Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 - TS. Vũ Quốc Hoàng

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 Các tính chất cơ lý chủ yếu của vật liệu xây dựng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các tính chất vật lý chủ yếu; các tính chất cơ học chủ yếu. Mời các bạn cùng tham khảo!

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG TS Vũ Quốc Hoàng Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng GIỚI THIỆU  Giáo trình Vật liệu Xây Dựng gồm 13 Chương  Chương trình học Chương  Tầm quan trọng môn Vật Liệu Xây Dựng  Tài liệu Tham khảo: 1/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Đại học, THCN- Hà Nội Các tác giả: Lê Đỗ Chương, Phan Xuân Hồng 2/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2001 Các tác giả: Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu 3/ Bài tập Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2000 GV VŨ QUỐC HOÀNG CHƢƠNG I CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Gồm phần:  Các tính chất vật lý chủ yếu  Các tính chất học chủ yếu Các tính chất vật lý chủ yếu 1.1 Khối lƣợng riêng a) Định nghĩa: b) Ký hiệu: a c) Cơng thức: Đơn vị: • g/cm3 : dùng chủ yếu phịng thí nghiệm • Kg/dm3, kg/m3, T/m3 : dùng chuyển đổi Trong đó: • m: Khối lượng mẫu vật liệu trạng thái hồn tồn khơ • Va: GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.1 Khối lƣợng riêng d) Phương pháp xác định a : Tuỳ loại vật liệt mà có phương pháp xác định khác nhau: - Mẫu hồn tồn đặc có kích thước hình học rõ ràng:  m + Đem cân mẫu để xác định m a   Va + Đo mẫu để xác định Va  - Mẫu hoàn toàn đặc có hình dạng bất kì: m + Đem cân mẫu để xác định m a   Va + Tìm V nước dời chỗ   Va= V2-V1 GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.1 Khối lƣợng riêng d) Phương pháp xác định a : Tuỳ loại vật liệt mà có phương pháp xác định khác nhau: - Đối với loại vật liệu rời rạc (cát), bột (xi măng…): + Sử dụng bình tỷ trọng : • Thí nghiệm xi măng dùng dung dịch: CCl4 hay dầu hôi  Vax  V2  V1  • a  m Va Thí nghiệm cát: dùng dung dịch nước cát nghiền mịn để tránh độ rỗng hạt cát (dùng nước nước khơng làm thay GV VŨ QUỐC HỒNG đổi V cát) Các tính chất vật lý chủ yếu 1.1 Khối lƣợng riêng e) Các ứng dụng phạm vi sử dụng: - Dùng để tính độ đặc độ rỗng vật liệu - Dùng để tính tốn cấp phối bê tơng vữa xây dựng - Dùng để phân biệt vật liệu loại Ví dụ: vật liệu kim loại đen (gang, thép):  A A: Thép B  a a B: Gang   A: thép GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.1 Khối lƣợng riêng Vài số thí dụ a số loại vật liệu xây dựng Bảng I-1 Tên vật liệu a ( kg/m3) -Thép -Ciment Portland -Đá Granit(e) -Cát thạch anh (SiO2) -Gạch đất sét nung -Kính xây dựng (Silicat) -Đá vôi “đặc” -Gỗ 7800-7900 2900-3100 2700-2800 2600-2700 2500-2800 2500-3000 2400-2600 1500-1600 GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.2 Khối lƣợng thể tích a) Định nghĩa: b) Kí hiệu: 0 c) Cơng thức: Đơn vị: 0 - g/cm3, Kg/dm3, Kg/m3, T/m3 m - khối lượng mẫu vật liệu trạng thái tự nhiên (g,kg,T) V0GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.2 Khối lƣợng thể tích d) Phương pháp xác định: Tuỳ loại vật liệu mà có phương pháp xác định khác nhau: + Các loại vật liệu có kích thước hình học rõ ràng: • Đem cân mẫu để xác định m  m • Đo mẫu để xác định V0  0   V0 + Mẫu có hình dạng thì: Đem cân mẫu để xác định m • Bọc mẫu paraffine (ký hiệu p) mp Vp  • Tìm V0= cách xác định thể tích V nước dời chỗ p V0= V-Vp + Những loại vật liệu dạng rời rạc: cát, xi măng, đá…dùng bình có GV VŨ QUỐC HỒNG dung tích xác định • Các tính chất vật lý chủ yếu 1.2 Khối lƣợng thể tích e) Phạm vi ứng dụng o • Tính độ đặc độ rỗng vật liệu • Tính tốn cấp phối bê tơng vữa xây dựng • Tính độ ổn định kết cấu móng cơng trình • Tính toán lực chọn phương tiện vận chuyển bốc xếp • Tính tốn chiều dày () tường cách nhiệt GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.2 Khối lƣợng thể tích + Vài số thí dụ o số loại vật liệu xây dựng: Bảng I-2 Tên vật liệu - Thép Đá Granite Bê tông nặng Gạch đất sét nung (đặc) Cát thạch anh (SiO2) Nước Bê tông nhẹ Gỗ Sapin (lãnh Sam) Cốt liệu nhân tạo (Keramsite) Bông khống Mipo (rỗng, xốp)GV VŨ QUỐC HỒNG o ( kg/m3) 7800-7850 2600-2800 1800-2500 1600-1800 1450-1650 1000 500-1800 500-600 300-900 200-400 20-100 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.2 Khối lƣợng thể tích + Nhận xét:  Thơng thường: o < a  Nếu o = a : - Vật liệu không hút nước - Vật liệu không thấm nước (thép, bitum, kính xây dựng) GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.3 Độ đặc a) Định nghĩa: b) Ký hiệu: đ c) Công thức:   Thông thường Vật Liệu Xây Dựng đ CBH  CBHmax =  Độ bão hòa nước đặc trưng hệ số bão hịa: KBH  Cơng thức :  Khi vật liệu bị ẩm ướt bão hòa nước thường Vnở   o      R GV VŨ QUỐC HOÀNG 10 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.9 Tính truyền nhiệt Trong Phịng thí nghiệm, xác định  cách: Chọn: a = 1m F = m2   = Q (Kcal) t1 – t = 1C z = 1h  Vậy hệ số truyền nhiệt  nhiệt lượng Q (Kcal) truyền qua tường dày 1m, tiết diện 1m2 thời gian nhiệt độ chênh lệch tường 1C GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.9 Tính truyền nhiệt  Thành phần vật liệu  Cấu tạo vật liệu  o  r w  Nhiệt độ trung bình thời điểm xác định  Mặt khác, hệ số truyền nhiệt  thuộc vào phương chiều truyền nhiệt (đối với loại vật liệu có cấu tạo khơng đẳng hướng) Ví dụ: Gỗ:  dọc thớ = 0,3 Kcal/ mhC  ngang thớ = 0,15 Kcal/ mhC GV VŨ QUỐC HOÀNG 13 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.9 Tính truyền nhiệt   Trong trường hợp vật liệu khô trạng thái tự nhiên (trong khơng khí), sử dụng cơng thức thực nghiệm gần để tính  Giáo sư Necraxov: Kcal/m.h C (o : g/cm3, T/m3) Công thức tham khảo:  W/moc (o : g/cm3, T/m3) GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.9 Tính truyền nhiệt Khi vật liệu làm việc điều kiện t  100oC Cơng thức Giáo sư Vlasov Kcal/mhoC Trong đó: • t , o •  • tTB  GV VŨ QUỐC HOÀNG 14 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.10 Nhiệt dung – Tỷ nhiệt a) Nhiệt dung: Là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào đun nóng Kcal b) Tỷ nhiệt: Kcal/KgoC Trong đó: • G • t1-t • C • Nếu chọn mẫu vật liệu có G = 1kg t 1-t = 1oC C=Q • Vậy tỷ nhiệt C= Q tính Kcal dùng để đun 1kg vật liệu nóng thêm lên 1oC GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.10 Nhiệt dung – Tỷ nhiệt Ứng dụng C:  Dùng để tính tốn lượng nhiệt cần thiết, dùng để gia cơng nhiệt nhằm thúc đẩy q trình rắn sản phẩm  Dùng để tính tốn lựa chọn loại vật liệu để xây dựng nhà điều kiện thiếu điện khí hóa, thiếu hơi, khí hậu lạnh  chọn vật liệu có C lớn  nhỏ Ví dụ: gỗ có C> ,  >  dọc thớ = 0,3 Kcal/mhoC  ngang thớ = 0,15 Kcal/mhoC GV VŨ QUỐC HỒNG 15 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.10 Nhiệt dung – Tỷ nhiệt  Khi vật liệu bị ẩm ướt tỷ nhiệt ký hiệu: • W: Cn: Vật liệu nhiều thành phần tạo nên tỷ nhiệt: •  C1 C2 Cn G1 G2 Gn - GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.10 Nhiệt dung – Tỷ nhiệt     Vài số thí dụ C số loại vật liệu xây dựng : Đối với đá thiên nhiên đá nhân tạo thì: C = 0,180,22 Kcal/KgC Đối với vật liệu gỗ C = 0,57 0,65 Kcal/KgC Đối với thép C = 0,115 Kcal/KgC Đối với nước C = Kcal/KgC GV VŨ QUỐC HOÀNG 16 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.11 Tính chống cháy – Tính chịu lửa a) Tính chống cháy  Tính chống cháy khả liệu chịu tác dụng nhiệt độ cao mà không bị phá hủy  Dựa vào khả chống cháy, vật liệu chia làm nhóm: Vật liệu khơng cháy: Khi gặp tác dụng lửa nhiệt độ cao, vật liệu khơng bị cháy khơng bị biến hình đáng kể Ví dụ: Gạch, ngói, bê-tơng , vật liệu amiăng Vật liệu khơng cháy biến hình nhiều (như thép), bị phá hủy (như đá thiên nhiên, đá hoa, thạch cao) GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1.11 Tính chống cháy – Tính chịu lửa a) Tính chống cháy Vật liệu khó cháy: Là vật liệu thân dễ cháy, nhờ có lớp bảo vệ nên tác dụng lửa nhiệt độ cao lại khó cháy thành ngọn, cháy âm ỉ Ví dụ : Tấm Fibrolit Vật liệu dễ cháy: cháy bùng lên thành gặp lửa nhiệt độ cao Ví dụ: Gỗ, lợp nhựa hữu cơ, chất dẻo, GV VŨ QUỐC HỒNG 17 Các tính chất vật lý chủ yếu 1.11 Tính chống cháy – Tính chịu lửa b) Tính chịu lửa  Tính chịu lửa tính đề kháng vật liệu khơng bị biến hình chịu tác dụng lâu dài nhiệt độ  Có nhóm vật liệu khác : Vật liệu chịu lửa: chịu tác dụng to > 1580oC Gạch samốt, gạch dinat Vật liệu khó chảy: chịu tác dụng to  [1350 – 1580oC] Vật liệu dễ chảy: độ chịu lửa < 1350oC Ví dụ : Gạch đất sét thường Vật liệu chịu lửa sử dụng để xây phận tiếp xúc với lửa buồng đốr, ống khói, phận phải chịu lực nhiệt độ cao thường xuyên GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.1 Khái niệm cƣờng độ Khái niệm cường độ:  Cường độ vật liệu khả chịu tác dụng ngoại lực (tải trọng, thay đổi nhiệt độ, vận tốc dòng chảy, vận tốc gió bão)  Trong đó, kết cấu cơng trình, vật liệu làm việc chịu nén, kéo uốn, cắt, va chạm… Nhưng thường người ta xác định lực nén, kéo, uốn GV VŨ QUỐC HỒNG 18 Các tính chất học chủ yếu 2.2 Cƣờng độ chịu nén - kéo a) Công thức: Kgf/cm2 , N/cm2 N = 0,1019 Kgf Kgf = 9,806 N + Pmax +F - GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.2 Cƣờng độ chịu nén - kéo Đối với vật liệu giịn: gang, đá, bê tơng, gạch, xi măng… : xác định chủ yếu cường độ chịu nén quy mác vật liệu (Kgf/ cm2) Ví dụ: Rb = 400 = 400 Kgf/ cm2 Rx = 400 = 400 Kgf/ cm2 • Đối với vật liệu dẻo: thép  cường độ chịu kéo Rx (k) • Vật liệu gỗ: nén “dọc trục”  tốt kéo “dọc trục”  tốt chịu uốn  tốt • GV VŨ QUỐC HỒNG 19 Các tính chất học chủ yếu 2.2 Cƣờng độ chịu nén - kéo    Cường độ vật liệu định chủ yếu thành phần vật liệu, cấu tạo vật liệu, hình dạng đặc trưng bề mặt vật liệu Ngồi ra, cường độ vật liệu cịn phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ độ ẩm tiến hành xác định, thuộc vào kích thước mẫu thí nghiệm Do vậy, nói cường độ vật liệu tiêu mang tính chất điều kiện định GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.2 Cƣờng độ chịu nén - kéo b) Phương pháp thí nghiệm:  Ngày nay, ngồi phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu, người ta cịn ứng dụng phương pháp thí nghiệm khơng phái hoại không hư hỏng  Để thực phương pháp này, người ta dùng nguyên liệu lý âm học, tìm tốc độ truyền siêu âm qua mẫu vật liệu, vận tốc nhanh vật liệu đặc  R cao  (Phƣơng pháp siêu âm): tiến hành: • Đúc nhiều nhóm mẫu tính tốn xác • Dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn • v qua nhóm mẫu (m/s)  xây dựng đồ thị chuẩn • Nén  Rn GV VŨ QUỐC HOÀNG 20 Các tính chất học chủ yếu 2.2 Cƣờng độ chịu nén - kéo Rn Hình I.1 Đồ thị chuẩn R4 R3 V1 V3 V2 V4 V5 V6 V (m/s) GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.3 Cƣờng độ chịu uốn   Trong phịng thí nghiệm để xác định cường độ chịu uốn, người ta chế tạo mẫu dạng (dầm), kích thước chuẩn mẫu vữa xi măng 4416 cm Dầm (thanh), tiết diện chữ nhật chịu lực tập trung P dầm: P h Sơ đồ tính: L b Cơng thức: (Kgf/cm2) GV VŨ QUỐC HỒNG 21 Các tính chất học chủ yếu 2.3 Cƣờng độ chịu uốn   Dầm (thanh): tiết diện chữ nhật, chịu hai lực P/2, đặt cách a, cách gối tựa a Sơ đồ tính: P/2 P/2 h a a a b (Kgf/cm2) GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.3 Cƣờng độ chịu uốn   Khi dầm làm việc chịu uốn thường phần bên chịu kéo, phần bên chịu nén Thông thường Rk < Rn (trừ thép, gỗ) Để đánh giá loại vật liệu mà vào giá trị cường độ cao chưa đủ, có loại vật liệu có giá trị cường độ cao nặng nề (o>) tốn nhiều vật liệu, làm nặng cơng trình  đầu tư móng tăng, mỹ quan Do vậy, người ta đưa vào khái niệm hệ số phẩm chất GV VŨ QUỐC HOÀNG 22 Các tính chất học chủ yếu 2.4 Hệ số phẩm chất         Cơng thức: khơng có thứ ngun Kpc lớn phẩm chất tốt Vài số thí dụ Kpc số loại vật liệu xây dựng Dura: Kpc = 1,61 Thép tốt: Kpc = 1,27 Gỗ xoan: Kpc = 0,70 Thép cơnng trình 3: Kpc = 0,51 Bê tông mác 150#: Kpc = 0,06 Gạch xây mác 50#: Kpc = 0,29 GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất học chủ yếu 2.5 Hệ số phẩm chất    Mặt khác, độ cứng vật liệu cịn đặc trưng khả khó gia cơng loại vật liệu Có hai phương pháp xác định độ cứng: • • GV VŨ QUỐC HỒNG 23 Các tính chất học chủ yếu 2.5 Hệ số phẩm chất a) Bảng thang độ cứng Mohs:Bảng I-3 Bậc thang Mohs Tên khống vật cơng thức hóa học Rất mềm, rạch bề mặt thành vệt móng tay Mềm  cứng vừa rạch bề mặt dao kim loại ấn mạnh 10 Đặc trưng độ cứng Mohs Cứng  cứng, dùng rạch thành vệt kinh xây dựng GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất học chủ yếu 2.5 Hệ số phẩm chất b) Độ cứng Brinen (HBR)  Người ta sử dụng bi thép đặc biệt, có đường kính D (mm)  Ấn bi thép vào vật liệu định thử lực P (Kgf,N)  Do đường kính vết lõm  d (mm) P D d Công thức: Kgf/mm2, N/mm2 + F: + P: D bi: (10 mm; mm; 2,5 mm; mm) tính chất vật liệu (K)  P = KD2 (Kgf)  GV VŨ QUỐC HỒNG 24 Các tính chất học chủ yếu 2.5 Hệ số phẩm chất b) Độ cứng Brinen (HBR)  Kim loại:  Đen K = 30  Màu K = 10  Mềm K =  Chọn bi có D = 10 mm, ấn vào kim loại đen (K=30)  P = 30.102 = 3000 Kgf  Khi HBR lớn  vật liệu cứng, d lớn  vật liệu mềm GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.6 Độ mài mòn Định nghĩa:    Lấy mẫu hình trụ có kích thước d = 2.5cm, h = 5cm Kẹp mẫu lên đĩa, quay tròn với tốc độ 33 vịng/phút Quay 1000 vịng có rắc cát thạch anh cỡ 0.3÷0.6 mm (rắc khoảng 2.5 lít cát/1000 vịng) cát thạch anh Thí nghiệm mài mịn GV VŨ QUỐC HỒNG 25 Các tính chất học chủ yếu 2.6 Độ mài mịn  Cơng thức: (g/cm2 ) Trong đó: FG1,G2 -  GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.7 Độ chống va chạm Định nghĩa:  Để xác định độ chống va chạm dùng máy búa đặc biệt Đặt mẫu nằm bệ trụ Quả cân treo độ cao định rơi tự đập vào mẫu xuất vết nứt GV VŨ QUỐC HỒNG 26 Các tính chất học chủ yếu 2.8 Độ chống hao mòn  Ký hiệu (Hm) Định nghĩa:  Máy xác định (hình trống Đêvan) Vật liệu đá thiên nhiên Đập đá cục m = 100 gram Cân lấy kg = 50  cục Cho vào máy quay 10.000 vòng     GV VŨ QUỐC HỒNG Các tính chất học chủ yếu 2.8 Độ chống hao mòn  Cơng thức: (%)  • •  Trong đó: M1 M Dựa vào Hm  chi đá thí nghiệm làm loại: • Chống hao mịn tốt Hm < 4% • Chống hao mịn tốt Hm =  6% • Chống hao mịn trung bình Hm =  10% • Chống hao mịn yếu Hm = 10  15% • Chống hao mịn yếu Hm >15% GV VŨ QUỐC HOÀNG 27 ... liệu nhân tạo (Keramsite) Bơng khống Mipo (rỗng, xốp)GV VŨ QUỐC HỒNG o ( kg/m3) 780 0-7 850 260 0-2 800 18 0 0-2 500 16 00 -1 8 00 14 50 -1 6 50 10 00 500 -1 8 00 50 0-6 00 30 0-9 00 20 0-4 00 20 -1 0 0 Các tính chất vật. .. (SiO2) -Gạch đất sét nung -Kính xây dựng (Silicat) -? ?á vôi “đặc” -Gỗ 780 0-7 900 290 0- 310 0 270 0-2 800 260 0-2 700 250 0-2 800 250 0-3 000 240 0-2 600 15 00 -1 6 00 GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1. 2... thép GV VŨ QUỐC HOÀNG Các tính chất vật lý chủ yếu 1. 1 Khối lƣợng riêng Vài số thí dụ a số loại vật liệu xây dựng Bảng I -1 Tên vật liệu a ( kg/m3) -Thép -Ciment Portland -? ?á Granit(e) -Cát thạch