SLIDE Bài giảngVật liệu Xây dựngBộ môn Cơ sở & VLXD

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA XÂY DỰNG Bài giảng Vật liệu Xây dựng Bộ môn Cơ sở & VLXD October 2012 MỞ ĐẦU Vật liệu xây dựng thành phần chiếm vị trí đặc biệt cơng trình xây dựng Chất lượng tuổi thọ cơng trình phụ thuộc lớn vào chất lượng Vật liệu xây dựng Trong cơng trình Xây dựng dân dụng cơng nghiệp chi phí vật liệu chiếm đến 75%, với cơng trình giao thơng chi phí vật liệu chiếm 70% cơng trình thủy lợi chi phí chiếm 50% tổng giá thành xây dựng Vì cơng trình muốn đạt hiệu kinh tế kỹ thuật cao cần phải hiểu biết vật liệu xây dựng NỘI DUNG CHƯƠNG I: NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1.1 Khối lượng riêng vật liệu a.Khái niệm: Khối lượng riêng a (g/cm3, T/m3) khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái hồn tồn đặc sau đá sấy khơ nhiệt độ 105-1100C đến khối lượng không đối b Công thức: Hình 1.1 Bình tỷ trọng 1.1 CÁC THƠNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG c Phương pháp xác định: - Đối với vật liệu hồn tồn đặc kính, thép ,a xác định cách cân đo mẫu thí nghiệm; - Đối với loại vật liệu rỗng loại vật liệu rời a xác định phương pháp bình tỷ trọng d ý nghĩa -Khối lượng riêng vật liệu biến đổi phạm vi hẹp -Khối lượng riêng dùng để phân biệt loại vật liệu khác nhau, phán đốn số tính chất tính tốn thành phần số loại vật liệu xây dựng 1.1 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1.2 Khối lượng thể tích vật liệu a Khái niệm: Khối lượng thể tích khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên (kể lỗ rỗng) Khối lượng thể tích tiêu chuẩn: Khối lượng thể tích khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên sau sấy khô nhiệt độ 105-1100C đến khối lượng không đối b Công thức:  = G / V0 (g/cm3, kg/m3, T/m3 ) Hình 1.2: Phếu xác định khối lượng thể tích vật liệu rời 1.1 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG c Phương pháp xác định: - Đối với vật liệu có kích thước hình học xác định V cách đo - Đối với vật liệu khơng có kích thước rõ ràng dùng phương pháp chiếm chỗ chất lỏng - Đối với vật liệu rời (như ximăng (5cm), cát (10cm), sỏi, đá ) dùng phương pháp đổ vật liệu từ chiều cao định xuống ca tích biết trước d Ý nghĩa Ta dựa vào khối lượng thể tích vật liệu (0) để phán đốn số tính chất cường độ, độ rỗng, độ hút nước , để từ lựa chọn phương tiện vận chuyển phù hợp hay tính tốn trọng lượng thân kết cấu 1.1 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1.3 Độ đặc, độ rỗng vật liệu a Khái niệm: Độ đặc vật liệu (d) hay mật độ tỷ số thể tích đặc thể tích tự nhiên vật liệu Độ rỗng r (%) tỷ số thể tích rỗng thể tích tự nhiên vật liệu b Công thức d = V a / V0 r = Vr / V0 =1-d c Ý nghĩa Độ rỗng vật liệu dao động phạm vi rộng từ đến 98%.Dựa vào độ rỗng phán đốn số tính chất vật liệu như: độ chịu lực, tính chống thấm, tính chất có liên quan đến nhiệt, âm 1.1 CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1.4 Độ mịn vật liệu a Khái niệm: Độ mịn (hay độ lớn) vật liệu rời thông số đánh giá kích thước hạt b Ý nghĩa: Độ mịn vật liệu định khả tương tác chúng với môi trường đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng hạt c Cách xác định: Độ mịn vật liệu xác định cách sàng (% lọt sàng), tỷ diện tích bề mặt (cm2/g) 1.2 NHỮNG TÍNH CHẤT LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.2.1 Độ hút nước vật liệu a Khái niệm: Độ hút nước khả giữ nước lỗ rỗng vật liệu áp lực bình thường (p = 1at = 760 mm Hg) b Độ hút nước xác định: + Độ hút nước theo khối lượng: tỷ số phần trăm khối lượng nước có vật liệu so Hp  với khối lượng vật liệu trạng thái khơ + Độ hút nước theo thể tích: tỷ số phần trăm thể tích nước có vật liệu so với thể tích tự nhiên vật liệu trạng thái khô Hv = Gn G2  G1  Gk G1 Vn G2  G1 o  n H p n V0 a Vo a CHƯƠNG VI VỮA XÂY DỰNG 6.1 Khái niệm phân loại 6.1.1 Khái niệm Vữa xây dựng loại đá nhân tạo mà thành phần gồm cốt liệu (Cốt liệu bé), chất kết dính vơ cơ, nước phụ gia Các thành phần lựa chọn theo tỷ lệ thích hợp, nhào trộn, lèn ép cuối rắn lại có cường độ, có độ bền với môi trường 6.1.2 Phân loại Vữa xây dựng phân loại theo dạng: Theo dạng chất kết dính phân vữa ximăng, vữa vôi, vữa thạch cao vữa hỗn hợp (ximăng - vôi, ximăng - đất sét, ximăng - thạch cao ) Theo khối lượng thể tích phân vữa nặng (0 > 1500 kg/m3) vữa nhẹ (0 < 1500 kg/m3) Theo công dụng phân vữa xây để xây gạch đá, vữa trát để hoàn thiện bề mặt khối xây, vữa chèn ép mối nối chi tiết trình lắp ghép nhà cơng trình vữa đặc biệt (vữa trang hồng, vữa cách nước, ) CHƯƠNG VI VỮA XÂY DỰNG 6.2 Nguyên liệu chế tạo 6.2.1 Chất kết dính Để chế tạo vữa thường dùng chất kết dính vơ ximăng pooclăng, ximăng pooclăng xỉ, ximăng pooclăng Puzolan Việc lựa chọn chất kết dính phải đảm bảo cho vữa có cường độ độ ổn định điều kiện cụ thể 6.2.2 Cốt liệu Cốt liệu vữa xây dựng cát vàng cát đen Cát tạo nên xương cứng vữa, làm cho vữa bớt co Chất lượng cát có ảnh hưởng nhiều đến cường độ vữa 6.2.3 Phụ gia Trong vữa dùng tất loại phụ gia bê tông 6.2.4 Nước Phải loại nước dùng sinh hoạt, không chứa tạp chất, không dùng nước ao hồ tù đọng, nước thải công nghiệp CHƯƠNG VI VỮA XÂY DỰNG 6.3 Tính chât chủ yếu vữa xây dựng 6.3.1 Độ dẻo hỗn hợp vữa Độ dẻo hỗn hợp vữa tính chất quan trọng đảm bảo suất lao động chất lượng khối xây Độ dẻo đánh giá độ cắm sâu vào vữa chùy kim loại nặng 300g có góc chóp 300 Độ dẻo vữa bê tông, phụ thuộc vào nhiều yếu tố, lượng nước nhào trộn, độ lớn hình dạng cát, mức độ trộn Bảng 6.1 Chọn độ dẻo vữa Trời nóng gạch đá đặc Trời ẩm ướt, lạnh gạch đá đặc Khối xây gạch - 10 6-8 Khối xây đá hộc 6-7 4-5 Khối xây đá hộc phương pháp chấn động 2-3 1-2 Loại khối xây CHƯƠNG VI VỮA XÂY DỰNG 6.3.4 Cường độ vữa Cường độ chịu nén vữa xác định thí nghiệm mẫu vữa hình khối có cạnh 7,07x7,07x7,07 cm tuổi tiêu chuẩn điều kiện kỹ thuật quy định cho loại vữa Khn đúc khn thép có đáy ứng với khơng hút nước phụ thuộc vào cường độ ximăng, tỷ lệ N/X xác định theo công thức: R28 0,4 R x ( X  0,3) N Cường độ vữa ximăng xốp hút nước (gạch) phụ thuộc vào lượng ximăng mà khơng phụ thuộc vào X/N lượng nước sau bị hút lại nhau: R28 = KRx (X - 0,05) + 0,4 K- hệ số phụ thuộc vào chất lượng cát Nếu mac ximăng xác định theo phương pháp dẻo cát lớn K = 2,2; cát trung bình K = 1,8; cát nhỏ K = 1,4 Thành phần cấp phối số loại vữa Xây dựng Vật liệu dùng cho 1m3 vữa Loại vữa Mác vữa Vữa tam hợp cát vàng (cát có mơ đun độ lớn M>2) 25 50 75 100 112 207 291 376 10 25 50 75 Vữa tam hợp cát mịn (Cát có mơ đun độ lớn M = 1,5 - 2,0) Vữa tam hợp cát mịn (cát có mơđun độ lớn M = 0,7 1,4) Vữa xi măng  cát vàng (cát có mơ đun độ lớn M>2) Vữa xi măng cát mịn (cát có mơ đun độ lớn M = 1,5 - 2,0) Vữa xi măng cát mịn (cát có mô đun độ lớn M = 0,7 - 1,4) Xi măng Vôi cục pc30 (kg) (kg) Vật liệu dùng cho 1m3 vữa Vơi cục (kg) Cát (m3) Nước (lít) Vữa tam hợp cát vàng (cát có mơ đun độ lớn M>2) 25 50 75 100 125 Xi măng pc40 (kg) 86 161 223 291 357 83 69 56 42 29 1,14 1,12 1,09 1,07 1,05 200 200 200 200 200 Vữa tam hợp cát mịn (Cát có mơ đun độ lớn M = 1,5 - 2,0) 25 50 75 100 93 173 242 317 81 64 51 36 1,12 1,09 1,07 1,05 210 210 210 210 Vữa tam hợp cát mịn (cát có mơđun độ lớn M = 0,7 - 1,4) 25 50 75 106 196 275 76 58 42 1,09 1,06 1,04 220 220 220 25 50 75 100 125 150 88 163 227 297 361 425   1,17 1,14 1,11 1,09 1,06 1,04 260 260 260 260 260 260 Vữa xi măng cát mịn (cát có mơ đun độ lớn M = 1,5 - 2,0) 25 50 75 100 96 176 247 320   1,15 1,11 1,09 1,06 260 260 260 260 Vữa xi măng cát mịn (cát có mơ đun độ lớn M = 0,7 - 1,4) 25 50 75 100 108 200 278 359   1,11 1,08 1,05 1,02 260 260 260 260 Loại vữa Mác vữa Cát (m3) Nước (lít) 97 73 50 29 1,12 1,09 1,07 1,04 200 200 200 200 71 121 225 313 104 91 66 44 1,13 1,10 1,07 1,04 210 210 210 210 10 25 50 80 138 256 101 84 56 1,10 1,07 1,04 220 220 220 25 50 75 100 125 116 213 296 385 462   1,16 1,12 1,09 1,06 1,02 260 260 260 260 260 Vữa xi măng  cát vàng (cát có mơ đun độ lớn M>2) 25 50 75 100 124 230 320 410   1,13 1,09 1,06 1,02 260 260 260 260 25 50 75 142 261 360   1,10 1,06 1,02 260 260 260 CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.1 Khái niệm phân loại 7.1.1 Khái niệm Thép hợp kim đen sắt (Fe), cacbon (C) với hàm lượng cacbon nhỏ 1,7%, lượng nhỏ chất oxy (O), phốtpho (P), silic (Si) 7.1.2 Phân loại thép xây dựng Theo thành phần hóa học Thép cacbon Thép bon loại thép có hàm lượng cacbon 1,7% khơng có thành phần hợp kim khác Theo tiêu chuẩnViệt Nam TCVN 1765: 1976, thép cacbon chia làm ba nhóm: + Nhóm A: Thép đảm bảo chặt chẽ tính chất học + Nhóm B: Thép đảm bảo chặt chẽ thành phần hóa học + Nhóm C: Thép đảm bảo chặt chẽ tính chất học thành phần hóa học Ý nghĩa ký hiệu: CT có nghĩa cacbon thường, số sau độ bền kéo đứt (N/mm2), chữ s thép sôi (hoặc n nửa tĩnh, thép tĩnh khơng ghi gì) Ví dụ: CT38nMn thép cacbon thường, có độ bền kéo đứt 38N/mm 2, thép nửa tĩnh, có thêm nguyên tố mangan Trong mác thép, hạng thép ghi cuối CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.1.2 Phân loại thép xây dựng Theo thành phần hóa học Thép cacbon Thép hợp kim Thép hợp kim loại thép Fe C thêm thành phần kim loại khác Crôm (Cr), kền (Ni), mangan (Mn) có tác dụng nâng cao chất lượng thép (tăng độ bền, tăng tính chống gỉ ) Ý nghĩa ký hiệu: Đầu tiên số phần vạn hàm lượng cacbon, tên thành phần hợp kim: Mn mangan, C silic, X crôm, H niken , số đứng sau số phần trăm chất đứng trước tỉ lệ hợp kim lớn 1% VD : 09Mn2 : nghĩa thép có 0,09% Cácbon 2% Mangan CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.1.2 Phân loại thép xây dựng 2.Theo phương pháp luyện thép Luyện lò (Lò Martin); Luyện lò quay (lò Bessmer, lò Thomas); Theo phương pháp để lắng thép Thép sôi: Chất lượng thép khơng tốt có nhiều bọt khí làm thép dễ bị phá hoại giịn, lão hố Thép tĩnh: Chất lượng thép tốt có thêm chất khử oxy (như silic, mangan, nhôm) giá thành thép cao Thép nửa tĩnh: loại thép trung gian thép tĩnh thép sôi Theo phương pháp gia cơng Thép cán nóng: phơi thép trước cho vào máy cán phải nhung nóng (nhiệt nung phạm vị nhiệt độ biến dạng dẻo) Thép cán nguội: phơi thép nguội khơng phải qua lị nung để nhung nóng CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.2 Phạm vi ứng dụng vật liệu thép xây dựng 7.2.1 Thép dùng cho kết cấu bê tông cốt thép Thép dùng cho kết cấu bê tông loại thép chuyên dùng cốt cho bê tông làm tăng khả chịu kéo, uốn tải trọng động cho cấu kiện Bảng 7.1 Phân loại thép theo TCVN 1651 -85 Độ dãn dài tương Thứ uốn nguội đối, δ, % C- Độ dày trục Khơng nhỏ uốn d- Đường kính cốt thép Giới hạn chảy σch, N/mm2 Giới hạn bền σb, N/mm2 Nhóm thép Đường kính, mm C-I - 40 240 380 25 C = 0,5d (180o) C-II 10 - 40 300 500 19 C = 3d (180o) C-III - 40 400 600 14 C = 3d (90o) C-IV 10 - 32 600 900 C = 3d (45o) Trong đó: - Nhóm C-I loại thép trịn trơn chịu lực thấp với mác CT38 - Nhóm C-II thép có gờ với mác CT51 - Nhóm C-III C-IV loại thép cường độ cao hơn, thường thép hợp kim thấp có độ bền cao CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.2 Phạm vi ứng dụng vật liệu thép xây dựng 7.2.1 Thép dùng cho kết cấu bê tông cốt thép Bảng 7.2 Chỉ tiêu lý cốt thép theo tiêu chuẩn ASTM Nhóm thép Đường kính, mm A-I A-II A-III A-IV A-V AT-IV - 40 10 - 40 - 40 10 - 32 10 - 22 10 - 40 Độ dãn dài tương Thứ uốn nguội đối, δ, % C- Độ dày trục Khơng nhỏ uốn d- Đường kính cốt thép Giới hạn chảy σch, N/mm2 Giới hạn bền σb, N/mm2 240 300 400 600 800 600 380 500 600 900 1050 900 25 19 14 Trong đó: - Nhóm A-I, A-II, A-III, A-IV có đặc điểm tương tự cách chia thép cốt theo tiêu chuẩn TCVN 1651-85 - Nhóm AT-IV; AT-V; ATVI cốt thép qua gia o C = 0,5d (180 ) công nhiệt C = 3d (180o) - Nhóm A-II , A-III cốt B B C = 3d (90o) thép kéo nguội C = 3d (45o) C = 5d (45o) C = 5d (45o) CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.2 Phạm vi ứng dụng vật liệu thép xây dựng 7.2.1 Thép dùng cho kết cấu bê tơng cốt thép Hình 7.1 Thép trịn có gân thép tròn trơn CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.2 Phạm vi ứng dụng vật liệu thép xây dựng 7.2.1 Thép dùng cho kết cấu thép Thép dùng cho kết cấu thép thông thường thép cácbon thép hợp kim gồm có: Thép cácbon thường, thép có cường độ cao thép cường độ cao Một số loại thép thường dùng kết cấu thép có tính chất lý cho bảng 7.3 7.4 sau: Bảng 7.3 Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn thép cácbon thường (N/mm2) Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn thép với độ dày t mm t ≤ 20 20 < t ≤ 40 40 < t ≤ 100 Mác thép Cường độ kéo đứt tiêu chuẩn fu không phụ thuộc bề dày t, mm fy f fy f fy f CCT34 220 210 210 200 200 190 340 CCT38 240 230 230 220 220 210 380 CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG Bảng 7.4 Cường độ tiêu chuẩn cường độ tính tốn thép hợp kim (N/mm 2) Độ dày, mm Mác thép t ≤ 20 20 < t ≤ 30 30 < t ≤ 60 fu fy f fu fy f fu fy f 09Mn2 450 310 295 450 300 285 - - - 14Mn2 460 340 325 460 330 315 - - - 16MnSi 490 320 305 480 300 285 470 290 275 09Mn2Si 480 330 315 470 310 295 460 290 275 10Mn2Si1 510 360 345 500 350 335 480 340 325 10CrSiNiCu 540 400* 360 540 400* 360 520 400* 360 CHÚ THÍCH: * Hệ số  M trường hợp 1,1; bề dày tối đa 40 mm CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG Một số loại thép hình dùng kết cấu thép Hình 7.3 Tiết diện thép hình cán nóng Hình 7.4 Thép Hình 7.5 Thép hình dập nguội CHƯƠNG VII THÉP XÂY DỰNG 7.3 Sự ăn mòn thép biện pháp chống ăn mòn 7.3.1 Sự ăn mòn Ăn mòn cốt thép phá họa môi trường lên bề mặt thép làm cho kết cấu thép bị dần tiết diện chịu lực dẫn đến phá hoại kết cấu Có hai loại ăn mịn cốt thép: Ăn mịn hóa học: Là phá hủy tác dụng hóa học trực tiếp thép mơi trường xung quanh, khơng phát sinh dịng điện Ăn mịn điện hóa học: Là loại ăn mịn xảy dung dịch điện li phát sinh dịng điện Thép bị gỉ, hỏng để mơi trường khơng khí, nước, axits tác dụng điện hóa học 7.3.2 Biện pháp chống ăn mịn Đối với cốt thép bê tông cốt thép bảo vệ lớp bê tơng bao bọc bên ngồi Tuy nhiên, số trường hợp bê tông bị nứt, lớp bao phủ khơng đầy cần có biện pháp bảo vệ phụ như: tăng tính chơng thấm cho bê tơng phụ gia, sơn lên bề mặt ngồi bê tơng Đối với kết cấu thép dùng biện pháp bảo vệ khác như: phủ lên bề mặt lớp phủ hữu (nhựa epoxy), phủ kim loại(mạ kẽm), phủ sơn lên bề mặt kim loại