Giáo trình thí nghiệm vật liệu xây dựng nguyễn cao đức và các tác giả khác

LPVIỆN : NHA TRANG Đ 591 i 108 NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG NGUYỄN CAO ĐỨC - NGUYỄN MẠNH PHÁT TRỊNH HỒNG TÙNG - PHẠM HỮU HANH GIÁO TRÌNH THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU XÂY DỤNG (Tái bản) TRƯỮHÔ6M HỌ THƯ VÉĨ'J íơoro i 8§ NHÀ XUẤT BẢN XẢY DựNG HÀ NÔI - 2010 LỜI NÓI ĐẦU G iáo tr ì n h T h í n g h iệ m v ậ t liê u x â y d n g biên soạn p hục vụ cho việc học thực hàn h môn học Vật liệu xây dựng sinh viên hệ quy, chức lất ngành k ĩ thuật công trình Giáo trình củng có th ể d ù n g làm tài liệu tham khảo cho cán kĩ thuật đơn vị tư vấn, thi công, giám sát xây dựng công tác kiểm địn h chất lượng vật liệu thông dụng Giáo trinh biên soạn chủ yếu dựa vào nội d u n g Tiêu chuẩn nhà nước hành, có tham khảo thêm nội dung tương đương Tiêu chuẩn Quốc tế ISO, Tiêu chuẩn Mỹ A S T M v.v p h ù hợp với Tiêu chuẩn Việt N am Giáo trình chia th n h th í nghiệm, tương ứng với Giáo trình Vật liệu xây dựng tác giả: G S T S K H P hùng Văn Lự, G VC.TS P han Khắc Trí, P G S T S P hạm D uy H ữ u N h xuất Giáo dục xuất lần th ứ năm 1994, đươc coi giáo trìn h thức môn học Nội d u n g trình bày cách khái niệm, phương p h p thử, dụng cụ thiết bị, trình tự tiến hành th í nghiệm, cách ghi chép tín h toán kết v.v tất nhữ ng tiêu k ĩ thuật quan trọng loại vật liệu xây dựng, giúp cho người đọc có th ể tiến h ành th í nghiệm kiểm tra chất lượng VLXD chủ yếu theo đ ú n g quy đ ịn h N h nước Ngoài ra, giáo trình giới thiệu thêm s ố phương p háp th í nghiệm phép áp dụng thay thê phương pháp chuẩn điều kiện định, tháo gỡ khó khăn cho sở th í nghiệm hạn ch ế thiết bị Giáo trình biên soạn lần đầu, không trá n h khỏi sai sót, tác giả m ong nhận nhữ n g đóng góp quý báu thầy cô giáo, anh chị em sinh viên đông đảo bạn đọc đ ể giáo trình hoàn thiện lần tái lần sau X in chân th n h cảm ơn Các tác giả Bài CẤC CHỈ TIÊU VẬT LÍ c BẢN Đê sử dụng hợp lí vật liệu xây dựng công trình xây dựng để có liệu làm sở cho việc thiết kế thành phần vật liệu hỗn hợp bê tông, vữa xây trát, vật liệu silicat cần biết đại lượng vật lí nguyên vật liệu sử dụng Việc xác định đại lượng vật lí VLXD cho khả tính toán dự trù vật liệu cho công trình xây dựng, tính toán kho chứa phương tiện vận chuyển v.v I XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG Khái niệm Khối lượng riêng khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái đặc hoàn toàn Khối lượng xác định cách cân Thể tích đặc xác định phương pháp chất lỏng rời chỗ, thực với mảnh mẫu chứa lỗ rỗng kín Các mảnh mẫu vật liệu coi chứa lỗ rỗng kín chúng có kích thước nhỏ 0,15mm Phương pháp thí nghiệm Để xác định khối lượng riêng VLXD, trừ vài trường hợp đặc biệt có phương pháp thí nghiệm riêng (Ví dụ bitum dầu mỏ) đa số VLXD có phương pháp thí nghiệm giống chúng có mã số TCVN riêng cho loại vật liệu Ví dụ: Hình 1: Các loại bình khôi lượng riêng + Với bê tông xi măng: Áp dụng TCVN 3112 - 1993 + Với xi măng: Áp dụng TCVN 4030 - 1985 + Với cát: Áp dụng TCVN 0339 - 1986 + Với gạch đất sét: Áp dụng TCVN 0249 - 1986 Dụng cụ - Thiết bị - Máy nghiền bi búa cối chày sứ - Tủ sấy - Bình chống ẩm - Sàng có đường kính lỗ sàng 0,15mm - Bình đo khối lượng riêng: Có nhiều loại, thường dùng loại có bầu - Cốc mỏ lOOml, đũa thuỷ tinh - Cân kĩ thuật, độ xác 0,1 gam - Các vật liệu phụ: + Giấy thấm mềm + Chất lỏng phù hợp với mẫu thử (thường dùng nước dầu hoả) Trình tự thí nghiệm - Sấy vật liệu 105 - 110 độ c đến khối lượng không đổi Để nguội rghiền thành bột, dùng sàng 0,15mm để sàng, lấy lượng bột lọt qua sàng cho vào giữ bình chống ẩm - Lấy mẫu bột vào cốc mỏ khô, ước lượng khoảng 60 - 70 gam Cần cốc bột cốc, xác đến 0,1 gam, giá trị m, - Lấy chất lỏng vào bình đo khối lượng riêng đến vạch Dùng giây thấm đũa thuv tinh lau kĩ cho khô cổ bình Kiểm tra lại mức chất lỏng - Dùng đũa thuỷ tinh gạt thật chậm bột mẫu thử cốc mỏ vào bìnl khối lượng riêng Không làm rơi vãi bột Quan sát lién tục để bột không bị tắc cổ bình Khi mức chất lỏng dâng lên vượt qua vạch 20 cổ bình dừng lại Cân cốc bột lại cốc, m2 Chính xác dến 0,1 gam Chờ cho bột bình lắng xuống, dọc mức chất lỏng bình khối lượng riêng Vđ Tính kết Khối lượng riêng xác định công thức mỊ - m II XÁC ĐỊNH KHỐI LƯƠNG THỂ TÍCH Khối lượng thể tích VLXD khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên Khối lượng thể tích tiêu chuẩn VLXD khối lượng thể fch xác định vật liệu có độ ẩm tiêu chuẩn Trong điều kiện tiêu chuẩn, vật liệu có độ ỉm 0% (Riêng vật liệu gỗ 18%) Khối lượng mẫu xác định cách cân Thể tích mẫu xác định nhiều cách tuỳ thuộc vào hình dạng trạng thái mẫu thử Trường hợp mẫu thí nghiệm có dạng hình học xác định a) Phương pháp thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm mẫu Kết tính trung bình cộng giá trị thí nghiệm thu Khối lượng mẫu xác định cách cân Thể tích mẫu xác định cách đo kích thước tính công thức hình học h) Thiết bị vù dụng cụ - Tú sấy - Bình chống ẩm - Cân kĩ thuật, xác đến 0,1 gam - Thước kẹp, độ xác 0,05 - 0,1 Omm Với mấu lớn lOOmm cho phép dùng thước thép có độ xác đến imm c) Trình tự thí nghiệm - Cần dùng tối thiểu mẫu thử cho loại vật liệu - Sấy mẫu thử 105 - 110 độ c đến khối lượng không đổi Để nguội bình chống ẩm đến nhiệt độ phòng - Cân mẫu, xác đến 0,1 gam, dược mk - Dùng thước kẹp đo kích thước mẫu, kích thước đo tối thiểu lần vị trí: Đầu, cuối cạnh Ở đầu cạnh đo lùi vào khoảng 5mm Ghi lại số đo b2 b3 Hình 2: Cách đo tính thể tích mẫu a ——(a, + a + a^ + a 4), I.in b = — (b +■b2 + b3 + b4 h cin c = —(Cj + c + c ? + c ), cm V = a.b.c.cm3 d) Tính kết Khối lượng thể tích tiêu chuẩn mẫu: Pv =— (kg/m1) Kết tính trung bình từ mẫu thử Nếu xác định khối lượng thể tích tự nhiên không sấy mẫu Trường hợp mẫu dạng hình học xác định ci) Phương pháp thí nghiệm Khối lượng mẫu xác định cách cân Thể tích tự nhiên mẫu xác định phương pháp chất lỏng rời chỗ Mẫu thử chuẩn bị với mẫu tích không lớn 20cm' lọt thoải mái vào ống đong 200ml b) Thiết bị dụng cụ - Tủ sấy - Bình chống ẩm - Cân kĩ thuật, độ xác đến 0,1 gam - Ống đong thể tích 200ml - Paraíin dụng cụ đun cách thuỷ - Dung môi thích hợp (thường nước sạch) - Một sợi mảnh, khối lượng không đáng kể c) Các bước thí nghiệm Iỉình 3: Ông đong thể tích - Sấy mẫu 105 - 110 độ c đến khối lượng không đổi - Để mẫu nguội bình chống ẩm đến nhiệt độ thường - Cân mẫu, xác đến 0,1 gam, m, - Đun cách thuỷ paraíin đến nóng chảy - Buộc sợi vào mẫu thí nghiệm cho có đầu dài khoảng 25cm - Cầm đầu sợi chỉ, nhúng mẫu vào parafin nóng chảy 2-3 lần, nhúng nhanh dút khoát nhấc lên quan sát mẫu mẫu có lỗ hở hay bọt khí dùng ngón tay miết Nhúng lại lần cho paraíin bọc kín bề mặt mẫu Cân m2 - Lấy chất lỏng vào ống đo thể tích hình trụ, khoảng lOOml Đặt ống đong lẽn mặt phẳng ngang đọc mức chất lỏng ống, Vị - Cầm sợi để nhúng ngập mẫu bọc paraíin vào chất lỏng ống đong Mẫu làm mức chất lỏng dâng lên đến mức V2 Ghi lại mức d) Tính kết Khối lượng thể tích tiêu chuẩn mẫu: m2 - m p 0,93 Kết lấy trung binh ba mẫu thí nghiệm Trường hựp mẫu vật liệu rời rạc ị.Xem hời thí nghiệm cốt liệu cho bê tông - Bài 5) III XÁC ĐỊNH Đ ộ RỖNG VÀ ĐỘ ĐẶC CỦA VẬT LIỆU Khái niệm Độ rỗng VLXD tỉ lệ tính phần trăm thể tích rỗng vật liệu với thể tích tự nhiên vật liệu Độ đặc VLXD tỉ lệ tính phần trăm thể tích đặc vật liệu với thể tích tự nhiên vật liệu Việc xác định độ rỗng độ đặc loại VLXD tính toán dựa vào kết xác định khối lượng riêng khối lượng thể tích tiêu chuẩn vật liệu Tính toán V p Đô rỗng xác đinh theo công thức: r = — = —— 100% v V p ) Vì V = Vj + Vr nên ta có: Độ đặc xác định theo công thức: d + r = d = 1- r = — •100% p IV XÁC ĐỊNH Đ ộ ẨM CỦA VẬT LIỆU Khái niệm Độ ẩm VLXD đại lượng đánh giá lượng nước có thật vật liệu thời điểm xác định Nó biểu thị tỉ số phần trăm khối lượng nước có thật vật liệu thời điểm khảo sát với khối lượng vật liệu khô Phương pháp thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm xác định độ ẩm dùng chung cho tất loại VLXD Người ta dùng cách sấy để tách nước tự mẫu khỏi mẫu vật liệu Nguyên tắc sấy mẫu phải đảm bảo cho mẫu không bị thay đổi cấu trúc thành phần trình sấy, đảm bảo toàn nước tự mẫu VL bay hết Dụng cụ - Thiết bị - Hộp bảo quản mẫu - Tủ sấy - Bình chống ẩm - Cân kĩ thuật, độ xác 0,5 gam Các bước thí nghiệm - Mẫu vật liệu lấy ngẫu nhiên điều kiện tự nhiên phải bảo quản hộp đựng mẫu lúc thí nghiệm Hộp bảo quản mẫu làm kim loại nắp có gioăng cao su - Cân mẫu lấy mẫu khỏi hộp bảo quản, xác đến 0,5 gam, giá trị m, - Sấy mẫu 105 - 110 độ c đến khối lượng không đổi Tiêu chuẩn đánh giá vật liệu thật tự vật liệu sấy 105 - 110 độ c, hai lần cân liên tiếp cách không giờ, có khối lượng Để nguội bình chông ẩm đến nhiệt độ phòng - Cân mẫu khô, xác đến 0,5 gam, mk Tính kết Độ ẩm mẫu vật liệu: w = ■ 1-~ nik- 100% mk Kết lấy trung binh hai mẫu thí nghiệm V XÁC ĐỊNH Đ ộ HÚT NƯỚC CỦA VẬT LIỆU Nguyên tác Độ hút nước đại lượng đánh giá khả VLXD hút giữ nước đến mức độ tối đa điều kiện thường nhiệt độ áp suất Độ hút nước đánh giá theo khối lượng tỉ lệ phần trăm khối lượng nước mà mẫu vật liệu hút giữ đến tối đa điều kiện thường nhiệt độ áp suất với khối lượng khô mẫu Độ hút nước đánh giá theo thể tích tỉ lệ phần trăm thể tích nước mà mẫu vật liệu hút giữ đến tối đa điều kiện thường nhiệt độ áp suất với thể tích tự nhiên mẫu Phương pháp thí nghiệm Phương pháp thí nghiệm xác định độ hút nước VLXD nói chung giống đa số vật liệu thông dụng Chúng xin giới thiệu phương pháp xác dịnh độ hút nước gạch đất sét loại vật liệu cấu tạo toàn khối, áp dụng TCVN 248 - 1986 10 Dụng cụ - Thiết bị - Tú sấy - Bình chống ấm - Cân kĩ thuật, độ xác 0.5 gam - Âu thuỷ tinh ngâm mẫu có kích thước phù hợp - Đồng hồ đo thời gian Trình tự thí nghiệm - Sấy mẫu 105 - 110 độ c đến khối lượng không đổi Để nguội bình chống ấm đến nhiệt độ phòng - Cân mẫu khô, xác đến 0,5 gam mk - Ngâm mẫu ngập nước, mặt mẫu kê đũa thuỷ tinh, mặt mẫu ngập 20mm nước Thời gian ngâm mẫu quv định 48 - Vớt mẫu ra, nhanh chóng lau bên mẫu dẻ ướt, cân mẫu ướt, xác đến 0,5 gam, khối lượng mƯ Hình 4: Sơ dồ thí nghiệm độ hút nước dùng cho sinh viên phòng thí nghiệm Tính kết Độ hút nước theo khối lượng: Hm ^ 100% 111k Độ hút nước thec thể tích: H,=HP Pn Với: pv - khỏi lượng thể tích tiêu chuẩn vật liệu; pn - khối lượng thể tích cúa nước - Các khuyết tật hình dạng theo quy định sau: Mức cho phép Loại khuyết tật 5mm vết vết Độ cong; mặt đáy, mặt cạnh không lớn Số vết nứt có độ dài đến 60mm không Số vết sứt góc, mẻ cạnh sâu đến lOmm, dài đến 15mm b) Các tiêu lí - Độ hút nước theo khối lượng: Không lớn 16% - Số vết tróc vôi mặt gạch có kích thước không 5mm không nhiều vết - Khối lượng thể tích không lớn 1300 kg/m\ - Cường độ nén uốn Cường độ chịu nén (MPa) Mác gạch Trung bình mẫu 20 15 12,5 10 7,5 M200 M150 M125 M100 M75 M50 Nhỏ Trên mẫu 15 12,5 10 7,5 3,5 Cường độ chịu uốn (MPa) Trung bình mẫu 3,4 2,8 2,5 2,2 1,8 1,6 Nho Trên mẫu 1,7 1,4 1,2 1,1 0,9 0,8 Phụ lục NGÓI ĐẤT SÉT NUNG - YÊU CẦư KĨ THUẬT TRÍCH DẪN TCVN 1452- 1995 Kích thước tiêu chuẩn2 Kiểu ngói Ngói lợp - Ngói úp - Kích thước đủ (mm) Chiều dài 340 335 360 450 Chiều rộng 205 210 - - Kích thước hữu ích (mm) Chiều dài 250 260 333 425 Chiều rộng 180 170 150 200 Yêu cầu kĩ thuật a) Ngoại hình - Ngói lô phải có màu sắc đồng đều, dùng búa kim loại gõ nhẹ có tiếng kêu 85 - Các khuyết tật ngoại quan cho phép không vượt quy định sau: Mức cho phép 4mm Loại khuyết tật Độ cong bề mạt cạnh viên ngói không lớn Các chỗ vỡ, dập gờ mấu có kích thước nhỏ 1/3 chiều cao gờ, mấu, không Vết nứt có chiều sâu không lớn 3mm, chiều dài nhỏ 20mm, không lớn Vết nổ vôi, crrờng kính nhỏ 3mm bề mạt, không lớn vết vết vết b) Các tiêu lí ngói phải phù hợp bảng sau Tên tiêu Mức cho phép Tải trọng uốn gãy theo chiều rộng viên ngói,không nhỏ 35 N/cm2 Độ hút nước, không lớn 16% Thời gian xuyên nước, có vết ẩm không hình thành giọt nước mặt viên ngói, không nhỏ Khối lượng lm2ngói trạng thái bão hoà nước không lớn 55kg Phụ lục VÔI CAN XI - YÊU CẦU Kĩ THUẬT TRÍCH DẪN 2231-1989 Tên tiêu Đơn vị Vôi cục bột vôi sống Loại Loại Bột vôi chín Loại Loại Loại TỐC độ tôi: 10 10 10 - - - Trung bình không lớn 20 20 20 - - - Chậm, lớn 20 20 20 - - 88 2,4 5 - - 80 2,0 70 10 1,6 10 10 10 10 - Nhanh, không lớn Hàm lượng MgO không lớn Hàm lượng CaO + MgO không nhỏ Hàm lượng C02 không nhỏ Lượng nung không lớn Sản lượng vôi nhuyễn không nhỏ hon Hàm lượng hạt sương không lớn phút % % % L/kg % Độ mịn: Sót sàng 0,063 không lớn Sót sàng 0,008 không lớn % Độ ẩm % 86 - - - 67 60 - - - - - - - - 6 Phụ luc XI MẢNG POÓC LẢNG - YÊU CẦU KĨ THUẬT TRÍCH DẪN TCVN 2682 - 1999 Mác xi măng Đơn vị Têm tiêu kĩ thuật PC - 30 PC-40 PC-50 MPa 16 30 21 40 31 50 phút phút 45 375 45 375 45 375 % cm2/g 15 2700 15 2700 12 2800 % % 10 3,5 10 3,5 10 3,5 Hàm lượng MgO, không lớn hon % 5 Lượng cặn không tan, không lớn % 1,5 1,5 1,5 Cường độ chịu nén: ngày + 45 phút, khổng nhỏ 28 ngày 4- giờ, không nhỏ Thời gian ninh kết: Bất đầu, không nhỏ Kết thúc, không lớn Độ nghiên mịn Sót sàng 0,08, không lớn Bề mặt riêng, phương pháp Blaine, không nhỏ Độ ổn định thể tích: Phương pháp Lơsatơliê, không lớn Hàm lượng SO3, không lớn Lượng nung, không lớn Phụ lục CÁT DÙNG CHO BÊ TÔNG - YÊU CÀU KĨ THUẬT TRÍCH DẪN TCVN 1770 - 1989 Phân loại Các tiêu kĩ thuật Môđun độ lớn Md, Khối lượng thể tích xốp, không nhỏ Lượng lọt sàng 0,14 không lớn % Loại cát To Vừa Nhỏ Mịn 2,6-3,3 2,0 - 2,5 1,0- 1,9 0,7 - 0,9 1400 1300 1200 1150 10 10 20 35 G h i c h ú : Cát loại to vừa dùng cho tất mác bê tông Cát loại nhò dùng cho bê tông mác đến 300 Cát loại nhỏ dùng cho bê tông mác đến 100 87 Các yêu cầu kĩ thuật Đơn vị Các tiêu kĩ thuật Hàm lượng sét, sét cục Lượng hạt lớn 5mm không lớn Hàm lượng so , không lớn Hàm lượng rmca không lớn Hàm lượng bụi bùn sét không lớn % % % % % Hàm lượng tạp chất hữu không sẫm - Dùng chơ bê tông mác 150 - 200 Không 1,5 10 1 Trên 200 Không 10 1 Màu số Màu số Màu chuẩn Đến 100 Không 10 Thành phần hạt Loại cát To + vừa Nhỏ Mịn Lượng sót tích luỹ sàng 5,0 0 2,5 0-20 0 1,25 15-45 0-15 0,63 35-70 - 35 -5 0,315 70-90 20 - 65 -2 Biểu dồ thành phần hạt tiêu chuẩn cát Phụ lục ĐÁ DĂM, SỎI DÙNG CHO BÊ TÔNG - YÊU CẦU KĨ THUẬT TRÍCH DẪN TCVN 1771- 1987 Cốt liệu thô dùng cho bê tông chia thành cấp hạt sau: - Từ đến lOmm; Từ 10 đến 20mm; Từ 20 đến 40mm; Từ 40 đến 80mmj Từ 80 đến 150mm 0,14 90- 100 75 - 90 65-75 Mác đá dăm sỏi đạt theo độ nén dập xi lanh Độ nén dặp bão hoà nước, % Mác đá dãm Đá trầm tích Magma biến chất Magma phun trào < 12