živec draselný, plagioklas, složení obdobné jako původní hornina (žula) Živec draselný složení obdobné jako původní hornina (syenit) Plagioklas, amfibol, biorit, pyroxen složení obdobné jako původní hornina (diorit) Plagioklas složení obdobné jako původní hornina (gabro) Drcené kamenivo Drcené kamenivo Drcené kamenivo Drcené kamenivo Žilné vyvřeliny odštěpné Název horniny Hlavní minerály Použití Pegmatit Aplit Křemen, živec Křemen, draselné živce V keramickém průmyslu se živec používá jako tavivo při výrobě keramických směsí, grazur a smaltů; křemen na výrobu skla Drcené kamenivo, při výrobě technického skla, když aplit neobsahuje turmalín a biorit Název horniny Křemenný porfyr Pemza Perlit Výlevné vyvřeliny od žuly Hlavní minerály Křemen, draselný živec a liparit (ryolit) Použití Křemenný porfyr (lomový kámen, stavební kámen, drcené kamenivo), liparit (stavební kámen, kamenické výrobky obkladové desky) Lehké kamenivo (plnivo do lehkých betonů a k broušení a leštění dřeva a vápenců) Pro výrobu umělého lehkého kameniva (plnivo do lehkých betonů a tepelněizolačních malt) Název horniny trachyt znělec Výlevné vyvřeliny od syenitu Hlavní minerály Živec draselný Živec draselný, foidy Použití Stavební kámen, na kamenické výrobky (schody, chodníkové desky), na sochařské práce; z trachytových tufů (trasů) se v zahraničí vyráběla náhrada cementu (pojivo do sanačních omítkových směsí) Drcené kamenivo, lomový a stavební kámen, na kamenické práce (překlady, desky, dlažba), surovina pro výrobu tabulového skla; v zahraničí se ze znělce vyráběl cemolit (mletý znělec) používaný jako náhrada cementu Název horniny porfyrit Výlevné vyvřeliny od dioritu Hlavní minerály plagioklas Použití Stavební a lomový kámen, drcené kamenivo, na keramické práce, z andezitových tufů se vyrábělo lehké kamenivo Název horniny diabas čedič Výlevné vyvřeliny od gabra Hlavní minerály Plagioklas, pyroxen Plagioklas, pyroxen, olivín Použití Stavební a lomový kámen, drcené kamenivo drcené Drcené kamenivo, na kamenické práce (dlažební kostky), minerální rohože (vláknité tepelné izolace); v zahraničí se používá na ochranu břehu vůči účinkům mořské vody; tavený čedič je surovinou pro výrobu čedičových vláken (tepelné izolace) a chemicky odolných dlaždic 3
Horniny usazené Horniny usazené KLASTICKÉ SEDIMENTY Velikost zrn (mm) Název Označení zrnitosti Menší než 0,002 Jíl Jílová (pelitická) 0,002 0,063 Prach Prachová (aleuritická) 0,063 0,25 Písek jemný Jemně psamitická 0,25 1,0 Písek střední Středně psamitická 1,0 2,0 Písek hrubý Hrubě psamitická 2,0 8,9 Štěrk drobný Drobně psefitická 8,9 32,0 Štěrk střední Středně psefitická 32,0 128,0 Štěrk hrubý Hrubě psefitická 128,0 256,0 Kameny Kamenitá Větší než 256,0 balvany balvanitá ŠTĚRKY (nezpevněné psefily) tvoří úlomky hornin velikosti 2 až 60 mm (v technologii betonu se pod pojmem štěrk označuje hrubé kamenivo s velikostí zrn 4 125 mm), zrna štěrku jsou většinou zaoblené v důsledku dlouhého unášení vodou, podle původu štěrk říční, jezerní, mořský, kvalita štěrků závisí na složení vlastností hornin, ze které vznikly. ŠTĚRKY (nezpevněné psefily) Obyčejně bývají štěrky složené z úlomků křemene, křemenců, krystalických břidlic, vápence, dolomitu a křemičitých hornin. Jejich kvalita proto může značně kolísat. Objemová hmotnost štěrků se pohybuje v rozsahu 1900 2100 kg.m -3. ŠTĚRKOPÍSKY Směs štěrku a písku. Nesmějí obsahovat jílovité, hlinité, organické a chemické příměsi, neboť mohou podstatně snížit kvalitu betonu, především jeho pevnost. Štěrkopísky musí vyhovovat z hlediska zrnitosti, mezerovitosti, tvaru zrn, pevnosti, nasákavosti a mrazuvzdornosti. Zrnitost přírodních štěrkopísků často nevyhovuje proto se upravují tříděním a drcením. PÍSKY (nezpevněné psamity) Úlomky hornin s velikostí od 0,06 2,0 mm (v technologii betonu se pod názvem písek rozumí drobné kamenivo s velikostí zrn 0,05 4 mm). Složení písku je závislé na tom, ze kterých hornin písek vznikl (obvykle převládají minerály křemen, muskovit, živce), a jak daleko byl transportován. Dle velikosti se dělí na jemnozrnné (0,05 0,25 mm) střednězrnné (0,25 0,5 mm) a hrubozrnné (nad 0,5 mm). 4
PÍSKY (nezpevněné psamity) Technické vlastnosti písků jsou závislé na velikosti zrn, na jejich petrografické povaze a na příměsích (jílovitá příměs není vhodná pro využití písků ve stavebnictví, stejně jako větší množství slídy). Objemová hmotnost písku se pohybuje v závislosti na jeho původu mezi 1750 2000 kg.m -3 a sypká hmotnost mezi 1300 1700 kg.m -3. PÍSKOVCE (zpevněné psamity) Skládají se nejčastěji z křemenných zrn spojených různým tmelem křemitý, vápnitý, kaolinitický, železitý, jílovitý atd. Na stavební účely jsou vhodné pískovce s tmelem křemitým, vápenatým, případně kaolinitickým tmelem, které mají pevnost v tlaku 30 70 MPa. Barva pískovců se řídí většinou podle povahy tmelu, CaCO 3 bělavé zabarvení, Fe 2 O 3 červenavé, hydroxid železa hnědé. KŘEMENCE (zpevněné psamity) Jsou velice kvalitní monominerální křemenné pískovce stmelené křemitým tmelem. Jsou odolné vůči zvětrání. Tvrdé, ale křehké, málo obrusné. Objemová hmotnost křemenců se pohybuje mezi 1900 2600 kg.m -3, pevnost v tlaku činí 120 240 MPa, nasákavost 0,3 1,3% (hmotnostních). ARKÓZY (zpevněné psamity) Jsou vlastně polyminerální pískovce. Obsahují vedle zrn křemene podstatné množství živců (živec draselný). S křemito-kaolinitickým tmelem jsou pevné a poměrně dobře vzdorují povětrnostním vlivům. OPUKY (patří mezi písčité slínovce) Jsou pevné, obvykle bělošedé nebo žlutavě šedé horniny (př. bazilika sv. Jiří na Pražském Hradě a zčásti také Týnský chrám na Starém Městě). DROBY (zpevněné psamity) Skládají se z křemene, živce (plagioklasů) a úlomků dalších hornin. Velikost zrn u drob způsobuje, že přecházejí při hrubší frakci do drobových slepenců a při jemnější frakci do drobových břidlic. Tmel mají křemitý, jílovitý, vápnitý (hodí se na dlažební kostky). SPRAŠE (nezpevněné aleurity) Jsou surovinou pro cihlářský průmysl. JÍLY (nezpevněné pelity) Obsahují více než 50% částic menších než 0,002 mm. Nositelem charakteristických vlastností jílů a hlavní funkční složkou jsou jílové materiály (hydratované křemičitany hlinité). Specifickou vlastností jílů je schopnost přijímat značné množství vody (schopnost sorpce) a s tím spojená plasticita a tvárnost, bobtnavost (při vysychání se jíly opět smršťují). 5
JÍLOVÉ MINERÁLY Skupina kaolinitová (hlavní minerál kaolinit) vyznačuje se žáruvzdorností Skupina montmorillonitová (převládajícím minerálem je montmorillonit) bentonit s obsahem montmorillonitu až 90% jsou vysoce plastické vyznačuje se nízkou žáruvzdorností Skupina illitová blíží se svým složením světlé slídě (muskovitu) JÍLOVEC A JÍLOVITÉ BŘIDLICE (zpevněné jílovité sedimenty) Jílovce v technické praxi označované jako lupky, mají stejné mineralogické složení jako jíly a hlíny, liší se od nich kompaktností a někdy i větší odolností proti vodě (nerozplavují se). V jílovitých břidlicích je část jílových minerálů překrystalizovaná, proto jsou pevné a ve vodě se nerozplavují. SEDIMENTY CHEMICKÉ K významným chemickým sedimentům z hlediska výroby stavebních materiálů patří především sádrovec (vodnatý síran vápenatý CaSO 4.2H 2 O) a anhydrit anhydrit (bezvodý síran vápenatý CaSO 4 ) - solné sedimenty, které jsou surovinami pro výrobu pojiv. Vyskytují se vždy společně. K chemickým (karbonátovým) sedimentům se řadí travertin (CaCO 3 ), ze kterého se vyrábějí exteriérové i interiérové obklady. Při exteriérovém použití je náchylný k zašpinění. SEDIMENTY ORGANOGENNÍ NEHOŘLAVÉ Sedimenty vzniklé v souvislosti s činností živých organismů jsou především vápence. Vápenec (typický) obsahuje více než 50% CaCO 3 a může obsahovat různé příměsi (písčité, jílovité, křemičité a dolomitické) pevnost v tlaku 60 160 MPa Dolomit (uhličitan vápenatohořečnatý) má vyšší pevnost a odolnost proti zvětrání než vápenec SEDIMENTY ORGANOGENNÍ NEHOŘLAVÉ Křemelina (diatomit) práškovitá hmota (amorfní kyselina křemičitá) pórovitost až 80% (objem pórů je 5x 6x větší než objem vlastní hmoty), žáruvzdorná a odolná proti povětrnostním vlivům, objemová hmotnost křemeliny se pohybuje od 300 500 kg.m -3. SEDIMENTY ORGANOGENNÍ HOŘLAVÉ (KAUSTOBIOLITY) Kaustobiolity mají ve stavebnictví význam především jako chemické a energetické suroviny (přímé stavební použití přírodního asfaltu je dnes již omezené). Hlavní skupinu tvoří živice (horniny organogenního původu, vzniklé rozkladem tuků a bílkovin mořských organismů za nedokonalého přístupu vzduchu). Mezi kapalné živice patří ropa (směs kapalných, plynných a tuhých uhlovodíků), mezi tuhé živice patří přírodní asfalt. 6
Vybrané druhy usazených hornin a jejich použití ve stavebnictví NÁZEV HORNINY Písky Pískovce Křemence Arkózy Klastické usazené horniny POUŽITÍ Plnivo do malt a betonů a surovina při výrobě pórobetonů. Monominerální křemenný písek je základní sklářská surovina, ostřivo do keramických výrobků a surovina pro výrobu vápenopískových cihel. Dolomitový písek je sklářskou surovinou. Stavební, sochařský, dekorační kámen. Dlažební kostky (kočičí hlavy), obrubníky, drcené kamenivo (silniční a železniční štěrk). Některé druhy křemenců jsou důležitou surovinou pro výrobu žáruvzdorného dinasu. Stavební a lomový kámen (Karlův most, Národní divadlo, chrám sv. Víta) a surovina pro kamenické práce (obklady). NÁZEV HORNINY Droby Štěrky POUŽITÍ Výroba silničního a železničního štěrku, výroba dlažebních kostek, obrubníků. Kamenivo do násypů (silničních a železničních), spolu s pískem je plnivem do betonů. Štěrkopísky Kamenivo do betonů. Jíly (skupina kaolinitová) Jíly (skupina montmorillonitová) Surovina pro keramický průmysl, při výrobě šamotu, kameniny, při výrobě barev, výrobě bílého cementu. Jíly vhodné k expandaci (výroba liaporu). Těsnící materiál podzemních staveb, který se používá k injektování pórovitého materiálu (vysoká bobtnavosti schopnosti sorpce) a vodostěnosti. Dříve jako hydroizolace historických staveb, přísada do keramických hmot, jako náhrada pažení při betonáži milánských stěn. NÁZEV HORNINY Jíly (skupina illitová) Jílovec a jílovité břidlice Opuka Pokrývačské břidlice POUŽITÍ Vermiculit je surovinou pro výrobu tepelněizolačních materiálů vylehčených stavebních hmot a používá se jako tepelná i zvuková izolace. Jílovce jsou surovinou při výrobě keramických výrobků, šamotu a expanditu a v kombinaci s vápenci jsou jednou ze základních surovin na výrobu cementu. Jílovité břidlice slouží i jako surovina na výrobu cihlářského zboží a jako přísada do vápenců při výrobě cementu. Kamenické výrobky (hlazené dlaždice určené k rekonstrukcím historických budov) a stavební kámen. Surovina pro výrobu střešní krytiny (Karlštejn) a pro výrobu lehkého kameniva (expanditu). NÁZEV HORNINY Travertin Sádrovec a anhydrit Vápenec Bauxit Chemické usazené horniny POUŽITÍ Dekorační kámen na vnitřní obklady (trvslý lesk a vzhled). Při použití na venkovní části budov ztrácí rychle barvu i lesk a špiní se. Sádrovec je surovina pro výrobu sádry, při výrobě skla, keramických výrobků a barev a jako přísada do cementů. Čistý bílý sádrovec se používá jako dekorační kámen. Anhydrit se používá na výrobu anhydritové sádry. Na výrobu cementu a vápna, stavební, štěrkový a lomový kámen a k výrobě dlažební chodníkové mozaiky, v hutnictví a při výrobě kysličníku uhličitého a ve sklářství. Na výrobu hliníku, hlinitanového cementu, žáruv NÁZEV HORNINY Dolomity Magnezit Křemelina (diatomity) NÁZEV HORNINY Živice POUŽITÍ Surovina pro výrobu dolomitického vápna, skla, žáruvzdorných výrobků a teracové drti. Štěrkový a lomový kámen. Surovina pro výrobu žáruvzdorných výrobků a při výrobě porcelánu, kameniny a Sorelovy hořečnaté maltoviny. K výrobě tepelně a zvukověizolačních materiálů, přísada při výrobě porcelánových cementů. Organogenní usazené horniny POUŽITÍ K výrobě plastů, umělých asfaltů, jako surovina pro chemický průmysl. 7
Horniny přeměněné (metamorfované) Horniny přeměněné (metamorfované) Na stavební účely se používají méně než ostatní druhy hornin (pouze jako suroviny na výrobu některých stavebních materiálů. Značné množství těchto hornin se při drcení rozpadá na tenké ploché kusy. Jde o charakteristickou vlastnost přeměněných hornin (břidličnatost). Mají velmi proměnlivé vlastnosti. Specifické vlastnosti a použití přeměněných hornin HORNINA POUŽITÍ (SPECIFICKÉ VLASTNOSTI) HORNINA Porcelanity Kontaktní rohovce a erlány POUŽITÍ (SPECIFICKÉ VLASTNOSTI) PŘEMĚNA ŠOKOVÁ Surovina pro keramický průmysl a pro výrobu omítkových směsí. (Vyznačují se rozpukaností a velkým množstvím mikropórů.) PŘEMĚNA DOTYKOVÁ (KONTAKTNÍ) Surovina pro výrobu štěrku. (Jsou pevné a houževnaté.) Fylity Ortoruly PŘEMĚNA REGIONÁLNÍ (OBLASTNÍ) Surovina pro výrobu pokrývačské břidlice (tence štípatelné a rovnoploché fylity) a kamenické práce (obkladové a dlažební desky). Drcené fylity se přidávají do umělých omítek a používají se jako posyp na střešní lepenky. Jsou dokonale břidličnaté (některé se štípají na pokrývačské břidlice), mají typicky stříbřitý nebo hedvábný lesk. Surovina pro výrobu stavebního kamene a štěrku. Kaolinizací rul vzniklý kaolin je surovinou pro výrobu hrubé keramiky. HORNINA POUŽITÍ (SPECIFICKÉ VLASTNOSTI) HORNINA POUŽITÍ (SPECIFICKÉ VLASTNOSTI) Granulity Serpentinity (hadce) surovina pro výrobu stavebního kamene, štěrku a pro kamenické práce (dlažební kostky, desky, patníky) Surovina pro kamenické práce (dekorační kámen), pro výrobu suchých maltových směsí, terazza a štěrku a azbestu. Dříve byl azbest surovinou pro výrobu azbestocementových krtin, tepelněizolačních vložek, nátěrových látek, ohnivzdorných tkanin. Je dobře řezatelný a leštitelný. Dnes je používání azbestu jako suroviny pro výrobu stavebních materiálů zakázáno pro jeho zdravotní škodlivost. Amfibolity Mramor Surovina pro výrobu štěrku a kamenivo do těžkých betonů, lokálně se používá na kamenické práce (dlažební mozaika). Jsou velmi pevné a houževnaté horniny, jejich břidličnatost kolísá mezi nevýraznou a výraznou. Surovina pro výrobu suchých omítkových směsí a pro výrobu terazza (směs mramorové drti s drtí z hadců). Surovina pro kamenické, sochařské a dekorační práce. Jsou hutné, mají vysokou pevnost v tlaku (až 300 MPa) a jsou dobře opracovatelné, brousitelnéa leštitelné a jejich nevýhodou je, že ztrácejí na vzduchu lesk (slepnou). 8
2. STAVEBNÍ KÁMEN Stavebním kamenem rozumíme horninu vhodných fyzikálních, chemických a technologických vlastností, s přihlédnutím k vlastnostem estetickým, která byla cílevědomě člověkem vytěžena z přirozeného prostředí a v původní či opracované podobě použita jako konstrukční prvek různých druhů staveb. Stavební kámen pro zdivo a stavební účely se vyrábí a dodává ve třech třídách jakosti: I. třída II. třída III. třída pevnost v tlaku 110 N.mm -2 80 N.mm -2 40 N.mm -2 hmotnostní nasákavost 1,5 % 3,0 % 5,0 % Podle 1800 jsou horniny v kamenické výrobě z hlediska možností povrchových úprav rozděleny do 3 skupin: Skupina I horniny magmatické (vyvřelé) Skupina II horniny sedimentární (usazené) Skupina III horniny metamorfované Přehled povrchových úprav výrobků z přírodních a konglomerovaných kamenů včetně nástrojů a technologických zařízení k provádění těchto úprav uvádí technická norma Svazu kameníků a kamenosochařů z roku 1992. Zkoušení kamene - normy Velká škála vlastností, zkouší se podle norem řady 72 11xx: Zkušební metody přírodního kamene ČSN EN 1926 Stanovení pevnosti v prostém tlaku ČSN EN 1936 (721143) Stanovení měrné a objemové hmotnosti a celkové a otevřené pórovitosti ČSN EN 12372 (721145) Stanovení pevnosti za ohybu při soustředném zatížení ČSN EN 13755 (721149) Stanovení nasákavosti vodou za atmosférického tlaku 1152 (721152) Odběr vzorků přírodního stavebního kamene Plochy anizotropie Je třeba zohlednit směr ploch zejména u hornin usazených Kritéria pro pojmenování přírodního kamene od surových bloků až po hotové výrobky jsou předmětem normy ČSN EN 12 440. Přírodní kámen je specifikován: svým názvem, pod nímž je dodáván a který odpovídá danému typu horniny a místu původu, petrografickým zařazením (podle ČSN EN 12 407 a ČSN EN 12 670), popisem typické barvy, místem původu případně dalšími typickými znaky (žíly, inkluze, pecky, xenolity, texturu, strukturu, trhliny atd.) 9
Lomařské a kamenické výrobky Výlom ze skály Schéma opracování tvrdých kamenů Lomařské a kamenické výrobky Výlom ze Výřez lanovou pilou skály Trhání Hrubá úprava Řezání na listových a kotoučových pilách Hrubá úprava Řezání na listových a kotoučových pilách Bosování Tvarování Řezání na kotoučových pilách Bosování Tvarování Řezání na kotoučových pilách Špicování Broušení Špicování Broušení Zubákování Leštění Pemrlování Tryskání Rýhování Schéma opracování měkkých kamenů Leštění Rázování 1. Kamenné bloky ČSN EN 12 670 definuje hrubý neopracovaný blok jako základ využitelného kamene tvořený horninou z lomu nebo volně ležících balvanů. Rozeznává: hrubý blok určité velikosti (formátovaný blok kamene o určitých rozměrech), beztvarý neopracovaný blok (nemající pravidelný tvar a velikost), opracovaný hrubý blok (přibližně odpovídá rovnoběžnostěnu). 2. Kámen pro zdivo a stavební účely V EU přírodní kámen nemá svoji vlastní řadu norem, tzn. Norma komplexně řešící problematiku kamene vůbec neexistuje. Příznivější situace je v oblasti zkušebnictví kamene. Kámen pro zdivo a stavební účely se používá jako nosný konstrukční nebo obkladový stavební materiál pro stavby vodní, železniční, báňské, pozemní, pro práce meliorační apod. Dělí se podle dosud platné normy ČSN EN 72 1860 na tyto druhy: Lomový kámen netříděný, tříděný (základový, štětový apod.) záhozový, pro dlažbu svahů, rigolů a břehů, pro zdivo soklové, pro zdivo kyklopské. Kopáky neupravené, hrubé, čisté. Haklíky neupravené, hrubé, čisté. Kvádry hrubé, čisté, s bosáží (rustikové), jemné, broušené, leštěné. 10
Lomový kámen Je kusový stavební materiál, jedná se o kus přírodního kamene jakéhokoliv tvaru, různé velikosti, s hrubou nebo opracovanou lícovou stranou pro použití do zdiva (ČSN EN 12 670). Dodává se v jakostních třídách podle pevnosti v tlaku a nasákavosti. Běžně se vyrábí: Neupravený lomový kámen (netříděný, tříděný, pro těžký zához a materiál pro opěrné zdi), Upravený lomový kámen (pro dlažbu svahů, rigolů a břehů). Soklový kámen - používá se na budování opěrných zdí a soklů budov. Regulační kámen používá se na zpevňování terénu a regulování břehů vodních toků. Kopáky výrobky určité velikosti a tvaru přibližně rovnoběžnostěnu, pro klenby přiměřeně klínovitého tvaru, vyrobené lámáním, štípáním a hrubým kamenickým opracováním. Kopáky se třídí podle tvaru na: běhoun výška 200 400 mm, délka 1,5násobek výšky (max. 800 mm) a hloubku 300 mm až rovnou výšce, vazák výška 200 400 mm, délka je rovná minimální výšce (max. 1,5 x výška), hloubka má být rovna výšce zvětšené o 150 mm. Hrubé kopáky jsou na lícní ploše zpravidla špicované s pravidelnými stopami po nástrojích bez ohledu na jejich směr a délku, případně čistě lámané. U čistých kopáků je lícní plocha pravoúhlá, čistě špicovaná, po obvodě zaprýsknutá nebo lemovaná. Ložné plochy mají hrubě špicované, zadní plocha je lámaná. Haklíky Mohou mít čtvercovou nebo obdélníkovou lícní plochu a jsou určeny jen pro obkladové zdivo. Vyrábějí se lámáním, štípáním a hrubým kamenickým opracováním. Ložné a styčné plochy mají zhruba kolmé k lícní ploše. Rozměry se řídí přáním zákazníka. Používají se jako obkladový materiál pro podezdívky správních budov a rodinných domů, plotů, opěrných zdí, krbů, kde zdivo není určeno pro stavební účely jako nosné. Haklíky Rozměry se řídí přáním zákazníka a možnostmi výroby. Mohou mít lícovou plochu opravenou lámáním, špicováním, bosáží, řezáním. Ložné plochy jsou u hrubých haklíků běžně špicované, třístranně lemované. U čistých haklíků bývají ložné a styčné plochy špicované se stejnoměrně rozloženými stopami po nářadí, plocha je třístranně lemovaná. Haklíky je třeba při dopravě a skladování chránit před znečištěním a poškozením. Kvádry Jsou výrobky z přírodního kamene různých tvarů a rozměrů a s různou povrchovou úpravou podle potřeby a použití. Třídí se podle jakosti výroby, tvaru (pravoúhlé, pravoúhlé se skloněnými líci, klenákové a šablonové) a počtu lícních stran (jednolícní, dvoulícní, třílícní, čtyřlícní a pětilícní). 11
Obrubníky ČSN EN 1343 definovány jako dílce delší než 300 mm, všeobecně užívané k lemování pozemní komunikace, dopravní plochy, chodníku. Zpevňují okraje chodníků a nástupišť, vyrovnávají výškový rozdíl mezi vozovnou a chodníkem. Používají se rovné nebo obloukové vyduté či vypuklé. Mají obyčejně kamenicky opracovaný povrch a zpravidla jsou opatřeny zářezy, jimiž do sebe navzájem zapadají. Krajníky Prvky podobného charakteru jako obrubníky. Silniční krajníky jsou určeny pro podélné zpevnění okrajů vozovky a oddělení od nevyvýšené krajnice nebo jiné přilehlé plochy ve stejné výškové úrovni. Má viditelnou pouze stupnici, obě podélné svislé plochy jsou rubové. Peronní krajníky tvoří oporu ke zpevnění okrajů zvýšených nástupišť nákladních ramp apod. od níže položené přilehlé komunikace. Viditelná je stupnice, podstupnice a část ložné plochy ( 1850). Obrubníky a krajníky se dodávají s viditelnými plochami čistě lemovanými, řezanými, velmi jemně špicovanými, bosovanými nebo rovně lámanými. Ložná plocha má být rovnoběžná se stupnicí, většinou rovně lámaná. Dlažební kostky Malé dlažební kvádry z přírodního kamene se jmenovitými rozměry mezi 50 300 mm a půdorysnými rozměry nepřesahujícími obecně dvojnásobek tloušťky (ČSN EN 3442). Nejmenší jmenovitá tloušťka je 50 mm. Vyrábějí se ručně nebo strojně ve tvaru hranolu či krychle. U těchto výrobků se dle zamýšleného účelu použití hodnotí zejména rozměry, rovinnost povrchu, odolnost proti zmrazování a rozmrazování, pevnost v tlaku, odolnost proti obrusu, odolnost proti skluzu, nasákavost, chemická úprava povrchu a další hlediska, např. vizuální vzhled apod. HUSOVA ulice Brno 18.5.2009 Povolené odchylky jmenovitých půdorysných rozměrů a tloušťky musí vyhovovat hodnotám uvedeným v ČSN EN 1342. Přípustná maximální odchylka závisí na úpravě povrchu. Pro půdorysné rozměry se pohybuje v rozmezí od 0,5 mm pro opracované povrchy do 15 mm pro povrchy štípané. Odchylka jmenovité tloušťky pro třídu 1 činí max. 30 mm, pro třídu 2 (podle úpravy povrchu) leží v rozmezí 5 mm až 15 mm. 12
Obkladové a dlažební desky Norma ČSN 70 1920. Vznikají rozřezáním bloků přírodního kamene v tloušťce 8 80 mm. Rozměry desek mohou být libovolné podle přání investora a technologických možností suroviny. Řemínkové obklady Vznikají štípáním větší základní desky na hranolky o rozměrech 100 150 mm, tloušťky 15 40 mm. Většinou se tímto způsobem zpracovává odpad z výroby desek větších rozměrů. Schodišťové stupně Vyrábějí se buď masivní nebo obkládané deskami. Schodiště z kompaktních masivních stupňů se používá pro svoji odolnost především u venkovních schodišť. Třídí se podle různých hledisek na samonosné nebo nesené, rovné, kosé a zvláštní, nástupní, běžné, výstupní, jalové. Drobná zahradní architektura Zahrnuje fontány, kašny, pítka, stolky, šlapáky, květináče a koryta, mlýnské kameny, zahradní sezení, krby, japonské lampy a různé jiné doplňky. Výrobky se používají jak pro interiéry, tak pro exteriéry. Gabiony jsou drátokamenné, příp. drátoštěrkové prvky, které se používají k přenosu zemních tlaků. Využívají se ve stavebnictví v mnoha oblastech - od běžných zdí po architektonické stavby, jako opevnění při stabilizaci břehů vodních toků. 3. Krytiny z přírodního kamene K výrobě krytinových desek jsou vhodné sedimentární metamorfované břidličnaté horniny, které jsou snadno a víceméně rovnoplošně štípatelné. Podmínkou je, aby se tyto materiály nechaly štípat na tenké desky v rozmezí 4 15 mm a měly vlastnosti požadované pro daný účel použití dostatečnou odolnost proti vlivům povětrnosti, pevnost v tahu a ohybu a většinou i náležitý vzhled. 13
Vlastnosti břidlice s různým obsahem křemene a slídy VLASTNOST PEVNOST ŠTÍPATELNOST ŽIVOTNOST V ČR PODSTATA ZMĚN HODNĚ SLÍDY, MÉNĚ KŘEMENE Velká počáteční pevnost (slída působí jako výztuž) Dobrá štípatelnost s hladkým povrchem Nízká životnost cca 15 let, zvětrávání se většinou projeví již po první zimě Slída rychle zvětrává HODNĚ KŘEMENE, MÉNĚ SLÍDY Menší počáteční pevnost Horší štípatelnost, větší pravděpodobnost výskytu nerovného povrchu (křemen zpevňuje propojení minerálů) Vysoká životnost až 110 let (krytina se pak mění většinou v důsledku vyčerpání životnosti hřebíků nebo bednění) Křemen je velmi odolný proti zvětrání Výrobky z konglomerovaného kamene Je vyráběn spojením barevně a tvarově vybraných kamenných zrn pomocí vhodného pojiva (po kamenické úpravě vzhledově podobný přírodnímu kameni). Nejčastěji se připravuje s použitím: polymerních pojiv (polymerbetonová technologie) označovaný jako syntetický kámen, anorganických pojiv cementového typu (cementová a polymercementová technologie) méně časté. Konglomerovaný kámen se využívá především při výrobě kusových staviv deskového charakteru. Výrobní cyklus je možné rozdělit do fáze formování, kdy se vytvoří sukový blok (hrubá deska), a fáze dokončování, jejímž výsledkem je dokončený výrobek ve formě desek, dlaždic a obkladových prvků. Při dokončování a konečném formátování se používají podobné techniky jako při zpracování přírodního kamene. Výtečná je odolnost konglomerovaného kamene v obrusu (je výrazně lepší než beton a překoná i mnohé přírodní kameny, př. mramor). Pokud je proveden s nekluzným povrchem, je nekluzký i po dlouhé době exploatace. Vyrábí se z něj: Chodníková mozaika a silniční dlažba Silniční a mostové obrubníky Vyrovnávací kanálové prstence Signální pruhy a bezbariérové přechody Kusové výrobky z taveného čediče Čedič je hornina, která se řadí k materiálům, jejich životnost překonala staletí, ale i tisíciletí. Jeho tvrdost a obtížná obrobitelnost však omezovala jeho větší rozšíření ve stavebnictví. Výrobkový sortiment: otěruvzdorná potrubí kanalizační prvky čedičová dlažba Základní vlastnosti taveného čediče Parametr Jednotka Hodnota DIN 280062 Tvrdost dle Mohse - 8 Objemová hmotnost kg.m -3 2900 3000 2800 2900 Pevnost v tlaku MPa 450 450 500 Obrusnost cm 3 /50 cm 2 max. 5 4 6 Odolnost proti opotřebení mm 3 110 Nasákavost % hmotnosti 0 0 Tepelná vodivost W.m -1.K -1 1,9 2,2 1 1,2 Odolnost proti tepelným šokům Rozpustnost v kyselině sírové C 100 % hmotnosti 9 Izolační odpor Ohm 1010 14
Výrobky z korundo-baddeleyitové taveniny Al 2 O 3 ZrO 2 Pod názvem Eucor přichází na trh žáruvzdorný a otěruvzdorný materiál vhodný pro použití v podmínkách extrémního zatížení s vysokou abrazí v kombinaci s teplotním namáháním, kde již výrobky z taveného čediče nevyhoví. Vlastnosti Al 2 O 3 ZrO 2 kompozitů jsou programovatelné v závislosti na účelu užití, a to změnou poměrného zastoupení jednotlivých fází. Z taveniny Al 2 O 3 ZrO 2 je dostupný prakticky stejný výrobkový sortiment jako v případě taveného čediče. Pro svou tvrdost odpovídající korundu jsou tyto výrobky vhodné do míst extrémně namáhaných erozí, např. pro ohyby potrubí pro pneumatickou dopravu křemičitého písku, k vyložení odlučovačů, spirálových skluzů apod. Dotazy? Děkuji za pozornost! Doc. Ing. Tomáš Vymazal PhD. 15