Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 2

Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên<br /> CHƯƠNG II<br /> <br /> VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN<br /> I. Khái niệm<br /> Đá thiên nhiên: Là một khối vô cơ bao gồm 1 hay nhiều khoáng vật khác nhau.<br /> Khoáng vật là những vật thể đồng nhất về thành phần hóa học, cấu trúc và tính<br /> chất vật lý. Ví dụ khoáng vật thạch cao, fenspat ...<br /> - Các loại đá chỉ tạo nên bởi một loại khoáng vật như: đá thạch anh, đá thạch cao<br /> hay tạo nên bởi nhiều loại khoáng như: đá bazan, đá granit.<br /> Vật liệu đá thiên nhiên: Là sản phẩm sản xuất từ đá thiên nhiên bằng phương<br /> pháp gia công cơ học như: đá hộc, đá tấm (phiến), đá dăm, cát, ...<br /> Từ đá thiên nhiên có thể chế tạo một số chất kết dính như xi măng, vôi, thạch cao..<br /> Vật liệu đá xây dựng được sử dụng rộng rãi nhờ có những ưu điểm sau:<br /> - Cường độ chịu nén cao, Rn cao.<br /> - Bền vững trong môi trường sử dụng.<br /> - Dùng để trang trí.<br /> - Giá thành hạ, tận dụng được nguồn nguyên liệu địa phương.<br /> II. Phân loại:<br /> <br /> II.1. Phân loại theo nguồn gốc hình thành:<br /> Căn cứ vào nguồn gốc hình thành người ta chia thành 3 nhóm sau: đá magma, đá<br /> trầm tích, và đá biến chất.<br /> <br /> II.1.1. Đá magma:<br /> Được tạo thành do sự nguội đặc và kết tinh của những khối magma nóng chảy ởù<br /> nhiệt độ 1000 - 1300oC. Tùy theo điều kiện nguội đặc chia làm 2 loại, magma xâm nhập và<br /> magma phún xuất.<br /> Magma xâm nhập: hình thành do magma nóng chảy xâm nhập vào bên trong<br /> lòng trái đất (cách ly khí quyển) dưới áp lực và nhiệt độ cao, nguội dần mà thành. Như đá<br /> granit, diorit, syenite.<br /> <br /> II- 1<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên<br /> <br /> Magma phún xuất: hình thành do sự nguội đặc và kết tinh của magma nóng<br /> chảy theo những kẻ nứt phun ra trên bề mặt trái đất, tiếp xúc với không khí, áp suất và<br /> nhiệt độ thấp, nguội lạnh nhanh mà sinh ra.<br /> - Trên mặt đất, do nguội lạnh nhanh, magma không kịp kết tinh nên có thể tạo ra<br /> những tinh thể rất nhỏ, dạng ẩn tinh hoặc thủy tinh núi lửa: đó là dạng magma phún xuất<br /> chặc chẽ. Vd. Đá diabaz, bazan, andezit<br /> - Khi magma đang sủi bọt, gặp lạnh đông lại nên rất xốp và nhẹ, hoặc phần magma bị<br /> phun lên cao, bay xa, nguội nhanh, hơi nước, khí thoát ra nhiều nên có kết cấu rỗng vụn,<br /> γo nhỏ: đó là dạng magma phún xuất rời rạc. Vd. Tro, tuff núi lữa.<br /> Dựa vào hàm lượng oxit silic, magma có các loại:<br /> -<br /> <br /> Đá<br /> Đá<br /> Đá<br /> Đá<br /> <br /> magma<br /> magma<br /> magma<br /> magma<br /> <br /> acid:<br /> trung tính:<br /> baz:<br /> siêu baz:<br /> <br /> SiO2<br /> SiO2<br /> SiO2<br /> SiO2<br /> <br /> ><br /> =<br /> =<br /> <<br /> <br /> 65%.<br /> 65 - 55%.<br /> 55 - 45%.<br /> 45%.<br /> <br /> II.1.2. Đá trầm tích<br /> Được hình thành do sự trầm lắng của các khoáng chất trong nước, tích lũy thành<br /> khối mà thành. Dựa vào điều kiện hình thành chia làm 3 loại:<br /> Trầm tích vô cơ: tạo thành do sự trầm lắng của các vật liệu khoáng hòa tan trong<br /> nước kết tủa lại, như đá vôi dolomit, thạch cao, anhydrit.<br /> Trầm tích hữu cơ: tạo thành do sự trầm lắng của xác động thực vật, như đá vôi<br /> vỏ sò, đá phấùn, diatomit.<br /> Trầm tích cơ học: tạo thành do sự trầm lắng của các sản phẩm vụn nát sinh ra<br /> trong quá trình phong hóa các loại VL. Có loại rời rạc như sỏi, cát, hoặc gắn kết nhau như<br /> dăm kết, cuội kết.<br /> <br /> II.1.3. Đá biến chất:<br /> Là các loại đá magma và trầm tích bị biến chất khi gặp áp suất và nhiệt độ cao.<br /> Gồm 2 loại:<br /> Biến chất khu vực: khi một vùng đất nào đó bị lún xuống, những lớp đá hình<br /> thành trước bị lún sâu hơn, bên trên là những lớp trầm tích mới tích tụ dần, lâu ngày tạo<br /> nên một áp lực lớn ép lên những lớp dưới làm chúng bị biến chất. Loại này có tính phân<br /> phiến. Vd. Đa gơ-nai, diệp thạch sét.<br /> II- 2<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên<br /> <br /> Biến chất tiếp xúc: Tạo thành từ trầm tích bị biến chất do tác dụng của nhiệt độ<br /> cao. Khi gặp magma xâm nhập, đá trầm tích tiếp xúc với magma nóng chảy do đó bị nung<br /> nóng và thay đổi tính chất. Vd. đá hoa, thạch anh.<br /> <br /> II. 2. Phân loại theo cường độ và khối lượng thể tích:<br /> Đá nhẹ:<br /> γo < 1800 kg/m3, có R < 150kG/cm2, dùng xây tường cho công trình<br /> cần cách nhiệt.<br /> Đá nặng: γo ≥ 1800 kg/m3, có R ≥ 150 kG/cm2, dùng trong các công trình thủy<br /> công để xây móng, tường chắn, lớp phủ bờ kè, ốp lát.<br /> III. Các khoáng vật tạo đá<br /> Có 4 nhóm chủ yếu: silicate, oxyde, carbonate và sulfate.<br /> <br /> III.1. Nhóm khoáng silicate:<br /> Gồm những nhóm phụ sau:<br /> Nhóm phụ fenspat: màu trắng xám, vàng, hồng đến đỏ.<br /> - Fenspat kali (octocla): K2O.Al2O3.6SiO2.<br /> - Fenspat natri (plagiocla): Na2O.Al2O3.6SiO2.<br /> - Fenspat calci (anoctit): CaO.Al2O3.2SiO2.<br /> Fenspat kém ổn định trong môi trường có CO2 và nước, ở môi trường nước có chứa<br /> CO2, fenspat kali cho sản phẩm mới:<br /> K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O → Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4SiO2<br /> <br /> (Kaolin)<br /> <br /> Kaolin trắng đục, dẻo cao, dùng để sản xuất gốm tinh.<br /> <br /> Nhóm phụ mica: là những alumosilicate ngậm nước, rất phức tạp. Có 3 loại:<br /> - Muscovite: trong suốt. K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O.<br /> - Biotite: nâu hoặc đen. K(Mg, Fe)3.(Si3AlO10)(OH, F)2.<br /> - Vemiculite: vàng hoặc xám: tạo thành do oxid hóa và thủy hóa biotite. Khi nung,<br /> nước mất và tăng thể tích 18 - 20 lần nên được dùng để làm vật liệu cách nhiệt.<br /> Nhóm phụ pyroxene: màu đen, phớt lục, phớt nâu.<br /> Nhóm phụ amphibon: màu lục hay nâu.<br /> <br /> II- 3<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên<br /> ĐÁ MAGMA<br /> <br /> MAGMA XÂM NHẬP<br /> <br /> MAGMA PHÚN XUẤT<br /> Chặt chẽ<br /> <br /> SYENITE<br /> GABRO<br /> GRANITE<br /> <br /> POC-PHIA<br /> ANDESITE<br /> DIABAZƠ<br /> <br /> Rời rạc<br /> TRO & CÁT NÚI LỬA<br /> BỌT NÚI LỬA<br /> TUFF NÚI LỬA<br /> <br /> Quá trình phong hóa thiên nhiên<br /> ĐÁ TRẦM TÍCH<br /> <br /> T.T. CƠ HỌC<br /> Rời rạc<br /> <br /> T.T. HÓA HỌC<br /> <br /> T.T. HỮU CƠ<br /> <br /> THẠCH CAO,<br /> DOLOMITE,<br /> MAGNESITE,<br /> ANHYDRIDE<br /> <br /> ĐÁ VÔI<br /> ĐÁ PHẤN<br /> TRÊ-PEN<br /> DIATOMITE<br /> <br /> Liên kết<br /> <br /> CÁT,<br /> CUỘI,<br /> SÉT<br /> <br /> CUỘI KẾT<br /> DĂM KẾT<br /> <br /> Biến dạng của vỏ quả đất<br /> <br /> ĐÁ BIẾN CHẤT<br /> <br /> BIẾN CHẤT KHU VỰC<br /> GƠ NAI<br /> TỪ<br /> GRANITE<br /> <br /> DIỆP THẠCH<br /> SÉT TỪ ĐẤT<br /> SÉT<br /> <br /> BIẾN CHẤT TIẾP XÚC<br /> ĐÁ HOA<br /> TỪ<br /> ĐÁ VÔI<br /> <br /> ĐÁ<br /> THẠCH ANH<br /> TỪ CÁT<br /> <br /> Hình 1. Quá trình phong hóa và hình thành các loại đá thiên nhiên.<br /> <br /> II- 4<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên<br /> <br /> III. 2. Nhóm oxyde:<br /> Thạch anh SiO2: Cấu tạo dạng tinh thể, độ cứng lớn, γa = 2,6g/cm3. Ở nhiệt độ<br /> thường SiO2 không tác dụng với vôi. Ở nhiệt độ 130 - 200oC, áp suất bão hòa. SiO2<br /> tác dụng với vôi cho ra sản phẩm silicate.<br /> SiO2 + CaO + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CaO.SiO2.H2O<br /> [Ca(OH)2]<br /> to = 175oC, p = 8at<br /> Opal: Là oxyde silic ngậm nước (SiO2.nH2O) chứa khoảng 6 - 34% nước. Opal là<br /> chất hoạt tính có thể kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường cho ra silicate.<br /> <br /> III.3. Nhóm carbonat:<br /> Canxit: CaCO3, độ cứng 3, ít hòa tan trong nước (0,03g/l). Trong nước có CO2,<br /> CaCO3 tan nhiều hơn tạo thành bicarbonate acide calci Ca(HCO3)2. Chất này tan<br /> 100 lần so với CaCO3.<br /> Dolomite: CaCO3.MgCO3. Tính chất lý học giống với CaCO3 nhưng cứng, bền hơn,<br /> ít hòa tan trong nước. Dùng để sản xuất chất kết dính dolomi.<br /> Magnesite: MgCO3, là sản phẩm tương đối hiếm. Để sản xuất chất kết dính dùng<br /> cho vật liệu chịu lửa.<br /> MgCO3 ⎯⎯→ MgO + CO2<br /> to<br /> (CKD chịu lửa)<br /> <br /> III.4. Nhóm sulfate<br /> Thạch cao: CaSO4.2H2O. Dễ hòa tan trong nước.<br /> CaCO4.2H2O ⎯⎯⎯⎯→ 1,5H2O + CaSO4.0,5H2O (nghiền thành dạng bột)<br /> to = 150 - 170oC<br /> b. Anhydride:(CaSO4).<br /> - Áp lực thấp sẽ tác dụng với nước tạo thành thạch cao:<br /> CaSO4 + H2O ⎯→ CaSO4.2H2O,<br /> <br /> tăng thể tích 30%.<br /> <br /> II- 5<br /> <br />