抗风化材料开发.docVIP

资料来源：360百科 中国知网 风化的基本知识 风化的概念 地质学里的风化系指风化作用（Weathering），它是指地表或接近地表的坚硬岩石、矿物与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散堆积物的全过程 。 风化的类型 根据风化作用的因素和性质可将其分为三种类型：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。 1、物理风化作用 　　物理风化作用：地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分也不新矿物的作用称物理风化作用。如矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐分结晶、生物活动等作用均可使岩石由大块变成小块以至完全碎裂。 2、化学风化作用 　　化学风化作用：地表岩石受到水、氧气和二氧化碳的作用而发生化学成分和矿物成分变化，并产生新矿物的作用。主要通过溶解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式进行。 3、生物风化作用 生物作用：可以加速或促进化学风化作用的进行。菌类、藻类及其他微生物对岩石的破坏作用十分巨大，它们不仅直接对母岩进行机械破坏，化学分解，而且本身分泌出的有机酸，有利于分解岩石或吸取某些元素变成有机化合物。 三．岩石风化的形成原因 岩石处在它生成的环境条件下是稳定的（处于一种平衡状态），但条件发生变化，为了适应新的环境，必然发生变化，以达到适应新环境的新平衡。这种变化是慢长的，如果环境不断发生变化，则岩石或风化物可能一直在变化。 四 . 影响风化的因素 1. 内因（岩石的性质） 岩石本身的性质以及组成岩石的矿物纯度影响着风化的速度和强度。 1）组成岩石的矿物成分和性质 组成岩石的矿物颜色、颗粒大小、矿物的化学结构（即稳定性）。 注：在外界环境条件大致相同的情况下，常见的各种矿物抗风化的稳定性顺序如下： 石英白云母正长石斜长石黑云母角闪石辉石橄榄石 2）岩石的结构 隐晶或等粒细粒的稳定性大于等粒粗粒或斑状（物理风化）。 但是一当岩石破碎崩解，细粒由于表面积大，容易受到水、空气、CO2等化学物质作用而发生化学风化。 3）岩石的构造 坚硬而致密结构的岩石，比疏松多孔的岩石抗风化能力强，有层理、片理、节理和裂隙的岩石，水分、空气容易侵入而引起风化。 2. 外因（岩石所处的环境条件） 1）气候 ：控制风化作用的类型和速度 a.极地气候区 b.沙漠干旱气候区 c.温带湿润气候区 d.热带炎热气候区 地形和植被：地形可影响风化作用的速度、 深度及风化产物的堆积厚度和分布状况。 红砂岩的抗风化试验 1.岩石结构及矿物成分 岩石为粉砂结构的粉砂岩，粒径为0.01～0.03 mm。主要由石英、长石粉砂、岩屑、被粘土、方解石、褐铁矿等胶结组成。石英、长石成次棱角状、棱角状、次圆状，粒度为0.02～0.35 mm，长石为微斜长石、正长石及钠长石。岩屑为流纹岩屑、硅质岩屑，成次棱角状、次圆状，粒度为0.05～0.25mm。锆石、绿帘石等副矿物成次圆状，粒度为0.01～0.1 mm。主要矿物成分含量石英为91%、钾长石为2%、斜长石为1%、岩屑为3%。 2.化学材料 试验共分 5 组情况：1 组为自然状态的试件即试件未受化学材料处理，另4 组试件则分别进行了不同化学材料处理，每组共5 个试件。具体如表1所示。 3.试验方法 (1) 称量自然状态下试件质量，得到试件的原始质量； (2) 将试件在40 ℃下烘干至质量恒重后测其质量和弹性纵波速值，分别得到化学材料处理前的质量和弹性波速； (3) 将试件分别浸泡于表1 中2～5 组的不同化学材料中，每隔1 d 测其质量，直至质量恒重即达到饱和状态； (4) 将饱和后的试件从化学材料中取出，在空气中静置7 d，然后在40 ℃下烘干至质量恒重后测其质量和弹性纵波速值，得到处理后的质量和弹性波速； (5) 进行常规三轴压缩等试验，围压分别为5，10，20 MPa。 4.试验结果 测试试件质量及弹性纵波速时，均将试件在40℃下烘干至质量恒重后进行。表2 中第1 组c，? 值为未受化学材料处理的试件粘聚力和内摩擦角；其余c，?值为在表1 中相应化学材料处理后的试件粘聚力和内摩擦角。表3 为不同围压下的峰值强度值。 表3 不同围压下不同化学材料处理后的岩石试件平均峰值强度 5.实验结果 通过上述试验结果的比较，第 4 组处理方法可提高红砂岩的抗风化能力。 岩石的强度τ 取决于平面上产生的粘聚力c 和法向力σ 产生的内摩擦力fσ ， 即τ = c + fσ式中：f 为内摩擦系数， f = tan? ，? 为内摩擦角。很明显，抗剪强度指标 c 和? 是由岩石材料性质决定的。对于试验所用砂岩而言，自然状态下其强度主要由内摩擦力组成，粘聚力c 很小。因此通过化学处理，使粘聚力得到一定的提高，以