Вапняк

Вапняк (а. limestone; н. Kalkstein; ф. calcaire; і. caliza) - осадова карбонатна гірська порода, що складається в основному з кальциту або кальцитових скелетних залишків організмів, рідко - з арагоніту.

Склад вапняку

Хімічний склад чистих вапняків близький до кальциту, де CaO 56% та CO₂ 44%. Вапняк у ряді випадків включає домішки глинистих мінералів, доломіту, кварцу, рідше гіпсу, піриту та органічних залишків, які визначають назву вапняків. Доломітизований вапняк містить від 4 до 17% MgO, мергелистий вапняк - від 6 до 21% SiO₂+R₂Про₃. Вапняк піщанистий і окремілий має домішки кварцу, опала та халцедону. Прийнято відображати в назві вапняків також переважна присутність органогенних залишків (мшанковий, водоростевий) або його структуру (кристалічний, згустковий, детритусовий), або форму породоутворюючих частинок (оолітовий, брекчієподібний).

Опис та види

За структурою виділяють вапняки кристалічний, органогенно-уламковий, уламково-кристалічний (змішаної структури) та натічний (травертин). Серед кристалічних вапняків за величиною зерен розрізняють крупно-, дрібно- і прихованокристалічний (афанітовий), по блиску на зламі - перекристалізований (мармуроподібний) і кавернозний (травертиновий). Кристалічний вапняк - масивний і щільний, слабопористий; травертиновий - кавернозний і сильнопористий.Серед органогенно-уламкового вапняку залежно від складу та величини частинок розрізняють: рифовий вапняк; черепашковий вапняк (черепашник), що складається переважно з цілих або подрібнених раковин, скріплених карбонатним, глинистим або іншим природним цементом; детритусовий вапняк, складений уламками раковин та іншими органогенними уламками, зцементованими кальцитовим цементом; водоростевий вапняк. До органогенно-уламкових вапняків відноситься і біла (т.зв. пишуча) крейда. Органогенно-уламкові вапняки характеризуються великою пористістю, малою об'ємною масою і легко обробляються (розпилюються та шліфуються). Уламково-кристалічний вапняк складається з карбонатного детриту різної форми та величини (грудочки, згустки та жовна тонкозернистого кальциту), з включенням окремих зерен та уламків різних порід і мінералів, лінз кремнів. Іноді вапняк складений оолітовими зернами, ядра яких представлені уламками кварцу та кременю. Характеризуються дрібними, різними формою порами, змінною об'ємною масою, малою міцністю і великим водопоглинанням. Натічний вапняк (травертин, вапняний туф) складається з натічного кальциту. Характеризується пористістю, малою об'ємною масою, легко обробляється та розпилюється.

Реклама

По макротекстурі та умовам залягання серед вапняків розрізняють масивні, горизонтально- і похилошарові, товсто- і тонкоплітчасті, кавернозні, тріщинуваті, плямисті, комкуваті, рифові, фунтикові, стилолітові, підводно-зсувні та ін. За походженням виділяють орган уламкові та змішані вапняки.Органогенні (біогенні) вапняки є скупчення карбонатних залишків або цілих скелетних форм морських, рідше прісноводних організмів, з невеликою домішкою переважно карбонатного цементу. Хемогенні вапняки виникають в результаті осадження вапна з наступною перекристалізацією карбонатної маси опадів, переважно з морської води (кристалічний вапняк) або від натіків з мінералізованих джерел (травертин). Уламкові вапняки утворюються в результаті роздроблення, змиву та перевідкладення кутасто-окатанних уламків карбонатних та інших порід і скелетних залишків, переважно в морських басейнах і на узбережжях. Вапняки змішаного походження є комплексом відкладень, що виникли в результаті послідовного або паралельного накладання різних процесів утворення карбонатних опадів.

Колір вапняків переважно білий, світло-сірий, жовтуватий; Присутність органічних, залізистих, марганцовистих та інших домішок обумовлює темно-сіру, чорну, буру, червоне і зелене забарвлення.

Вапняк - одна з найпоширеніших осадових гірських порід; вона складає різні форми рельєфу Землі. Поклади вапняків трапляються серед відкладень усіх геологічних систем - від докембрійських до четвертинної; найбільш інтенсивне утворення вапняків відбувалося в силурі, карбоні, юрі та верхній крейді; становлять 19-22% від усієї маси осадових порід. Потужність товщ вапняків надзвичайно мінлива: від перших сантиметрів (в окремих прошарках відкладень) до 5000 м-коду.

Властивості вапняку

Фізико-механічні властивості вапняків є надзвичайно неоднорідними, але мають пряму залежність від їх структури та текстури. Щільність вапняків 2700-2900 кг/м 3 коливається в залежності від вмісту домішок доломіту, кварцу та інших мінералів. Об'ємна маса вапняків змінюється від 800 кг/м 3 (у черепашників та травертину) до 2800 кг/м 3 (у кристалічних вапняків). Межа міцності при стисканні вапняків коливається від 0,4 МПа (для черепашника) до 300 МПа (для кристалічного та афанітового вапняку). У вологому стані міцність вапняків часто знижується. Більшість родовищ характерна наявність вапняків, не однорідних по міцності. Втрати на знос, стирання та дробність збільшуються, як правило, зі зменшенням об'ємної маси вапняків. Морозостійкість для кристалічних вапняків досягає 300-400 циклів, але різко змінюється у вапняків іншої структури і залежить від форми та зв'язку пір і тріщин у ньому. Оброблюваність вапняків має прямий зв'язок з їхньою структурою та текстурою. Черепашник і пористі вапняки легко розпилюються та обтісуються; кристалічні вапняки добре поліруються.

Застосування вапняку

Вапняк має універсальне застосування в промисловості, сільському господарстві та будівництві. У металургії вапняк є флюсом. У виробництві вапна і цементу вапняк - головний компонент. Вапняк використовується в хімічній та харчовій промисловості: як допоміжний матеріал у виробництві соди, карбіду кальцію, мінеральних добрив, скла, цукру, паперу.Застосовується при очищенні нафтопродуктів, сухій перегонці вугілля, у виготовленні фарб, замазок, гуми, пластмас, мила, ліків, мінеральної вати, для очищення тканин та обробки шкіри, вапнування ґрунтів.

Вапняк - найважливіший будівельний матеріал, з нього виготовляються облицювальні плити, стінові блоки, скульптурні та архітектурно-будівельні вироби, щебінь для виробництва бетону та асфальтобетону, залізничного баласту, основ та покриттів автодоріг, фільтрів гідроспоруд, як бутовий камінь для фундаментів, мощення відкосів та ін. Слаботріщинуватий м'який вапняк часто розпилюється на блоки безпосередньо з масиву за допомогою різних каменерізних машин. Такі вапняки (пильні вапняки) особливо цінні як будівельний матеріал.

Родовища вапняку

Родовища вапняку широко поширені в CCCP, особливо в Центральному економічному районі, на Північному Кавказі, Поволжі, Прибалтиці, Криму, Молдавській CCP, Азербайджанській CCP та ін.Найголовніші родовища, що розробляються в CCCP: Афанасьєвське (Московська область) - білий вапняк, що використовується для виробництва цементу; Барсуківське (Тульська область) - флюсовий вапняк; Гур'євське (Венівське) родовище (Тульська область) - щільний вапняк, що використовується для щебеню; Окницьке (Молдавська CCP) — черепашково-оолітовий вапняк для пиляльних стінових блоків; Бодракско-Альмінське (Крим) — м'який білий черепашковий пильний вапняк для виготовлення облицювальних та стінових матеріалів; Шахтахтинське (Азербайджанська CCP) - сірувато-жовтий і світло-коричневий пиляльний кавернозний травертиновий вапняк для облицювальних плит; Жетибайське (півострів Мангишлак, Казахський CCP) — рожевий, світло-сірий, cepo-жовтий пористий пилковий вапняк для облицювальних плит.

Історія вапняку та його застосування

Вапняк - природний камінь, що використовується в будівництві та оздобленні. На Русі його почали застосовувати із середини XII століття: з білого каменю майстри будували храми, палаци та житлові будинки. У ті часи саме з цієї причини Русь отримала назву білокам'яної держави.

Структура вапняку унікальна, вона має такі властивості:

Пори у вапняку займають майже третину від загального обсягу мінералу, але переваги натурального каменю не обмежуються лише цими показниками. Будівельники часто вибирали його через те, що він легко піддається обробці. Його легко можна розпиляти, обточити і надати потрібної форми.

Обробка білого каменю у минулі століття

У XII столітті вапняк видобувався найдоступнішим і найпростішим способом — ламким. Процес складався з кількох етапів:

1. За допомогою брухту вилучалися пласти породи.
2. Потім у них вбивалися металеві клини, що допомагало розколоти їх на шматки.
3. На останньому етапі камінь піднімався на поверхню шахти і його доставляли до місця будівництва.

Іноді камінь дома його видобутку розпилювали вручну на плити необхідного розміру. До місця призначення могли вирушати як готові, і необроблені плити.

Вапняк застосовували для:

• укладання фундаменту;
• будівництва стін;
• укладання декоративної плитки.

Невеликі шматки мінералу обпалювалися, внаслідок чого виходило вапно.

Обтісування каменю на місці будівництва також проводилося вручну. Щоб камінь набув потрібної форми, якась частина сколювалася спеціальним інструментом, а отриманий виріб шліфувався спеціальною чавунною гладилкою, піском або іншими пристроями для шліфування. У цьому етапі майстрами створювалися різні фігурні деталі будови. Різьблення по каменю вимагало від фахівця особливих навичок та досвіду.

Щоб виріб із каменю довше служив, його залишали сушитися під сонцем або в печі.

Видобуток вапняку в наш час

У Росії з ХХ століття вапняк почали видобувати за допомогою вибухів. Це швидкий метод, який позбавлений певних мінусів. Головний його недолік полягає в тому, що при вибуху вапняк поєднується з іншими породами. Пласти білого каменю дуже тонкі, далі йдуть шари глини та мергелю. Під сильним впливом вибухової хвилі всі породи поєднувалися, що уповільнювало процес видобутку мінералу.

Через складність видобутку знизилася активність використання вапняку у будівельній сфері та декоративному оздобленні. Також розвиток залізниць, якими будь-які природні камені доставлялися в усі куточки Росії, зменшило попит.Замість вапняку стали застосовувати граніт, мармур та інші натуральні породи, що видобуваються на Кавказі, Уралі, Україні. Тим не менш, у XXI столітті видобуток вапняку знову почав відроджуватися.

У майстернях з вапняку виготовляють, переважно, оздоблювальні матеріали. З їхньою допомогою досвідчені фахівці відновлюють пам'ятки старовини та історичні пам'ятки Росії. Завдяки новітнім технологіям обробки каменю, майстри можуть виконувати різьблення будь-якої складності.

Нині у Росії розробляються нові родовища вапняку. У різних регіонах трапляються різні відтінки мінералу. Це може бути білий камінь або мінерал з благородним жовтуватим відтінком. Купити вапняк у Росії можна не лише вітчизняного, а й зарубіжного виробництва. Затребуваною є порода, яка привезена з Італії та інших європейських країн.

Вапняк

Вапняк – популярний у будівництві камінь, що підходить для зведення стін, оздоблення фасадів, створення декоративних елементів та малих архітектурних форм.

Історія вапняку в архітектурі, будівництві та архітектурі обчислюється тисячоліттями. Відомо, що на території сучасної Туреччини люди будували будинки з вапняку ще 14 тисяч років тому. Піраміда Хеопса в Єгипті, Стіна Плачу в Єрусалимі, місто Пальміра в Сирії – це вапняк. При будівництві Великої Китайської стіни використовувався вапняний розчин, у Стародавньому Римі з каменю навчилися робити мозаїку.

Що таке вапняк

Вапняк це осадова порода, в ході утворення якої формується пористий камінь різної щільності та відтінку з великою кількістю у складі кальцитів (вапняних шпатів).У структуру матеріалу також входять інші мінерали, які знижують його пористість та підвищують міцність. Вапняки відкладаються переважно в солоних морських басейнах, рідше – при випаровуванні лагун та озер. Колір вапняків переважно світло-сірий, бежевий, жовтуватий. Присутність органічних, залізистих, марганцовистих та інших домішок обумовлює темно-сіру, буру, червону та зеленувате забарвлення.

Як правило, походження вапняку пов'язане з життєдіяльністю організмів, які виділяють із солоної води карбонат кальцію для формування скелетів та раковин. Рідше матеріал має хемогенне походження. Осідання породи триває мільйони років (сучасні пласти залишилися після висихання стародавніх морів). Потужність товщ вапнякових відкладень кардинально відрізняється: від кількох сантиметрів до п'яти кілометрів. Чим менший вік відкладень, тим пухкішими виходять породи.

Види вапняків

За структурою камінь поділяється на такі види:

• Кристалічний - Щільний мінерал, за своєю структурою близький до мармуру. Добре полірується за рахунок дрібних пір, морозостійкий.
• Органогенно-уламковий – це всім відомий черепашник, що складається із залишків морських організмів. Добре обробляється (пилиться, обтісається), має велику пористість. До цього виду також відносять рифовий вапняк, вкрай багатий на залишки морської фауни, і звичайна крейда – слабосцементовану карбонатну породу (фактично затверділий мул теплих морів).
• Уламково-кристалічний – органогенний детрит, утворений із фрагментів рослин, раковин та скелетів тварин. Незважаючи на дрібні пори, має малу міцність та високий ступінь водопоглинання.
• Натічний (вапняний туф) – формується у стоячих та проточних підземних водоймах із нерозчинної солі, яка під тиском ущільнюється. Камінь зі стоячих водойм більш щільний, з проточних - пористий і крихкий.

За походженням камінь поділяється на:

• Біогенний - Це відкладення карбонатних залишків морських організмів з невеликою часткою карбонатного цементу.
• Хемогенний - утворюється в солоній воді або підземних джерелах (той самий туф) шляхом осадження вапна.
• Уламковий - утворюється з незграбно-окатаних уламків вапнякових порід у ході їх роздроблення та змиву.
• Змішаний - Наслідок одночасного протікання декількох процесів, в ході яких формуються карбонатні матеріали.

Під впливом високих температур та тисків вапняна порода поступово ущільнюється і стає твердішою, а її зернистість зменшується. В результаті виходить мармур – по суті, метаморфізований вапняк із щільною кристалічною структурою. Різкого фазового переходу не відбувається, мармур формується поступово, тому в природі зустрічаються проміжні варіанти (наприклад, мармурований вапняк, одночасно щільний і легко піддається різанні).

Властивості вапняку

Властивості каменю різняться залежно від джерела походження і залежать від структури матеріалу. Навіть в одному родовищі можуть зустрічатися поклади з різною густиною, об'ємною масою та міцністю. Більш щільні кристалічні породи добре поліруються, пористі (наприклад, черепашник) – легко пиляються та обтісаються.

Фізичні характеристики матеріалу:

• Щільність – 2700-2900 кг/м³.
• Об'ємна маса – від 800 кг/м³ (черепашник) до 2800 кг/м³ (мармурізовані породи).
• Твердість за шкалою Моос – 3.
• Межа міцності при стисканні – від 0,4 МПа (черепашник) до 300 МПа (кристалічний).

Основа вапняку – карбонат кальцію (50-95%). Решта – це кварц, доломіт, польовий шпат та інші мінерали (5-50%). Саме через наявність у складі мінералів камінь має різні відтінки. Колір вапняку переважно білий, але у природі в достатку зустрічаються породи світло-сірого, світло-жовтого, червоного, зеленого, бурого відтінку. Існує навіть чорний вапняк - у його складі в достатку присутні нафтопродукти. Загалом камінь відомий м'якими, пастельними тонами та ненав'язливими поєднаннями кольорів.

Фізично та хімічно камінь-вапняк не надто стійкий. Він розчиняється у воді (нехай і повільно), тому при використанні каменю в обробних роботах він обробляється водовідштовхуючими складами. Особливо вразливий мінерал до впливу кислот (зокрема, оцтової, сірчаної, соляної), причому реакція протікає бурхливо та швидко, з утворенням вуглекислого газу. У природних умовах це може призвести до утворення карстових порожнин, часто значних розмірів. Морозостійкість каменю істотно змінюється залежно від пористості та наявності тріщин. Найбільшу морозостійкість (до 400 циклів) мають мармурові породи із щільною кристалічною структурою.

Видобуток вапняку

У Росії мінерал видобувається і розробляється переважно у вигляді буровибухових робіт (БВР). Попередньо проводяться розкривні роботи – верхній шар ґрунту знімається за допомогою бульдозера та надалі використовується для рекультивації. У твердому шарі вапняної породи буряться шурфи глибиною до 24 метрів, у них закладаються промислові вибухові матеріали та детонатори (тротилові шашки).Для одного підриву зазвичай потрібно 2-3 десятки свердловин і близько 5 тонн вибухівки. Свердловини вибухають не одночасно, а із затримкою у частки секунди.

Існує альтернативна європейська технологія видобутку вапняку під назвою Rip&Load (розпушування та навантаження), що дозволяє працювати без застосування БВР. Масив забою руйнується за допомогою спеціального розпушувача на важкому екскаваторі, після чого оператор не виходячи з кабіни змінює розпушувач на ківш і вантажить зруйновану гірську масу в самоскид. Далі операція повторюється. Перевага такої технології – селективна виїмка вапняної породи у родовищах із шаруватою структурою. В обох випадках використовується важка промислова техніка. Наприклад, експлуатаційна маса екскаваторів у кар'єрах може досягати 240 тонн, а їхня продуктивність – 800 т/год.

Уламки породи, що утворилися, вантажаться важким екскаватором в кар'єрні самоскиди і вивозяться на дробильно-збагачувальну фабрику (ДОФ). В результаті чаша кар'єру переміщається у бік вапняних порід, а вироблений простір поступово засипається відсіванням та розкривними породами.

На дробильно-збагачувальній фабриці вапняк послідовно піддається великому, середньому та дрібному дробленню. Дрібні частки каменю (до 1 см) вивозяться назад у кар'єр. Готовий продукт (дроблений камінь) вантажиться в залізничні вагони або автотранспорт і відправляється споживачам. У місцях малих покладів вапняк просто пиляють прямокутники потрібних розмірів і вивозять вантажівками на завод.

У Росії її основні родовища мінералу перебувають у Московської та Тульської області.У Тулі (крім звичайного) видобувається цінний мармурований вапняк, у Підмосков'ї – рідкісну породу кремового відтінку. Вапняк зустрічається практично в будь-якому регіоні Землі, а деякі кар'єри використовуються протягом тисяч років.

Використання вапняку

Вапняк - універсальний матеріал, що знайшов застосування у виробництві, сільському господарстві, будівництві, дизайні приміщень. Сфера застосування каменю відрізняється залежно від його походження, фізичних показників, складу. Основні галузі використання вапняного каменю:

• Будівництво. Міцності деяких сортів вапняку вистачає, щоб зводити з них малоповерхові будинки, але в більшості випадків матеріал використовується як облицювання. З нього виготовляють стінові панелі, облицювальні плити, декоративні елементи – колони, пілястри, барельєфи. Камінь дрібних фракцій використовують як щебеню при виробництві бетону, великих – для облаштування основ автомобільних доріг та гідротехнічних споруд. Побутовий камінь (великі уламки розміром до 500 мм) підходить для фундаментних робіт.
• Оздоблення та облицювання. Вапняк - популярний фасадний матеріал, який добре протистоїть російським кліматичним умовам. Тонкі зрізи зносостійкого каменю – готовий матеріал для укладання садових доріжок та тротуарів.
• Дизайн приміщень. Мармурізований вапняк рідкісних відтінків використовується для обробки стін, сходів, підлоги, виготовлення кухонних стільниць, підвіконь, барних стійок. Камінь вишуканих кольорів підходить для створення камінних порталів, журнальних столиків, декоративних колон. Серед дизайнерів особливо цінується шаруватий камінь з яскраво-вираженим рельєфом.
• Виробництво оздоблювальних матеріалів. На основі вапняку роблять білила, фарбу, шпаклівку.
• Виготовлення цементу. Карбонатні компоненти у сировинній суміші при виробництві цементу можуть досягати 80% від загального обсягу сировини. Поряд із вапняком до цементу додають глину, шлак, коригувальні добавки.
• Хімічна промисловість. Матеріал використовується у технологіях виробництва пластику, гуми, фармацевтичних препаратів.
• Виробництво цукру, скла, соди. Тут мінерал використовується як додаткова сировина. Наприклад, у виробництві цукру використовується вапно, одержуване шляхом випалу карбонатних порід.
• Металургія. Вапняк - незамінний компонент при виплавці металів. Вапняковий флюс знижує температуру плавлення та полегшує відділення металу від порожньої породи. Використовується з рудами, багатими на кремнезем і глинозем.

Крім цього, вапняк активно використовується як компонент зубних паст і кремів для взуття, у виробництві фільтрів та мінеральних добрив. Мінерал також застосовується у виробництві паперу – з однієї тонни матеріалу можна отримати близько 800 кг готової продукції. Деякі види вапняку застосовуються у виробництві абразивних матеріалів для тонкого шліфування, а в сільському господарстві його використовують як мінеральну добавку для худоби та птиці.

Вапняк важливий не тільки для обробки будівель та інтер'єрів. Він є незамінним у створенні цементу, а також знаходить застосування в інших галузях промисловості, таких як очищення цукру, виробництво скла. Коли вапняк нагрітий, він використовується у виробництві заліза та сталі, а також глинозему та магнезії. Також вапняк допомагає очистити питну воду. Фермери часто використовують добрива, що містить подрібнений вапняк на зернових культурах.Вапняк у суміші - джерело поживних речовин та нейтралізатор кислотності ґрунту. Порошкоподібний вапняк використовується для видалення домішок з литих металів. Вапняк використовується як наповнювач у безлічі виробів, включаючи папір, пластмасу та фарбу. Найчистіший вапняк навіть використовується в продуктах харчування та ліках, таких як таблетки кальцію та пластівці для сніданку.

Вапняк в архітектурі та дизайні

Вапняк є дуже популярним матеріалом для будівництва та облицювання будівель. Підходить для облицювання фасаду, а також для створення декоративних елементів екстер'єру – барельєфів, колон та пілястр, кронштейнів. Область дизайнерських рішень для інтер'єру досить широка: виготовлення колон, арок, камінних порталів, оздоблення вапняком підлог та стін, дверних та віконних отворів. Деякі види вапняку підходять для приміщень з підвищеною вологістю (ванна кімната, басейни).

У ландшафтному дизайні вапняк використовується при оформленні доріжок, терас, декоративних стін, огорож та споруд альпійських гірок (зберігає тепло, пропускає воду та повітря, нормалізує ґрунтовий склад).

У нашій країні популярні вітчизняні вапняки, Іспанські вапняки та Німецькі мармурові вапняки. Завдяки відносно низькій ціні (порівняно з іншими натуральними каменями) та стійкістю до перепадів температур (кількість циклів зима/літо) вапняк є найпопулярнішим матеріалом для оздоблення фасадів житлових комплексів та комерційних будівель та споруд.

Найпопулярніші вапняки:

Фотографії вапняку

Нижче ви можете переглянути кілька фотографій вапняку в різному застосуванні. Фасади, оздоблення стін, мощення та ін.