Giáo trình Vật liệu xây dựng (Nghề Cốt thép hàn Trung cấp)

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ XÂY DỰNG KHOA XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: VẬT LIỆU XÂY DỰNG NGHỀ: CỐT THÉP - HÀN TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm MÔN: VẬT LIỆU XÂY DỰNG Chương KHÁI NIỆM VÀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu khái niệm vật liệu xây dựng - Trình bày tính chất vật lý học vật liệu xây dựng Khái niệm vật liệu Vật liệu xây dựng vật liệu sử dụng cho mục đích xây dựng Nhiều chất diện tự nhiên, chẳng hạn đất sét, đá, cát, gỗ, chí cành lá, sử dụng để xây dựng tịa nhà Ngồi vật liệu tự nhiên, nhiều sản phẩm nhân tạo sử dụng, số tổng hợp nhiều Sản xuất vật liệu xây dựng ngành công nghiệp thiết lập nhiều nước việc sử dụng vật liệu thường tách thành ngành nghề chuyên môn cụ thể, chẳng hạn nghề mộc, cách nhiệt, hệ thống ống nước, công việc lợp mái Chúng cung cấp thành phần nơi sinh hoạt cấu trúc bao gồm nhà Các tính chất vật lý 2.1 Khối lượng riêng - Khối lượng riêng vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái hồn tồn đặc (khơng có lỗ rỗng) - Khối lượng riêng ký hiệu ρ tính theo cơng thức: ρ = m V (kG/m3; kG/l; g/cm3) Trong : m : Khối lượng vật liệu trạng thái khô, g, kg V : Thể tích hồn tồn đặc vật liệu, cm3, l, m3 - Tuỳ theo loại vật liệu mà có phương pháp xác định khác Đối với vật liệu hồn tồn đặc kính, thép v.v , ρ xác định cách cân đo mẫu thí nghiệm, đối vật liệu rỗng phải nghiền đến cỡ hạt < 0,2 mm loại vật liệu rời có cỡ hạt bé (cát, xi măng ) ρ xác định phương pháp bình tỉ trọng (hình 1.1) Khối lượng riêng vật liệu phụ thuộc vào thành phần cấu trúc vi mô nó, vật liệu rắn khơng phụ thuộc vào thành phần pha Khối lượng riêng Hình 1.1: Bình tỉ trọng vật liệu biến đổi phạm vi hẹp, đặc biệt loại vật liệu loại có khối lượng riêng tương tự Người ta dùng khối lượng riêng để phân biệt loại vật liệu khác nhau, phán đốn số tính chất Hình 1.2 Lắp đạt bình tỉ trọng kế 2.2 Khối lượng thể tích - Khối lượng thể tích vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên (kể lỗ rỗng) thì: - Nếu khối lượng mẫu vật liệu m thể tích tự nhiên mẫu V v ρV = m Vv (g/cm3; kg/m3; T/m3) 2.3 Các tính chất vật liệu liên quan tới nước 2.3.1.Độ rỗng: r (số thập phân, %) thể tích rỗng chứa đơn vị thể tích tự nhiên vật liệu Nếu thể tích rỗng V r thể tích tự nhiên vật liệu V v : r= Vr Vv Trong : V r = V v -V Vr −V V ρv r = =− =− 1 Do : Vr Vr ρ 2.3.2 Độ đặc (đ) mức độ chứa đầy thể tích vật liệu chất rắn đ = ρ v ρ Như r + đ = ( hay 100%), có nghĩa vật liệu khô bao gồm khung cứng để chịu lực lỗ rỗng khơng khí 2.3.3 Độ mịn hay độ lớn vật liệu dạng hạt, dạng bột đại lượng đánh giá kích thước hạt Độ mịn định khả tương tác vật liệu với mơi trường (hoạt động hóa học, phân tán môi trường), đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng hạt Vì tuỳ theo loại vật liệu mục đích sử dụng người ta tăng hay giảm độ mịn chúng Đối với vật liệu rời xác định độ mịn thường phải quan tâm đến nhóm hạt, hình dạng tính chất bề mặt hạt, độ nhám, khả hấp thụ liên kết với vật liệu khác Độ mịn thường đánh giá tỷ diện bề mặt (cm2/g) lượng lọt sàng, lượng sót sàng tiêu chuẩn (%) Dụng cụ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ phụ thuộc vào loại vật liệu 2.3.4 Độ ẩm W (%): tiêu đánh giá lượng nước có thật ma vật liệu thời điểm thí nghiệm Nếu khối lượng vật liệu lúc ẩm m a khối lượng vật liệu sau sấy khô m k thì: W = ma − mk x100(%) hay ma W = mn x100(%) mk - Độ ẩm vật liệu tăng làm xấu tính tính chất nhiệt kỹ thuật, giảm cường độ độ bền, làm tăng thể tích số loại vật liệu Vì tính chất vật liệu xây dựng phải xác định điều kiện độ ẩm định 2.3.5 Độ hút nước vật liệu: Là khả hút giữ nước điều kiện thường xác định cách ngâm mẫu vào nước có nhiệt độ 20 ± 0,5oC Trong điều kiện nước chui vào lỗ rỗng hở, mà độ hút nước ln ln nhỏ độ rỗng vật liệu Thí dụ độ rỗng bê tơng nhẹ 50 ÷ 60%, độ hút nước đến 20 ÷ 30% thể tích - Độ hút nước xác định theo khối lượng theo thể tích - Độ hút nước theo khối lượng tỷ số khối lượng nước mà vật liệu hút vào với khối lượng vật liệu khô thức: - Độ hút nước theo khối lượng ký hiệu H P (%) xác định theo công HP = mu − mk mn x100(%) x100(%) = mk mk - Độ hút nước theo thể tích tỷ số thể tích nước mà vật liệu hút vào với thể tích tự nhiên vật liệu thức: - Độ hút nước theo thể tích ký hiệu H V (%) xác định theo công HV = Vn x100(%) hay VV HV = mu − mk x100(%) VV x ρ n Trong : m n , V n : Khối lượng thể tích nước mà vật liệu hút ρ n : Khối lượng riêng nước ρ n = 1g/cm3 m , m k : Khối lượng vật liệu hút nước (ướt) khơ V v : Thể tích tự nhiên vật liệu Mỗi quan hệ H V H P sau : H V ρV ρ hay H V = H P v = H P ρn ρn (ρ v : khối lượng thể tích tiêu chuẩn) - Để xác định độ hút nước vật liệu, ta lấy mẫu vật liệu sấy khô đem cân ngâm vào nước Tùy loại vật liệu mà thời gian ngâm nước khác Sau vật liệu hút no nước vớt đem cân xác định độ hút nước theo khối lượng theo thể tích cơng thức - Độ hút nước tạo thành ngâm trực tiếp vật liệu vào nước, với mẫu vật liệu đem thí nghiệm độ hút nước lớn độ ẩm - Độ hút nước vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính lỗ rỗng thành phần vật liệu - Ví dụ: Độ hút nước theo khối lượng đá granit 0,02 ÷ 0,7% bê tơng nặng ÷ 4% gạch đất sét ÷ 20% - Khi độ hút nước tăng lên làm cho thể tích số vật liệu tăng khả thu nhiệt tăng cường độ chịu lực khả cách nhiệt giảm 2.3.6 Độ bão hòa nước: Là tiêu đánh giá khả hút nước lớn vật liệu điều kiện cưỡng nhiệt độ hay áp suất - Độ bão hòa nước xác định theo khối lượng theo thể tích, tương tự độ hút nước điều kiện thường - Độ bão hòa nước theo khối lượng: H Pbh = m Nbh m bh − mk x100(%) hay M Pbh = u x100(%) mk mk Độ bão hòa nước theo thể tích : H Vbh = V Nbh x100(%) VV hay M Vbh = mubh − mk x100(%) V N ρ N Trong cơng thức : • bhNm,: Khối lượng thể tích nước mà vật liệu hút vào bão hịa bhNV • 10 bh−m, : Khối lượng mẫu vật liệu bão hòa nước khơ • V V : Thể tích tự nhiên vật liệu - Độ bão hòa nước vật liệu phụ thuộc vào thành phần vật liệu độ rỗng mà phụ thuộc vào tính chất lỗ rỗng, độ bão hòa nước đánh giá hệ số bão hịa C bh thơng qua độ bão hịa nước theo thể tích độ rỗng r : Cbh = H Vbh r - C bh thay đổi từ đến Khi hệ số bão hòa lớn tức vật liệu có nhiều lỗ rỗng hở - Khi vật liệu bị bão hòa nước làm cho thể tích vật liệu khả dẫn nhiệt tăng, khả cách nhiệt đặc biệt cường độ chịu lực giảm Do mức độ bền nước vật liệu đánh giá hệ số mềm (K m ) thông qua cường độ mẫu bão hịa nước Rbh cường độ mẫu khơ R k : Km = R bh Rk Những vật liệu có K m > 0,75 vật liệu chịu nước dùng cho cơng trình thủy lợi 2.3.7 Tính thấm nước: tính chất nước thấm qua từ phía có áp lực cao sang phía có áp lực thấp Tính thấm nước đặc trưng hệ số thấm K th (m/h): K th = Vn a S ( p1 − p ).t - Như vậy, K th thể tích nước thấm qua V n (m3) vật liệu có chiều dày a=1m, diện tích S = 1m2, sau thời gian t = giờ, độ chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh hai mặt p - p = 1m cột nước - Tùy thuộc loại vật liệu mà có cách đánh giá tính thấm nước khác - Ví dụ: Tính thấm nước ngói lợp đánh giá thời gian xuyên nước qua viên ngói, tính thấm nước bê tơng đánh giá áp lực nước lớn ứng với lúc xuất nước qua bề mặt mẫu bê tơng hình trụ có đường kính chiều cao 150 mm - Mức độ thấm nước vật liệu phụ thuộc vào chất vật liệu, độ rỗng tính chất lỗ rỗng Nếu vật liệu có nhiều lỗ rỗng lớn thơng mức độ thấm nước lớn vật liệu có lỗ rỗng nhỏ cách 2.3.8 Tính dẫn nhiệt - Tính dẫn nhiệt vật liệu tính chất nhiệt truyền qua từ phía có nhiệt độ cao sang phía có nhiệt độ thấp - Khi chế độ truyền nhiệt ổn định vật liệu có dạng phẳng nhiệt lượng truyền qua vật liệu xác định theo công thức: Q= λ.F (t1 − t ) τ , Kcal δ Trong : F : Diện tích bề mặt vật liệu, m2 • δ : Chiều dày vật liệu, m • t , t : Nhiệt độ hai bề mặt vật liệu, 0C • τ : Thời gian nhiệt truyền qua, h • λ : Hệ số dẫn nhiệt , Kcal/m 0C.h • Khi F = 1m2; δ = 1m; t - t = 1oC; τ = 1h λ = Q - Vậy hệ số dẫn nhiệt nhiệt lượng truyền qua vật liệu dày 1m có diện tích 1m2 độ chênh lệch nhiệt độ hai mặt đối diện 1oC - Hệ số dẫn nhiệt vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố : Loại vật liệu, độ rỗng tính chất lỗ rỗng, độ ẩm, nhiệt độ bình quân hai bề mặt vật liệu - Do độ dẫn nhiệt khơng khí bé (λ = 0,02 Kcal/m.°C.h) so với độ dẫn nhiệt vật rắn độ rỗng cao, lỗ rỗng kín cách hệ số dẫn nhiệt thấp hay khả cách nhiệt vật liệu tốt Khi khối lượng thể tích vật liệu lớn dẫn nhiệt tốt Trong điều kiện độ ẩm vật liệu 5÷7%, dùng công thức V.P.Necraxov để xác định hệ số dẫn nhiệt vật liệu λ = 0,0196 + 0,22 ρ v2 − 0,14 Trong đó: ρ v khối lượng thể tích vật liệu, T/m3 Nếu độ ẩm vật liệu tăng hệ số dẫn nhiệt tăng lên, khả cách nhiệt vật liệu nước có λ = 0,5 Kcal/m.°C.h - Khi nhiệt độ bình quân mặt vật liệu tăng độ dẫn nhiệt lớn, thể cơng thức Vlaxov: λ t = λ (1+0,002 t) Trong : • λ - hệ số dẫn nhiệt 0°C; • λ t - hệ số dẫn nhiệt nhiệt độ bình qn t • Nhiệt độ t thích hợp để áp dụng cơng thức phạm vi 100°C • Trong thực tế, hệ số dẫn nhiệt dùng để lựa chọn vật liệu cho kết cấu bao che, tính tốn kết cấu để bảo vệ thiết bị nhiệt • Giá trị hệ số dẫn nhiệt số loại vật liệu thông thường: Bê tông nặng λ = 1,0 - 1,3 Kcal/m.0C.h Bê tông nhẹ λ = 0,20 - 0,3 Kcal/m.0C.h Gỗ λ = 0,15 - 0,2 Kcal/m.0C.h Gạch đất sét đặc λ = 0,5 - 0,7 Kcal/m.0C.h Gạch đất sét rỗng λ = 0,3 - 0,4 Kcal/m.0C.h Thép xây dựng λ = 50 Kcal/m.0C.h 2.3.9 Tính chống cháy - Là khả vật liệu chịu tác dụng lửa thời gian định - Dựa vào khả chống cháy, vật liệu chia nhóm: • Vật liệu không cháy: Là vật liệu không cháy khơng biến hình nhiệt độ cao gạch, ngói, bê tơng khơng cháy biến thép, bị phân hủy nhiệt độ cao như: đá vơi, đá đơlơmit • Vật liệu khó cháy: Là vật liệu mà thân cháy nhờ có lớp bảo vệ nên khó cháy, vỏ bào ép có trát vữa xi măng ngồi • Vật liệu dễ cháy : Là vật liệu cháy bùng lên tác dụng lửa hay nhiệt độ cao, như: tre, gỗ, vật liệu chất dẻo 2.3.10 Tính chịu lửa - Là tính chất vật liệu chịu tác dụng lâu dài nhiệt độ cao mà không bị chảy biến hình Dựa vào khả chịu lửa chia vật liệu thành nhóm • Vật liệu chịu lửa : Chịu nhiệt độ ≥ 15800C thời gian lâu dài • Vật liệu khó chảy : Chịu nhiệt độ từ 1350 - 1580 0C thời gian lâu dài • Vật liệu dễ chảy : Chịu nhiệt độ < 13500C thời gian lâu dài Các tính chất học 3.1 Cường độ chịu lực vật liệu 3.1.1 Khái niệm chung - Cường độ khả vật liệu chống lại phá hoại ứng suất xuất vật liệu ngoại lực điều kiện môi trường - Cường độ vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Thành phần cấu trúc, phương pháp thí nghiệm, điều kiện mơi trường, hình dáng kích thước mẫu v.v Do để so sánh khả chịu lực vật liệu ta phải tiến hành thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn Khi dựa vào cường độ giới hạn để định mác vật liệu xây dựng - Mác vật liệu (theo cường độ) giới hạn khả chịu lực vật liệu thí nghiệm điều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách chế tạo mẫu, phương pháp thời gian bảo dưỡng trước thử 3.1.2 Phương pháp xác định - Có hai phương pháp xác định cường độ vật liệu: Phương pháp phá hoại phương pháp khơng phá hoại • Phương pháp phá hoại: Cường độ vật liệu xác định cách cho ngoại lực tác dụng vào mẫu có kích thước tiêu chuẩn (tùy thuộc vào loại vật liệu) mẫu bị phá hoại tính theo cơng thức Hình dạng, kích thước mẫu cơng thức tính xác định cường độ chịu lực số loại vật liệu mô tả bảng 1.2 • Phương pháp khơng phá hoại: phương pháp cho ta xác định cường độ vật liệu mà không cần phá hoại mẫu Phương pháp tiện lợi cho việc xác định cường độ cấu kiện hoăc cường độ kết cấu cơng trình Trong phương pháp không phá hoại, phương pháp âm học dùng rộng rãi nhất, cường độ vật liệu đánh giá gián tiếp thông qua tốc độ truyển sóng siêu âm qua 3.2 Độ cứng - Là khả vật liệu chống lại xuyên đâm vật liệu khác cứng - Độ cứng vật liệu ảnh hưởng đến số tính chất khác vật liệu, vật liệu cứng khả chống cọ mịn tốt khó gia cơng ngược lại Độ cứng vật liệu thường xác định phương pháp sau đây: 3.2.1 Phương pháp Morh: Là phương pháp dùng để xác định độ cứng vật liệu dạng khoáng, sở dựa vào bảng thang độ cứng Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu xếp theo mức độ cứng tăng dần - Muốn tìm độ cứng loại vật liệu dạng khống ta đem khoáng vật chuẩn rạch lên vật liệu cần thử Độ cứng vật liệu tương ứng với độ cứng khoáng vật mà khoáng vật đứng trước khơng rạch vật liệu, cịn khống vật đứng sau lại dễ dàng rạch vật liệu - Độ cứng khoáng vật xếp bảng nêu chúng mà thôi, ý nghĩa định lượng xác 3.2.2 Phương pháp Brinen Là phương pháp dùng để xác định độ cứng vật liệu kim loại, gỗ bê tông v.v Người ta dùng hịn bi thép có đường kính D mm đem ấn vào vật liệu định thử với lực P (hình 1.3) dựa vào độ sâu vết lõm vật liệu xác định độ cứng công thức: HB = 2P P = kG / mm 2 F πD( D − D − d Trong đó: P - Lực ép viên bi vào vật liệu thí nghiệm, kG F - Diện tích hình chỏm cầu vết lõm, mm2 D - Đường kính viên bi thép, mm d - Đường kính vết lõm, mm Hình 1.3 Bi Brinen 10 ngày - Cấp độ bền chịu kéo bê tông (Tensile strength of concrete): Ký hiệu chữ Bt, giá trị trung bình thống kê cường độ chịu kéo tức thời, tính đơn vị MPa, với xác suất đảm bảo không 95 %, xác định mẫu kéo chuẩn chế tạo, dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm kéo tuổi 28 ngày - Mác bê tông theo cường độ chịu nén (Concrete grade classified by compressive strength): Ký hiệu chữ M, cường độ bê tơng, lấy giá trị trung bình thống kê cường độ chịu nén tức thời, tính đơn vị đềca niutơn centimét vuông (daN/cm2), xác định mẫu lập phương kích thước tiêu chuẩn (150 mm x 150 mm x 150 mm) chế tạo, dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm nén tuổi 28 ngày - Mác bê tông theo cường độ chịu kéo (Concrete grade classified by tensile strength): Ký hiệu chữ K, cường độ bê tơng, lấy giá trị trung bình thống kê cường độ chịu kéo tức thời, tính đơn vị đềca niutơn centimét vuông (daN/cm2), xác định mẫu thử kéo chuẩn chế tạo, dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn thí nghiệm kéo tuổi 28 ngày Phương pháp xác định cường độ chịu nén R n ( TCVN 3118 - 1993) - Để xác định cường độ nén bê tông người ta đúc viên mẫu chuẩn hình lập phương cạnh 15 cm, đúc viên mẫu có hình dạng kích thước khác - Kích thước cạnh nhỏ viên mẫu tùy theo cỡ hạt lớn cốt liệu dùng để chế tạo bê tông quy định Bảng 3.6 Mác bê tông Cường độ nén tuổi 28 ngày không nhỏ hơn, kG/cm2 M100 100 M125 125 M150 150 M200 200 M250 250 M300 300 M350 350 M400 400 M450 450 M500 500 M600 600 M800 800 37 Bảng 3.7 Cỡ hạt lớn cốt liệu Kích thước cạnh nhỏ viên mẫu (cạnh mẫu hình lập phương, cạnh thiết diện mẫu lăng trụ, đường kính mẫu trụ) 10 20 100 40 150 70 200 100 300 - Khi tiến hành thí nghiệm cường độ nén viên mẫu khác viên mẫu chuẩn ta phải chuyển cường độ viên mẫu chuẩn - Cường độ nén viên mẫu chuẩn xác định theo công thức: Rn = K P (kG/cm2) F Trong đó: + P : Tải trọng phá hoại mẫu, kG (daN) + F : Diện tích chịu lực nén viên mẫu, cm2 + K: Hệ số chuyển đổi kết thử nén mẫu bê tơng kích thước khác chuẩn cường độ viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm Giá trị K lấy theo bảng 3.8 Bảng 3.8 Hình dáng kích thước mẫu, mm Mẫu lập phương Hệ số chuyển đổi 100 x 100 x 100 0,91 150 x 150 x 150 1,00 200 x 200 x 200 1,05 300 x 300 x 300 1,10 71,4 x 143 100 x 200 1,16 150 x 300 1,20 200 x 400 1,24 Mẫu trụ 2.3 Tính thấm nước bê tông - Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước thấm qua lỗ rỗng mao quản Thực tế nước thấm qua lỗ rỗng có đường kính lớn 1μm, màng nước hấp phụ mao quản có chiều dày đến 0,5μm - Đối với cơng trình có u cầu độ chống thấm nước cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng Căn vào tiêu 38 chia bê tông thành loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4, B6, B8, B10, B12) - Tính chống thấm bê tông xác định theo TCVN3116:1993 - Để kiểm tra mức độ chống thấm bê tông cần chuẩn bị mẫu thí nghiệm hình trụ d = h = 150 mm Sau lắp mẫu vào thiết bị thí nghiệm (hình 7.2) bơm nước tạo áp lực tăng dần cấp, cấp daN/cm2 Thời gian giữ mẫu cấp áp lực nước 16 Tiến hành tăng áp tới thấy bề mặt viên mẫu xuất nước thấm qua khố van ngừng thử viên mẫu Sau tiếp tục thử mẫu cịn lại - Độ chống thấm nước bê tông xác định áp lực nước tối đa (atm) mà áp lực có mẫu thử chưa bị nước thấm qua Hình 7.2: Thiét bị xác định tính chống thấm bêtơng 1.Bơm ; 2.Thùng đẳng áp ; 3.Đồng hồ áp lực ; 4.Van chịu áp lực ; 5.Mẫu thử ; Áo mẫu Bê tông bê tông cốt thép dùng xây dựng 3.1 Bê tông nặng (như nghiên cứu phần trên) 3.2 Bê tơng nhẹ - Bê tơng nhẹ có khối lượng thể tích từ 300 - 1800 kG/m3 cường độ nén từ 15 - 500 kG/cm2 Loại bê tông nhẹ phổ biến thường có khối lượng thể tích 90-1400kg/m3 cường độ nén 50 - 200 KG/cm2 - Bê tơng nhẹ thường sử dụng làm tường ngồi, trường ngăn, trần ngăn nhằm mục đích giảm bớt trọng lượng thân cơng trình tăng khả cách nhiệt kết cấu bao che - Theo công dụng bê tông nhẹ phân : + Bê tông nhẹ chịu lực: Chỉ tiêu quan trọng bêtông loại cường độ chịu nén + Bê tông nhẹ chịu lực, cách nhiệt: Các tiêu quan trọng bê tông loại cường độ chịu nén khối lượng thể tích + Bê tơng nhẹ cách nhiệt: Chỉ tiêu quan trọng để đánh giá loại khối lượng thể tích 39 - Cường độ phụ thuộc nhiều yếu tố như: Mác xi măng, cường độ đặc trưng bề mặt cốt liệu - Khối lượng thể tích đặc trưng cho khả cách nhiệt mức độ nhẹ bê tông Khối lượng thể tích bê tơng nhẹ giảm ta lựa chọn thành phần cốt liệu có độ rỗng cao, dùng xi măng mác cao sử dụng lượng nhỏ phụ gia tạo khí tạo bọt - Tính dẫn nhiệt bê tơng nhẹ phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng thể tích độ ẩm Khi độ ẩm tăng lên 1% độ dẫn nhiệt tăng lên 0,014-0,03 kCal/m.oC.h * Bê tông khí - Ngun vật liệu chế tạo : Bê tơng khí chế tạo từ hỗn hợp xi măng pooclăng (thường cho thêm vơi rắn khơng khí Na CO ), cát thạch anh nghiền mịn, tro nhiệt điện, xỉ lò cao nghiền mịn chất tạo khí Chất tạo khí thường dùng bột nhơm, dung dịch H O , bột đá vôi, axít clohyđric - Tính chất bê tơng khí: Bê tơng khí (hay bê tơng tổ ong) dạng đặc biệt bê tông nhẹ đặc biệt nhẹ Cấu trúc tổ ong gồm lỗ rỗng nhỏ kích thước 0,5 - 2mm phân bố Thành lỗ rỗng mỏng bền chắc, nhờ mà bê tơng có khối lượng thể tích nhẹ, độ dẫn nhiệt thấp khả chịu lực tốt * Bê tông bọt - Nguyên vật liệu chế tạo: Bê tông bọt chế tạo cách trộn hỗn hợp vữa xi măng hỗn hợp bọt chuẩn bị trước - Hỗn hợp hỗn hợp xi măng chế tạo từ chất kết dính (xi măng vơi), cát thạch anh nghiền mịn, tro nhiệt điện xỉ hạt lò cao nghiền mịn nước - Hỗn hợp bọt chế tạo từ chất tạo bọt alumôsunfonaftan, keo nhựa thông chất tạo bọt tổng hợp - Tính chất: Tính chất bê tông bọt tương tự bê tơng khí lỗ rỗng chúng lớn nên khả cách nhiệt 3.3 Bê tông bền axit a Nguyên vật liệu chế tạo - Chất kết dính bê tơng bền axít thủy tinh lỏng - Loại silicat natri kali dạng lỏng có khối lượng riêng khoảng 1,4 kG/l - Chất độn bột khoáng bền axit nghiền từ cát thạch anh tinh khiết, bazan điaba - Chất đóng rắn thường floruasilicat natri (Na SiF ) - Cốt liệu dùng cho bê tơng bền axít cát thạch anh, đá dăm nghiền từ đá granit, anđêzit v.v Thành phần hạt phải đảm bảo chế tạo từ bê tông có độ đặc cao 40 b Tính chất: - Bê tơng bền axit bền vững với axít đậm đặc, bền vững với dung dịch kiềm Nước phá hủy bê tơng bền axít vịng - 10 năm - Bê tơng bền axít dùng làm lớp bảo vệ cho bê tông cốt thép kim loại, xây dựng bể chứa, đường ống thiết bị khác cơng nghiệp hóa học, thay cho loại vật liệu đắt tiền chì lá, gốm chịu axít 3.4 Bê tơng cường độ cao a Khái niệm chung - Kể từ xuất xi măng, bê tông xi măng, việc sử dụng bê tông vào cơng trình xây dựng phổ biến có hiệu yêu cầu kỹ thuật kinh tế Hiện cơng trình xây dựng thường sử dụng loại bê tơng có mác bê tơng từ 20MPa đến 50MPa Như việc sử dụng bê tông mác cao (mác ≥ 60MPa) hạn chế Khi áp dụng bê tơng có cường độ cao làm cho kết cấu giảm nhẹ mà cho khả lực kết cấu đạt yêu cầu thiết kế khai thác - Trên giới bê tơng có cường độ cao ngày sử dụng phổ biến hệ vật liệu tạo kết cấu Loại bê tơng tạo cơng trường với cốt liệu thông thường vữa chất kết dính cải thiện cách dùng vài sản phẩm tốt muội silic chất siêu dẻo - Như bê tông cường độ cao loại bê tơng khơng có khả chịu lực cao mà cịn có độ sụt lớn dựa sở sử dụng muội silic chất siêu dẻo - Thành phần tổng quát bê tông cường độ cao là: lượng xi măng biến đổi khoảng từ 400-550 kG/m3 liều lượng muội silic khoảng từ - 15% khối lượng xi măng, tỷ lệ N/X khoảng 0,25 - 0,35, tỷ lệ chất siêu dẻo từ 1-1,2 lít/100 kG xi măng - Muội silic chất bột silic khơ mịn, sản phẩm phụ cơng nghệ sản xuất silic Muội silic có kích thước vơ nhỏ từ 0,1μm đến vài μm, có tác dụng kép mặt vật lý hố học Đầu tiên có tác dụng lấp đầy cách xen vào hạt xi măng, cho phép làm giảm lượng nước mà tính dễ đổ Ngoài muội silic (microsilica) phản ứng với hiđroxitcanxi tự bên bê tông để tạo thêm silicat canxi thuỷ hoá (dạng keo), tạo dính kết chặt chẽ hồ cốt liệu Lưu ý sử dụng phụ gia: Trong công nghệ bê tông việc sử dụng phụ gia để cải thiện tính chất cơng nghệ tính chất kỹ thuật bê tông trở thành phổ biến Để phát huy tác dụng phụ gia sử dụng cần lưu ý số điểm sau: định - Lượng phụ gia sử dụng phải phù hợp với liều lượng nhà sản xuất quy 41 - Liều lượng phụ gia phải cân đong xác cho mẻ trộn - Nếu thấy chất phụ gia cung cấp không ổn định 3.5 Bê tông hạt nhỏ - Cùng với phát triển kết cấu bê tơng kích thước lớn bê tơng cốt thép xuất kết cấu mái nhịp lớn dạng vịm, kết cẫu vỏ mỏng với chiều dày 20÷30mm sản phẩm có chiều dày bé khác dẫn đến nhu cầu loại bê tơng đặc chắc, có cường độ cao, cốt liệu bé với cỡ hạt lớn khơng vượt q 10mm thực tế nên 5÷7mm (có 3mm) - Đặc điểm bê tơng hạt nhỏ có bề mặt riêng cốt liệu cao tích rỗng hạt lớn, cần tăng hàm lượng hồ xi măng hỗn hợp so với bê tông thường Bê tông hạt nhỏ cịn có đặc điểm có có độ đồng cấu tạo có phân bố đặn hạt cốt liệu nhờ giảm ứng suất tập trung chỗ tiếp xúc đá xi măng cốt liệu - Để giảm lượng dùng hồ ximăng hỗn hợp bê tông hạt nhỏ cần đặc biệt ý tới phẩm chất cốt liệu cần xác định cấp phối hạt cốt liệu tốt nhất, đồng thời giảm lượng nước nhào trộn cách sử dụng loại phụ gia hoạt tính bề mặt sử dụng loại hỗn hợp cứng cứng vừa cách tăng cường đầm chặt có hiệu tạo hình để giảm chiều dày lớp xi măng hạt cốt liệu tăng mật độ thể tích cốt liệu - Bê tơng hạt nhỏ có cường độ chịu kéo từ 0,07÷0,1 cường độ nén (với bê tơng mác từ 60÷40) - Lực dính kết bê tơng hạt nhỏ cốt thép khoảng 0,15R nén (với cốt trơn) 0,2÷0,3 R nén (với cốt có gờ) - Mơđun đàn hồi với loại bê tơng có N/X có cỡ hạt cốt liệu lớn trung bình khơng bé sơ với bê tông thường Câu hỏi ôn tập Hãy trình bày tính chất be tơng bê tơng cốt thép? Hãy trình bày loại bê tông bê tông cốt thép dùng xây dựng? 42 Chương VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu tính chất thép xây dựng - Nhận biết ứng dụng sản phẩm thép xây dựng vào xây dựng - Nêu biện pháp bảo quản thép xây dựng Các tính chất thép xây dựng 1.1 Các tính chất vật lý - Thép vật liệu điển hình thuộc nhóm vật liệu kim loại, sử dụng nhiều cơng trình cầu, đường sắt cơng trình xây dựng Chúng có ưu điểm cường độ chịu lực cao, dễ bị tác dụng ăn mịn mơi trường - Thép hợp kim sắt - bon, hàm lượng bon < 2% - Theo hàm lượng bon chia ra: • Thép bon thấp: hàm lượng bon ≤ 0,25% • Thép bon trung bình: hàm lượng bon 0,25 - 0,6% • Thép bon cao: hàm lượng bon 0,6 - 2% - Khi tăng hàm lượng bon, tính chất thép thay đổi: độ dẻo giảm, cường độ chịu lực độ giịn tăng - Để tăng cường tính chất kỹ thuật thép cho thêm nguyên tố kim loại khác như: mangan, crôm, niken, nhôm, đồng - Theo tổng hàm lượng nguyên tố kim loại thêm vào chia : 2,5% 10% • Thép hợp kim thấp: tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác ≤ • Thép hợp kim vừa: tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác 2,5• Thép hợp kim cao: tổng hàm lượng nguyên tố kim loại khác > 10% - Trong xây dựng thường dùng thép hợp kim thấp - Thành phần nguyên tố khác thép khoảng 1% - Thép vật liệu kim loại nên có ánh kim, dẫn điện, dẫn nhiệt mạnh Ở nhiệt độ 500oC - 600oC thép trở lên dẻo, cường độ giảm - Ở nhiệt độ - 10oC tính dẻo giảm - Ở nhiệt độ - 45oC thép giòn, dễ nứt - Khối lượng riêng thép từ 7,8 đến 7,85 g/cm3 Biện pháp thay đổi cấu trúc tính chất thép Cấu trúc tính chất thép có quan hệ chặt chẽ với nhau, cấu trúc thép thay đổi tính chất thay đổi theo Để biến đổi cấu trúc 43 thép làm tốt tính chất thép theo nhu cầu sử dụng, ta áp dụng số biện pháp gia công nhiệt gia công học * Gia công nhiệt - Gia công nhiệt hay gọi xử lý nhiệt biện pháp áp dụng cho kim loại đen kim loại màu Đây biện pháp phổ biến, có ý nghĩa thực tế cao - Gia công nhiệt gồm phương pháp ủ, thường hố, tơi ram • Ủ thường hoá nhằm giảm độ cứng thép (làm mềm), tăng độ dẻo để dập, cán, kéo nguội, làm đồng tiết diện thép chuẩn bị cho cơng tác gia cơng nhiệt cuối • Ủ nung nóng thép đến nhiệt độ định, giữ nhiệt độ thời gian, làm nguội Thép sau ủ có độ bền độ cứng thấp nhất, độ dẻo độ dai cao • Thường hố phương pháp nung nóng thép lên đến nhiệt độ cao nhiệt độ ủ, giữ nhiệt sau làm nguội khơng khí, nhờ thép có độ bền, độ cứng cao đôi chút so với trạng thái ủ • Tơi thép nung nóng thép lên nhiệt độ tới hạn giữ nhiệt thời gian, sau làm nguội đột ngột, kết thép khó biến dạng dẻo có độ cứng cao • Ram trình cần thiết bắt buộc sau tơi Thép sau tơi có tính giịn, dễ gãy, có độ cứng cao, ram thép nhằm mục đích tạo cho thép có tính chất học (độ cứng, độ bền, độ dẻo) thích hợp với điều kiện sử dụng cần thiết - Ngoài ram thép nhiệt độ cao để làm mềm thép giúp cho việc gia công cắt gọt dễ dàng, tạo độ nhẵn bóng cao cắt gọt 1.2 Các tính chất học - Gia cơng học thép nằm cải thiện cấu tạo tính chất thép để khắc phục nhược điểm luyện tạo hình dạng Có hai phương pháp học: gia cơng nguội gia cơng nóng - Gia công nguội gia công thép nhiệt độ thường nhằm tạo biến hình dẻo để nâng cao tính học (tăng cường độ, độ cứng, lại làm giảm độ dẻo) Gia cơng nguội gồm có kéo, rèn dập, cán nguội, vuốt - Các sản phẩm thép dây, sợi kim loại hầu hết qua kéo nguội, dập nguội - Một hình thức gia cơng khác cán nguội Thép sau cán nguội, mặt ngồi có vết lồi lõm theo quy luật So với kéo, thép cán nguội có nhiều ưu điểm hơn: Cường độ kéo, cường độ nén lực dính bám bê tông cốt thép tăng cường - Đối với dây thép nhỏ (đường kính ÷ 10 mm) người ta dùng phương pháp vuốt Trong phương pháp này, dây thép kéo qua lỗ có đường 44 kính nhỏ dây thép Mỗi lần vuốt giảm khoảng 10% tiết diện dây Số lần vuốt phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng, để đảm bảo tính dẻo dai, sau lần vuốt thứ 4, phải ủ thép lần Dây thép vuốt nguội dùng làm cốt thép bê tơng dự ứng lực, làm dây cáp v.v Gia công nguội biện pháp tiết kiệm kim loại - Gia cơng (rèn, cán) nóng (biến dạng nóng) hình thức làm kim loại biến dạng trạng thái nóng - Đối với thép biến dạng nhiệt độ 650-700oC biến dạng nóng, để đảm bảo đủ độ dẻo cần thiết, thường biến dạng thực nhiệt độ cao nhiều - Cán phương pháp gia cơng ép nóng qua máy Do cán liên tục nhiều lần mặt cắt thép cải biến với hình dạng kích thước yêu cầu Các loại thép hình dùng xây dựng chế tạo phương pháp cán - Rèn phương pháp gia nhiệt đến trạng thái dẻo cao, dùng búa đập thành cấu kiện có hình dạng định Rèn thực tay máy - Thép cán rèn có cấu tạo tương đối tốt tính học cao Các sản phẩm thép xây dựng phạm vi sử dụng Trong xây dựng sử dụng chủ yếu thép bon thép hợp kim thấp 2.1 Các sản phẩm thép tròn * Thép cán nguội Dây thép cacbon thấp kéo nguội dùng làm cốt thép cho bê tơng có đường kính từ 3,0 đến 10,0mm, sản xuất từ thép bon thấp CT31, CT33, CT34, CT38, BCT31, BCT38, chúng phải có đường kính sai lệch cho phép phù hợp bảng 4.1 Bảng 4.1 Khối lượng lý Diện tích mặt cắt thuyết 1m chiều ngang, mm2 dài, kg Đường kính danh nghĩa, mm Sai lệch cho phép, mm ± 0,06 7,07 0,056 3,5 ± 0,08 9,68 0,076 4,0 ± 0,08 12,57 0,099 4,5 ± 0,08 15,90 0,125 5,0 ± 0,08 19,63 0,154 5,5 ± 0,08 23,76 0,187 6,0 ± 0,08 28,27 0,222 7,0 ± 0,10 38,48 0,302 45 Khối lượng lý Diện tích mặt cắt thuyết 1m chiều ngang, mm2 dài, kg Đường kính danh nghĩa, mm Sai lệch cho phép, mm 8,0 ± 0,10 50,27 0,395 9,0 ± 0,10 63,62 0,499 10,0 ± 0,10 78,54 0,617 Ví dụ ký hiệu quy ước: Dây có đường kính mm sản xuất từ thép mác CT31 là: Dây thép 5.CT31 - TCVN 3101:1979 Cơ tính dây phải phù hợp bảng 5.4 Bảng 4.2 Đường kính dây , mm Giới hạn bền , N/mm2 Từ đến 5,5 550 - 850 Từ đến 10,0 450 - 700 * Thép cán nóng - Thép trịn cán nóng mặt ngồi nhẵn có gân dùng làm cốt cho kết cấu bê tông cốt thép thông thường bê tông cốt thép ứng lực trước (gọi tắt thép cốt), chia làm nhóm theo tính chất học: CI, CII, CIII, CIV - Thép cốt nhóm CI loại thép trịn nhẵn chế tạo từ thép bon mác CT33, CCT33, theo TCVN 1765 : 1975 vằn) - Thép cốt nhóm CII, CIII, CIV loại thép trịn mặt ngồi có gân (thép - Thép cốt nhóm CII có đường kính từ 10 mm đến 40 mm được, chế tạo từ thép bon mác CCT51 theo TCVN 1765 : 1975 Thép vằn nhóm phải có gờ xoắn vít hai phía - Thép cốt nhóm CIII có đường kính từ mm đến 40 mm, chế tạo từ thép hợp kim mangan silic có gờ xoắn vít khác nhau, phía theo xoắn bên phải, cịn phía bên theo xoắn bên trái 46 - Thép cốt nhóm IV có đường kính từ 10 đến 18mm chế tạo từ thép hợp kim crôm mangan kẽm, loại phải có hình dáng bên ngồi khác với thép cốt nhóm CII CIII - Nếu sản xuất thép cốt CIV có hình dáng bên ngồi giống thép cốt nhóm CIII phải sơn đỏ cách đầu mút đoạn 30 ÷ 40 cm - Ví dụ : Ký hiệu quy ước thép cốt nhóm CII có đường kính 20 mm là: CII 20 TCVN 1651:1985 5.6 - Đường kính danh nghĩa đại lượng tra cứu thép cốt theo bảng - Kích thước thép cốt cần phải phù hợp với hình 5.2, 5.3 - Tính chất học thép cốt phải phù hợp với quy định bảng 5.7 Bảng 4.3 Đường kính danh nghĩa, D, mm Diện tích mặt cắt ngang cm2 Khối lượng lý thuyết m chiều dài, kg 0,283 0,222 0,385 0,302 0,503 0,395 0,636 0,499 10 0,785 0,617 12 1,131 0,888 14 1,51 1,21 16 2,01 1,58 18 2,54 2,00 20 3,14 2,17 22 3,80 2,98 25 4,91 3,85 28 6,16 4,83 47 Đường kính danh nghĩa, D, mm Diện tích mặt cắt ngang cm2 Khối lượng lý thuyết m chiều dài, kg 32 8,01 6,31 36 10,18 7,99 Bảng 4.4 Nhóm thép cốt Đường kính, mm Giới hạn chảy, N/mm2 Giới hạn bền, N/mm2 Độ dãn dài tương đối, % Không nhỏ Thử uốn nguội C-độ dày trục uốn d-đường kính cốt thép CI 6-40 240 380 25 C = 0,5d (1800) CII 10-40 300 500 19 C = 3d (1800) CIII 6-40 400 600 14 C = 3d (900) CIV 10-32 600 900 C = 3d (450) * Thép cốt cho bê tông ứng lực trước - Dây kéo nguội loại dây thép tròn, có độ bền cao, trơn, kéo nguội, có vết ấn, vằn hay lượn sóng sản xuất từ thép bon Sản phẩm cung cấp dạng cuộn hay thẳng Đường kính dây từ 2,5 đến 8mm Các tính chất lý sợi quy định TCVN 6284-2:1997 - Dây ram loại dây thép trịn chế tạo từ dây thép tơi ram có độ bền cao, trơn, có vành, có rãnh khía, có vết ấn Dây có đường kính từ ÷16mm Dây cung cấp dạng cuộn khơng có mối hàn, chỗ nối Các tính chất lý dây ram quy định TCVN 6284-3:1997 - Dảnh loại thép có độ bền cao qua nhiệt luyện nhiệt độ thấp trình liên tục cách tở chạy qua thiết bị thích hợp để khử ứng suất Dảnh chứa 2, 3, hay 19 sợi Đường kính dảnh từ 5,2mm đến 21,8mm, dảnh khơng có chỗ nối Dảnh cuộn lại thành cuộn hay cuộn vào tang quấn Kích thước, khối lượng tính chất thử kéo dảnh phải thoả mãn yêu cầu TCVN 6284-4:1997 - Thép cán nóng, có khơng xử lí tiếp dạng thẳng, khơng có chỗ nối mối hàn, đường kính từ 16mm đến 40mm Đó loại thép cán nóng thành có yêu cầu xử lí để đạt tính chất lí qui định Hình dáng bề mặt thép có gân trơn Kích thước, chất lượng tính chất thử kéo thép qui định TCVN 6284-5:1997 2.2 Các sản phẩm thép hình Thép cơng nghiệp sử dụng nhiều người biết đến thép U, 48 thép I, thép V, thép H gọi chung thép hình thép ống, thép hộp, thép Tùy vào lĩnh vực nhu cầu sử dụng mà chủ đầu tư lựa chọn sản phẩm thép phù hợp kết hợp sản phẩm thép để tạo hạng mục bền Vậy loại sắt thép lại có ứng dụng khác để ứng dụng vào thực tế sản xuất Biện pháp bảo quản thép xây dựng - Cách bảo quản thép xây dựng để trời Khi chọn để thép xây dựng trời, bạn cần ý đến yếu tố tự nhiên thời tiết Mưa, nắng, độ ẩm khơng khí yếu tố gây ảnh hưởng đến bề mặt sắt thép xây dựng, làm ảnh hưởng đến độ chắn bền đẹp vật liệu Do đó, bạn nên áp dụng số cách sau đây: - Sử dụng bạt che kín Khi để sắt thép xây dựng ngồi trời vật liệu chịu nhiều tác động từ thời tiết dễ ăn mịn Vì bạn nên dùng bạt che phủ chúng, nên dùng loại bạt lớn, chống thấm có độ bền tốt để sử dụng - Phun sơn cho bề mặt Dùng sơn chống rỉ phun lên bề mặt thép xây dựng biện pháp vô hiệu quả, chúng giúp làm giảm q trình oxy hóa làm thép khơng bị rỉ Ngồi ra, với thép đen cần phải phun sơn chống rỉ để tăng độ bền sản phẩm Phương án sử dụng vật liệu xây dựng thép cho cơng trình ít, với số lượng sắt thép xây dựng nhiều, bạn nên tìm vị trí làm nhà kho để bảo quản chúng tốt 49 - Cách bảo quản sắt thép xây dựng để kho Khi sắt thép xây dựng bảo quản kho, tránh tác động từ thiên nhiên, ẩn chứa vài tác hại tiềm tàng mà bạn cần lưu ý như: + Tuyệt đối không để sắt thép xây dựng gần hóa chất acid, bazơ, muối vật liệu thể khí cacbon, lưu huỳnh + Thép xây dựng để kho cần đặt xà gỗ đà bê tơng có lót đệm gỗ cách mặt đất tối thiểu 10cm kho xi măng, 30cm kho có đất + Khơng đặt lẫn lộn thép gỉ thép không gỉ với nhau, mà cần phải phân loại riêng để dùng cách bảo quản phù hợp với loại + Mái che nhà kho phải đảm bảo không bị thấm dột, thành phần acid mưa làm oxy hóa thép xây dựng + Cần đặt vật liệu xây dựng thép nơi khơ thống mát, độ ẩm thấp che chắn bụi bẩn để sắt thép xây dựng khơng bị oxy hóa bị rỉ sét Câu hỏi ơn tập Hãy trình bày tính chất thép xây dựng? Hãy trình bày sản phẩm phạm vị sử dụng thép xây dựng? 50 Tài liệu tham khảo: [1] Lê Đỗ Chương, Bùi Sỹ Thạnh, Phan Xuân Hoàng – Vật liệu xây dựng – NXB Đại học THCN, 1977 [2] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí – Vật liệu xây dựng – NXB Giáo dục 2003 51 ... ứng dụng sản phẩm thép xây dựng vào xây dựng - Nêu biện pháp bảo quản thép xây dựng Các tính chất thép xây dựng 1.1 Các tính chất vật lý - Thép vật liệu điển hình thuộc nhóm vật liệu kim loại, sử... cường độ vật liệu? Hãy so sánh khác giống cường độ mác vật liệu? Hãy trình bày tính chất vật lý vật liệu? Hãy trình bày tính chất học vật liệu? 11 Chương VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN, GỖ, GỐM XÂY DỰNG... bê tơng cốt thép? Hãy trình bày loại bê tơng bê tông cốt thép dùng xây dựng? 42 Chương VẬT LIỆU THÉP XÂY DỰNG * Mục tiêu: Học xong chương người học có khả năng: - Nêu tính chất thép xây dựng -