tài liệu vật liệu xây dựng

Tài liệu về mĩ học đại cương cung cấp các kiến thức từ cơ bản đến nâng cao những kiến thức có liên quan đến bộ môn vẽ mỹ thuật, tài liệu dùng cho SV chuyên ngành xây dựng kiến trúc bậc giáo dục đại học.

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Năm 2012

MỤC LỤC

ĐỀ CƯƠNG ……… ……… 1

CHƯƠNG MỞ ĐẦU ……….… 7

CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU ……….9

1.1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHỦ YẾU ……… 9

1.2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU ……… 17

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN ……….… 23

2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ……….….23

2.2 THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG CỦA ĐÁ ……….… 24

2.3 SỬ DỤNG ĐÁ ……….….27

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG ……….… 29

3.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ……….…….29

3.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO ……….………30

3.3 CÁC LOẠI SẢN PHẨM GỐM XÂY DỰNG ……….….….31

CHƯƠNG 4: CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ ……….….… 37

4.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ……….….… 37

4.2 VÔI RẮN TRONG KHÔNG KHÍ ……… … 37

4.3 THẠCH CAO XÂY DỰNG ……….…… 40

4.4 XI MĂNG POOCLĂNG ……… ……42

4.5 CÁC LOẠI XIMĂNG KHÁC ……… ….…….53

CHƯƠNG 5: BÊ TÔNG ……… …….….62

5.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ……… 62

5.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG ………63

5.3 CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA HỖN HỢP BÊTÔNG&BÊTÔNG 69

5.4 TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN BÊTÔNG NẶNG ……….78

5.5 MỘT SỐ LOẠI BÊ TÔNG KHÁC ……….……… 84

ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP ……… ……….91

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

I Tầm quan trọng của vật liệu:

Trong mọi hoạt động xây dựng thì bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò chủ yếu.Vật liệu quyết định chất lượng, mỹ thuật, giá thành và cả thời gian thi công công trình

Thông thường chi phí về vật liệu rất lớn trong tổng giá thành xây dựng: đối với các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp nó chiếm khoảng 75 - 80 %, đối với các công trình giao thông 70 - 75%, đối với các công trình thuỷ lợi: 50- 55%, còn lại là chi phí về nhân công, máy xây dựng, chi phí quản lý và chi phí khác v.v…

II Sơ lược hình thành phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng:

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành vật liệu xây dựng cũng đã phát triển từ thô sơ đến tinh vi, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng cũng được ngày càng nâng cao

Từ xưa loài người đã biết dùng những loại vật liệu đơn giản có sẵn trong tự nhiên như: đất, rơm rạ, đá, gỗ… để xây nhà cửa, cung điện, cầu cống Ở những nơi xa núi đá, người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi dần dần về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét nung Để gắn các viên gạch, đá rời rạc lại với nhau người ta dùng chất kết dính như: vôi, thạch cao Do nhu cầu xây dựng trong nước, người ta đã dần dần nghiên cứu tìm ra những chất kết dính mới có khả năng rắn trong nước như : hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với chất phụ gia hoạt tính, sau đó phát minh ra vôi thuỷ và đến đầu thế kỷ 19 thì phát minh

ra ximăng Pooclăng Đến thời kỳ này người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại: bêtông cốt thép, bêtông dự ứng lực trước, bêtông dự ứng lực sau, gạch silicát v.v…

Kỹ thuật sản xuất và sử dụng vật liệu trên thế giới vào những năm cuối cùng của thế kỷ

20 này đã đạt đến trình độ cao, nhiều phương pháp và công nghệ tiên tiến được áp dụng như: nung vật liệu bằng lò tuy nen, nung xi măng bằng lò quay với nhiên liệu lỏng hoặc khí, sản xuất cấu kiện bêtông dự ứng lực trước với kích thước lớn, sản xuất vật liệu ốp lát gốm granite bằng phương pháp ép bán khô

Ở Việt Nam từ xưa có những công trình bằng gỗ, gạch đá xây dựng rất tinh vi, ví dụ: công trình đá thành Nhà Hồ (Thanh Hoá), công trình đất Cổ Loa (Đông Anh - Hà Nội) Nhưng trong suốt thời kỳ phong kiến thực dân thống trị, kỹ thuật về vật liệu xây dựng không được đúc kết, đề cao và phát triển, sau chiến thắng thực dân Pháp (1945) và nhất là

kể từ khi Ngành Xây dựng Việt Nam ra đời (29.4.1958) đến nay Ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đã phát triển nhanh chóng Trong 40 năm từ những vật liệu xây dựng truyền thống như: gạch, ngói, đá, cát, ximăng, ngày nay ngành vật liệu xây dựng Việt Nam đã bao gồm hàng trăm chủng loại khác nhau: từ vật liệu thông dụng nhất đến vật liệu cao cấp với chất lượng tốt, có đủ các mẫu mã, kích thước, màu sắc đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nước và hướng ra xuất khẩu

Nhờ có đường lối của Đảng, ngành vật liệu xây dựng đã chuyển sang một bước ngoặc mới, phát huy tiềm năng, nội lực sử dụng nguồn tài nguyên phong phú, đa dạng với sức lao động dồi dào, hợp tác liên doanh, liên kết trong và ngoài nước, ứng dụng công nghệ tiên tiến của thế giới vào hoàn cảnh cụ thể của nước ta Đầu tư, liên doanh với nước ngoài xây dựng nhiều nhà máy mới trên khắp ba miền như : ximăng Bút Sơn (1,4 triệu tấn/năm), ximăng Nghi Sơn (2,27 triệu tấn/năm), ximăng Sao Mai (1,76 triệu tấn/năm)…Về gốm sứ xây dựng có nhà máy ceramic Hữu Hưng, Thanh Thanh, Thạch Bàn, Việt Trì, Đà Nẵng, Đồng Tâm…Về kính xây dựng có nhà máy kính Đáp Cầu, với sản phẩm kính phẳng dày 2 -

5 mm, kính phản quang, kính màu, kính an toàn, gương soi đã đạt sản lượng 5,3 triệu m2trong năm 1997

III Phân loại vật liệu xây dựng:

Vật liệu xây dựng có nhiều loại, nhưng đều nằm trong 3 nhóm sau đây

1 Vật liệu vô cơ:

Vật liệu vô cơ bao gồm các loại vật liệu đá thiên nhiên, các vật liệu nung, các loại chất kết dính vô cơ, bêtông, vữa, các loại vật liệu đá nhân tạo không nung vv…

2 Vật liệu hữu cơ:

Bao gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại bitum và guđrông, vật liệu keo và chất dẻo, các loại sơn và vécni vv…

3 Vật liệu kim loại:

Bao gồm các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, các loại vật liệu bằng kim loại màu và hợp kim

Mỗi loại vật liệu có thành phần, cấu tạo và đặc tính riêng biệt, do đó phạm vi nghiên

cứu của môn học rất rộng Tuy nhiên là môn học cơ sở, nhiệm vụ chủ yếu của môn học là nghiên cứu các tính năng của vật liệu, cách sử dụng hợp lý các loại vật liệu và sản phẩm, đồng thời có đề cập sơ bộ đến nguyên liệu, thành phần, dây chuyền công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến tính năng của chúng

CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU

1.1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHỦ YẾU

1.1.1 Khối lượng riêng

a) Định nghĩa: Khối lượng riêng (KLR) của vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể

tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng)

- KLR của vật liệu được ký hiệu bằng a (g/cm3, kg/lít, kg/m3, tấn/m3

)

- Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô ký hiệu bằng Ga (g, kg, tấn)

- Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu ký hiệu bằng Va (cm3, m3,lít)

- Việc xác định khối lượng của vật liệu được thực

hiện bằng cách sấy mẫu thí nghiệm ở nhiệt độ 1050

3

a



+ Với vật liệu đặc nhưng không có hình dạng hình

học rõ ràng thì ta thả vật liệu vào bình chất lỏng, khi đó

thể tích chất lỏng dâng lên chính là thể tích của vật liệu

đặc Với vật liệu rỗng (gạch, đá, bê tông ) thì Va được

xác định bằng phương pháp bình tỷ trọng Mẫu được

sấy khô rồi nghiền nhỏ, sàng qua sàng tiêu chuẩn

(< 0,2mm), cân khối lượng bột vật liệu được G1, cho

bột vật liệu vào bình tỷ trọng (hình 1.1), nếu chất lỏng

trong bình là V1 sau khi cho bột vật liệu vào mức chất

lỏng dâng tới V2 đem cân lượng bột vật liệu còn lại

được G2 khi đó:

V V

G G

21

21





Lưu ý: Chất lỏng dùng để thí nghiệm không có phản ứng hoá học với vật liệu

Ví dụ: Xác định thể tích đặc của bột ximăng ta dùng xăng không được dùng nước

- KLR của vật liệu phụ thuộc vào thành phần hoá học, khoáng vật và cấu trúc của vật liệu

Hình 1-1 Bình tỷ trọng

xác định khối lượng riêng

- Giá trị KLR của vật liệu biến đổi trong phạm vi hẹp, đặc biệt những vật liệu cùng loại

a) Định nghĩa: Khối lượng thể tích của vật liệu (KLTT) là khối lượng của một đơn vị

thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả các lỗ rỗng)

- KLTT được ký hiệu bằng 0

V

G0

a

0

 , (g/cm3, kg/lít, kg/m3, tấn/m3

)

Trong đó: - Ga là khối lượng vật liệu ở trạng thái khô (g, kg, tấn)

- V0 là thể tích tự nhiên của vật liệu (cm3, dm3, lít, m3)

b) Cách xác định:

- Xác định khối lượng của vật liệu được thực hiện bằng cách sấy mẫu thí nghiệm ở nhiệt

độ 1050

C -1100C cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác đến  0,1 g

- Thể tích tự nhiên của vật liệu thì tuỳ theo hình dáng của mẫu thí nghiệm mà ta có phương pháp xác định khác nhau

+ Với mẫu có hình dạng hình học rõ ràng ta đo chính xác đến  0,1 mm rồi dùng công thức hình học tính được V0

+ Với mẫu không có hình dạng hình học rõ ràng thì ta dùng phương pháp chiếm chỗ trong chất lỏng như sau: Sau khi sấy khô cân mẫu được G1, lấy parafin đun chảy rồi nhúng mẫu vào parafin để parafin bao bọc quanh mẫu sau đó cân mẫu được G2 Sau đó thả mẫu vật liệu vào bình chất lỏng Mức chất lỏng ban đầu là V1, khi cho mẫu vật liệu đã bao bọc parafin vào, mức chất lỏng dâng lên là V2, thể tích parafin bọc quanh mẫu vật liệu là Vp Khi đó thể tích tự nhiên của vật được tính như sau:

G G

V ; cm3, với op: Khối lượng thể tích của parafin op = 0,9 g/cm3

+ Đối với vật liệu liệu rời:(ximăng, cát, sỏi, ) thì ta đổ vật liệu đã sấy khô từ một chiều cao nhất định xuống một cái ca có thể tích biết trước, rồi cân vật liệu ở trong ca, khối lượng

+ Gạch rỗng o = 1200-1500 kg/m3

- Dựa vào KLTT của vật liệu có thể phán đoán được một số tính chất như: cường độ, độ rỗng, độ đặc, khả năng hút nước, Ngoài ra KLTT còn được sử dụng để tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu, tính cấp phối cho bê tông, vữa, lựa chọn phương tiện vận chuyển

1.1.3 Độ đặc và độ rỗng

a) Độ đặc: là tỷ số giữa thể tích đặc với thể tích tự nhiên của vật liệu

- Độ đặc được ký hiệu bằng: đ và được xác định theo công thức:

% 100

V

V d

Trong đó: Va: Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu

V0: Thể tích tự nhiên của vật liệu

- Đa số các loại vật liệu đều có độ đặc < 100%, riêng một số loại vật liệu như thép, kính thì đ = 100%

- Độ đặc của vật liệu phụ thuộc vào mức độ rỗng của vật liệu và biến đổi trong phạm

V

V r

0

r 



Chú ý: độ rỗng luôn < 1 trừ kính, thép

Trong đó: Vr: Thể tích của tất cả các lỗ rỗng trong vật liệu

V0 : Thể tích tự nhiên của vật liệu

- Lỗ rỗng trong vật liệu bao gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở:

+ Lỗ rỗng hở: là lỗ rỗng thông với môi trường bên ngoài.Vật liệu chứa nhiều

- Cũng giống như độ đặc thông qua độ rỗng có thể dự đoán được một số tính chất của vật liệu như: cường độ chịu lực, khả năng cách nhiệt, độ hút nước

* Mối quan hệ giữa KLR, KLTT và độ đặc, độ rỗng:

+ Đối với vật liệu hoàn toàn đặc thì o = a , đ = 1, r = 0

Ví dụ: nhựa đường, thuỷ tinh, parafin, thép

+ Đối với vật liệu rỗng thì o < a , đ <1, r > 0

Ví dụ: gạch, đá, bêtông, gỗ

Giá trị o và a của vật liệu càng chênh lệnh thì vật liệu đó càng rỗng

1.1.4 Các tính chất của vật liên quan đến nước

a) Độ ẩm: là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có thật Gn trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm Là tỷ số giữa khối luợng nước có trong vật liệu với khối lượng vật liệu khô

- Độ ẩm được ký hiệu là W và được xác định theo công thức:

% 100

% 100

G

G G G

G W

k

k am

+ Gam Ga: là khối lượng vật liệu khi ẩm và khi khô

- Cách xác định độ ẩm của vật liệu: Ta lấy vật liệu trong không khí đem ra cân được

Gam Mang mẫu này sấy khô ở nhiệt độ 1050

C-1100C cho tới khối lượng không đổi khi đó xác định khối lượng của mẫu tại thời điểm đó là Ga, rồi dùng công thức tính độ ẩm để tính

- Trong không khí vật liệu có thể hút hơi nước của môi trường vào trong các lỗ rỗng

và ngưng tụ thành pha lỏng Đây là quá trình thuận nghịch, hiện tưọng này xảy ra hoàn toàn

tự nhiên mà không có sự tác động nào

- Trong cùng một điều kiện môi trường nếu vật liệu càng rỗng thì độ ẩm càng cao Đồng thời độ ẩm còn phụ thuộc vào bản chất vật liệu và đặc tính của lỗ rỗng Ở môi trường không khí khi áp lực hơi nước tăng (độ ẩm tương đối của không khí tăng) thì độ ẩm của vật liệu tăng

Khi độ ẩm của vật liệu tăng làm thể tích của vật tăng, khả năng thu nhiệt cũng tăng nhưng cường độ chịu lực và khả năng cách nhiệt giảm đi

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

+ Độ hút nước theo khối lượng: ký hiệu là Hp (%) là tỷ số giữa khối lượng nước mà vật liệu hút vào với khối lượng của vật liệu khô:

% 100

% 100

G

G G G

G H

a

a u a

% 100

an a

a u 0

n v

V

G G V

+ an là khối lượng riêng của nước = 1g/cm3

+ Gu, Ga là khối lượng của vật liệu khi đã hút nước (ướt) và khi khô + V0 là thể tích tự nhiên của vật liệu

- Để xác định độ hút nước của vật liệu ta lấy mẫu vật liệu đã sấy khô đem ra cân rồi ngâm vào nước Tuỳ từng vật liệu mà thời gian ngâm vào dài, ngắn khác nhau Sau khi vật liệu hút nước no, vật liệu được vớt ra đem cân rồi xác định độ hút nước theo khối lượng và theo thể tích bằng các công thức trên

- Độ hút nước được tạo thành khi ngâm trực tiếp vào nước, do đó với cùng một mẫu vật liệu đem thí nghiệm thì độ hút nước sẽ lớn hơn độ ẩm Nhưng độ hút nước theo thể tích thì không thể vượt quá thể tích rỗng

- Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính lỗ rỗng và thành phần vật liệu

Ví dụ: Độ hút nước theo khối lượng của:

+ Đá granit Hv = 0,02 - 0,7%

+ Bê tông nặng Hv = 2 - 4% + Gạch

u 

100%

Ga

G bhu

 100%

- Để xác định độ bão hoà nước của vật liệu có thể thực hiện một trong hai cách sau:

+ Phương pháp nhiệt độ: luộc mẫu vật liệu đã được sấy khô trong nước, để

nguội rồi vớt mẫu ra cân và tính toán

+ Phương pháp chân không: ngâm mẫu vật liệu đã được sấy khô trong một

bình kín đựng nước, hạ áp lực trong bình xuống còn 20mmHg cho đến khi không còn bột khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt mẫu ra và tính toán

- Độ bão hoà nước của vật liệu không những phụ thuộc vào thành phần của vật liệu

và độ rỗng mà còn phụ thuộc vào tính chất của các lỗ rỗng, do đó độ bão hoà nước được đánh giá bằng hệ số bão hoà Cbh

thông qua độ bão hoà nước theo thể tích Hbhv và độ rỗng r

r

H C

bh n bh

bền của vật liệu được đánh giá bởi hệ số mềm (Km) thông qua cường độ của mẫu bão hoà nước (Rbh) và cường độ của mẫu khô (Ra)

aV

2 1

Tùy thuộc từng loại vật liệu mà có cách đánh giá tính thấm nước khác nhau

Ví dụ: tính thấm nước của ngói lợp được đánh giá bằng thời gian xuyên nước qua

viên ngói, tính thấm nước của bêtông được đánh giá bằng áp lực nước lớn nhất ứng với lúc xuất hiện nuớc qua bề mặt mẫu bêtông hình trụ có đường kính và chiều cao bằng 150mm

Mức độ thấm nước của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, độ rỗng, tính chất của lỗ rỗng và áp lực nước lên vật liệu Nếu vật liệu có nhiều lỗ rỗng lớn và thông nhau thì mức độ thấm sẽ lớn hơn khi vật liệu có lỗ rỗng nhỏ và cách nhau

e) Hiện tƣợng mao dẫn: là tính dẫn nước lên cao trong các mao quản của vật liệu

Hiện tượng này xảy ra khi ngâm một phần vật liệu vào trong nước Chẳng hạn khi ngâm 1/2 viên gạch vào chậu nước và để một thời gian ta thấy vết ẩm của viên gạch cao hơn mực nước trong chậu, đây là hiện tượng mao dẫn của gạch

Nước ngầm có thể dâng lên theo các ống mao quản làm ướt phần dưới của tường nhà Hiện tượng mao dẫn của nền móng làm cho chân tường bị ẩm ướt làm cho công trình kém bền vững Để khắc phục hiện tượng này trước khi xây tường ta nên trát lên bề mặt móng một lớp vật liệu chống ẩm bằng vữa ximăng mác cao 20-30mm hoặc quét một lớp nhựa đường

Độ hút nước mao quản được đặc trưng bởi chiều cao mực nước dâng trong vật liệu (h) và được xác định bằng công thức sau:

gr

cos2h

Thể tích nước V mà các mao quản vật liệu hút vào ở giai đoạn đầu sau thời gian t tuân theo quy luật parapol

F

Trong đó:F : Diện tích bề mặt của tấm vật liệu ( m2

)

a : Chiều dày của tấm vật liệu (m)

t1, t2 : Nhiệt độ ở hai bề mặt của tấm vật liệu (o

C)

 : Thời gian nhiệt truyền qua (giờ)

 : Hệ số dẫn nhiệt (kcal/m.o

C.h) Khi F= 1m2, a= 1m, t1 - t2 = 1oC, T =1 h thì  = Q

Vậy hệ số dẫn nhiệt là nhiệt lượng truyền qua một bức tường dày 1m, có diện tích 1

m2 trong một giờ khi độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt đối diện là 10C

Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại vật liệu, độ rỗng và tính chất của lỗ rỗng, độ ẩm, nhiệt độ bình quân giữa hai bề mặt vật liệu

Như vậy khi độ rỗng càng cao, lỗ rỗng kín và cách nhau thì hệ số dẫn nhiệt thấp, khả năng cách nhiệt của vật liệu tốt Nếu độ ẩm của vật liệu và nhiệt độ bình quân tăng thì hệ số dẫn nhiệt tăng lên, khả năng cách nhiệt của vật liệu kém đi Nhưng vật liệu càng nặng (o càng lớn) thì dẫn nhiệt càng tốt vì theo công thức của V.P.Necraxov thì:

14,022

,00169,

b) Nhiệt dung và nhiệt dung riêng:

Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi được đun nóng:

) t t

Ga.C

Trong đó :Ga : Khối lượng của vật liệu (kg)

t1, t2 : Nhiệt độ trước và sau khi đun (0

C)

C : Nhiệt dung riêng (hệ số thu nhiệt) của vật liệu (Kcal/kg.oC)

C, vật liệu gỗ là 0,7 ÷ 0,92 kcal/kg0

C

Nước có hệ số thu nhiệt lớn nhất: 1 kcal/kg0C Do đó khi độ ẩm của vật liệu tăng thì hệ

số thu nhiệt cũng tăng

W0,011

n WC01,0Cw

Khi vật liệu là hỗn hợp của nhiều vật liệu thành phần có hệ số thu nhiệt C1, C2…Cn

và khối lượng tương ứng là G1, G2… Gnthì hệ số thu nhiệt của vật liệu hỗn hợp này sẽ được tính theo công thức:

C =

nG

2G1G

nG.nC

2G.2C1G.1C

c) Tính chống cháy và tính chịu lửa:

Tính chống cháy: Là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn lửa trong một

thời gian nhất định Dựa vào khả năng chống cháy, vật liệu được chia làm 4 nhóm:

+ Vật liệu không cháy: là vật liệu dưới tác dụng của ngọn lửa hay nhiệt độ cao mà

không bị cháy và không biến hình nhiều như: gạch, ngói, bêtông…

+ Vật liệu không cháy nhưng biến hình như : thép khi nhiệt độ > 600 0C (những kết cấu như vậy cần phải được bảo vệ bằng những loại vật liệu bền chống cháy), hoặc bị phân huỷ ở nhiệt độ cao như: đá vôi, đá đôlônít

+ Vật liệu khó cháy: Là những vật liệu mà bản thân thì cháy được nhưng nhờ có lớp

bảo vệ nên khó cháy như: tấm vỏ bào ép có trát vữa ximăng ở ngoài

+ Vật liệu dễ cháy: Là những vật liệu có thể cháy bùng lên dưới tác dụng của ngọn

lửa hay nhiệt độ cao như: tre, gỗ, vật liệu chất dẻo ( chúng cần phải được bảo vệ bằng

những vật liệu chống cháy)

Tính chịu lửa: là tính chất của vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao

mà không bị chảy và biến hình Dựa vào khả năng chịu lửa mà người ta chia vật liệu thành

ba nhóm:

+ Vật liệu chịu lửa : Chịu được nhiệt độ >= 1580 0

C + Vật liệu khó cháy : Chịu được nhiệt độ từ 1350 –1580 0

C +Vật liệu dễ cháy : Chịu được nhiệt độ < 1350 0

C

1.2 CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU

1.2.1 Cường độ chịu lực của vật liệu

a) Khái niệm chung :

Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của ngoại lực hoặc điều kiện môi trường

Kết cấu xây dựng chịu lực dưới nhiều hình thức khác nhau: kéo, nén, uốn, va chạm, vv…Tương ứng với nó cường độ cũng có nhiều loại

Cường độ của vật liệu phụ thuộc nhiều yếu tố: Thành phần cấu trúc, phương pháp thí nghiệm, môi trường, hình dáng kích thước mẫu Do đó để so sánh khả năng chịu lực của vật liệu ta phải tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn Khi đó dựa vào cường độ giới hạn để định ra mác của vật liệu xây dựng

Mác (số hiệu)của vật liệu là cường độ cường độ chịu lực giới hạn của vật liệu thi nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách chế tạo mẫu, phương pháp và thời gian bảo dưỡng trước khi thử

b) Phương pháp xác định:

Có hai phương pháp xác định cường độ của vật liệu: Phương pháp phá hoại và phương pháp không phá hoại:

+ Phương pháp phá hoại mẫu : Cường độ của vật liệu được xác định bằng cách

cho ngoại lực tác dụng vào mẫu có kích thước tiêu chuẩn (tuỳ thuộc vào từng loại vật liệu) cho đến khi mẫu bị phá hoại rồi tính theo công thức sau:

F

P n ; kG/cm2

Trong đó: Rn : Cường độ chịu nén (kG/cm2)

Pn : Lực nén đã phá hoại mẫu (kG)

F : Tiết diện chịu nén (cm2

) Mẫu để thí nghiệm cường độ nén thường có hình lập phương hoặc hình trụ

Cường độ chịu nén là đặc trưng quan trọng nhất, vì hầu hết vật liệu dùng trong kết cấu công trình là chịu nén Ví dụ: Móng cột, tường chịu lực…

Trong đó: Rk : Cường độ chịu kéo, kG/cm2

Pk : Lực kéo đã phá hoại mẫu, kG

F : Tiết diện chịu kéo, cm2

Những kết cấu chịu kéo như: dây cáp trong cầu treo, một số thanh dẫn trong kết cấu dàn, một số thanh thép trong dàn bêtông

Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của thép thường là d = 1cm, l =5cm

Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của bêtông thông thường được chế tạo hình dầm: 5 x 5 x 50 cm hoặc 1 0 x 10 x 80 cm

* Cường độ chịu uốn : Để xác định cường độ chịu uốn người ta chế tạo các mẫu hình

dầm sau đó tiến hành thí nghiệm uốn theo 1 trong 2 dạng sơ đồ sau:

Sơ đồ dầm giản đơn chịu một lực tập trung ở giữa

Ví dụ: Mẫu ximăng 4 x 4 x 16 cm Mẫu gạch 11x6x18 cm

Sơ đồ dầm đơn giản, chịu 2 lực tập trung bằng nhau, cách nhau gối tựa và cách nhau một khoảng 1/3 khoảng cách giữa 2 gối tựa:

Ví dụ: Mẫu bêtông 15 x 15 x 60 cm Mẫu gỗ 2 x 2 x 30 cm

Trong 2 công thức trên:

Rk : Cường độ chịu uốn (kG/cm2

)

P : Lực uốn phá hoại mẫu (kG)

l : Khoảng cách giữa hai gối tựa (cm)

B, h : Chiều rộng và chiều cao của dầm (cm)

Do vật liệu có cấu tạo không đồng nhất nên cường độ của nó được xác định bằng cường

độ trung bình của một nhóm mẫu (thường không ít hơn 3 mẫu)

Ví dụ: Mẫu bêtông: 15 x 15 x 15 cm; Mẫu gỗ : 2 x 2 x 2 cm

l/3 l/3

+ Phương pháp không phá hoại mẫu: Là phương pháp cho ta xác định định được

cường độ của vật liệu mà không cần phá hoại mẫu Phương pháp này rất tiện lợi cho việc xác định cường độ cấu kiện hoặc cường độ kết cấu trong công trình Trong phương pháp không phá hoại mẫu, phương pháp âm học được sử rộng rãi nhất, cường độ vật liệu được đánh giá gián tiếp thông qua tốc độ truyền sóng siêu âm

Độ cứng của vật liệu được xác định bằng 1 trong 2 phương pháp sau:

+ Phương pháp Morh: là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các vật

liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được sắp xếp theo độ cứng tăng dần:

Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng nào đó ta đem những khoáng vật trong Bảng 1-1 rạch lên vật liệu cần thử Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng của khoáng vật mà khoáng vật đứng ngay trước đó không rạch được vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được

Độ cứng của các khoáng vật sắp xếp trong Bảng chỉ nêu ra chúng hơn kém nhau mà thôi, không có ý nghĩa định lượng chính xác

Bảng 1-1 Chỉ số độ

1 Tan (Mg3(Si4O10) (OH)2 - Rạch dễ dàng bằng móng

2 Thạch cao (CaSO4.2H2O) - Rạch được bằng móng tay

3 Can xít (CaCO3) - Rạch dễ dàng bằng dao thép

4 Florits (CaF2) - Rạch bằng thép khi ấn nhẹ

5 Apatit (Ca5(PO4)3F - Rạch bằng giao thép khi ấn mạnh

6 Octocla (K(AlSi3O8) - Làm xước kính

7 Thạch anh (SiO2)

- Rạch được kính theo mức độ tăng dần

8 Topa (Al2(SiO4)(F,OH)2

9 Corinđon (Al2O3)

10 Kim cương (C)

+ Phương pháp Brinen : Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của vật liệu kim loại,

gỗ, bêtông, vv…Người ta dùng hòn bi thép có đường kính là D mm đem ấn vào vật liệu định thử với một lực P (hình 1-2) rồi dựa vào vết lõm trên vật liệu sâu hay nông mà xác định độ cứng bằng công thức sau:

P 2

Hình 1-2

Bi Brinen

P

d D

Trong đó: P: Lực ép viên bi vào vật liệu thí nghiệm, kG

F : Diện tích hình chỏm cầu của vết lõm, mm2

D : Đường kính viên bi thép (10; 5; 2,5; 1)mm

d : Đường kính vết lõm, mm

* P được xác định theo công thức:

P = KD2Trong đó: K là hệ số - Đối với kim loại đen: K = 30

- Đối với kim loại màu: K = 10

- Đối với kim loại mềm: K = 3

1.2.3 Tính đàn hồi, dẻo, giòn của vật liệu

a) Tính đàn hồi: Là tính chất của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực thì

bị biến dạng nhưng khi bỏ ngoại lực thì hình dạng cũ được phục hồi Ví dụ : dây lò xo khi

kéo (trong phạm vi đàn hồi của vật liệu) thì biến dạng, khi bỏ ngoại lực ra thì chúng trở về trạng thái ban đầu

b) Tính dẻo: Là tính của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực thì bị biến

dạng, khi bỏ ngoại lực thì hình dạng cũ không được phục hồi Ví dụ: Đất sét, thanh thép ít

các bon

c) Tính dòn: Là tính của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực tới mức nào

đó thì bị phá hoại mà trước khi xảy ra sự phá hoại thì hầu như không có sự biến dạng dẻo

1.3 BÀI TẬP

1.3.1 Tính toán các chỉ tiêu vật lí của vật liệu

1.3.2 Tính toán kiểm tra các đặc trưng cơ học của vật liệu

BÀI TẬP CHƯƠNG 1

Bài 1.1: Cho một mẫu đá khô hình dáng không rõ ràng, cân trong không khí được

80g Sau khi bọc kín bề mặt bằng 0.72g parafin, khối lượng của nó cân trong nước được 37g Xác định khối lượng thể tích của đá Cho biết khối lượng riêng của parafin là 0.9g/cm3, của nước là 1.0 g/cm3

Bài 1.2: Một mẫu đá thiên nhiên hình trụ tròn có đường kính là 5cm, chiều cao 5cm

Ở trạng thái khô có khối lượng là 245g Sau khi hút no nước khối lượng tăng lên đến 249g Xác định khối lượng thể tích và độ hút nước (theo thể tích và theo khối lượng)

Bài 1.3: Một mẫu đá khô có khối lượng là 77g, sau khi hút nước cân được 79g Tính

khối lượng thể tích, độ đặc và độ rỗng của đá nếu khối lượng riêng của nó là 2.67g/cm3, độ hút nước theo thể tích là 4.28%

Bài 1.4: Một mẫu đá granit có khối lượng thể tích là 2,7g/cm3 Khi cho mẫu hút nước dưới áp lực thì mẫu có độ hút nước theo khối lượng là 3,71% Biết Cbh = 0,8 Xác định khối lượng riêng của đá

Bài 1.5: Một mẫu đá khô có khối lượng 250g Khi nhúng ngập mẫu vào ống đong

nước để thoát hết bọt khí, thì mẫu làm nước dâng lên 100ml Nhấc mẫu ra rồi lại nhúng vào ống đong thì mẫu chiếm chỗ của 125ml nước Sau khi sấy khô mẫu, nghiền nhỏ, cho vào bình tỷ trọng xác định được thể tích đặc của nó là 90cm3 Xác định khối lượng thể tích của

đá ở trạng thái khô, độ hút nước theo khối lượng và theo thể tích, khối lượng riêng, độ rỗng

hở, độ rỗng toàn phần và hệ số bão hoà của vật liệu

Bài 1.6: Một mẫu vật liệu để trong không khí có khối lượng thể tích là 1400kg/m3 và

độ ẩm 3% Sau khi mẫu hút nước đến bão hoà thì khối lượng thể tích của nó là 1700kg/m3

Cho biết hệ số bão hào Cbh = 1,0 Hãy xác định độ rỗng của vật liệu này

Bài 1.7: Một mẫu vật liệu có khối lượng 250g, bị đốt nóng từ 100C lên 450C tiêu tốn một lượng nhiệt hữu ích là 2187,5 Cal Hãy xác định nhiệt dung riêng của vật liệu này khi

nó có độ ẩm 20% Biết nhiệt dung riêng của nước là 1kCal/kg.0

C

Bài 1.8: Một mẫu đá khô nặng 300g, sau khi hút nước ở điều kiện thường 3 ngày đêm

đem cân được 309g Khối lượng thể tích của đá khô là 2400kg/m3 Hãy tính độ hút nước theo khối lượng và theo thể tích, độ rỗng toàn phần và khối lượng riêng của đá này Cho biết Cbh = 0.7

Bài 1.9: Một mẫu vật liệu để trong không khí có khối lượng thể tích là 1400kg/m3 và

độ ẩm 3% Sau khi mẫu hút nước đến bảo hoà thì khối lượng thể tích của nó là 1700kg/m3

Cho biết hệ số bảo hoà Cbh = 1.00 Hãy xác định độ rỗng của vật liệu này

Bài 1.10: Tính độ ẩm của cát theo kết quả thí nghiệm sau đây: Đổ 1kg cát ẩm vào

ống đong có chia sẵn 520ml nước, nước trong ống dân lên đến vạch 910ml Cho biết khối lượng riêng của cát là 2,6g/cm3

Bài 1.11: Thiết lập công thức tính khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô khi

biết khối lượng thể tích ở trạng thái ẩm và độ ẩm của nó Giả thiết khi thay đổi độ ẩm thì thể tích của vật liệu không thay đổi

Áp dụng: 0w  2650 kg / m3 ; W = 5%

Bài 1.12: Hãy xác định thể tích tự nhiên và khối lượng thể tích của 1kg cát ở độ ẩm W

= 0.88% Biết khối lượng riêng của cát là 2.6g/cm3

Bài 1.13: Một loại vật liệu ở độ ẩm 0% có khối lượng thể tích là 2,4kg/dm3, sau khi bão hoà nước khối lượng thể tích là 2.7kg/dm3

và hệ số bão hoà nước là 0.9

Hãy xác định độ rỗng của vật liệu nếu lấy khối lượng thể tích của nước là 0.98g/cm3 và coi như thể tích của vật liệu không thay đổi

Bài 1.14: Một loại vật liệu ở độ ẩm 20% có khối lượng thể tích là 1.8 kg/dm3 và ở trạng thái bão hoà nước khối lượng thể tích là 2.0 kg/dm3 Khối lượng riêng của vật liệu là 3.0kg/dm3

Hãy xác định hệ số bão hoà nước của vật liệu đó Giả thiết thể tích của nó không thay đỏi khi hút nước

Bài 1.15: Lựa chọn công suất của máy ép thuỷ lực đủ để thí nghiệm uốn một dầm

bêtông tiết diện là 15x15cm, chiều dài l = 100cm, với một lực tập trung đặt giữa nhịp Biết giới hạn bền của bêtông khi chịu uốn đạt tới 80kG/cm2

Bài 1.16: Hãy tính xem lực cần thiết của máy nén phải giảm đi bao nhiêu lần khi thí

nghiệm gạch và bêtông nếu như đang thí nghiệm nén thì chuyển qua thí nghiệm uốn với một lực tập trung ở giữa nhịp Gạch được uốn cả viên với nhịp tính toán là 18cm, Khi nén thì cưa đôi với kích thước mặt nén là 10.5x11.0cm Bêtông nén với mẫu lập phương có cạnh a = 20cm và uốn với mẫu 15x15x80cm nhịp tính toán 60cm Cho biết gạch có Ru = 0.22Rn và bêtông có Ru = 0.16Rn

Bài 1.17: Một cột nhà làm bằng đá gabrô tiết diện vuông có cạnh 20cm, chịu tải trọng

nén đúng tâm khi làm việc là 350T Được biết cường độ nén tiêu chuẩn của loại đá này là 1500kG/cm2 và hệ số mềm của nó là 0.70 Hãy kiểm tra mức độ an toàn của công trình khi

có nạn lụt

Bài 1.18: Một mẫu vật liệu có tiết diện vuông chiều dài 30cm, đặt trên hai gối tựa

cách nhau 24cm Có hai lực tập trung đặt tại điểm cách gối tựa 1/3 chiều dài nhịp (hình 1.1) Biết vật liệu này có cường độ chịu uốn Ru = 1350kG/cm2 Hãy xác định tiết diện tối thiểu của mẫu

Hình 1.1

8cm 8cm

24cm 8cm

b h

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN

2.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI:

2.1.2 Phân loại

Căn cứ vào điều kiện hình thành và tình trạng địa chấn có thể chia đá thiên nhiên làm 3 loại: đá mác ma, đá trầm tích và đá biến chất

a) Đá mác ma:

Đá mác ma là do khối silicát nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trên của

vỏ trái đất hoặc phun ra ngoài mặt đất nguội đi tạo thành Do vị trí và điều kiện nguội của các khối mác ma khác nhau nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau Đá mác ma được phân ra làm hai loại xâm nhập và phún xuất

+ Đá xâm nhập: thì ở sâu hơn, chúng nằm trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của

các lớp bên trên và nguội dần đi mà thành Do đó nó có đặc điểm chung là: cấu trúc tinh thể lớn, đá đặc trắc, cường độ cao, ít hút nước

+ Đá phún xuất: được tạo ra do đá mắcma phun lên trên mặt đất và nguội nhanh

trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp nên các khoáng vật không kịp kết tinh hoặc chỉ kết tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, còn đa số tồn tại ở dạng

vô định hình Mặt khác các tính chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng làm cho đá nhẹ, có loại nổi lên trên mặt nước

Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá trầm tích có đặc tính chung là : có tính phân lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng của các lớp cũng khác nhau Độ cứng, độ đặc và cường độ chịu lực của đá trầm tích thấp hơn đá mác ma nhưng độ hút nước lại cao hơn

Căn cứ vào điều kiện tạo thành , đá trầm tích được chia làm ba loại như sau:

+ Đá trầm tích cơ học: là sản phẩm phong hoá của nhiều loại đá có trước,

thành phần khoáng vật rất phức tạp

Ví dụ: cát, sỏi, đất sét vv…

+ Đá trầm tích hoá học: Do khoáng vật hoà tan trong nước rồi lắng đọng tạo thành Ví dụ:

đá thạch cao, đôl lô mít, ma nhê zít

+ Đá trầm tích hữu cơ: Được tạo thành do sự tích tụ xác vô cơ của loại động vật và thực

vật sống trong nước biển nước ngọt Ví dụ : đá vôi, đá vôi sò, đá điatômít

có cấu tạo dạng lớp song song nhau nên dễ tách thành những phiến đá mỏng

C có thể sinh ra phản ứng silicát, ở nhiệt độ 575 0C thể tích nở 15%, ở nhiệt độ 17100

Tính chất cơ bản của fenspat : Màu biến đổi từ màu trắng, trắng xám, vàng đến hồng

và đỏ, khối lượng riêng 2,55 - 2,67 g/cm3, độ cứng 6-6,5 cường độ 1200 – 1700 kG/cm2

, khả năng chống phong hoá kém, kém ổn định đối với nước và đặc biệt là nước có chứa

CO2

+ Mica: là những alumosilicát ngậm nước rất dễ tách thành lớp mỏng Mica có hai

loại: mica trắng và mica đen

Mica trắng: (K2OAl2O3 6SiO2.2 H2O) trong suốt như thuỷ tinh, không có màu, chống ăn mòn hoá học tốt, cách điện, cách nhiệt tốt

Mica đen: (K(Mg,Fe)3 Si3AlO10) (OHF)2 kém ổn định hoá học hơn mica trắng Mica có độ cứng từ 2-3, khối lượng riêng 0 = 2,76 ÷ 3.2g/cm3

Khi đá có chứa nhiều mica sẽ làm cho quá trình mài nhẵn, đánh bóng sản phẩm vật liệu đá khó hơn

b) Tính chất và công dụng của một số loại đá mácma thường dùng:

Đá granít (đá hoa cương) : Thường có màu tro nhạt, vàng nhạt hoặc màu

hồng, các màu này xen những chấm đen Đây là một loại đá rất đặc, khối lượng thể tích

2600 kg/cm3, khối lượng riêng 2700 kg/m3

, cường độ chịu nén cao 1200 – 2500 kG/cm2

, độ hút nước nhỏ (Hp <1 %), độ cứng 6-7, khả năng chống phong hoá rất cao, độ chịu lửa kém

Đá grannit được sử dụng rộng rãi trong xây dựng như : ốp, lát, xây tường, trụ cho các công trình vv…

Đá gabrô : thường có màu xanh xám hợc xanh đen, khối lượng thể tích 200 –

3500 kg/m3, đây là loại đá đặc chắc có khả năng chịu nén cao 2000 – 2800 kG/cm2

Đá gabrô được sử dụng làm đá dăm, đá tấm để lát mặt đường và ốp các công trình kiến trúc

Đá bazan : là loại đá nặng nhất trong các loại đá mácma, khối lượng thể tích

2900 – 3500 kg/m3, cường độ chịu nén 1000 – 6000 kG/cm2, rất cứng giòn, khả năng chống phong hoá cao, rất khó gia công Trong xây dựng đá bazan được sử dụng làm đá dăm, đá tấm lát mặt đường hoặc tấm ốp Ngoài các loại đá đặc ở trên, trong xây dựng còn sử dụng tro núi lửa, cát núi lửa, đá bọt vv…

2.2.2 Đá trầm tích

Nhóm oxít silít bao gồm:

hoặc màu trắng sữa, 1 , 9 2 , 5

+ Thạnh anh trầm tích: được lắng đọng trực tiếp từ dung dịch và cúng có thể do tái tạo kết

tinh từ opan và chanxedon

Nhóm cácbonát: Các khoáng vật của nhóm cacbonat rất phổ biến trong các loại đá

trầm tích Quan trọng nhất là các khoáng vật canxit, đôlômit và manhezit

+ Canxít (CaCO 3 ): không màu hoặc màu trắng, xám vàng, hồng, xanh, khối lượng

riêng 2,7 g/cm3, độ cứng 3, cường độ trung bình, dễ tan trong nước, nhất là nước chứa hàm lượng CO2 lớn

+ Đôlômít {Ca, Mg(CO3) } là khoáng có màu hoặc màu trắng, khối lượng

riêng 2,8 g/cm2 , độ cứng 3 – 4 cường độ lớn hơn canxít Đôlômít được dùng làm nguyên liệu để sản xuất chất kết dính manhezit và đôlômít, dùng làm vật liệu chịu lửa đôlômít cũng như các loại đá xây dựng

+ Manhêzít (MgCO 3 ) là khoáng vật không màu hoặc trắng xám, vàng hoặc

nâu, a= 3,0 g/cm3 , độ cứng 3,5 – 4,5 , cường độ khá cao, khi nhào trộn manhezit với dung dịch clorua hoặc sunfat axits manhê sẽ nhận được chất kết dính manhê sẽ nhận được chất kết dính manhê

Manhezit khi nung ở nhiệt độ cao 1500 - 16500

C sẽ cho loại vật liệu chịu nhiệt cao, còn khi nung ở nhiệt độ 750 – 8000C sẽ cho MgO

Nhóm các khoáng sét: Các khoáng sét đóng vai trò rất quan trọng trong đá trầm tích,

là thành phần chính của đất sét và là tạp chất trong nhiều loại đá khác

+ Caolinít (Al2O3.2SiO2.2H2O) là khoáng màu trắng hoặc màu xám, xanh, khối lượng riêng 2,5 g/cm3

, độ cứng 1

+ Montmorilonit (Al2O3.2SiO2.2H2O) được tạo trong môi trường kiềm, tại các vùng biển hoặc trên các lớp đất đá bị phong hoá Nó là thành phần chính của bentonit (vữa sét ) và đôi khi là chất ximăng gắn kết trong sa thạch Cách tạp chất sét làm cho độ bền nước của đá vôi

Anhyđrít (CaSO4) là khoáng màu trắng hoặc màu xanh, độ cứng 3 – 3,5, khối lượng riêng 3,0 g/cm3

b) Tính chất và công dụng của một số loại đá trầm tích thường dùng:

Cát, sỏi : Là loại đá trầm tích cơ học, được khai thác trong thiên nhiên sử dụng để chế tạo

vữa, bêtông vv…

Đất sét: Là loại đá trầm tích có độ dẻo cao khi nhào trộn với nước, là nguyên liệu để sản

xuất gạch, ngói, ximăng,

Thạch cao: Được dùng để sản xuất chất kết dính bột thạch cao xây dựng

Đá vôi: Bao gồm hai loại – đá vôi rỗng và đá vôi đặc

+ Đá vôi rỗng : gồm có đá vôi vỏ sò, thạch nhũ, loại này có khối lượng thể tích 800 –

1800 kg/cm3 cường độ chịu nén 4 – 150 kG/cm2 Các loại đá vôi rỗng thường dùng để sản xuất vôi hoặc làm cốt liệu cho bêtông nhẹ

+ Đá vôi đặc: bao gồm đá vôi canxit và đá vôi đôlômít {Ca Mg(CO2)2} Đá vôi canít có màu trắng hoặc xanh, vàng, khối lượng thể tích: 2200 – 2600 kg/cm3

, Rn =100 – 1000 kG/cm2 thường để xây tường, xây móng, sản xuất đá dăm và là nguyên liệu quan trọng để sản xuất vôi, ximăng Đá vôi đôlômít là loại đá đặc, màu đẹp được dùng để sản xuất tấm lát,

ốp hoặc để chế tạo vật liệu chịu lửa

2.2.3 Đá biến chất:

a) Thành phần khoáng vật:

Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá mácma và đá trầm tích

b) Tính chất và công dụng của một loại đá biến chất thường dùng:

Đá gơnai (đá phiến ma): được tạo thành do đá granít tái kết tinh và biến chất dưới

tác dụng của áp lực cao Loại đá này có cấu tạo phân lớp nên cường độ theo các phương cũng khác nhau, dễ bị phong hoá và tách lớp, được dùng chủ yếu làm tấm ốp lòng hồ, bờ kênh, lát vỉa hè

Đá hoa: Được tạo thành do đá vôi hoặc đá đôlômít tái kết tinh và biến chất dưới tác

dụng của nhiệt độ cao và áp suất lớn Loại này có nhiều màu sắc như: trắng, vàng ,hồng, đỏ, đen xen kẽ những mạch nhỏ và vân hoa cường độ nén 1200 – 3000kG/cm2

, dễ gia công cơ học, được dùng để sản xuất đá ốp lát hoặc làm cốt liệu cho bêtông, granitô

Diệp thạch sét : Được tạo thành do đất sét bị biến chất dưới tác dụng của áp suất cao

Đá màu xanh sẫm, ổn định đối với không khí, không bị nước phá hoại và dễ tách thành lớp mỏng Được dùng để sản xuất tấm lợp

2.2.4 Tính năng xây dựng của đá

a) Tính năng vật lý:

Khối khượng riêng của các loại đá xấp xỉ như nhau

Khối lượn`g thể tich (KLTT) của đá quyết định các tính chất chủ yếu của đá như độ đặc, cường độ chịu lực và tính bền

Độ hút nước của đá thấp, độ hút nước theo khối lượng Hp < 1%

Ở nhiệt độ >= 9000

C đá dễ bị phân tích

Khả năng chịu phong hoá của đá khá cao

b) Cường độ chịu lực: Đá là loại vật liệu có khả năng chịu nén cao Dựa vào

cường độ chịu nén giới hạn trung bình của những mẫu đá hình lập phương cạnh 5 cm (hoặc trụ d= h = 5 cm) sau khi đã bão hoà nước mà định ra mác đá

2.3 SỬ DỤNG ĐÁ

2.3.1 Các hình thức sử dụng đá

Trong xây dựng vật liệu đá thiên nhiên được sử dụng dưới nhiều hình thức khác nhau, có loại không cần gia công thêm, có loại phải qua gia công từ đơn giản đến phức tạp

a) Các loại vật liệu đá không cần gia công:

Cát : là loại vật liệu đá trầm tích cơ học, cỡ hạt từ 0,14 – 5, sau khi khai thác

trong thiên nhiên được dùng để chế tạo vữa, bêtông, gạch silicát, kính…

Sỏi: là loại đá trầm tích cơ học, có cỡ hạt từ 5 – 70 mm, sau khi khai thác

trong thiên nhiên được dùng để chế tạo bêtông, trải đường…

b) Các loại đá có gia công:

Đá hộc: Thu được bằng phương pháp nổ minh, không gia công gọt đẽo, được

dùng để xây móng, tường chắn, móng cầu, trụ cầu, nền đường ôtô và tàu hoả hoặc làm cốt liệu cho bêtông đá hộc

Đá đẽo thô: Là loại đá hộc được gia công thô để cho mặt ngoài tương đối

bằng phẳng, bề mặt ngoài phải có cạnh dài nhỏ nhất là 15 cm, mặt không được lõm và không có góc nhọn hơn 600

, được sử dụng để xây móng hoặc trụ cầu

Đá đẽo vừa (đá chẻ): Loại đá này được đẽo phẳng các mặt, có hình dạng đều

đặn vuông vắn, thường có kích thước 10 x 10 x10 cm, 15 x 20 x 25 cm, 20x 20 x 25 cm Đá chẻ được dùng để xây móng, xây tường

Đã đẽo kỹ : Là loại đá hộc được gia công kỹ mặt ngoài, chiều dày và chiều

dài của đá nhỏ nhất là 15 cm và 30 cm, chiều rộng của lớp mặt phô ra ngoài ít nhất phải gấp rưỡi thành từng tấm có đủ kích cỡ và độ dày theo yêu cầu Thường đá mỏng dưới 1cm để

ốp tường, đá dày trên 1cm để lát nền, kích thước đá cần chính xác để cho mạch nhỏ và khuất tạo nên một tổng thể thống nhất như phiến đá lớn

Đá dăm: là loại đá được nghiền cỡ 5 - 70 mm, thường được dùng làm cốt liệu cho bêtông

2.3.2 Hiện tƣợng ăn mòn đá thiên nhiên và biện pháp khắc phục

a) Hiện tƣợng ăn mòn:

Đá dùng trong xây dựng ít bị phá hoại do tải trọng thiết kế mà thường bị phá hoại do

ăn mòn Sự phá hoại do một số nguyên nhân chính xác như sau:

Trong môi trường nước:có chứa hàm lượng khí cacbonic cao sẽ xảy ra phản ứng hoá học

CaCO3 +H2O +CO2 = Ca(HCO3)2 Ca(HCO3)2 : là hợp chất dễ tan nên dễ bị ăn mòn

Ngoài ra trong môi trường nước có chứa các loại axit cũng xảy ra phản ứng hoá học

CaCO3 +HCl = CaCl2 + CO2 +H2O CaCl2 : là hợp chất dễ tan nên bị ăn mòn

Các dạng đá ăn mòn trên thường xảy ra đối với các loại đá cacbonát

Nếu trong đá có chứa nhiều thành phần khoáng vật thì đá cũng có thể bị phá hoại nhanh hơn do sự giãn nở nhiệt không đều

b) Biện pháp khắc phục:

Để bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên cần phải ngăn cản nước và các dung dịch thấm sâu vào

đá Thông thường là florua hoá bề mặt đá vôi, làm tăng tính chống thấm đá bằng các chất kết tủa mới sinh ra theo phản ứng

2CaCO3 +MgSìF6 = 2CaF2 + SiO2 +MgF2 + 2CO2

Ngoài ra có thể dùng đá Guđrông hay bitum quét lên bề mặt đá, gia công thật nhẵn

bề mặt đá và thoát tốt cho công trình, các biện pháp này cũng góp phần giảm bớt sự ăn mòn cho vật liệu đá thiên nhiên

CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG

3.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

3.1.1 Khái niệm

Vật liệu gốm xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo nung, được sản xuất từ nguyên vật

liệu chính là đất sét bằng cách tạo hình và nung ở nhiệt độ cao

Ngày nay để sản xuất vật liệu này bên cạnh đất sét người ta còn dùng các nguyên liệu khoáng khác – các oxit tinh khiết Loại vật liệu gốm mới (gốm kim loại) khắc phục được những nhược điểm của gốm cổ truyền

- Vật liệu xây dựng: các loại gạch xây (gạch đặc, gạch lỗ) hoặc gạch block

- Vật liệu lợp: Các loại ngói

- Vật liệu lát: tấm lát nền, lát đường, lát vỉa hè

- Vật liệu ốp: ốp tường nhà, ốp cầu thang, ốp tường trang trí

- Sản phẩm kỹ thuật vệ sinh: chậu rửa, bồn tắm

- Sản phẩm cách nhiệt , cách âm: các loại gốm xốp

- Sản phẩm chịu lửa: gạch samốt, gạch đinut

- Sản phẩm chịu axit

- Sản phẩm: ống nước, thoát nước, tiêu nước…

b) Theo cấu tạo

- Gốm đặc < 5%: có loại tráng men, có loại không tráng men

- Gốm rỗng: có loại tráng men: các loại tấm ốp; có loại không tráng men: gạch xây

c) Theo phương pháp sản xuất

- Gốm tinh: thường có cấu trúc hạt mịn, sản xuất phức tạp (gách trang trí, sứ vệ sinh,

tấm ốp) Nguyên vật liệu sản xuất phải sạch, nhiệt độ nung cao

- Gốm thô: có cấu trúc hạt lớn, sản xuất đơn giản (gạch, ngói, ống nước) Nguyên vật

liếu ản xuất: đất sét bình thường, nhiệt độ nung thấp

3.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO

3.2.1 Nguyên liệu

Nguyên liệu chính để sản xuất sản phẩm gốm là: đất sét Ngoài ra tuỳ theo yêu cầu của

sản phẩm, tính chất của đất mà có thể dùng thêm các loại phụ gia phù hợp

a) Đất sét: là loại đá trầm tích đa khoáng, khi nhào trộn với nước nó trở thành hỗn

hợp dẻo có thể tạo thành các sản phẩm khác nhau, sau khi gia công nhiệt nó biến thành trạng thái đá

Thành phần chính của đất sét:các khoáng Alumôsilicát ngậm nước (nAl2O3mSiO2nH2O) Chúng được tạo thành do penspat bị phong hoá

Penspat:

+ Penspat kali: K2O Al2O3 6SiO2

+ Penspat Canxi: CaO Al2O3 2SiO2

+ Penspat Natri: Na2O Al2O3 6SiO2

Tuỳ theo điều kiện môi trường (t0, P, pH) mà pensapat tạo thành các khoáng khác nhau

Ví dụ:

+Trong môi trường axit yếu (pH = 6 ÷ 7) tạo ra Caolinit 2SiO2 Al2O3 2H2O

+Trong môi trường kiềm (pH = 7,3 ÷ 10,3) tạo ra Montmoriconit

Trong đất sét còn chứa tạp chất vô cơ và hữ cơ như: thạch anh (SiO2), cácbonat (CaCO3, MgCO3), các hợp chất sắt (Fe(OH)3, FeS2), tạp chất hữu cơ ở dạng than bùn, bitum, các tạp chất đều ảnh hưởng đến tính chất của đất sét

Màu sắc: trắng, xám, xanh, nâu, đen (do tạp chất vô cơ và hữu cơ quyết định )

Tính chất chủ yếu của đất sét: bao gồm tính dẻo khi nhào trộn với nuớc, sự co thể tích dưới tác dụng của nhiệt độ và biến đổi lý hoá khi nung

Sau khi nung thành phần khoáng cơ bản của vật liệu gốm là mulit: 3Al2 O3 2H2O – đây

là khoáng làm cho sản phẩm có cường độ cao và bền nhiệt

b) Các vật liệu phụ:

- Vật liệu gầy: pha vào đất sét giảm làm giảm độ dẻo, giảm độ co khi sấy và nung,

thường dùng là samốt, đất sét nung non, cát, tro, nhiệt điện, xỉ hạt hoá

- Samốt: là vật liệu gốm dạng hạt (cỡ hạt: 0.14 ÷ 2mm) được chế tạo bằng cách nghiền

đất sét khó chảy, chịu lửa được nung trước ở nhiệt độ nung non lửa Samốt có tác dụng cải thiện tính chất khi sấy và nung đất sét

- Phụ gia cháy và phụ gia tăng dẻo: như mùn cưa, tro nhiệt điện, bã giấy Các thành

phần này có tác dụng làm tăng độ rỗng của các sán phẩm gạch và quá trình gia nhiệt được đều hơn Các loại phụ gia hoạt động bề mặt đóng vai trò là phụ gia tăng dẻo cho đất sét

- Phụ gia nhiệt độ nung: có tác dụng hạ thấp nhiệt độ kết khối làm tăng nhiệt độ và độ

đặc của sản phẩm, thường dùng là penspat, canxit, đôlômit…

- Men: là lớp thuỷ tinh mỏng (chiều dày 0,1 ÷ 0,3mm) phủ lên bề mặt của sản phẩm

gốm, khi nung có khả năng bám dính tốt với sản phẩm

3.2.2 Sơ lƣợc quá trình chế tạo gạch

Công nghệ sản xuất gạch ngói bao gồm 05 giai đoạn

a) Khai thác nguyên liệu: trước khi khai thác cần phải bỏ 0.3 ÷ 0.4m lớp đất trồng

trọt ở bên trên, việc khai thác có thể bằng thủ công hoặc bằng máy ủi, máy đào, máy cạp, để loại trừ cỏ rác, rễ cây, sỏi đá…Đất thường khai thác gần nơi sản xuất để tiết kiệm chi phí vận chuyển Đất sét sau khi khai thác đyựơc ngâm trong kho nhằm tăng tính dẻo và độ đồng đều của đất sét

b) Nhào trọn đất sét: quá trình nhào trộn sẽ làm tăng tính dẻo và độ đồng đều của đất

sét giúp cho việc tạo hình được dễ dàng Thường dùng các loại máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn, máy 01 trục, 2 trục…

Nếu phơi gạch tự nhiên; thời gian phơi 45 ngày

Nếu sấy bằng lò sấy tuynen thì thời gian sấy từ 18 d 18 ÷ 24 gìơ

e) Nung:

Đấy là công đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng của gạch

Quá trình nung bao gồm các công đoạn sau:

+ Đốt nóng: ở nhiệt độ t0

= 4500C, gạch bị mất nước tạp chất hữu cơ cháy

+ Nung và giữ nhiệt: t0

= 1000 ÷ 10500C, đây là quá trình biến đổi thành phần khoáng tạo ra sản phẩm có cường độ cao, màu sắc đỏ hồng

+ Làm nguội: phải làm nguội từ từ để tránh nứt tách sản phẩm, khi ra nhiệt độ khoảng

50 ÷ 550C

Theo nguyên tắc hoạt động lò nung gạch có hai loại: ló liên tục và lò gián đoạn + Trong lò gián đoạn: gạch được nung thành mẻ, loại này s\công suất nhỏ, chất lượng

sản phẩm thấp

+ Trong lò liên tục: gạch được xếp vào, nung và ra lò liên tục trong cùng một thời gian,

do đó năng suất cao và chếđộ nhiệt ổn định nên chất lượng sản phẩm cao Hai loại lò liên tục được dùng là lò vòng (Lò Hopman) và lò tuy nen

3.3 CÁC LOẠI SẢN PHẨM GỐM XÂY DỰNG

3.3.1 Các loại gạch

a) Gạch chỉ: kích thước 220 x 105 x 60mm

Theo tiêu chuẩn VN: TCVN 1451- 1998 quy định:

+ Chiều dài sai về kích thước không quá  6mm

+ Chiều rộng sai về kích thước không quá  4mm

+ Chiều dày sai về kích thước không quá  3mm

+ Không sứt mẻ, cong vênh

+ Độ cong ở mặt đáy không lớn hơn 4mm, mặt bên không lớn hơn 5mm, trên mặt gạch không qúa 05 đường nứt mỗi đường không quá 15mm và sâu không quá 1mm

+ Tiếng gõ trong thanh, màu nâu tươi đồng đều bề mặt mịn không bám phấn,

=0,5-0,8 kcal/m0C.h

0=1700-1900 kg/m3

a=2500-2700 kg/m3

Hp=5-18%

Giới hạn bền khi nén và uốn của 5 mác gạch nêu trong bảng 3-1

Mác

gạch

đặc

Giới hạn bền (kG/cm 2 ) không nhỏ hơn

Trung bình của 5 mẫu

Nhỏ nhất cho một mẫu

Trung bình của

5 mẫu

Nhỏ nhất cho một mẫu

Ký hiệu quy ước của các loại gạch đặc đất sét như sau:

Ký hiêu gạch, chiều dày, mác gạch, ký hiệu và số ký hiệu tiêu chuẩn

Ví dụ:gạch đặc chiều dày 60, mác 100 theo TCVN 1451-1998 được ký hiệu như sau:

GĐ60-100 TCVN 1451-1998

* Xác định cường độ chịu nén của gạch

B1: - Số lượng gạch để xác định giới hạn cường độ nén của gạch là 5 mẫu

- Nếu lấy gạch từ nơi quá ẩm, thì trước khi đem thử phải giữ trong phòng không nhỏ hơn 3 ngày ở nhiệt độ phòng hoặc sấy mẫu thử ở nhiệt độ 105-1100

C trong 4 giờ rồi mới đem thử

B2: Cưa đôi viên gạch và chồng hai nửa viên gạch vừa cưa xong lên nhau

B3: Dùng vữa ximăng PC30 hoặc PCB30 liên kết hai nửa viên gạch lại

B4: Để một thời gian (mẫu được giữ trong phòng không ít hơn 3 ngày rồi đem thử)

Rn = P/F kG/cm2 Trong đó: Rn : cường độ chịu nén của mẫu

P: tải trọng phá hoại mẫu , kG F: Diện tích mặt ép của mẫu thử, cm2Giới hạn cường độ nén của gạch tính chính xác đến 0,1% là trị số bình quân của 5 mẫu thử

Trong khối xây nhiều khi gạch chịu uốn và bị phá hoại Vì vậy chỉ tiêu cường độ uốn của gạch rất quan trọng và cần phải xác định

* Phương pháp xác định R u

- Mẫu thử làm bằng viên gạch nguyên, mặt trên trát một dải vữa ximăng ở giữa, mặt dưới trát dải ở hai đầu thử, bề rộng của dải vữa khoảng 20-30mm, bề dày không lớn hơn 3mm Vữa trát làm bằng ximăng PC30 hoặc bằng thạch cao

- Khi sử dụng hồ hay vữa ximăng cát, các mẫu thử được giữ trong phòng thí nghiệm không nhỏ hơn 3 ngày đêm rồi mới đem ra thử

2 u

bh2

Pl3

R  kG/cm2 Trong đó: Ru cường độ của mẫu kG/cm2

P: Lực uốn, Kg L: khoảng cách giữa các đường tâm gối tựa, cm h,b: chiều dày và chiều rộng của mẫu, cm

- Khi thử, lực uốn đặt ở giữa mẫu, rồi tăng tải trọng đều đặn và tóc độ 15-20 kG/s cho tới khi mẫu bị phá hoại

- Cường độ của gạch thí nghiệm tính chính xác đến 0,1% là trị số bình quân của 5 mẫu thử

b) Gạch lát:

Gồm nhiều loại với công dụng khác nhau:

+ Gạch lá dừa: thường dùng để lát vỉ hè, nền nhà tắm, lối đi và ở trong các vườn hoa Gạch lá dừa có các kích thước như sau:200x100x35 mm; 200x100x20 mm

Trên bề mặt gạch có những vết khía và đặc chắc hơn gạch chỉ, 0=1900-2100 kg/m3

Gạch lá dừa được chia làm 3 loại:

Độ hao mòn khối lượng do ma

+ Gạch mắt na: có hình dạng Kích thước và công dụng tương tự như gạch lá dừa

+ Gạch lát nền: sản xuất theo phương pháp có kích thước như sau:

dài: 200 5mm rộng 200 5mm dày 15  2mm Gạch có bề mặt nhẵn, vuông vắn, màu sắc đồng đều

c) Gạch nhẹ:

Là tên loại chung cho các loại gạch có khối lượng thể tích thấp hơn gạch chỉ

( 0=1700 1900 kg/m3)

+ Gạch xốp: Được chế tạo bằng cách thêm vào đất sét một số phụ gia dễ cháy như: mùn

cưa, than bùn, than cám Khi nung ở nhiệt độ cao các chất hữu cơ này dễ cháy ( khi cháy để lại nhiều lỗ rỗng trong viên gạch)

Loại gạch này dùng để xây tường cách âm, cách nhiệt chúng có các đặc trưng như sau:

- Gạch này có cường độ cao hơn gạch xốp nhưng thấp hơn gạch chỉ, thường được dùng

để xây tường ngăn, tường nhà, khung chịu lực, sản xuất các tấm tường đúc sẵn

- Theo TCVN1450-1998 gạch rỗng thường có các mác: 35-50-70-100-125

- Khí hiệu quy ước các loại gạch rống theo thứ tự: tên kiểu gạch - chiều dày- số lỗ- đặc điểm lỗ- độ rỗng- mác gạch, ký hiệu và số liệu tuiêu chuẩn

Ví dụ :GR 90-4V47-M50-TCVN1950-1998

d) Gạch chịu lửa: là laọi sản phẩm gỗ chịu được tác dụng lâu dài của các tác nhân cơ

học và hoá lý ở nhiệt độ cao

Gạch chịu lửa có nhiều loại và được sản xuất tư nhiều loại nguyên liệu khác nhau

Loại gạch chịu lửa từ đất sét phổ biến là gạch samốt (samốt là loại vật liệu gốm dạng hạt 0,14  2 mm)

Gạch chịu lửa dùng để xây lò nung ximăng, lò nấu thuỷ tinh và các công trình chịu nhiệt, dùng trong công nghiệp luyện kim và các ngành công nghiệp khác

Gạch chịu lửa phải được bảo quản trong kho theo từng lô và không bị ẩm ướt và không

bị lẩn các loại vật liệu khác Khi vận chuyển phải đảm bảo cho gạch không bị va đập làm sứt góc cạnh, vận chuyển nhẹ nhàng

3.3.2 Ngói đất sét

a) Phân loại: là loại vật liệu lợp phổ biến trong các công trình xây dựng Thường có

các loại ngói như: ngói vẩy cá, ngói có gờ và ngói bò

+ Ngói vẩy cá: có kích thước nhỏ, khi lợp viên nọ chồng lên viên kia 40  50% diện tích bề mặt, cách nhiệt tốt, nhưng mái sẽ nặng

+ Ngói có gờ và ngói úp:

Loại ngói này phổ biến hiện nay là ngói có gờ 22viên/m2

b) Yêu cầu kỹ thuật:

- Ngói trong một lô phải có màu sắc đồng đều, khi dùng búa kim loại gõ nhẹ có tiếng kêu trong và chắc

- Khối lượng 1m2 ngói ở trạng thái bão hoà nước không lớn hơn 55kg

3.3.3 Các loại sản phẩm khác

a) Sản phẩm sành dạng đá: là loaij sản phẩm cs cường độ cao, độ đặc lớn cấu trúc

hạt bé, chống mài mòn tốt, chịu được tác dụng của axít, được dùng rộng rãi trong xây dựng công nghiệp, hoá học và các công trình khác

+ Gạch clinke: có nhiều loại: loại vuông có kích thước 50x50x10mm, 100 x 100 x

10mm và 150 x 150 x 13mm; loại chữ nhật 100 x 50 x 10mmm 150 x 75x 13mm; loại lục giác, loại bát giác

Gạch này có khối lượng thể tích lớn hơn gạch thường (1900kg/m3

)

Gạch clinke được dùng để lát đường, làm móng, cuốn vòm và tường chịu lực

+ Vật liệu chịu axit: gồm các loại

- Gạch chịu axit dùng để xây dựng các loại bể chứa, tháp, các thiết bị dẫn

- Tấm chịu axit được dùng để lát nền, ốp tường, máng

- Ống dẫn bền axit được dùng để làm đường ống dẫn hoá chất dạng lỏng, khí

b) KeRamzit gồm những hạt tròn hay bầu dục được sản xuất bằng cách nung phòng

đất sét dễ chảy, đồng nhất về thành phần và tính chất

KeRamzit được dùng làm cốt liệu nnhẹ cho bêtông nhẹ chúng có hai loại: cát cỡ hạt nhỏ hơn 5mm và sỏi cỡ hạt từ 5 – 40mm

c) Sản phẩm tráng men: sản phẩm này rất đa dạng về chủng loại, kích thước, màu

sắc và được dùng rộng rãi trong xây dựng

+ Gạch sứ tráng men: là gạch đất sét trắng nung ở nhiệt độ >10000

C và có tráng men, gạch sứ nkhông thấm nước, sức chịu mài mòn hoá chất tốt và mang lai vẻ đẹp cho công trình …

+ Gạch men Saique: là một loại dạng của gạch sứ, thay vì dùng một viên gạch sứ to, người ta dùng nhiều viên gạch sứ mỏng và nhỏ liti với màu sắc khác nhau gắn vào một tấm giấy dai Khi lát ốp chỉ việc ốp ngược tấm giấy và lớp vữa lót hoàn chỉnh., loại gạch này không những tạo được nhiều hoa văn rất đẹp mà còn có tác dụng chống trơn trượt ở nền nhà

+ Công dụng: dùng để ốp lát các phòng khách, phòng lễ tân, hành lang, văn phòng, ốp

+ Gạch trang trí đất sét nung có kiểu dáng và kích thước đa dạng

+ Gạch trang trí dùng để xây các mảng tường có tính chất vách ngăn, thống gió, trang trí, không có tính chất chịu lực

+ Được bảo quản trong kho có mái che, nền nhà khô ráo

+ Khi vận chuyển, bốc dỡ phải nhẹ tay, cẩn thận tránh gây sứt mẻ, đổ vỡ, giữa 2 chồng gạch cạnh nhau nên có lớp đệm lót

CHƯƠNG 4: CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ

4.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

Có loại chất kết dính vô cơ không tồn tại ở dạng bột như: vôi cục, thuỷ tinh loảng, có loại khi nhào trộn với nước thì quá trình rắn chắc xảy ra rất chậm như CKD ma nhê, nhưng nếu trộn với dung dịch MgCl2 hoặc MgSO4 thì quá trình rắn chắc xảy ra nhanh, cường độ chịu lực cao

4.1.2 Phân loại

Căn cứ vào môi trường rắn chắc, CKDVC được chia làm hai loại:

a) Chất kết dính vô cơ rắn trong không khí

CKDVC rắn trong không khí là loại CKD chỉ có thể rắn chắc và giữ được cường độ lâu

dài trong môi trường không khí

Ví dụ: Vôi rắn trong không khí, thạch cao, thủy tinh lỏng – silicat natri, CKD ma nhê b) Chất kết dính vô cơ trong nước

CKDVC rắn trong nước là loại CKD không những có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong môi trường không khí mà còn có khả năng rắn chắc và giữ được cường độ lâu dài trong nước

Ví dụ : vôi thuỷ, các loại xi măng

4.2 VÔI RẮN TRONG KHÔNG KHÍ:

4.2.1 Khái niệm

Vôi rắn trong không khí (gọi tắt là vôi) là chất kết dính vô cơ rắn trong không khí

+ Nguyên kiệu để sản xuất vôi:

- Các loại đá giàu khoáng can xít (CaCO3, )

4.2.2 Các hình thức sử dụng vôi trong xây dựng

a) Vôi chín:Là vôi được tôi trước khi dùng, khi cho vôi vào nước quá trình tôi sẽ

xảy ra phản ứng:

CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q (Q = 211 kCal/kg)

Những hạt vôi Ca(OH) 2 là vô cùng mịn ( mịn hơn cả ximăng)

Tuỳ thuộc vào lượng nước cho vào nhào trộn với vôi sẽ có 3 dạng vôi chín thường gặp như sau:

+ Bột vôi chín: Được tạo thành khi lượng nước vừa đủ để phản ứng với vôi :

- Tính theo phương trình phản ứng thì lượng nước khoảng 32,14% so với lượng vôi

- Do phản ứng với vôi toả nhiệt nên nước bốc hơi, do đó lượng nước thực tế này khoảng 70%

- Vôi bột có khối lượng thể tích 400-1400 kg/m3

+ Vôi nhuyễn: được tạo thành khi lượng nước tác dụng cho vào nhiều hơn đến mức sinh ra một loại vữa sệt chứa khoảng 50% là Ca(OH)

+ Vôi sữa: Được tạo thành khi lượng nước nhiều hơn so với vôi nhuyễn, có khoảng

ít hơn 50% Ca(OH)2 và hơn 50% là nước

Trong xây dựng chủ yếu thường dùng là vôi nhuyễn và vôi sữa, còn vôi chín thì được dùng trong y học và nông nghiệp

Ưu điểm của vôi chín: sử dụng và bảo quản đơn giản

Nhược điểm: Cường độ chịu lực thấp, khó hạn chế được tác hại của hạt sạn già lửa, khi sửdụng phải lọc kỹ

Vôi nhuyễn: được tạo thành khi lượng nước tác dụng cho vào nhiều hơn đến mức sinh

ra một loại vữa sệt chứa khoảng 50% là Ca(OH)

b) Bột vôi sống: Được tạo thành khi đem vôi cục nghiền nhỏ, độ mịn của bột vôi sống

khá cao, biểu thị bằng lượng lọt qua sàng 4900 lỗ/cm2

, khôpng nhỏ hơn 90% Sau khi

nghiền bột vôi sống được đóng bao, bảo quản và sử dụng

Ưu điểm:

- Rắn chắc nhanh, cường độ cao hơn vôi chín

- Tận dụng được nhiệt lượng tạo ra để tạo ra phản ứng silicát

- Không bị ảnh hưởg của hạt sạn

- Không tốn thời gian tôi

Nhược điểm: - Tốn thiết bị nghiền

- Khi sản xuất và khi sử dụng có nhiều bụi gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ

4.2.3 Các chỉ tiêu đáng giá chất lƣợng vôi

Chất lượng vôi càng tốt khi hàm lượng CaO càng cao và cấu trúc của nó càng tốt (dễ tác

dụng được với nước) Do đó để đánh giá chất lượng của vôi người ta dùng các chỉ tiêu sau:

a) Độ hoạt tính của vôi

Độ hoạt tính của vôi được đánh giá bằng chỉ tiêu tổng hàm lượng CaO và MgO, khi hàm lượng CaO và MgO càng lớn thì sản lượng vôi vữa càng nhiều và ngược lại

b) Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi

Nhiệt độ tôi: là nhiệt độ cao nhất trong quá trình tôi

Tốc độ tôi (thời gian tôi): là thời gian tính từ lúc vôi tác dụng với nước đến khi được nhiệt độ cao nhất khi tôi

c) Sản lƣợng vôi: là lượng vôi nhuyễn tính bằng lít do 1 kg vôi sống sinh ra Sản

lượng càng nhiều vôi càng tốt

Sản lượng vôi phụ thuộc vào: Lượng CaO, Nhiệt độ tôi, Tốc độ tôi

d) Lƣợng hạt sạn : là những hạt vôi chưa tôi được trong vôi vữa Hạt sạn có thể là

vôi già lửa, non lửa hoặc bã than

e) Độ mịn của bột vôi sống: Bột vôi sống càng mịn càng tốt vì: nó sẽ thuỷ hoá với

nước càng nhanh và càng triệt để, nhiệt độ tôi và tốc độ tôi càng lớn thì sản lượng vữa vôi càng nhiều

Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng của vôi đưwcj quy định theo TCVN 2231-1989

4.2.4 Quá trình rắn chắc của vôi

Trong không khí vôi rắn chắc lại do ảnh hưởng dồng thời của 2 quá trình:

+ Mất nước của vữa làm cho Ca(OH)2 chuyển từ trạng thái keo sang trạng thấi ngưng keo và kết tinh

+ Các bonát hoá vôi dưới sự tác dụng của khí Cacbonát trong không khí

Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O

4.2.5 Công dụng và bảo quản

a) Công dụng:

+ Trong xây dựng vôi được dùng để sản xuất vữa xây, vữa trát cho các bộ phận công

trình trên khô, có yêu cầu chịu lực không cao lắm

+ Dùng để sản xuất ghạch silicát hoặc quét trần quét tường lớp trang trí bảo vệ vật liệu

b) Bảo quản: Tuỳ từng hình thức sử dụng mà có cách bảo quản thích hợp

+ Với vôi cục: Nên tôi ngay hoặc nghiền mịn đưa vào bao, không nên dự trữ vôi cục lâu

Tên chỉ tiêu Vôi cục và vôi bột nghiền Vôi Hyđrat

Loại I Loại II Loại III Loại I Loại II

1 Tốc độ tôi vôi (phút)

a Tôi nhanh, không lớn hơn 10 10 10 - -

3.Tổng hàm lượng (CaO+MgO) hoạt

5 hàm lượng hạt không tôi được của

vôi cục,%, không lớn hơn

+ Với vôi nhuyễn: phải được ngâm trong hố có cát hoặc nước phủ bên trêndày 10-20 cm

để ngăn cản sự tiếp xúccủa vôi với không khí CO2 trong không khí theo phản ứng:

Nếu nung ở nhiệt độ cao 600 –700 oC

thì thạch cao 2 nước biến thành thạch cao cứng CaSO4, loại này có tốc độ cứng rắn chậm hơn so với thạch cao xây dựng

4.3.2 Quá trình rắn chắc

Khi nhào trộn thạch cao với nước sẽ sinh ra mọt loại vữa dẻo có tính lưu động tốt rồi dần

dần sau một quá trình biến đổi lý hoá, tính dẻo mất dần, quá trình đó gọi là quá trình động kết Sau đó thạch cao trở thành cứng rắn, cường độ chịu lực tăng dần đây là quá trình rắn chắc, Cả hai quá trình trên được gọi là quá trình rắn chắc của thạch cao

CaSO4.0,5H2O +1,5 H2O = CaSO4.2H2O Quá trình rắn chắc của thạch cao chia làm 3 thời kỳ:

+ Thời kỳ hoà tan

+ Thời kỳ hoá keo

a) Độ mịn: Thạch cao nung xong được nghiền mịn thành bột, thạch cao càng mịn thì

quá trình thuỷ hoá càng nhanh, cứng rắn càng sớm và cường độ càng cao

Độ mịn của thạch cao phải đạt chỉ tiêu lượng sót trên sàng 918 lỗ/cm2 :

+ Đối với thạch cao loại I không lớn hơn 25%

+ Đối với thạch cao loại II không lớn hơn 35%

b) Khối lƣợng riêng và khối lƣợng thể tích:

Lượng nước nhào trộn phải đảm bảo cho vữa thạch cao đạt được hai yêu cầu:

+ Dễ thi công

+ Đạt được cường độ chịu lực cao

Lượng nước nhào trộn đó được gọi là lượng nước tiêu chuẩn (được tính bằng tỷ lệ phần trăm so với khối lượng của thạch cao)

7 , 0 5 , 0 TC

N   Hay 50 70 %

TC

N  

Lượng nước tiêu chuẩn của thạch cao được xác định như sau:

+ Dùng dụng cụ xuttard gồm một ống làm bằng đồng có đường kính trong d=5,0cm, cao 10cm và một tấm kính vuông có cạnh bằng 20cm

+ Trên tấm kính hoặc trên miếng giấy dán dưới tấm kính vẽ các vòng tròn đồng tâm

có đường kính D=14cm, vẽ cách nhau 1cm, các vòng tròn to hơn vẽ cách nhau 2cm

+ Cân 300g thạch cao trộn với 50-70% nước

+ Cho thạch cao vào nước và trộn nhanh (trong voàng 30 giây) từ dưới lên trên cho đến khi hỗn hợp đồng đều rồi để yên trong vòng 1phút

+ Trộn mạnh 2 cái rồi đổ nhanh hồ thạch cao vào ống trụđặt trên tấm kính nằm ngang, dùng dao gạt bằng mặt thạch cao ngang mép hình trụ 9tất cả các động tác trên làm trong vòng 30giây)

+ Rút ống trụ lên theo phương thẳng đứng, khi đó hồ thạch cao chảy xuống tấm kính thành hình nón cụt

+ Đo đường kính đáy nón cụt, nếu d=12 cm thì hồ đã đạt độ đặc tiêu chuẩn, lượng nước đã nhào trộn gọi là lượng nước tiêu chuẩn

+ Nếu đường kính đáy nón cụt 12cm thì phải trộn hồ thạch cao khác với lượng nước ít hơn hoặc nhiều hơn và tiếp tục thí nghiệm như trên để tìm được lượng nước tiêu chuẩn

d) Thời gian đông kết:

+ Thời gian bắt đầu đông kết: Là khoảng thời gian từ khi bắt đầu trộn thạch cao với

nước đến khi mất tính dẻo Ứng với lúc kim Vika cắm sâu cách tấm kính 0,5 mm

+ Thời gian kết thúc đông kết: là khoảng thời gian từ khi bắt đầu nhào trộn thạch cao

với nước đến khi hồ có cường độ nhất định Ứng với lúc kim Vika lần đầu tiên cắm sâu vào

hồ 0,5 mm

e) Cường độ chịu lực: Để đánh giá cường độ chịu lực (lực nén) của thạch cao người

ta đúc 3 mẫu hình lập phương cạnh 7,07 cm, và đem nén sau 1,5 giờ bảo dưỡng Cách tiến hành như sau:

+ Trộn thạch cao với một lượng nước tương ứng với dộ đặc tiêu chuẩn của hồ thạch cao cho tới khi đồng nhất sau đó đổ ngay vào các khuôn

+ Sau khi đổ đầy khuôn miết phẳng mặt, sau 1 giờ tính từ lúc bắt đầu trộn thạch cao với

nước thì tháo mẫu ra khỏi khuôn , sau 1,5 giờ đem thí nghiệm nén các mẫu

+ Giới hạn cường độ chịu nén của thạch cao bằng trị số trung bình cộng của các kết quả thí nghiệm 3 mẫu

4.3.4 Công dụng và bảo quản

a) Công dụng: Thạch cao là chất kết dính chỉ rắn và giữ được độ bền trong không

khí, nhưng có độ bóng, mịn, đẹp do đó được dùng để chế tạo vữa trát ở nơi khô ráo, làm mô

hình hay vữa trang trí

b) Bảo quản: Thạch cao ở dạng bột mịn, nếu dự trữ lâu và bảo quản không tốt thì

thạch cao sẽ hút ẩm làm giảm cường độ chịu lực Do đó để chống ẩm cho thạch cao ta phải bảo quản bằng cách chứa bột thạch cao trong các bao kín có lớp cách nước và để trong khô nơi khô ráo

4.4 XI MĂNG POOCLĂNG

4.4.1 Khái niệm

a) Ximăng poclăng: Ximăng poclăng là chất kết dính rắn trong nước chứa khoảng

70-80% Silicat canxi nên còn có tên gọi là ximăng silicat Nó là sản phẩm nghiền mịn của Clinke với phụ gia thạch cao (3-5%)

Thạch cao có tác dụng điều chỉnh tốc độ đông kết của ximăng để phù hợp với thời gian thi công

b) Clinke: clinke thường ở dạng hạt có đường kính 20-40 mm, được sản xuất bằng

cách nung hỗn hợp đá vôi, đất sét và quặng sát đã nghiền mịn đến nhiệt độ kết khối, (14500C)

Chất lượng clinke phụ thuộc vào thành phần khoáng vật hoá học và công nghệ sản xuất tính chất của ximăng do chất lượng clin ke quyết định

Thành phần hoá học của clinke thay đổi thì tính chất của ximăng cũng thay đổi

Ví dụ: tăng CaO thì ximăng thường trắng hơn, kém bền nước, tăng SiO2 thì ngược lại

Thành phần khoáng vật:

Trong quá trình nung đến nhiệt độ kết khối các oxit chủ yếu kết hợp lại tạo thành các khoáng vật silicat canxi, aluminat canxi, alumoferit canxi ở dạng cấu trúc tinh thể hoặc vô định hình

Clinke có 04 khoáng vật chính như sau:

Alit: 3CaO SiO2 (Viế tắt: C3S): chiếm hàm lượng 45-60% trong clinke Anlit là khoáng vật chính của clinke, nó quyết định cường độ và các tính chất khác của ximăng Alit có tốc

độ rắn chắc nhanh, cường độ cao, toả nhiều nhiệt, dễ bị ăn mòn

Belit: 2CaO SiO2 (Viết tắt:C2S): chiếm hàm lượng 20-30% trong clinke Anlit là khoáng vật quan trọng thứ hai của clinke, đặc điểm rắn chắc chậm, nhưng đạt cường độ cao ở tuổi muộn, toả nhiệt ít, ít bị ăn mòn

Aluminat canxi: 2CaO Al2O3 (viết tắt C3A): chiếm hàm lượng 4-12% trong clinke, đặc điểm rắn chắc rất nhanh nhưng cường độ rất thấp, toả nhiệt rất nhiều và dễ bị ăn mòn Feroaluminat canxi: 2CaO Al2O3.Fe2O3 (viết tắt C4 AF): chiếm hàm lượng 10-12% trong clinke, tốc độ rắn chắc, cường độ chịu lực, nhiệt lượng toả ra và khả năng chống ăn mòn trung bình

Ngoài các khoáng vật chính trên trong clinke còn có một số thành hần khác như CaO,

Al2O3, Fe2O3, MgO, K2O, Na2O tổng hàm lượng các thành phần này chiếm 5-15% và có ảnh hưởng xấu đến tính chất của ximăng làm cho ximăng kém bền nước

Khi hàm lượng các khoáng vật thay đổi thì tính chất của ximăng cũng thay đổi

Ví dụ: Khi hàm lượng C3S nhiều lên thì ximăng rắn càng nhanh, cường độ càng cao Hàm lượng C3A càng tăng thì ximăng rắn càng nhanh và dễ gây nứt công trình

4.4.2 Sơ lƣợc quá trình sản xuất

a) Nguyên liệu và nhiên liệu sản xuất:

Nguyên liệu sản xuất clinke là đá vôi có hàm lượng caxi lớn như đá vôi đặc, đá phấn, đá macnơ và đất sét

Trung bình để sản xuất 1 tấn ximăng cần khoảng 1,5 tấn nguyên liệu,

Tỷ lệ giữa thành phần cácbonat và đất sét vào khoảng 3 ÷ 1

Ngoài 2 thành phần chính là đá vôi và đất sét người ta có thể cho thêm vào thành phần khối liệu các nguyên liệu phụ để điều chính thành phần hoá học, nhiệt độ kết khối và kết tinh của các khoáng vật

Ví dụ: cho treben để tăng hàm lượng SiO2, cho quặng sắt để tăng Fe2O3…

Nhiên liệu chủ yếu và hiệu quả nhất trong sản xuất ximăng ở nhiều nước là khí thiên nhiên có nhiệt trị cao Ở nước ta nhiên liệu được dùng phổ biến là than dầu

b) Các giai đoạn của quá trình sản xuất:

Quá trình sản xuất ximăng gồm các công đoạn chuẩn bị phối liệu, nung và nghiền

- Chuẩn bị phối liệu: gồm các khâu nghiền mịn, nhào trộn hỗn hợp với tỷ lệ yêu

cầu để đảm bảo cho các phản ứng hoá học được xảy ra và clinke có chất lượng đồng nhất Thông thường có ba phương pháp chuẩn bị phối liêu:

trước Đá vôi và đất sét được nghiền và sấy đồng thời cho tới độ ẩm 1-2% trong máy nghiền bi Sau khi nghiền, bột phối liệu được đưa vào si lo để liểm tra hiệu chỉnh lại thành phần và để dự trữ đảm bảo cho lò nung làm việc liên tục

Khi chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp khô thì quá trình nung tốn ít nhiệt, mặt bằng sản xuất gọn, nhưng những thành phần hỗn hợp khó đồng đều ảnh hưởng đến chất lượng ximăng Phương pháp này thích hợp khi đá vôi và đất sét có độ ẩm thấp (10-15%)

nhỏ rồi cho vào nghiền chung với đất sét ở trạng thái lỏng (lượng nước chiếm 35-45%) trong máy nghiền bi cho đến khi độ mịn đạt yêu cầu từ máy nghiền hỗn hợp được bơm vào

bể bùn để kiểm tra và điều chỉnh thành phần trước khi cho vào lò nung

Khi chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp ướt thì thành phần của hỗn hợp được đồng đều, chất lượng của ximăng tốt nhưng quá trình nung tốn nhiều nhiệt

Phương pháp này thích hợp khi đá vôi và đất sét có độ ẩm lớn

- Nung: Quá trình nung phối liệu được thực hiện chủ yếu trong lò quay Nếu

nguyên liệu chuẩn bị theo phương pháp khô có thể nung trong lò đứng

Lò quay: là ống trụ bằng thép đặt nghiêng 3- 40, trong lót bằng vật liệu chịu lửa Hình 3.1

Chiều dài lò 95-185m, đường kính 5-7m

Lò quay làm việc theo nguyên tắc ngược chiều Hỗn hợp nguyên liệu được đưa vào đầu cao, khí nóng được phun lên từ đầu thấp

Khi lò quay hạt động phối liệu được chuyển dần xuống và tiếp xúc với các vùng có nhiệt độ khác nhau, tạo ra những quá trình hoá lý phù hợp để cuối cùng hình thành clinke Tốc độ quay của lò 1-2 vòng / phút

Clinke khi ra khỏi lò ở dạng màu sẫm hoặc vàng sáng được làm nguội từ 10000

C xuống còn 100-200 0C trong các thiết bị làm nguội bằng không khí rồi giữ trong kho 1-2 tuần

- Nghiền: việc nghiền clinke thành bột mịn được thực hiện trong máy nghiền

bi làm việc theo chu trình hở hoặc chu trình kín Máy nghiền bi là máy hình trụ bằng thép bền trong có những vách ngăn thép để chia máy ra 2 – 4 buồng (hình 3-2) Máy nghiền loại lớn có kích thước 3,95 x 11m (năng suất 100 tấn/h) và 4,6 x 16,4m (năng suất 135 tấn/h)

Clinke được nghiền dưới tác dụng của bi thép hình cầu (nghiền thô) và bi thép hình trụ (nghiền mịn) Khi máy quay bi thép được nâng lên đến độ cao nhất định rồi rơi xuống

và va đập và chà xát làm vụn hạt vật liệu (clinke, thạch cao, phụ gia)Ximăng sau khi có nhiệt độ (80 ÷ 120 0

C) được hệ thống vận chuyển bằng khí nén đưa lên xi lô Xi lô là bể chứa bêttông bằng cốt thép đường kính 8 – 15 m, đường kónh 25-30m Xilô lớn có thể chứa được 4000 –10.000 tấn ximăng