Chuong 1 - Tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng pptx

- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với PGHT; vôi thuỷ; XMPL

MỞ ĐẦU

I Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng

- Vật liệu xây dựng không thể thiếu được trong các công trình xây dựng cơ bản

Nó là một trong các yếu tố quyết định đến chất lượng, giá thành và thời gian thi công công trình

- Nó chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng

+ (70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 thuỷ lợi

II Sơ lược tình hình phát triển ngành SX VLXD

- Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành VLXD cũng đã phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ đơn giản đến phức tạp; chất lượng vật liệu ngày càng được nâng cao

- Từ xưa loài người đã biết dung các vật liệu đơn giản có sẵn trong thiên nhiên như: đất, rơm rạ, đá gỗ…để xây dựng nhà cửa, thành quách, cầu cống Ở những nơi xa núi, người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi dần dần về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét nung

- Để gắn kết viên gạch, đá rời rạc lại với nhau, người xưa đã biết dùng 1 số chất kết dính (CKD) rắn trong không khí như vôi, thạch cao

- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với PGHT; vôi thuỷ; XMPL (đầu TK19, 1812 do Alec xâycherief - Người Nga, 1821 do Apsđin - Người Anh công bố)

- Đến nay, người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu lim loại, BTCT,

BT ứng lực trước, gạch Silicat, BT nhẹ, BT cách nhiệt, chịu nhiệt…

- Kỹ thuật sản xuất và sử dụng VLXD trên thế giới đã đạt đến trình độ cao, nhiều phương pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng như nung vật liệu gốm bằng lò tuynel, nung ximăng bằng lò quay với nhiên liệu lỏng, khí; SX các cấu kiện bêtông ứng lực trước với kích thước lớn…

- Phương hướng phát triển ngành VLXD:

+ Xây dựng thêm nhiều nhà máy xi măng công suất lớn với kỹ thuật hiện đại Dự kiến đến 2010 sản xuất (4045) triệu tấn ximăng

+ Đầu tư xây dựng các nhà máy gốm với đa dạng các sản phẩm: gạch ceramic, gạch, ngói, tấm ốp, lát, sứ vệ sinh, tấm lợp

Dự kiến 2010: sản phẩm (4050) triệu m2 gạch men lát nền, ốp tường; (45) triệu sản phẩm sứ vệ sinh; (1820) tỷ viên gạch; (3035) triệu m2 tấm lợp, 2 triệu m2 đá ốp lát…

+ Mở rộng các nhà máy kính với đa dạng hoá sản phẩm: kính phản quang, kính màu, kính an toàn, gương soi, kính xây dựng…

Dự kiến 2010: SX (80  90) triệu m2 kính xây dựng các loại

+ Phát triển các loại VL mới như: VL tổng hợp, tấm cách âm, cách nhiệt, VL chống thấm, sợi thuỷ tinh v.v

III Phân loại vật liệu xây dựng

Chia làm 3 loại chính:

1/ Vật liệu vô cơ

- Vật liệu đá thiên nhiên

- Vật liệu nung

- Các loại chất kết dính vô cơ

- Bêtông, vữa

- Các loại đá nhân tạo không nung

2/ Vật liệu hữu cơ

- Gỗ, tre, bittum

- VL keo, chất dẻo, sơn, vécni, matit

- VL polime

3/ Vật liệu kim loại

- Gang, thép, các loại kim loại màu, hợp kim

CHƯƠNG 1 CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 NHỮNG THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO TRẠNG THÁI VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU

1.1.1 Khối lượng thể tích của vật liệu

1.1.1.1 Định nghĩa

KLTT là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên bao gồm cả thể tích lỗ rỗng có trong nó

1.1.1.2 Công thức

Trong đó:

v - Khối lượng thể tích của vật liệu (g/cm3, kg/m3, T/m3)

m - Khối lượng của mẫu VL ở trạng thái tự nhiên (g)

V0- Thể tích của VL ở trạng thái tự nhiên (cm3)

Ví dụ: Gạch: v= (1,7 1,9) g/cm3; Cát: v= (1,5 1,65) g/cm3;

Đá: v= (1,5 1,7) g/cm3; Xi măng: v= (1,1 1,3) g/cm3;

1.1.1.3 Phương pháp xác định

Luôn được xác định bằng thực nghiệm

a/ Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105110) oC đến khối lượng không đổi 

Cân

b/ Thể tích Vo:

- Mẫu có hình dạng xác định : “ Phương pháp đo trực tiếp ”

Tính V0 theo công thức:

c1 2

c

3

c

1

a

1

b

a3

a2

b2

b3

atb = (a1 + a2 + a3)/3

dtb = (d1 + d2 + d3 + d4)/4

htb = (h1 + h2 + h3 + h4)/4

btb = (b1 + b2 +b3)/3

ctb = (c1 + c2 + c3)/3

VTru

o = .d2tb.htb/4 Vhh

0 = atb btb  ctb

Hình 1.1: Hình vẽ mẫu trụ và mẫu lập phương

- Mẫu có hình dạng bất kỳ: “ Phương pháp chất lỏng rời chỗ ”

+ Sấy khô mẫu VL đến khối lượng không đổi

+ Để nguội và cân mẫu được m1

0

V

1

d

3 d

2

h

1

h 3 h 4 d 2

d

+ Nhúng mẫu vào parafin (nến) nóng chảy và cân được m2

+ Cho nước vào trong ống nghiệm đến vạch V1

+ Nhúng mẫu vào trong ống nghiệm, mức nước tăng đến vạch V2

(* Lưu ý: Cách đọc giá trị mức nước là giá trị thấp nhất của mặt cong.)

MÉu VL ban ®Çu MÉu VL sau khi nhóng

Paraphin

V1

V2

Hình 1.2: Xác định KLTT của VL có hình dạng bất kì.

- Mẫu rời rạc (ximăng, cát, đá, sỏi…): đổ vật liệu từ 1 chiều cao nhất định xuống 1dụng cụ có thể tích đã biết trước theo quy định (ca, thùng đong 1l, 2l, 5l…)

100 M¸ng dÉn

VËt chøa (èng ®ong)

Hình 1.3: Xác định KLTT đổ đống của vật liệu

1.1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng

- Cấu tạo của vật liệu: hình thành trong quá trình công nghệ

- Độ ẩm: thay đổi theo thời gian tuỳ theo điều kiện khí hậu trong công trình

* Chú ý: Khối lượng thể tích tiêu chuẩn: là khối lượng được xác định ở điều kiện

độ ẩm bằng 0% (wtc= 0% - VL khô) và được xác định bằng công thức:

Công thức này chỉ đúng khi VL không thay đổi thể tích khi có độ ẩm (đá)

Ví dụ: Độ ẩm tiêu chuẩn của gỗ : wtc = 12%

v

 =

P V V V

m



 1

2

Vp =

93 , 0

1

m 

(1-3)

 w

v = v.(1+ 0,01W) (1-4)

1.1.1.5 Ý nghĩa và ứng dụng thực tế

- Phán đoán một số tính chất: cường độ, độ hút nước, độ rỗng, độ dẫn nhiệt 

xem VL nặng hay nhẹ

- Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa

- Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu

1.1.2 Khối lượng riêng của vật liệu

1.1.2.1 Định nghĩa

KLR là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc

1.1.2.2 Công thức

Trong đó:

 - là khối lượng riêng của vật liệu, (g/cm3, kg/m3, T/m3)

m - là khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn khô, (g)

Va - là thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc,(cm3)

Ví dụ: Gạch:  = 2,65 g/cm3; Cát:  = 2,6 g/cm3;

Đá: = 2,5 g/cm3; Xi măng:  = 3,1 g/cm3

1.1.2.3 Phương pháp xác định

Bằng thực nghiệm:

a Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105110)0C đến khối lượng không đổi 

Cân

b Thể tích Va :

- Vật liệu có hình học rõ ràng  Đo trực tiếp kích thước và tính theo công thức

- Vật liệu có hình dạng bất kì  Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ để tìm Va

- Vật liệu có lỗ rỗng thì tìm bằng phương pháp bình tỷ trọng

+ Nghiền nhỏ mẫu VL lọt qua sàng 0,25 mm  Cân được m1

+ Cho chất lỏng vào trong bình có thể tích V1

+ Cho VL vào trong bình, dâng lên có thể tích V2

+ Đem cân lượng VL còn lại là m2

*Chú ý: Chất lỏng dùng để xác định KLR phải không có tác dụng hoá học với VL

làm thí nghiệm

Ví dụ: Xác định KLR của xi măng thì dùng chất lỏng là dầu hỏa

1.1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng

Bản chất của VLXD

1.1.2.5 Ý nghĩa và ứng dụng thực tế

- Là một đại lượng vật lý cơ bản của VLXD

- Đánh giá bản chất của vật liệu: đặc hay rỗng

1.1.3 Độ rỗng và độ đặc của vật liệu

1.1.3.1 Định nghĩa

a V

m



1 2

2 1

V V

m m







a/ Độ rỗng: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích các lỗ rỗng có trong vật liệu trên thể

tích tự nhiên của vật liệu đó

b/ Độ đặc: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích đặc của VL và thể tích tự nhiên của nó.

1.1.3.2 Công thức

a/ Công thức và đơn vị đo độ rỗng:

Trong đó:

r - là độ rỗng, %

Vr - là thể tích lỗ rỗng trong vật liệu, cm3

Vo- là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3

Ngoài ra, độ rỗng còn có thể được tính theo công thức sau:

Trong đó :

v

 - là khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô, g/cm3;

 - là khối lượng riêng của vật liệu, g/cm3

b/ Công thức và đơn vị đo độ đặc:

Trong đó:

đ - là độ đặc, %;

Va - là thể tích đặc của vật liệu, cm3

Vo - là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3 ;

1.1.3.3 Quan hệ giữa độ rỗng và độ đặc

1.1.3.4 Phương pháp xác định

Thông qua v và 

1.1.3.5 Các yếu tố ảnh hưởng

Không chịu ảnh hưởng của bất kì yếu tố nào.

1.1.3.6 Ý nghĩa và ứng dụng

Có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất khác của VL như: KLR, KLTT, cường

độ, độ hút nước, tính truyền nhiệt v.v

1.1.4 Độ mịn của vật liệu

1.1.4.1 Định nghĩa

Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích thước hạt của nó

1.1.4.2 Phương pháp xác định

Đánh giá bằng tỉ diện tích bề mặt (cm2/g) hoặc bằng lượng lọt sàng, lượng sót sàng tiêu chuẩn (%) Dụng cụ sàng tiêu chuẩn phụ thuộc vào từng loại VL

r = 100

0

V

V r

(%) (1-7)

r = ( 1 ) 100



v



(%)

(1-8)

đ = 100

0

V

V a

(%) (1-9)

r = (1- đ ).100% (1-10)

Ví dụ: Độ mịn của xi măng được sàng qua sàng tiêu chuẩn No 009 (4900 lỗ/cm2).

* Chú ý: Hiện nay người ta còn sử dụng phương pháp lắng hồ.

1.1.4.3 Ý nghĩa

- Quyết định khả năng tương tác của VL với môi trường (hoạt động hoá học, phân tán trong môi trường)

- Ảnh hưởng đến độ rỗng giữa các hạt

 Vì vậy, tuỳ từng mục đích sử dụng mà cần tăng hay giảm độ mịn

2.1 Những tính chất có liên quan đến nước của vật liệu

2.1.1 Liên kết giữa nước và vật liệu

2.1.1.1 Các trạng thái của nước có trong vật liệu

Vật liệu luôn chứa một lượng nước nhất định Tuỳ theo bản chất của vật liệu, thành phần, tính chất bề mặt và đặc tính lỗ rỗng của nó mà mức độ liên kết giữa vật liệu với nước có khác nhau

Dựa vào mức độ liên kết giữa nước và vật liệu mà nước có trong vật liệu được chia thành 3 loại: Nước hoá lý, nước hoá học và nước cơ học

a/ Nước hoá lý (nước hấp phụ): là các phần tử nước nằm trên bề mặt rắn của VL,

liên kết với bề mặt rắn VL bằng lực Vanđécvan hoặc bằng lực tĩnh điện bề mặt (nước màng) Nước hoá lý chỉ thay đổi dưới tác dụng của điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) Khi nhiệt độ nước t0H2O > 2500C thì nước sẽ tách ra khỏi liên kết Trong trường hợp này, đặc tính của VL thay đổi không nhiều

b/ Nước hoá học: là nước nằm trong thành phần hoá học của vật liệu và khi mất

nước thì vật liệu sẽ thay đổi thành phần và tính chất Nước liên kết các thành phần

VL với lực liên kết rất lớn Khi nhiệt độ của của nước t0H2O > 5000C thì nước mới tách ra khỏi liên kết

Ví dụ: Al2O3.2SiO2.2H2 O > 7500C Al2O3.2SiO2 + 2 H2O (Cao lanh) (Mêtacaolanh)

CaSO4 2H2O > 5000C CaSO4 + 2 H2 O (Thạch cao) (Thạch cao khan)

c/ Nước cơ học (nước mao quản, nước tự do): chứa trong các lỗ rỗng, mao quản

của vật liệu Ở nhiệt độ thường, chúng có thể thoát ra khỏi VL hoặc đi vào VL 

Tính chất của vật liệu hầu như không thay đổi

2.1.1.2 Hiện tượng trao đổi nước giữa VLXD và môi truờng

Chỉ xảy ra đối với nước tự do và một phần nước hấp phụ

Lúc đầu, áp suất nước có trong VL bằng 0, còn áp suất nước bên ngoài > 0 Chính sự chênh lệch áp suất trong và ngoài lỗ rỗng hở của VLXD là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng nước thoát ra hay xâm nhập vào VL Hiện tượng này xảy ra liên tục và phụ thuộc vào 2 thông số môi trường là nhiệt độ và độ ẩm không khí

Nó chỉ dừng lại khi đạt đến cân bằng về áp suất riêng của hơi nước trong và ngoài

lỗ rỗng của vật liệu

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng có liên quan đến nước của VL

2.1.2.1 Độ hút nước (H)

a/ Định nghĩa: Là đại lượng đánh giá khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều

kiện thường (về nhiệt độ và áp suất)

b/ Công thức và đơn vị đo

Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích:

- Theo khối lượng Hp :

- Theo thể tích Hv :

Trong đó:

mn- Khối lượng nước hút (giữ) trong VL (g)

mk - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g)

mu - Khối lượng của VL ở trạng thái ướt (g)

V0 - Thể tích tự nhiên của VL (cm3)

Vn - Thể tích của nước có trong VL (cm3)

n - Khối lượng riêng của nước, n= 1 g/cm3

- Quan hệ giữa Hp và Hv

c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm

d/ Các yếu tố ảnh hưởng:

- Cấu tạo, cấu trúc của vật liệu

- Bản chất của vật liệu (độ rỗng, tính chấ lỗ rỗng …)

e/ Ý nghĩa: Với một VLXD xác định chỉ có 1 giá trị độ hút nước.

2.1.2.2 Độ ẩm (W)

a/ Định nghĩa: là đại lượng đánh giá lượng nước (tự do) có thật trong VL tại thời

điểm xác định

b/ Công thức và đơn vị đo:

Trong đó:

ma - Khối lượng của VL ở trạng thái ẩm tự nhiên (g)

mk - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g)

c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm.

d/ Các yếu tố ảnh hưởng:

- Cấu tạo của vật liệu (lỗ rỗng, đặc tính lỗ rỗng )

- Bản chất của vật liệu

- Các thông số môi trường như nhiệt độ và áp suất

Wmt↑ → WVL↑ → Vo↑ → R↓

2.1.2.3 Độ bão hoà nước

Hp = 100

k

n m

m

(%) = .100

k

k u m

m

m 

Hv = 100

o

n V

V

(%) = .100

0 n

k u V

m m





Hv = H p

n

Tc v



 ; ( Tc v

 ở wtc= 0 %) (1-13)

k

k a m

m

m 

(%) = 100

k

n m m

(%) (1-14)

a/ Định nghĩa: là hiện tượng VL hút nước đến tối đa trong điều kiện cưỡng bức về

nhiệt độ và áp suất

b/ Công thức và đơn vị đo:

- Theo khối lượng Hbh

p :

- Theo thể tích Hbh

v :

Trong đó:

mbh

n , Vbh

n - Khối lượng và thể tích nước mà VL hút vào khi bão hoà

mbh

u , mk - Khối lượng của mẫu VL khi đã bão hoà nước và khi khô

V0 - Thể tích tự nhiên của VL

c/ Phương pháp xác định: 2 phương pháp

- Phương pháp nhiệt độ: Luộc mẫu đã được sấy khô trong 4h, để nguội, vớt ra cân

và tính toán

- Phương pháp chân không (áp suất): Ngâm mẫu vật liệu đã được sấy khô trong 1 bình kín đựng nước , hạ áp lực trong bình xuống còn 20 mmHg cho đến khi không còn bọt khí thoát ra thì trở lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt ra cân và tính toán

d/ Các yếu tố ảnh hưởng:

- Thành phần VL

- Độ rỗng

- Tính chất lỗ rỗng  Hệ số bão hòa (Cbh)

(Hv =

0

V

V n

 Vn = V0.Hv; Vr= r.V0); Cbh= (0 1)

 Đánh giá mức độ ngập nước trong toàn thể tích lỗ rỗng

*Chú ý: Khi VL bão hoà nước làm cho thể tích VL và khả năng dẫn nhiệt tăng

nhưng khả năng cách nhiệt và cường độ giảm  Mức độ bền nước của VL đánh giá bằng hệ số mềm (Km)

Trong đó:

Rbh- Cường độ mẫu bão hoà

Rk - Cường độ mẫu khô

Hbh

p = 100

k

bh n m

m

(%) = .100

k k

bh u m

m

m 

(%) (1-15)

Hbh

v = 100

o

bh n V

V

(%) = .100

0 n k

bh u V

m m





(%) (1-16)

Cbh =

r

n V

V

=

r

H bh v

 1 (1-17)

Km =

k

bh R R

(1-18)

 Tính chịu nước: là đặc tính của VL chống lại sự suy giảm của các tính chất vật

lý, cơ học, đặc biệt là cơ học

e/ Ý nghĩa và ứng dụng thực tế.

- Xác định khả năng chịu lực khi bão hoà nước thông qua Cbh

- Độ bão hoà nước dùng để ngâm tẩm và xử lý VL gỗ

- Đánh giá cấu tạo VL

2.1.2.4 Tính thấm nước

a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho nước thấm qua khi có sự

chênh

lệch áp suất (từ nơi có áp lực nước cao sang nơi có áp lực nước thấp)

b/ Bản chất thấm và điều kiện thấm:

Là sự dịch chuyển có hướng của các phần tử nước do có khoảng trống thông nhau và do độ chênh áp lực ở 2 phía phân tử nước

c/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm K th( m/s; m/h)

Trong đó:

V - Thể tích nước thấm qua (m3)

a - Chiều dày vật liệu (m)

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m2)

p1 - p2 =  p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước)

t - Thời gian thấm, h

d/ Các yếu tố ảnh hưởng:

- Nhiệt độ

- Bản chất của VL

- Áp lực do hiện tượng mao dẫn

2.1.2.5 Tính thấm hơi và thấm khí của vật liệu

a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho khí hoặc hơi thấm qua khi có

sự chênh lệch áp lực hơi hoặc khí giữa hai mặt của VL

b/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm Ktk

Trong đó:

V - Thể tích khí hay hơi thấm qua (m3)

a - Chiều dày vật liệu (m)

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m2)

p1 - p2 =  p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước)

t - Thời gian thấm, h

2.1.2.6 Biến dạng ẩm

- Là hiện tượng thay đổi về hình dạng và kích thước của vật liệu dưới tác dụng của yếu tố môi trường (trương nở khi hút nước và co lại khi sấy khô)

- Biến dạng co nở lặp đi lặp lại sẽ làm phát sinh vết nứt và dẫn đến phá hoại vật liệu

Kth = S.(p V.a p ).t

2

Ktk = S.(p V.a p ).t

2