Kamen u građevinarstvu

Upotreba kamena obeležila je početak i razvoj ljudskog društva. Smatra se da čovečanstvo počinje svoj vek pojavom oruđa. Do prvog velikog pomaka dolazi kada je usavršeno tesanje kremena. Zatim, kada je otkrivena zemljoradnja, čovek počinje da koristi, težeći da se što bolje zaštiti u svom boravištu, pored drvene građe i gline, i kamen. Od tada upotreba kamena u građevinarstvu ne prestaje. Iako su ga beton i armirani beton u velikoj meri zamenili, još uvek kod mnogih naroda on ostaje simbol gradnje.

VRSTE STENA

Kamen se dobija od raznih vrsta stena. Po postanku stene se dele na:

1. magmatske
2. sedimentne
3. metamorfne

1) Magmatske ili endogene stene stvarane su u unutrašnjosti zemlje, u zonama sa povišenom temperaturom. One su, uglavnom, sastavljene od više iskristalisanih minerala. Različite vrste ne sadrže iste minerale, niti u istoj srazmeri. Prema mineralnom sastavu dele se na:

• kisele
• intermedijarne
• bazične
• ultrabazične

Od načina stvaranja zavisi struktura stene. Nju čine raspored, oblik i relativne dimenzije određene stene. Kod dubinskih stena stuktura je zrnasta, dok je kod izlivnih porfirska.

Tabela: Neke osobine glavnih predstavnika pojedinih grupa magmatskih stena

2) Sedimentne ili taložne stene su one stene koje nastaju u procesu taloženja odnosno sedimentacije.

Prema načinu postanka sedimentne stene se dele na:

• mehaničke ili klastične – nastaju taloženjem čvrstih fragmenata
• hemijske – nastale taloženjem iz hemijskih rastvora
• organogene ili biogene – formirane taloženjem nerastvornih organskih ostataka

Posebnu kategoriju predstavljaju stene nastale taloženjem vulkanoklastičnog materijala – vulkanoklastične.

U poslednjoj fazi procesa stvaranja sedimentnih stena, dijagenezi (litifikaciji, okamenjavanju) od rastresitih, nastaju čvrste stene. Sam proces dijageneze može da traje dosta dugo, tako da danas nalazimo sedimentne stene različitog stepena vezivanja.

Prema stepenu dijageneze klastične sedimentne stene se dele na:

U okviru hemijskih i organogenih sedimentnih stena preovlađuju krečnjaci. Mogu graditi čitave formacije, mogu biti slojeviti i masivni. Izgrađeni su od kalcijum-karbonata, ali skoro redovno sadrže primese. Magnezijski krečnjaci su tzv. dolomitični krečnjaci koji u zavisnosti od sadržine magnezijum-karbonata mogu da pređu u dolomite. Krečnjaci koji sadrže glinu prelaze u lapore. Stari, prekristalisali, tvrdi krečnjaci jesu mermeri.

Tabela: Neke osobine kamena sedimentnih stena

3) Metamorfne stene nastaju preobražajem sedimentnih odnosno magmatskih stena pod uticajem pritiska i temperature. Sastav, struktura, fizička i mehanička svojstva metamorfnih stena zavise od svojstava polazne stenske mase čijom su transformacijom nastali. Često se pri metamorfozi dobijaju stenski materijali veće gustine.

Na osnovu teksture metamorfne stene se dele na:

• masivne (mermer i kvarciti)
• kristalasti škriljci (argilošisti, škriljci i gnajsevi)

DOBIJANJE KAMENA

Građevinski kamen se dobija iz stenske mase primenom različitih postupaka. Eksploatacija kamena vrši se u kamenolomima - majdanima korišćenjem specifičnih rudarskih metoda. Pri eksploataciji kamena najčešće se prvo miniranjem odlamaju krupni komadi stena, a zatim se ovi komadi režu, cepaju, lome ili melju sitnije komade u zavisnosti od namene. Ako se zahteva kamen bez pukotina onda se isključuje miniranje i eksploatacija se vrši rezanjem ili cepanjem pomoću klinova.

Obrada kamena može biti vrlo raznovrsna i sastoji se od:

• usitnjavanja komada stena
• usitnjavanja komada stena uz istovremenu posebnu obradu pojednih površina

Kamen se može obrađivati na sledeće načine:

• tesanjem
• rezanjem
• glačanjem
• poliranjem

Kamenolomi u u kojima se vrši eksploatacija kamena mogu biti privremeni ili stalni. Privremeni majdani se otvaraju radi dobijanja materijala kad se grade velike brana, pruge, putevi, veći kompleksi zgrada i sl. Oni treba da su blizu objektu koji se gradi. Stalni kamenolomi jesu oni kod kojih postoje velike rezerve kvalitetnog kamena, što omogućava dugogodišnju eksploataciju i mogućnost primene mehanizovanog načina vađenja kamena.

PODELA KAMENA PREMA PRIMENI

U zavisnosti od oblasti primene, kamen se deli na dve osnovne grupe:

1. tehnički kamen
2. arhitektonski kamen

Tehnički kamen

Pod tehničkim kamenom podrazumeva se kamen koji se upotrebljava kao konstruktivni materijal u neobrađenom ili obrađenom stanju, ili kao agregat u građevinarstvu.

Prema stepenu obrade tehnički kamen može se podeliti na:

1. neoblikovan kamen
2. oblikovan kamen

Neoblikovan tehnički kamen

Pod neoblikovanim kamenom podrazumeva se kamen koji se dobija razbijanjem čvrstih stena na komade različitog nepravilnog oblika i različite krupnoće. U ovu grupu spadaju:

• lomljeni kamen
• drobljeni kamen
• mleveni kamen

Lomljeni kamen se najčešće koristi kao kamen za zidanje, i može biti:

• običan kamen
• pločast kamen
• doteran kamen

Drobljeni kamen dobija se od običnog lomljenog kamena koji se drobi u različitim drobilicama. Mleveni kamen se dobija daljim usitnjavanjem drobljenog kamena u naročitim mlinovima do čestica veličine maksimalno 15mm. To je kamena sitnež ili kameno brašno. Posle drobljenja i mlevenja dobijeni materijal se prosejava i izdvaja po krupnoći zrna. Tako se dobijaju: tucanik, split, grus, pesak, griz, brašno i filer.

Oblikovan tehnički kamen

Pod oblikovanim (obrađenim) kamenom podrazumeva se kamen koji se dobija cepanjem ili sečenjem čvrstih stena na komade pravilnog oblika. Zavisno od namene, kamen se obrađuje: tesanjem, glačanjem, brušenjem, poliranjem, štokovanjem i sl. Deli se na:

• Polutesan kamen - kamen koji je dletom i čekićem doteran u približno paralelopipedan ili neki drugi pravilan geometrijski oblik ravnih naležnih i dodirnih površine, minimum 20cm širine. Upotrebljava se za razne konstrukcije koje treba da prime veća opterećenja tj. za izradu obloga mostova, tunela, kanala itd.
• Tesan (cepan) kamen ili tesanik - potpuno pravilno oblikovan paralelopiped ručnim ili mašinskim alatom, tesanjem ili rezanjem, sve ivice su mu prave, oštre i upravne jedna na drugu, a površine potpuno ravne. U pojedinim slučajevima lice ovog kamena može biti specijalno obrađeno u dekorativne svrhe. U grupu tesanog kamena spadaju: krupne kocke, sitne kocke, kocke za mozaike, prizme, ivičnjaci i ploče za trotoare. Ovi proizvodi koriste se za popločavanje kolovoza, trotoara, industrijskih hala itd. Od stena od kojih su isečeni, zahteva se da imaju veliku otpornost na habanje, zadovoljavajuću otpornost na udar (naročito na mestu ivica), veliku postojanost na dejstvo mraza i atmosferilija
• Naročito obrađen kamen - upotrebljava se za izradu dekorativnih elemenata kao što su: stepeništa, ograde, specijalne vrste fasada, svodova i kupola itd. Obrada ovog kamena vrši se ozrnjavljenjem, glačanjem i poliranjem i spada u domen kamenorezaca, pa čak i vajara. Naročito obrađen kamen radi se od čvrstog, žilavog, jedrog i sitnozrnog kamena, a najčešće od mermera.

Arhitektonski kamen

Pod arhitektonskim (ukrasnim) kamenom podrazumeva se kamen koji u građevinskim konstrukcijama ima dekorativnu i zaštitnu ulogu. Koristi se u u obliku ploča za oblaganje fasada i unutrašnjih površina zidova i za izradu stepeništa i podova. Deli se na:

• kamen za spoljašnju primenu
• kamen za unutrašnju primenu.

Za spoljašnju upotebu koriste se sve vrste kamena koje su postojane na uticaje atmosferilija, dok se za ukrasni kamen za unutrašnju primenu zahteva samo dobra vizuelna karakteristika. Kada se ukrasni kamen koristi za izradu stepeništa i podova, mora imati dobru otpornost na habanje. Kod primene ukrasnog kamena razvijena je posebna klasifikacija čvrstih stena, tzv. komercijalna ili trgovačka klasifikacija, koja sve kamene materijale razvrstava u 4 grupe:

• mermeri
• graniti
• travertini
• kamen

Ova klasifikacija izvršena je na osnovu sposobnosti kamena za glačanje, tvrdoće, minerala i teksture.

Pod mermerom, u smislu ove klasifikacije, podrazumeva se kompaktna kristalna stena. To je najrasprostranjenija grupa arhitektonskog kamena. Zahvaljujuci svojoj priirodnoj lepoti, velikoj reznolikosti boja, lakoj obradi i visokom sjaju, mermer je najzahvalniji građevinski materijal za oblaganje enterijera. U mermere se ubrajaju:

• pravi mermeri
• krečnjaci
• dolomiti
• krečnjačke breče
• mermerni oniksi
• serpentiniti itd

Graniti predstavljaju kompaktne kristalne stene, koje se mogu uglačati i izrađene su pretežno od minerala tvrdoće 6-7 po Mosovoj skali. Oni su zahvaljujući svojoj velikoj tvrdoći, kompaktnosti, žilavosti sve više prisutni u građevinarstvu i to za oblaganje fasada, podova i svih ostalih prostora koji su izloženi velikom prometu ljudi i tehnike.U granite se ubrajaju:

• pravi graniti
• dioriti
• sijeniti
• gabro
• porfiri
• gnajsevi, itd.

Travertin se definiše kao hemijska sedimentna stena, kalcijum-karbonatnog sastava, sa karakterističnom šupljikavom teksturom. Zbog šupljikaste građe im je neophodan dodatni premaz da bi dobili svoj pravi dekorativni izgled.

Kamen predstavlja stenu za građenje ili dekoraciju, koja se po pravilu ne može glačati. Ovoj kategoriji propadaju stene najrazličitijeg mineralnog sastava, koje ne pripadaju prethodnim grupama. Dele se na:

• mekane ili malo kompaktne stene (peščari sa karbonatnim vezivom, tufovi, itd) i
• tvrde ili kompaktne stene (kvarciti, gnajsevi, mikašisti, itd.)

Veštački ili liveni kamen se koristi kao materijal za oblaganje površina kod kojih se postiže imitacija lomljenog kamena. Sama površina može biti glatka, polirana ili reljefna, obojena ili neobojena. Najčešće se koristi za oblaganje podova, stepeništa,i parapetnih zidova.

UPOTREBA KAMENA

Za mostove se koristi kamen koji je postojan u vodi i na mrazu, bez naprslina i pora. Kamen korišćen u hidrogradnji ima stalni ili povremeni kontakt sa vodom (akumulacije, utvrde obala, gatovi, regulacija bujica), te mora biti svež i dobrog kvaliteta. Koriste se sveže magmatske stene, gnajsevi neizražene škriljavosti, masivni amfiboliti, krečnjaci i mermeri, jedri peščari itd.

Kod izrade saobraćajnica, puteva i železnica, kao i kod izrade nasutih brana od kamena, kameni materijal treba da je jedar, dobre čvrstoće, kompaktne građe, elastičan postojan na habanje i otporan na dejstvo mraza. Takvi su krečnjaci, dolomiti, efuzivi, granitoidi, mermeri, amfiboliti, šljunak, pesak. Za železničke pruge se koriste uglavnom dijabaz i amfibolit dok je krečnjak mnogo manje poželjan.

U visokogradnji se koriste razne vrste kamena. U zavisnosti od uslova koje treba zadovoljiti, odnosno od mesta primene na objektu primenjuje se određena vrsta kamena. Kamen za zidanje i dekoraciju zgrada treba da je otporan na uticaj atmosferalija, na dejstvo mraza, na agresivne uticaje, kao i da ima potrebnu čvrstoću pri pritisku.

Tehnički kamen za zidanje iznad površine terena može se koristi od peščara, krečnjaka, tufova i sl. Kamen kojim se zidaju temeljni zidovi mora biti kompaktan. Za tu namenu može se koristiti: granit, sijenit, diorit, gabro, bazalt, kvarcit itd.

Stepeništa se mogu raditi od: granita, diorita, porfira, peščara, mermera itd. Kao dekorativan kamen koristi se: granit, sijenit, diorit, mermer, travertin i dr. U enterijeru se mogu koristiti: mermeri, serpentin, alabaster, breče, konglomerati, tufovi i dr. Kamen za popločavanje enterijera može biti krečnjak, mermer, peščar i dr.

Za pločnike i gradske trgove treba da je otporan na habanje, postojan na mrazu, da ima odgovarajuću čvrstoću, te se mogu koristiti: granit, gabro, sijenit, peščar i dr.

ZAŠTITA KAMENA

Kamen je, kao i u prirodi, u objektima izložen delovanju agresivnih uticaja koji uzrokuju njegovo postepeno razaranje. Uopšteno, promene na kamenu mogu se svrstati u sledeće grupe:

• prelomi i deformacije
• odvajanje
• materijalni gubici
• hromatske promene i naslage
• biološka kolonizacija

Da bi se smanjila površinska poroznost kamena i otklonilo prisustvo vode i vlage treba preduzeti mere predostrožnosti. Treba koristiti termički stabilan kamen, homogenog sastava i koeficijenata linearnog termičkog širenja.

Mere zaštite kamena mogu se podeliti u dve osnovne grupe:

• konstruktivne mere
• mere neposredne zaštite

Konstruktivnim merama se onemogućava pristup vode do kamena, odnosno omogućava njeno brzo odvođenje ako voda ipak stigne do njega.

Mere neposredne zaštite odnose se na premazivanje površine kamena određenim zaštitnim sredstvima. Kamen se može štititi različitim vrstama bitumenskih premaza ukoliko estetski izgled kamena nije važan. Kada treba sačuvati prirodan izgled kamena, koriste se silikonski premazi. Oni su bezbojni i hidrofobni i odbijaju vodu sa površine kamena. Nedostatak ovih premaza je kratak vek trajanja. Osim silikonskih premaza, kao zaštita kamena može se koristiti vruće laneno ulje. Tim postupkom se kod krečnjaka i travertina, osim zaštite ističu i boja i šare kamena. Vosak, parafin i drugi materijali za zatvaranje pora mogu poslužiti kao zaštita kamena, ali prethodno treba proveriti da li se kamen raspada zbog skrame koja ne propušta vazduh.