Vật liệu xây dựng - chương 2

Tài liệu tham khảo về Giáo án vật liệu xây dựng.Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng)

CHƯƠNG II: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN

I/ Khái niệm và phân loại:

1/ Khái niệm chung về đá thiên nhiên và vật liệu đá thiên nhiên:

a/ Đá thiên nhiên: là một khối khoáng chất bao gồm một hay nhiều loại khoáng vật khác nhau

Khoáng vật là một vật thể đồng nhất về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất vật lý

Có những loại đá chỉ do một khoáng vật tạo nên (như đá thạch anh, đá thạch cao) → rất

ít Đá do nhiều loại khoáng vật tạo nên thì rất nhiều như đá granite, đá basalt, đá porphyre

b/ Vật liệu đá thiên nhiên: là vật liệu qua quá trình khai thác và gia công từ các loại đá thiên nhiên mà có

- Khai thác: cát, sỏi, cuội…

- Khai thác + gia công

Ưu điểm: vật liệu đá thiên nhiên:

- Có cường độ chịu nén khá cao

- Tương đối ổn định trong môi trường sử dụng

- Dùng để chế tạo các chất kết dính

- Dùng trang trí các công trình

- Nhiều địa phương có

Magma: là khối silicate nóng chảy nằm trong lòng quả đất, nhiệt độ nóng chảy khoảng

1000 ÷ 1300 oC (và khi phun ra ngoài → nguội lạnh → thành đá magma)

Đá trầm tích: do quá trình phong hóa thiên nhiên (sự thay đổi nhiệt độ, mưa, gió, bão, tốc

độ nóng chảy,….)

Đá biến chất: là do sự biến dạng cục bộ của vỏ trái đất (to↑↓ , P↑↓ cục bộ)

SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI ĐÁ THIÊN NHIÊN

(Theo điều kiện cấu tạo và nguồn gốc sinh thành)

Đá phún xuất

Đá Mác-ma xâm nhập Đá phún xuất chặt chẽ Đá phún xuất rời rạc

- Granites; - Syenites - Gabros - Bụi núi lửa

- Porphyres; - Basalts -Tro và cát núi lửa

- Diorites; - Trachyte - Andesites; - Diabases - Đá bọt; - Tuft núi lửa

Đá trầm tích

Trầm tích cơ học Trần tích hóa học Trần tích hữu cơ

Dạng rời rạc:

- Sét;- cát;- sỏi -Thạch cao; - Dolomite -Đá vôi; - Đá phấn;

- Cuộn kết; - dăm kết - Opan; - Apoki

Đá biến chất

Đá gneiss (gơ nai) Phiến thạch sét - Đá hoa - Đá thạch anh

(từ đá granites) (từ đất sét) (từ CaCO3 hoặc dolomite) (từ cát mịn SiO2)

II/ Các nhóm khoáng vật tạo đá:

Ở góc độ sản xuất vật liệu xây dựng, người ta chia các khoáng vật tạo đá thành 4 nhóm

chủ yếu sau:

- Nhóm oxid

- Nhóm alumino silicate

- Nhóm carbonate

- Nhóm sulfate

1/ Nhóm oxid:

a) Thạch anh: (SiO2)

- Màu trắng hoặc màu sữa không trong suốt

- γa = 2,65 g/cm3

- Rn=2000 Kgf/cm3

- Cấu tạo dạng tinh thể (lăng trụ)

thành sản phNm, nhưng ở điều kiện to=150÷200oC và trong điều kiện hơi nước bão hòa thì nó có thể kết hợp được với vôi để tạo thành sản phNm silicate

Theo phương trình phản ứng:

SiO2 + Ca(OH)2  t o= 176 o C ,p=  8atm →

CaO.SiO2.H 2O (silicat calci ngậm nước)

→ chế tạo gạch silicat, bê tông silicat (gồm vôi và cát)

b) Opal (SiO2.nH2O) chứa 6-34% nước

- Màu trắng÷màu hồng (tuỳ hàm lượng tạp chất)

- γa = 1,9÷2,5 g/cm3

- Là một chất hoạt tính

Đặc điểm: có thể tác dụng được với vôi trong điều kiện nhiệt độ thường để tạo thành

sản phNm

SiO2.nH2O + Ca(OH)2 → CaOSiO2 (n+1)H 2O

(sử dụng làm phụ gia hoạt tính)

2/ Nhóm Alumino silicate:

a) Feldspar: (tràng thạch)

- Feldspar Kali: K2O.Al2O3.6SiO2

- Feldspar Natri: Na2O.Al2O3.6SiO2

- Feldspar Calci: CaO.Al2O3.2SiO2 sinh viên tự viết phương trình

+ Có màu trắng, vàng, xám, hồng đến đỏ (tuỳ hàm lượng tạp chất)

+ γa = 2,55÷2,76 g/cm3

+ Rn = 1200÷1700 Kgf/cm3

+ Độ cứng Mohs = 6

sinh ra phản ứng tạo thành chất mới theo phương trình sau:

K2O Al2O3.6SiO2+CO2+2H2O → Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3+4SiO2

- Al2O3.2SiO2.2H2O : Kaolinit - đất sét cao lanh

- Kaolinit: rất tinh khiết; rất dẻo, rất mịn hạt, màu trắng đục → để chế tạo sản phNm gốm sứ

b) Mica:

- Muscovite: (K2O.Al2O3.3SiO2.H2O)

- Có độ cứng Mohs = 2÷3, có cấu tạo dạng lớp, γa=2,7÷3,1 g/cm3, rất giòn dễ bị nát vụn

- Ngoài 2 loại trên còn có:

+ Biotite, Veniculite

+ Pyroxène

+ Amphibol

+ Olivine

3/ Nhóm Carbonat:

a/ Calcite: CaCO3

Đây là một khoáng vật khá phổ biến trong vỏ quả đất Màu xám hoặc không màu Độ

cứng Mohs = 3, γa=2,4÷2,6 g/cm3

Đặc điểm: ít hòa tan trong nước, ≈ 0,03 g/lít, nhưng trong nước có chứa khí CO2 thì nó sẽ sinh phản ứng tạo thành một chất mới Bicarbonat calci:

Ca(HCO3)2 → thì độ hòa tan tăng gấp 100 lần so với độ hòa tan CaCO3

Mặt khác, người ta có thể phân biệt loại đá CaCO3 với loại đá khác, thì: người ta có thể nhỏ lên bề mặt đá vài giọt HCl nồng độ 10% → nếu sủi bọt → CaCO3

b/ Đolomite: (CaCO3.MgCO3)

Có độ cứng Mohs > calcit (>3) Đây là khoáng vật có CO3 kép nên khi nung ở

- to=700÷750oC thì phân giải MgCO3







- to >900oC thì phân giải CaCO3

⇒chất lượng đolomite kém

⇒dùng chế tạo loại CKD Polomi

c/ Magnésite: (MgCO3)

Có độ cứng Mohs = 3,5÷4

γa=2,96÷3,1 g/cm3

Đây là khoáng vật hiếm, là loại nguyên liệu để chế tạo các loại sản phNm chịu lửa cao

Nếu nung ở nhiệt độ 700÷750oC

MgCO3  t o= 700  ÷ 750  →

MgO + CO2↑

Chất kết dính Magné

4/ Nhóm sulfate:

a/ Thạch cao: (CaSO4.2H2O)

- Đây là khoáng vật điển hình trong nhóm đá trầm tích hóa học Độ cứng Mohs=2

γa=2,3 g/cm3

Được tạo thành dưới 3 dạng:

- Trầm tích hóa học

- Thuỷ hóa anhydrite (CaSO4)

- Tác dụng của H2SO4 lên đá vôi

Ca(OH)2+ H2SO4 → CaSO4.2H2O

Dùng chế tạo thạch cao xây dựng; bó bột trong y tế, dùng chế tạo xi măng

b/ Anhydrite khan: (CaSO4)

Có màu trắng đến xanh phớt γa=2,8÷3 g/cm3

Có độ cứng Mohs = 4÷4,5 Đặc điểm: dưới tác dụng của nước ở điều kiện áp lực thấp thì nó sẽ từ từ chuyển thành thạch cao, khi đó thể tích tăng ≈ 30%

CaSO4 + H2O → CaSO4.2H2O

III Một số các tính chất và phân loại đá thiên nhiên:

1/ Các tính chất chủ yếu:

Do độ sâu khác nhau → đá có các tính chất khác nhau Do vậy, để xác định các tính chất thì người ta phải lấy các mẫu đá tiêu biểu nhất

Các tính chất chủ yếu: γa, γo, Hp, Rn, Km

2/ Phân loại: Dựa vào các chỉ tiêu

• γo (khô):

- γo loại nhẹ < 1800 kg/m3 dùng làm tường, bao che

- γo loại nặng ≥ 1800 kg/m3 dùng làm tường chắn, móng, chịu lực lớn, dùng trong

công trình thủy lợi

• Rn (Kgf/cm2)

- Vật liệu nhẹ: 4 Kgf/cm2, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200 (35, 50=>γo

nhẹ, xây tường tốt)

- Vật liệu nặng: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, lớn hơn

• Km < 0,6; 0,7; 0,9; 1

Đá để xây tường: Km < 0,6

Đá để xây móng: Km> 0,75

IV/ Các biện pháp bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên:

1/ Các nguyên nhân gây hư hỏng:

+ Do sự tác dụng lý hóa của nước, vì nước chính là môi trường hòa tan Đặc biệt là trong nước chứa khí CO2 sẽ gây tác dụng phá hoại mạnh đối với đá CaCO3

+ Là do sự nổ nhiệt không đều của các khoáng vật tạo đá, sẽ tạo nên các ứng suất gây phá hủy đá

+ Là do sự tác dụng của axit hữu cơ (từ bụi vô cơ + bụi hữu cơ + Nm) → tạo nên vi khuNn gây bào mòn bề mặt đá

+ Là do cấu tạo của bản thân đá (vết nứt, chất dễ hoà tan) → môi trường → phá hủy

2/ Các biện pháp đề phòng chủ yếu:

+ Ngăn ngừa sự xâm nhập của nước và các dung dịch vào sâu trong bề mặt đá, đặc biệt là

sự tác dụng của nước có chứa khí CO2 đến đá CaCO3 Biện pháp Florure hóa: sử dụng một loại hoá chất cho tác dụng lên bề mặt của đá

- Khi bề mặt đá CaCO3 có vết lồi lõm nhỏ thì thực hiên

MgSiF6+ 2CaCO3 → 2CaF2↓ +MgF2↓ + SiO2+ 2CO2↑

2CaF2↓ +MgF2↓ ⇒ không hòa tan trong nước và các hóa chất khác, dính, bám chặt

trên bề mặt của đá, ngăn cản sự thấm nước, nâng cao cường độ đá

- Khi bề mặt của đá CaCO3 có vết lồi lõm lớn, hàm lượng CaCO3 thấp thì vẫn thực hiện Florure hóa theo trình tự sau:

+ Rửa bề mặt của đá bằng một dung dịch clorure calci, sau đó làm khô bề mặt đá bằng soda Na2CO3

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

+ Tiếp tục clorure hóa theo phương trình sau đây:

MgSiF6 + 2Ca(OH)2 → 2CaF2↓ + MgF2↓ + SiO2 + 2H2O

+ Quét hoặc phủ lên bề mặt của đá một lớp paraffine hoặc lớp goudron than đá (thành phần tiết ra trong quá trình chưng than đá)

+ Ngâm hoặc tNm (có áp) lên bề mặt của đá một lớp dầu gai nóng, có độ sâu 1cm, để ngăn ngừa sự xâm nhập H2CO3

+ Gia công và thiết kế các công trình có sử dụng đá:

• Bề mặt nhẵn, phẳng

trình nằm trên mực nước ngầm, nếu công trình nằm dưới mực nước ngầm, thì

sử dụng đất sét để chống thấm (đất sét béo)