bài giảng vật liệu xây dựng chương 1 - đh kỹ thuật công nghệ tp hcm

Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng... Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng 5... Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng V ườn treo Babil

Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ TP.HCM

Khoa Xây dựng

Please purchase a personal license.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Th.S Huỳnh Thị Hạnh, Bài giảng Vật liệu Xây dựng đại

c ương, Bộ môn VLXD - ĐH Bách Khoa 2006

[2] PGS.TS Phùng Văn Lự, PGS.TS Phạm Duy Hữu, TS Phan

Khắc Trí, Vật liệu xây dựng, NXB Giáo dục 2005

[3] Web (hãng Fldsmidth, PCA, ), tài liệu Nhà máy xi măng

HàTiên 2

MỞ ĐẦU

1 Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng

Vật liệu là một trong những yếu tố quyết định về:

 Chất lượng,

 Thời gian thi công,

 Giá thành:

 75 - 80% đối với các công trình dân dụng và công

 75 - 80% đối với các công trình dân dụng và công

nghiệp,

 70-75% đối với các công trình giao thông,

 50 - 55% đối với các công trình thủy lợi

3

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

5

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

V ườn treo Babilon

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

7

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

9

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

11

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

13

MỞ ĐẦU

2 Tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng

 Xi măng, bê tông, vữa…

 Xi măng, bê tông, vữa…

( 2) Vật liệu hữu cơ:

 Gỗ, tre,

 Nhựa bitum, guđrông, chất dẻo, sơn, vecni v.v

(3) Vật liệu kim loại: gang, thép, kim loại màu và hợp

kim.

15

MỞ ĐẦU

3 Phân loại vật liệu xây dựng

3.2 Theo nguồn gốc

Vật liệu đá thiên nhiên

Vật liệu đá nhân tạo: sử dụng > 90% trong các công trình xây dựng

 Vật liệu đá nhân tạo không nung: sự hình thành cấu

 Vật liệu đá nhân tạo không nung: sự hình thành cấu

trúc là kết quả của sự biến đổi hóa học và hóa lý của

chất kết dính

 Vật liệu đá nhân tạo nung: sự rắn chắc của nó xảy ra

chủ yếu là quá trình làm nguội dung dịch nóng chảy

CHƯƠNG 1 CÁC TÍNH CHẤT CƠ - LÝ

CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Môn học: VLXD

TP.HCM, Tháng 01 Năm 2010

I Tính chất vật lý

I.1 Nhóm tính chất liên quan đến thành phần – cấu trúc

1 Khối lượng riêng

I.3 Nhóm các tính chất liên quan đến nhiệt

1 Tính truyền nhiệt

2 Tính hấp thụ và giải phóng nhiệt

3 Tính chống cháy

4 Tính chịu lửa

I.1 Nhóm tính chất liên quan đến thành phần – cấu trúc

 m : khối lượng mẫu thí nghiệm

ở trạng thái hoàn toàn khô

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

21

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

Xác định: trực tiếp bằng thí nghiệm

 Vật liệu có cấu trúc rỗng:

Chú ý: khi dùng bình tỷ trọng – phải dùng dung môi không phản

ứng với vật liệu + Cát, đá  Nước + Xi măng  Dầu hỏa

23

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

Xác định: trực tiếp bằng thí nghiệm

 Vật liệu lỏng, nhớt    Phù kế   γγγγa

I.1 Nhóm tính chất liên quan đến thành phần – cấu trúc

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

Đối với vật liệu hỗn hợp:

-Cách 1: dùng công thức của môn học

-Cách 2: dùng công thức bình quân gia quyền?

3 2

1

3 2

a a

a

m m

m

m V

m

γ γ

γ γ

-Cách 2: dùng công thức bình quân gia quyền?

Khối lượng riêng một số loại VLXD phổ biến:

-Đá thiên nhiên, nhân tạo: γa = 2.2 – 3.3 g/cm3

-Xi măng: γa = 2.9 – 3.2 g/cm3

-Kim loại đen: γa = 7.2 – 7.9 g/cm3

-Bê tông nặng: γa = 2.4 – 2.7 g/cm3

25

1 Khối lượng riêng γγγγa (g/cm3, T/m3)

-Tính toán độ đặc, độ rỗng của vật liệu:

- Phân biệt các loại VL có hình thức bên ngoài giống nhau

-Tính cấp phối bê tông: Đ = 1000/(α.rĐ/γ0 + 1/ γa )

I.1 Nhóm tính chất liên quan đến thành phần – cấu trúc

 m : khối lượng mẫu thí nghiệm

ở trạng thái hoàn toàn khô

Thước đo kích thước – Tính bằng công thức hình học → V0

Vật liệu có kích thước hình học không rõ ràng:

*Cách 1: thả mẫu thử đã bọc parafin vào trong nước→Tìm thể

tích chất lỏng bị chiếm chỗ → V0

*Cách 2: cân mẫu thử đã bọc parafin trong nước→Tìm thể tích

chất lỏng bị chiếm chỗ → V0

Vật liệu rời (xi măng, cát, sỏi, đá dăm )

Dùng thùng đong, ống đong biết thể tích  Chú ý: vật liệuđược đổ ở độ cao quy định

2 Khối lượng thể tích γγγγ0 (g/cm3, T/m3)

Xác định:

29

2 Khối lượng thể tích γγγγ0 (g/cm3, T/m3)

Khối lượng thể tích một số loại VLXD phổ biến:

 Đá thiên nhiên (đá dăm): 2.6 – 2.8 g/cm3

- γ0 phụ thuộc vào yếu tố môi trường (to, w, )

 Khối lượng thể tích ở trạng thái ẩm W: γw = γ0 (1+w)

2 Khối lượng thể tích γγγγ0 (g/cm3, T/m3)

Ý nghĩa

- Tính toán độ đặc, độ rỗng của vật liệu

- Tính cấp phối bê tông

31

3 Độ đặc, độ rỗng

Định nghĩa:

*Độ rỗng: là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự

nhiên của vật liệu.

1

0

0 0

V

V V

V

V r

γγ

I.1 Nhóm tính chất liên quan đến thành phần – cấu trúc

3 Độ đặc, độ rỗng

Đặc điểm:

- Lỗ rỗng trong vật liệu bao gồm:

 Lỗ rỗng kín ↑ → Tăng khả năng cách nhiệt

 Lỗ rỗng hở ↑ → Tăng khả năng cách âm

- r ↓γ0 0 ↑ R↑

 λ ↑Cách nhiệt kém

r ↑ Ngược lại

33

I.2 Nhóm tính chất liên quan đến nước

Xác định: Tủ sây Sấy mẫu  Khô hoàn toàn

%100

k

n

m

m m

m m W

Đặc điểm:

 Là đại lượng thay đổi liên tục tùy thuộc vào điều kiện môi

trường : to, w, sự chênh lệch áp suất riêng phần của hơi nước trong không khí và trong vật liệu.

35

2 Độ hút nước

Định nghĩa:

- Là khả năng hút và giữ nước tối đa của vật liệu ở điều kiện thường (p=1atm, t=20±5oC).

Đánh giá: theo khối lượng và theo thể tích

*Độ hút nước theo khối lượng:

%100

%100

k

k bh

k

bh n P

m

m m

%100

0

, ,

p n

k

k bh

k n

bh n

o

bh n

m

m m

m

m V

V

γ

γγ

V0 ,Vn,bh : thể tích tự nhiên của VL, thể tích nước chứa trong

3 Độ bão hòa nước

Định nghĩa:

- Là khả năng hút và giữ nước tối đa của vật liệu ở điều kiện cưỡngbức

- Cưỡng bức bằng nhiệt hoặc bằng áp:

+ Nhiệt: đun sôi mẫu VL đã sấy khô trong nước 4h – để nguội

– cân

+ Áp: ngâm mẫu VL đã sấy khô trong bình kín - hạ p=

+ Áp: ngâm mẫu VL đã sấy khô trong bình kín - hạ p=

20mmHg - Không còn bọt khí thoát – trả áp lạip=760mmHg - giữ thêm 2h - Vớt mẫu –cân

39

3 Độ bão hòa nước

%100

%100

0

,

r

H rV

V H V

V

r

bh n

- Cbh ↑ VL càng BH γ 0 , V0, λ↑; R↓

*Hệ số mềm K m →Phân loại VL theo tính bền nước→

K R

-Km > 0,75  VL kém bền nước  Không nên

sử dụng trong điều kiện có tác dụng của nước

- Hệ số thấm: thể tích nước thấm qua khối vật liệu có diện tích bề

mặt F=1m2, chiều dày a=1m, trong thời gian t=1h,khi độ chênh áp suất thủy tĩnh của hai bề mặt vậtliệu là 1m cột nước

- Mác chống thấm: là áp lực thủy tĩnh lớn nhất mà VL không cho

nước thấm qua

41

)/

().(

1 2

h

m P

P t F

I.3 Nhóm tính chất liên quan đến nhiệt

- Hệ số truyền nhiệt: (kCal/m.h.0C)

 Q : Nhiệt lượng (kCal)

 l : chiều dày của mẫu thí nghiệm (m)

 F : diện tích (tiết diện) của mẫu thí nghiệm (m2)

λt = λ0 (1 + βt) = λ0 (1 + 0,0025t)

β là hệ số nhiệt độ

λt , λ0 là hệ số truyền nhiệt ở nhiệt độ t0C và 00C

t là nhiệt độ trung bình khi tiến hành thí nghiệm

43

1.Tính truyền nhiệt

λλλλ một số loại VLXD:

 Thép : λmax = 50kCal/m.0C.h

 Bê tông nặng: λ = 1 – 1,3 kCal/m.0C.h

 Bê tông nhẹ: λ = 0,2 – 0,3kCal/m.0C.h

 Gỗ: λ = 0,15 – 0,2kCal/m.0C.h

 Không khí: λmin = 0,02kCal/m.0C.h

 Không khí: λmin = 0,02kCal/m C.h

 Nước : λnước = 0,51 kCal/m.0C.h

≈ 25 λkk

Câu h ỏi: cùng một lượng nhiệt như nhau VL nào truy ền nhiệt

nhanh, th ấp nhất?

1.Tính truyền nhiệt

Đặc điểm:

- λ phụ thuộc vào:

+ γ0  γ0↑ λ ↑ + r  r ↑  λ ↓ + Cấu trúc lỗ rỗng  r = const  Lỗ rỗng kín  λ ↓

 Lỗ rỗng hở  λ ↑ + w, t0 trung bình bản thân VL  w ↑ λ ↑

 t0↑  λ ↑

Ý nghĩa:

- Tường bao che, mái, trần

- VL cách nhiệt chuyên dụng để giữ nhiệt cho các buồng và thiết bị nhiệt.

45

2 Khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt

Định nghĩa:

- Khi VL được nung nóng hay làm nguội  VL hấp thụ hoặc

giải phóng 1 lượng nhiệt - lượng nhiệt này gọi là nhiệt dung

Q:

Q = Cm (t2 – t1) Kcal Với:

 C : tỷ nhiệt (nhiệt dung riêng), kCal/kg.0C

 m : khối lượng vật liệu được đun nóng, kg

 t1 : nhiệt độ vật liệu trước khi đun nóng, 0C

 t2 : nhiệt độ vật liệu sau khi đun nóng, 0C

2 Khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt

Đánh giá:

*Nhiệt dung riêng:

- Là lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hay làm nguội 1kg

VL nóng lên hay giảm xuống 10C.

kCal/kg.0C)

(t2 t1m

Q C

01 ,

0 + +

=

2 Khả năng hấp thụ và giải phóng nhiệt

m m

m

C m C

m C

m m

C m C

+ +

+

+ +

2 2 1

1

1 1

Nhiệt dung riêng 1 số VLXD:

- Thép : Cmin = 0,115 kCal/kg.0C

- Đá : C = 0,18 – 0,22 kCal/kg.0C

- Gỗ : C = 0,57 – 0,65 kCal/kg.0C

- Nước: Cmax = 1 kCal/kg.0C

Câu h ỏi: nung nóng thép và nước thì VL nào nhanh nóng hơn?

3 Tính chống cháy

Định nghĩa:

- Là khả năng của vật liệu chịu tác dụng của nhiệt độ cao trong thờigian ngắn mà không bị phá hủy

Phân loại: Chia vật liệu thành 4 nhóm:

 V ật liệu không cháy: không cháy và không biến hình

Gạch ngói, bê tông, amiăng,…

 V ật liệu không cháy nhưng có thể biến hình nhiều hoặc bị phá

 V ật liệu không cháy nhưng có thể biến hình nhiều hoặc bị phá

h ủy  Thép (biến hình nhiều)

Đá thiên nhiên, đá hoa, thạch cao (bị phá hủy)

 V ật liệu khó cháy: khó cháy thành ngọn, chỉ cháy âm ỉ

 fibrolit

 V ật liệu dễ cháy: cháy bùng lên thành ngọn

Gỗ, tấm lợp bằng nhựa hữu cơ, chất dẻo,…

49

4 Tính chịu lửa

Định nghĩa:

- Là khả năng của vật liệu có sức đề kháng cao chịu tác dụnglâu dài của nhiệt độ mà không bị biến hình

Phân loại: Có 3 nhóm vật liệu khác nhau:

 V ật liệu chịu lửa: chịu tác dụng t0 > 15800C

Gạch samốt, gạch dinat,…

Để xây các bộ phận tiếp xúc với lửa buồng đốt, lót trong lò công nghiệp

 V ật liệu khó chảy: chịu tác dụng t0 ∈ [1350 – 15800C]

 Gạch đặc biệt để xây lò, ống khói

 V ật liệu dễ chảy: độ chịu lửa < 13500C

Gạch đất sét nung thường

- Phân loại biến dạng:

 Biến dạng đàn hồi (BDĐH): phục hồi hình dáng ban đầu khimất tác dụng của ngoại lực

 Biến dạng dẻo (BDD): không phục hồi hình dáng ban đầu khimất tác dụng của ngoại lực

Phân loại vật liệu dựa trên tính biến dạng:

 Vật liệu dẻo: trước khi phá hoại có BDD rõ rệt (thép ít C)

 Vật liệu dòn: trước khi phá hoại không có BDD rõ rệt (BT)

51

o Rk- cường độ chịu kéo

o Ru- cường độ chịu uốn

- Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu:

o Thành phần cấu tạo,

o Độ đồng nhất cấu trúc,

o Loại vật liệu,…

2 Cường độ

Phương pháp xác định:

PP phá hoại:

- Tác dụng lực vào mẫu chuẩn cho đến khi mẫu bị phá hoại

Pmax - Lực lớn nhất khi mẫu bị phá hoại

F - Tiết diện chịu nén, kéo

*Cường độ chịu uốn

R n,k =

)

(N/mm W

M

u u

u = Hình: máy nén bê tông

2 u

u u

bh

Pl 2

3 W

M

u 2 bh W

h

3

2 u

u u

bh

a - l P W

l

2 Cường độ

Phương pháp xác định:

 PP phá hoại:

 ASTM C78 Flexural Strength of Concrete (Using

Simple Beam with Third-point Loading)

2 Cường độ

Phương pháp xác định:

PP không phá hoại:

búa bi, búa có thanh chuẩn… → Tác động

cơ học lên bề mặt VL → Xác định thông số

đo (độ cứng, BD cục bộ trên VL, BD trên dụng cụ đo do phản lực ) → Xác định cường độ VL.

phóng xạ, siêu âm…→ Dựa vào quy luật lan truyền của xung điện, tia phóng xạ hay sóng siêu âm trong VL → Xác định mật độ, tần số dao động riêng, vận tốc sóng siêu âm → So sánh kết quả với đồ thị chuẩn của từng PP

→ Xác định cường độ VL.

57

Hình : súng bắn bê tông

2 Cường độ

Hệ số an toàn:

- Trong tính toán thiết kế để đảm bảo an toàn  Sử dụng cường độ tối đa cho phép của vật liệu [R]  Cường độ này phải nhỏ hơn cường độ giới hạn thực của vật liệu R

R K

γ

=

3 Độ cứng

Định nghĩa: là tính chất của vật liệu chống lại sự đâm xuyên

của một vật liệu khác cứng hơn nó.

Xác định:

 Thang độ cứng Mohs (đối với VL khoáng vô cơ)

1 Talc Rạch được dễ dàng bằng móng tay

2 Thạch cao Rạch được bằng móng tay

59

2 Thạch cao Rạch được bằng móng tay

3 Calcite Rạch được dễ dàng bằng dao thép

4 Fluorite Rạch được bằng dao thép với áp lực không lớn lắm

5 Apatite Ấn dao mạnh mới rạch được, không rạch được kính

6 Octoclaze Không rạch được bằng dao thép, làm kính xước nhẹ

3 Độ cứng

 Độ cứng Brinell:

) d D

πD(D

2P F

P H

2 2

→ K - hệ số phẩm chất: Kim loại đen: K = 30; Kim loại mềm: K = 3

Kim loại màu: K = 10;

) d D

πD(D

F

H

2 2

4 Độ mài mòn

Định nghĩa: là mức độ hao hụt khối lượng trên một đơn

vị diện tích mẫu (khả năng chịu lực ma sát).

 F: tiết diện mẫu, cm2

 m1, m2 : khối lượng mẫu trước, sau khi mài mòn, g

2 s

5 Độ hao mòn

Định nghĩa: là khả năng của vật liệu chịu tác dụng đồng thời

của 2 lực mài mòn và va chạm.

 mt : khối lượng mẫu ban đầu, g

 ms : khối lượng mẫu sau khi quay, sót trên sàng 2mm, g

x100%

m

m

mH

t

s t

m

−

=

Phương pháp xác định:

 Sử dụng máy quay hình trống Devan

 Đá được đập thành viên, G1viên ≈0,1kg=100g

 Cân 5kg đá (50±2 viên) cho vào máy : mt=5kg

 Quay 10.000 vòng.

 Lấy mẫu VL ra & sàng bỏ những hạt có d<2mm,

cân mẫu vật liệu còn lại được ms

8 Cân mẫu vật liệu ở trạng thái khô được 270g Ngâm mẫu đến bãohòa cân được 278g Xác định khối lượng thể tích mẫu biết độ hútnước theo thể tích của mẫu bằng 5%.

BÀI TẬP

9 Cho mẫu hình trụ đường kính 16mm chiều cao 50mm Cân mẫu ởtrạng thái tự nhiên được 170g Sau khi sấy khô cân mẫu được 165g.xác định khối lượng thể tích mẫu ở trạng thái tự nhiên

10 Mẫu thí nghiệm có thể tích tự nhiên 30cm3, khối lượng riêng mẫu

là 2.8g/cm3, sau khi sấy mẫu cân được 70g Xác định độ rỗng củamẫu

mẫu

11 mẫu hình lập phương cạnh 10cm Cân mẫu ở trạng thái tự nhiênđược 8.5kg, sau khi sấy khô cân mẫu được 8.3kg Xác định độ ẩmtuyệt đối, độ ẩm tương đối của mẫu

12 Mẫu thí nghiệm có khối lượng thể tích 2.6g/cm3, khối lượng riêng

là 2.8g/cm3, độ bão hòa nước 80% Xác định độ hút nước theo thểtích

BÀI TẬP

13 Mẫu khối hộp chữ nhật 3x4x5cm Cân mẫu ở trạng thái tự nhiênđược 170g Sau khi sấy khô cân được 165g Ngâm mẫu đến trạngthái bão hòa cân được 176g Xác định độ hút nước theo thể tích vàtheo khối lượng

14 Cho một bức tường bxlxδ=4m x3mx20cm nhiệt độ mặt trong bứctường là 40oC, mặt ngoài là 90oC Nhiệt lượng truyền qua bức

67

tường là 40oC, mặt ngoài là 90oC Nhiệt lượng truyền qua bứctường trong 2 giờ là 5000kCal xác định hệ số truyền nhiệt của vậtliệu

15 Mẫu vật liệu có thể tích tự nhiên 200cm3, ngâm mẫu đến bão hòa,biết lượng nước mà mẫu hút vào là 25ml Xác định hệ số bão hòabiết mẫu có độ rỗng bằng 15%

BÀI TẬP

1 Cho 1 mẫu bê tông hình lập phương cạnh a=15cm, nén mẫu chođến khi phá hoại thu được Pmax = 140T Xác định cường độ chịunén của mẫu

2 Tiến hành thí nghiệm 3 mẫu hình lập phương cạnh a=5cm, nén 3mẫu lần lượt thu được: Pmax1=40kN; Pmax2=37kN; Pmax3=42kN Xác

2/ Theo anh chị tấm đá có bị phá hoại không? Vì sao?

69