Roches

Pierre concassée - Le héros minéral méconnu



C'est la marchandise géologique sur laquelle presque tout est construit.

Plusieurs types de pierre concassée: La pierre concassée n'est pas un «produit standardisé». Il est fabriqué en extrayant l'un des nombreux types de roches comme le calcaire, le granit, la roche-piège, la scorie, le basalte, la dolomite ou le grès; écraser la roche; puis tamiser la roche concassée à des tailles qui conviennent à l'utilisation finale prévue. L'utilisation prévue dicte également le ou les types de roches à utiliser.

Pierre concassée: le héros minéral méconnu: La pierre concassée est souvent considérée comme l'un des produits les plus bas, mais elle est utilisée à des fins si diverses dans tant d'industries qu'elle devrait être élevée à une position de distinction. C'est la marchandise géologique sur laquelle presque tout est construit. Le nuage de mots Wordle ci-dessus montre seulement quelques-uns de sa diversité d'utilisations.
"Unsung Mineral Hero" est une citation de feu Dewey Kirstein, géologue économique et l'un des premiers superviseurs de l'auteur. 7

Le produit minéral le plus élémentaire

La pierre concassée est le produit minéral le plus fondamental au monde. Il est abondant, largement disponible et peu coûteux. C'est un matériau que les gens connaissent dans presque toutes les régions du monde.

En 2017, les États-Unis ont produit un total d'environ 1,33 milliard de tonnes de pierre concassée 1. Cela représente en moyenne environ quatre tonnes de pierre concassée pour chaque citoyen. La plupart des gens ont du mal à imaginer comment quatre tonnes de pierre concassée ont été utilisées l'année dernière à leur profit. Cela représente une vingtaine de livres de pierre concassée par personne et par jour pendant toute l'année.

La plupart des pierres concassées sont utilisées dans la construction de routes et de bâtiments. Lors de la construction d'une route bitumineuse à deux voies, environ 25 000 tonnes de pierre concassée sont utilisées par mille. Dans la construction d'un petit lotissement résidentiel, environ 300 tonnes de pierre concassée sont utilisées par maison 2. De nombreuses autres utilisations de la pierre concassée sont visibles dans le nuage de mots sur cette page. Une liste plus grande est incluse dans le tableau en bas de la page.

Types de roches utilisées pour fabriquer la pierre concassée: Quantité approximative de différents types de roches utilisées pour fabriquer de la pierre concassée aux États-Unis au cours de l'année civile 2017, lorsque la production annuelle totale était d'environ 1,33 milliard de tonnes métriques de pierre. Données du United States Geological Survey (USGS) 1.

Types de roches utilisées pour la pierre concassée

De nombreux types de roches différents sont utilisés pour fabriquer de la pierre concassée. Les types utilisés pour fabriquer de la pierre concassée aux États-Unis en 2017 sont les suivants: calcaire, granit, roche-piège, grès, quartzite, dolomite, cendres volcaniques et scories, marbre, ardoise, dacite, coquille et marne calcaire 1. Leur parent l'importance est indiquée dans le graphique circulaire sur cette page. Chacun de ces types de roches convient à un certain nombre d'utilisations et ne convient pas à d'autres. Une brève description des roches les plus importantes pour la pierre concassée est fournie ci-dessous.

Calcaire

Calcaire: Calcaire concassé de différentes tailles de particules, en haut à gauche dans le sens des aiguilles d'une montre: granulats grossiers, calcaire concassé, calcaire miné et fines de calcaire.

Le calcaire est une roche composée de carbonate de calcium (CaCO3). C'est le type de roche le plus couramment utilisé pour fabriquer de la pierre concassée aux États-Unis. Il occupe cette position car il est largement disponible et adapté à une plus grande diversité d'utilisations que tout autre type de roche.

Le calcaire peut être utilisé pour fabriquer du ciment. C'est l'ingrédient principal du béton. Il est utilisé comme matériau de base pour les autoroutes, les routes rurales, les bâtiments et la construction ferroviaire. Il est utilisé pour fabriquer de la chaux agricole et pour la neutralisation des acides dans l'industrie chimique. Il existe de nombreux produits fabriqués à partir ou en utilisant du calcaire qui consomment un petit volume de matériau. Ceux-ci incluent le gruau de volaille, le terrazzo, le verre, les absorbants de pollution atmosphérique, la poussière de sécurité des mines, les compléments alimentaires pour animaux, les cosmétiques, les compléments alimentaires et le flux de haut fourneau, le merlan, entre autres.

En plus de son aptitude à de nombreuses utilisations, le calcaire est également utilisé pour fabriquer de la pierre concassée car il se casse facilement et est plus doux que l'acier utilisé dans le matériel de concassage, la classification du matériel et les plates-formes de camion. Comparé aux roches plus dures comme le quartzite, le calcaire provoque beaucoup moins d'usure sur l'équipement avec lequel il entre en contact.

Par exemple, imaginez un camion chargé de 10 tonnes de quartzite concassé. Chaque morceau de quartzite qui est en contact avec le lit et les côtés du lit du camion aura des pointes et des bords tranchants. Il aura également la pression de toute la roche dans la charge ci-dessus qui lui sera appliquée. Lorsque le conducteur soulève le lit pour décharger la charge, chaque morceau de quartzite en contact avec le lit du camion creusera une rainure dans le métal en glissant hors du hayon du camion. Le lit du camion deviendra plus mince à chaque chargement de roche déversé. Les propriétaires de camions ne seront pas satisfaits lorsqu'ils doivent réparer ou remplacer leurs camions après une courte période d'utilisation. Une usure similaire se produira sur l'équipement de concassage, les tamis et chaque pièce d'équipement qui entre en contact avec la pierre. Vous savez maintenant pourquoi les sociétés minières préfèrent extraire du calcaire plutôt que du quartzite.

Dolomite et calcaire dolomitique

La dolomite (AKA "dolostone") et le calcaire sont des roches très similaires. La dolomite est un carbonate de calcium magnésium (CaMg (CO3)2), tandis que le calcaire est un carbonate de calcium (CaCO3). Le calcaire est plus efficace pour fabriquer du ciment et pour neutraliser les acides. La dolomite a une dureté Mohs de 4 par rapport au calcaire avec une dureté Mohs de 3. Cette différence de dureté rend la dolomite nettement plus durable lorsque la roche est soumise à l'abrasion.

La dolomite, le calcaire dolomitique et le calcaire ont des apparences similaires et se rencontrent souvent ensemble dans les unités rocheuses exploitées dans une seule carrière; cependant, ils sont rarement extraits en tant que produits séparés. Une quantité importante de la matière signalée comme «calcaire» dans le graphique à secteurs ci-dessus est en fait du calcaire dolomitique et de la dolomite.

La plupart des carrières vendent leur production sous forme de «calcaire», ce qui est acceptable pour les clients de l'industrie de la construction si la composition chimique de la roche n'est pas importante. Les clients intéressés par la roche pour la chimie, la neutralisation acide, le flux de hauts fourneaux ou à des fins agricoles exigeront probablement une roche qui a la composition chimique d'un calcaire très pur ou d'une dolomite très pure.

Granit et Trap Rock

Pierre concassée: Roches ignées broyées de toutes sortes, du haut à gauche dans le sens des aiguilles d'une montre: rocher piège, granit blanc, pierre de lave et granit rouge.

Le granit est le nom du profane utilisé pour toute roche ignée de couleur claire utilisée dans la construction. Le granit, la granodiorite, la diorite et la rhyolite sont quelques-unes des nombreuses roches ignées de couleur claire qui sont appelées "granit" dans l'industrie de la construction.

"Trap rock" est le nom d'un profane utilisé pour toute roche ignée de couleur foncée utilisée dans la construction. Le basalte, la péridotite, la diabase et le gabbro sont des exemples de roches pièges.

Le granit et la roche-piège sont les deuxième et troisième types de roches les plus couramment utilisés pour produire de la pierre concassée. Ils sont supérieurs au calcaire lorsqu'ils sont utilisés dans des eaux ou des sols acides et lorsqu'ils sont soumis à l'abrasion. Ils peuvent remplacer le calcaire comme agrégat de béton et lorsqu'un agrégat durable est nécessaire.

Certains géologues n'aiment pas la façon dont les gens de l'industrie de la pierre concassée utilisent le mot «granit». Cette industrie vend des millions de tonnes de «granit» par an et utilise le mot «granit» de cette façon depuis des générations. Ils ne changeront pas de terminologie pour satisfaire quelques géologues pointilleux.

Grès et Quartzite

Utilisations de la pierre concassée

Construction de routeMacadam
RiprapJetty Stone
Pierre filtranteAgrégat de béton
Agrégat bitumineuxBallast de chemin de fer
Sable de bétonBase de route dégradée
Revêtement de route non pavéTerrazzo
Béton agrégé exposéRemplir
Granules de toitureCalcaire agricole
Gruau de volailleCompléments alimentaires minéraux
CimentCitron vert
Dolomite brûlée morteFlux de haut fourneau
Pierre chimiquePierre de paysage
Fabrication de verreÉlimination de l'oxyde de soufre
Poussière de sécurité minièrePierre de traction
Neutralisation acideRemplisseuses d'asphalte
MerlanRemplisseurs et rallonges

Le grès et le quartzite sont composés principalement de quartz, un minéral très durable, mais chacun a ses inconvénients dans l'industrie de la construction qui limitent son utilisation. Le grès est généralement composé de grains de sable cimentés ensemble par des minéraux de calcite, d'argile ou de silicate qui se sont précipités entre les grains de sable. Le ciment ne remplit généralement pas complètement tous les vides entre les grains de sable, laissant une porosité qui se situe généralement entre 5 et 30%. Cet espace poreux permet à la roche d'absorber l'eau. Cette eau augmentera de volume jusqu'à 9% à chaque fois qu'elle gèle. Au cours de nombreux cycles de gel-dégel, les forces de cette expansion ont la capacité de déloger les grains et de briser la roche. C'est pourquoi le grès n'est pas populaire pour une utilisation à long terme dans les zones où les températures de congélation se produisent.

La quartzite est un grès qui s'est métamorphosé. Le processus de métamorphisme chauffe et comprime la roche et provoque souvent la soudure des grains de sable. Cela peut produire une roche extrêmement durable qui n'a généralement pas les problèmes de gel-dégel du grès. Le quartzite peut en fait être si durable qu'il est difficile à extraire, à manipuler et à transporter sur les chantiers de construction.

Le quartzite a une dureté de Mohs de 7, ce qui le rend plus difficile que les mâchoires du concasseur, les godets de chargeuse, les cribles de dimensionnement, les plates-formes de camion et tout autre équipement utilisé pour manipuler et traiter la pierre. En conséquence, il peut rapidement entraîner une usure très coûteuse sur l'équipement essentiel. Pour cette raison, certaines des roches les plus durables des États-Unis sont évitées pour la construction.

Références en pierre concassée
1 Pierre concassée: Jason Christopher Willett; Résumés des produits minéraux; United States Geological Survey; Janvier 2018.
2 Aperçu des granulats de pierre concassée: Division des ressources énergétiques, minérales et foncières; Département de la qualité de l'environnement de la Caroline du Nord; Article de site Web non daté consulté pour la dernière fois en septembre 2016.
3 Conseils sur la protection globale: Eric Mears, Haley & Aldrich, Inc. (auteur); Arizona Rock Products Association (commanditaire); 15 pages; Avril 2014.
4 Durabilité globale en Californie: John P. Clinkenbeard; Feuille de carte 52; California Geological Survey, Department of Conservation; 27 pages; 2012.
5 Base de données de cartes géologiques pour l'évaluation des ressources agrégées dans la région métropolitaine de Phoenix et les régions environnantes, Arizona: Philip A. Pearthree, Brian F. Gootee, Stephen M. Richard et Jon E. Spencer; Open File Report DI-43, Arizona Geological Survey, juillet 2015.
6 Résumés des produits minéraux 2016: United States Geological Survey; 202 pages, janvier 2016.
7 Calcaire: héros méconnu de la Virginie-Occidentale: Dewey Kirstein; un article dans Géologie des montagnes magazine, publié par la West Virginia Geological and Economic Survey; pages 25-28, 1984.

Cendres volcaniques et Scoria

La cendre volcanique et la scorie sont des roches vésiculaires, ce qui signifie qu'elles contiennent des vides qui se sont formés lorsque des bulles de gaz ont été piégées dans la roche lorsqu'elle s'est solidifiée à partir d'une fonte. Ces vides diminuent la résistance à la charge et la durabilité au gel-dégel du matériau. Cependant, les vides rendent le rocher plus léger. La rugosité de surface de la pierre l'aide à se lier efficacement lorsqu'elle est utilisée comme agrégat de béton. Ces propriétés font souvent de la cendre volcanique et de la scorie de bonnes roches pour produire des granulats légers, du béton léger et des granules de toiture.

La plus faible densité de cendres volcaniques et de scories les rend plus faciles à manipuler lorsqu'ils sont utilisés dans l'aménagement paysager, les jardinières, les barbecues à gaz, les saunas et d'autres utilisations similaires. La surface élevée de ces roches les rend appropriées pour la pierre filtrante dans certaines applications d'évacuation des eaux usées et de drainage. Leur forme angulaire et leur faible densité les rendent aptes à être utilisés comme matériau de traction répandu sur les routes enneigées.

Marbre

Le marbre à grain fin et le marbre dolomitique peuvent être concassés et utilisés pour la plupart des mêmes usages que le calcaire. Lorsqu'elles sont grossièrement cristallines, ces roches se brisent souvent en morceaux en raison du clivage, ce qui peut réduire leur durabilité.

Certaines billes blanches sont suffisamment pures pour pouvoir être broyées, traitées pour éliminer les impuretés et utilisées comme pierre de qualité chimique, merlan, charges, extenseurs et même dans les cosmétiques et les compléments alimentaires pour les humains et les animaux. Ces marbres de haute pureté font partie des pierres concassées les plus précieuses.

Gravier: Ces cailloux, aux formes arrondies produites par le transport par eau, sont ce que les géologues appellent le «gravier». Cependant, la plupart des gens utilisent le mot «gravier» de manière interchangeable pour «gravier» ou «pierre concassée».

Pierre concassée vs gravier

Pour un géologue, la «pierre concassée» et le «gravier» sont deux matériaux très différents. La «pierre concassée» est un produit commercial fabriqué en extrayant de la roche et en la broyant en morceaux anguleux. Le «gravier» est un matériau naturel qui se compose de particules de roche transportées par l'eau dont le diamètre est supérieur à deux millimètres et qui ont généralement une forme arrondie en raison de leur transport par l'eau. La forme des grains et le rôle de l'homme dans leur production sont les différences qui séparent la pierre concassée du gravier.

Aux États-Unis, la personne moyenne utilise rarement le terme «pierre concassée». Au lieu de cela, le mot «gravier» est utilisé de façon générique pour presque tout type de matériau rocheux dont la taille des particules dépasse quelques millimètres. Leur «gravier» comprend à la fois la pierre concassée et le gravier des géologues.

Production américaine de pierre concassée: Valeur de la pierre concassée produite en 2015, par l'État. Cette carte montre les principaux sites de production sous forme de points noirs, et les États sont classés en fonction de leur production de pierre concassée en valeur monétaire pendant l'année civile 2015. L'histogramme au bas de l'image montre les États par ordre de classement. 6 Agrandir

Transports, importations, exportations

La pierre concassée est une marchandise en vrac qui est très lourde et très coûteuse à manipuler et à transporter. En 2012, le coût moyen de la pierre concassée aux États-Unis sur le site de l'usine était de 9,75 $ la tonne métrique. Le transport vers le chantier peut augmenter considérablement le coût de la pierre. Au moins 80% de la pierre concassée produite aux États-Unis quitte l'usine par camion. Le transport par camion ajoute 12 à 15 cents de plus par tonne-mille au coût de livraison de la pierre 2. Par exemple, si l'usine se trouve à 20 milles du chantier, le coût du transport sera d'environ 2,40 $ à 3,00 $ par tonne.

Le transport par rail et par barge a réduit les coûts par tonne-mille; cependant, très peu de carrières se trouvent sur des voies ferrées ou des rivières. La majeure partie de la pierre expédiée par rail ou par barge doit ensuite être chargée dans un camion pour le transport local. Le coût de cette manutention peut être de 30 à 50 cents supplémentaires par tonne. Pour cette raison, la pierre concassée est une marchandise qui est généralement consommée localement tant que du matériel répondant aux spécifications du travail est disponible.

Certaines zones métropolitaines sont très éloignées de la source de pierre concassée la plus proche. Ces villes sont souvent desservies par des chantiers de distribution qui reçoivent de la pierre concassée par rail ou par barge de carrières éloignées. Cela peut réduire considérablement la distance de camionnage et fournir de la pierre aux consommateurs de la ville à un coût de livraison inférieur.

Très peu de pierre concassée est importée ou exportée des États-Unis. Les coûts de transport et de manutention sont si élevés que moins de 1% de la consommation intérieure de pierre concassée des États-Unis est couverte par les importations. À l'exception de certaines zones côtières reposant sur une large plaine de sédiments au lieu de roches, la pierre concassée de qualité appropriée est disponible localement dans la plupart des régions des États-Unis.

Substituts recyclés: Substituts recyclés à la pierre concassée. En commençant en haut à gauche et dans le sens des aiguilles d'une montre: béton concassé, gravats de construction concassés, brique concassée et gravier concassé avec de l'asphalte.

Recyclage

Aux États-Unis, les entreprises recyclent des matériaux de construction et les utilisent comme substitut de la pierre concassée. Le United States Geological Survey a reçu des rapports de producteurs selon lesquels environ 30 millions de tonnes de succédanés de pierre concassée ont été produites grâce au recyclage en 2012. Ce nombre annuel a augmenté, mais on pense qu'il est beaucoup plus faible que la quantité réelle de recyclage qui est effectuée, en raison de la non-déclaration et du recyclage effectués en dehors des entreprises incluses dans leur enquête annuelle sur les pierres concassées.

Le béton de ciment portland usé provenant des sites de démolition est souvent transporté dans une carrière ou dans un parc de distribution, où il est broyé, traité pour éliminer le métal, tamisé à sa taille, puis vendu comme substitut de pierre concassée. Ce matériau fonctionne bien comme remblai, base de route et dans d'autres utilisations où la pierre n'a pas à répondre à des spécifications strictes. Le recyclage élimine le besoin d'un site d'élimination et le produit peut être vendu pour 50 à 80% du prix de la pierre extraite.

Le béton bitumineux est souvent recyclé par un équipement de pavage spécialisé qui peut décaper une route d'asphalte et produire un produit concassé qui peut être directement utilisé sur le chantier. Les briques usagées et les déchets mixtes brique / béton sont également concassés, dimensionnés et vendus comme substitut de pierre concassée.

Graphique de production de pierre concassée: Tendances de la production de pierre concassée au cours des 100 dernières années. Données de l'USGS 1. La production de pierre concassée a généralement augmenté, la plupart des baisses étant causées par des récessions économiques majeures ou mineures. L'augmentation spectaculaire a commencé peu de temps après la Seconde Guerre mondiale lorsque des équipements de voie efficaces ont été développés.

Pierre concassée: offre et demande

La demande de pierre concassée est tirée par les projets d'infrastructure gouvernementaux, la construction commerciale et résidentielle et d'autres types de construction 1. Le graphique linéaire ci-dessus sur cette page montre la tendance de la production de pierre concassée aux États-Unis entre 1915 et 2017.

Peu de pierre concassée était utilisée avant la Seconde Guerre mondiale car elle était très difficile à produire. Cependant, après le développement d'équipements de chenilles durables (l'un des rares avantages de la guerre), la production de pierre concassée a commencé à croître rapidement. La croissance a été interrompue par des récessions dans l'économie générale, illustrées dans le graphique alors que la production diminue de taille variable. À l'heure actuelle, la demande se remet toujours de la Grande Récession, mais l'entretien et les projets d'infrastructure différés pourraient générer une forte demande de pierre concassée à mesure que l'économie se redresse.

Carte agrégée: Représentation simplifiée d'une carte des ressources agrégées préparée par l'Arizona Geological Survey pour la région métropolitaine de Phoenix et les régions environnantes. Dans cette zone, les sables et graviers non consolidés associés aux vallées fluviales sont une source de matériaux de construction facilement excavables et de haute qualité. 5

Crédits photo
Les photos de différents types de pierres concassées qui apparaissent sous forme de vignettes dans les images composites sur cette page ont été fournies par un certain nombre de photographes iStockphoto.
Dans l'image du haut, en commençant en haut à gauche et dans le sens des aiguilles d'une montre, les types de roches et les photographes sont les suivants: granit rouge, ru3apr; calcaire gris, wuttichok; piège de roche, Brilt; granit blanc, mmmxx; piège de roche, cornac; calcaire, wuttichok; basalte vésiculaire, hecképiques; calcaire, Nadanka; calcaire de broyeur, pookpiik; scoria, HIgs2006; calcaire, pkanchana; et, amendes de calcaire, wsmahar.
Dans l'image des matériaux recyclés, les matériaux et les photographes sont les suivants: béton concassé, eyjafjallajokull; débris de construction concassés, daizuozine; brique concassée, sweetdreamsnov; gravier concassé avec de l'asphalte, Kritchanut.
Dans l'image de gravier, les matériaux et les photographes sont les suivants: gravier brun, aoephoto; gravier léger, Martins Vanags.
Copyright de chaque photo par iStockphoto et le photographe.

Conservation des agrégats

Les États-Unis et la plupart des autres pays disposent généralement d'une énorme ressource en pierre concassée qui, en raison de son volume, pourrait être considérée comme inépuisable. Cependant, ces ressources importantes diminuent rapidement à mesure que les bâtiments, les routes et les communautés sont construits au-dessus d'eux et que les terres sont interdites à l'activité minière en raison de la conservation, du zonage et des interdictions locales.

Certaines communautés ont reçu des réveils désagréables lorsque de grands projets de construction qui dépassent les capacités des producteurs locaux de pierre concassée sont approuvés, mais la source de pierre de spécification la plus proche est à 60 miles de là. Cela peut tripler le coût de la pierre concassée, anéantir le budget du projet actuel et augmenter le coût de la pierre concassée pour toute construction future.

Pour éviter cela, l'industrie de la pierre concassée préconise d'identifier les ressources locales en pierre concassée et de réserver des zones pour leur développement. Si cela est fait, une ressource locale de pierre concassée peut être assurée et le coût de chaque futur projet de maison, de route et de construction peut être réduit 3 4.

Certains États se rendent compte de l'importance de la conservation des agrégats et exigent des gouvernements locaux qu'ils intègrent des informations sur les ressources agrégées dans leurs efforts de planification. L'Arizona Geological Survey a préparé une évaluation globale des ressources pour la région métropolitaine de Phoenix et les régions environnantes de l'Arizona afin d'aider les gouvernements locaux à se conformer à la loi de l'État.

<< La section sur la protection des granulats de la Charte des droits réglementaires, SB 1598, de 2011 exige que les comtés et les municipalités de l'Arizona révisent leurs plans généraux pour identifier les agrégats dans leur juridiction et mettent en œuvre des politiques pour préserver les ressources en agrégats pour une utilisation future en évitant une utilisation incompatible des terres 5. "

Ils ont produit une carte généralisée qui représente les unités géologiques présentes à la surface qui ont été ou sont susceptibles d'être exploitées pour les ressources globales. Des descriptions de ces unités géologiques sont incluses dans leur évaluation. L'évaluation est disponible en ligne où elle peut servir d'outil de planification de la gestion des terres pour les gouvernements locaux et de source de données de reconnaissance pour les producteurs d'agrégats 5.

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