bài giảng vật liệu xây dựng nhầm cung cấp các kiến thức của môn vật liệu xây dựng. file tóm tắt một cách ngắn gọn dể hiểu song dể dàng áp dụng các công thức để giải các bài tập của bộ môn này. các bạn có thể tham khảo tài liệu này cho tất cả các hệ đại học, cao đẳng hay đào tào nghề. file được soạn ra nhằm giúp các bạn nắm được các kiến thức về lí thuyết cùng việc làm tất cả các bài tập một cách dể dàng.
GIỚI THIỆU Giáo trình Vật liệu Xây Dựng gồm 13 Chương Chương trình học Chương · Giới thiệu tầm quan trọng môn Vật Liệu Xây Dựng · Giới thiệu Tài liệu Tham khảo: 1/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Đại học, THCN- Hà Nội Các tác giả: Lê Đỗ Chương, Phan Xuân Hoàng 2/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2001 Các tác giả: Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu 3/ Bài tập Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2000 4/ Materiaux et elements de construction NXB Mir Moscou 1978 Tác giả: A Komar Chương I: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Gồm phần: - Các tính chất vật lý chủ yếu - Các tính chất học chủ yếu I Các tính chất vật lý chủ yếu: 1/ Khối lượng riêng: a) Đònh nghóa: Là khối lượng đơn vò thể tích vật lý trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng) b) Ký hiệu: a c) Công thức: a m Va + Đơn vò: - g/cm3 : dùng chủ yếu phòng thí nghiệm - Kg/dm3, kg/m3, T/m3 : dùng chuyển đổi Trong đó: · m: Khối lượng mẫu vật liệu trạng thái hoàn toàn khô · Va: Thể tích đặc tuyệt đối mẫu vật liệu (cm3, dm3, m3) d) Phương pháp xác đònh a : tuỳ loại vật liệt mà có phương pháp xác đònh khác nhau: - Đối với vật liệu hoàn toàn đặc có kích thước hình học rõ ràng: + Đem cân mẫu để xác đònh m m a + Đo mẫu để xác đònh Va Va - Mẫu hoàn toàn đặc có hình dạng thì: + Đem cân mẫu để xác đònh m m a + Tìm V nước dời chỗ Va Va= V2-V1 - Đối với loại vật liệu rời rạc (cát), bột (xi măng…) thì: + Sử dụng bình tỷ trọng : o Thí nghiệm xi măng dùng dung dòch: CCl4 hay dầu hôi Vax V2 V1 a m Va o Thí nghiệm cát: dùng dung dòch nước cát nghiền mòn để tránh độ rỗng hạt cát (dùng nước nước không làm thay đổi V cát) e) Các ứng dụng phạm vi sử dụng: - Dùng để tính độ đặc độ rỗng vật liệu - Dùng để tính toán cấp phối bê tông vữa xây dựng - Dùng để phân biệt vật liệu loại Ví dụ: vật liệu kim loại đen (gang, thép): A: Thép B: Gang aA aB A: thép - Vài số thí dụ a số loại vật liệu xây dựng Bảng I-1 Tên vật liệu a ( kg/m3) - Thép 7800-7900 - Ciment Portland 2900-3100 - Đá Granit(e) 2700-2800 - Cát thạch anh (SiO2) 2600-2700 - Gạch đất sét nung 2500-2800 - Kính xây dựng (Silicat) 2500-3000 - Đá vôi “đặc” 2400-2600 - Gỗ 1500-1600 2/ Khối lượng thể tích: Đònh nghóa: Khối lượng thể tích khối lượng đơn vò thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên (có thể lỗ rỗng) - Kí hiệu: 0 m - Công thức: - - V0 Đơn vò: (g/cm , Kg/dm3, Kg/m3, T/m3) m- khối lượng mẫu vật liệu trạng thái tự nhiên (g,kg,T) V0: thể tích tự nhiên mẫu vật liệu (cm3, dm3, m3) Phương pháp xác đònh: Tuỳ loại vật liệu mà có phương pháp xác đònh khác nhau: + Đối với loại vật liệu có kích thước hình học rõ ràng thì: Đem cân mẫu để xác đònh m m V Đo mẫu để xác đònh V0 + Đối với mẫu có hình dạng thì: Đem cân mẫu để xác đònh m Bọc mẫu paraffine Tìm V0= cách xác đònh thể tích V nước dời chỗ Vmẫu= V2-V1-Vb Mà Vp mp 0 m V0 b + Đối với loại vật liệu dạng rời rạc: cát, xi măng, đá….dùng bình có dung tích xác đònh *Phạm vi ứng dụng o - Tính độ đặc độ rỗng vật liệu - Tính toán cấp phối bê tông vữa xây dựng - Tính độ ổn đònh kết cấu móng công trình - Tính toán lực chọn phương tiện vận chuyển bốc xếp - Tính toán chiều dày () tường cách nhiệt + Vài số thí dụ o số loại vật liệu xây dựng: Bảng I-2 Tên vật liệu o ( kg/m3) - Thép 7800-7850 - Đá Granite 2600-2800 - Bê tông nặng 1800-2500 - Gạch đất sét nung (đặc) 1600-1800 - Cát thạch anh (SiO2) 1450-1650 - Nước 1000 - Bê tông nhẹ 500-1800 - Gỗ Sapin (lãnh Sam) 500-600 - Cốt liệu nhân tạo (Keramsite) 300-900 - Bông khoáng 200-400 - Mipo (rỗng, xốp) 20-100 Thông thường: o < a Nếu o = a : - vật liệu không hút nước - vật liệu không thấm nước (thép, bitum, kính xây dựng) 3/ Độ đặc: Đònh nghóa: tỷ số thể tích đặc Va thể tích tự nhiên vật liệu, tính % - Ký hiệu: đ V - Công thức: đ= a 100 d o 100 Vo a Thông thường Vật Liệu Xây Dựng đ CBH CBHmax = Độ bão hòa nước đặc trưng hệ số bão hòa: KBH - Công thức : K BH Vnuoc Vrong Khi vật liệu bò ẩm ướt bão hòa nước thường Vnở o R 7/ Hệ số mềm: (Km) - Đònh nghóa: tỷ số cường độ vật liệu bão hòa nước (RBH) cường độ (RK) trạng thái khô R - Công thức: K m BH RK - Trong đó: Km tiêu quan vật liệu môi trường tiếp xúc trực tiếp với nước - Quy đònh: + Đối với vật liệu đá thiên nhiên (granit, porphyre, basalble…) đá nhân tạo (bê tông, cement, vữa…) thì: Km < 0,75: không nên sử dụng môi trường trực tiếp tiếp xúc với nước 8/ Độ ẩm: (W) - Đònh nghóa: lượng nước có thật nằm vật liệu thuộc vào môi trường khô ẩm xung quanh - Công thức: W m1 m 100 m m1 : khối lượng mẫu vật liệu trạng thái ẩm (g) m : khối lượng mẫu vật liệu sấy khô (g) Hp khác W ý nghóa vật lý: - - Khi vật liệu ẩm ướt khô sinh tượng co nở độ co nở loại vật liệu khác Mặt khác, loại vật liệu có cấu tạo không đẳng hướng không đồng độ co nở theo phương chiều khác Ví dụ: vật liệu gỗ: + Co nở theo chiều dọc thớ = 0,1 0,3 % + Co nở theo chiều ngang thớ = % 9/ Tính truyền nhiệt: - Đònh nghóa: tính chất vật liệu mà nhiệt truyền qua từ phía có nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp - Tính truyền nhiệt vật liệu đặc trưng hệ số truyền nhiệt - Công thức: Q.a Kcal/m.h C F (t1 t ).z Kcal = 4,1876 KJ KJ = 0, 2388 Kcal Q: yếu tố dung lượng – lượng nhiệt (Kcal) a: bề dày, chiều dài mẫu vật liệu (m) F: diện tích tiết diện mẫu vật liệu (m2) t1 – t :hiệu số nhiệt độ với t1 > t (C) z: thời gian (h) Trong Phòng thí nghiệm, xác đònh cách: Chọn: a = 1m F = m2 t1 – t = 1C = Q (Kcal) z = 1h Vậy hệ số truyền nhiệt nhiệt lượng Q (Kcal) truyền qua tường dày 1m, tiết diện 1m2 thời gian nhiệt độ chênh lệch tường 1C + thành phần vật liệu + cấu tạo vật liệu + o +r +w + nhiệt độ trung bình thời điểm xác đònh Mặt khác, hệ số truyền nhiệt thuộc vào phương chiều truyền nhiệt (đối với loại vật liệu có cấu tạo không đẳng hướng) Ví dụ: Gỗ: dọc thớ = 0,3 Kcal/ mhC ngang thớ = 0,15 Kcal/ mhC + Trong trường hợp vật liệu khô trạng thái tự nhiên (trong không khí) w=17%, sử dụng công thức thực nghiệm gần để tính Giáo sư Nheerasev: Kcal m.hC 0,0196 0,22 02 0,14 o : g/cm3, T/m3 Công thức tham khảo: 1,163 0,0196 0,22 o2 0,163 W/moc o : g/cm3, T/m3 + Khi vật liệu làm việc điều kiện t 100oC Công thức Giáo sư Vlasov t = o (1+ tTB) Kcal/mhoC t , o: hệ số truyền nhiệt toC 0oC : hệ số nhiệt độ ( = 0,0025) tTB : nhiệt độ trung bình thời điểm xác đònh 10/ Nhiệt dung- Tỉ Nhiệt: a/ Nhiệt dung: nhiệt lượng mà vật liệu thu vào đun nóng Q= C G (t1-t) Kcal b/ Tỷ nhiệt: C Q G(t1 t ) Kcal/KgoC Trong đó: + G :khối lượng mẫu vật liệu (Kg) + t1-t : hiệu số nhiệt độ, với điều kiện t1>t + C: tỷ nhiệt khô Kcal/KgoC Nếu chọn mẫu vật liệu có G = 1kg t1-t = 1oC C=Q (Kcal) Vậy tỷ nhiệt C= Q tính Kcal dùng để đun 1kg vật liệu nóng thêm lên 1oC Ứng dụng C: - Dùng để tính toán lượng nhiệt cần thiết, dùng để gia công nhiệt nhằm thúc đẩy trình rắn sản phẩm - Dùng để tính toán lựa chọn loại vật liệu để xây dựng nhà điều kiện thiếu điện khí hóa, thiếu hơi, khí hậu lạnh chọn vật liệu có C lớn nhỏ Ví dụ: gỗ có C> , > dọc thớ = 0,3 Kcal/mhoC ngang thớ = 0,15 Kcal/mhoC · Khi vật liệu bò ẩm ướt tỷ nhiệt ký hiệu: CW C (0,01W Cn ) 0,01W W: độ ẩm vật liệu (%) Cn: tỷ nhiệt nước = Kcal/Kg oC · Vật liệu nhiều thành phần tạo nên tỷ nhiệt ký hiệu: C G C2 G2 Cn Gn Chh 1 KCal / Kg C G1 G2 Gn C1 C2 Cn : tỷ nhiệt thành phần vật liệu G1 G2 Gn : khối lượng nguyên vật liệu thành phần (Kg) Vài số thí dụ C số loại vật liệu xây dựng : - Đối với đá thiên nhiên đá nhân tạo thì: C = 0,180,22 Kcal/KgC - Đối với vật liệu gỗ C = 0,57 0,65 Kcal/KgC - Đối với thép C = 0,115 Kcal/KgC - Đối với nước C = Kcal/KgC 11/ Tính chống cháy- Tính chòu lửa: a/ Tính chống cháy Tính chống cháy khả liệu chòu tác dụng nhiệt độ cao mà không bò phá hủy Dựa vào khả chống cháy, vật liệu chia làm nhóm: + Vật liệu không cháy: Khi gặp tác dụng lửa nhiệt độ cao, vật liệu không bò cháy không bò biến hình đáng kể Ví dụ: Gạch, ngói, bê-tông, vật liệu amiăng + Vật liệu không cháy biến hình nhiều (như thép), bò phá hủy (như đá thiên nhiên, đá hoa, thạch cao) + Vật liệu khó cháy: Là vật liệu thân dễ cháy, nhờ có lớp bảo vệ nên tác dụng lửa nhiệt độ cao lại khó cháy thành ngọn, cháy âm ỉ Ví dụ : Tấm Fibrolit + Vật liệu dễ cháy: cháy bùng lên thành gặp lửa nhiệt độ cao Ví dụ: Gỗ, lợp nhựa hữu cơ, chất dẻo, b/ Tính chòu lửa Tính chòu lửa tính đề kháng vật liệu không bò biến hình chòu tác dụng lâu dài nhiệt độ Có nhóm vật liệu khác : Vật liệu chòu lửa: chòu tác dụng to > 1580oC Gạch samốt, gạch dinat Vật liệu khó chảy: chòu tác dụng to [1350 – 1580oC] Vật liệu dễ chảy: độ chòu lửa < 1350oC Ví dụ : Gạch đất sét thường Vật liệu chòu lửa sử dụng để xây phận tiếp xúc với lửa buồng đốr, ống khói, phận phải chòu lực nhiệt độ cao thường xuyên II Các tính chất học chủ yếu: 1/ Khái niệm cường độ: Cường độ vật liệu khả chòu tác dụng ngoại lực (tải trọng, thay đổi nhiệt độ, vận tốc dòng chảy, vận tốc gió bão) Trong đó, kết cấu công trình, vật liệu làm việc chòu nén, kéo uốn, cắt, va chạm… Nhưng thường người ta xác đònh lực nén, kéo, uốn 2/ Cường độ chòu nén Rn, chòu kéo Rk: Công thức: Rn , RK Pmax F Kgf/cm2 , N/cm2 N = 0,1019 Kgf Kgf = 9,806 N + Pmax: tải trọng tối đa gây tác dụng phá hoại mẫu Kgf, N + F: diện tích tiết diện mẫu vật liệu (cm2) Đối với vật liệu giòn: gang, đá, bê tông, gạch, xi măng… : xác đònh chủ yếu cường độ chòu nén quy mác vật liệu (Kgf/ cm2) Ví dụ: Rb = 400 = 400 Kgf/ cm2 Rx = 400 = 400 Kgf/ cm2 Đối với vật liệu dẻo: thép cường độ chòu kéo Rx (k) Vật liệu gỗ: - nén “dọc trục” tốt - kéo “dọc trục” tốt - chòu uốn tốt Cường độ vật liệu đònh chủ yếu thành phần vật liệu, cấu tạo vật liệu, hình dạng đặc trưng bề mặt vật liệu Ngoài ra, cường độ vật liệu phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ độ ẩm tiến hành xác đònh, thuộc vào kích thước mẫu thí nghiệm Do vậy, nói cường độ vật liệu tiêu mang tính chất điều kiện đònh Phương pháp thí nghiệm: ngày nay, phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu, người ta ứng dụng phương pháp thí nghiệm không phái hoại không hư hỏng Để thực phương pháp này, người ta dùng nguyên liệu lý âm học, tìm tốc độ truyền siêu âm qua mẫu vật liệu, vận tốc nhanh vật liệu cà ng đặc R cao (P2 siêu âm): tiến hành: Đúc nhiều nhóm mẫu tính toán xác Dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn v qua nhóm mẫu (m/s) xây dựng đồ thò chuẩn Nén Rn 10 + Phương pháp phân tích sàng N083 (4900lỗ/cm2): yêu cầu >85% lọt qua sàng + Phương pháp tính tỉ diện tích (cm2/g): nhà máy chế tạo xi măng porland yêu cầu F = 2500-3000 (cm2/g) Tăng 3000-4000 (cm2/g) độ hoạt tính tăng 20-25% c- Nước tiêu chuẩn (Ntc) Ntc lượng nước ứng với độ cắm sâu Vicat d=10 0,02 mm cắm sâu cách đáy 5-7 mm Để so sánh tính chất xi măng với người ta thường sử dụng lượng nước tiêu chuẩn.Đối với xi măng Porland: PC: Ntc = 24-30%/X, PCB Ntc = 26-32%/X d- Thời gian ninh kết: - Thời gian bắt đầu ninh kết Xi Măng Portland: không nhỏ 45 phút - Thời gian ninh kết xong không 10h (hiện nay: 5h30-6h) e- Tính ổn đònh thể tích xi măng: Những loại xi măng có biểu hiện: - Nghiền xong đưa sử dụng - Những loại xi măng hạt thô (chưa mòn) - Những loại xi măng có chứa CaO + MgO tự nhiều - Hàm lượng SO3 mức quy đònh: không ổn đònh thể tích g- Cường độ xi măng - Mác xi măng: - Cường độ xi măng: phụ thuộc: + thành phần khoáng vật xi măng + độ mòn + môi trường dưỡng hộ + thời gian dưỡng hộ (lâu Rx ) + hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm - Mác xi măng: cường độ chòu nén giới hạn mẫu vữa xi măng chế tạo từ hỗn hợp gồm xi măng + cát tiêu chuẩn = 1:3 (theo khối lượng) dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn to= 27 2C, độ ẩm 95%, nén sau 28 ngày rắn - phương pháp xác đònh mác xi măng: + dẻo: sử dụng mẫu: 16 cm (chủ yếu) + cứng (khô): mẫu lập phương cạnh 7,07 cm (xác đònh Rn), mẫu hình số (xác đònh Rk) ứng dụng tính toán nhào trộn xi măng 8- Các tượng ăn mòn- Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: a) Các nguyên nhân gây ăn mòn: Do hòa tan thành phần Ca(OH)2 từ: 45 - CaO tự - C3S thủy hóa Do vậy, làm cho kết cấu bê tông bò rỗng công trình có sụp đổ Do Xi Măng Portland có số thành phần khoáng vật chòu tác dụng môi trường nước có chứa muối, axit sinh phản ứng tạo thành chất mới: - Dễ hoà tan - Gây trương nở thể tích b) Các dạng ăn mòn chủ yếu: + n mòn môi trường nước ngọt: - Trong môi trường nước ngọt, độ hòa tan thành phần Ca(OH)2 không lớn ( 1,3 g/l t = 15C) công trình làm việc lâu năm, lâu ngày môi trường nước độ hòa tan tăng dần lên làm cho kết cấu bê tông công trình bò rỗng khả chòu lực giảm có công trình bò sụp đổ, đặc biệt môi trường nước có áp lực (tường chắn nước ngọt) - Trong môi trường nước ngọt, chòu tác dụng độ cứng nước Nếu độ cứng nước giảm độ hòa tan Ca(OH)2 tăng Khi độ cứng nước đạt đến giá trò thích hợp có lợi theo phương trình phản ứng: Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 = 2CaCO3 + 2H2O CaCO3 bao phủ bề mặt kết cấu tạo thành vỏ cứng Ca(OH)2 không thoát bảo vệ khối bêton + n mòn môi trường nước có chứa CO2 - Trong nước thường chứa lượng CO2 nhiều - Nếu hàm lượng CO2 phản ứng có lợi: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O - Nếu hàm lượng CO2 nhiều (>15-20 mg/l nước) gây phản ứng bất lợi: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 Bicarbonat axit canxi Ca(HCO3)2 làm độ hòa tan tăng gấp 100 lần so với độ hòa tan CaCO3 + n mòn môi trường nước biển, nước ngầm nước có chứa muối khoáng: - Trong loại nước thường chứa hàm lượng muối MgCl2, MgSO4, CaCO3, NaCl… - Khi sử dụng Xi Măng Portland môi trường sinh phản ứng: Vd: MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 (*)+ Mg(OH)2 (**) MgSO4 + Ca(OH)2 + 2H2O = CaSO4.2H2O (***)+ Mg(OH)2 CaSO4+ C3A + nH2O = muối candiot (*) CaCl2 : dễ hòa tan (**) Mg(OH)2 : không tính dính, không cường độ, vô đònh hình (***) CaSO4.2H2O + C3A + nH2O = muối candiot gây trương nở thể tích 46 + n mòn môi trường nước có chứa axit: - Trong nước thải công nghiệp thường chứa hàm lượng axit: HCl, H 2SO4 - Khi sử dụng Xi Măng Portland công trình chòu tác dụng loại axit thường gây phản ứng tạo thành chất theo phương trình sau đây: 2HCl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O H2SO4 + Ca(OH)2 = Ca SO4.2H2O CaSO4.2H2O + C3A + nH2O muối candiot c) Các biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu: - Trong Xi Măng Portland, thành phần CaO tự do, Ca(OH) C3S sinh ra, có C3A Do vậy, người ta phải sử dụng biện pháp đề phòng ăn mòn chủ yếu sau: Tính toán để giảm C3S, C3A (khi cần thiết) Mặt khác, người ta thay hệ nguyên liệu CaO = BaO ax = 5,4 g/cm3 sử dụng trực tiếp môi trường nước biển (không cần phụ gia) Đưa vào Xi Măng Portland hàm lượng BaSO4 (bằng cách nghiền trộn) ax (không BaO) Biện pháp silicát hóa: - Đưa vào Xi Măng Portland hàm lượng phụ gia vô hoạt tính chứa chủ yếu SiO2 vô đònh hình tạo thành khoáng Xi Măng Portland ổn đònh môi trường nước theo phương trình: Ca(OH)2 + SiO2 = CaO.SiO2.2H2O Silicat canxi ngậm nước Biện pháp carbonát hóa: - Theo biện pháp này, sản phẩm chế tạo từ Xi Măng Portland sau chế tạo xong, người ta dưỡng hộ môi trường không khí thời gian để cacbonát hóa bề mặt sản phẩm trước đưa môi trường nước Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Sử dụng loại xi măng đặc biệt môi trường cụ thể: - Trong môi trường có nước xâm thực sulfate, người ta sử dụng loại xi măng bền sulfate - Trong môi trường có nước xâm thực axit, sử dụng loại xi măng chống axit Biện pháp tăng độ đặc cho bê tông: - Tính toán thành phần bê tông thật hợp lý (sử dụng thông số kỹ thuật hợp lý) (Hình) Cấp phối liên tục tăng độ bền chặt bêtông - Sử dụng biện pháp thi công giới: sử dụng máy trộn, máy đầm làm tăng độ đặc bê tông - Sử dụng phụ gia tăng dẻo: nhằm mục đích: N dẻo SN = const 47 N dư độ đặc bê tông Rb N X X/N N/X = const Rb = Rbthiet ke có lợi kinh tế Biện pháp tổng hợp: - Quét, phủ lên bề mặt kết cấu bê tông sử dụng xi măng portland vài lớp nhủ tương pha xăng - Thiết kế hệ thống thoát nước công trình bê tông nằm mực nước ngầm - (hình) - Trong trường hợp công trình nằm mực nước ngầm lèn xung quanh lớp đất sét béo (nếu môi trường nước muối đất sét béo không tác dụng) 9- Công dụng bảo quản: a- Công dụng: Sử dụng rộng rãi cho hầu hết công trình có tốc độ cứng rắn nhanh, cường độ chòu lực cao, đóng rắn khô nước, có khả bám dính tốt với cốt thép, bảo vệ cho cốt thép không bò ăn mòn Bên cạnh ưu điểm xi măng pooclăng có số nhược điểm: - Dễ bò ăn mòn đo nước mặn, nước thải công nghiệp - Tỏa nhiều nhiệt - Cường độ giảm thời gian để dự trữ xi măng kéo đài Do đó, loại công trình đặc biệt cần phải sử dụng loại xi măng đặc biệt b- Bảo quản - Khi vận chuyển xi măng rời phải dùng xe chuyên dụng - Kho chứa xi măng phải đảm bảo không dột, không hắt, xung quanh có rãnh thoát nước - Trong kho bao xi măng không xếp cao 10 bao riêng theo lô Khi chứa xi măng rời xi lô phải đảm bảo chứa riêng loại xi măng 48 CHƯƠNG V: BÊ TÔNG I/ Khái niệm phân loại: 1/ Khái niệm: Bê tông loại đá nhân tạo có cách nhào trộn hỗp hợp gồm nguyên vật liệu thành phần gồm: chất kết dính, cốt liệu, nước theo tỷ lệ thích hợp, sau thời gian đóng rắn lại thành bê tông Ưu: + Cường độ chòu nén cao + Khả chòu lửa tốt + Tạo hình dạng công trình dễ dàng + Sử dụng nguyên liệu đòa phương 2/ Phân loại: dựa vào tiêu a) o (ở trạng thái khô): tiêu chủ yếu - Bê tông đặc biệt nặng (o > 2500 Kg/m3) - Bê tông nặng (o = 1800 - 2500 Kg/m3) - Bê tông nhẹ (o = 500 - 1800 Kg/m3) - Bê tông đặc biệt nhẹ (o < 500 Kg/m3) chủ yếu dùng cách nhiệt b) Dựa vào chất kết dính: - Bê tông xi măng (các loại chất kết dính rắn nước) - Bê tông thạch cao (thạch cao cứng xi măng anhydric, chủ yếu CaSO4) - Bê tông Silicat (với SiO2 Al2O3 hoạt tính) - Bê tông polyme (đắt tiền) c) Dựa vào phạm vi sử dụng: - Bê tông thường bê tông cốt thép - Bê tông thủy công - Bê tông mặt đường (bê tông atsphan, bitum) sử dụng chất kết dính hữu vô - Bê tông quốc phòng: rắn nhanh thời gian ngắn Ngoài ra, loại bê tông đặc biệt khác là: - Bê tông chống phóng xạ - Bê tông chòu nhiệt BÊ TÔNG NẶNG I Các yêu cầu nguyên vật liệu dùng chế tạo bê tông nặng: 1/ Xi măng: Trong tính chất chủ yếu xi măng mác xi măng, độ mòn, LNTC, tính ổn đònh thể tích, thời gian ninh kết … Trong mác xi măng “Không nên sử dụng Rx thấp để chế tạo bê tông mác cao”, lượng xi măng nhiều không kinh tế 49 “Mặt khác, không nên sử dụng Rx cao để chế tạo Rb thấp Vì vậy, lượng xi măng ít, không đủ để bao bọc xung quanh hạt cốt liệu dẫn đến Rb giảm” Từ đó, người ta đưa lượng xi măng quy đònh tối thiểu (Kg/m3 bê tông) - Nếu lượng xi măng tính toán mà nhỏ lượng xi măng tối thiểu lấy lượng xi măng tối thiểu để tính toán - Lượng xi măng quy đònh tối thiểu phụ thuộc vào điều kiện làm việc công trình phương pháp thi công (bằng tay hay máy) Bảng V-2: Bảng tham khảo lượng xi măng quy đònh tối thiểu (Kg/m3 bê tông) Điều kiện làm việc công trình - Công trình trực tiếp tiếp xúc với nước - Bò ảnh hưởng mưa gió thiết bò che - Không bò ảnh hưởng mưa gió Phương pháp thi công Bằng tay Bằng máy 240 265 220 250 200 220 2/ Nước: (dùng để chế tạo dưỡng hộ bê tông) Các yêu cầu nước: - Không chứa tạp chất có ảnh hưởng đến trình thủy hóa rắn xi măng chất đường, dầu mỡ, chất béo, axit, muối - Không nên sử dụng nước đầm lầy, ao tù nước than bùn - Nghiêm cấm sử dụng nước có độ PH < hàm lượng sunfat > 2,7 g/lít nước - Nước có chứa muối sử dụng với điều kiện muối không lớn 2% khối lượng - Nước dùng để dưỡng hộ chế tạo bê tông phải phân tích thành phần hóa học Trong lúc chờ đợi kết phân tích, người ta sử dụng phương pháp thí nghiệm nhanh để so sánh kết Nước sinh hoạt Nước nghi ngờ Mẫu: A B Sau 28 ngày thí nghiệm nén, so sánh kết Rb28 A = Rb28 B nước đạt yêu cầu thi công Rb28 A > Rb28 B dừng lại, chờ kết phân tích Rb28 A < Rb28 B vô lý 3/ Cốt liệu nhỏ: d = 0,15 mm Cát có dạng sau: + Thiên nhiên: núi sông, chủ yếu SiO2 (hạt to: o > 1500 Kg/m3; hạt nhỏ: o 1300 Kg/m3) biển: hạt, độ rỗng tăng 50 + Cát nhân tạo: xay nghiền đá tự nhiên a/ Hàm lượng chất bẩn có hại: + Không lớn 3% cát tự nhiên + Không lớn 5% cát nhân tạo b/ Thành phần hạt, phạm vi cho phép, độ lớn cát: Thành phần hạt cát: - Sử dụng sàng tiêu chuẩn: d = 0,14 ; 0,315 ; 0,63 ; 1,25 ; 2,5 ; mm - Cân cát khô: GK = 1000 gam tiến hành sàng - Tính: + Lượng sót riêng biệt: (ai) (%) gi 100 GK gi : khối lượng sàng thứ i (g) GK : khối lượng mẫu thử (g) + Lượng sót tích lũy Ai (%) Ai = a2,5 + a1,25 +… + Ai : lượng sót cộng dồn từ lượng sót riêng biệt sàng 2,5 đến sàng thứ i muốn tính Phạm vi cho phép: người ta sử dụng lượng sót tích lũy quy đònh (%) Bảng V-3 0,14 0,315 0,63 1,25 2,5 90-100 70-90 35-70 1545 0-20 Sử dụng số liệu bảng V-3 để vẽ đồ thò biểu diễn phạm vi cho phép cốt liệu nhỏ dùng để chế tạo bê tông Lượng sót tích lũy (%) 10 Vùng phạm vi cho phép 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0.16 0.315 0.63 1.25 2.5 Đường kính mắt sàng(mm) Hình V.1: Vùng phạm vi cho phép đường cấp phối catù Độ lớn cát (Mô đun độ lớn) Mđl M dl A2,5 A1, 25 A0,63 A0,315 A0,14 100 51 Dựa vào Mđl mà người ta chia cát làm loại sau: - Cát hạt lớn: Mđl > 2,5 - Cát hạt trung bình: Mđl = 2- 2,5 - Cát hạt nhỏ: Mđl = 1,5- - Cát hạt nhỏ: Mđl = 1- 1,5 Cho phép Mđl = – 3,25 Mđl hư số ý nghóa vật lý phương pháp thứ 2: tính tỉ diện tích Tỉ diện tích tổng số diện tích bề mặt hạt cát gam cát 4/ Cốt liệu lớn: d = 5-70 mm Gồm: sỏi (từ núi, sông, nhân tạo); đá dăm a) Lượng ngậm chất bẩn có hại: bụi, bùn, sét, (sét dạng cục tạo ứng suất cục bê tông) b) Cường độ cốt liệu lớn: Yêu cầu: RC/L > Rđá xi măng Rb c) Thành phần hạt phạm vi cho phép: + Thành phần hạt: - Dùng sàng d = 5; 10; 20; 40; 70 mm - Cân GK ( dclmax) - Tính: Lượng sót riêng biệt: (%) Lượng sót tích lũy: Ai (%) giống cát Phạm vi cho phép Sử dụng lượng sót tích lũy quy đònh để vẽ đồ thò biểu diễn phạm vi cho phép chất liệu lớn dùng để chế tạo bê tông Bảng V-4 Dmax Dmin Dmin Dmax 1,25 Dmax 90-100 40-70 0-10 Sử dụng số liệu bảng V-4 để vẽ biểu đồ 52 Lượng sót tích lũy (%) 20 40 60 80 100 Dmin ½(Dmax+Dmin) Dmax 1.25Dmax Kích thước mắt sàng (mm) Hình V.2: Vùng phạm vi cho phép đường cấp phối đá Chú thích: + Dmax đường kính lớn hạt cốt liệu tương ứng với đường kính cỡ sàng mà lượng sót tích lũy 10% + Dmin đường kính nhỏ hạt cốt liệu tương ứng với đường kính cỡ sàng mà lượng sót tích lũy ≥ 90% 5/ Phụ gia vô nghiền nhỏ: Người ta đưa vào bê tông thành phần phụ gia bê tông nghiền nhỏ a) Phụ gia vô hoạt tính: SiO2 VĐH + Ca(OH)2 = CaO.SiO2.H2O - Thiên nhiên: + Điatomit + Tro núi lửa Trầm tích + Trepen + Tuff núi lửa hữu + Apokơ + Đá bọt + Opan - Nhân tạo: + Xỉ lò cao + xỉ than + Đất sét nung non (nhiệt độ = 600-700C) b) Phụ gia trơ: - Thiên nhiên: cát mòn hạt - Nhân tạo: bột đá phụ gia trơ đem nghiền thật mòn (85% lọt qua sàng 4900 lỗ (cm2) sử dụng nhiệt độ cao nước bão hòa cho số hoạt tính - Khi sử dụng hai loại phụ gia có độ hoạt tính dùng loại có lượng nước yêu cầu nhỏ II Các tính chất hỗn hợp bê tông bê tông: 53 A/ Các tính chất hỗn hợp bê tông: 1) Tính dẻo hỗn hợp bê tông 2) Các nhân tố ảnh hưởng đến tính dẻo hỗn hợp bê tông (4 nhân tố) B/ Các tính chất bê tông: 1) Cường độ chòu nén 2) Các nhân tố ảnh hưởng đến Rb (5 nhân tố) III Tính toán (thiết kế) thành phần bê tông: 1/ Khái niệm: Tính toán hay thiết kế thành phần bê tông tìm nguyên vật liệu thành phần gồm: xi măng, cát, nước, đá cho thỏa mãn điều kiện: kinh tế kỹ thuật Sau tính toán, biểu diễn kết dạng: - liều lượng nguyên vật liệu cho 1m3 bê tông - tỉ lệ theo khối lượng, lấy xi măng làm đơn vò 2/ Các điều kiện cần biết trước: - Cho biết Rby/c , SNy/c - Điều kiện làm việc công trình - Điều kiện thi công (tay, máy), nắng, mưa - Các tính chất nguyên vật liệu 3/ Các phương pháp tính toán: a Phương pháp tra bảng: thường dùng - Lập dự án - Dùng sửa chữa nhỏ b Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn: sử dụng - Lượng bê tông > 5000 m3 - Công trình đặc biệt quan trọng c Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm: G.S Bolomey- Skramtaev (Phương pháp tính theo thể tích tuyệt đối) Là tổng số thể tích tuyệt đối nguyên vật liệu thành phần m bê tông sau dần chặt = 1000 dm3 - Người ta sử dụng lý thuyết tính toán kết hợp với số bảng biểu lập sẳn - Kiểm tra thực nghiệm / Tính toán sơ liều lượng nguyên vật liệu dùng m3 bê tông: Bước 1: Tính toán liều lượng xi măng cho m3 bê tông: Sử dụng công thức GS Bolomey – Skramtaev Rb A.Rx ( X b) N Đối với bê tông nặng, thường Rb 500: Rb A.Rx ( X b) N (1) 54 + Rx: mác xi măng (dẻo, cứng) + b= 0,5 + X/N: tỉ số Xi măng/Nước Điều kiện sử dụng công thức (1): - X X 1,4 2,5 hay 0,4 0,7 N N - tất yêu cầu nguyên vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu quy phạm + A: số, phụ thuộc vào chất lượng cốt liệu (lớn, nhỏ/ tốt, trung bình, kém) phương pháp xác đònh mác xi măng (dẻo, cứng) Bảng V.5 Đặc trưng chất lượng cốt liệu Phương pháp xác đònh mác xi măng A A1 Cứng Dẻo Cứng Dẻo - Chất lượng tốt 0,50 0,65 0,33 0,43 - Chất lượng trung bình 0,45 0,6 0,30 0,40 - Chất lượng 0,40 0,55 0,27 0,37 Công thức số biểu thò dạng chùm đường thẳng Rb(kgf/cm2) 600 Rx = 600 500 Rx = 500 400 Rx = 400 300 Rx = 300 200 100 0.5 1.0 1.5 1.4 2.0 2.5 X/N Đối với bê tông mác cao, Rb 500 Rb A1.Rx ( + X b) N (2) X N 2,5 3,5 ( 0,4) N X + Tất nguyên vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu quy phạm Liều lượng xi măng xác đònh công thức: X X N N (3) + N lượng nước cần thiết cho m3 N Dmax cốt liệu, loại cốt liệu (đá dăm, sỏi); độ dẻo SN (cm) Bảng lượng nước cho m3 bê tông, cốt liệu lớn sỏi 55 Bảng V-6 Đặc trưng hỗn hợp bê tông SN (cm) ĐC (gy) - 12 6-8 3-5 1-2 30 - 50 60 - 80 90 - 120 150 200 Dmax Sỏi 10 215 205 195 185 167 155 145 135 20 200 190 180 170 160 150 140 130 40 185 175 165 155 150 140 135 128 70 170 160 150 140 - 10 230 220 210 200 175 165 160 150 Đá dăm 20 40 215 200 205 190 195 180 185 170 170 160 160 150 155 140 145 135 70 185 175 165 155 - Chú thích: Bảng V-6 thành lập với điều kiện: - Xi Măng Portland - Cát cỡ hạt trung bình Khi công trường, tất nguyên liệu khác điều kiện trên: + Khi sử dụng đá dăm: N tăng thêm 10 lít/m3 + Khi sử dụng Xi Măng Portland puzzolan N tăng 15-20 lít/m3 bê tông Bước 2: Tính toán liều lượng cốt liệu lớn Theo lý thuyết tính toán VaX VaN VaC VaD 1000 X C D N C D 1000 X a a a (4) Trong trình nhào trộn vữa xi măng (X+N+C) có tác dụng lấp đầy lỗ hổng đá bôi trơn xung quanh cốt liệu làm cho hỗn hợp có độ lưu động Phương trình: X X a N C C a D D o r D (5) Giải hệ phương trình (4) (5) => D 1000 r D D D o (kg) (6) a D + r : độ rỗng đá (%); oD D r (1 D ).100 a + : hệ số tăng sản lượng vữa xi măng phụ thuộc: - Liều lượng xi măng tính toán cho m3 bê tông 56 - Loại bê tông (bê tông đá dăm, bê tông sỏi) Độ lớn cát Bảng V.7 bảng tra hệ số Lượng xi măng cho 1m3 bê tông (Kg) 250 300 350 400 Loại bê tông Đá dăm Bê tông sỏi 1,30 1,34 1,36 1,42 1,42 1,48 1,47 1,52 Đối với hỗn hợp bê tông cứng = 1,05 – 1,1 oD; aD - g/cm3, kg/dm3, T/m3 Bước 3: Tính toán liều lượng cát (C) cho m3 bê tông: X D (7) C 1000 X D N aC a a (kg) aX; aD; aC - g/cm3, kg/dm3, T/m3 Sau tính toán xong liều lượng nguyên vật liệu người ta biểu diễn dạng: - Liều lượng nguyên vật liệu: + X = … (kg) + C = … (kg) + Đ = … (kg) + N = … (lít) - Biểu diễn tỷ lệ khối lượng nguyên vật liệu lấy X = Ví dụ: X/X: N/X: C/X: Đ/X : lượng xi măng = …kg : 0,51: 2,19: 4,15 – lượng xi măng= 350 kg Tất nguyên vật liệu tính toán trạng thái khô Nhưng cơng trường, cát đá bò ẩm, người ta xác đònh độ ẩm cát đá Từ đó, người ta tính toán lại thành phần bê tông để thi công - Độ ẩm cát WC = % ? - Độ ẩm đá WĐ = % ? * Trạng thái ẩm: - Liều lượng cát cho m3 bê tông – ẩm CW = C (1+ WC) - Liều lượng đá cho m3 bê tông – ẩm ĐW = Đ (1+ WĐ) Liều lượng Nttế Nttế = N – (C WC + Đ WĐ) 57 / Tính hệ số sản lượng hỗn hợp bê tông: Trong thực tế, nhào trộn hỗn hợp bê tông nguyên vật liệu sử dụng trạng thái tự nhiên VoX, VoC, V Trong trình nhào trộn xi măng lấp đầy lỗ hỗng cát, hạt cát lấp đầy lỗ hỗng đá Cho nên, sau nhào trộn xong Vbê tông nhỏ Vtự nhiên hỗn hợp nguyên vật liệu Cho nên, ta có bất đẳng thức: Vb < VoX + VoC + V Để cân bất đẳng thức, ta đưa vào hệ số : Vb = (VoX + VoC + V) Vb V VoC VoD 1000 X C D C D X o X o o o X, C, Đ trạng thái khô oX ; oC ; oD; - g/cm3, kg/dm3, T/m3 - Ý nghóa : + : tiêu kinh tế kỹ thuật + Nếu lớn, kinh tế + Đối với hỗn hợp bê tông dẻo = 0,6 – 0,7 - Ứng dụng : để tính toán liều lượng nguyên vật liệu dùng mẻ máy trộn có dunh tích Vthiếtkế máy trộn xác đònh Sử dụng nhóm công thức sau để tính toán: * Liều lượng xi măng: V XV X (kg) 1000 V NV N (lít) 1000 V CV C (kg) 1000 V DV D (kg) 1000 o V: dung tích thiết kế máy trộn (lít) o XV, NV, CV, ĐV – lượng XM, N, C, Đ tính toán mẻ máy trộn có dung tích thiết kế V o N,C, Đ: lượng nước, C, Đ trạng thái khô trạng thái ẩm V Thi công bê tông: (sinh viên tự nghiên cứu) Quy trình thi công bê tông gồm bước sau đây: 1/ Nhào trộn vận chuyển hỗn hợp bê tông 58 2/ Đổ khuôn đầm nện 3/ Dưỡng hộ bê tông 4/ Kiểm tra chất lượng bê tông: + Nguyên vật liệu đầu vào + Kiểm tra bê tông trường + Hoàn thiện * Tính toán cường độ bê tông: Mối quan hệ chặt chẽ Rx N/X biểu thò Rb = f(Rx, N/X) Từ đó, GS Beliaev đưa công thức (kinh nghiệm) để tính cường độ bê tông Rx Kgf/cm2 Rb N K X Trong đó: + Rx : mác xi măng (kg/cm2) + N/X: tỷ số Nước/Xi măng + : số ( = 1,5) + K: số phụ thuộc vào loại cốt liệu lớn K = 3,5 đá dăm K = sỏi 59 [...]... III: VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG Khái niệm chung: ở chương II, chúng ta đã nghiên cứu vật liệu đá thiên nhiên là những loại vật liệu qua quá trình gia công đơn thuần về cơ học mà có, do vậy, tính chất của loại vật liệu đó hoàn toàn giống như loại đá gốc ban đầu Vật liệu đá thiên nhiên có những nhược điểm: o > hệ số truyền nhiệt nặng nề chi phí đầu tư nền móng kinh phí vận chuyển lớn I/ Nguyên liệu. .. của một số loại vật liệu xây dựng Dura: Kpc = 1,61 Thép tốt: Kpc =1,27 Gỗ xoan: Kpc = 0,7 Thép cônng trình 3: Kpc = 0,51 Bê tông mác 150#: Kpc = 0,06 Gạch xây mác 50#: Kpc = 0,29 5/ Độ cứng: Là khả năng của vật liệu chống lại sự xuyên, hoặc là đâm của các vật thể khác cứng hơn nó Mặt khác, độ cứng của vật liệu cũng còn được đặc trưng bằng khả năng khó gia công của loại vật liệu đó Có hai... chòu lực lớn, dùng trong công trình thủy lợi Rn (Kgf/cm2) - Vật liệu nhẹ: 4 Kgf/cm2, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200 (35, 50=>o nhẹ, xây tường tốt) - Vật liệu nặng: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, lớn hơn Km < 0,6; 0,7; 0,9; 1 Đá để xây tường: Km < 0,6 Đá để xây móng: Km < 0,07 IV/ Các biện pháp bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên: 1/ Các nguyên nhân gây hư hỏng: + Do sự... hao mòn rất yếu Hm >15% 14 CHƯƠNG II: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN I/ Khái niệm và phân loại: 1/ Khái niệm chung về đá thiên nhiên và vật liệu đá thiên nhiên: a/ Đá thiên nhiên: là một khối khoáng chất bao gồm một hay nhiều loại khoáng vật khác nhau Khoáng vật là một vật thể đồng nhất về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất vật lý Có những loại đá chỉ do một khoáng vật tạo nên (như đá thạch anh, đá thạch... thuộc D bi: (10 mm; 5 mm; 2,5 mm; 1 mm) và tính chất của vật liệu (K) P = KD2 (Kgf) Thí dụ: tính toán P Kim loại: o Đen K = 30 o Màu K = 10 o Mềm K = 3 Chọn bi có D = 10 mm, ấn vào kim loại đen (K=30) P = 30.102 = 3000 Kgf Khi HBR càng lớn vật liệu càng cứng, khi d càng lớn vật liệu càng mềm 13 6/ Độ mài mòn (Mm) Độ màimòn là khả năng của vật liệu chòu tác dụng của lực ma sát Hiện tượng này thường... khoáng vật tạo nên (như đá thạch anh, đá thạch cao) rất ít Đá do nhiều loại khoáng vật tạo nên thì rất nhiều như đá granite, đá bazan, đá porphyre b/ Vật liệu đá thiên nhiên: là vật liệu qua quá trình khai thác và gia công từ các loại đá thiên nhiên mà có - Khai thác: cát, sỏi, cuội… - Khai thác + gia công Ưu điểm: vật liệu đá thiên nhiên: - Có cường độ chòu nén khá cao - Tương đối ổn đònh trong môi... Đá biến chất Đá gneiss (gơ nai) (từ đá granites) Phiến thạch sét (từ đất sét) - Đá hoa (từ CaCO3 hoặc dolomite) - Đá thạch anh (từ cát mòn SiO2) II/ Các nhóm khoáng vật tạo đá: Ở góc độ sản xuất vật liệu xây dựng, người ta chia các khoáng vật tạo đá thành 4 nhóm chủ yếu sau: - Nhóm oxit - Nhóm alumo silicate - Nhóm cacbonate - Nhóm sulfate 1/ Nhóm oxit: a) Thạch anh: (SiO2) - Màu trắng hoặc màu sữa không... chòu uốn thì thường phần bên dưới chòu kéo, phần bên trên chòu nén Thông thường Rk < Rn (trừ thép, gỗ) Để đánh giá một loại vật liệu mà chỉ căn cứ vào giá trò cường độ cao chưa đủ, vì có những loại vật liệu có giá trò cường độ cao nhưng rất nặng nề (o>) và tốn kém nhiều vật liệu, làm nặng công trình đầu tư nền móng tăng, kém mỹ quan Do vậy, người ta đưa vào khái niệm hệ số phẩm chất 4/ Hệ số phẩm... 7/ Độ chống va chạm Độ chống va chạm của vật liệu (KG.m/cm3) là công cần thiết (KG.m) để đập vỡ 1 đơn vò thể tích vật liệu (cm3) của mẫu thí nghiệm Để xác đònh độ chống va chạm dùng máy búa đặc biệt Đặt mẫu nằm trên bệ giữa 2 trụ Quả cân treo ở độ cao nhất đònh sẽ rơi tự do đập vào mẫu cho đến kh xuất hiện vết nứt 8/ Độ chống hao mòm (Hm) Là khả năng của vật liệu chòu tác dụng đồng thời của hai lực... để ngăn sự tiếp xúc với khí CO2 trong không khí: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O Vôi bò hóa đá, chất lượng vôi giảm, vôi ít dẻo, khả năng liên kết kém II Thạch cao xây dựng: 1/ Nguyên liệu và chế tạo: - Nguyên liệu chủ yếu để chế tạo thạch cao xây dựng là đá thạch cao thiên nhiên (CaSO4.2H2O ) - Để chế tạo, người ta đem nung đá thạch cao ở nhiệt độ từ 150-160oC, sau đó người ta đem nghiền ra dạng bột đóng