Chúng ta thường nói: “Cứng như đá” – nhưng thực sự có phải như vậy không?
Một trong những đặc tính của đá mà chúng ta thường xem xét đến khi dùng chúng trong xây dựng đó chính là độ cứng của chúng. Đá quả thật rất cứng, nếu bạn nào không tin thì cứ thử mang đầu mình hay một rổ trứng gà ra thử xem. Đùa chút cho vui vậy thôi các bạn ạ, và cũng không có ai dại gì mà làm như vậy cả!
Có vô số loại đá tồn tại trong tự nhiên và độ mềm, cứng của chúng cũng rất khác nhau, làm thế nào để chúng ta có thể so sánh được chúng.
Khi nghiên cứu về các loại khoáng vật, năm 1812 (hơn 200 năm trước đây) nhà địa chất học – khoáng vật học Friedrich Mohs đã đưa ra thang độ cứng của đá gồm 10 cấp như sau:
| Độ cứng Mohs | Khoáng vật | Độ cứng tuyệt đối | Có thể bị trầy xước bởi… |
| 1 | Talc (Bột đá) | 1 | Tất cả các vật khác |
| 2 | Gypsum (thạch cao) | 2 | Móng tay |
| 3 | Calcite (canxit) | 14 | Đồng xu |
| 4 | Fluorite (fluorit) | 21 | Dao thép |
| 5 | Apatite (apatit) | 48 | Dao thép (khó hơn) |
| 6 | Orthoclase (fenspat) | 72 | Thép đạn |
| 7 | Quartz (thạch anh) | 100 | Thép dụng cụ, có thể làm trầy kính |
| 8 | Topaz | 200 | Đá quý |
| 9 | Corundum (ruby, sapphire) | 400 | Làm trầy được hầu hết khoáng vật khác |
| 10 | Diamond (kim cương) | 1500 | Cứng nhất – chỉ bị trầy bởi chính nó |
Một số loại đá phổ biến và độ cứng Mohs tương ứng
| Loại đá | Thành phần chính | Độ cứng Mohs xấp xỉ |
| Đá vôi (limestone) | Canxit | ~3 |
| Đá granite (đá hoa cương) | Fenspat + Thạch anh | ~6 – 7 |
| Đá cẩm thạch (marble) | Canxit | ~3 – 4 |
| Đá basalt (bazan) | Pyroxen + Fenspat | ~6 |
| Đá thạch anh (quartzite) | Thạch anh | ~7 |
| Đá phiến sét (shale) | Khoáng sét | ~3 |
Thang độ cứng Mohs được dùng và tham khảo khá nhiều bởi vì thực ra hầu như chúng ta dùng đá theo kinh nghiệm và cảm tính. Và cơ bản thế cũng là đủ với các công trình dân dụng thông thường. Tuy nhiên, đối với những công trình đòi hỏi độ chính xác cao về chất lượng và độ cứng của vật liệu — chẳng hạn như các kết cấu chịu lực lớn hoặc công trình yêu cầu mác bê tông cao — việc sử dụng các loại đá thông thường như đá răm không còn phù hợp. Thay vào đó, bắt buộc phải sử dụng những loại đá có độ cứng cao hơn, như đá basalt, để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
Trong thang Mohs như trên “Độ cứng” 1,2,3… chỉ có ý nghĩa như là một thứ tự mà thôi. Chẳng hạn độ cứng tuyệt đối của Corundum (đá đỏ) – cấp 9 theo Mohs, thực tế là cứng gấp đôi ngọc Topaz cấp 8. Vì vậy, vào năm 1896 nhà khoa học về sắt thép và vật liệu người Anh Thomas Turner (1861-1951) đã sáng chế ra một loại Cương kế (Cương kế turner). Nguyên lý hoạt động của Cương kế Turner đó là dung một đầu nhọn (thường là kim cương hoặc thép cứng) rạch lên bề mặt vật liệu, từ độ sâu hoặc hình dạng của vết rách để đánh giá độ cứng tuyệt đối. Mặc dù cương kế Turner hiện nay không còn được sử dụng rộng rãi do các phương pháp chuẩn hóa đã thay thế, xong đó là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các phương pháp đo độ cứng hiện đại.
Độ cứng của đá là một chỉ số quan trọng – thậm chí có thể nói là quan trọng nhất – đặc biệt trong các ứng dụng của đá liên quan đến chịu lực hay chống mài mòn. Tuy nhiên, khi xét đến các mục đích sử dụng cụ thể, những tính chất khác cũng đóng vai trò quan trọng không kém như độ bền uốn, độ hút ẩm và độ bóng…
Nếu bạn đang tìm hiểu về đá cho một ứng dụng cụ thể, chúng tôi có thể giúp bạn phân tích và tìm ra giải pháp phù hợp nhất.
Hy vọng sẽ có dịp trao đổi và hợp tác trong tương lai!
Fidalgo Stone