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岩石的理化性能

/physical and chemical properties of rock/
条目作者白志民丁浩
条目作者白志民

白志民

丁浩

丁浩

最后更新 2022-12-23
浏览 165
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岩石物理性能和化学性质的统称。

英文名称
physical and chemical properties of rock
所属学科
材料科学与工程

岩石的种类繁多,性质和用途各异,对其物理性能的界定和测定尚无统一的规定与标准,但以下几个方面的基本物理性能最能够体现岩石的属性。

①密度,通常用真密度描述,是岩石质量与其体积的比值(单位为克/厘米3),常用比重瓶法或气体膨胀法真密度分析仪进行测定。

②岩石强度,包括抗剪强度(岩石某截面在一定的法向应力作用下所承受的最大剪应力)、抗拉强度(岩石在拉应力作用下达到破坏时所承受的最大拉应力)、抗压强度(岩石压缩状态下承受的破坏载荷与其承压面面积的比值)、湿压强度(物体在饱水状态下,抵抗外部压力能力的物理量,以试样受力作用时的应力值表示)和软化系数(岩石饱和水试件的单轴抗压强度与干燥试件或自然含水状态试件单轴抗压强度的比值)。

③岩石硬度,岩石抵抗外力机械作用的强度。由单一矿物组成的岩石(如石英岩),可采用矿物莫斯硬度计(由软至硬排序)进行测定:1滑石、2石膏、3方解石、4萤石、5磷灰石、6长石、7石英、8黄玉、9刚玉、10金刚石。其他非单一矿物组成的岩石,其硬度测量可参考天然饰面石材的肖氏硬度试验方法、日用陶瓷器釉面或工程陶瓷维氏硬度测定方法进行测定和表示。

④熔融温度,固态岩石完全转变为熔融态熔体的温度,常用毛细管法熔点测定仪、热台法熔点测定仪、高温显微镜等测定。与具有确定熔点的矿物不同,岩石并无确定的熔点,只能用熔融温度范围表示。

⑤耐火度,是岩石在无荷重条件下抵抗高温作用而不熔化的性能,用耐火材料达到某一特定软化程度时的温度表示,是判定岩石能否作为耐火材料的依据。耐火度不同于纯物质的熔点,熔点是纯物质结晶相与其液相处于平衡状态时的温度,是一个确定的温度值。而岩石是由多种不同矿物组成,并含许多杂质,其耐火度取决于岩石的化学成分、矿物组成及分布状态。

⑥热膨胀性,是描述岩石体积或长度随温度变化的性质,通常用线膨胀系数(温度变化1开时,岩石长度的相对变化量)或体积膨胀系数(温度变化1开时,岩石体积的相对变化量)衡量。多数岩石具有各向异性特点,方向不同,线膨胀系数也有差异。同时,岩石的膨胀系数并不是一个恒定的值,而是随温度变化的,故通常所称的膨胀系数是指某一温度范围内的平均值,应用时应注意适用的温度范围。膨胀倍率是指岩石膨胀后与膨胀前松散体积的比值。膨胀倍率与岩石的玻璃质透明度、珍珠构造发育程度、水化程度、原料的水分和杂质含量以及工艺控制因素有关。

⑦导热性,是描述岩石热传导能力的性质,通常用导热系数描述:单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量,单位为瓦/(米2·开)或焦/(米2·秒·开)。多数岩石具有各向异性特点,其热导率也呈各向异性。

⑧磁性,在外磁场作用下,岩石被磁化时所表现出的性质,包括岩石被外磁场所吸引、排斥以及被磁化的组分对外界产生磁场等,通常用磁化率(磁化强度与磁场强度之比)表示。岩石的磁性主要来源于它所含的磁性矿物,特别磁铁矿等。基性侵入岩的磁化率一般较高,多大于10-3;花岗岩和片麻岩的磁化率为10-4~10-3;沉积岩的磁化率一般较低,多小于10-4

⑨导电性,通常用电阻率或电导率表示。岩石的电阻率通常在实验室中测定,是把岩石样品做成某一规则的几何形状(如长方体),再测量这一规则样品的电阻,然后再根据电阻测量值、样品的横截面积和样品长度计算电阻率(电阻率等于电阻值乘以样品的横截面积,再除以样品长度)和电导率(电阻率和电导率互为倒数关系)。

⑩可塑性,黏土类物质塑造成型的能力,通常用塑性指数()或塑性指标()定量描述。



式中为液相界限,是指使风干黏土变成能缓慢流动的黏稠液体所需水的重量与风干黏土重量的比值(百分数);为塑性界限,是指逐渐减少可塑性泥团的水量,直至其不能产生塑性变形(变脆而破裂)时,减少的水量与风干黏土重量的比值;为正常稠度泥团的直径(通常为45cm);为受压后出现裂纹时泥球的高度(cm);表示受压出现裂纹时的负荷(N)。

⑪黏结性,又称黏结力、结合力、结合能力,指软质耐火黏土、黏土、高岭土等能胶结其他非黏性物质的性质以及干燥后硬化的能力。

⑫软化系数,是衡量岩石吸水后强度变化特征的参数,通常用岩石在饱和水状态下的抗压强度和其绝干状态下的抗压强度比值表示。

⑬悬浮性,是评价膨润土、累托石黏土、高岭土等在水介质中分散形成胶体状态能力的指标,以悬浮度表示。测定方法是:将30克试样按规定烘干,加水研磨后稀释至1000毫升,搅匀静置20分钟,读取上层清液体积即为悬浮度,单位为毫升。

⑭造浆率,是体现黏土类物质形成稳定悬浮溶液能力的技术参数,用单位重量的黏土加水配制成表观黏度15兆帕•秒的悬浮液的体积数,单位为米3/吨。

包括岩石的化学组成、化学稳定性和化学反应能力等。化学组成是岩石化学性质最主要的内容,包括主要元素、微量元素和同位素(见岩石化学组成);岩石化学性质的其他方面包括:①火山灰活性,是指岩石中含有活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分,且这些组分与氢氧化钙反应,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等产物而具有水硬性胶凝作用的能力。②胶质价,是指膨润土与水混合,并加入适量氧化镁后,其所形成的凝胶体的体积,以15克试样形成的凝胶体积的毫升数表示。③吸蓝量,主要反映累托石黏土、膨润土等在水溶液中吸附亚甲基蓝的能力,单位是毫摩/100克表示。④阳离子交换性能,主要用于评价膨润土、高岭土等黏土的离子交换能力,以阳离子交换容量(CEC)表示,单位为毫摩/100克。

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