CHƯƠNG 1 Bài 1. Một mẫu đá khô hình dáng không rõ ràng, cân trong không khí được 80g. Sau khi bọc kín bề mặt mẫu bằng 0,72g paraffin, khối lượng của mẫu đá cân trong nước được 37g. 3 Hãy xác định khối lượng thể tích của mẫu đá, biết khối lượng riêng của nước là 1,0 g/cm 3 và của parafin là 0,9 g/cm.
Một mẫu vật liệu tiết diện vuông, chiều dài 30cm, đặt lên 2 gối tựa cách nhau 24 cm. Đặt vào mẫu hai lực tập trung cách gối tựa 1/3 chiều dài nhịp, mỗi lực có P = 225 kg như hình bên dưới. 2 Biết mẫu có cường độ chịu uốn là Ru = 1350 kg/cm. Hãy xác định kích thước tối thiểu của mẫu? Bài 3.
3 Một mẫu vật liệu có khối lượng thể tích là 1,8 kg/dm và độ ẩm tự nhiên là 20%. Ở 3 trạng thái bão hoà nước, khối lượng thể tích của mẫu vật là 2,0 kg/dm. Hãy xác định hệ số bảo hoà nước của vật liệu đó, biết: + Thể tích của nó không thay đổi khi hút nước; 3. + Khối lượng riêng của vật liệu là 3,0 kg/dm 18 CHƯƠNG 2.
VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHÊN Mục tiêu: Trình bày được phân loại, thành phần tính chất, công dụng của đá thiên nhiên. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI 1. Đá thiên nhiên có hầu hết ở khắp mọi nơi trong vỏ trái đất. Đó là những khoáng chất chứa một hay nhiều khoáng vật khác nhau.
Còn vật liệu đá thiên nhiên thì được chế tạo từ đá thiên nhiên bằng cách gia công cơ học, do đó tính chất của vật liệu đá thiên nhiên cũng giống như tính chất đá gốc. Vật liệu đá thiên nhên từ xa xưa đã được sử dụng phổ biến trong xây dựng, vì nó có cường độ chịu nén cao, khả năng trang trí tốt, bền vững trong môi trường, hơn nữa nó là vật liệu địa phương hầu hết ở đâu cũng có do đó giá thành tương đối thấp. Bên cạnh những ưu điểm cơ bản trên, vật liệu đá thiên nhiên cũng có một số nhược điểm như: khối lượng thể tích lớn, việc vận chuyển và thi công khó khăn, ít nguyên khối và độ cứng cao nên quá trình thi công phức tạp. Tính chất cơ lý cũng như phạm vi ứng dụng của vật liệu đá thiên nhiên được quyết định bởi điều kiện hình thành và thành phần khoáng vật của đá thiên nhiên.
Căn cứ vào điều kiện hình thành và tình trạng địa chất có thể chia đá tự nhiên làm 3 loại: đá mác ma, đá trầm tích, đá biến chất. Đá mác ma là do khối silicat nóng chảy từ lòng đất xâm nhập lên phần trên của vỏ hoặc phun ra ngoài mặt đất nguội lạnh tạo thành. Do vị trí và điều kiện nguội của các khối mác ma khác nhau nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau. Đá mác ma được phân ra 2 loại là xâm nhập và phún xuất.
+ Đá xâm nhập: Nằm ở độ sâu hơn trong vỏ trái đất , chịu áp lực lớn hơn của các lớp trên và nguội dần đi mà thành. Do đó nó có đặc tính chung là : Cấu trúc tinh thể lớn, đá đặc chắc, cường độ cao, ít hút nước. + Đá phún xuất : được tạo ra do mác ma phun lên trên mặt đất, do nguội nhanh trong điều kiện nhiệt độ thấp các khoáng không kịp kết tinh hoặc chỉ kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể bé chưa hoàn chỉnh , còn đa phần tồn tại ở dạng vô định hình, mặt khác các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng làm cho đá nhẹ, có loại nổi lên mặt nước. Đá trầm tích được tạo thành trong điều kiện nhiệt động học của vỏ trái đất thay dổi.
Các loại đất đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, nước và các tác dụng hóa học mà bị phong hóa vỡ vụn. Sau đó chúng được gió và nước cuốn đi rồi lắng đọng lại 19 thành từng lớp. Dưới áp lực và trải qua các thời kỳ địa chất chúng được gắn kết lại bằng các chất keo thiên nhiên tạo thành đá trầm tích. Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá trầm tích có những đặc tính chung là: Có tính phân lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng … của các lớp cũng khác nhau.
Độ cứng, độ đặc và cường độ chịu lực của đá trầm tích thấp hơn đá mác ma, nhưng độ hút nước lại cao hơn. Căn cứ vào điều kiện tạo thành, đá trầm tích được chia làm 3 loại : + Đá trầm tích cơ học: Là sản phẩm phong hóa của nhiều loại đá có trước. Ví dụ như : cát, sỏi, đất sét … + Đá trầm tích hóa học: Do khoáng vật hòa tan trong nước rồi lắng đọng tạo thành. Ví dụ: đá thạch cao, đô lô mít, ma nhe zit … + Đá trầm tích hữu cơ : Do xác của các động vật, thực vật chết đi, trong xương chứa nhiều chất khoáng liên kết với nhau tạo thành.
Ví dụ: đá vôi, đá vôi sò, đá đi-a-tô-mít… 2. Đá biến chất được hình thành từ sự biến tính của đá mác ma, đá trầm tích do tác động của nhiệt độ cao hay áp lực lớn tạo thành. Nói chung đá biến chất rất rắn chắc hơn đá trầm tích, nhưng đá biến chất từ đá mác ma thì do cấu tạo dạng phiến nên về tính chất cơ học của nó kém đá mác ma. Đặc điểm nổi bật của phần lớn đá biến chất là quá nửa khoáng vật trong đó có cấu tạo dạng lớp song song nhau, dễ tách thành những phiến mỏng.
THÀNH PHẦN – TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG CỦA ĐÁ 1. Thành phần khoáng vật. Thành phần khoáng vật của đá mác ma rất phức tạp nhưng có một số khoáng vật quan trọng nhất, quyết định tính chất cơ bản của đá lá thạch anh, fenspat. + Thạch anh : là SiO2 ở dạng kết tinh suốt hoặc màu trắng và trắng sữa.
độ cứng 7, khối lượng riêng 2,65 g/cm3, cường độ nén cao 10.000 kg/cm2, chống mài mòn tốt, ổn định đối với axit ( trừ một số axit mạnh ). Ở nhiệt độ thường thạch anh không tác dụng với vôi nhưng ở trong môi trương hơi nước bão hòa và nhiệt độ = 157 đến 200oC có thể sinh ra phản ứng silicat, ở nhiệt độ = 575oC sẽ nở thể tích 15% , ở nhiệt độ = 1710oC sẽ bị chảy. + Fenspat bao gồm: fenspat ka li : K2O. fenspat natri : Na2O.
fenspat canxi : CaO. Tính chất cơ bảN của fenspat : Màu biến đổi từ màu trắng, trắng xám, vàng đến hồng và đỏ, khối lượng riêng 2,55 đến 2,76 g/cm3, độ cứng 6 đến 6,5, cường độ 1200 đến 1700kg/cm2, khả năng chống phong hóa kém, kém ổn định đối với nước và đặc biệt là nước có chứa CO2. + Mi ca : Là những alumôsilicat ngậm nước rất dễ tách thành lớp mỏng. Mi ca có 2 loại: Mi ca trắng và mi ca đen.
- Mi ca trắng: Trong suốt như thủy tinh, không có màu, chống ăn mòn hóa học tốt, cách điện, cách nhiệt tốt. - Mi ca đen : Kém ổn định hơn mi ca trắng. Mi ca có độ cứng từ 2 đên 3, khối lượng riêng từ 2,7 đến 2,72 g/cm3. Khi đá chứa nhiều mi ca sẽ làm cho quá trình mài nhẵn, đánh bóng sản phẩm vật liệu đá khó hơn.
Tính chất và công dụng của một số loại đá mác ma. Thường có màu tro nhạt, vàng nhạt, hoặc màu hồng các màu này xen lẫn những chấm đen. Đây là loại đá rất đặc, khối lượng thể tích 2600kg/m3, khối lượng riêng 2700kg/m3, cường độ nén cao 1200đến 2500kg/cm2, độ hút nước nhỏ Hp < 1%, cường độ 6 đến 7, khả năng chống phong hóa rất cao, độ chịu lửa kém. Đá granit được sử dụng rông rãi trong xây dựng như : ốp, lát, xây tường, xây trụ cho các công trình … 21 1.
Đá gbrô : Thường có màu xanh xám hoặc xanh đen, khối lượng thể tích 2000 đến 3500 kg/m3, đây là loại đá đặc chắc có khả năng chịu nén cao 2000 đến 2800 kg/cm2. Đá gbrô được sử dụng là đá dăm, đá tấm để lát mặt đường và ốp các công trình kiến trúc. Đá bazan: Là loại đá nặng nhất trong các loại đá mác ma, khối lượng thể tích 2900 đến 3500 kg/m , cường độ nén 1000 đến 5000 kg/cm2, rất cứng, giòn, khả năng chống phong hóa 3 cao, rất khó gia công. Trong xây dựng đá bazan được sử dụng làm đá dăm, đá tấm lót mặt đường hoặc tấm ốp.
Ngoài các loại đá đặc , trong xây dựng còn sử dụng tro núi lửa, cát núi lửa, tuýp dung nham … 2. Thành phần khoáng vật. + Nhóm oxyt silic bao gồm : opan (SiO2.2H2O) không màu hoặc màu trắng sữa, màu trắng xam, vàng sáng, tro xanh. + Nhóm cacbonat bao gồm: Can xít CaCO3, không màu hoặc màu trắng , xám vàng, hồng, xanh, khối lượng riêng 2,7 g/m3, độ cứng 3, cường độ trung bình, dễ tan trong nước, nhất là nước chứa CO2.
+ Nhóm các khoáng sét bao gồm: Caolinit Al2O32SiO22H2O là khoáng màu trắng hoặc màu xám, xanh, khối lượng riêng 2,6 g/m3, độ cứng 1. + Nhóm sunphát bao gồm : - Thạch cao CaSO42H2O là khoáng màu trắng hoặc không màu, nếu lẫn tạp chất thì có màu xanh, vàng, đỏ khối lượng riêng 2,3 g/m3, độ cứng 2. - Anhyđrit CaSO4 là khoáng vật màu trắng hoặc xanh khối lượng riêng 3,0 g/m3, độ cứng 3 đến 3,5. Tính chất và công dụng của một số loại đá trầm tích.
+ Cát , sỏi : Là loại đá trầm tích cơ học, được khai thác trong thiên nhiên sử dụng để chế tạo vữa, bê tông … + Đất sét : Là loại đá trầm tích có độ dẻo cao khi nhào trộn với nước, là nguyên liệu sản xuất gạch, ngói, xi măng. + Thạch cao : Được sử dụng để sản xuất chất kết dính bột thạch cao xây dựng. + Đá vôi : Bao gồm hai loại đá vôi rồng và đá vôi đặc. Đá vôi rỗng gồm có đá vôi vỏ sò, thạch nhũ, loại này có khối lượng thể tích 800 đến 1800 kg/m3, cường độ nén < 150kg/cm2.
Các loại đá vôi rỗng thường dùng để sản xuất vôi hoặc làm cốt liệu cho bê tông nhẹ. Đá vôi đặc bao gồm đá vôi can xit và đá vôi đôlômít. Đá vôi can xit có màu trắng hoặc xanh, vàng, khối lượng thể tích 2200 đến 2600 kg/m3, cường độ nén từ 100 đến 1000 22 kg/cm2, thường dùng để xây móng, tường, sản xuất đá dăm và là nguyên liệu quan trọng để sản xuất vôi, xi măng. Đá vôi đôlômít là loại đá đặc , màu đẹp được dùng để sản xuất tấm lát, ốp hoặc chế tạo vật liệu chịu lửa.
Thành phần khoáng vật .