Vật liệu xây dựng - chương 2

Bài giảng VLXD-Chương 2 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

1


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
o
C (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 (t
o
↑↓ , 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







Bài giảng VLXD-Chương 2 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

2

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;
Dạng liên kết: - Magnésite;- Anhydrie - Trêpen; - Diatomite
- 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 CaCO
3
hoặc dolomite) (từ cát mịn SiO
2
)

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: (SiO
2
)
- Màu trắng hoặc màu sữa không trong suốt
- γ
a
= 2,65 g/cm
3

-
R
n
=2000 Kgf/cm
3
-
Cấu tạo dạng tinh thể (lăng trụ)

Đặc điểm: ở điều kiện nhiệt độ thường bằng 18-20
o
C, không kết hợp được với vôi tạo
thành sản phNm, nhưng ở điều kiện t
o
=150÷200
o
C 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:
SiO
2
+ Ca(OH)

2

 →
== atmpCt
oo
8,176
CaO.SiO
2
.H
2
O
(silicat calci ngậm nước)
→ chế tạo gạch silicat, bê tông silicat (gồm vôi và cát)
b) Opal (SiO
2
.nH
2
O) chứa 6-34% nước
- Màu trắng÷màu hồng (tuỳ hàm lượng tạp chất)
- γ
a
= 1,9÷2,5 g/cm
3

Bài giảng VLXD-Chương 2 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

3


- 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
SiO
2
.nH
2
O + Ca(OH)
2
→ CaOSiO
2
(n+1)H
2
O
(sử dụng làm phụ gia hoạt tính)

2/ Nhóm Alumino silicate:
a) Feldspar: (tràng thạch)
- Feldspar Kali: K
2
O.Al
2

O
3
.6SiO
2

- Feldspar Natri: Na
2
O.Al
2
O
3
.6SiO
2

- Feldspar Calci: CaO.Al
2
O
3
.2SiO
2
sinh viên tự viết phương trình
+ Có màu trắng, vàng, xám, hồng đến đỏ (tuỳ hàm lượng tạp chất)
+ γ
a
= 2,55÷2,76 g/cm
3

+ R
n
= 1200÷1700 Kgf/cm

3
+ Độ cứng Mohs = 6
Đặc điểm: Khi Feldspar kali chịu tác dụng với nước trong môi trường có khí CO
2
thì sẽ
sinh ra phản ứng tạo thành chất mới theo phương trình sau:
K
2
O. Al
2
O
3
.6SiO
2
+CO
2
+2H
2
O → Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O + K
2
CO
3

+4SiO
2

- Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O : 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: (K
2
O.Al
2
O
3
.3SiO
2
.H
2
O)
- Có độ cứng Mohs = 2÷3, có cấu tạo dạng lớp, γ
a
=2,7÷3,1 g/cm
3

, rất giòn dễ bị nát
vụn.
- Ngoài 2 loại trên còn có:
+ Biotite, Veniculite
+ Pyroxène
+ Amphibol
+ Olivine
3/ Nhóm Carbonat:
a/ Calcite: CaCO
3

Đây là một khoáng vật khá phổ biến trong vỏ quả đất. Màu xám hoặc không màu. Độ
cứng Mohs = 3, γ
a
=2,4÷2,6 g/cm
3
.
Đặc điểm: ít hòa tan trong nước, ≈ 0,03 g/lít, nhưng trong nước có chứa khí CO
2
thì nó sẽ
sinh phản ứng tạo thành một chất mới Bicarbonat calci:
Ca(HCO
3
)
2
→ thì độ hòa tan tăng gấp 100 lần so với độ hòa tan CaCO
3

Mặt khác, người ta có thể phân biệt loại đá CaCO
3

với loại đá khác, thì: người ta có thể
nhỏ lên bề mặt đá vài giọt HCl nồng độ 10% → nếu sủi bọt → CaCO
3

b/ Đolomite: (CaCO
3
.MgCO
3
)
Có độ cứng Mohs > calcit (>3). Đây là khoáng vật có CO
3
kép nên khi nung ở
- t
o
=700÷750
o
C thì phân giải MgCO
3





Bài giảng VLXD-Chương 2 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

4


- t
o

>900
o
C thì phân giải CaCO
3

⇒chất lượng đolomite kém
⇒dùng chế tạo loại CKD Polomi
c/ Magnésite: (MgCO
3
)
Có độ cứng Mohs = 3,5÷4
γ
a
=2,96÷3,1 g/cm
3

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÷750
o
C
MgCO
3

 →
÷= 750700
o
t
MgO + CO
2
↑

Chất kết dính Magné
4/ Nhóm sulfate:
a/ Thạch cao: (CaSO
4
.2H
2
O)
- Đây là khoáng vật điển hình trong nhóm đá trầm tích hóa học. Độ cứng Mohs=2.
γ
a
=2,3 g/cm
3

Được tạo thành dưới 3 dạng:
- Trầm tích hóa học
- Thuỷ hóa anhydrite (CaSO
4
)
- Tác dụng của H
2
SO
4
lên đá vôi
Ca(OH)
2
+ H
2
SO
4

→ CaSO
4
.2H
2
O
Dùng chế tạo thạch cao xây dựng; bó bột trong y tế, dùng chế tạo xi măng
b/ Anhydrite khan: (CaSO
4
)
Có màu trắng đến xanh phớt. γ
a
=2,8÷3 g/cm
3

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%
CaSO
4
+ H
2
O → CaSO
4
.2H
2
O

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: γ
a
, γ
o
, H
p
, R
n
, K
m

2/ Phân loại: Dựa vào các chỉ tiêu
• γ
o
(khô):
- γ
o
loại nhẹ < 1800 kg/m
3
dùng làm tường, bao che
- γ
o
loại nặng ≥ 1800 kg/m
3
dùng làm tường chắn, móng, chịu lực lớn, dùng trong
công trình thủy lợi.
• R
n
(Kgf/cm
2

)
- Vật liệu nhẹ: 4 Kgf/cm
2
, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200 (35, 50=>γ
o
nhẹ, xây tường tốt)
- Vật liệu nặng: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, lớn hơn.
Bài giảng VLXD-Chương 2 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

5


• K
m
< 0,6; 0,7; 0,9; 1
Đá để xây tường: K
m
< 0,6
Đá để xây móng: K
m
> 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 CO
2
sẽ gây tác dụng phá hoại mạnh đối với đá CaCO
3
.

+ 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 CO
2
đến đá CaCO
3
. Biện pháp Florure hóa: sử dụng
một loại hoá chất cho tác dụng lên bề mặt của đá
- Khi bề mặt đá CaCO
3
có vết lồi lõm nhỏ thì thực hiên
MgSiF
6
+ 2CaCO
3
→ 2CaF
2
↓ +MgF
2
↓ + SiO
2
+ 2CO
2
↑
2CaF

2
↓ +MgF
2
↓ ⇒ 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 CaCO
3
có vết lồi lõm lớn, hàm lượng CaCO
3
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 Na
2
CO
3
.
CaCl
2
+ Na
2
CO
3
→ CaCO
3
+ 2NaCl
+ Tiếp tục clorure hóa theo phương trình sau đây:
MgSiF
6
+ 2Ca(OH)

2
→ 2CaF
2
↓ + MgF
2
↓ + SiO
2
+ 2H
2
O

+ 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 H
2
CO
3
.
+ Gia công và thiết kế các công trình có sử dụng đá:
• Bề mặt nhẵn, phẳng
• Đối với công trình sử dụng đá để làm móng → thoát nước đối với những công
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)