BÀI THUYẾT TRÌNH HIỆN TƯỢNG PHONG hóa

BÀI THUYẾT TRÌNH, HIỆN TƯỢNG PHONG hóa

HIỆN TƯỢNG PHONG HOÁ

HIỆN TƯỢNG PHONG HOÁ

I Khái niệm về tác dụng phong hóa

II Phong hoá lý học

III Phong hoá hoá học

IV Phong hoá sinh học

V Tốc độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến phong hoá

VI Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoá

VII Các biện pháp phòng chống.

VIII.Nghiên cứu và xử lí phong hóa trong xây dựng.

I Khái niệm về phong hóa

Phong hóa là tác dụng phá hủy đá do các nhân tố trong khí quyển, thủy quyển và sinh quyển Các đá được tạo thành dưới sâu trong điều kiện giống như điều kiện lúc hình thành nghĩa là tồn tại cũng ở sâu trong điều kiện nhiệt độ và áp lực cao thì chúng sẽ ở trạng thái cân bằng Nhưng nếu vì một lý

do nào đó, các đá ấy bị phơi ra bề mặt đất để chịu những điều kiện mới: điều kiện về nhiệt độ và áp lực thấp và các điều kiện vật lý của môi trường xung quanh khác hẳn môi trường khi

chúng còn nằm ở sâu thì các đá dần dần bị biến đổi Quá trình biến đổi đó gọi là quá trình phong hóa.

Khi phong hóa, các đá bị biến đổi về thành phần, kiến trúc và cả về tính chất vật lý và cơ học của đá Các đá phong hóa có hệ số thấm thay đổi, dung trọng đá phong hóa thường giảm, độ rỗng n tăng lên, độ bền giảm xuống Nói chung các tính chất vật lý và cơ học có chiều hướng xấu đi so với đá gốc.

Trong tự nhiên phong hóa vật lý và phong hóa hóa học thường xảy ra cùng với nhau, tùy trường hợp mà một trong hai loại sẽ chiếm ưu thế hơn.

Kết quả của quá trình phong hóa:

- Hình thành các vật chất mới, các đá và các khoáng vật mới

- Làm giảm cường độ chịu lực của đá từ đó phá vỡ chúng

- Cải tạo bề mặt Trái đất, thay đổi các đặc trưng về thành phần vật chất

Phong hoá cơ học: sự thay đổi hình dáng, kích cỡ của đá và của khoáng vật

Phong hóa hóa học: gồm quá trình thay đổi các

khoáng vật có trước thành các khoáng vật mới

Là quá trình làm đá vỡ vụn ra thành các mảnh nhỏ dưới tác dụng của năng lượng phát sinh từ hoạt động

tự nhiên

II Phong hóa cơ học

a Sự giãn nở, co rút do chênh lệch nhiệt độ

Do thay đổi nhiệt độ nhanh, nhiều tạo nên sự giãn nở và

co rút đá Quá trình này thường gặp ở các vùng đá không có lớp phủ đất hay thực vật

Sự thay đổi nhiệt độ giữa ngày và đêm hay từ mùa

này sang mùa khác

Sự bóc vỏ hóa tròn

a) Phong hóa vật lí do nhiệt độ

Nhiệt độ thay đổi

Độ liên kết giữa các lớp đất đá bị phá hủy dần

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn

phong hóa vật lý do nhiệt độ xa mạc

- Sự không đồng nhất của thành phần khoáng vật, làm cho hệ số dàn nở của chúng khác nhau

- Sự không đồng nhất của đá về thành phần vật chất, về kiến trúc, cấu tạo

- Màu sắc: Đá có màu sẫm, tối dễ bị phong hóa hơn đá có màu nhạt

- Độ hạt: Đá có độ hạt thô phong hoá mạnh hơn đá hạt nhỏ

- Gradient biến đổi nhiệt độ trong một ngày đêm

Những yếu tố có ảnh hưởng đến sự phá huỷ

bằng chênh lệch nhiệt độ

b) Phong hóa vật lí do đóng băng

Nước trong các khe nứt của đá bị đóng băng

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn

Nhiệt độ giảm dưới 0C

Tạo thành áp lực tác động lên thành khe nứt

Nước chảy vào các khe nứt vào các hốc đa, bị đóng băng ? thể tích nước sẽ tăng khoảng 9%, tạo nên áp lực tác dụng vào đá làm vỡ vụn thành các mảnh nhỏ trên bề mặt của tảng đá

b Tác dụng của băng giá

Phong hóa vật lý do đóng băng

Nước trong khoáng vật bốc hơi lên theo các mao

dẫn

Đá bị vỡ thành các mảnh vụn

Hiện tượng bốc hơi mạnh ở những miền

khí hậu khô nóng

Trên đương bốc hơi nước hóa tan các muối

khoáng và khi nước bốc hơi muối khoáng sẽ đọng

lạ

Tạo áp lực lên thành mao dẫn

c Sự kết tinh của muối

Dung dịch muối đi vào trong các khe nứt, lỗ hỏng của đá Sau khi nước bay hơi, muối kết tinh lại tạo ra một áp suất và phá hủy đá.

d) Phong hóa vật lí do tác động của con người và sinh vật

 Con người trong quá trình sinh sống tác động lên khoáng vật như làm đường, khai thác khoáng sản…

 Các sinh vật trong quá trình tồn tại cũng tác động lên khoáng vật như rễ cây phát triển trên khoáng vật, trong quá trình phát triển làm vỡ khoáng vật, đào hang làm tổ của động vật…

Là sự phân hủy các đá bằng các tác dụng hoá học của các nhân tố như oxy, nước, khí CO2, các axit hữu cơ phân bố trong khí quyển, thuỷ quyển và sinh quyển

III Phong hoá hoá học

Một số vật liệu rắn trong các dung dịch tự nhiên bị hòa tan

a.Hòa tan

Trong điều kiện bình thường:

- Muối của nhóm halogen và muối sunfua dễ hoà tan.

- Khoáng vật carbonat trong nước thuần khiết thì khó hoà tan nhưng nếu có CO2 trong nước thì dễ hoà tan vì H2O + CO2  HCO3 + H+  axit nhẹ ăn mòn carbonat.

Khoáng vật silicat khó hoà tan, + t 0 cao + 1 áp lực nhất định thì lâu dài chúng sẽ bị hòa tan dần.

Động Thiên Cung (Hạ Long) dạng địa hình cacxtơ ngầm, kết quả của quá trình hòa tan trong phong hóa hóa học

 Đây là phản ứng phong hóa gắn thêm H2O vào trong cấu trúc của chất rắn để tạo nên sản phẩm ngậm nước Td phản ứng của fenspat kali với nước tạo ra khoáng vật sét và silic

Ví dụ:

Fe2O3 + 2H2O → Fe2O3 H2O (Hematide Limonite) CaSO4 + 2H2O → CaSO4 H2O (Anhydrite Thạch cao)

•b.Hydrat hóa:

Nước vào ô mạng tinh thể khoáng vật để hình thành khoáng vật mới:

CaSO4 + H2O  CaSO4.2H2O

(anhydrit) (thạch cao)

(quá trình xảy ra đi kèm với sự tăng nở thể tích)

Fe2O3 + nH2O  Fe2O3nH2O

 (hêmatit) (limonit)

Nước chỉ tách ra khỏi ô mang tinh thể khi nhiệt độ tăng cao 4000 C

Oxy tham gia một số phản ứng phong hóa Td: trong quá trình oxi hóa khoáng vật chứa sắt.Ví dụ : Pyrite ® Limonite

(FeS2) → Fe2O3+2H2O

c.Oxi hóa

Sự thuỷ phân xảy ra khi các ion H+ và OH- phân giải từ nước tự nhiên, tác dụng với các ion của khoáng vật, trao đổi điện tử với nhau để tạo ra chất mới

H+ thường thay thế các ion kim loại kiềm như K+,

Na+, Ca2+, Mg2+

Nếu có CO2: Nước + CO2  HCO3-  H+ tăng lên thúc đẩy hiện tượng thuỷ phân

d.Tác dụng thủy phân:

 4K [AlSi3O8] + 6H2O  4KOH + Al4 [Si4O10] + [OH]8 + 8SiO2

 nếu có CO2 tham gia:

 4K [AlSi3O8] + 2CO2  4H2O + 2K2CO3 + Al4[Si4O10]

(Orthoclase) (dung dịch) (kaolin)

+ [OH]8 + 8SiO2

(opal)

Td: Orthoclase bị phong hóa

Al4[Si4O10] + [OH]8 + 2H2O  Al2O3nH2O + SiO2nH2O

Trong điều kiện ẩm nóng, kaolin tiếp tục bị phân giải

3 Phong hóa sinh học

Sinh vật tác động đến khoáng vật ở cả 2 quá trình:

- Phong hóa vật lý

- Phong hóa hóa học

Cây phát triển trên đá

IV Phong hoá sinh học

Phong hoá sinh học - vật lý:

Sinh vật phá hoại đá theo phương thức cơ học Rễ cây phát triển có thể gây 1 áp lực 10 -15kg/cm 3 Sinh vật lúc đào hang, khoét lỗ để cư trú đồng thời cũng phá hoại đất đá.

Phong hoá sinh học - hoá học

• Vi khuẩn và thực vật thường tiết ra acid hữu cơ để phá

hủy đá, hút lấy nhưng nguyên tố cần thiết.

• Một số rễ thực vật tích điện âm  H + và các ion dương

môi trường acid phá huỷ các đá.

• Rễ cây cũng thường thải CO2, thổ nhưỡng chứa nhiều

CO2 hơn trong không khí từ 10 đến 100 lần làm cho các silicat dễ bị phân giải hơn.

• - Hoạt động quang hợp làm tăng O2 và CO2 vào mặt đất.

V Tốc độ phong hoá và các nhân tố ảnh hưởng đến

phong hoá

Tốc độ phong hóa được xem như là mức độ phá hoại của phong hóa tính bình quân theo thời gian kể từ lúc đá lộ ra

Td: núi lửa Karatau phun tro vào năm 1883, sau 60 năm đã thành một lớp thổ nhưỡng dày trên 10cm

Tốc độ phong hoá ở vùng Goa của Ấn Độ là 1mm trên năm

VI Tính giai đoạn và tính phân đới trong quá trình phong hoá

Kết quả của phong hóa là tạo ra 2 loại sản phẩm:

- Các đất, đá, dung dịch bị mang trôi đi và

- Phần giữ lại tại chỗ hình thành các tàn tích (eluvi)

Nghiên cứu các tàn tích, người ta nhận thấy các sản

phẩm phong hóa trải qua các giai đoạn phong hoá trải khác nhau

 Nếu biết thành phần của đá bị phong hóa có thể xác định được các sản phẩm của quá trình phong hóa hóa học trên đá này

 Ngược lại, khi xem xét sản phẩm phong hóa một số kết luận về loại đá đã bị phong hóa (đá mẹ)

Giai đoan thứ nhất:

Giai đoạn võ vụn: chủ yếu do phong hóa cơ học phá vỡ các đá mẹ tạo thành vụn đá Nơi khí hậu ẩm và nóng, giai đoạn này rất ngắn

Giai đoạn thứ hai:

Giai đoạn sialit: Thường xảy ra ở vùng khí hậu khô

Phong hóa hóa học là chính

Các silicat và alumosilicat bị phá huỷ phân giải  các cation

Các kim loại kiềm và kiềm thổ + dung dịch  môi

trường kiềm

Hình thành 1 số khoáng vật sét trung gian của nhóm

montmorilonit và 1 phần của nhóm hydromica

Các muối CaCO3 ít tan được tập trung  các tàn tích vôi

Giai đoạn thứ ba:

Giai đoạn sialit axit: Xảy ra nhanh trong môi trường nóng

ẩm, có tác động mạnh của khí quyển và rửa trôi nhanh

Tiếp tục sự phân huỷ tách các cation và phá huỷ từng phần SiO2 chuyển từ môi trường kiềm sang môi trường axit

Khoáng vật sét trung gian bị phá huỷ  kaolin

CaCO3 không còn lắng đọng nữa vì Ca bị hoà tan.

Giai đoạn thứ tư:

Giai đoạn alit: Xảy ra trong môi trường nóng ẩm của khí

hậu nhiệt đới, á nhiệt đới

Tiếp tục phân huỷ các khoáng vật có trước để đi đến dạng bền vững trên bề mặt Trái đất: các hydroxit của Al, Fe, Si dưới dạng keo (bauxit, limonit, opal)

Vùng khô Vùng ẩm nóng

Đới Montmorilonit Đới laterit

Hydrormica Kaolinit, gibxit Vỡ vụn Kaolinit

Đá gốc granit Hydromica

Vỡ vụn

Đá gốc granit

Các giai đoạn phong hóa rất phụ thuộc vào các đới khí hậu của Trái đất.

Vỏ phong hoá

Lớp vỏ mỏng ngoài của vò lục địa của Trái đất bao gồm các sản phẩm phong hóa tại chỗ (các tàn tích) và lớp đất trồng (lớp thổ nhưỡng)

Vỏ có chỗ dày chỗ mỏng hoặc có chỗ không tồn tại Dày nhất ở vùng nhiệt đới, á nhiệt đới Có chỗ dày hơn 100m

Nhân tố ảnh hưởng đến sự phát triển của vỏ là khí hậu, địa hình, phương thức, cường độ, thời gian tác dụng phong hóa; thành phần đá gốc

Mặt cắt

vỏ phong

hóa

VII Các biện pháp phòng chống.

Phụ thuộc vào các nguyên nhân gây ra trượt, biện pháp chia ra làm 2 nhóm:

dựng trên suờn dốc, nổ mìn gần đới trượt.

- Các biện pháp chống các quá trình gây nên trượt( xây tường chắn, tường hướng dòng, tạo bệ phản áp)

- Các biện pháp tăng sức chống trượt của đất đá( gia cố

cơ, hóa sườn dốc)

- Các biện pháp nhằm cắt bỏ 1 phần hay cả khối trượt( bạt mái dốc, giảm khối lượng trượt).

VIII.Nghiên cứu và xử lí phong hóa trong xây dựng

B.Các Biện pháp xử lí phong hóa trong xây dựng

 Chọn địa điểm xây dựng.

 Bóc bỏ toàn bộ hoặc 1 phần tầng phong hóa.

 Bảo vệ đất đá khỏi tác nhân gây phong hóa bằng cách che phủ vật liệu chống phong hóa.

 Cải tạo tầng phong hóa bằng cách : phun xi măng hoặc phun sung dịch sét.

 Trung hòa các nhân tố gây phong hóa.

 The End.