Kamień wapienny i jego właściwości

Co to jest wapień

Wapień jest minerałem. Występuje w kolorze jasnym lub ciemnym. Struktura z drobnymi lub grubymi ziarnami.

Kamień powstawał przez wieki na dnie zbiorników ze skał osadowych. Występuje w miejscach starożytnych i współczesnych oceanów i mórz.

W kamieniu naturalnym oprócz wapnia ujawniają również:

• lilie morskie, jeżowce;
• korale;
• muszle;
• skorupiak;
• ramienionogi;
• foraminifera;
• crinoideus;
• skamieniałe szkielety ryb.

Podstawą składu chemicznego jest 50 – 95% węglan wapnia. Gęstość minerału i czystość białego koloru zależą od stężenia kalcytu. Kamień zawiera również 5 – 50% kwarcu, skaleni, opalu, dolomitu, chalcedonu lub kaolinu (gliny). Barwią mineralną szarość, róż, czerwień, krem, czerń lub błękit.

Pojęcie wapienia, jego wzór chemiczny, jak wygląda na zdjęciu

Wapień jest minerałem osadowym pochodzenia organicznego lub chemogenicznego. Wyróżnia się maksymalną zawartością węglanu wapnia (CaCO3), który występuje w postaci kryształków kalcytu o różnej wielkości. Jeśli przyjrzysz się materiałowi pod mikroskopem pod dużym powiększeniem, możesz znaleźć zanieczyszczenia w postaci fosforanów, krzemu, cząstek piasku i gliny, pozostałości muszli starożytnych mikroorganizmów. Wzór chemiczny wapienia zawierającego dolomit to CaMg (CO3) 2. Domieszka sprawia, że ​​materiał jest mocny i gęsty.

Zdjęcie pokazuje, że minerał może wyglądać inaczej. Skała muszlowa (skała muszlowa) ma drobnoziarnistą strukturę, podczas gdy jej krewna, kreda, jest drobnoziarnista. Kreda, marmur, kamienie z inkluzjami okrągłych muszli (wapienie nummulitowe) to wszystkie odmiany wapienia. Jaki jest kolor minerału? Zdjęcie pokazuje, że jest naturalnie biały. Zanieczyszczenia i ich kombinacje nadają minerałowi unikalne odcienie.

Charakterystyka i pochodzenie minerału wapiennego

Naturalny wapień to niestała skała osadowa o maksymalnej zawartości kalcytu. Reszta w masie minerału to wtrącenia cząstek innych substancji (krzemu, fosforanów, kwarcu, wapna itp.). Również w masie węglanu wapnia można spotkać mikrocząstki szkieletów prostych organizmów. Pochodzenie jest ogólnie określane jako organiczne, ale istnieje również organochemiczny sposób powstawania minerału.

Minerał wapienia powstaje głównie w płytkich wodach basenu morskiego.
Warunki słodkowodne pozwalają również na osadzanie się wapienia. Zwykłą formą występowania jest dla niego warstwa. Może wytrącać się na zasadzie soli: kiedy woda wyparowuje z jezior i lagun. Ale większość kamienia powstała właśnie w głębinach morza, gdzie nie było intensywnych procesów parowania i suszenia.

Naturalny mechanizm powstawania minerałów zaczyna się od pracy organizmów żywych. Wydobywają kalcyt z wody morskiej i budują muszle. Następnie pozostałości ich szkieletów gromadzą się na dnie w ogromnej masie. Najbardziej reprezentatywnym przykładem powstawania węglanu kalcytu jest pojawienie się, wzrost i wymieranie raf koralowych. Nierzadko zdarza się, że na spękaniu skały wapiennej znajdują się fragmenty muszli. Ta odmiana nazywana jest skałą muszlową.

Inne gatunki są również nazwane po rodzajach organizmów i produktach ich żywotnej aktywności:

1. nummulit;
2. mszywioł;
3. oolitowy.

Osobną kategorią jest wapień marmurkowy. To z kolei dzieli się na typy masywno-warstwowe i cienkowarstwowe. Pod wpływem określonych temperatur i ciśnień zmienia strukturę kryształu i przekształca się w marmur.

Jak powstaje w przyrodzie, gdzie jest wydobywany?

Skała wapienna powstaje w morzach z muszli mięczaków, alg, koralowców i innych mieszkańców wód morskich. Do budowy muszli niektóre stworzenia morskie wymagają kalcytu, którego źródłem jest woda. Pozostałości maleńkich stworzeń gromadzą się na dnie i są cementowane pod ciśnieniem wody. Mogą być trzymane razem i nasycane minerałami przez roztwory i strumienie gazów, które przedostają się przez dno.

Warunki słodkowodne pozwalają również na osadzanie się skały. Może wytrącać się, gdy jeziora i laguny wyparowują. Osobną kategorią jest wapień marmurkowy, który pod wpływem temperatury i wysokiego ciśnienia twardnieje i staje się gęsty.

Zwykłą formą podsypki skały jest warstwa. Sposób wydobycia zależy od lokalizacji, wieku i rodzaju wapienia. Wydobywana jest w sposób otwarty, po wstępnym ustawieniu kamieniołomu. Aby to zrobić, usuń wierzchnią warstwę ziemi i gliny, a następnie wykonaj prace pirotechniczne, które pozwalają zmielić wapień i oderwać fragmenty kamienia. Następnie materiał jest ładowany do maszyn i wyprowadzany do obróbki.

Początkowo przy wydobyciu stosowano metodę łamania – materiał był usuwany łomami i wybijany z pokładu młotkami. Alternatywą dla tej techniki było wysadzanie, w wyniku którego skała jest kruszona na okruchy. Za pomocą koparki jest zbierany, ładowany na wywrotki i przewożony do fabryk w celu przetworzenia.

Obecnie można obejść się bez eksplozji, do której zamiast łyżki koparki stosuje się urządzenie na zawiasach, które rozluźnia skałę. Najbardziej opłacalne jest wydobycie wapienia za pomocą frezarki. Jednocześnie wydobywa, miele i transportuje wapień ze złoża do zakładu przetwórczego.

Rodzaje wapienia

Ze względu na strukturę kamień dzieli się na następujące typy:

• Krystaliczny to gęsty minerał o strukturze podobnej do marmuru. Dzięki małym porom dobrze wypolerowany, mrozoodporny.
• Organogeniczno-detrytyczny to dobrze znana skała muszlowa, na którą składają się pozostałości organizmów morskich. Dobrze przetworzony (przetarty, przycięty), ma wysoką porowatość. Do tego typu zalicza się również wapień rafowy, który jest niezwykle bogaty w pozostałości fauny morskiej oraz zwykłą kredę – słabo spieczoną skałę węglanową (w rzeczywistości utwardzony muł ciepłych mórz).
• Detrytus-krystaliczny – organogenny szczątek powstały z fragmentów roślin, muszli i szkieletów zwierząt. Pomimo małych porów ma niską wytrzymałość i wysoki stopień wchłaniania wody.
• Płynąca (tuf wapienny) – powstaje w stojących i płynących zbiornikach podziemnych z nierozpuszczalnej soli, która jest zagęszczana pod ciśnieniem. Kamień ze stojących zbiorników jest gęstszy, od płynących – porowaty i kruchy.

Z pochodzenia kamień dzieli się na:

• Biogenne – są to złoża pozostałości węglanowych organizmów morskich z niewielką zawartością cementu węglanowego.
• Chemogeniczny – powstaje w słonej wodzie lub w źródłach podziemnych (ten sam tuf) przez wytrącanie wapna.
• Klastyczne – powstają z kanciastych zaokrąglonych fragmentów skał wapiennych podczas ich kruszenia i wymywania.
• Mieszane – konsekwencja jednoczesnego występowania kilku procesów, podczas których powstają materiały węglanowe.

Pod wpływem wysokich temperatur i ciśnień wapień stopniowo kompresuje się i twardnieje, a jego ziarnistość maleje. Rezultatem jest marmur – zasadniczo przeobrażony wapień o gęstej strukturze krystalicznej. Nie ma gwałtownego przejścia fazowego, marmur powstaje stopniowo, dlatego w naturze występują warianty pośrednie (na przykład wapień marmurkowy, który jest zarówno gęsty, jak i łatwy do cięcia).

Właściwości wapienia

Właściwości kamienia różnią się w zależności od źródła pochodzenia i bezpośrednio zależą od struktury materiału. Nawet na tym samym polu można znaleźć złoża o różnej gęstości, gęstości nasypowej i wytrzymałości. Bardziej gęste skały krystaliczne są dobrze wypolerowane, porowate (na przykład skała muszlowa) – łatwo je piłować i przycinać.

Właściwości fizyczne materiału:

• Gęstość – 2700-2900 kg / m³.
• Gęstość nasypowa – od 800 kg / m³ (skały muszlowe) do 2800 kg / m³ (skały marmurowe).
• Twardość w skali Mohsa – 3.
• Wytrzymałość na ściskanie – od 0,4 MPa (skała skorupowa) do 300 MPa (krystaliczna).

Podstawą wapienia jest węglan wapnia (50-95%). Reszta to kwarc, dolomit, skalenie i inne minerały (5-50%). To ze względu na obecność w składzie minerałów kamień ma różne odcienie. Kolor wapienia jest przeważnie biały, ale w przyrodzie występują liczne skały jasnoszare, jasnożółte, czerwonawe, zielone i brązowe. Jest nawet czarny wapień – zawiera obfite produkty ropopochodne. Ogólnie kamień znany jest z delikatnych, pastelowych odcieni i dyskretnych kombinacji kolorów.

Wapień nie jest stabilny fizycznie i chemicznie. Rozpuszcza się w wodzie (choć wolno), dlatego w przypadku stosowania kamienia do prac wykończeniowych jest impregnowany związkami hydrofobowymi. Minerał jest szczególnie wrażliwy na działanie kwasów (w szczególności kwasu octowego, siarkowego, chlorowodorowego), a reakcja przebiega gwałtownie i szybko z utworzeniem dwutlenku węgla. W warunkach naturalnych jest to obarczone powstawaniem pustek krasowych, często imponujących rozmiarów. Mrozoodporność kamienia zmienia się znacząco w zależności od porowatości i obecności pęknięć. Najwyższą mrozoodpornością (do 400 cykli) charakteryzują się marmurowe skały o gęstej strukturze krystalicznej.

Złoża wapienia

Najsłynniejsze rosyjskie złoże wapienia znajduje się w pobliżu miejscowości Myachkovo, zbudowanej u zbiegu rzek Pakhra i Moskwy. Biały kamień złoża Myachkovskoye stworzył chwałę stolicy z białego kamienia. Siła lokalnych wapieni jest taka, że ​​kamienie młyńskie do młynów i kostki brukowej były wytwarzane z niektórych odmian skał.

Jedno z największych złóż wapienia i dolomitu w Europie znajduje się na Ukrainie w Jelenowce w obwodzie donieckim. Rozwój złóż Jelenowa trwa zaledwie półtora wieku, co dla kopalni wapienia jest dziecięcym wiekiem. Najstarsze kamieniołomy wapienia są z powodzeniem eksploatowane od kilku tysięcy lat.

Odmiany wapienia według różnych kryteriów

Istnieje kilka kryteriów klasyfikacji skały. Najważniejsze z nich to cechy strukturalne, tekstura, odcień, obecność zanieczyszczeń. Ze względu na pochodzenie wapienia wyróżnia się następujące typy:

• wapienie organogeniczne (na przykład oolitic, nummulite): zawierają wiele skorup mięczaków, które kiedyś żyły;
• chemogeniczne – wapienie powstałe w wyniku procesów chemicznych zachodzących w przyrodzie;
• detrital – obejmuje elementy wcześniej istniejących i zniszczonych raf morskich.

Według struktury i tekstury

Kluczowymi kryteriami klasyfikacji kamieni są wielkość ziarna i tekstura (wskaźnik stosunku różnych części skały). Według tych parametrów wyróżnia się wapienie:

• drobnoziarniste, w składzie tego wapienia widoczne są gołym okiem ziarna;
• drobnoziarnisty (kreda);
• oolityczny (na tle ogólnym wyróżniają się duże utwory kalcytu – oolity);
• porowate: tuf, skała muszlowa;
• warstwowe: przypominają ciasto wycięte z warstw o ​​różnym składzie i odcieniu.

Zgodnie z charakterystyką składu mineralnego i zanieczyszczeń chemicznych

Zgodnie ze specyfiką składu mineralnego i obecnością zanieczyszczeń wyróżnia się skały wapienne:

• Dolomityzowany. W strukturze tych wapieni występuje tlenek magnezu. Wraz ze wzrostem stężenia tego pierwiastka chemicznego w dolomitowanych wapieniach powstają dolomity – skały węglanowe typu osadowego.
• Glina. W ich składzie znajdują się zanieczyszczenia gliniaste, których nadmiar jest powyżej normy prowadzi do powstania margli – (glina – 25-50%, reszta to węglan).
• Koral. Powstają w ciepłych morzach i charakteryzują się porowatą konsystencją.
• Marmurkowaty. Charakteryzują się dużą gęstością i mogą zawierać opis starożytnych skamieniałości.
• Bryozoans. Ich struktura zawiera martwe glony i zanieczyszczenia gliniaste.
• Kreda. Składają się z pozostałości alg i pradawnych mięczaków. Czasami zawierają niewielką domieszkę piasku i gliny.
• Bitumiczny. Rzadki rodzaj skały, w której występują zanieczyszczenia produktów ropopochodnych (bitum).

Według koloru minerału

W czystej postaci rasa jest biała lub jasnoszara. Zanieczyszczenia i pierwiastki chemiczne w białym kamieniu nadają wapieniowi następujące odcienie:

• Mangan. Maluje rasę na czerwono, różowo, brązowo.
• Żelazo. Nadaje kamieniowi żółty, beżowy, brązowy odcień.
• Wodorost. Powód niebiesko-niebieskiego ubarwienia rasy.
• Materia organiczna. Spraw, aby minerał był ciemny, prawie czarny.

Parametry techniczne wapienia

Dolomity i wapienie z węglanem magnezu są bardzo twarde. Są trudniejsze do naprężeń mechanicznych.

Naturalny wapień wyróżnia się wytrzymałością i twardością. Podczas zgniatania tworzy nierówne pęknięcie. Nie moczy się w wodzie. Fizyczne właściwości skały pozwalają na jej wykorzystanie w budownictwie.

Zwykle biały, szary związek węglanowy. Ale w zależności od obecności zanieczyszczeń zmienia się kolor zewnętrzny i techniczne właściwości wapienia. Minerały zawarte w formacji nie tylko zmieniają kolor, ale także wpływają na wytrzymałość, stabilność oraz określają zakres stosowania.

Substancja węglowa zabarwia skałę na czarno, żółty kolor określa obecność wodorotlenków żelaza, a zielonkawy – glaukonit.

Opis parametrów technicznych materiału znajduje się w paszporcie depozytu. Informacje zebrane w dokumencie w pełni odzwierciedlają właściwości rasy i jej zgodność z krajowymi normami regulowanymi przez prawo.

Struktura wapienia pozwala na rozróżnienie typów skał. Tekstura formacji mineralnej jest jednorodna, czasami występują pory i ubytki (puste przestrzenie).

Jakie są cechy edukacji

Wśród złóż węglanowych wyróżnia się następujące rodzaje wapieni:

• gęste węglany (charakteryzujące się jednorodną strukturą);
• kuliste formacje oolitowe;
• tufy – formacje o dużych porach, charakteryzujące się wytrzymałością i łatwo poddające się obróbce (polerowanie, szlifowanie);
• trawertyn – formacje kroplowe;
• glina i wapienie bitumiczne.

Wapień koralowy w osadach uzupełniany jest domieszką otwornic i muszli mięczaków, muszli szkarłupni. Skała tworząca współczesne rafy charakteryzuje się twardą, porowatą strukturą i składa się ze szkieletów kolonii polipów.

Wapień Putilovsky jest znany jako główny materiał budowlany używany przy budowie miasta St. Petersburg. Nazwa skały jest związana z położonym w pobliżu złożem Putiłowskoje.

Wapień ma średnią gęstość, nie zapada się pod wpływem obciążeń udarowych, jest odporny na ścieranie, agresywne środowisko kwaśne i sole. Zawiera małe puste przestrzenie powstałe w wyniku wypłukiwania skał.

Wapień ma kolor szary na przemian z ciemnoszarym. Krystaliczne minerały pochodzenia organogennego zawierają dolomit (2-25%), ziarna glaukonitu (do 20%), fosforany (2-3%), ziarna związku krzemianowego (kwarc).

Ze względu na zewnętrzne podobieństwo wapień jest często mylony z marmurem. Różnica między rasami polega na formie ich formacji. Na przykład czarny marmur Portoro, z którego wykonane są rzeźby, jest skałą osadową. Struktura wapienia różni się od marmuru.

Tworzenie się marmuru następuje w procesie przemian metamorficznych i rekrystalizacji skały. Nie zawiera śladów skamieniałości.

Jeśli proces transformacji nie zostanie zakończony, powstanie marmurkowy wapień. To właśnie ta skała zawiera wtrącenia białego kalcytu biohermów (korali), muszle i fragmenty szkieletów innych mieszkańców morza.

Petrograficzna i mineralogiczna definicja skały to „wapień marmurkowy”. W literaturze z zakresu geologii inżynierskiej, w części poświęconej klasyfikacji typów skał, niecałkowicie przetworzony wapień nazywa się marmurem.

Wapień dolomityzowany to szara i ciemnoszara skała osadowa, której skład tworzą kalcyt i dolomit. Skład mineralny utworów tworzą wtrącenia gipsu, anhydrytu i krzemu, skalenie, piryt, glina i relikty flory (sinice).

Wytrzymałość wapienia zawierającego węglan magnezu (około 40%) poddanego ściskaniu wynosi 400-1300 kgf / cm², twardość dolomitów w skali Mohsa wynosi 3,5-4,5.

Główne obszary, na których używany jest wapień

Przez cały okres swojego istnienia ludzie dogłębnie poznawali właściwości tego naturalnego daru i nauczyli się go wykorzystywać z maksymalnymi korzyściami. Oto główne obszary działalności człowieka, w których wapień jest ważnym materiałem:

• Budowa. Odmiany kamienia przydają się tutaj we wszystkim: przy budowie stabilnych wieżowców, okładzinach elewacji i nawierzchniach chodnikowych.
• Projektowanie krajobrazu i architektura. Łatwość obróbki i walory dekoracyjne są wysoko cenione w tych obszarach, zwłaszcza jeśli chodzi o minerały warstwowe z charakterystycznym zwietrzałym reliefem.
• Produkcja materiałów wykończeniowych. Tutaj nacisk kładzie się nie na dekoracyjność, ale na organiczne pochodzenie kamienia.
• Skały kredowe są wykorzystywane do produkcji kredek, kompozycji proszków do zębów oraz do produkcji drogiego papieru wysokiej jakości.
• Produkcja kabli nie jest kompletna bez pokrycia elektrod spawalniczych związkami wapiennymi.
• Przemysł drukarski szeroko wykorzystuje wapień litograficzny do tworzenia wysoce artystycznych rycin.
• Robienie biżuterii. Doceniane są półprzezroczyste pastelowe wzory. Najlepsze kombinacje wzornicze i dekoracyjne uzyskuje się dzięki oprawom srebrnym i miedzioniklowym.

Właściwości i zastosowania wapienia

Minerał jest używany wszędzie, biorąc pod uwagę jego właściwości. Środowisko zewnętrzne wpływa na wytrzymałość wapienia. Materiały budowlane posłużą przez długi czas w suchym klimacie bez gwałtownych zmian temperatury. W przypadku długotrwałych opadów powierzchnia produktu nawilża i może ulec wypłukaniu. W przypadku nagłych mrozów mokre płyty zaczynają pękać.

Dlatego do zastosowań przemysłowych wapień podlega standaryzacji. Oznaczenie wskazuje wielkie litery nazwy i wielkości kamienia, procent tlenków pierwiastków śladowych.