Bài giảng Địa chất công trình - Đất đá

Chương ii ĐẤT ĐÁ 1 Chương ii. đất đá Nội dung: I. Khoáng vật II. Các loại đá III. Đất IV. Những tính chất cơ bản của đất đá thường dùng trong xây dựng công trình V. Phân loại đất đá 2 I. Khoáng vật • Khái niệm Khoáng vật là những hợp chất của các nguyên tố hoá học hay các nguyên tố tự sinh, được hình thành do các quá trình hoá lý khác nhau xảy ra trong vỏ Trái đất hay trên mặt đất. Dạng tồn tại: Thể khí (C02, H2S…); Thể lỏng (nước, thuỷ ngân …); Thể rắn (thạch anh, mica …). 3 I. Khoáng vật  ý nghĩa của việc nghiên cứu khoáng vật Khoỏng vật là những thành phần cấu tạo nờn đỏ, quyết định tớnh chất xõy dựng của đỏ. Do vậy nghiờn cứu khoỏng vật ta hiểu biết được nguồn gốc và điều kiện hỡnh thành đỏ. Nghiờn cứu khoỏng vật giỳp ta nhận xột khả năng sử dụng của đất đỏ trong xõy dựng cụng trỡnh. 4 I.1. Một số đặc tớnh của khoỏng vật a. Trạng thỏi vật lý b. Hỡnh dỏng tinh thể c. Màu sắc và vết vạch d. Độ trong suốt và ỏnh e. Tớnh cỏt khai (tớnh dễ tỏch) f. Vết vỡ g. Độ cứng h. Tỷ trọng 5 a. Trạng thái vật lý 6  Dạng kết tinh  Dạng vụ định hỡnh a. Trạng thái vật lý Các nguyên tử hay ion được sắp xếp theo một trình tự nhất định, tạo thành mạng lưới không gian. Đặc điểm: • Có hình dáng bên ngoài nhất định; • Có tính đẳng hướng hay dị hướng (tuỳ theo cấu tạo mạng lưới không gian). 7  Dạng kết tinh a. Trạng thái vật lý Các phân tử vật chất tạo thành khoáng vật không sắp xếp theo một trật tự nhất định (hay không tạo thành mạng tinh thể không gian). Đặc điểm: • Không có hình dáng bên ngoài nhất định; • Có tính đẳng hướng. 8  Dạng vô định hình b. Hình dạng tinh thể khoáng vật 9  Loại phát triển theo 3 phương: Hạt, cục … (halit, pyrit …)  Loại phát triển theo 2 phương: Tấm, vẩy, lá (mica, barit…)  Loại phát triển theo 1 phương: Lăng trụ, que, kim … (thạch anh, amphibol…) Mica Halit Thạch anh c. Màu và vết vạch 10 Màu của khoáng vật: Khoáng vật chứa nhiều Fe, Mg thường có màu sẫm; chứa nhiều Si, Al thì có màu nhạt. Nhiều khoáng vật chỉ có một màu cố định, khi lẫn tạp chất khoáng vật mang nhiều màu khác nhau (như thạch anh có thể có màu trắng, tím, đen, nâu, vàng …). Do thành phần hoá học và các tạp chất trong nó quyết định. Màu khoáng vật quyết định màu đá ---> ảnh hưởng tới khả năng hấp thụ nhiệt của đá. Màu của vết vạch là màu bột của khoáng vật khi ta vạch nó lên tấm sứ tráng và nhám. Màu vết vạch thường giống màu khoáng vật, tuy nhiên có một số khác màu khoáng vật.  Vết vạch: c. Màu và vết vạch 11 Thạch anh c. Màu và vết vạch 12 Limonit Berin (hồng ngọc) 13 Khoáng vật sẫm mầu 14 Khoáng vật sáng màu d. Độ trong suốt và ánh 15 Trong suốt: thạch anh, thuỷ tinh, spat … Độ trong suốt: Là khả năng cho ánh sáng đi qua của khoáng vật Nửa trong suốt: calcit, thạch cao, sphalerit … Không trong suốt: pyrit, magnetit, graphit … GraphitCalcitThạch anh d. Độ trong suốt và ánh 16  ánh của khoáng vật: Là khả năng phản xạ màu sắc trên mặt khoáng vật khi ta chiếu ánh sáng vào khoáng vật. ánh kim: là ánh của các kim loại điển hình như vàng, bạc, chì, pyrit … ánh phi kim: ánh thuỷ tinh (thạch anh, calcit…), ánh xà cừ (mica)… d. Độ trong suốt và ánh 17 Pyrit Ánh kim Calcit Ánh thuỷ tinh e. Tính cát khai (tính dễ tách)  Tính cát khai: Là khả năng những tinh thể khoáng vật hoặc mảnh tinh thể khoáng vật có thể bị tách ra thành tấm theo những mặt phẳng song song khi chịu tác dụng của lực. Cát khai rất hoàn toàn: Mica, clorit … Cát khai hoàn toàn: Calcit, halit … Cát khai trung bình: Pyroxen, amphibon … Cát khai kém: apatit, cassiterit… Cát khai không hoàn toàn: Thạch anh, apatit … 18 e. Tính cát khai (tính dễ tách) 19 f. Vết vỡ  Vết vỡ: Là mặt vỡ không theo quy tắc của khoáng vật khi bị đập vỡ. Vết vỡ phẳng: Mica … Vết vỡ vỏ sò: Thạch anh … Vết vỡ nham nhở: Bạc, đồng … Vết vỡ dạng đất: Kaolinit … 20 g. Độ cứng 21 Độ cứng: Là năng chống lại lực cơ học bên ngoài (khắc, vạch) lên bề mặt khoáng vật. Khoáng vật có bán kính điện tử càng nhỏ thì độ cứng càng lớn.  Phân ra độ cứng tuyệt đối và độ cứng tương đối  Thang độ cứng tương đối của F.Mohs - 10 bậc (tương ứng có 10 khoáng vật chuẩn): 1 Talc 2 Thạch cao 3 Calcit 4 Fluorit 5 Apatit 6 Orthoclas 7 Thạch anh 8 Topaz 9 Corindon 10 Kim cương h. Tỷ trọng 22 Các khoáng vật có tỷ trọng rất khác nhau và thay đổi trong phạm vi khá lớn, phụ thuộc vào thành phần hoá học và cấu trúc tinh thể. Theo giá trị của tỷ trọng, chia thành 3 nhóm khoáng vật: Nhẹ: Tỷ trọng < 2,5 Trung bình: Tỷ trọng = 2,5  4,0 Nặng: Tỷ trọng > 4,0 Khoáng vật Tỷ trọng Khoáng vật Tỷ trọng Thạch anh 2,65  2,66 Plagioclas 2,60  2,78 Calcit 2,71  2,72 Muscovit 2,50  3,10 Đolomit 2,80  2,99 Biotit 2,69  3,40 Anhydrit 2,50  2,70 Piroxen 3,20  3,60 Thạch cao 2,30  2,40 Amphibon 2,99  3,47 Orthoclas 2,50  2,62 Olivin 3,18  3,45 Tỷ trọng một số khoáng vật tạo đá chính Phõn loại khoỏng vật  Mục đớch của phõn loại khoỏng vật: Mụ tả khoỏng vật một cỏch cú hệ thống; Làm rừ mối quan hệ giữa cỏc khoỏng vật trong đỏ.  Đỏnh giỏ sơ bộ tớnh chất của khoỏng vật và tớnh chất xõy dựng của đất đỏ. 23 2. Phõn loại khoỏng vật  Theo nguồn gốc hỡnh thành  Khoỏng vật nguyờn sinh  Khoỏng vật thứ sinh  Theo điều kiện hỡnh thành  Khoỏng vật nội sinh  Khoỏng vật ngoại sinh  Theo vai trũ tạo đỏ  Khoỏng vật chớnh  Khoỏng vật phụ  Khoỏng vật hiếm 24 I.2. Một số khoỏng vật tạo đỏ chớnh • Theo thành phần húa học: chia thành 8 lớp  Lớp 1 (silicat): Plagioclas (Na2O.Al2O3.6SiO2), orthoclas (K2O.Al2O3.6SiO2) …  Lớp 2 (oxyt và hydroxyt): Thạch anh (SiO2), Coridon (Al2O3)…  Lớp 3 (carbonat): Calcit (CaCO3), dolomit (CaMg(CO3)2)…  Lớp 4 (sulfat): Thạch cao (CaSO4.2H2O), Anhydrit (CaSO4)…  Lớp 5 (sulfur): Pyrit (FeS2), Calcopyrit (CuFeS2), galenit (PbS) ..  Lớp 6 (phosphat): Apatit Ca5(F, Cl)(PO4)3 …  Lớp 7 (halogenur): Halit (NaCl), Fluorit (CaF2) …  Lớp 8 (nguyờn tố tự sinh): Vàng (Au), kim cương (C) … 25 26 Lớp Silicat Talc, Mg[Si4O10](OH)2 27 Lớp Silicat Muscovit (Mica), KAl2[Si3O10](OH)2 28 Lớp Silicat Kaolinit, Al4[Si4O10](OH)8 29 Lớp OXYT Thạch anh, SiO2 30 Lớp OXYT Coridon (hồng ngọc), Al2O3 31 Lớp OXYT Coridon (sapphire), Al2O3 32 Lớp carbonat: 33 Lớp Sulfat: Thạch cao, CaSO4.2H2O 34 Lớp Sulfat: Barit, BaSO4 35 Lớp sulfur: Pyrit, FeS2 36 Lớp Halogenur: Fluorit, CaF2 37 Lớp phosphat: Apatit, Ca5F(PO4)3 38 Lớp Halogenur: Halit, NaCl 39 Lớp nguyên tố tự sinh: Đồng, Cu 40 Lớp nguyên tố tự nhiên: Đồng, Cu Lớp nguyờn tố tự sinh: Vàng, Au 41 Lớp nguyờn tố tự sinh: Kim cương, C Graphit, C