Đang tải... (xem toàn văn)
trạng thái bão hòa với thể tích rỗng của vật liệu.. C bh max = 1[r]
(1)Vật Liệu Xây Dựng (Construction Materials)
Bộ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
ĐạihọcBách Khoa Tp Hồ Chı ́Minh
VLXD-Tính chất cơlý 1-2
Các tính chất cơ lý VLXD
Ảnh hưởng cấu trúc thành phầnđến tính chất
của vật liệu
Khối lượng riêng, khối lượng thể tích, khối lượng thể
tích đở đống, độ rỗng, độ hổng hạt vật liệu rời, thành phần hạt…
Các tính chất môi trường nước: độhút nước, độ
bão hịa nước, tính thấm nước vàđộbiến dạngẩm
Các tính chất nhiệt (biến dạng nhiệt, tính dẫn nhiệt,
nhiệt dung riêng, tính chống cháy chịu lửa)
Các tính chất cơ(biến dạng, cườngđộ, độmài mịn)
VLXD-Tính chất cơlý 1-3
Hướng tiếp cận
Từ bên ngồi: tuỳtheo cơng làm việc
• Tácđộng cơhọc (trọng lượng thân, gió, hoạt tải sử
dụng, sóng, độngđất, băng tuyết, sóng thần )
• Tácđộng hóa học (xâm thực mơi trường axit, nước
biển, sinh vật biển, nước mưa )
• Các tác dụng khác (áp suất hơi, nhiệt, phóng xạ)
Từ bên trong:
• Các liên kết (ion, phân tử, cộng hoá trị )
• Hàm lượng thành phần khống, thành phần pha
• Sựsắp xếp cấu trúc
VLXD-Tính chất cơlý 1-4
Ảnh hưởng cấu trúc
Gồm dạng, sốlượng, hình dáng, kích thước
và sựphân bốcác phaởtrạng thái rắn
Cấu trúc vĩmô (macrostructure): thô, quan sát
được mắt thường, giới hạnđến 200µm
(2)VLXD-Tính chất cơlý 1-5
Ảnh hưởng cấu trúc
Cấu trúc vĩmơ (macrostructure): thuật ngữ
dùngđểchỉcấu trúc thơ, có thểquan sátđược
bằng mắt thường, giới hạnđến 200µm
Cấu trúc vi mô (microstructure): quan sát
các loại kính hiển vi, giới hạnđếnđộphóngđại
105lần.
→Tính chất của vật liệu phụthuộc vào cấu trúc
vĩmơ, cấu trúc vi mơ
VLXD-Tính chất cơlý 1-6
Khối lượng riêng (g/cm3, t/m3)
Khối lượng riêng khối lượng (m)
đơn vịthểtích vật liệuởtrạng tháiđặc hồn tồn
(Va)
Ý nghĩa: đểxácđịnh chất vật liệu, độ
rỗng, phân biệt tính tốn phối liệu
• Mẫu bột : sửdụng bình tỷtrọngđểxácđịnh khối lượng riêng vật liệu thơng qua thểtích bịchiếm chỗbởi chất lỏng (trơ)
• Mẫu có hình dạng: cân khối lượng vàđo kích thước
a a
V m
=
γ - m : kh- V ối lượng cân khơ vật liệu
a: thểtíchđặc tuyệt đốicủa
vật liệu khơng tính lỗrỗng
VLXD-Tính chất cơlý 1-7
Dụng cụ xác định
VLXD-Tính chất cơlý 1-8
Khối lượng riêng (g/cm3, t/m3)
Ảnh hưởng của khối lượng riêngđến tính
chất của vật liệu.
•Khơngảnh hưởng nhiềuđến cơtính vật liệu như: độbền, độhút nước, …
•Ảnh hưởngđến tính chất như: khảnăng chịu nhiệt, độcứng, khảnăngăn mịn hóa học…
Các yếu tố ảnh hưởngđến khối lượng
riêng
•Thành phần hóa vật liệu
(3)VLXD-Tính chất cơlý 1-9
Khối lượng thể tı́ch (g/cm3, t/m3)
Khối lượng thểtích khối lượng (m) mộtđơn
vịthểtích vật liệuởtrạng thái tựnhiên bao
gồm cảlỗrỗng (V0)
Đối với vật liệuhoàntoànđặc KLTT ≈KLR
Phương pháp xácđịnh;
• Cân vàđo với vật liệu có kích thước hình học rõ ràng
• Bọc mẫu parafin, cân chất lỏng tìm thểtích chất lỏng dời chỗ Áp dụng cho mẫu có hình dáng
• Dùng dụng cụcó dung tíchđểxácđịnhđối với vật liệu dạng rời rạc
0
V m
= γ
- m; khối lượng tự nhiên vật liệu - V0; thểtích vật liệu bao gồm cảlỗrỗng (tự nhiên)
VLXD-Tính chất cơlý 1-10
Khối lượng thể tı́ch (g/cm3, t/m3)
Khối lượng thểtích sốloại vật liệu xây dựng
1600 – 1900 1800 – 2500
<1800 2500 - 2700 Gạchđất sét
Bê tông thường Bê tông nhẹ Đá hoa cương 7850
1150 – 1400 1400 -1650 1400 – 1700 200 - 300 Thép
Xi măng Cát
Đá (sỏi) Sợi khoáng
(kg/m3)
Vật liệu (kg/m3)
Vật liệu
Ý nghĩa khối lượng thểtích
• Dự đốn độbền học vật liệu
• Đánh giá khả cách nhiệt, độ ẩm, độ rỗng, độ đặc
• Sửdụng tính tốn kết cấu, tính ổn định, vận chuyển
VLXD-Tính chất cơlý 1-11
Khối lượng thể tı́ch đổ đống
Ápdụng vớicác vật liệu rời nhưcát, đá, ximăng…
là khối lượng (m) mộtđơn vịthểtích
hạt vật liệuđổ đống bao gồmđộrỗng hạt
vàđộrỗng hạt (Vx)
Thườngđược xácđịnhởtrạng thái tựnhiên hay
lèn chặt Ứngdụng trongtínhtốn vận chuyển, kho
X X
V m
=
γ - m; khối lượng tự nhiên vật liệu
- Vx: thểtích vật liệu bao gồm cảlỗtrống hạt
VLXD-Tính chất cơlý 1-12
Độ rỗng
Độrỗng vật liệu tỉlệphần trăm thểtích pha
khơng phải rắn (khí, lỏng) / thểtích tựnhiên
khối vật liệu Thườngtính
Một sốphương pháp xácđịnhđộrỗng: đo trực tiếp,
bay nước, hấp thụkhí, quang họcchụpảnh,
xâm nhập thủy ngân…
) (
0
<
= r
V V
r r
a
r
γ γ
(4)VLXD-Tính chất cơlý 1-13
Đợ rỗng
Độrỗng chỉtiêu quan trọng, ảnh hưởngđến
những tính chất khác vật liệu nhưkhối lượng
thểtích, cườngđộ, độhút nước, hệsốtruyền nhiệt
• VL cóđợ rỗng nhỏcó cườngđộcao vàđộthấm nước nhỏ
• VL cóđợ rỗng cao lại cóđộcách nhiệt cao
Xu hướng chọn loại vật liệu cóđộrỗng
nhưng cườngđộcao, bền
Ý nghĩa xácđịnhđộrỗng vật liệu;
• Mứcđộkết khối vật liệu nung
• Dự đốn sốtính chất vật liệu
• Lựa chọn mơi trường sửdụng hợp lý
VLXD-Tính chất cơlý 1-14
Độ đặc
Ngược vớiđộ rỗng
Độ đặc luôn nhỏhơn tùy thuộc vào độ
rỗng vật liệu Vật liệu xốp d = 0,20 ~ 0,30%
) (
0
<
= d
V V
d a
a
d
γ γ
=
VLXD-Tính chất cơlý 1-15
Độ hút nước
Độhút nước khảnăng hút giữnước
lỗrỗng vật liệu áp lực thường (tự nhiên)
Độhút nước biểu diễn theo khối lượng (Hp)
theo thểtích (Hv)
Mối quan hệgiữa Hp Hv
% 100
1
m m m Hp
−
= 100%
0
1− ×
=
V m m H
n v
ρ
0
.γ ρn
p v
H H =
Trong đó:
- m1: khối lượng mẫu ngậm nước - m: khối lượng mẫu ban đầu, sấy khô - V0: thể tích tự nhiên mẫu
VLXD-Tính chất cơlý 1-16
Độ hút nước
Hv luôn < 100%; Hp có thể> 100%
vật liệu rỗng nhẹ
Độhút nước phụthuộcđộrỗng vàđặcđiểm lỗ
rỗng vật liệu, chất có thểdùng Hp
và Hvđể đánh giáđộtruyền nhiệt, đợ thấm
những tính chất khác cườngđợ, KLTT vật liệu
• Ví dụ: Gạchđất sét tốt Hp = 8-20%
• Gạchđất sét xấu Hp = 25-30%
• Bê tơng nặng Hp = 3%
Ý nghĩa:
• Xácđịnh gián tiếpđộrỗng vật liệu
(5)VLXD-Tính chất cơlý 1-17
Đợ hút nước bão hịa
Làđộhút nước tốiđa vật liệu mộtđiều
kiện thí nghiệm nhấtđịnh (ở20mmHg hoặcđun
sôi) Đượcđánh giá hệsốbão hịa nước Cbh
hay tỉ sớ % thểtích nước chứa vật liệuở
trạng thái bão hòa với thểtích rỗng vật liệu
Cbhmax= Khi Cbhtăng lượng nước vào lỗrỗng
của vật liệu nhiều Vật liệu bão hòa
nước, KLTT, thểtích, hệsốtruyền nhiệt tăng
nhưng cườngđộsẽgiảmmạnh
r n bh v bh
V V C
r H
C = , =
VLXD-Tính chất cơlý 1-18
Đợ hút nước bão hịa
Phương pháp 1:
• Sấy khơ mẫu thí nghiệm, cân m
• Đun nước sơi, đểnguội
• Cân m1, tính tóan theo cơng thứcđộhút nước
Phương pháp 2:
• Ngâm mẫu bình nước có nắpđậy kín
• Hạáp suất xuống 20mmHg, rút chân khơng
• Giữ ởáp suất nàyđến khơng cịn bọt khí
• Đưa vềáp suất bình thường 760mmHg
• Giữsau giờ, vớt mẫu, cân tính kết qủa
VLXD-Tính chất cơlý 1-19
Hệ sớ mềm
Ởtrạng thái bão hòa nước, độbền VL giảm
Để đánh giá chất lượng vật liệu môi
trường nước người ta dùng hệsốmềm
Hệsốmềm Km: hệsốgiảm cườngđộcủa vật
liệu bão hòa nước
• Km≥0,75: Vật liệu bền nước (thép, kính)
• Km< 0,75: Vật liệu bền nước, khơng nên sửdụng trongđiều kiện tác dụng nước (đất sét không nung)
K MBH m
R R
K =
Trongđó:
- RMBH: Cườngđộmẫuởtrạng thái bão hịa
- RK: Cườngđộmẫu khơ
VLXD-Tính chất cơlý 1-20
Độ ẩm tự nhiên
Độ ẩm tỉlệphần trăm lượng nước có thật nằm
trong vật liệu Độ ẩm phụthuộc vào môi trường khô
ẩm xung quanh
• Đợ ẩm tươngđối
• Đợ ẩm tuyệtđối
Độ ẩm thayđổi theo môi trường, khiđộ ẩm tăng
hay giảm làm cho thểtích vật liệu tăng giảm
theo, gây tượng co nởthểtích, sinh nộiứng
suất phá hủy cấu trúc vật liệu
Phụ thuộc vật liệu, phương biếndạng Ví dụ: Gỗcó
độnởdọc thớ1% vàđộnởngang thớ3-10%
m m m Wrh
2 − =
2
(6)VLXD-Tính chất cơlý 1-21
Tính thấm
Là tính chất đểcho nước thấm qua có
chênh lệch áp lực nước thủy tĩnh
Đặc trưng tính thấm nước hệsốthấm Kth
t p p S a V K n th ) ( 1− =
Trongđó
- Vn: thểtích nước thấm qua, m3
- a: Chiều dày mẫu, m - S: diện tích mẫu, m2
- (p1-p2): chênh áp suất thủy tĩnhởhai mặt,
m H2O
- t: thời gian, h
VLXD-Tính chất cơlý 1-22
Tính dẫn nhiệt
Là tính chất vật liệuđểcho nhiệt truyền qua từ
phía có nhiệtđộcao sang phía có nhiệtđộthấp,
tức có gradient nhiệtđợ (∇T)
Đặc trưng tính dẫn nhiệt hệsốdẫn nhiệt
Mối liên hệgiữa hệsốdẫn nhiệt với khối lượng thể
tích, nhiệtđộ:
Hệsốdẫn nhiệt phụthuộc lớn vào chất
vật liệu 14 22 0196
0, + , ρ2v − , = λ ) 200 )( 002 , (
0 t t C
t=λ + ≤ ≤
λ
VLXD-Tính chất cơlý 1-23
Silicat es de c
alcium 500kg
/m3
λ(Wm-1K-1) vs T(°C)
G
Gạạch cch cáách n hi
ch nhiệệ
t 400kg/m3
t 400kg /m3
T
Tấấm
m
m múú
t th
t thủủy t
inh 14 5kg/m
3
y tinh 145k
g/m3
Silicate c alcium
200kg /m3
Silicate c alcium
200kg /m3
M
Múút polyurethan e 32kg/m
3
t polyurethan e 32kg/m
3
S
Sợợi a
lumine 130k
g/m3
i alum ine 13
0kg/m
S
Sợợi k
ho
i kho
á
áng
100 kg/m
3
ng 00kg
/m3
Bê
Bê tông ctông cốốt lit liệệu u đđáácalcite (EC)calcite (EC)
Silicate calcium 500kg/m Silicate calcium 500kg/m
VLXD-Tính chất cơlý 1-24
Nhiệt dung riêng hay tỉ nhiệt
Nhiệt dung riêng nhiệt lượng cần cung cấp cho
1kg vật liệu tăng lên 10C
Nhiệt dung riêng phụthuộc vào chất vật
liệu vàđộ ẩm
• Nhiệt dung riêng VL hữu cơlớn VL khoáng,
• Chênh lệch nhiệt dung riêng chất rắn khí khơngđáng kể,
• Nhiệt dung riêng pha lỏng lớn nhiều so với hai pha
Ví dụ: Tỉnhiệt sốloại vật liệu thông dụng
• Đá thiên nhiên, nhân tạo: C=0,18 – 0,22 kCal/kg.0C
• Gỗ: C=0,57 – 0,65 kCal / kg.0C
• Thép: C=0,115 kCal / kg.0C
(7)VLXD-Tính chất cơlý 1-25
Nhiệt dung, nhiệt dung riêng
Nhiệt dung khối vật liệu G hấp thụ để tăng
nhiệtđộ từ t1 đến t2 là:
Q = C.G.(t2-t1) (kCal)
Sựphụthuộc nhiệt dung riêng vật liệu phụ
thuộc vàođộ ẩm:
Xác định giá trịnhiệt dung riêng vật liệu:
• Bằng phân tích DSC, DTA,
• Bằng tính tốn biết thành phần hỗn hợp
W WC C
C n
W
01 ,
01 ,
+ + =
n n n
m m
m
C m C
m C m C
+ + +
+ + +
=
2
2 1
VLXD-Tính chất cơlý 1-26
Cp(kJkg-1K-1) vs T(°C)
Bê
Bê tông ctông cốốt liệt liệu u đđáácalcite (EC)calcite (EC)
VLXD-Tính chất cơlý 1-27
Tính chống cháy, chịu lửa
Tính chống cháy khảnăng vật liệu chịu
được tác dụng lửa khoảng
thời gian nhấtđịnh
Phân loại:
• Vật liệu khơng cháy : vật liệu khơng cháy
lửaởnhiệtđộcao có thểbịphá hủy bị
biến dạngởnhiệtđộ>6000C.
• Vật liệu khó cháy: vật liệu bịcháy tác dụng
ngọn lửa hay nhiệtđộcao ngừng tác nhân
gây cháy vật liệu ngừng cháy
• Vật liệu dễcháy: vật liệu có thểbùng cháy tác
dụng nhiệtđộcao
VLXD-Tính chất cơlý 1-28
Chuyển hoá thành phần
30 – 1050C: bay hơiẩm 110 – 1700C: sựphân huỷcủa
thạch cao (quá trình thu nhiệt) 180 – 3000C: sựmất nước
phân huỷCSH CAH 450 – 5500C: nước
canxi hydroxit
700 – 9000C: phân huỷcủa canxi cacbonat xi-măng sốloại cốt liệu giàu calcite Trên 10000C: phá hoại cấu
trúc Một sốthành phần bắt
đầu có tượng chuyển pha lỏng