Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên CHƯƠNG II VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN I Khái niệm Đá thiên nhiên: Là khối vô bao gồm hay nhiều khoáng vật khác Khoáng vật vật thể đồng thành phần hóa học, cấu trúc tính chất vật lý Ví dụ khoáng vật thạch cao, fenspat - Các loại đá tạo nên loại khoáng vật như: đá thạch anh, đá thạch cao hay tạo nên nhiều loại khoáng như: đá bazan, đá granit Vật liệu đá thiên nhiên: Là sản phẩm sản xuất từ đá thiên nhiên phương pháp gia công học như: đá hộc, đá (phiến), đá dăm, cát, Từ đá thiên nhiên chế tạo số chất kết dính xi măng, vôi, thạch cao Vật liệu đá xây dựng sử dụng rộng rãi nhờ có ưu điểm sau: - Cường độ chịu nén cao, Rn cao - Bền vững môi trường sử dụng - Dùng để trang trí - Giá thành hạ, tận dụng nguồn nguyên liệu địa phương II Phân loại: II.1 Phân loại theo nguồn gốc hình thành: Căn vào nguồn gốc hình thành người ta chia thành nhóm sau: đá magma, đá trầm tích, đá biến chất II.1.1 Đá magma: Được tạo thành nguội đặc kết tinh khối magma nóng chảy ởù nhiệt độ 1000 - 1300oC Tùy theo điều kiện nguội đặc chia làm loại, magma xâm nhập magma phún xuất Magma xâm nhập: hình thành magma nóng chảy xâm nhập vào bên lòng trái đất (cách ly khí quyển) áp lực nhiệt độ cao, nguội dần mà thành Như đá granit, diorit, syenite II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên Magma phún xuất: hình thành nguội đặc kết tinh magma nóng chảy theo kẻ nứt phun bề mặt trái đất, tiếp xúc với không khí, áp suất nhiệt độ thấp, nguội lạnh nhanh mà sinh - Trên mặt đất, nguội lạnh nhanh, magma không kịp kết tinh nên tạo tinh thể nhỏ, dạng ẩn tinh thủy tinh núi lửa: dạng magma phún xuất chặc chẽ Vd Đá diabaz, bazan, andezit - Khi magma sủi bọt, gặp lạnh đông lại nên xốp nhẹ, phần magma bị phun lên cao, bay xa, nguội nhanh, nước, khí thoát nhiều nên có kết cấu rỗng vụn, γo nhỏ: dạng magma phún xuất rời rạc Vd Tro, tuff núi lữa Dựa vào hàm lượng oxit silic, magma có loại: - Đá Đá Đá Đá magma magma magma magma acid: trung tính: baz: siêu baz: SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 > = = < 65% 65 - 55% 55 - 45% 45% II.1.2 Đá trầm tích Được hình thành trầm lắng khoáng chất nước, tích lũy thành khối mà thành Dựa vào điều kiện hình thành chia làm loại: Trầm tích vô cơ: tạo thành trầm lắng vật liệu khoáng hòa tan nước kết tủa lại, đá vôi dolomit, thạch cao, anhydrit Trầm tích hữu cơ: tạo thành trầm lắng xác động thực vật, đá vôi vỏ sò, đá phấùn, diatomit Trầm tích học: tạo thành trầm lắng sản phẩm vụn nát sinh trình phong hóa loại VL Có loại rời rạc sỏi, cát, gắn kết dăm kết, cuội kết II.1.3 Đá biến chất: Là loại đá magma trầm tích bị biến chất gặp áp suất nhiệt độ cao Gồm loại: Biến chất khu vực: vùng đất bị lún xuống, lớp đá hình thành trước bị lún sâu hơn, bên lớp trầm tích tích tụ dần, lâu ngày tạo nên áp lực lớn ép lên lớp làm chúng bị biến chất Loại có tính phân phiến Vd Đa gơ-nai, diệp thạch sét II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên Biến chất tiếp xúc: Tạo thành từ trầm tích bị biến chất tác dụng nhiệt độ cao Khi gặp magma xâm nhập, đá trầm tích tiếp xúc với magma nóng chảy bị nung nóng thay đổi tính chất Vd đá hoa, thạch anh II Phân loại theo cường độ khối lượng thể tích: Đá nhẹ: γo < 1800 kg/m3, có R < 150kG/cm2, dùng xây tường cho công trình cần cách nhiệt Đá nặng: γo ≥ 1800 kg/m3, có R ≥ 150 kG/cm2, dùng công trình thủy công để xây móng, tường chắn, lớp phủ bờ kè, ốp lát III Các khoáng vật tạo đá Có nhóm chủ yếu: silicate, oxyde, carbonate sulfate III.1 Nhóm khoáng silicate: Gồm nhóm phụ sau: Nhóm phụ fenspat: màu trắng xám, vàng, hồng đến đỏ - Fenspat kali (octocla): K2O.Al2O3.6SiO2 - Fenspat natri (plagiocla): Na2O.Al2O3.6SiO2 - Fenspat calci (anoctit): CaO.Al2O3.2SiO2 Fenspat ổn định môi trường có CO2 nước, môi trường nước có chứa CO2, fenspat kali cho sản phẩm mới: K2O.Al2O3.6SiO2 + CO2 + 2H2O → Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3 + 4SiO2 (Kaolin) Kaolin trắng đục, dẻo cao, dùng để sản xuất gốm tinh Nhóm phụ mica: alumosilicate ngậm nước, phức tạp Có loại: - Muscovite: suốt K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O - Biotite: nâu đen K(Mg, Fe)3.(Si3AlO10)(OH, F)2 - Vemiculite: vàng xám: tạo thành oxid hóa thủy hóa biotite Khi nung, nước tăng thể tích 18 - 20 lần nên dùng để làm vật liệu cách nhiệt Nhóm phụ pyroxene: màu đen, phớt lục, phớt nâu Nhóm phụ amphibon: màu lục hay nâu II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên ĐÁ MAGMA MAGMA XÂM NHẬP MAGMA PHÚN XUẤT Chặt chẽ SYENITE GABRO GRANITE POC-PHIA ANDESITE DIABAZƠ Rời rạc TRO & CÁT NÚI LỬA BỌT NÚI LỬA TUFF NÚI LỬA Quá trình phong hóa thiên nhiên ĐÁ TRẦM TÍCH T.T CƠ HỌC Rời rạc T.T HÓA HỌC T.T HỮU CƠ THẠCH CAO, DOLOMITE, MAGNESITE, ANHYDRIDE ĐÁ VÔI ĐÁ PHẤN TRÊ-PEN DIATOMITE Liên kết CÁT, CUỘI, SÉT CUỘI KẾT DĂM KẾT Biến dạng vỏ đất ĐÁ BIẾN CHẤT BIẾN CHẤT KHU VỰC GƠ NAI TỪ GRANITE DIỆP THẠCH SÉT TỪ ĐẤT SÉT BIẾN CHẤT TIẾP XÚC ĐÁ HOA TỪ ĐÁ VÔI ĐÁ THẠCH ANH TỪ CÁT Hình Quá trình phong hóa hình thành loại đá thiên nhiên II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên III Nhóm oxyde: Thạch anh SiO2: Cấu tạo dạng tinh thể, độ cứng lớn, γa = 2,6g/cm3 Ở nhiệt độ thường SiO2 không tác dụng với vôi Ở nhiệt độ 130 - 200oC, áp suất bão hòa SiO2 tác dụng với vôi cho sản phẩm silicate SiO2 + CaO + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CaO.SiO2.H2O [Ca(OH)2] to = 175oC, p = 8at Opal: Là oxyde silic ngậm nước (SiO2.nH2O) chứa khoảng - 34% nước Opal chất hoạt tính kết hợp với vôi nhiệt độ thường cho silicate III.3 Nhóm carbonat: Canxit: CaCO3, độ cứng 3, hòa tan nước (0,03g/l) Trong nước có CO2, CaCO3 tan nhiều tạo thành bicarbonate acide calci Ca(HCO3)2 Chất tan 100 lần so với CaCO3 Dolomite: CaCO3.MgCO3 Tính chất lý học giống với CaCO3 cứng, bền hơn, hòa tan nước Dùng để sản xuất chất kết dính dolomi Magnesite: MgCO3, sản phẩm tương đối Để sản xuất chất kết dính dùng cho vật liệu chịu lửa MgCO3 ⎯⎯→ MgO + CO2 to (CKD chịu lửa) III.4 Nhóm sulfate Thạch cao: CaSO4.2H2O Dễ hòa tan nước CaCO4.2H2O ⎯⎯⎯⎯→ 1,5H2O + CaSO4.0,5H2O (nghiền thành dạng bột) to = 150 - 170oC b Anhydride:(CaSO4) - Áp lực thấp tác dụng với nước tạo thành thạch cao: CaSO4 + H2O ⎯→ CaSO4.2H2O, tăng thể tích 30% II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên IV Các phương pháp khai thác gia công: Chọn phương pháp khai thác dựa vào điều kiện cấu tạo mỏ đá, hình dạng, kích thước vật liệu, độ cứng đá, phương tiện trang thiết bị (tham khảo thêm Bài giảng Máy thiết bị sản xuất Vật Liệu Xây Dựng,-Chương 1) Khai thác lộ thiên: mỏ đá nằm không sâu, mặt đất Khai thác hầm lò: mỏ đá nằm sâu lòng đất Phương pháp búa chêm nổ mìn: sản xuất đá dăm, đá hộc Máy cưa xẻ: sản xuất sản phẩm đá dạng V Các tính chất chủ yếu: Khối lượng riêng: (γa) γa = 800 – 3200 kg/m3 Hệ số mềm: • • • • VL VL VL VL đá đá đá đá bền bền bền bền nước nước nước nước (r lớn): TB: tốt: tốt: Km Km Km Km < 0.6 = 0.6 - 0.75 = 0.75 - 0.9 > 0.9 Cường độ chịu nén: • • • Vật liệu có độ bền nén : “ trung bình: “ tốt : Rn < 150kG/cm2 Rn = 150 - 400 kG/cm2 Rn ≥ 500 kG/cm2 VI Nguyên nhân phá hoại biện pháp bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên VI.1 Nguyên nhân phá hoại - Do tác dụng hoá lý môi trường hòa tan nước Đặc biệt nước có CO2 acid gây phá hoại nhanh chóng đá vôi - Do giản nở nhiệt không khoáng vật tạo đá nhiệt độ thay đổi - Do tác động axít hữu lên bề mặt vật liệu đá (bụi vô cơ, hữu + ẩm → vi khuẩn tiết acid hữu gây phá hoại cấu trúc đá) - Do cấu trúc thân đá (phân lớp, nứt nẻ ) II- Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên VI Biện pháp bảo vệ Phải loại trừ khả xâm nhập nước môi trường vào vật liệu đá cách: - Flourua hóa bề mặt đá vôi để tạo lớp khoáng không hòa tan kết tủa khác lắp kín lỗ rỗng, làm tăng tính chống thấm đá 2CaCO3 + MgSiF6 → 2CaF2↓ + SiO2 + MgF2↓ + 2CO2 - Phủ lên bề mặt vật liệu đá thiên nhiên lớp nhựa thông, parafin, gudron - Tẩm đá đến độ sâu 1cm dầu gai nóng để ngăn tác dụng phá hoại acide carbonic H2CO3 - Gia công bề mặt VL đá thiên nhiên thật phẳng để nước thoát nhanh không đọng lại bề mặt II- ... loại: - Muscovite: suốt K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O - Biotite: nâu đen K(Mg, Fe)3.(Si3AlO10)(OH, F)2 - Vemiculite: vàng xám: tạo thành oxid hóa thủy hóa biotite Khi nung, nước tăng thể tích 18 - 20... Nhóm phụ fenspat: màu trắng xám, vàng, hồng đến đỏ - Fenspat kali (octocla): K2O.Al2O3.6SiO2 - Fenspat natri (plagiocla): Na2O.Al2O3.6SiO2 - Fenspat calci (anoctit): CaO.Al2O3.2SiO2 Fenspat ổn... vào hàm lượng oxit silic, magma có loại: - Đá Đá Đá Đá magma magma magma magma acid: trung tính: baz: siêu baz: SiO2 SiO2 SiO2 SiO2 > = = < 65% 65 - 55% 55 - 45% 45% II.1.2 Đá trầm tích Được hình