CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN 2.I. Khái niệm và phân loại 2.1.1. Khái niệm Vật liệu đá thiên nhiên là những loại VLXD sử dụng trực tiếp các loại đá thiên nhiên hoặc qua các khâu gia công cơ học như cắt, xẻ, mài, đục, nghiền, đập 2.1.1.1. Ưu nhược điểm của VL đá thiên nhiên a/ Ưu điểm: - Cường độ chịu nén cao. - Tính bền cao trong các môi trường sử dụng, tuổi thọ đá thiên nhiên có thể đạt tới hàng ngàn năm. - Màu sắc đa dạng, vân hoa độc đáo, độ bóng bề mặt cao nhiều loại đá đẹp có giá trị thẩm mỹ cao thích hợp cho trang trí nội và ngoại thất công trình. - Khả năng chống thấm nước tốt, cách nhiệt, cách điện thích hợp làm VL lợp và bao che. - Tính chịu nước, chống va mòn thích hợp cho các công trình giao thông, thủy lợi. - Trữ lượng phong phú, trải đều khắp nơi trên thế giới. - Khai thác, chế biến không phức tạp và dễ thi công. → VL đá thiên nhiên được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng b/ Nhược điểm: - Khối lượng thể tích lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và thi công. - Cứng và dòn nên khó gia công chế tác. - Dễ bị phong hoá biến chất dưới tác dụng của môi trường 2.1.1.2. Khái niệm - Đá thiên nhiên là tập hợp tự nhiên của một hay nhiều khoáng vật, hình thành do sự vận động nội tại của vỏ trái đất cộng với tác động của các yếu tố khí hậu trong khí quyển. - Đá thiên nhiên gồm 1 khoáng vật như đá thạch anh, đá thạch cao, gồm nhiều khoáng vật như đá granit, đá banzan 18 - Khoáng vật: là những vật thể đồng nhất về thành phần hoá học, cấu trúc vi mô và sự bất biến của các đặc tính cơ, lý, hoá học. Ví dụ: Đá granít gồm nhiều khoáng vật như: Thạch anh, Fellspath, Mica, khoáng chất đen 2.1.2. Phân loại Theo nguồn gốc, điều kiện hình thành chia ra 3 loại chính: • Đá mác ma • Đá trầm tích • Đá biến chất 19 2.2. Công dụng của vật liệu đá thiên nhiên - Vật liệu đá thiên nhiên không thể thiếu trong các công trình xây dựng, giao thông như: + Đá hộc để xây móng, xây tường, kè sông biển. + Đá dăm để rải đường xe lửa, chọn làm cấp phối trong bê tông. + Cát sỏi để sản xuất bê tông. Đá trầm tích Trầm tích cơ học Trầm tích hoá học Trầm tích hữu cơ Đá biến chất Biến chất từ đá mác ma Biến chất từ đá trầm tích Đá mác ma Đá phún xuất Đá xâm nhập Phun ra ngoài Đá trên mặt Đá dưới sâu 20 + Đá tấm, đá phiến dùng để ốp, lát v.v - Vật liệu đá thiên nhiên là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra các vật liệu xây dựng quan trọng như: xi măng, vôi, gạch, ngói, thuỷ tinh v.v - Ngoài ra, vật liệu đá thiên nhiên còn được ưu tiên tuyển chọn cho các công trình đặc biệt có ý nghĩa trong đời sống xã hội như: tượng đài tưởng niệm, lăng mộ, các công trình văn hoá mang biểu tượng của thời đại và lịch sử v.v 2.3. Thành phần, tính chất, công dụng của đá thiên nhiên 2.3.1. Đá trầm tích 2.3.1.1. Thành phần khoáng vật a/ Nhóm ôxýt Silic: - Opan (SiO 2 .nH 2 O): màu nhạt (trắng, hồng, vàng nhạt, xanh nhạt); ρ = (2,3 ÷ 2,6) g/cm 3 , độ cứng (5 ÷ 6) Morh. - Chanxêđôn (SiO 2 ): màu trắng xám, vàng sáng, tro, xanh b/ Nhóm cácbonát: - Canxít (CaCO 3 )không màu (trong suốt), ρ = 2,7 g/cm 3 , độ cứng 3 Morh, cường độ chịu nén trung bình 130 MPa, dễ bị ăn mòn. - Đôlômít (CaCO 3 MgCO 3 ): màu trắng hoặc xám, ρ = 2,8 g/cm 3 ,độ cứng (3 ÷ 4) Morh, cường độ chịu nén trung bình 150 MPa, hoà tan ít và bị ăn mòn chậm hơn canxit. c/ Các nhóm khoáng sét: - Caolinít (Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O): màu trắng, ρ = 2,6 g/cm 3 ,độ cứng 1 Morh, có khả năng hấp nước để tạo thành chất có tính dẻo và có khả năng dính kết. - Mônmôrilonít (4SiO 2 .Al 2 O 3 .nH 2 O): là khoáng chủ yếu của đất sét. d/ Nhóm sunphát: - Thạch cao (CaSO 4 .2H 2 O): màu trắng hoặc có màu là màu của tạp chất, ρ = 2,3g/cm 3 ,độ cứng 2 Morh, chịu lực kém, dễ hút ẩm. - Anhyđrít (CaSO 4 ): màu trắng hay xanh coban nhạt, độ cứng (3 ÷ 4) Morh; ρ = (2,8 ÷ 3) g/cm 3 , rất háo nước. 2.3.1.2. Tính chất và công dụng của một số đá trầm tích 21 - Cát, sỏi: là loại đá trầm tích cơ học, được dùng để sản xuất vữa và bê tông Ở nước ta, chủ yếu lấy cát, sỏi từ các sông suối như Sông Lô, Sông Hồng - Đất sét: là loại đá trầm tích có độ dẻo cao khi nhàô trộn với nước, là nguyên liệu chính để sản xuất gạch, ngói, xi măng và các loại gốm xây dựng. Ở Việt Nam, đất sét rất phong phú ở đồng bằng Sông Hồng và toàn bộ đồng bằng Nam Bộ. Đất sét chất lượng cao có ở Bắc Ninh, Quảng Ninh, Đồng Nai, Sông Bé. Miền Trung đất sét rất ít và chất lượng không cao. - Thạch cao: dùng để sản xuất CKD bột thạch cao xây dựng hoặc phụ gia điều chỉnh trong xi măng. Ở Việt Nam, chưa phát hiện được mỏ thạch cao nào có giá trị. Thạch cao dùng ở nước ta được nhập từ Trung Quốc và Lào. - Đá vôi: + Loại rỗng: sản xuất vôi bột và cốt liệu nhẹ cho BT nhẹ ( v ρ = 800 ÷ 1800) kg/m 3 . + Loại đặc (đá vôi canxit, đôlômít): sản xuất vôi, xi măng và đá dăm cho BT. Ở Việt Nam, có nhiều loại đá vôi canxit ở Lạng Sơn, Quảng Ninh, Ninh Bình, Quảng Nam, Đá Nẵng và Tây Ninh. Đá đôlômit có ở Vĩnh Phúc, Phú Thọ và Bắc Giang. 2.3.2. Đá macma 2.3.2.1. Thành phần khoáng vật a/ Thạch anh (SiO 2 ): màu trắng dạng tinh thể, có nhiều trong đá Granit; độ cứng 7 Morh; ρ = 2,65 g/cm 3 ; cường độ chịu nén 1000 MPa; chống ăn mòn tốt, ổn định với môi trường axit (trừ axit mạnh); - Ở điều kiện thường, SiO 2 không tác dụng với vôi. - Ở nhiệt độ t 0 = (175 ÷ 200) 0 C; p = 8 atm thì: SiO 2 + Ca(OH) 2 → CaO.SiO 2 .2H 2 O (gạch Silicat) - Ở t 0 = 575 0 C : SiO 2 nở thể tích 15%. - Ở t 0 = 1710 0 C : SiO 2 sẽ bị chảy → Nấu thuỷ tinh. b/ Phensphat: 22 - Phensphat thẳng góc: + K 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 - Phensphat Kali + Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 - Phensphat Natri. - Phensphat xiên góc: CaO.Al 2 O 3 .6SiO 2 - Phensphat Canxi. - Có ρ = (2,55 ÷ 2,76) g/cm 3 ; màu trắng , xám, vàng; độ cứng (6 ÷ 6,5) Morh; cường độ chịu nén (120 ÷ 170) MPa; kém ổn định với nước. c/ Mica: là những alumôsilicat ngậm nước: - Mica có ρ = (2,72 ÷ 2,76) g/cm 3 ; độ cứng (2 ÷ 3) Morh. - Mica trắng: trong suốt như thuỷ tinh, cách điện, cách nhiệt tốt. - Mica đen: kém ổn định hoá học hơn mica trắng. 2.3.2.2. Tính chất và công dụng của đá mác ma a/ Đá Granit (đá hoa cương): - Có màu phụ thuộc vào Fellsphat, thường có màu thẫm (xanh, đen) nổi trên nền đỏ, vàng, xám nhạt - v ρ = 2600 kg/m 3 , ρ = 2,7 g/cm 3 , cường độ nén cao đến 300 MPa, độ hút nước < 1%, độ cứng (6 ÷ 7) Morh. - Khả năng chống phong hóa cao, trang trí tốt nhưng chịu lửa kém (<500 0 C). - Công dụng: làm vật liệu trang trí hoàn thiện (ốp, lát), mảnh vụn làm vật liệu nề (đá xay, đá hộc). - Ở Việt Nam, Granit có ở Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, Thanh Hoá, Nghệ An. b/ Đá Bazan (đá Huyền vũ): - Nặng nhất trong các loại đá macma. - Có màu sẫm hoặc đen, ρ = (3 ÷ 3,3)g/cm 3 ,cường độ nén cao đến 500 MPa. - Công dụng: Lát bến phà, bờ sông, làm cốt liệu và đá rải đường. - Đá Bazan tập trung ở Tây Nguyên, có một ít ở Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái. c/ Đá Gabrô: - Có màu xanh xám, xanh đen - Có v ρ = 2000 ÷ 3500) kg/m 3 ; cường độ nén (200 ÷ 280) MPa. - Công dụng: làm đá dăm, đá tấm để lát mặt đường. 23 d/ Tro núi lửa: - Bột màu xám, có hoạt tính. - Công dụng: dùng làm nguyên liệu phụ gia cho xi măng và bê tông. e/ Đá bọt: - Nhẹ, v ρ = 800 kg/m 3 . - Công dụng: Làm cốt liệu cho BT nhẹ. - Ở Việt Nam, đá bọt có nhiều ở các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc. f/ Puzơlan: - Nhẹ, cường độ thấp (5 ÷ 20) MPa; v ρ = 750 ÷ 1400 kg/m 3 ; ρ =2,6 g/cm 3 - Công dụng: làm phụ gia nghiền mịn cho XM, BT . - Việt Nam có Puzơlan ở Sơn Tây, Quảng Ninh, Vũng Tàu. 2.3.3. Đá biến chất 2.3.3.1. Thành phần khoáng vật Chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá macma và đá trầm tích. 2.3.3.2. Tính chất và công dụng a/ Đá Gơnai (đá phiến ma): do đá Granit tạo nên: - Thành phần gần giống Granit. - Khác Granít là có cấu tạo phân lớp. - Dùng để ốp lòng hồ, bờ kênh, lát vỉa hè. b/ Đá hoa (đá cẩm thạch): - Do đá vôi biến chất mà thành đá hoa có độ đặc, độ chịu lực lớn, có nhiều màu. - Dùng để làm đá ốp lát, sản xuất đá dăm dùng làm cốt liệu cho BT, đá xay nhỏ để chế tạo vữa Granitô. Ở nước ta, có mỏ đá hoa ở Sơn Tây (vùng Chùa Trầm) và Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng). c/ Đá sít (Diệp Thạch sét): - Do đất sét biến chất thành ở áp lực cao. - Có mầu xám sẫm chấm đen; có độ cứng trung bình nên dễ cắt. - Dùng làm ngói lợp hoặc để ốp lát. 24 Ở nước ta, diệp thạch sét có ở Vĩnh Phúc, Lai Châu, Lào Cai. 2.3.4. Đặc điểm của từng loại đá thiên nhiên Loại đá Họ đá Cấu trúc Cấu tạo Đặc điểm chung Vài loại đá điển hình Macma Dưới sâu Kết tinh Toàn khối đặc chắc - Thành phần khoáng phức tạp, có chứa khoáng dễ phong hóa. - Cứng rắn, cường độ cao, chống mài mòn tốt, nặng. - Đặc, ít hút nước và thấm nước. - Màu sắc đồng đều, ít hoa văn. - Granit - Syenit - Điôrit - Gabrô Gần mặt Kết tinh xen vô định hình Toàn khối nứt nẻ - Thành phần phức tạp, khả năng chống ăn mòn khá tốt. - Cứng, dòn, cường độ cao, chịu mài mòn, kỵ nước. - Độ đặc trung bình, khó gia công, nặng. - Màu đẹp, đôi khi có hoa vân độc đáo. - Bazan - Điabaz - Anđesite Trên mặt Vô định hình Rời rạc hoặc tuf - Xốp rỗng, nhẹ, mềm và cường độ thấp. - Màu nâu, nâu đỏ, nâu xám. - Thường có hoạt tính. - Dễ phong hóa. - Đá bọt - Tro núi lửa - Tuflave 25 Trầm tích Cơ học Kết tinh Rời rạc - Thường trơ hoá học. Thành phần khoáng đơn giản. - Tính chất phụ thuộc nhiều vào độ lớn và cấp phối hạt cũng như hình dáng và tính chất bề mặt hạt - Cát, cuội sỏi - Sa thạch Hóa học Kết tinh Toàn khối phân lớp - Thành phần đơn giản, lẫn nhiều tạp chất. - Thường dễ bị nước tác động, tan hoặc phân tán ra vì nước. - Có một số tính chất nhiệt quan trọng - Đá vôi -Thạch cao - Đôlômit Hữu cơ Rời rạc hoặc tuff - Chia 2 dòng: vôi và điatômit trêpel. - Trữ lượng hạn chế. - Đá vỏ sò - Trêpel - Điatômit Biến chất Tiếp xúc Tái kết tinh Toàn khối nứt nẻ - Tính chất cơ học tốt hơn đá tiền thân. - Tính chất cơ học gần giống đá tiền thân. - Màu đẹp, văn hoa mới lạ - Tính toàn khối kém - Mácbrơ - Quăczit - Gneisse Khu vực Như đá mẹ Thường phân lớp đứt gãy - Đặc, dai; phân lớp dễ tách - Mềm, dễ cắt - Shiste - Cuội kết - Dăm kết 2.4. Hiện tượng ăn mòn vật liệu đá và biện pháp đề phòng - Độ bền của đá phụ thuộc chủ yếu vào ba yếu tố: 26  Chất lượng vật liệu đá  Môi trường sử dụng  Biện pháp bảo quản - Sự phá hoại VL đá thiên nhiên có thể do nước, axít hay do đá có chứa tạp chất có hại. Chúng có thể trực tiép hay gián tiếp làm môi trường gay tác hại xấu đến chất lượng, tuổi thọ cúa VL đá. */ Biện pháp bảo vệ - Florua hoá bề mặt đá vôi nhằm tăng tính chống thấm 2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2↓ + MgF2↓ + SiO2 + 2CO2↑ - Dùng hợp chất đặc biệt ngăn cách bề mặt VL với tác nhân có hại: Sơn, paraphin, nhựa thông, dầu v.v… - Sử dụng giải pháp cấu tạo, tạo độ dốc phù hợp, làm nhẵn bề mặt không cho nước tụ đọng lại xung quanh công trình. 27 . CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN 2. I. Khái niệm và phân loại 2. 1.1. Khái niệm Vật liệu đá thiên nhiên là những loại VLXD sử dụng trực tiếp các loại đá thiên nhiên hoặc qua các. chất 19 2. 2. Công dụng của vật liệu đá thiên nhiên - Vật liệu đá thiên nhiên không thể thiếu trong các công trình xây dựng, giao thông như: + Đá hộc để xây móng, xây tường, kè sông biển. + Đá dăm. khí hậu trong khí quyển. - Đá thiên nhiên gồm 1 khoáng vật như đá thạch anh, đá thạch cao, gồm nhiều khoáng vật như đá granit, đá banzan 18 - Khoáng vật: là những vật thể đồng nhất về thành