Giáo trình vật liệu xây dựng

- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp; vôi thuỷ; XMPL - Đến nay, người tacũng đã sản xuất v

Chương Mở Đầu

I Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng

- Vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng ct

55)% đối với các công trình thuỷ lợi

II Sơ lược tình hình phát triển ngành SX VLXD

- Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành VLXD cũng đã phát triển

từ thô sơ đến hiện đại, từ đơn giản đến phức tạp; chất lượng vật liệu ngày càng đượcnâng cao

- Từ xưa loài người đã biết dung các vật liệu có sẵn trong thiên nhiên như: đất, rơm rạ, đá

gỗ, gạch mộc, gạch ngói bằng đất sét nung

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

- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta

đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp; vôi thuỷ; XMPL - Đến nay, người tacũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại, BTCT, BT ứng lực trước, gạchSilicat, BT nhẹ, BT cách nhiệt, chịu nhiệt…

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

- Phương hướng phát triển ngành VLXD:

+ Xây dựng thêm nhiều nhà máy SX VLXD công suất lớn với kỹ thuật hiện đại

+ Phát triển các loại VL mới như:

III Phân loại vật liệu xây dựng

Theo bản chất, VL chia làm 3 loại chính:

1/ Vật liệu vô cơ

- Vật liệu đá thiên nhiên

- Vật liệu nung

- Các loại chất kết dính vô cơ

- Bêtông, vữa.

- Các loại đá nhân tạo không nung

2/ Vật liệu hữu cơ

- Gỗ, tre, bittum

- VL keo, chất dẻo, sơn, vécni, matit

- VL polime

3/ Vật liệu kim loại

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

Chương 1

Các Tính Chất Chủ Yếu Của Vật Liệu Xây Dựng

I Những thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của vật liệu

1 Khối lượng thể tích của vật liệu

3, T/m

3)

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

V

0

- Thể tích của VL ở trạng thái tự nhiên (cm

3)

ρ v

= 0

V m

(1-1)

Luôn được xác định bằng thực nghiệm.

a/ Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105÷

110) oC đến khối lượng không đổi →

Cânb/ Thể tích Vo:

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

V

Tru o

= π

2 tbd

hh

0 = atb ×

btb × ctb

Hình 1.1: Hình vẽ mẫu trụ và mẫu lập phương

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

+ Sấy khô mẫu VL đến khối lượng không đổi

+ Để nguội và cân mẫu được m1

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

+ Cho nước vào trong ống nghiệm đến vạch V1

c1 2

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

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

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

- Mẫu rời rạc (ximăng, cát, đá, sỏi…): đổ vật liệu từ 1 chiều cao nhất định xuống 1dụng cụ

có thể tích đã biết trước theo quy định (ca, thùng đong 1l, 2l, 5l…)

Hình 1.3: Xác định KLTT đổ đống của vật liệu 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng

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

MÉu VL ban ®Çu MÉu VL sau khi nhóng

Paraphin

100 M¸ng dÉn

m

−

− 1 2

1

2 m

m −

(1-3)

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

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

bằng 0% (w

tc

= 0% - VL khô) và được xác định bằng công thức:

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

Ví dụ: Độ ẩm tiêu chuẩn của gỗ : w

- Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa

- Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu

2 Khối lượng riêng của vật liệu

3, T/m

3)

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

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

3)

m

=

+ Cho chất lỏng vào trong bình có thể tích V1.

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

+ Đem cân lượng VL còn lại là m2

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

- Là một đại lượng vật lý cơ bản của VLXD

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

3 Độ rỗng và độ đặc của vật liệu

3.1 Định nghĩa

1 2

2 1

V V

m m

−

−

=

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

nhiên của vật liệu đó

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

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

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

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

b/ Công thức và đơn vị đo độ đặc:

1(

V

(%)

(1-9)

Ví dụ: Độ mịn của xi măng được sàng qua sàng tiêu chuẩn N

o

009 (4900 lỗ/cm

2)

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

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

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

1 Liên kết giữa nước và vật liệu

r = (1- đ ).100% (1-10)

1.1 Các trạng thái của nước có trong vật liệu

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

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

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

với bề mặt rắn VL bằng lực Vanđécvan hoặc bằng lực tĩnh điện bề mặt (nước màng).Nước hoá lý chỉ thay đổi dưới tác dụng của điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm) Khinhiệt độ nước t

0

2O H

> 250

0

C thì nước sẽ tách ra khỏi liên kết Trong trường hợp này, đặctính của VL thay đổi không nhiều

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

vật liệu sẽ thay đổi thành phần và tính chất Nước liên kết các thành phần VL với lực liênkết rất lớn Khi nhiệt độ của của nước t

0

2O H

0

C Al2O

3.2SiO2 + 2 H2O (Cao lanh) (Mêtacaolanh)

CaSO4.2H2O > 500

0

C CaSO4 + 2 H2O (Thạch cao) (Thạch cao khan)

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

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

Tính chất củavật liệu hầu như không thay đổi

1.2 Hiện tượng trao đổi nước giữa VLXD và môi truờng

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

Lúc đầu, áp suất nước có trong VL bằng 0, còn áp suất nước bên ngoài > 0 Chính sựchênh lệch áp suất trong và ngoài lỗ rỗng hở của VLXD là nguyên nhân dẫn đến hiệntượng nước thoát ra hay xâm nhập vào VL Hiện tượng này xảy ra liên tục và phụ thuộcvào 2 thông số môi trường là nhiệt độ và độ ẩm không khí Nó chỉ dừng lại khi đạt đến cânbằng về áp suất riêng của hơi nước trong và ngoài lỗ rỗng của vật liệu

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

2.1 Độ hút nước (H)

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

thường (về nhiệt độ và áp suất)

b/ Công thức và đơn vị đo

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

- Theo khối lượng H

V

n

- Thể tích của nước có trong VL (cm

3)

k

k u m

0 n

k u V

m m

ρ

−

(%)

(1-12)

2.3 Độ bão hoà nước

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

k

n m m

(%)

(1-14)

b/ Công thức và đơn vị đo:

- Theo khối lượng H

bh p

:

- Theo thể tích H

bh v

k k

bh u

0 n k

bh u

V

m m

ρ

−

(%)

(1-16)

; Vr= r.V

0); C

bh

= (0 ÷

1) →

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

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

năng cách nhiệt và cường độ giảm →

Mức độ bền nước của VL đánh giá bằng hệ sốmềm (K

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

- Đánh giá cấu tạo VL

2.4 Tính thấm nước

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

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

= r

H bh v

≤ 1

(1-18)

b/ Bản chất thấm và điều kiện thấm:

Là sự dịch chuyển có hướng của các phần tử nước do có khoảng trống thông nhau và

do độ chênh áp lực ở 2 phía phân tử nước

c/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm K

a - Chiều dày vật liệu (m)

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m

2)

- Áp lực do hiện tượng mao dẫn

2.5 Tính thấm hơi và thấm khí của vật liệu

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

lệch áp lực hơi hoặc khí giữa hai mặt của VL

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

Trong đó:

V - Thể tích khí hay hơi thấm qua (m

3)

K

th

=

t p p S

a V

)

.(

.2

Ktk =

t p p S

a V

)

.(

.2

a - Chiều dày vật liệu (m)

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m

2)

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

III Những tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu

1 Tính dẫn nhiệt (truyền nhiệt)

a/ Định nghĩa: Tính dẫn nhiệt là tính chất của VL cho nhiệt truyền từ mặt này sang mặt

khác (từ phía có nhiệt độ cao sang phía có nhiệt độ thấp)

b/ Bản chất thấm nhiệt (chỉ xét thấm nhiệt qua VL rắn): là hiện tượng lan truyền có hướng

của dao động nhiệt nhờ liên kết cứng giữa các phần tử cấu trúc

c/ Công thức và đơn vị đo:

λ

- Hệ số dẫn nhiệt (kCal/m

0C.h)

a - Chiều dày bức tường (m)

S - Diện tích bức tường (m

2) τ

a Q

λ

=

14,022,00196,

a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng Q (kCal) mà VL thu vào khi nung nóng.

b/ Công thức và đơn vị đo:

Trong đó:

C - Nhiệt dung riêng của VL, kCal/kg

0C

m - Khối lượng của VL, kg

t2, t1 - Nhiệt độ của VL sau và trước khi nung nóng,

0C

* Chú ý: Khi m = 1 kg; t2- t1 = 1

0

C thì C = Q

2.2 Nhiệt dung riêng

a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng 1kg VL lên 1

0C

(Hay: là tính chất biểu thị khả năng của VL thu nhận năng lượng nhiệt khi bị đốt nóng hoặcgiải phóng năng lượng nhiệt khi nguội)

Q = C.m.(t2- t1) (1-23)

Ví dụ: Cgỗ = 0,7 kCal/kg

0C; Cnước = 1 kCal/kg

0C;

CVLvôcơ = (0,75 ÷

0,92) kCal/kg

0C

- Khối lượng của VL1, VL2, , VL thứ k

3 Tính chống cháy và tính chịu lửa.

3.1 Tính chống cháy

a/ Định nghĩa: Tính chống cháy là khả năng của VL chịu được tác dụng của ngọn lửa

trong một thời gian nhất định

b/ Phân loại: Dựa vào khả năng chống cháy vật liệu được phân loại như sau:

- VL không cháy: Bê tông, gạch ngói, amiăng

- VL không cháy nhưng biến hình ở nhiệt độ cao: Sắt, thép

01,01

01,0+

m

C m C

m C m

+++

+++

2 1

2

2 1 1

(1-26)

- VL khó cháy: Bê tông atphan, gỗ có tẩm chất chống cháy

- VL dễ cháy: Gỗ, tre, nứa v.v

0

C (Gạch chịu lửa samốt, đinát )

- VL khó chảy: chịu được t

0

C = (1350 ÷

1580)

0C

- VL dễ chảy: chịu được t

0

C < 1350

0C

IV Những tính chất cơ học của vật liệu

1 Tính biến dạng của vật liệu

1.1 Định nghĩa

Là tính chất biểu thị khả năng vật liệu thay đổi hình dạng, kích thước, thể tích

dưới tác dụng của tải trọng, chuyển vị, nhiệt độ hoặc các nguyên nhân khác mà chưa bịphá hoại

- Tuân theo định luật Húc:

Trong đó: E – môđun đàn hồi;

- Là biến dạng còn lại khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng, năng lượng chuyển hoá mấtmát dưới dạng nhiệt →

Không xuất hiện ứng suất σ

1.3 Các hiện tượng có liên quan đến biến dạng

a/ Hiện tượng từ biến: Là hiện tượng biến dạng của VL tăng theo khi VL chịu tải trọng dài

hạn có giá trị không đổi

- Nguyên nhân: là do sự chuyển hoá cấu trúc

+ Tái kết tinh

+ Kết tinh từ VĐH

+ Chảy nhớt của chất rắn

+ Sự thay đổi của màng nước hấp phụ

b/ Chùng ứng suất: Là hiện tượng giá trị ứng suất trong kết cấu giảm theo thời gian khi VL

chịu tác dụng của lực dài hạn mà ε

vị, nhiệt độ, hoặc các nguyên nhân khác)

- Mác của VL (theo cường độ) là giới hạn khả năng chịu lực của VL được thí nghiệm trongđiều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách tạo mẫu, phương pháp và thời gian bảodưỡng mẫu v.v

2.2 Công thức và đơn vị đo

- Công thức xác định cường độ là công thức tính ứng suất

dt

ds

.η

τ = (1-28)

- Cường độ chịu kéo:

- Cường độ chịu uốn:

2.3 Phương pháp xác định cường độ

a/ Phương pháp phá hoại

- Lấy mẫu vật liệu (tuỳ theo VL có trạng thái ứng suất khác nhau): Nén: Mẫu trụ, mẫu lập phương; uốn: mẫu trụ; kéo: mẫu số 8

- Đưa mẫu vào mẫu thử tạo ra trạng thái ứng suất tương ứng

- Tăng dần tải trọng đến khi phá hoại

- Ghi lại, lấy giá trị ứng suất làm cường độ

k

= W

M ph

(1-31)

Hình 1.4: Máy nén mẫu trụ bê tông

b/ Phương pháp không phá hoại

- Bắn súng bê tông: Bắn nhiều điểm để vẽ đồ thị và so sánh với đồ thị chuẩn →

R

Hình 1.5: Súng bắn bê tông SMIDTH

- Cộng hưởng (f = f

0): Xác định tần số dao động riêng của vật liệu →

Chỉ số ĐC Tên khoáng vật mẫu Đặc điểm

2 Gypse (đá thạch cao) Xanh da trời nhạt, cấu tạo dạng thớ như gỗ

Lần lượt lấy các khoáng vật vạch lên bề mặt vật liệu cho đến khi khoáng vật gây xước

k - là hệ số phụ thuộc vào loại VL

*Nhận xét: Phương pháp này đo chính xác, dùng cho VL kim loại và VL bê tông

Trong đó:

m1- Khối lượng của mẫu trước khi mài, (g)

m2- Khối lượng của mẫu sau khi mài mòn, (g)

F - Diện tích mẫu bị mài mòn (cm

2)

5 Độ hao mòn (Q)

m1- Khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm, (g)

m2- Khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm, (g)

tc v

ρ( không thứ nguyên, nhưng giá trị được tính bằng T/m

3)

ρ (1-36)

- Đặc điểm môi trường.

- Phẩm chất của vật liệu

- Ý thức của con người

v.v…

V Độ bền hoá học và sinh vật của vật liệu

- Trong qua trình sử dụng, VL tiếp xúc với môi trường xung quanh Vì vậy, VL chiu ảnhhưởng của yếu tố môi trường

- Dưới tác dụng của môi trường vật liệu hay các kết cấu của nó có thể bị ăn mòn, xâmthực…hay bị các vi sinh vật phá hoại (mối, mọt,…) có thể dẫn đến bị phá hoại

- Độ bền của VL phụ thuộc nhiều yếu tố như: Đặc điểm môi trường, phẩm chất VL, biệnpháp bảo quản v.v…

Chương 2

Vật Liệu Đá Thiên Nhiên

I Khái niệm và phân loại

- Cường độ chịu nén cao

- Tính bền cao trong các môi trường sử dụng, tuổi thọ đá thiên nhiên có thể đạt tới hàngngàn năm

- Màu sắc đa dạng, vân hoa độc đáo, độ bóng bề mặt cao nhiều loại đá đẹp có giá trịthẩm mỹ cao thích hợp cho trang trí nội và ngoại thất công trình

- Khả năng chống thấm nước tốt, cách nhiệt, cách điện thích hợp làm VL lợp và baoche

- Tính chịu nước, chống va mòn thích hợp cho các công trình giao thông, thủy lợi

- Trữ lượng phong phú, trải đều khắp nơi trên thế giới

- Khai thác, chế biến không phức tạp và dễ thi công

→ VL đá thiên nhiên được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng

b/ Nhược điểm:

- Khối lượng thể tích lớn gây khó khăn cho việc vận chuyển và thi công

- Cứng và dòn nên khó gia công chế tác

- Dễ bị phong hoá biến chất dưới tác dụng của môi trường

Đá trầm tích

Trầm tích cơ họcTrầm tích hoá họcTrầm tích hữu cơ

II Công dụng của vật liệu đá thiên nhiên

- Vật liệu đá thiên nhiên không thể thiếu trong các công trình xây dựng, giao thông như: + Đá hộc để xây móng, xây tường, kè sông biển

+ Đá dăm để rải đường xe lửa, chọn làm cấp phối trong bê tông

+ Cát sỏi để sản xuất bê tông

+ Đá tấm, đá phiến dùng để ốp, lát v.v

- Vật liệu đá thiên nhiên là nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra các vật liệu xây dựng quantrọng như: xi măng, vôi, gạch, ngói, thuỷ tinh v.v

- Ngoài ra, vật liệu đá thiên nhiên còn được ưu tiên tuyển chọn cho các công trình đặcbiệt có ý nghĩa trong đời sống xã hội như: tượng đài tưởng niệm, lăng mộ, các công trìnhvăn hoá mang biểu tượng của thời đại và lịch sử v.v

III Thành phần, tính chất, công dụng của đá thiên nhiên

ρ

= 2,7 g/cm

3, độ cứng 3 Morh, cường độ chịunén trung bình 130 MPa, dễ bị ăn mòn

- Đôlômít (CaCO

3MgCO

3): màu trắng hoặc xám,

ρ

= 2,8 g/cm

3,độ cứng (3÷

4) Morh,cường độ chịu nén trung bình 150 MPa, hoà tan ít và bị ăn mòn chậm hơn canxit

c/ Các nhóm khoáng sét:

- Caolinít (Al2O

3.2SiO2.2H2O): màu trắng,

ρ

= 2,6 g/cm

3,độ cứng 1 Morh, có khả nănghấp nước để tạo thành chất có tính dẻo và có khả năng dính kết

- Mônmôrilonít (4SiO2.Al2O

3.nH2O): là khoáng chủ yếu của đất sét

- Anhyđrít (CaSO4): mău trắng hay xanh coban nhạt, độ cứng (3÷

4) Morh;

ρ

= (2,8 ÷

3)g/cm

3

, rất hâo nước

1.2 Tính chất vă công dụng của một số đâ trầm tích

- Cât, sỏi: lă loại đâ trầm tích cơ học, được dùng để sản xuất vữa vă bí tông

Ở nước ta, chủ yếu lấy cât, sỏi từ câc sông suối như Sông Lô, Sông Hồng

- Đất sĩt: lă loại đâ trầm tích có độ dẻo cao khi nhẵ trộn với nước, lă nguyín liệu chính

để sản xuất gạch, ngói, xi măng vă câc loại gốm xđy dựng

Ở Việt Nam, đất sĩt rất phong phú ở đồng bằng Sông Hồng vă toăn bộ đồng bằng Nam

Bộ Đất sĩt chất lượng cao có ở Bắc Ninh, Quảng Ninh, Đồng Nai, Sông Bĩ Miền Trungđất sĩt rất ít vă chất lượng không cao

- Thạch cao: dùng để sản xuất CKD bột thạch cao xđy dựng hoặc phụ gia điều chỉnh trong

Ở Việt Nam, có nhiều loại đâ vôi canxit ở Lạng Sơn, Quảng Ninh, Ninh Bình, Quảng Nam,

Đâ Nẵng vă Tđy Ninh Đâ đôlômit có ở Vĩnh Phúc, Phú Thọ vă Bắc Giang

CaO.SiO2.2H2O (gạchSilicat)

+ Na2O.Al2O

3.6SiO2- Phensphat Natri

- Phensphat xiên góc: CaO.Al2O

3.6SiO2- Phensphat Canxi

170) MPa; kém ổn định với nước

c/ Mica: là những alumôsilicat ngậm nước:

- Mica trắng: trong suốt như thuỷ tinh, cách điện, cách nhiệt tốt

- Mica đen: kém ổn định hoá học hơn mica trắng

2.2 Tính chất và công dụng của đá mác ma

a/ Đá Granit (đá hoa cương):

- Có màu phụ thuộc vào Fellsphat, thường có màu thẫm (xanh, đen) nổi trên nền đỏ,vàng, xám nhạt

ρ

= 2,7 g/cm

3, cường độ nén cao đến 300 MPa, độ hút nước < 1%, độcứng (6÷

7) Morh

- Khả năng chống phong hóa cao, trang trí tốt nhưng chịu lửa kém (<500

0C)

- Công dụng: làm vật liệu trang trí hoàn thiện (ốp, lát), mảnh vụn làm vật liệu nề (đá xay,

đá hộc)

- Ở Việt Nam, Granit có ở Lai Châu, Sơn La, Hoà Bình, Thanh Hoá, Nghệ An

b/ Đá Bazan (đá Huyền vũ):

- Nặng nhất trong các loại đá macma.

- Có màu sẫm hoặc đen,

ρ

= (3÷3,3)g/cm

3,cường độ nén cao đến 500 MPa

- Công dụng: Lát bến phà, bờ sông, làm cốt liệu và đá rải đường

- Đá Bazan tập trung ở Tây Nguyên, có một ít ở Lai Châu, Lào Cai, Yên Bái

- Công dụng: làm đá dăm, đá tấm để lát mặt đường

d/ Tro núi lửa:

- Công dụng: Làm cốt liệu cho BT nhẹ

- Ở Việt Nam, đá bọt có nhiều ở các tỉnh trung du và miền núi phía Bắc.f/ Puzơlan:

- Công dụng: làm phụ gia nghiền mịn cho XM, BT

- Việt Nam có Puzơlan ở Sơn Tây, Quảng Ninh, Vũng Tàu

- Dùng để ốp lòng hồ, bờ kênh, lát vỉa hè.

b/ Đá hoa (đá cẩm thạch):

- Do đá vôi biến chất mà thành đá hoa có độ đặc, độ chịu lực lớn, có nhiều màu

- Dùng để làm đá ốp lát, sản xuất đá dăm dùng làm cốt liệu cho BT, đá xay nhỏ để chế tạovữa Granitô

Ở nước ta, có mỏ đá hoa ở Sơn Tây (vùng Chùa Trầm) và Ngũ Hành Sơn (Đà Nẵng)

c/ Đá sít (Diệp Thạch sét):

- Do đất sét biến chất thành ở áp lực cao

- Có mầu xám sẫm chấm đen; có độ cứng trung bình nên dễ cắt

- Dùng làm ngói lợp hoặc để ốp lát

Ở nước ta, diệp thạch sét có ở Vĩnh Phúc, Lai Châu, Lào Cai

4 Đặc điểm của từng loại đá thiên nhiên

điển hìnhMacma

Dưới sâu Kết tinh Toàn khối

đặc chắc

- Thành phần khoáng phức tạp,

có chứa khoáng dễ phong hóa

- Cứng rắn, cường độ cao,chống mài mòn tốt, nặng

- Đặc, ít hút nước và thấmnước

- Màu sắc đồng đều, ít hoavăn

Toàn khốinứt nẻ

- Thành phần phức tạp, khảnăng chống ăn mòn khá tốt

- Cứng, dòn, cường độ cao,chịu mài mòn, kỵ nước

- Độ đặc trung bình, khó giacông, nặng

- Màu đẹp, đôi khi có hoa vânđộc đáo

- Xốp rỗng, nhẹ, mềm và - Đá bọt

- Tuflave

Trầm

tích

Cơ học Kết tinh Rời rạc

- Thường trơ hoá học Thànhphần khoáng đơn giản

- Tính chất phụ thuộc nhiềuvào độ lớn và cấp phối hạtcũng như hình dáng và tínhchất bề mặt hạt

- Cát, cuộisỏi

- Sa thạch

Hóa học Kết tinh Toàn khối

phân lớp

- Thành phần đơn giản, lẫnnhiều tạp chất

- Thường dễ bị nước tác động,tan hoặc phân tán ra vì nước

- Có một số tính chất nhiệtquan trọng

- Đá vôi-Thạch cao

IV Hiện tượng ăn mòn vật liệu đá và biện pháp đề phòng

- Độ bền của đá phụ thuộc chủ yếu vào ba yếu tố:

 Chất lượng vật liệu đá

 Môi trường sử dụng

 Biện pháp bảo quản

- Sự phá hoại VL đá thiên nhiên có thể do nước, axít hay do đá có chứa tạp chất có hại.Chúng có thể trực tiép hay gián tiếp làm môi trường gay tác hại xấu đến chất lượng, tuổithọ cúa VL đá

*/ Biện pháp bảo vệ

- Florua hoá bề mặt đá vôi nhằm tăng tính chống thấm

2CaCO3 + MgSiF6 = 2CaF2↓ + MgF2↓ + SiO2 + 2CO2↑

- Dùng hợp chất đặc biệt ngăn cách bề mặt VL với tác nhân có hại: Sơn, paraphin, nhựathông, dầu v.v…

- Sử dụng giải pháp cấu tạo, tạo độ dốc phù hợp, làm nhẵn bề mặt không cho nước tụđọng lại xung quanh công trình

Chương 3

Vật Liệu Gốm Xây Dựng

I Khái niệm chung và phân loại

1 Khái niệm chung

1.1 Khái niệm

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

liệu chính là đất sét, qua quá trình gia công cơ học, gia công nhiệt làm biến đổi cấu trúc vàthành phần khoáng, làm xuất hiện những đặc tính phù hợp với yêu cầu sử dụng trong xâydựng

1.2.Ưu, nhược điểm của vật liệu gốm

a/ Ưu điểm:

- Có độ bền và tuổi thọ cao

- Từ nguồn nguyên liệu địa phương sẵn có, rẻ tiền

- Công nghệ sản xuất đơn giản, dễ thi công,giá thành hạ

b/ Nhược điểm:

- Giòn, dễ vỡ, tương đối nặng

- Khó cơ giới hoá xây dựng

- Thu hẹp diện tích đất nông nghiệp, ảnh hưởng ko tốt đến môi trường (khai thác đất, đốtnhiên liệu, )

2 Phân loại

2.1 Theo công dụng

- Vật liệu xây: Gạch đặc; Gạch rỗng (2 lỗ, 4 lỗ )

- Vật liệu lợp: Các loại ngói

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

- Vật liệu lát: Tấm lát nền, lát đường , lát vỉa hè, lát sàn

- Vật liệu đặc biệt:

+ Sản phẩm sứ vệ sinh: Chậu rửa, bồn tắm, bệ xí

+ Sản phẩm cách nhiệt, cách âm: gốm xốp

+ Sản phẩm chịu lửa: gạch samốt, gạch đinat

+ Sản phẩm gốm tinh: gốm lọc nước, gốm cách điện

2.2 Theo cấu tạo vật liệu gốm

- Gốm đặc: có H

p

< 5% : có loại không tráng men (gạch clanhke, tấm lát nền), loại trángmen (sứ vệ sinh, ống thoát nước)

- Gốm rỗng: có H

p

> 5%: có loại không tráng men (gạch xây các loại), có loại tráng men(các loại tấm ốp)

2.3 Theo phương pháp sản xuất

- Gốm tinh: có cấu trúc xương hạt mịn, sản xuất phức tạp: gạch trang trí, sứ vệ sinh

- Gốm thô: có cấu trúc xương hạt lớn, sản xuất đơn giản: tấm lát, gạch, ngói

II Nguyên liệu sản xuất vật liệu Gốm xây dựng

1 Nguyên liệu chính (đất sét dễ chảy)

1.1 Khái niệm

Đất sét là lớp đất khoáng hay nham thạch khi trộn với nước cho hỗn hợp có độ

dẻo (vữa dẻo), khi khô giữ nguyên hình dạng và dưới tác dụng gia công nhiệt sấy nungđược sản phẩm đá cứng có cường độ, bền với môi trường và một số tính chất yêu cầukhác

+ Đất sét khó chảy, t

0

= 1350 ÷ 1580

0C

+ Đất sét dễ chảy, t

0

< 1350

0C

- Dựa theo điều kiện hình thành

+ Đất sét ổn định (đất sét tại chỗ)

+ Đất sét không ổn định (đất phù sa)

1.3 Thành phần khoáng hoá của đất sét

- Khoáng chủ yếu là: Caolinit (Al2O

3.2SiO2.2H2O), Môntmôrilôit (4SiO2.Al2O

3.nH2O),Mica quyết định tính chất quan trọng của đất sét là độ dẻo và độ co

- Ngoài ra trong đất sét còn chứa các tạp chất hữu cơ như cát (SiO2), hợp chất cácbonat(MgCO

3

, CaCO

3), hợp chất sắt (Fe2O

3, FeS2), than bùn đều ảnh hưởng đến tính chấtcủa đất sét

*/ Xác định độ dẻo:

Độ dẻo được xác định bằng hệ số dẻo K

Đất sét khô được nhào trộn với nước đến độ ẩm từ 17 ÷ 30 %, tạo hình đất sétthành những viên bi có kích thước 4 ÷ 6 cm Tiến hành ép bởi lực ép P (kG) Sau đó đo độbiến dạng của viên bi (a, cm) Xác định hệ số K theo công thức:

K = P.a (3-1)

Độ dẻo thích hợp là K = 3 ÷ 3,5

- Ngoài ra, độ dẻo còn được xác định dựa vào lượng nước yêu cầu (Nyc) dùng để nhào trộn, tạo ra đất sét có độ dẻo tiêu chuẩn và độ co trong không khí Đất sét càng dẻo thì

Nyc càng cao và độ co càng lớn

- Xác định độ dẻo của đất sét thông qua trị số dẻo D (%)

D = Wch - Wlv (3-2)

Trong đó: Wch - Độ ẩm ngăn cách giữa trạng thái dẻo và trạng thái chảy nhão, %

Wlv - Độ ẩm giới hạn giữa trạng thái giòn và trạng thái dẻo, %

c/ Những biến đổi hoá lý khi nung đất sét

Đất sét là một hệ đa khoáng, khi gia công nhiệt xảy ra nhiều quá trình hoá lý phức tạp, tạo

d/ Những biến đổi thể tích khi sấy nung

- Khi sấy nung đất sét xảy ra hiện tượng co ngót, nếu độ co ngót quá lớn dễ gây ra hiện tượng nứt nẻ, cong vênh, tạo những khuyết tật cho sản phẩm

- Để hạn chế hiện tượng này, yêu cầu trước tiên là chọn lượng nước nhào trộn thích hợp;trước khi nung, sản phẩm được phơi, sấy đến độ ẩm phù hợp; khi tăng hay giảm nhiệt độcần phải tăng giảm từ từ; áp dụng những biện pháp công nghệ phù hợp với sản phẩm,dây chuyền sản xuất v.v…

2 Nguyên liệu phụ (phụ gia và men)

a/ Nguyên liệu gầy: nhằm giảm độ dẻo, giảm co khi sấy, co khi nung, thường dùng là

samốt, đất sét nung non, cát, tro xỉ nhiệt điện

b/ Nguyên liệu tăng dẻo: làm tăng độ dẻo của phối liệu (cao lanh)

c/ Nguyên liệu cháy: làm tăng độ xốp cho sản phẩm, làm đồng đều quá trình GCN: mùn

cưa, than, tro nhiệt điện

d/ Nguyên liệu trợ dung: hạ nhiệt độ kết khối, nhiệt độ sản phẩm và độ đặc: Phensphat,

pecmatit, canxit, đôlômit, trường thạch

e/ Men: là lớp thuỷ tinh mỏng 0,1 ÷ 0,3 mm được phủ lên bề mặt sản phẩm vừa bảo vệ

xương gốm, làm nhẵn bề mặt, giảm độ hút nước, vừa có tác dụng trang trí cho sản phẩm.Chất lượng men phụ thuộc vào thành phần, hàm lượng oxít có trọng men; còn màu sắcmen phụ thuộc vào oxít tạo màu

III Sơ lược quá trình công nghệ sản xuất gạch ngói

Khai thác nguyên liệu →

Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu →

Tạo hình →

Phơisấy →

- Dùng máy ủi, máy đào, máy cạp để khai tác vận chuyển đất sét

- Đất sét sau khi khai thác cho vào kho để ngâm ủ, nhằm làm tăng tính dẻo và đồng đềunguyên liệu đất sét

b/ Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu

- Sẽ làm tăng thêm tính dẻo và đồng đều cho đất sét, giúp cho việc tạo hình dễ dàng

- Dùng các máy cán thô, cán mịn, máy nhào trộn (1 trục, 2 trục)

- Phơi gạch: nhà giàn hoặc sân phơi với thời gian từ 8 đến 15 ngày

- Sấy gạch trong các lò sấy từ (18 ÷

24)h, W

spm ≤ 8%

- Ưu, nhược điểm của sấy nhân tạo so với sấy tự nhiên:

+ Ưu điểm:

• Quá trình sản xuất được liên tục →

Tăng năng suất

• Điều kiện làm việc của công nhân được cải thiện

• Chất lượng sản phẩm được đảm bảo

- Gồm có 3 giai đoạn: Đốt nóng, nung và làm nguội

- Thiết bị: là nung gián đoạn và liên tục

2 Sản xuất ngói

Kỹ thuật sản xuất ngói gần giống như sản xuất gạch nhưng do ngói có hình dáng phứctạp, mỏng, đòi hỏi chất lượng cao nên kỹ thuật sản xuất ngói có thêm 1 số yêu cầu khácnhư:

+ Nguyên liệu: Đất sét phải có độ dẻo cao, dễ chảy, không lẫn các tạp chất cacbonat,dùng (20÷

25) % phụ gia cát, (15 ÷

25) % phụ gia samốt

+ Gia công nguyên liệu và chuẩn bị phối liệu chủ yếu theo phương pháp dẻo và cầnđược gia công kỹ hơn nhằm làm cho độ ẩm đồng đều hơn và phá vỡ tối đa cấu trúcnguyên liệu bằng cách ngâm ủ dài ngày hơn