Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên

1. 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 một khối vô cơ bao gồm 1 hay nhiều khoáng vật khác nhau. Khoáng vật là những vật thể đồng nhất về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất vật lý. Ví dụ khoáng vật thạch cao, fenspat - Các loại đá chỉ tạo nên bởi một loại khoáng vật như: đá thạch anh, đá thạch cao hay tạo nên bởi nhiều loại khoáng như: đá bazan, đá granit. Vật liệu đá thiên nhiên: Là sản phẩm sản xuất từ đá thiên nhiên bằng phương pháp gia công cơ học như: đá hộc, đá tấm (phiến), đá dăm, cát, Từ đá thiên nhiên có thể chế tạo một số chất kết dính như xi măng, vôi, thạch cao Vật liệu đá xây dựng được sử dụng rộng rãi nhờ có những ưu điểm sau: - Cường độ chịu nén cao, Rn cao. - Bền vững trong môi trường sử dụng. - Dùng để trang trí. - Giá thành hạ, tận dụng được nguồn nguyên liệu địa phương. II. Phân loại: II.1. Phân loại theo nguồn gốc hình thành: Căn cứ vào nguồn gốc hình thành người ta chia thành 3 nhóm sau: đá magma, đá trầm tích, và đá biến chất. II.1.1. Đá magma: Được tạo thành do sự nguội đặc và kết tinh của những khối magma nóng chảy ởù nhiệt độ 1000 - 1300oC. Tùy theo điều kiện nguội đặc chia làm 2 loại, magma xâm nhập và magma phún xuất. Magma xâm nhập: hình thành do magma nóng chảy xâm nhập vào bên trong lòng trái đất (cách ly khí quyển) dưới áp lực và nhiệt độ cao, nguội dần mà thành. Như đá granit, diorit, syenite. II- 1
2. 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 do tác dụng của nhiệt độ cao. Khi gặp magma xâm nhập, đá trầm tích tiếp xúc với magma nóng chảy do đó bị nung nóng và thay đổi tính chất. Vd. đá hoa, thạch anh. II. 2. Phân loại theo cường độ và khối lượng thể tích: 3 2 Đá nhẹ: γo < 1800 kg/m , có R < 150kG/cm , dùng xây tường cho công trình cần cách nhiệt. 3 2 Đá nặng: γo ≥ 1800 kg/m , có R ≥ 150 kG/cm , dùng trong các công trình thủy công để xây móng, tường chắn, lớp phủ bờ kè, ốp lát. III. Các khoáng vật tạo đá Có 4 nhóm chủ yếu: silicate, oxyde, carbonate và sulfate. III.1. Nhóm khoáng silicate: Gồm những 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 kém ổn định trong môi trường có CO2 và nước, ở 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: là những alumosilicate ngậm nước, rất phức tạp. Có 3 loại: - Muscovite: trong suốt. K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O. - Biotite: nâu hoặc đen. K(Mg, Fe)3.(Si3AlO10)(OH, F)2. - Vemiculite: vàng hoặc xám: tạo thành do oxid hóa và thủy hóa biotite. Khi nung, nước mất và tăng thể tích 18 - 20 lần nên được dùng để làm vật liệu cách nhiệt. ‰ Nhóm phụ pyroxene: màu đen, phớt lục, phớt nâu. ‰ Nhóm phụ amphibon: màu lục hay nâu. II- 3
3. Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên III. 2. Nhóm oxyde: 3 ‰ Thạch anh SiO2: Cấu tạo dạng tinh thể, độ cứng lớn, γa = 2,6g/cm . Ở nhiệt độ oC thường SiO2 không tác dụng với vôi. Ở nhiệt độ 130 - 200 , áp suất bão hòa. SiO2 tác dụng với vôi cho ra sản phẩm silicate. SiO2 + CaO + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→ CaO.SiO2.H2O oC [Ca(OH)2] to = 175 , p = 8at ‰ Opal: Là oxyde silic ngậm nước (SiO2.nH2O) chứa khoảng 6 - 34% nước. Opal là chất hoạt tính có thể kết hợp với vôi ở nhiệt độ thường cho ra silicate. III.3. Nhóm carbonat: ‰ Canxit: CaCO3, độ cứng 3, ít hòa tan trong nước (0,03g/l). Trong nước có CO2, CaCO3 tan nhiều hơn tạo thành bicarbonate acide calci Ca(HCO3)2. Chất này tan 100 lần so với CaCO3. ‰ Dolomite: CaCO3.MgCO3. Tính chất lý học giống với CaCO3 nhưng cứng, bền hơn, ít hòa tan trong nước. Dùng để sản xuất chất kết dính dolomi. ‰ Magnesite: MgCO3, là sản phẩm tương đối hiếm. 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 trong nước. CaCO4.2H2O ⎯⎯⎯⎯→ 1,5H2O + CaSO4.0,5H2O (nghiền thành dạng bột) to = 150 - 170oC b. Anhydride:(CaSO4). - Áp lực thấp sẽ tác dụng với nước tạo thành thạch cao: CaSO4 + H2O ⎯→ CaSO4.2H2O, tăng thể tích 30%. II- 5
4. Bài giảng Vật liệu xây dựng Chương 2: Vật liệu đá thiên nhiên VI. 2. Biện pháp bảo vệ. Phải loại trừ khả năng xâm nhập của nước trong môi trường vào vật liệu đá bằng cách: - Flourua hóa bề mặt đá vôi để tạo 1 lớp khoáng không hòa tan và các kết tủa khác lắp kín các lỗ rỗng, làm tăng tính chống thấm của đá. 2CaCO3 + MgSiF6 → 2CaF2↓ + SiO2 + MgF2↓ + 2CO2 - Phủ lên bề mặt vật liệu đá thiên nhiên một lớp nhựa thông, parafin, hoặc gudron. - Tẩm đá đến độ sâu 1cm bằng dầu gai nóng để ngăn tác dụng phá hoại của acide carbonic H2CO3. - Gia công bề mặt VL đá thiên nhiên thật phẳng để hơi nước thoát nhanh không đọng lại trên bề mặt. II- 7