Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu

Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu<br /> CHƯƠNG I<br /> <br /> CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG<br /> I. Khái nhiệm chung về tính chất của vật liệu<br /> Đối với một công trình, tuỳ theo công năng của nó khi làm việc vật liệu xây dựng có thể chịu<br /> các yếu tố tác động bên ngoài như:<br /> -<br /> <br /> Tác động cơ học (chịu lực trọng lượng bản thân, gió, hoạt tải sử dụng, sóng, động đất,<br /> tuyết...)<br /> <br /> -<br /> <br /> Tác động hóa học (xâm thực của môi trường axit (các bể nước thải), nước biển, sinh vật<br /> biển, nước mưa...)<br /> <br /> -<br /> <br /> Các tác dụng khác (áp suất hơi, nhiệt, phóng xạ)<br /> <br /> Bên trong vật liệu, khả năng làm việc của vật liệu phụ thuộc các yếu tố như:<br /> -<br /> <br /> Sự sắp xếp các cấu trúc<br /> <br /> -<br /> <br /> Hàm lượng các thành phần khoáng<br /> <br /> -<br /> <br /> Các liên kết (ion, phân tử, cộng hoá trị...)<br /> <br /> -<br /> <br /> Thành phần pha....<br /> <br /> Mỗi tính chất của vật liệu được đặc trưng bởi một đại lượng cụ thể, chúng được xác định bằng<br /> các thí nghiệm, hay tính toán dẫn xuất...Việc xác định các tính chất của từng loại vật liệu sẽ được giới<br /> thiệu trong môn học về thí nghiệm Vật liệu xây dựng, phần tiếp theo sẽ trình bày các tính chất cơ<br /> bản của vật liệu.<br /> II. Các tính chất cơ lý và hoá lý cơ bản của vật liệu<br /> <br /> II.1. Khối lượng riêng ( [F]/[L]3): (Specific gravity)<br /> •<br /> <br /> Công thức xác định<br /> <br /> γa =<br /> <br /> Trong đó:<br /> <br /> GVa -<br /> <br /> G<br /> Va<br /> <br /> (g/cm3 , kg/m3, Tf/m3)<br /> <br /> (1-1)<br /> <br /> Khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô, (g).<br /> Thể tích đặc tuyệt đối của vật liệu, (cm3).<br /> <br /> Bảng I.1 Trình bày một số đặc trưng của các loại vật liệu thông dụng<br /> •<br /> <br /> Phương pháp xác định:<br /> - Cân đo với vật liệu đặc hoàn toàn, có kích thước hình học rõ ràng: thép, kính.<br /> <br /> I- 1<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu<br /> <br /> - Dùng bình tỉ trọng với vật liệu rỗng, rời rạc. Ví dụ: cát, xi măng, không dùng dung dịch có<br /> phản ứng hóa học với vật liệu .<br /> •<br /> <br /> Phạm vi ứng dụng:<br /> - Để tính độ đặc, độ rỗng của vật liệu .<br /> - Phân biệt vật liệu cùng loại.<br /> - Tính cấp phối bê-tông .<br /> <br /> II. 2. Khối lượng thể tích: (Unit weight, [F]/[L]3)<br /> •<br /> <br /> Công thức xác định<br /> <br /> γo =<br /> Trong đó:<br /> <br /> G<br /> Vo<br /> <br /> (g/cm3 , kg/m3, T/m3).<br /> <br /> (1-2)<br /> <br /> G - Khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên , (g).<br /> Vo - Thể tích tự nhiên của vật liệu, (cm3).<br /> <br /> γo biến động trong phạm vi rộng (0.02 - 7.85 g/cm3). Đối với những vật liệu hoàn toàn đặc thì<br /> γo ≈ γa.<br /> •<br /> <br /> Phương pháp xác định<br /> - Cân và đo với vật liệu có kích thước hình học rõ ràng.<br /> - Bọc mẫu bằng parafin, cân trong chất lỏng tìm thể tích chất lỏng dời chỗ. Áp dụng cho<br /> <br /> mẫu có hình dáng bất kỳ.<br /> - Dùng dụng cụ có dung tích để xác định đối vớùi vật liệu dạng rời rạc.<br /> •<br /> <br /> Phạm vi ứng dụng<br /> - Vật liệu càng ẩm, γo càng cao. γo có ý nghĩa thực tế lớn,<br /> - Biết γo có thể xác định độ ẩm, cường độ và hệ số truyền nhiệt của vật liệu.<br /> - Dùng γo để tính độ đặc, độ rỗng của vật liệu .<br /> - Tính độ ổn định của công trình, chọn phương tiện vận chuyển và tính cấp phối bê-tông<br /> Bảng I.1. Một số đặc trưng của các loại vật liệu thông dụng<br /> <br /> STT<br /> <br /> Vật liệu<br /> <br /> Tính chất<br /> 3<br /> <br /> γo (g/cm<br /> 1<br /> <br /> )<br /> <br /> γa (g/cm3)<br /> <br /> Đá thiên nhiên, 2.20 - 3.30<br /> nhân tạo<br /> <br /> 2<br /> <br /> Kim loại đen<br /> <br /> 7.25 - 7.85<br /> <br /> 3<br /> <br /> gỗ, bitum, nhựa 0.90 - 1.80<br /> tổng hợp<br /> <br /> I- 2<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> 4<br /> <br /> Gạch<br /> <br /> đất<br /> <br /> Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu<br /> <br /> sét 1.6 - 1.9<br /> <br /> nung<br /> 5<br /> <br /> Bê tông nặng<br /> <br /> 1.8 - 2.4<br /> <br /> 6<br /> <br /> Gạch silicat<br /> <br /> 1.2 - 1.6<br /> <br /> Mipo có nhiều lỗ 0.02<br /> rỗng<br /> II.3. Độ rỗng, r(%):<br /> •<br /> <br /> Công thức xác định<br /> <br /> r=<br /> <br /> V − Va<br /> Vr<br /> .100% = o<br /> .100%<br /> Vo<br /> Vo<br /> <br /> (1-3a)<br /> <br /> r=<br /> <br /> ⎛ V ⎞<br /> Vr<br /> .100% = ⎜1 − a ⎟ .100% = (1 − d).100%<br /> Vo<br /> ⎝ Vo ⎠<br /> <br /> (1-3b)<br /> <br /> ⎛ γ ⎞<br /> r = ⎜ 1 − a ⎟ .100%<br /> ⎝ γo ⎠<br /> Với:<br /> <br /> (1-3c)<br /> <br /> Vr: Thể tích lỗ rỗng của vật liệu .<br /> Vo : Thể tích tự nhiên của vật liệu.<br /> <br /> •<br /> <br /> Phương pháp xác định<br /> Theo cách tính toán từ các đại lượng đã biết, hoặc dùng phương pháp bão hoà heli lỏng.<br /> <br /> •<br /> <br /> Phạm vi ứng dụng<br /> Độ rỗng r là chỉ tiêu quan trọng, ảnh hưởng đến những tính chất khác của vật liệu như khối<br /> <br /> lượng thể tích γ0, cường độ R, độ hút nước Hp, hệ số truyền nhiệt λ,... Vật liệu có r nhỏ sẽ có cường<br /> độ cao và độ thấm nước nhỏ. Với vật liệu có r cao lại có độ cách nhiệt cao. Xu hướng hiện nay là<br /> chọn những loại vật liệu có độ rỗng nhưng cường độ cao.<br /> II.4. Độ đặc, d(%):<br /> •<br /> <br /> Công thức xác định<br /> <br /> d=<br /> <br /> ⎛G⎞ ⎛G⎞ γ<br /> Va<br /> .100% = ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ = o .100%<br /> Vo<br /> ⎝ γa ⎠ ⎝ γo ⎠ γa<br /> <br /> (1-4a)<br /> <br /> d=<br /> <br /> γo<br /> .100%<br /> γa<br /> <br /> (1-4b)<br /> <br /> Độ đặc luôn luôn nhỏ hơn 1 và tùy thuộc vào độ rỗng của vật liệu.<br /> <br /> Vật liệu xốp<br /> <br /> d = 0.20 ~ 0.30%<br /> <br /> I- 3<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu<br /> <br /> 5. Độ hút nước (%):<br /> •<br /> <br /> Công thức xác định<br /> <br /> Độ hút nước cùa vật liệu có thể biểu diễn theo khối lượng (Hp) hay theo thể tích (Hv).<br /> <br /> Hp =<br /> <br /> (1-5a)<br /> <br /> Hv =<br /> trong đó:<br /> <br /> G<br /> G1 − G<br /> .100% = n,bh .100%<br /> G<br /> G m,k<br /> V<br /> G1 − G<br /> .100% = n,bh .100%<br /> G<br /> Vm,k<br /> <br /> (1-5b)<br /> <br /> G1 - Khối lượng mẫu đã ngâm nước.<br /> G - Khối lượng mẫu đã sấy khô.<br /> Vo: Thể tích tự nhiên của mẫu thí nghiệm.<br /> <br /> Liên hệ giữa Hp và Hv:<br /> <br /> ⎞ ⎛G −G<br /> H v ⎛ G1 − G<br /> ⎞ G<br /> =⎜<br /> .100% ⎟ ⎜ 1<br /> .100% ⎟ =<br /> = γo<br /> H p ⎝ Vo<br /> ⎠ Vo<br /> ⎠ ⎝ G<br /> <br /> (1-5c)<br /> <br /> H v = γ o .H p<br /> <br /> (1-5d)<br /> <br /> Hv luôn luôn < 100%; Hp có thể > 100% đối với vật liệu rất rỗng và rất nhẹ. Độ hút nước<br /> phụ thuộc độ rỗng r và tính chất lỗ rỗng của vật liệu, vì vậy có thể dùng Hp và Hv để đánh giá độ<br /> truyền nhiệt và những tính chất khác của vật liệu .<br /> Ví dụ:<br /> <br /> Hp = 8 - 20%<br /> <br /> Gạch đất sét xấu<br /> <br /> Hp =<br /> <br /> Bê tông nặng<br /> •<br /> <br /> Gạch đất sét tốt<br /> <br /> Hp = 3%.<br /> <br /> 25 - 30%<br /> <br /> Phạm vi ứng dụng<br /> Biết được Hp hoặc Hv có thể biết biết được một số những tính chất khác của vật liệu như độ<br /> <br /> rỗng r, cường độ R, hệ số truyền nhiệt λ, khối lượng thể tích γo.<br /> II.6. Độ bão hòa nước:<br /> •<br /> <br /> Định nghĩa:<br /> Độ bão hòa nước là khả năng hút nước tối đa của vật liệu ở dưới áp suất 20mmHg hoặc khi<br /> <br /> đun trong nước sôi. Nó được đánh giá bằng hệ số bão hòa nước.<br /> <br /> I- 4<br /> <br /> Bài giảng Vật liệu xây dựng<br /> <br /> Chương 1: Các tính chất cơ bản của vật liệu<br /> <br /> Hệ số bão hòa nước Cbh được đánh giá thông qua độ hút nước thể tích bão hòa<br /> <br /> Hvbh và độ rỗng<br /> <br /> r . Cũng chính là tỉ số % thể tích nước chứa trong vật liệu ở trạng thái bão hòa vối thể tích rỗng của<br /> vật liệu .<br /> Kí hiệu: Cbh<br /> •<br /> <br /> Công thức: Dùng hệ số bão hòa Cbh để đánh giá mức bão hòa nước:<br /> <br /> CBH =<br /> <br /> Với:<br /> <br /> H bh<br /> vv<br /> r<br /> <br /> .100% =<br /> <br /> ( Vn<br /> ( Vr<br /> <br /> Vo )<br /> V<br /> .100% = n<br /> Vo )<br /> Vr<br /> <br /> (1-6a)<br /> <br /> Hvbh : Độ hút nước bão hòa theo thể tích.<br /> R<br /> <br /> :<br /> <br /> Độ rỗng của vật liệu.<br /> <br /> max<br /> Cbh = 1. Khi Cbh tăng lượng nước vào lỗ rỗng của vật liệu càng nhiều. Vật liệu càng bão hòa<br /> <br /> nước, khối lượng thể tích γo , thể tích V0 , hệ số truyền nhiệt λ càng tăng nhưng cường độ R sẽ càng<br /> giảm.<br /> Phương pháp xác định: Có 2 phương pháp xác định:<br /> + Phương pháp 1:<br /> <br /> - Sấy khô mẫu thí nghiệm, cân G.<br /> - Đun trong nước sôi, để nguội.<br /> - Cân G1, tính tóan theo công thức độ hút nước trên.<br /> <br /> + Phương pháp 2:<br /> <br /> - Ngâm mẫu trong bình nước có nắp đậy kín.<br /> - Hạ áp suất xuống 20mmHg, rút chân không.<br /> - Giữ ở áp suất này đến khi không còn bọt khí thoát ra nữa.<br /> - Đưa về áp suất bình thường 760mmHg.<br /> - Giữ sau 2 giờ, vớt mẫu, cân và tính kết qủa.<br /> <br /> II.7. Hệ số mềm<br /> Định nghĩa:<br /> Là tỉ số giữa cường độ của vật liệu đã bão hòa nước với cường độ của nó ở trạng thái khô.<br /> Kí hiệu: Mức độ giảm cường độ được biểu thị bằng hệ số mềm Km.<br /> <br /> Km =<br /> <br /> R bh<br /> Rk<br /> <br /> (1-7)<br /> <br /> Với:<br /> Rbh<br /> <br /> : Cường độ mẫu bão hòa nước.<br /> <br /> Rk<br /> <br /> : Cường độ mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô.<br /> <br /> I- 5<br /> <br />