Giáo Trình Vật Liệu Xây Dựng (NXB Xây Dựng 2011) - Phan Thế Vinh, 268 Trang

ThS PHAN THẾ VINH (Chủ biên) ThS TRẦN HỮU BẰNG GIO TRèNH VT LIU XY DNG ã Đ (Tỏi bản) NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI-2011 LỜI MỞ ĐẦU Việc tìm hiểu ứng dụng loại vật liệu xây dựng m ột nhu cầu thường xuyên nhà xây dựng, kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng, đơn vị sàn xuất vật liệu xây dựng, cán giảng dạy, sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng đối tượng quan tâm khác Đ ể đáp ứng nhu cầu đó, G iáo trìn h V ậ t liệu xây d ự n g biên soạn nhằm mục đích: Thứ nhất, phục vụ cho việc giảng dạy học tập cho ngành kỹ thuật xây dựng bậc đại học Thứ hai, nguồn tài liệu cần thiết cho cán kỹ thuật ngành liên quan đến xây dựng tham khảo, tìm hiểu tính chất, u cầu kỹ thuật, q trình sản xuất, đặc điểm phạm vi sử dụng phục vụ cho việc sử dụng, thi công giám sát chất lượng cơng trình Giáo trình soạn theo chương trình đào tạo bậc đại học xây dựng Bộ Xây dựng ban hành Tác giả bám sát yêu cầu kỹ thuật hệ thống tiêu chuẩn xây dựng Viêt Nam tiêu chuẩn nước ngồi có liên quan Nội dung bao gồm: Chương ỉ Các đặc tính kỹ thuật vật liệu xây dựng Chương Vật liệu đá thiên nhiên Chương Vật liệu gốm xây dựng Chương Các chất kết dính vơ Chương Bêtơng dùng chất kết dính vơ Phụ lục Định mức cấp phối hỗn hợp bêtông thông dụng Chương Vữa xây dựng Phụ lục Định mức cấp phối hỗn hợp vữa xây dựng thông dụng Chương Vật liệu gỗ Chương Chất kết dính hữu Chương Bêtông atphan Chương 10 Vật liệu kim loại Chương 11 Vật liệu kính xây dựng Chương 12 Các loại vật liệu khác (vật liệu không nung, vật liệu cách nhiệt, vật liệu chất dẻo ) Phần phụ lục cuối giới thiệu khối lượng thể tích, khối lượng riêng, hệ s ố dẫn nhiệt m ột sô'vật liệu thông dụng; chuyển đổi đơn vị; danh mục cúc tiêu chuẩn yêu cầu kỹ thuật vật liệu xây dựng Bên cạnh nội dung trên, phần cuối chương bêtông vù vữa xây dựng cỏ phần phụ lục thành ph ần cấp phối bê tông vữa xây dựng thông đụng dùng đê lập định mức dự toán, lập kê hoạch, quản lý sử dụng vật tư Hy vọng G iáo trìn h V ật liệu xây dựng b ổ ích cho người sử dụng xem m ột người bạn đồng hành nhà xây dựng cơng trình Tuy nhiên, có nhiều cô' gắng, chắn không tránh khỏi nh ữ ng thiếu sót, mong nhận góp V phê bình đọc giả Xin chân thành cảm ơn r p / _ _• i c giá CHƯƠNG MỞ ĐẦU TẦ M QUAN TRỌNG CỦA VẬT LIỆU XÂY D ựN G V ật liệu xây dựng có vai trị quan trọng cần thiết cơng ưình xây dựng, định chất lượng, tuổi thọ, mỹ thuật giá thành cơng trình C hất lượng vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cơng trình, nên ngành vật liệu xây dựng trọng đầu tư phát triển Nhờ vậy, nhiều thiết bị sản xuất vật liệu xây dựng cải tiến thay đổi, cồng nghệ đưa vào hoạt động tạo nhiều sản phẩm làm thay đổi sâu sắc mặt ngành vật liệu xây dựng, bước hịa nhập vào trình độ chung khu vực th ế giới v ề chi phí vật liệu xây dựng cơng trình chiếm tỉ lệ tương đối lớn tổng giá thành xây dựng Cụ thể, cơng trình dân dụng cơng nghiệp chi phí chiếm đến 80%; đốì với cơng trình giao thơng đến 75%; đơi với cơng trình thủy lợi chiếm đến 55% S LƯỢC TÌNH HÌNH PHÁT TRIEN XÂY D ự N G ngành sản X ẤT vật l iệ u T h i xư a lo i n g i b iế t d ù n g lo i v ậ t liệ u đ n g iả n c ó th iên nhiên đất, rơm rạ, đá, gỗ để xây dựng nhà cửa, cầu cống, nơi trú ẩn Người ta biết dùng đến đất sét, gạch mộc, sau biết dùng gạch ngói đ ất sét nung T heo thời gian, người biết dùng số chất kết dính rắn khơng khí đất sét, vơi, m ật m ía, thạch cao để gắn vật liệu rời rạc cát, gạch, đá lại với thành khối, tảng Do nhu cầu xây dựng cơng trình tiếp xúc với nước nằm nước, người ta nghiên cứu tìm chât kết dính mới, có khả rắn ưong nước, chất kết dính hỗn hợp gồm vơi rắn khơng khí với chât phụ gia hoạt tính, sau phát minh vơi thủy đến đầu th ế kỷ 19 phát minh xi m ăng Pooc lăng Đ ến thời kỳ người ta sản xuất sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại, bêtông cốt thép, bêtông ứng lực trước, gạch không nung H i ệ n n a y tr ê n t h ế g i i đ ã đ t đ ế n trình đ ộ c a o v ề c ô n g n g h ệ s ả n x u ấ t v s d ụ n g v ậ t liệ u x â y d ự n g Á p d ụ n g n h iề u phư ng p h p c ô n g n g h ệ tiên tiến n h iề u sản p h ẩ m m i đ i đ t h i ệ u q u ả k in h t ế v y ê u c ầ u c h ấ t lư ợ n g n h v ậ t l i ệ u g ố m n u n g lò - nen, xi m ăng nung lò quay với nhiên liệu lỏng khí, câu kiện bê tơng ứng lực trước với kích thước lớn, vật liệu ốp lát tráng men, gạch g r a n i t e é p b n k h ô , đ ố p t , v ậ t l i ệ u c o m p o s i t e , Việt Nam, từ xưa có cơng trình gỗ, gạch đá xây dựng tinh ví, v í dụ c n g trình đ T h n h n h H (T h a n h H ó a ) , c n g trình đ ấ t c ổ L o a ( Đ ô n g A n h H N ộ i ) N h n g tron g s u ố t th i k ỳ p h o n g k iế n thực d ân th ố n g trị, k ỹ th u ậ t v ề v ậ t l i ệ u x â y d ự n g ( V L X D ) k h ô n g đ ợ c đ ú c k ế t, đ ề c a o v p h t triển, sa u c h i ế n t h ắ n g thực d â n P h p ( ) v n h ấ t từ n g n h x â y d ự n g V i ệ t N a m đ i ( - - ) đ ế n n a y n g n h c ô n g n g h i ệ p V L X D đ ã p h t triển n h a n h c h ó n g T r o n g n ă m , từ n h ữ n g V L X D t r u y ề n t h ố n g n h g c h , n g ó i , đ , cát, x i m ă n g , n g y n a y n g n h V L X D V i ệ t N a m b a o g m h n g tr ă m c h ủ n g l o i v ậ t l i ệ u k h c n h a u , từ v ậ t l i ệ u th ô n g d ụ n g n h ấ t đ ế n v ậ t l i ệ u c a o c ấ p v i c h ấ t lư ợ n g tốt, c ó đủ c c m ẫ u m ã , k ích th c , m u s ắ c đ p ứ n g nhu cầu xây dựng nước hướng xuất Nhờ có đường lối phát triển kinh tế đắn Đảng, ngành VLXD ngành trước m ột bước, phát huy tiềm năng, nội lực sử dụng nguồn tài nguyên phong phú, đa dạng với sức lao động dồi dào, hợp tác, liên doanh, liên kết n g o i n c , ứ n g d ụ n g c ô n g n g h ệ t i ê n t i ế n , k ỹ th u ậ t h i ệ n đ i c ủ a t h ế g i i v o h o n c ả n h c ụ t h ể c ủ a n c ta , đ ầ u tư, l i ê n d o a n h v i n ữ ổ c n g o i x â y d ự n g n h i ề u n h m y m i t r ê n k h ắ p b a m i ề n như: x i m ă n g B ú t S n ( , tr t â r i/n ă m ) , x i m ă n g Bỉm Sơn (1,2 tr tẩn/năm ), xi măng ChinFon - Hải Phòng (1,4 tr tấn/năm ), xi măng Holcim (1,76 tấn/năm ), xi m ăng Nghi Sơn (2,27 triệu tấn/năm ), xi m ăng Hà Tiên ( , tr t â n / n ă m ) , v ề g ố m s ứ x â y d ự n g n h m y c e r a m ì c H ữ u H n g , T h a n h T rì, T h c h B n , V i ệ t T rì, Đ N ẩ n g , Đ n g T â m , T a i c e r a , ShiJa C c s ả n p h ẩ m r ấ t đ a d n g v ề c h ủ n g l o i , p h t t r iể n c c s ả n p h ẩ m c ó k íc h th c lớ n , s ả n p h ẩ m ố p t p h ù h ợ p v i v ù n g k h í h ậ u n h i ệ t đ i ẩ m n c ta M ột thành tựu quan trọng ưong ngành Gốm sứ xây dựng phát triển đột biến sứ vệ sinh Hai nhà máy sứ Thiên Thanh, Thanh Trì nghiên cứu sản x u ấ t s ứ từ n g u y ê n l i ệ u tr o n g n c , tự v a y v ố n đ ầ u tư tr a n g bị d â y c h u y ề n c ô n g n g h ệ t i ê n t i ế n , t h i ế t b ị h i ệ n đ i đư a s ả n lư ợ n g h a i n h m y l ê n 0 0 s ả n p h ẩ m / n ă m N ế u k ể c ả s ả n l ợ n g c ủ a c c l i ê n d o a n h n ă m 9 đ ã s ả n xuâ't đ ợ c tr iệ u s ả n p h ẩ m s ứ v ệ s in h c ó c h ấ t lư ợ n g c a o v ề T h ủ y tin h x â y d ự n g , n ă n g lự c s ả n x u ấ t k ín h x â y d ự n g n c ta đ ế n n ă m 0 k h o ả n g , t r i ệ u m 2/ n ă m , tr o n g đ ó n h m y k ín h Đ p c ầ u k h o ả n g , tr iệ u m 2/năm , nhà m áy kính Q uế Võ khoảng 28 triệu m 2/năm Các sản phẩm kính đa d n g n h k ín h p h ẳ n g , k ín h p h ả n q u a n g , k ín h m u , k ín h a n t o n , g n g s o i , b ô n g s ợ i t h ủ y ti n h , b ô n g s ợ i k h o n g Ngoài loại vật liệu bẳn trên, sản phẩm vật liệu trang trí hồn thiện n h đ ố p l t t h i ê n n h i ê n s ả n x u ấ t tư đ c ẩ m t h c h , đ h o a c n g , s n s i l i c a t , v ậ t l i ệ u c h ố n g t h ấ m , v ậ t l i ệ u l m trần, v ậ t l i ệ u lợ p đ ã đ ợ c p h t tr iể n v i t ố c đ ộ c a o , c h ấ t lư ợ n g n g y c n g c ả i th iệ n Tuy nhiên, bên cạnh nhà máy VLXD đầu tư với công nghệ tiên tiến, t h i ế t b ị h i ệ n đ i c ũ n g c ò n n h i ề u n h m y v ẫ n c ị n d u y trì c n g n g h ệ l c h ậ u , t h i ế t bị q u c ũ , c h ấ t l ợ n g s ả n p h ẩ m k h ô n g ổ n đ ịn h P h n g h n g p h t t r i ể n n g n h c ô n g n g h ệ v ậ t l i ệ u t r o n g t h i g i a n t i p h t h u y n ộ i lự c v ề n g u n tà i n g u y ê n th iê n n h iê n p h o n g p h ú , lự c lư ợ n g la o đ ộ n g d i d o , tích c ự c h u y đ ộ n g v ố n tr o n g d â n , t ă n g c n g h ợ p t c t r o n g n c , n g o i n c , đầu tư phát triển nhiều công nghệ tiên tiến, sản xuất m ặt hàng thay th ế h n g n h ậ p k h ẩ u n h v ậ t l i ệ u c a o c ấ p , v ậ t l i ệ u c c h â m , c c h n h i ệ t , v ậ t l i ệ u tr a n g trí n ộ i t h ấ t , h o n t h i ệ n đ ể t o l ậ p m ộ t thị tr n g v ậ t l i ệ u đ n g b ộ p h o n g p h ú , t h ỏ a m ãn nhu cầu toàn xã hội với tiềm lực thị trường to lớn nước, đủ sức để c n h tr a n h , h ộ i n h ậ p thị tr n g k h u v ự c v t h ế g i i M ụ c t i ê u n ă m s ả n x u ấ t - tr iệ u tấ n x i m ă n g , - tr iệ u m g c h m e n t n ề n , ố p tư n g , - triệu sản phẩm sứ vệ sinh với phụ kiện đồng bộ, 80 - 90 triệu m kính xây dựng loại, - tì viên gạch, 30 - 35 triệu m lợp, 35 - 40 triệu m đá xây d ự n g , t r i ệ u m đ ố p l t , 0 t ấ m c c h â m , c c h n h i ệ t , b ô n g , s ợ i t h ủ y tin h , v ậ t liệ u m i, v ậ t liệ u tổ n g hợp PHÂN LOẠI VẬ T LIỆU XÂY P ự N G V L X D c ó r ấ t n h i ề u l o i , n h n g đ ề u n ằ m tr o n g b a n h ó m c h í n h s a u đ â y : Vât liệu vô cơ: Bao gồm loại vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu nung, l o i c h ấ t k ế t d ín h v ô c , b ê t ô n g , v ữ a , c c l o i v ậ t l i ệ u đ n h â n t o k h ô n g n un g Vật liệu hữu cơ: Bao gồm loại vật liệu gỗ, tre, loại bitum gudrong, vật liệu keo chất dẻo, l o i sơn, v é c n i Vật liệu kim loại: Bao gồm loại vật liệu sản phẩm gang, thép, loại vật liệu kim loại màu hợp kim M ỗi loại vật liệu có thành phần, cấu tạo đặc tính riêng biệt, phạm vi nghiên cứu môn học rộng Tuy nhiên môn học sở, nhiệm vụ chủ yếu môn học nghiên cứu tính nãng vật liệu, cách sử dụng hợp lý loại vật liệu v s ả n p h ẩ m , đ n g th i c ũ n g c ó đ ề c ậ p s b ộ đ ế n n g u y ê n l i ệ u , t h n h p h ầ n d â y c h u y ề n c n g n g h ệ c ó ả n h h n g đ ế n tín h n ă n g c ủ a c h ú n g Chương C Á C Đ Ặ C TÍNH K Ỹ T H U Ậ T CỦA VLXD 1.1 CÁC TÍNH CH Ấ T NHIỆT - VẬT LÝ CỦA VLXD 1.1.1 Các thông sô" trạng thái đặc trưng câu trúc 1.1.1.1 Khối lượng riêng a) Khái niệm Là khối iượng m ột đơn vị thể tích vật liệu trạng thái hồn tồn đặc (khơng kể lỗ rỗng) sau sấy khô nhiệt độ 105°c + 110°c đến khối lượng không đổi b) Công thức Ya = -ụ—; (g/cm3, kg/m3, T /m 3) ii Với: Gk - khối lượng m ẫu thí nghiệm trạng thái khơ; v „ĩt - t h ể tíc h đ ặ■c h o n t o n c ủ a v ậ• t l i ệ u c) Phương pháp xác định - C â n đ o v i v ậ t l i ệ u đ ặ c h o n to n , c ó k íc h th c h ìn h h ọ c rõ r n g n h t h é p , kính - Dùng bình tỉ trọng với vật liệu rỗng, rời rạc cát, xi măng * Vật liệu đặc có hình dạng hình học xác định: thép, kính G: dùng cân kỹ thuật, sai số : ,0 lg; 0,lg Va: dùng thước đo Hình ĩ.ỉ: Cân kỹ thuật * Vậí liệu đặc khơng có hình dạng hình học xác định: s ỏ i , sạn, đá dăm X 2cm, X 4cm Dựa vào dời chỗ chât ỉỏng (chất lỏng không tác dụng hóa học với mẫu thí nghiệm ) Dùng ống đong, thùng đong có vạch chia, + G: dùng cân kỹ thuật, sai số: ,ũ ig ; 0,lg + v a= v 2- v , Phương pháp cần nước: Dựa vào sức đẩy Archim ete để xác định Ỵa vật liệu ik ya = G k - G vln Yn đó: G k - khối lư ợ n g vật liệu trạng hồn tồn khơ khơng khí G vln - khối lương vật liệu đem thí nghiệm cân mơi trường nước (Gvln < G k lực đẩy Archimete: Gvln = Gk - Ỵn Vavl;yn = lg/cm 3) * Vật liệu rời rạc (hạt nhỏ): Cát, đá, xi măng; vật liệu rỗng (như gạch, đá, b ê t ô n g , v ữ a ) p h ả i n g h i ề n đ ế n c ỡ h t n h ỏ h n , m m d ù n g p h n g p h p v ậ t l i ệ u chiếm chỗ chất lỏng để xác định Va Dùng bình tỷ trọng với dung mơi nước đơi với cát, dầu hỏa CC14 đôi với xi măng Khơng dùng dung dịch có phản ứng hóa học với vật liệu V í dụ: + Đối với cát: dùng bình tỉ trọng tam giác V = 12 ml 500ml (500cc) ( G - Gj )yn y a (G - G , ) - ( G - G 2) đó: G I - k h ố i l ợ n g b ìn h k h ô n g ; G - khơi lượng bình chứa cát; G - khối lượng bình chứa cát nước; G - khơi ỉượng bình chứa nước cất; Yn - k h ố i l ợ n g r i ê n g c ủ a n c c â ì = g / c m Hình 1.2 Bình tỉ trọng + Đ ối với ximăng: Sử dụng bình khối lượng riêng (bình tỉ trọng chatelier) K h ố i l ợ n g x i m ă n g tr n g th i h o n t o n k h ô , s ấ y n h i ệ t đ ộ t° = ° c + 1 ° c , w < 0,2% (hiệu số sau lần cân Gi+| - Gị < 0,2%) d) Ý nghĩa - K h ố i l ợ n g r i ê n g c ủ a v ậ t l i ệ u c h ỉ phu t h u ộ c v o th n h p h ầ n c ấ u t o v c ấ u trúc vi mơ nên biến động phạm vi nhỏ - D ù n g đ ể tín h t o n c ấ p p h ố i v ậ t l i ệ u h ỗ n h ợ p , m ộ t s ố c h ỉ t i ê u v ậ t lý k h c - Phân biệt chủng loại vật liệu - Đ ố i v i v ậ t l i ệ u h ỗ n hợp, k h ố i lư ợng r iê n g đư ợc lấ y b ằ n g k h ố i lư ợ n g r iê n g trung bình xác định theo công thức sau: hh _ G ị + G + + G n ịẠ* Ạ ĩ\ Ĩ2 yn V Í dụ: + Đá thiên nhiên, nhân tạo: Ya = 2,20 + 3,30 g/cm (Đá granit ya = 2,7 g/cm 3, túp n ú i lử a: Ya = , g / c m 3, g c h n g ó i đ ấ t s é t n u n g : Ya = , H- , g / c m 3, x i m ă n g : Ya = ,9 -ỉ- ,2 g /c m ) + Kim loại đen (thép, gang): Ya = 7,25 H- 7,85 g/cm + V ậ t l i ệ u d n g h ữ u c ( g ỗ , b it u m , n h ự a t ổ n g h ợ p ): Ỵa - -í- g / c m 1.1.1.2 Khối lượng th ể tích a) Khái niệm: Là khối lưdng (íđn vị thể úch vật liệu trạng thái tự nhiên (kể lỗ rỗng) b) Công thức Yo = ~ ~ ; (g/cm 3, kg/m 3, T/m3) %) o n g đ ó : v - t h ể t í c h tự n h i ê n c ủ a v ậ t liệ u ; G - k h ô i l ợ n g m ẫ u thí n g h i ệ m , b a o g m c c tr n g th i sau: G k - k h ô i l ợ n g tr n g th i k hô; G w - khối lượng trạng thái ẩm; G - k h ố i l ợ n g tr n g th i ướt; G bh - k h ố i l ợ n g ỡ t r n g th b ã o h ò a ; 10 Y0- khối lượng thể tích bao gồm trạng thái sau: Qk Ỵq = - khơi lượng thể tích trạng thái khơ Yo - khối lượng thể tích trạng thái ẩm: q VÕ=Ệ (thể tích thay đổi AV = y' v = VV = ^ — ) (thể tích khơng đổi) v0 Q bh Ỵph = —— - khối Ví dụ: lư ợ n g tích trạng thái bão hịa + Gạch đất sét nung Yo = ỉ ,3 - 1,9 g/cm3, + Bêtông nặng Ỵo= 1,8 - 2,5 g/cm3 + G ạch silicat Yo= 1,2 - 1,6 g/cm3 + Mipo có nhiều lỗ rỗng Yo = 0,02 g/cm3 Ỵo biến động phạm vi rộng (0,02 - 7,85 g/cm3).VỚi vật liệu hoàn t o n đ ặ c th ì Yo = Ỵa c) Phương pháp xác định - Cân đo với vật liệu có kích thước hình học rõ ràng - Bọc m ẫu parin, cân chẩt lỏng tìm thể tích c h ấ t l ỏ n g d i c h ỗ Á p d ụ n g c h o m ẫ u c ó h ìn h d n g b ấ t k ỳ - Dùng dụng cụ có dung tích để xác định vật liệu dạng rời rạc * V ật liệu có dạng hình học xác định: viên gạch xây, gạch ceramic - G k: cân; Vo : đo * Vật liệu khơng có dạng hình học xác định: G : can; Vo: đ o t h ể tíc h d ự a v o dời c h ỗ củ a ch ất lỏ n g Bao bọc vật liệu parin (yap = Ỵ0P « 0,9 g/cm3): vật liệu có khối lượng G k+P, bỏ vào bình chia thể tích v „v l * p = v 2- v ,; Hĩnh 1.3 Dụng cụ thủ khối lượng thể tích 11 ... dụng loại vật liệu xây dựng m ột nhu cầu thường xuyên nhà xây dựng, kiến trúc sư, kỹ sư xây dựng, đơn vị sàn xuất vật liệu xây dựng, cán giảng dạy, sinh viên chuyên ngành kỹ thuật xây dựng đối... Vữa xây dựng Phụ lục Định mức cấp phối hỗn hợp vữa xây dựng thông dụng Chương Vật liệu gỗ Chương Chất kết dính hữu Chương Bêtơng atphan Chương 10 Vật liệu kim loại Chương 11 Vật liệu kính xây dựng. .. mặt ngành vật liệu xây dựng, bước hòa nhập vào trình độ chung khu vực th ế giới v ề chi phí vật liệu xây dựng cơng trình chiếm tỉ lệ tương đối lớn tổng giá thành xây dựng Cụ thể, cơng trình dân