Bài giảng vật liệu xây dựng - Trường ĐH Tôn Đức Thắng

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:84

Thêm vào BST

Báo xấu

380
lượt xem 116
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo dành cho giáo viên, sinh viên cao đẳng, đại học chuyên ngành kỹ thuật công trình - Giáo án, bài giảng do các thầy cô trường đại học tôn đức thắng biên soạn giúp củng cố và nâng cao kiến thức.Tài liệu tham khảo về Giáo án vật liệu xây dựng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng vật liệu xây dựng - Trường ĐH Tôn Đức Thắng

TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC TOÂN ÑÖÙC THAÉNG KHOA KYÕ THUAÄT COÂNG TRÌNH ----- ----- MOÂN HOÏC VẬT LIỆU XÂY DỰNG GIAÛNG VIEÂN: ThS. NGUYỄN THỊ THANH HƯƠNG
1 u $ C ¡ ( ¡ D Chương 8. w © ¨ § ¦ C r $ Chương 7. t © ¨ § ¦ e Chương 6. u v 6 £ ¦ ( ¡ D Chương 5. P ( $ G © ¡ % c ¡ $ ' @ Chương4. t © ¨ § ¦ 6 Q ¥ ¤ £ ¢ ¡ Chương 3. t D £ $ D £ $ ¡ ' 1 ¥ ¤ £ ¢ ¡ Chương 2. © ¨ § ¦ ¥ ¤ £ ¢ ¡ 8 ¡ ¥ $ ¡ 7 c $ G ¡ s 1 ' @ Chương 1. 3. N i dung 9 6 £ c C 4 $ " ¥ " 6 £ b & ¢ 6 £ c q d ¥ ¤ £ ¢ ¡ £ b & ¢ ' 0 C r $ ¡ 0 q d 6 p $ C A i " ¥ ¤ £ ¢ ¡ £ b & ¢ ' a V t li u kim lo i 9 9 9 9 P i £ b & ¢ ' 0 & h © ¡ $ " & g c ¥ ¤ £ ¢ ¡ 0 & 1 ¥ " 6 ¥ ¡ £ d £ b & ¢ ' 0 g ¡ 0 f ¥ ¤ £ ¢ ¡ £ b & ¢ ' a V t li u h u cơ 9 9 9 9 ¥ ( $ c & b ¡ § $ ' 1 ¥ ¤ £ ¢ ¡ £ b & ¢ ' 0 e 0 ( ¡ D d 0 P ( $ G © ¡ % c ¡ $ £ b & ¢ ' 0 ¥ ¥ ¤ £ ¢ ¡ ' 0 D £ $ D £ $ ¡ ' 1 ¥ ¤ £ ¢ ¡ £ b & ¢ ' a V t li u vô cơ a $ G $ 6 $ ` $ " $ ¡ £ $ 4 3 1 VLXD 2. Phân lo i v t li u xây d ng 9 W V Y D ¡ £ 4 ¢ ¨ 8 $ ¡ $ ) ¡ ( " 0 W Y X % 1 ( $ ¡ & £ $ ) ¡ ( 0 W V U % 1 6 % £ $ T © § © $ ) ¡ ( £ R £ Q S 9 © ¨ § ¦ $ " $ ¡ ' £ 5 ¡ & ¡ R ¢ £ Q 1 P 3 ¡ ¤ ¢ I ¡ ¡ H 6 6 % £ $ $ ) ¡ ( & ¡ © ¨ § ¦ ¥ ¤ £ ¢ ¡ G $ C £ $ @ 9 F £ ¡ ¡ ' $ C " 3 ¡ ¥ # 1 ! ¡ E $ 4 3 1 ( ¥ ¢ © ¨ § ¦ ¥ ¤ £ ¢ ¡ $ " D 0 $ ) ¡ ( 4 3 ¢ ¡ $ % 1 C % £ ¡ ¡ B 3 $ $ A ¥ ¤ £ ¢ ¡ 8 4 3 ¢ ¡ $ @ 9 $ ) ¡ ( 8 $ " $ ¡ ' £ " ¡ ¥ $ ¡ 7 6 0 ! $ ¡ £ 5 ¥ ¡ 0 4 3 ¢ ¡ $ $ 2 1 ¡ % ¨ ¥ 0 © ¨ § ¦ $ ) ¡ ( ' & ¡ ¡ % £ $ ¡ # " ! ¡ ¥ ¡ ¡ £ © ¨ § ¦ ¥ ¤ £ ¢ ¡ V 1. Vai trò c a v t li u xây d ng U M
CHÖÔNG 1 CAÙC TÍNH CHAÁT CÔ BAÛN CUÛA VAÄT LIEÄU XAÂY DÖÏNG 1.1. Khaùi nieäm chung Trong coâng trình coù raát nhieàu boä phaän, moãi boä phaän coù moät taùc duïng khaùc nhau, do ñoù vaät lieäu duøng ñeå xaây döïng caùc boä phaän ñoù phaûi coù khaû naêng töông öùng. Ví duï : Coâng trình nhaø, raïp haùt. Boä phaän chòu löïc : moùng, coät, ñaø saøn thì vaät lieäu söû duïng coù cöôøng ñoä cao. Boä phaän bao che (töôøng, maùi) : vaät lieäu goàm gaïch , ngoaùi, kính, goã, toân. . . ) thì yeâu caàu nheï, beàn, caùch aâm, caùch nhieät. Boä phaän tieáp xuùc vôùi nöôùc: saøn nhaø veä sinh, saân thöôïng, hoà nöôùc thì vaät lieäu coù tính choáng thaám cao. Boä phaän tieáp xuùc nhieät : oáng khoùi, loø nung, thì vaät lieäu coù khaû naêng caùch nhieät nhö gaïch chòu löõa samoát. Boä phaän ñaëc bieät : phoøng chuïp X-quang, loø phaûn öùng haït nhaân, beå chöùa axit, bazô thì vaät lieäu phaûi coù khaû naêng töông öùng. Nhö vaäy ñeå söû duïng vaät lieäu cho hôïp lyù chuùng ta caàn hieåu nhöõng tính naêng cô lyù cuûa vaät lieäu. Ngoaøi ra trong quaù trình söû duïng coâng trình coøn chòu aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng beân ngoaøi. 1.2. Caùc tính chaát vaät lyù 1.2.1. Khoái löôïng rieâng a) Khaùi nieäm : Khoái löôïng rieâng laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích vaät lieäu ôû traïng thaùi hoaøn toaøn ñaëc (khoâng coù loã roãng). Kyù hieäu :γa ¢ g/cm3, kg/dm3, T/m3. b) Coâng thöùc γa = £ ¡ Trong ñoù : Gk : Khoái löôïng vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ. Va : Theå tích ôû traïng thaùi ñaëc. c) Phöông phaùp xaùc ñònh : tuøy töøng loaïi vaät lieäu maø coù nhöõng phöông phaùp xaùc ñònh ρ khaùc nhau - Vaät lieäu ñöôïc coi nhö hoaøn toaøn ñaëc chaéc : theùp, kính . . . . + Maãu coù daïng hình hoïc xaùc ñònh : phöông phaùp caân ño + Maãu khoâng coù daïng hình hoïc xaùc ñònh : phöông phaùp vaät lieäu chieám choã chaát loûng ñeå xaùc ñònh Va - Vaät lieäu khoâng hoøan toaøn ñaëc chaéc : gaïch, ñaù, beâ toâng, vöõa . . . + Nghieàn nhoû maãu vaät lieäu coù d
Vo : Theå tích vaät lieäu ôû traïng thaùi töï nhieân Khoái löôïng theå tích tieâu chuaån : laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích vaät - lieäu ôû traïng thaùi töï nhieân sau khi ñöôïc saáy khoâ ôû nhieät ñoä 105 – 110 0C ñeán khoái löôïng khoâng ñoåi. Kyù hieäu γotc Khoái löôïng theå tích xoáp laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích vaät lieäu rôøi raïc - ñöôïc ñoå ñoáng ôû traïng thaùi töï nhieân hoaëc traïng thaùi ñaàm chaët (baèng caùch rung laéc hoaëc ñaàm leøn) c) Phöông phaùp xaùc ñònh + Vaät lieäu coù kích thöôùc hình hoïc roõ raøng : • Caân maãu ñeå xaùc ñònh G γo = • Ño maãu ñeå xaùc ñònh V0 © + Maãu coù hình daïng baát kyø • Caân maãu ñeå xaùc ñònh G • Boïc maãu baèng paraffine (kyù hieäu P) • Tìm V0 baèng caùch xaùc ñònh theå tích maãu boïc paraphin chieám choã trong nöôùc V 0 = V - Vp + Vaät lieäu rôøi raïc : xi maêng, caùt, ñaù . . . . duøng hình coù dung tích xaùc ñònh d) Öùng duïng - Khoái löôïng theå tích phuï thuoäc vaøo keát caáu noäi boä baûn thaân vaät lieäu, khoái löôïng theå tích xoáp phuï thuoäc vaøo kích thöôùc haït vaø söï saép xeáp giöõa caùc haït - Khoái löôïng theå thích cuûa caùc loaïi vaät lieäu xaây döïng bieán ñoåi trong phaïm vi raát lôùn + Tính ñoä ñaëc, ñoä roãng cuûa vaät lieäu + Tính caáp phoái beâtoâng. + Tính khoái löôïng caáu kieän + Tính ñoä oån ñònh cuûa keát caáu neàn moùng coâng trình + Tính toaùn vaø löïa choïn phöông tieän vaän chuyeån vaø boác xeáp ........ 1.2.3. Ñoä ñaëc (ñ%) vaø ñoä roãng (r%) a) Khaùi nieäm : Ñoä ñaëc laø tæ soá tính baèng % giöõa theå tích ñaëc vaø theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu. Coâng thöùc V γ ñ= a × ñònh tính); ñ = ñònh löôïng) × ¡ ¡ ¢ £ ¡ ¡ ¢ £ ¥ Vo γa Ñoä roãng laø theå tích roãng chöùa trong moät ñôn vò theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu, ñöôïc tính baèng ñôn vò% V  γ Coâng thöùc = r ×100% hay r =  −  × ¥ ¦ ¦ § § ¨ Vo  γa  ¤ Trong ñoù : Vr -theå tích roãng. V0 -theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu. Va-theå tích hoaøn toaøn ñaëc Loã roãng trong vaät lieäu goàm coù loã roãng kín vaø hôû. Loã roãng hôû laø loã roãng thoâng vôùi moâi tröôøng beân ngoaøi. Vaät lieäu chöùa nhieàu loã roãng kín thì cöôøng ñoä cao, caùch nhieät toát, nhöng chöùa nhieàu loã roãng ôû thì huùt aâm toát. 3
Qua ñoä roãng cuûa vaät lieäu coù theå ñaùnh giaù caùc tính chaát khaùc nhau cuûa vaät lieäu nhö khoái löôïng rieâng, khoái löôïng theå tích, heä soá truyeàn nhieät, ñoä huùt nöôùc (tuøy thuoäc vaøo tính chaát cuûa loã roãng kín hay hôû), cöôøng ñoä, ñoä beàn cuûa vaät lieäu. 1.2.4. Ñoä aåm a) Khaùi nieäm : laø tæ leä nöôùc coù töï nhieân trong maãu vaät lieäu ôû traïng thaùi töï nhieân treân moät ñôn vò khoái löôïng vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ b) Coâng thöùc Gw - Gk G W= x100% = n x100% Gk Gk Trong ñoù : G-khoái löôïng vaät lieäu ôû traïng thaùi töï nhieân Gk-khoái löôïng vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ Gtnn-khoái löôïng nöôùc coù trong vaät lieäu Vaät lieäu ôû traïng thaùi töï nhieân coù ñoä aåm W% thì Gw = Gk(1 + W). Ñoä aåm coù yù nghóa quan troïng ñoái vôùi vaät lieäu caáu taïo khoâng ñaúng höôùng. c) Caùch xaùc ñònh : caân maãu ôû traïng thaùi töï nhieân taïi thôøi ñieåm thí nghieäm, saáy khoâ maãu ñeán khoái löôïng khoâng ñoåi. d) YÙ nghóa - Ñoä aåm laø ñaïi löôïng thay ñoåi lieân tuïc tuøy thuoäc ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm moâi tröôøng, vaät lieäu coù theå huùt aåm hoaëc nhaû aåm tuøy theo söï cheânh leäch giöõa aùp suaát rieâng phaàn cuûa hôi nöôùc trong khoâng khí vaø trong vaät lieäu. Ñoä aåm cuõng phuï thuoäc vaøo caáu taïo noäi boä cuûa vaät lieäu vaø baûn chaát öa nöôùc hay kî nöôùc cuûa noù. - Khi vaät lieäu bò aåm hoaëc khi ñoä aåm cuûa vaät lieäu thay ñoåi thì moät soá tính chaát cuûa vaät lieäu cuõng thay ñoåi theo nhö : cöôøng ñoä, khaû naêng daãn nhieät, daãn ñieän, theå tích. . - Bieát ñoä aåm cuûa vaät lieäu ñeå ñieàu chænh löôïng duøng vaät lieäu cho hôïp lyù 1.2.5. Ñoä huùt nöôùc a) Khaùi nieäm : Laø khaû naêng huùt vaø giöõ nöôùc toái ña cuûa vaät lieäu döôùi aùp löïc bình thöôøng (aùp löïc khoâng khí). b) Coâng thöùc • Xaùc ñònh ñoä huùt nöôùc theo khoái löôïng Hp(%) : Hp laø tæ soá giöõa khoái löôïng nöôùc chöùa trong maãu vaät lieäu ôû traïng thaùi baõo hoøa vaø khoái löôïng cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ. ¢ £ ¢ (*) = × ¤ ¥ ¡ ¦ § § ¨ ¢ ¡ Trong ñoù : Gk : khoái löôïng cuûa maãu saáy khoâ Gu : khoái löôïng cuûa maãu öôùt (ñaõ baõo hoøa nöôùc) • Xaùc ñònh ñoä huùt nöôùc theo theå tích Hv% Hv% laø tæ soá giöõa theå tích nöôùc cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi baõo hoøa vaø theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu Gu − Gk © (**) = × = ¦ § V γ an © ¨ ¨ γ okhoâ Töø (*) vaø (**) ta coù Hv = xH P % γ an 4
Ví duï Beâ toâng Hp = 3% Gaïch ñaát seùt nung Hp = 8 – 20% Ñaù granit Hp = 0,5 – 0,7 % c) Caùch xaùc ñònh : - Phöông phaùp ngaâm töø töø ôû ñieàu kieän bình thöôøng ñoái vôùi maãu coù kích thöôùc lôùn. - Phöông phaùp ngaâm moät laàn ôû ñieàu kieän bình thöôøng ñoái vôùi maãu coù kích thöôùc beù. d) Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán ñoä huùt nöôùc vaø yù nghóa : - Ñoä huùt nöôùc phuï thuoäc vaøo caáu taïo baûn thaân vaät lieäu (ñoä ñaëc, ñoä roãng, tính chaát loã roãng), baûn chaát öa nöôùc hay kî nöôùc cuûa vaät lieäu. - Khi vaät lieäu bò baõo hoøa nöôùc thì moät soá tính chaát cuûa vaät lieäu cuõng thay ñoåi theo nhö : cöôøng ñoä giaûm, khaû naêng daãn nhieät vaø daãn ñieän taêng, theå tích taêng . . . . 1.2.6. Ñoä baõo hoaø nöôùc a) Khaùi nieäm : Laø khaû naêng huùt nöôùc toái ña cuûa maãu vaät lieäu chòu aùp löïc cöôõng böùc (aùp suaát cao p = 20mmHg hay nhieät ñoä cao (ñun soâi)). b) Coâng thöùc ¤ ¥ ¦ © § hay = × = × £ ¨ © ¦ ¡ ¤ ¥ © ¢ 1.2.7. Heä soá meàm a) Ñònh nghóa : heä soá meàm laø tæ soá giöõa cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi baõo hoøa vaø cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ. b) Coâng thöùc = ≤ ¤ ¥ Km laø chæ tieâu quan troïng ñoái vôùi vaät lieäu trong moâi tröôøng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc. Km < 0,75 : Khoâng ñöôïc tieáp xuùc vôùi nöôùc 0,75 < Km < 0,85 : Vaät lieäu duøng trong moâi tröôøng aåm Km > 0,85 : Vaät lieäu duøng trong moâi tröôøng nöôùc 1.2.8. Tính truyeàn nhieät, tính thaám nöôùc, thaám khí a) Ñònh nghóa : Tính truyeàn nhieät, tính thaám nöôùc, tính thaám khí laø khaû naêng cuûa vaät lieäu ñeå cho nöôùc, nhieät, khí thaám qua töø nôi coù aùp löïc cao ñeán nôi coù aùp löïc thaáp. Tính truyeàn nhieân cuûa vaät lieäu ñöôïc ñaëc tröng qua heä soá truyeàn nhieät λ δ kCal/m.h.0C. λ= Z " # $ # % ! Trong ñoù Q laø nhieät löôïng, (kCal, 1kCal = 4,1876 kJ) δ: beà daøy cuûa vaät lieäu (m) F : dieän tích tieát dieän cuûa maãu vaät lieäu (m2) t1,t2 laø nhieät ñoä maët trong vaø maët ngoaøi cuûa vaät lieäu (0C) Z : thôøi gian ño (h) Ngoaøi ra heä soá truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : W/m.0C λ= ρv − + & ' ( ' ) 0 ( 0 ' 1 ) 0 ( 2 2 0 ( ' 3 5
kCal/m.h.0C λ= ρv − + & 0 ( 0 ' 1 ) 0 ( 2 2 0 ( ' 3 Khi nhieät ñoä < 1000C thì λ t = λ ( + βt ) ¡ 0 Vôùi λ0 laø heä soá truyeàn nhieät ôû 0 C, β heä soá thay ñoåi nhieät ñoä λt : heä soá daãn nhieät ôû nhieät ñoä bình quaân t, . t = (t1+t2)/2 1.2.9. Nhieät dung vaø tæ nhieät a) Ñònh nghóa : Nhieät dung laø nhieät löôïng maø vaät lieäu thu vaøo khi ñun noùng. b) Coâng thöùc Q = G .C.(t2 – t1) kCal, kJ Trong ñoù : G : Khoái löôïng maãu vaät lieäu C : tæ nhieät t1, t2 : nhieät ñoä cuûa vaät lieäu tröôùc vaø sau khi ñun noùng. Vaäy tæ nhieät laø nhieät löôïng maø vaät lieäu thu vaøo khi ñun noùng 1 kg vaät lieäu leân 10C. Öùng duïng C : - Duøng ñeå tính toaùn löôïng nhieät caàn thieát, duøng ñeå gia coâng nhieät nhaèm thuùc ñaåy quaù trình raén chaéc cuûa saûn phaåm. - Duøng ñeå tính toaùn löïa choïn caùc loaïi vaät lieäu ñeå xaây döïng caùc nhaø ôû trong ñieàu kieän thieáu ñieän khí hoùa, thieáu hôi, khí haäu laïnh ⇒ choïn vaät lieäu coù C lôùn vaø λ nhoû. Khi ñoä aåm cuûa vaät lieäu taêng thì nhieät dung rieâng cuûa noù taêng leân : C+ WCn ¢ £ ¢ ¡ Cw = + W ¡ ¢ £ ¢ ¡ Trong ñoù : C, Cw vaø Cn – nhieät dung rieâng cuûa vaät lieäu khoâ, vaät lieäu coù ñoä aåm laø W vaø cuûa nöôùc. Khi vaät lieäu hoãn hôïp bao goàm nhieàu vaät lieäu thaønh phaàn coù nhieät dung rieâng laø C1, C2, . . .. , Cn vaø khoái löôïng töông öùng laø G1, G2, . . . ., Gn thì nhieät dung rieâng C cuûa noù ñöôïc tính theo coâng thöùc : GC +G C + + Gn Cn C= ¤ ¤ ¥ ¥ G +G + + Gn ¤ ¥ 1.2.10. Tính choáng chaùy a) Khaùi nieäm : Tính choáng chaùy laø khaû naêng cuûa vaät lieäu chòu ñöôïc taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao trong moät thôøi gian nhaát ñònh. b) Phaân loaïi Caên cöù vaøo khaû naêng choáng chaùy cuûa vaät lieäu, ngöôøi ta chia vaät lieäu ra laøm 4 nhoùm a. Nhoùm vaät lieäu khoâng chaùy vaø khoâng bieán daïng : beâtoâng, gaïch b. Vaät lieäu khoâng chaùy maø bò bieán daïng : (theùp) hoaëc bò phaù huûy (nhö ñaù thieân nhieân, ñaù hoa, thaïch cao) c. Vaät lieäu khoù chaùy : Fibrofit (sôïi thöïc vaät, xi maêng) d. Vaät lieäu deã chaùy : Goã, bitum, taám lôïp baèng nhöïa höõu cô. .. 1.2.11. Tính chòu löõa a) Khaùi nieäm :Tính chòu löõa laø khaû naêng cuûa vaät lieäu coù söùc ñeà khaùng cao döôùi taùc duïng laâu daøi cuûa nhieät ñoä. b) Phaân loaïi caên cöù vaøo tính chòu nhieät phaân thaønh 3 loaïi : 6
a. Chòu löõa : chòu ñöôïc nhieät ñoä treân 15800C nhö gaïch samoát. . . . . b. Vaät lieäu khoù chaûy 1350 – 15800C. c. Vaät lieäu deã chaûy < 13500C : ñaát seùt. Vaät lieäu chòu löûa ñöôïc söû duïng ñeå xaây caùc boä phaän tieáp xuùc vôùi löûa nhö buoàng ñoát, oáng khoùi. . . . vaø nhöõng boä phaän phaûi chòu löïc ôû nhieät ñoä cao thöôøng xuyeân. 1.3. Tính chaát cô hoïc 1.3.1. Tính bieán daïng cuûa vaät lieäu : a) Ñònh nghóa : Bieâán daïng cuûa vaät lieäu laø tính chaát cuûa vaät lieäu coù theå thay ñoåi hình daïng vaø bieán ñoåi theå tích döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc (taûi troïng, ñoä aåm, nhieät ñoä thôøi tieát, …). b) Phaân loaïi a. Bieán daïng ñaøn hoài : Vaät lieäu khoâi phuïc hình daïng ban ñaàu sau khi boû taùc duïng ngoaïi löïc. b. Bieán daïng deûo : vaät lieäu khoâi phuïc khoâng hoaøn toaøn hoaëc bò bieán daïng sau khi boû taùc duïng ngoaïi löïc. Caên cöù vaøo hieän töôïng bieán daïng deûo cuûa vaät lieäu döôùi taùc duïng cuûa ngoaïi löïc ngöôøi ta chia laøm 2 nhoùm : a. Vaät lieäu doøn : vaät lieäu tröôùc khi bò phaù hoaïi khoâng coù hieän töôïng bieán daïng deûo. Ví duï nhö : beâ toâng, gaïch, ñaù. Ñoái vôùi vaät lieäu doøn cöôøng ñoä ñaëc tröng laø cöôøng ñoä chòu neùn. b. Vaät lieäu deûo : laø vaät lieäu tröôùc khi bò phaù hoaïi coù bieán daïng deûo. Cöôøng ñoä ñaëc tröng laø cöôøng ñoä chòu keùo. Tính deûo vaø tính doøn tuøy thuoäc vaøo : nhieät ñoä, ñoä aåm vaø toác ñoä taêng taûi. Ví duï : Ñaát seùt ñoä aåm taêng thì caøng deûo, ñoä aåm baèng khoâng chuùng trôû thaønh vaät lieäu doøn. Ñoái vôùi bitum : nhieät ñoä cao, toác ñoä taêng taûi chaäm chuùng laø vaät lieäu deûo, nhöng khi nhieät ñoä thaáp, toác ñoä taêng taûi nhanh chuùng trôû thaønh vaät lieäu doøn. 1.3.2. Cöôøng ñoä a) Ñònh nghóa : Cöôøng ñoä laø khaû naêng cuûa vaät lieäu chòu taùc duïng cuûa öùng suaát do ngoaïi löïc gaây ra (taûi troïng, söï thay ñoåi nhieät ñoä, vaän toác doøng chaûy,) . . . . - Cöôøng ñoä vaät lieäu ñöôïc quyeát ñònh chuû yeáu bôûi thaønh phaàn cuûa vaät lieäu, hình daïng vaø ñaëc tröng beà maët cuûa vaät lieäu. - Ngoaøi ra, cöôøng ñoä vaät lieäu coøn phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän nhieät ñoä, ñoä aåm, kích thöôùc maãu thí nghieäm. Do vaäy cöôøng ñoä vaät lieäu laø moät chæ tieâu mang tính chaát ñieàu kieän nhaát ñònh. b) Caùc phöông phaùp xaùc ñònh cöôøng ñoä chòu neùn vaø keùo cuûa vaät lieäu • Phöông phaùp phaù hoaïi maãu 7
- Cheá taïo maãu hoaëc laáy maãu töø keát caáu coâng trình vaø taùc duïng taûi troïng tröïc tieáp leân maãu cho ñeán khi maãu bò phaù hoaïi. Caùc daáu hieäu phaù hoaïi laø xuaát P hieän veát nöùt, taùch lôùp vaø bieán daïng Rn k = kG cm ¢ £ F ¡ - Trong ñoù : P : taûi troïng neùn hay keùo lôùn nhaát gaây phaù hoaïi maãu. F : dieän tích tieát dieän cuûa maãu vaät. Ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä chòu neùn ngöôøi ta thöôøng cheá taïo hình laäp phöông coù caïnh 2 – 30 cm. Caùch xaùc ñònh cöôøng ñoä chòu uoán cuûa vaät lieäu : ¤ Sô ñoà 1 taûi : tröôøng hôïp ñaët moät taûi troïng ôû giöõa: Pl § Ru = ¥ kG cm ¢ £ ¥ bh ¦ Sô ñoà 2 taûi : tröôøng hôïp ñaët hai taûi baèng nhau ñoái xöùng vôùi ñieåm giöõa thanh: Pl Ru = ¥ kG cm ¢ £ ¥ bh Trong ñoù l : chieàu daøi giöõa 2 goái töïa,cm b,h : chieàu roäng vaø chieàu cao cuûa maãu, cm. P : taûi troïng taùc duïng, kg. Vì vaät lieäu coù caáu taïo khoâng ñoàng nhaát neân cöôøng ñoä cuûa noù ñöôïc xaùc ñònh baèng cöôøng ñoä trung bình cuûa 1 nhoùm maãu (>=3 maãu). Caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán cöôøng ñoä Thaønh phaàn caáu taïo vaø caáu truùc cuûa vaät lieäu ¤ Ñoä ñaëc, thao taùc thí nghieäm, nhieät ñoä, ñoä aåm.. ¤ Hình daïng, kích thöôùc, traïng thaùi beà maët maãu thí nghieäm ¤ Höôùng chòu löïc ¤ • Phöông phaùp khoâng phaù hoaïi maãu Taùc duïng taûi troïng va chaïm vaøo beà maët vaät lieäu, döïa vaøo nguyeân taéc naåy baät ¤ ñaøn tính ra khoûi beà maët vaät lieäu, thoâng soá ño laø trò soá baät naåy do phaû löïc töø maët vaät lieäu taïo ra khi coù taùc ñoäng cô hoïc (suùng baät naåy). Döïa vaøo quy luaät lan truyeàn cuûa xung ñieän, tia phoùng xaï hay soùng sieâu aâm ¤ khi ñi qua vaät lieäu ñeå caùc ñònh maät ñoä, taàng soá dao ñoäng rieâng hay vaän toác truyeàn soùng. Ñem ñoái chieáu vôùi thoâng soá ño vôùi caùc ñoà thò chuaån ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu. (maùy sieâu aâm beâ toâng, maùy sieâu aâm theùp. . . ) Caùc phöông phaùp khoâng phaù hoaïi raát tieän lôïi nhöng möùc ñoä chính xaùc tuøy thuoäc vaøo raát nhieàu yeáu toá do ñoù khoâng theå thay theá hoøan toaøn phöông phaùp phaù hoaïi maãu ñöôïc. Caùc bieåu ñoà chuaån cuûa phöông phaùp khoâng phaù hoaïi maãu ñöôïc xaây döïng treân cô sôû cuûa phöông phaùp phaù hoaïi maãu. 8
Caùc heä soá lieân quan ñeán cöôøng ñoä vaät lieäu a) Heä soá meàm Heä soá meàm laø tæ soá giöõa cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi baõo hoøa vaø cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu ôû traïng thaùi khoâ. ¡ Coâng thöùc = ≤ ¤ ¥ ¢ ¦ ¡ £ Hm laø chæ tieâu raát quan troïng ñoái vôùi vaät lieäu trong moâi tröôøng tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc. Hm < 0,75 : Khoâng ñöôïc tieáp xuùc vôùi nöôùc 0,75 < Hm < 0,85 : Vaät lieäu duøng trong moâi tröôøng aåm Hm > 0,85 : Vaät lieäu duøng trong moâi tröôøng nöôùc. b) Heä soá an toaøn trong tính toaùn thieát keá coâng trình, ngöôøi ta chæ tính khaû naêng chòu löïc cuûa vaät lieäu theo trò soá cöôøng ñoä toái ña cho pheùp [R]. Cöôøng ñoä naøy nhoû hôn cöôøng ñoä giôùi haïn thöïc söï cuûa vaät lieäu môùi ñaûm baûo an toaøn. Tyû soá giöõa cöôøng ñoä giôùi haïn vaø cöôøng ñoä cho pheùp goïi laø heä soá an toaøn K. Heä soá an toaøn K luoân luoân lôùn hôn 1. ¡ K= [] ¡ Trong ñoù : R – cöôøng ñoä giôùi haïn cuûa vaät lieäu [R] – cöôøng ñoä toái ña cho pheùp trong thieát keá Lyù do ñeå ñöa ra heä soá an toaøn trong tính toaùn thieát keá keát caáu coâng trình : Cöôøng ñoä laø trò soá trung bình cuûa nhieàu maãu thí nghieäm, nhieàu vuøng hoaëc ¤ nhieàu laàn thí nghieäm. Trong quaù trình laøm vieäc, vaät lieäu thöôøng coù hieän töôïng moûi hoaëc ñaõ coù bieán ¤ hình quaù lôùn tuy chöa ñeán löïc phaù hoaïi (nhaát laø khi taûi troïng truøng laäp). Maëc khaùc khi thieát keá, ngöôøi ta chöa ñeà caäp heát ñeán caùc yeáu toá aûnh höôûng ¤ cuûa moâi tröôøng taùc duïng leân coâng trình. Vieäc löïa choïn heä soá an toaøn lôùn hay nhoû khi tính toaùn tuøy thuoäc vaøo : Quy moâ, taàm quan troïng cuûa coâng trình. ¤ Kinh nghieäm veà tính toaùn thieát keá, phöông phaùp tính, trình ñoä tính toaùn, trình ¤ ñoä naém chaéc vaät lieäu, kieåm nghieäm qua caùc coâng trình ñaõ xaây döïng . . . . Phöông tieän, thieát bò thaêm doø, khaûo saùt, döï baùo, kieåm ñònh . . . . ¤ c) Heä soá phaåm chaát Heä soá phaåm chaát Kpc laø chæ tieâu ñaùnh giaù phaåm chaát cuûa vaät lieäu – laø tyû soá giöõa cöôøng ñoä vaø khoái löôïng theå tích cuûa vaät lieäu R K pc = γo Trong ñoù R – cöôøng ñoä giôùi haïn cuûa vaät lieäu, daN/cm2 γo – khoái löôïng theå tích cuûa vaät lieäu, kg/m3 1.3.3. Ñoä cöùng : a) Ñònh nghóa : Ñoä cöùng laø khaû naêng cuûa vaät lieäu choáng laïi taùc duïng ñaâm xuyeân cuûa caùc loaïi vaät lieäu khaùc cöùng hôn noù. 9
b) Phaân loaïi : • Ñoái vôùi goã vaø kim loaïi + Phöông phaùp Brinen : duøng vieân bi theùp coù ñöôøng kính D (mm), ñem aán vaøo vaät lieäu ñònh thou vôùi moät löïc P, roài döïa vaøo kích thöôùc veát caàu loom treân beà maët vaät lieäu ñeå xaùc ñònh ñoä cöùng. Ñoä cöùng Brinen xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : P P ¡ H Br = = daN mm ¢ £ F πD D− D −d ¤ Trong ñoù : F – dieän tích choûm caàu cuûa veát loõm, mm2 D – ñöôøng kính bi theùp, mm d – ñöôøng kính veát loõm, mm P – löïc eùp vieân bi vaøo maãu thí nghieäm (daN), noù phuï thuoäc vaøo ñöôøng kính vieân bi vaø loaïi vaät lieäu. P ñöôïc tính theo coâng thöùc P = K.D2 K – laø heä soá, phuï thuoäc tính chaát vaät lieäu. Ví duï :ñoái vôùi kim loaïi ñen, K = 30 Ñoái vôùi kim loaïi maøu, K = 10 Ñoái vôùi kim loaïi meàm, K = 3 HBr caøng lôùn thì vaät lieäu caøng cöùng • Ñoái vôùi khoaùng vaät voâ cô : ñeå xaùc ñònh ñoä cöùng ngöôøi ta duøng baûng phaân loaïi Mohr Thang ñoä cöùng Teân khoaùng Ñaëc ñieåm 1 Ñaù phaán (talc) Meàm, raïch ñöôïc baèng 2 Ñaù thaïch cao (CaSO4.2H2O) ngoùn tay. 3 Ñaù canxit (CaCO3) 4 Fluorin (CaF2) Cöùng hôn, raïch ñöôïc 5 Apatit baèng dao theùp. 6 Traøng thaïch (Feldspath) 7 Thaïch anh (SiO2) 8 Topazo Cöùng, laøm xöôùc kính. 9 Corindon 10 Kim cöông Ñeå xaùc ñònh ñoä cöùng cuûa moät loaïi ñaù A naøo ñoù ngöôøi ta duøng phöông phaùp vaïch laáy caùc maãu ñaù theo thöù töï trong thang ñoä cöùng Mohr laàn löôït vaïch leân A. Chuù yù : Söï cheânh leäch caùc soá baäc trong thang ñoä cöùng Mohr khoâng ñuùng nhö soá baäc ñaõ chæ maø chæ noùi leân chuùng hôn keùm nhau. 1.3.4. Ñoä hao moøn - Ñònh nghóa : laø khaû naêng vaät lieäu chòu taùc duïng ñoàng thôøi maøi moøn vaø choáng va chaïm. - Caùch xaùc ñònh : duøng thieát bò hình troáng Devan Ñoä hao moøn Ñeâvan : 10
Ñeå xaùc ñònh ñoä hao moøn thöôøng duøng maùy Ñeâvan (ñoái vôùi ñaù). Ñaäp ñaù ¤ thaønh nhöõng vieân naëng khoaûng 100g roài boû 5kg ñaù vaøo thuøng. Cho thuøng quay 10000 voøng roài laáy maãu ra vaø ñem saøng qua saøng 2mm. Ñoä hao moøn seõ ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : m −m Mn = F Trong ñoù : F- tieát dieän maãu (cm2) m1, m2 : khoái löôïng maãu tröôùc vaø sau khi maøi moøn. (g) BAØI TAÄP CHÖÔNG 1 Baøi 1 : Moät vaät ôû traïng thaùi aåm 20% coù khoái löôïng theå tích 1,8kg/dm3, ôû traïng thaùi baõo hoøa nöôùc khoái löôïng theå tích cuûa vaät laø 2kg/dm3. Cho bieát khoái löôïng rieâng cuûa vaät laø 3kg/dm3 vaø cuûa nöôùc laø 1kg/dm3. Bieát theå tích cuûa vaät khoâng thay ñoåi khi ñoä aåm thay ñoåi. Haõy tính heä soá baõo hoøa nöôùc cuûa vaät ñoù. Baøi 2 : Moät vaät ôû traïng thaùi aåm 10% coù khoái löôïng theå tích 2,2kg/dm3, ôû traïng thaùi baõo hoøa nöôùc hoaøn toaøn coù khoái löôïng theå tích laø 2,3kg/dm3. Bieát vaät coù theå tích khoâng ñoåi khi ñoä aåm thay ñoåi vaø ρn=1g/cm3. Tính khoái löôïng rieâng cuûa vaät.Cbh =1 Baøi 3 : Moät vaät khi baõo hoøa nöôùc hoaøn toaøn coù möùc huùt nöôùc theo khoái löôïng laø 20%, ñoä roãng cuûa vaät ñoù laø 40%. Bieát theå tích cuûa vaät khoâng thay ñoåi khi ñoä aåm thay ñoåi, khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc laø 1g/cm3. Haõy tính khoái löôïng theå tích cuûa vaät ôû traïng thaùi baõo hoøa, Cbh = 1 Baøi 4 : Moät maãu ñaù voâi khoâ naëng 300g, sau khi huùt nöôùc ôû ñieàu kieän thöôøng 3 ngaøy ñeâm ñem caân ñöôïc 309g. bieát heä soá baõo hoøa nöôùc laø 0,7; khoái löôïng theå tích cuûa ñaù khoâ laø 2400kg/m3; cuûa nöôùc laø 1kg/dm3. Haõy tính ñoä huùt nöôùc theo khoái löôïng vaø theå tích, ñoä roãng vaø khoái löôïng rieâng cuûa ñaù naøy. Baøi 5 : Moät vaät coù khoái löôïng rieâng laø 2,6kg/dm3, ñoä roãng 20%. Khi ñoä aåm taêng 1% thì ñoä taêng trung bình veà theå tích cuûa vaät laø 0,2%. Haõy tính khoái löôïng theå tích cuûa vaät ôû ñoä aåm 20%. Baøi 7 : Moät vaät coù khoái löôïng rieâng laø 2,2kg/dm3 vaø ñoä roãng baèng 20%, ôû traïng thaùi baõo hoøa nöôùc vaät coù khoái löôïng theå tích laø 2kg/dm3. Cho bieát ñöôøng bieåu dieãn quan heä giöõa ñoä taêng theå tích töông ñoái ∆V vaø ñoä aåm coù daïng baäc nhaát heä soá goùc laø 0.1. tính möùc huùt nöôùc theo khoái löôïng cuûa vaät. Baøi 8 : Moät maãu ñaù coù hình daïng khoâng roõ raøng, ôû traïng thaùi khoâ coù khoái löôïng laø 80g. sau khi phuû beà maët maãu baèng paraphin thì khoái löôïng cuûa noù caân ñöôïc trong nöôùc laø 37g. bieát khoái löôïng cuûa paraphin ñaõ duøng ñeå phuû maãu laø 0,75g vaø khoái löôïng ñôn vò cuûa paraphin laø 0.9g/cm3, cuûa nöôùc laø 1g/cm3. Tính khoái löôïng theå tích cuûa ñaù. Baøi 10 : Moät vaät baõo hoøa nöôùc boû vaøo nöôùc thì noåi leân 2/5 theå tích. Bieát heä soâù baõo haøo nöôùc C-60%, ñoä roãng r=40%. Haõy tính khoái löôïng rieâng cuûa vaät ñoù. Bieát theå tích cuûa vaät khoâng thay ñoåi khi ñoä aåm thay ñoåi. Baøi 11 : Moät loaïi ñaù voâi coù khoái löôïng theå tích ôû traïng thaùi baõo hoaø laø 2,55g/cm3, heä soá baõo hoøa nöôùc 50%. Ñaù daêm ñöôïc saûn xuaát töø ñaù voâi coù khoái löôïng ñôn vò theå 11
tích xoáp laø 1,625g/cm3, ñoä roãng 35%. Bieát theå tích cuûa ñaù voâi khoâng thay ñoåi khi ñoä aåm thay ñoåi. Haõy xaùc ñònh khoái löôïng rieâng cuûa ñaù voâi. Baøi 14 : Moät loaïi beâtoâng xæ coù heä soá truyeàn nhieät ôû ñieàu kieän töï nhieân 0,46kCal/m.0C.h, ñoä aåm W=3%, khoái löôïng rieâng laø 2,6g/cm3. Haõy xaùc ñònh ñoä roãng cuûa loaïi vaät lieäu naøy. Baøi 16 : Vaät lieäu caùch nhieät töø taám eùp höõu cô coù chieàu daøy a = 600mm ñöôïc thay baèng taám boâng thuyû tinh. Cho bieát nhieät ñoä ôû maët tieáp xuùc nguoàn nhieät laø 1200C vaø maët söû duïng laø 200C. ÔÛ 00C, heä soá truyeàn nhieät cuûa taám eùp höõu cô coù λ0= 0,066 kCal/m.h.0C, cuûa taám boâng thuyû tinh laø λ0= 0,035 kCal/m.h.0C. Vaø heä soá nhieät ñoä cho caû 2 loaïi β = 0,002. Haõy xaùc ñònh chieàu daøy cuûa taám boâng thuyû tinh? ./. 12
CHÖÔNG 2 VAÄT LIEÄU ÑAÙ THIEÂN NHIEÂN 2.1. Khaùi nieäm chung 2.1.1. Vaät lieäu ñaù thieân nhieân Laø nhöõng vaät lieäu ñöôïc khai thaùc vaø gia coâng töø ñaù thieân nhieân nhö noå mìn, ñuïc, ñaäp, cöa, v..v.... Do ñoù, tính chaát cô lyù, hoùa hoïc cuûa vaät lieäu ñaù thieân nhieân vaãn giöõ nguyeân nhö ñaù goác. Vì vaäy, ñeå tìm hieåu tính chaát cuûa vaät lieäu ñaù thieân nhieân ta phaûi tìm hieåu tính chaát cuûa ñaù nhieân nhieân. Vaät lieäu ñaù thieân nhieân laø loaïi vaät lieäu ñöôïc duøng nhieàu trong xaây döïng. - Coâng duïng : vaät lieäu ñaù thieân nhieân nhö caùt, soûi, ñaù daêm duøng laøm coát lieäu beâ toâng vaø vöõa; ñaù caáp phoái duøng raûi ñöôøng oâtoâ vaø ñeäm ñöôøng xe löõa; ñaù hoäc duøng ñeå xaây moá caàu, xaây coáng, keø ñeâ vaø gia coá neàn ñöôøng oâtoâ ôû vuøng ñaát yeáu; ñaù taám, ñaù laùt duøng laùt væa heø, laøm baäc caàu thang; caùc caáu kieän kieán truùc khaùc nhö soûi, cuoäi, ñaù granit duøng ñeå trang hoøan caùc coâng trình daân duïng vaø coâng coäng. Ngoøai ra, coøn duøng ñaù thieân nhieân ñeå saûn xuaát caùc chaát keát dính nhö voâi, thaïch cao, xi maêng (goàm ñaát seùt vaø ñaù voâi). - Öu ñieåm : cöôøng ñoä chòu neùn cao, ñoä cöùng cao, beàn vöõng trong moâi tröôøng söû duïng, duøng trang trí, reû tieàn (vì laø vaät lieäu ñòa phöông). . .. 2.1.2. Ñaù thieân nhieân a) Khaùi nieäm : Ñaù thieân nhieân laø moät khoái voâ cô goàm 1 hoaëc nhieàu khoaùng vaät khaùc nhau. Khoaùng vaät laø moät hôïp chaát hoùa hoïc thieân nhieân hoaëc laø caùc nguyeân toá töï sinh ñöôïc taïo thaønh trong quaù trình hình thaønh voû traùi ñaát. Ví duï : ñaù voâi coù khoaùng canxit CaCO3. Ñaù thaïch cao : CaSO4.2H2O vaø taïp chaát Ñaù granit bao goàm caùc khoaùng vaät chính laø thaïch anh (SiO2), felspath vaø mica. Döïa vaøo ñieàu kieän hình thaønh vaø nguoàn goác ñaù thieân nhieân chia thaønh 3 loaïi : ñaù macma, ñaù traàm tích vaø ñaù bieán chaát Ñaù ñöôïc taïo thaønh bôûi 1 khoaùng goïi laø ñaù ñôn khoaùng, ñaù goàm nhieàu khoaùng goïi laø ñaù ña khoaùng 1b) Khoaùng taïo ñaù voâi 1a) Khoaùng taïo ñaù granit 1c) Khoaùng taïo ñaù thaïch cao 13
Ñaù macma xaâm nhaäp Ñaù macma Ñaù macma phun traøo Ñaù traàm tích cô hoïc Ñaù thieân nhieân Ñaù traàm tích Ñaù traàm tích hoùa hoïc Ñaù traàm tích höõu cô Ñaù bieán chaát Ñaù bieán chaát khu vöïc Ñaù bieán chaát tieáp xuùc 2.1.3. Phaân loaïi vaø öùng duïng vaät lieäu ñaù thieân nhieân Vaät lieäu ñaù thieân nhieân raát khaùc nhau veà tính chaát maëc duø khai thaùc cuøng moät nôi, cuøng loaïi ñaù. a). Khoái löôïng theå tích γo > 1800 kg/m3 : ñaù naëng duøng cho coâng trình : moùng, ñeâ, lôùp phuû bôø ñaäp. γo < 1800 kg/m3 : ñaù nheï xaây töôøng giöõ nhieät cho coâng trình. b) Theo heä soá meàm Coù 4 caáp : Hm < 0.6 :duøng nôi khoâ raùo Hm 0.6 – 0.75 :duøng nôi ít aåm Hm 0.75 – 0.9 : duøng nôi aåm öôùt Hm > 0.9 : duøng döôùi nöôùc c) Hình daïng, kích thöôùc Ñaù hoäc nhöõng vieân chöa qua gia coâng ñeõo goït, khoâng coù daïng hình hoïc xaùc ñònh, kích thöôùc 150 ÷ 450mm, m = 20 ÷ 40 kg. Ñaù khoái : Nhöõng vieân coù qua gia coâng cô hoïc, hình daùng thöôøng laø khoái hoäp chöõ nhaät, thöôøng ñöôïc goïi laø ñaù ñeõo : ñaù ñeõo thoâ, ñaù ñeõo vöøa, ñaù ñeõo kyõ. Ñaù taám : nhöõng vieân coù chieàu daøy beù hôn so vôùi caùc kích thöôùc coøn laïi. Ñaù daêm : ñaù coù d = 5 ÷ 70mm Caùt : haït coù d = 0,14 ÷ 5mm Boät ñaù : d< 0,14mm d) Caên cöù vaøo cöôøng ñoä Ñaù naëng : coù caùc Mac 100, 150, 200, 400, 600, 800, 1000 Ñaù nheï : coù caùc Mac 5, 10, 15, 75, 100, 150 e) Theo haøm löôïng oxit silic Ñaù axit : SiO2 > 65%; Ñaù trung tính : SiO2 = 55 ÷65%; Ñaù bazô : SiO2 = 45 ÷ 55%; Ñaù sieâu bazô SiO2 < 45% f) Theo nguoàn goác : Ñaù macma goàm ñaù macma xaâm nhaäp vaø ñaù macma phuùn xuaát Ñaù traàm tích goàm traàm tích cô hoïc, traàm tích hoùa hoïc vaø traàm tích höõu cô Ñaù bieán chaát goàm bieát chaát khu vöïc vaø bieán chaát tieáp xuùc 2.2. Ñaù macma 2.2.1. Ñaëc ñieåm chung Ñaù macma ñöôïc taïo thaønh do söï nguoäi ñaëc cuûa khoái macma hay khoái silicat noùng chaûy (to > 1100oC) töø loøng traùi ñaát xaâm nhaäp leân phaàn treân cuûa voû hoaëc phun ra ngoaøi maët ñaát. 14
Do ñieàu kieän nguoäi ñaëc cuûa khoái macma khaùc nhau → caáu taïo vaø tính chaát cuûa ñaù khaùc nhau, ngöôøi ta chia ñaù macma ra laøm 3 loaïi : a) Ñaù macma xaâm nhaäp : do söï nguoäi ñaëc cuûa khoái macma naèm trong loøng quaû ñaát. Ñaëc ñieåm : nguoäi chaäm, coù aùp löïc cuûa caùc lôùp ñaù beân treân. Tính chaát : raát ñaëc chaéc, cöôøng ñoä cao, ñoä huùt nöôùc (Hp) nhoû (< 1%), khoâng bò phong hoùa → coù maøu saéc ñeïp. Söû duïng : thöôøng duøng trong caùc coâng trình chòu löïc, duøng ñeå trang trí. Ví duï : ñaù granit, ñaù Gabro, Diorit … b) Ñaù phuùn xuaát chaët cheõ : do söï nguoäi ñaëc cuûa khoái dung nham naèm phía beân ngoaøi. Ñaëc ñieåm : nguoäi ñaëc trong ñieäu kieän laïnh ñoät ngoät (nhieät ñoä, aùp suaát thaáp) → caùc khoaùng khoâng kòp keát tinh, hoaëc chæ keát tinh ñöôïc moät boä phaän coù kích thöôùc tinh theå nhoû, khoâng hoaøn chænh, phaàn coøn laïi ôû traïng thaùi voâ ñònh hình. Ngoaøi ra, caùc chaát khí vaø hôi nöôùc khoâng kòp thoaùt ra ngoaøi → trong ñaù coù laãn boït khí, taïo nhieàu loã roãng. Tính chaát : roãng nheï, raát cöùng, gioøn. Söû duïng : laøm coát lieäu cho beâ toâng nheï, phuï gia hoaït tính cho beâ toâng, xi maêng. c) Ñaù phuùn xuaát rôøi raïc : laø phaàn macma phun leân cao hoaëc bay ñi xa. Ví duï : tro nuùi löûa, tup nuùi löûa. Thöôøng duøng laøm phuï gia trô cho beâ toâng vaø xi maêng. Ngöôøi ta coøn phaân bieät ñaù macma döïa vaøo thaønh phaàn khoaùng SiO2 : Ñaù axit : SiO2 > 65% Ñaù trung tính SiO2 55 - 65% Ñaù bazô SiO2 45 - 55% Ñaù sieâu bazô SiO2 < 45 % Hình 2 : Söï hình thaønh ñaù macma 2.2.2. Caùc khoaùng vaät taïo ñaù chuû yeáu Chuû yeáu laø thaïch anh, felspath, mica vaø khoaùng vaät maøu saãm. Caùc khoaùng vaät coù tính chaát khaùc nhau neân söï coù maët cuûa chuùng → ñaù coù nhöõng tính chaát xaây döïng khaùc nhau ví duï nhö cöôøng ñoä, ñoä beàn vöõng, khaû naêng gia coâng. 15
- Thaïch anh : (SiO2) ôû daïng keát tinh, tinh theå laêng truï 6 caïnh, coù maøu traéng söõa, ñoä cöùng laø 7, coù cöôøng ñoä cao, choáng maøi moøn toát, oån ñònh ñoái vôùi axit (tröø HF). - Felspath : coù 3 loaïi felspath kali, felspath natri, felspath canxi. Deã bò phong hoùa, keùm oån ñònh khi coù maët nöôùc vaø khí CO2 taïo thaønh caolinit – laø thaønh phaàn chuû yeáu cuûa ñaát seùt. - Mica : laø caùc alumosilicat ngaäm nöôùc raát phöùc taïp, phoå bieán coù 2 loaïi biotit (mica ñen), muscovit (mica traéng). Khoaùng vaät maøu saãm : amfibon, piroxen, olivin, coù cöôøng ñoä cao, dai beàn, khoù gia coâng. 2.2.3. Caùc loaïi ñaù macma thöôøng duøng trong xaây döïng - Ñaù macma xaâm nhaäp Ñaù granit (ñaù hoa cöông) laø loaïi ñaù axit thaønh phaàn khoaùng chính (thaïch anh, felspath vaø moät ít mica), coù maøu : tro nhaït, hoàng nhaït, hoaëc vaøng keát tinh haït lôùn. Tính chaát : ñaëc chaéc, cöôøng ñoä lôùn, ñoä huùt nöôùc nhoû hôn 1%, coù khaû naêng choáng phong hoùa cao, maøu saéc ñeïp. Duøng trong xaây döïng : oáp maët ngoaøi nhaø cöûa, coâng trình, laøm neàn moùng caàu, ñaäp. Ôû nöôùc ta, granít coù nhieàu ôû Thanh Hoùa, Taø Khoa, Phanxipaêng, Cöûa Raøo, Nuùi Oâng. Sienit, Diorit laø loaïi ñaù trung tính, coù khaû naêng choáng va chaïm toát, choáng phong hoùa cao vaø deã ñaùnh boùng, duøng laøm maët ñöôøng, taám oáp. Ôû Vieät Nam ñioârit gaëp nhieàu ôû Ñieän Bieân Phuû. Gabro laø ñaù bazô duøng laøm ñaù daêm, ñaù taám ñeå laùt maët ñöôøng, oáp trang trí caùc coâng trình. Rn (kG/cm2) Tính chaát ρv (kg/m3) Öùng duïng Ñaù granit 2600-2700 1200-2500 Q C 6 s ¡ & " £ ( ¡ ) $ 0 ¢ " 6 i " 0 d C 0 d $ & ¡ ¢ 1 ' G ¡ 0 £ £ & G ¡ 0 Sienit 2400-2800 1500-2000 d ( ¤ Diorit 2900-3300 2000-3500 Gabroâ 2900-3300 2000-3500 - Ñaù macma phuùn xuaát ρv (kg/m3) Rn (kG/cm2) Tính chaát Öùng duïng Diaba 2900-3500 3000-4000 ¢ ' ¡ 1 3 ¥ 0 ¢ " 6 6 0 # ¥ 0 1 3 ¥ ¢ © £ d 0 d ¦ ¤ 9 Bazan 2900-3500 1000-5000 andesit 2200-2700 1200-2400 Tuùp dung nham 750-1400 60-100 Vaät lieäu caùch nhieät, gaïch bloc xaây töôøng, ñaù daêm cho beâ toâng nheï Tro nuùi löûa 500 20-30 16
Tuùp nuùi löûa, Hình 3a : ñaù macma xaâm nhaäp (ñaù granit) Hình 3b : ñaù macma phun traøo (ñaù bazan) 2.3. Ñaù traàm tích 2.3.1. Ñaëc tính chung Ñaù traàm tích ñöôïc taïo thaønh do söï laéng ñoïng, keát tuï, tích tuï cuûa caùc lôùp ñaát ñaù, do thôøi gian laéng tuï khaùc nhau taïo thaønh caùc lôùp ñaù traàm tích coù chieàu daøy, maøu saéc, ñoä lôùn haït, ñoä cöùng khaùc nhau. Ñaù traàm tích khoâng ñaëc chaéc baèng ñaù macma (do caùc chaát keo keát thieân nhieân khoâng cheøn ñaày giöõa caùc haït hoaëc do baûn thaân caùc chaát keo co laïi). Cho neân ñaù traàm tích coù cöôøng ñoä thaáp hôn vaø ñoä huùt nöôùc cao hôn. Ñaù traàm tích raát phoá bieán, deã gia coâng neân ñöôïc söû duïng roäng raõi. Caên cöù vaøo ñieàu kieän taïo thaønh ñaù traàm tích chia laøm 3 loaïi : a) Traàm tích cô hoïc : do caùc loaïi ñaát ñaù ôû daïng rôøi raïc tích tuï thaønh. Ví duï : caùt, seùt, cuoäi, soûi, cuoäi keát … b) Traàm tích hoùa hoïc : do caùc chaát hoøa tan trong nöôùc laéng ñoïng, keát tuï, gaén keát laïi. Ví duï : ñaù thaïch cao. Ñaù ñolomit … Ñaëc ñieåm : haït raát nhoû, thaønh phaàn khoaùng vaät töông ñoái ñôn giaûn vaø ñeàu hôn traàm tích cô hoïc. c) Traàm tích höõu cô : do söï tích tuï laéng ñoïng cuûa xaùc caùc sinh vaät, thöïc vaät ôû trong bieån. Ví duï : ñaù voâi, ñaù voâi voû soø, ñaù phaán, ñaù diatomit, … 2.3.2. Caùc khoaùng vaät taïo ñaù chuû yeáu - Nhoùm oxit silic : opan, chanxedon, thaïch anh traàm tích. Opan (SiO2.2H2O) khoaùng voâ ñònh hình. Chanxedon (SiO2) hoï cuûa thaïch anh. Thaïch anh traàm tích : taùi keát tinh opan, chanxedon 17
- Nhoùm cacbonat : canxit, ñolomit, manhezit. Canxit : CaCO3, ñoä cöùng 3 Ñolomit : CaCO3.MgCO3 Mahezit : MgCO3 - Nhoùm caùc khoaùng seùt : quan troïng trong ñaù traàm tích. Caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O – do söï phaân huûy felspath, mica … laø thaønh phaàn chuû yeáu cuûa caolanh vaø caùc loaïi ñaát seùt ña khoaùng. Mica ngaäm nöôùc hình thaønh do söï phaân huûy mica vaø moät soá silicat. Montmorilonit – khoaùng seùt taïo thaønh trong moâi tröôøng kieàm, laø thaønh phaàn chính cuûa ñaát seùt bentonit, ñoâi khi noù laø xi maêng gaén keát trong sa thaïch. - Nhoùm sulphat : thaïch cao vaø anhydric. Thaïch cao (CaSO4.2H2O) taïo thaønh do traàm tích hoùa hoïc, do thuûy hoùa anhydric. Anhydric (CaSO4), traàm tích hoùa hoïc. 2.3.3. Caùc loaïi ñaù traàm tích thöôøng duøng trong xaây döïng - Ñaù voâi : thaønh phaàn chuû yeáu laø CaCO3, thöôøng laãn taïp chaát ñaát seùt, silic … duøng laøm coát lieäu beâ toâng, raûi maët ñöôøng, laø nguyeân lieäu saûn xuaát voâi, xi maêng … - Sa thaïch : ñaù thaïch anh keo keát baèng chaát keo keát thieân nhieân (ñaát seùt, oxit silic, canxi cacbonat). Trong xaây döïng thöôøng duøng sa thaïch sillic ñeå laøm ñaù daêm cho beâ toâng vaø ñeå raûi maët ñöôøng. Hình 4a) Cuoäi keát Hình 4b) Sa thaïch 2.4. Ñaù bieán chaát 2.4.1. Ñaëc tính chung Laø caùc loaïi ñaù macma, ñaù traàm tích bò bieán ñoåi tính chaát khi gaëp aùp suaát vaø nhieät ñoä cao. Chia thaønh 2 loaïi : a) Bieán chaát khu vöïc : khi moät vuøng ñaát naøo ñoù bò luùn xuoáng, nhöõng lôùp ñaù hình thaønh tröôùc bò luùn saâu hôn, beân treân laø nhöõng lôùp traàm tích môùi tích tuï daàn, laâu ngaøy taïo neân moät aùp löïc lôùn eùp leân nhöõng lôùp döôùi laøm chuùng bò bieán chaát. Loaïi naøy coù tính phaân phieán (lôùp moûng) neân tính chaát cô hoïc keùm hôn ñaù macma. Ví duï nhö ñaù gônai (do ñaù granit taùi keát tinh), dieäp thaïch seùt (ñaát seùt bieán chaát). b) Bieán chaát tieáp xuùc : taïo thaønh töø traàm tích bò bieán chaát do taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao. Khi gaëp khoái macma noùng chaûy, ñaù traàm tích tieáp xuùc vôùi khoái macma bò nung noùng vaø thay ñoåi tính chaát. Loaïi naøy thöôøng raén hôn ñaù traàm tích. Ví duï nhö ñaù hoa (bieán chaát töø ñaù voâi), thaïch anh (bieán chaât töø caùt) . . . . 18
Hinh 5 : Bieán chaát ñoäng löïc Hinh 5 : Bieán chaát khu vöïc 2.4.2. Caùc loaïi ñaù bieán chaát thöôøng duøng trong xaây döïng - Ñaù gônai do ñaù granit taùi keát tinh vaø bieán chaát döôùi taùc duïng cuûa aùp löïc cao, laø ñaù bieán chaát khu vöïc (bieán chaát ñòa phöông) xaûy ra ôû döôùi saâu trong moät vuøng roäng lôùn do aûnh höôûng cuûa caû nhieät ñoä vaø aùp suaát. Caáu taïo daïng phaân lôùp neân coù cöôøng ñoä theo caùc phöông khaùc nhau, deã bò phong hoùa, taùch lôùp. Duøng laøm taám oáp, laùt … - Ñaù hoa (ñaù caåm thaïch) bieán chaát töø ñaù voâi, ñaù ñolomit döôùi taùc duïng cuûa nhieät ñoä vaø aùp suaát (do bieán chaát tieáp xuùc hoaëc khu vöïc) (bieán chaát tieáp xuùc xaûy ra do aûnh höôûng nhieät ñoä cao cuûa khoái macma hoaëc cuûa lôùp dung nham maø laøm cho ñaù xung quanh bò bieán chaát). Ñaù hoa deã gia coâng, maøi nhaün, ñaùnh boùng. Duøng laøm taám oáp trang trí, baäc caàu thang, laùt saøn nhaø, coát lieäu cho beâ toâng. - Ñaù quaêczit (ñaù thaïch anh) do sa thaïch (ñaù caùt) taùi keát tinh taïo thaønh, chòu phong hoùa toát, cöôøng ñoä cao, ñoä cöùng lôùn. Duøng xaây truï caàu, taám oáp, ñaù daêm, ñaù hoäc cho caàu ñöôøng, laø nguyeân lieäu saûn xuaát gaïch chòu löûa. - Dieäp thaïch seùt : bieán chaát cuûa ñaát seùt döôùi aùp löïc cao laøm vaät lieäu lôïp. Hình 5 : öùng duïng ñaù bieán chaát (ñaù caåm thaïch) trong xaây döïng 2.6. Khai thaùc vaø gia coâng - Khai thaùc : vieäc löïa choïn phöông phaùp khai thaùc tuøy thuoäc vaøo : + ñoä cöùng cuûa ñaù ; + vò trí cuûa ñaù trong moû ñaù ; + ñieàu kieän thieát bò, kích thöôùc saûn phaåm. 19