vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép× vật liệu xây dựng×đất cát đá xi măng×bê tông cốt thép×
VẬT LIỆU XÂY DỰNG BÀI MỞ ĐẦU I Tầm quan trọng vật liệu q Trong công tác xây dựng vật liệu đóng vai trị chủ yếu Vật liệu yếu tố định chất lượng, giá thành thời gian thi cơng cơng trình q Thơng thường chi phí vật liệu xây dựng chiếm tỷ lệ tương đối lớn tổng giá thành xây dựng: 75 - 80% cơng trình dân dụng cơng nghiệp, 70-75% cơng trình giao thơng, 50 - 55% cơng trình thủy lợi II Phân loại vật liệu xây dựng 1.Theo chất (1) Vật liệu vô bao gồm loại vật liệu đá thiên nhiên, loại vật liệu nung, chất kết dính vơ cơ, bê tơng, vữa loại vật liệu đá nhân tạo không nung khác (2) Vật liệu hữu cơ: bao gồm loại vật liệu gỗ, tre, loại nhựa bitum guđrông, loại chất dẻo, sơn, vecni v.v (3) Vật liệu kim loại: bao gồm loại vật liệu sản phẩm gang, thép, kim loại màu hợp kim II Phân loại vật liệu xây dựng Theo nguồn gốc q Theo nguồn gốc vật liệu xây dựng phân nhóm chính: vật liệu đá nhân tạo vật liệu đá thiên nhiên q Theo tính tốn, vật liệu sử dụng cơng trình xây dựng có tới 90% vật liệu đá nhân tạo gần 10% vật liệu khác q Vật liệu đá nhân tạo nhóm vật liệu phong phú đa dạng, chúng phân thành nhóm phụ: vật liệu đá nhân tạo không nung vật liệu đá nhân tạo nung q Vật liệu đá nhân tạo khơng nung: nhóm vật liệu mà rắn chúng xảy nhiệt độ không cao hình thành cấu trúc kết biến đổi hóa học hóa lý chất kết dính, trạng thái dung dịch (phân tử, keo, lỏng rắn, pha loãng đậm đặc) q Vật liệu đá nhân tạo nung: nhóm vật liệu mà rắn xảy chủ yếu q trình làm nguội dung dịch nóng chảy Dung dịch đóng vai trị chất kết dính q Đối với vật liệu đá nhân tạo thay đổi thành phần hạt cốt liệu, thành phần khống hóa chất kết dính, phương pháp cơng nghệ loại phụ gia đặc biệt làm thay đổi điều chỉnh cấu trúc tính chất vật liệu CHƯƠNG I CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG I Tính chất vật lý Các thông số trạng thái Khối lượng riêng v Khối lượng riêng vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái hồn tồn đặc (khơng có lỗ rỗng) v Khối lượng riêng ký hiệu ρ tính theo cơng thức m : Khối lượng vật liệu trạng thái khơ, g, kg V : Thể tích hồn tồn đặc vật liệu, cm3, l, m3 q Tuỳ theo loại vật liệu mà có phương pháp xác định khác Đối với vật liệu hoàn toàn đặc kính, thép v.v , ρ xác định cách cân đo mẫu thí nghiệm, đối vật liệu rỗng phải nghiền đến cỡ hạt < 0,2 mm loại vật liệu rời có cỡ hạt bé (cát, xi măng ) ρ xác định phương pháp bình tỉ trọng (hình Hình 1-1: Bình tỉ trọng 1.1) v Khối lượng riêng vật liệu phụ thuộc vào thành phần cấu trúc vi mô nó, vật liệu rắn khơng phụ thuộc vào thành phần pha v Khối lượng riêng vật liệu biến đổi phạm vi hẹp, đặc biệt loại vật liệu loại có khối lượng riêng tương tự v Người ta dùng khối lượng riêng để phân biệt loại vật liệu khác nhau, phán đốn số tính chất Khối lượng thể tích q Khối lượng thể tích vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên (kể lỗ rỗng) q Nếu khối lượng mẫu vật liệu m thể tích tự nhiên mẫu Vv thì: q Từ số liệu bảng 1-1, ta thấy: ρv vật liệu xây dựng dao động khoảng rộng q Đối với vật liệu loại có cấu tạo khác ρv khác nhau, ρv cịn phụ thuộc vào độ ẩm mơi trường Vì vậy, thực tế buộc phải xác định ρv tiêu chuẩn q Việc xác định khối lượng mẫu thực cách cân, V v tùy theo loại vật liệu mà dùng ba cách sau : mẫu vật liệu có kích thước hình học rõ ràng ta dùng cách đo trực tiếp; mẫu vật liệu kích thước hình học rõ ràng dùng phương pháp chiếm chỗ chất lỏng; vật liệu rời (xi măng, cát, sỏi) đổ vật liệu từ chiều cao định xuống dụng cụ tích biết trước q Dựa vào khối lượng thể tích vật liệu phán đốn số tính chất nó, cường độ, độ rỗng, lựa chọn phương tiện vận chuyển, tính tốn trọng lượng thân kết cấu I Tính chất vật lý Đặc trưng cấu trúc v Đặc trưng cấu trúc vật liệu xây dựng độ rỗng độ đặc v Độ rỗng r (số thập phân, %) thể tích rỗng chứa đơn vị thể tích tự nhiên vật liệu q Nếu thể tích rỗng Vr thể tích tự nhiên vật liệu Vv Trong : Vr = Vv - V Do q Lỗ rỗng vật liệu gồm lỗ rỗng kín lỗ rỗng hở Lỗ rỗng hở lỗ rỗng thơng với mơi trường bên ngồi q Đối với vật liệu dạng hạt phân lỗ rỗng hạt lỗ rỗng hạt q Độ rỗng hở (rh ) tỉ số tổng lỗ rỗng chứa nước bão hịa thể tích tự nhiên vật liệu: Trong đó: m1 m2 khối lượng mẫu trạng thái khô trạng thái bão hịa nước q Lỗ rỗng hở thơng với với mơi trường bên ngồi, nên chúng thường chứa nước điều kiện bão hịa bình thường ngâm vật liệu nước q Lỗ rỗng hở làm tăng độ thấm nước độ hút nước, giảm khả chịu lực Tuy nhiên vật liệu sản phẩm hút âm lỗ rỗng hở việc khoan lỗ lại cần thiết để hút lượng âm Độ rỗng kín (rk ): rk = r - rh v Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín cường độ cao, cách nhiệt tốt v Độ rỗng vật liệu dao động phạm vi rộng từ đến 98% Dựa vào độ rỗng phán đốn số tính chất vật liệu: cường độ chịu lực, tính chống thấm, tính chất có liên quan đến nhiệt âm q Độ đặc (đ) mức độ chứa đầy thể tích vật liệu chất rắn: q Như r + đ = ( hay 100%), có nghĩa vật liệu khơ bao gồm khung cứng để chịu lực lỗ rỗng khơng khí v Độ mịn hay độ lớn vật liệu dạng hạt, dạng bột đại lượng đánh giá kích thước hạt v Độ mịn định khả tương tác vật liệu với môi trường (hoạt động hóa học, phân tán mơi trường), đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng hạt Vì tuỳ theo loại vật liệu mục đích sử dụng người ta tăng hay giảm độ mịn chúng v Độ mịn thường đánh giá tỷ diện bề mặt (cm2/g) lượng lọt sàng, lượng sót sàng tiêu chuẩn (%) Dụng cụ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ phụ thuộc vào loại vật liệu Những tính chất có liên quan đến môi trường nước Liên kết nước vật liệu v Nước vật liệu chia thành loại: Nước hoá học, nước hoá lý nước học v Nước hoá học nước tham gia vào thành phần vật liệu, có liên kết bền với vật liệu Nước hoá học bay nhiệt độ cao (trên 500°C) Khi nước hố học tính chất hóa học vật liệu bị thay đổi lớn v Nước hố lý có liên kết bền với vật liệu, thay đổi tác động điều kiện môi trường nhiệt độ, độ ẩm bay làm cho tính chất vật liệu thay đổi mức độ định v Nước học (nước tự do), loại gần khơng có liên kết với vật liệu, dễ dàng thay đổi điều kiện thường Khi nước học thay đổi, khơng làm thay đổi tính chất vật liệu Độ ẩm q Độ ẩm W (%) tiêu đánh giá lượng nước có thật mn vật liệu thời điểm thí nghiệm Nếu khối lượng vật liệu lúc ẩm ma khối lượng vật liệu sau sấy khô m k thì: q Trong điều kiện mơi trường vật liệu rỗng độ ẩm cao Đồng thời độ ẩm phụ thuộc vào chất vật liệu, đặc tính lỗ rỗng vào môi trường q Độ ẩm vật liệu tăng làm xấu tính tính chất nhiệt kỹ thuật, giảm cường độ độ bền, làm tăng thể tích số loại vật liệu Vì tính chất vật liệu xây dựng phải xác định điều kiện độ ẩm định Độ hút nước v Độ hút nước vật liệu khả hút giữ nước điều kiện thường xác định cách ngâm mẫu vào nước có nhiệt độ 20 ± 0,5oC Trong điều kiện nước chui vào lỗ rỗng hở, mà độ hút nước ln ln nhỏ độ rỗng vật liệu v Thí dụ độ rỗng bê tơng nhẹ 50 ÷ 60%, độ hút nước đến 20 ÷ 30% thể tích v Độ hút nước xác định theo khối lượng theo thể tích v Độ hút nước theo khối lượng tỷ số khối lượng nước mà vật liệu hút vào với khối lượng vật liệu khô v Độ hút nước theo khối lượng ký hiệu HP (%) xác định theo công thức: 10 06/11/17 Phụ gia rắn nhanh Phụ gia hoạt động bề mặt 35 Cách lựa chọn tính cơng tác hỗn hợp bê tông Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cơng tác hỗn hợp bê tơng Độ lưu động 5.3 TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG 36 Độ cứng Khả giữ nước 18 06/11/17 Khái niệm tính cơng tác Tính cơng tác hay cịn gọi tính dễ tạo hình, tính chất kỹ thuật hỗn hợp bê tơng, biểu thị khả lấp đầy khuôn đảm bảo độ đồng điều kiện đầm nén định 37 Độ lưu động • Là tiêu quan trọng hỗn hợp bê tơng, đánh giá khả dễ chảy hỗn hợp bê tông tác dụng trọng lượng thân rung động • Độ lưu động xác định độ sụt (SN, cm) khối hỗn hợp bê tông khn hình nón cụt có kích thước tùy thuộc vào cỡ hạt lớn cốt liệu 38 19 06/11/17 Khuon non cut 39 40 20 06/11/17 Cách xác định độ lưu động hỗn hợp bê tơng • Dùng côn N01 để thử độ lưu động hỗn hợp bê tơng hỗn hợp bê tơng • Đặt khn lên ẩm, cứng, phẳng, không thấm nước Đứng lên gối đặt chân khn cố định q trình đổ đầm hỗn hợp bê tơng khn • Đỗ hỗn hợp bê tông qua phễu vào khuôn làm lớp, lớp chiếm 1/3 chiều cao khuôn • Đặt khuôn sang bên cạnh khối hỗn hợp bê tông đo chênh lệch chiều cao miệng khuôn với điểm cao khối hỗn hợp 41 • Kẹp chặt khuôn lập phương lên bàn rung, đặt khuôn hình nón cụt vào khn lập phương, đổ hỗn hợp bê tơng, đầm chặt nhấc khn hình nón cụt lên xác định độ lưu động • Sau đồng thời bật đầm rung bấm đồng hồ giây Tiến hành rung hỗn hợp bê tơng san đầy góc tạo thành mặt phẳng khn tắt đồng hồ đầm rung, ghi lại thời gian đo 42 21 06/11/17 43 Độ cứng • Độ cứng hỗn hợp bê tơng (ĐC) thời gian rung động cần thiết (s) để san lèn chặt hỗn hợp bê tông khn hình nón cụt hình lập phương 44 22 06/11/17 Khả giữ nước • Đây tính chất nhằm để đảm bảo độ đồng hỗn hợp bê tơng q trình vận chuyển, đổ khn đầm nén • Khi đầm nén hỗn hợp bê tơng dẻo, hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống xích lại gần nhau, nước bị ép tách khỏi cốt liệu cốt thép, lên phía với xi măng chui qua kẽ hở cốp pha ngoài, tạo thành lỗ rỗng, làm khả chống thấm nước bê tơng giảm • Việc giảm lượng nước nhào trộn nâng cao khả giữ nước hỗn hợp bêtơng thực sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt lựa chọn thành phần hạt cốt liệu cách hợp lý 45 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính cơng tác hỗn hợp bê tơng • Lượng nước nhào trộn:Là yếu tố quan trọng định tính cơng tác hỗn hợp bê tông Lượng nước nhào trộn bao gồm lượng nước tạo hồ xi măng lượng nước dùng cho cốt liệu (độ cần nước) để tạo độ dẻo cần thiết cho trình thi cơng • Loại lượng xi măng: Nếu hỗn hợp bê tơng có đủ xi măng để với nước lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu, bọc bôi trơn bề mặt chúng độ dẻo tăng 46 23 06/11/17 • Lượng hỗn hợp xi măng: Nếu vữa xi măng (hồ xi măng + cốt liệu nhỏ) đủ để lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu lớn hỗn hợp bê tơng cứng, q trình thi cơng khó khăn • Phụ gia hoạt động bề mặt (phụ gia dẻo siêu dẻo) mặc vào hỗn hợp bê tông với lượng nhỏ (0,15-1,2% khối lượng ximăng) có tác dụng pha lỗng hỗn hợp bê tơng • Gia cơng chấn động: Là biện pháp có hiệu để làm cho hỗn hợp bê tông cứng dẻo trở thành dẻo chảy, dễ đổ khuôn đầm chặt 47 Cách lựa chọn tính cơng tác cho hỗn hợp bê tơng • Khi thiết kế cấp phối thi công bê tơng, cần lựa chọn tiêu tính cơng tác hỗn hợp bê tơng cho thích hợp • Chọn tiêu tính cơng tác hỗn hợp bê tông phải tuỳ theo loại kết cấu, mật độ cốt thép, phương pháp chế tạo, khoảng cách vận chuyển điều kiện thời tiết 48 24 2016 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NẶNG THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TƠNG NẶNG Thiết kế thành phần bê tơng tìm tỷ lệ hợp lý loại nguyên vật liệu nước, xi măng, cát, đá sỏi cho 1m3 bê tông cho đạt tiêu kỹ thuật kinh tế Thành phần bêtông biểu thi khối lượng loại vật liệu dùng 1m3 bê tông hay tỷ lệ khối lượng (hoặc thể tích) đơn vị khối lượng (hoặc thể tích) xi măng Để tính tốn thành phần bê tông phải dựa vào số điều kiện : Cường độ bê tông yêu cầu (mác bê tông): Thông thường người ta lấy cường độ chịu nén bê tông sau 28 ngày dưỡng hộ làm cường độ yêu cầu 2016 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NẶNG Tính chất cơng trình: Phải biết cơng trình làm việc mơi trường nào, khơ hay nước, có mơi trường xâm thực mạnh khơng? Đặc điểm kết cấu cơng trình: Kết cấu có cốt thép hay khơng có cốt thép, cốt thép dày hay thưa, biết tiết diện công trình rộng hay hẹp Mục đích để lựa chọn độ dẻo hỗn hợp bê tông độ lớn đá (sỏi) cho hợp lý Điều kiện nguyên vật liệu: Như mác loại xi măng, loại cát, đá dăm hay sỏi tiêu lý chúng Điều kiện thi công: Thi công giới hay thủ cơng Lựa chọn tính cơng tác (cường độ, độ sụt, độ cứng) Căn vào đặc điểm kết cấu chọn cường độ B (mac) tiêu độ sụt (SN, cm) bê tông 2016 Xác định tỷ lệ X/N - Rb : Cường độ bê tông ( kG/cm2 ), lấy mác bê tông yêu cầu theo cường độ nhân với hệ số an toàn 1.1 trạm trộn tự động; 1.15 trạm trộn cân đong thủ công - Rx : Cường độ thực tế xi măng, kG/cm2 - A, A1: Hệ số chất lượng vật liệu xác định theo bảng 2016 Xác định lượng nước Căn vào tiêu tính cơng tác lựa chọn, loại cốt liệu lớn, cỡ hạt lớn cốt liệu (Dmax), mô đun độ lớn cát Mđl Hàm lượng xi măng: X Xác định hàm lượng xi măng X Đem so sánh lượng xi măng X tìm với lượng xi măng tối thiểu để chọn X Khi X >400kg cần hiệu chỉnh lại lượng nước theo nguyên tắc cộng thêm lít cho 10 kg xi măng tăng 2016 Xác định lượng cốt liệu lớn (đá sỏi), cốt liệu nhỏ (cát) Để xác định lượng cốt liệu lớn nhỏ phải dựa vào nguyên tắc: thể tích 1m3 hỗn hợp bê tơng sau đầm chặt bao gồm thể tích hồn tồn đặc cốt liệu thể tích hồ xi măng Gọi thể tích hồn tồn đặc xi măng, nước, cát, đá (sỏi) VX; VN; VC; VĐ ta có : VX + VN + VC + VĐ = 1000 Mặt khác vữa xi măng (xi măng, nước cát) 1m3 hỗn hợp cần phải nhét đầy lỗ rỗng có kể đến hệ số dư vữa α bao bọc hạt cốt liệu lớn hỗn hợp bê tông đạt độ dẻo cần thiết Xuất phát từ ta biểu diễn tương quan đại lượng phương trình sau: Xác định lượng cốt liệu lớn (đá sỏi), cốt liệu nhỏ (cát) ρĐ : Khối lượng riêng đá (sỏi), kg/l ρVĐ : Khối lượng thể tích đá (sỏi), kg/l rĐ : Độ rỗng đá (sỏi) α : Hệ số dư vữa (Hệ số trượt) Đối với hỗn hợp bê tông cứng α = 1,05÷1,15 Đối với hỗn hợp bê tơng dẻo cần SN = 2÷12 cm giá trị α tra theo biểu đồ bảng Để xác định giá trị α cần xác định thể tích hồ xi măng VH: VH = X/ρX + N (lít) 2016 Xác định hệ số (dư vữa) trượt α Xác định hệ số (dư vữa) trượt α Hệ số dư vữa bảng dùng cho hỗn hợp bê tông sử dụng cốt liệu lớn đá dăm, dùng sỏi giá trị α bảng cộng thêm 0,06 2016 Xác định lượng cốt liệu lớn (đá sỏi), cốt liệu nhỏ (cát) Hay Xác định độ sụt lấy mẫu xác định cường độ bê tơng 2016 Ví dụ thiết kế thành phần bê tơng nặng Tính tốn thành phần vật liệu cho bê tông mác 200 Bê tơng khơng có u cầu đặc biệt, mơi trường sử dụng thông thường Điều kiện thi công giới Đặc điểm kết cấu: sàn BTCT, dày 10cm, giới hạn Dmax ≤ 20 mm Vật liệu chế tạo: - Xi măng Nghi Sơn PCB 30 Cường độ thực tế: 37,8 N/mm2, Khối lượng riêng : ρx= 3,1 g/cm3 - Sỏi có khối lượng riêng : ρđ = 2,56 g/cm3, khối lượng thể tích xốp : ρvđ = 1520 kg/m3 Đường kính hạt lớn Dmax= 20mm Độ rỗng sỏi Vr = 41,0% -Cát vàng có khối lượng riêng: ρc = 2,62 g/cm3 Mô đun độ lớn: Mđl = 2,5 Khơng có lượng hạt 5mm - Phụ gia: khơng sử dụng Ví dụ thiết kế thành phần bê tơng nặng Tính tốn thành phần vật liệu cho bê tơng cấp độ nén B20 Bê tơng khơng có u cầu đặc biệt, mơi trường sử dụng thơng thường Điều kiện thi công trộn thủ công Đặc điểm kết cấu: Cột BTCT, kích thước 20mmx30mm Vật liệu chế tạo: - Xi măng Nghi Sơn PCB 30 Cường độ thực tế: 37,8 N/mm2, Khối lượng riêng : ρx= 3,1 g/cm3 - Đá 1x2cm có khối lượng riêng : ρđ = 2,6 g/cm3, khối lượng thể tích xốp : ρvđ = 1610 kg/m3 Đường kính hạt lớn Dmax= 20mm Độ rỗng đá Vr = 38,0% -Cát vàng có khối lượng riêng: ρc = 2,65 g/cm3 Mô đun độ lớn: Mđl = 2,25 Khơng có lượng hạt 5mm - Phụ gia: không sử dụng ... (3) Vật liệu kim loại: bao gồm loại vật liệu sản phẩm gang, thép, kim loại màu hợp kim II Phân loại vật liệu xây dựng Theo nguồn gốc q Theo nguồn gốc vật liệu xây dựng phân nhóm chính: vật liệu. .. liệu đá nhân tạo vật liệu đá thiên nhiên q Theo tính tốn, vật liệu sử dụng cơng trình xây dựng có tới 90% vật liệu đá nhân tạo gần 10% vật liệu khác q Vật liệu đá nhân tạo nhóm vật liệu phong phú... quan trọng vật liệu q Trong cơng tác xây dựng vật liệu đóng vai trò chủ yếu Vật liệu yếu tố định chất lượng, giá thành thời gian thi cơng cơng trình q Thơng thường chi phí vật liệu xây dựng chiếm