Chuong 1 - Tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng

Chia sẻ: I Miss U | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

1.047
lượt xem 254
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

I. Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng - Vật liệu xây dựng không thể thiếu được trong các công trình xây dựng cơ bản. Nó là một trong các yếu tố quyết định đến chất lượng, giá thành và thời gian thi công công trình. - Nó chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng. + (70 ¸ 80)% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp. + (70 ¸ 75)% đối với các công trình giao thông. + (50 ¸ 55)% đối với các công trình thuỷ lợi....

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chuong 1 - Tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng

MỞ ĐẦU I. Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng - Vật liệu xây dựng không thể thiếu được trong các công trình xây d ựng c ơ b ản. Nó là một trong các yếu tố quyết định đến chất lượng, giá thành và th ời gian thi công công trình. - Nó chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng. + (70 ÷ 80)% đối với các công trình dân dụng và công nghi ệp. + (70 ÷ 75)% đối với các công trình giao thông. + (50 ÷ 55)% đối với các công trình thuỷ lợi. II. Sơ lược tình hình phát triển ngành SX VLXD - Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành VLXD cũng đã phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ đơn giản đ ến ph ức tạp; chất l ượng v ật li ệu ngày càng được nâng cao. - Từ xưa loài người đã biết dung các vật li ệu đ ơn gi ản có s ẵn trong thiên nhiên như: đất, rơm rạ, đá gỗ…để xây dựng nhà cửa, thành quách, c ầu c ống. Ở nh ững nơi xa núi, người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi d ần dần v ề sau đã bi ết dùng g ạch ngói bằng đất sét nung. - Để gắn kết viên gạch, đá rời rạc lại với nhau, ng ười x ưa đã bi ết dùng 1 s ố ch ất kết dính (CKD) rắn trong không khí như vôi, thạch cao. - Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc v ới n ước và n ằm trong n ước, người ta đã nghiên cứa ra những CKD m ới nh ư: CKD h ỗn h ợp g ồm vôi r ắn trong không khí với PGHT; vôi thuỷ; XMPL (đầu TK19, 1812 do Alec xâycherief - Ng ười Nga, 1821 do Apsđin - Người Anh công bố) - Đến nay, người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhi ều lo ại v ật li ệu lim lo ại, BTCT, BT ứng lực trước, gạch Silicat, BT nhẹ, BT cách nhiệt, chịu nhi ệt… - Kỹ thuật sản xuất và sử dụng VLXD trên thế giới đã đạt đ ến trình đ ộ cao, nhi ều phương pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng nh ư nung vật li ệu g ốm b ằng lò tuynel, nung ximăng bằng lò quay với nhiên liệu l ỏng, khí; SX các c ấu ki ện bêtông ứng lực trước với kích thước lớn… - Phương hướng phát triển ngành VLXD: + Xây dựng thêm nhiều nhà máy xi măng công su ất l ớn v ới k ỹ thu ật hi ện đ ại. D ự kiến đến 2010 sản xuất (40 ÷ 45) triệu tấn ximăng. + Đầu tư xây dựng các nhà máy gốm với đa dạng các s ản ph ẩm: g ạch ceramic, gạch, ngói, tấm ốp, lát, sứ vệ sinh, tấm lợp. Dự kiến 2010: sản phẩm (40 ÷ 50) triệu m 2 gạch men lát nền, ốp tường; (4 ÷ 5) triệu sản phẩm sứ vệ sinh; (18 ÷ 20) tỷ viên gạch; (30 ÷ 35) triệu m 2 tấm lợp, 2 triệu m 2 đá ốp lát… + Mở rộng các nhà máy kính với đa dạng hoá s ản ph ẩm: kính ph ản quang, kính màu, kính an toàn, gương soi, kính xây dựng… Dự kiến 2010: SX (80 ÷ 90) triệu m 2 kính xây dựng các loại. + Phát triển các loại VL mới như: VL t ổng h ợp, t ấm cách âm, cách nhi ệt, VL chống thấm, sợi thuỷ tinh v.v... 1
III. Phân loại vật liệu xây dựng Chia làm 3 loại chính: 1/ Vật liệu vô cơ - Vật liệu đá thiên nhiên. - Vật liệu nung. - Các loại chất kết dính vô cơ. - Bêtông, vữa. - Các loại đá nhân tạo không nung. 2/ Vật liệu hữu cơ - Gỗ, tre, bittum. - VL keo, chất dẻo, sơn, vécni, matit. - VL polime. 3/ Vật liệu kim loại - Gang, thép, các loại kim loại màu, hợp kim. 2
CHƯƠNG 1 CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 NHỮNG THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CHO TRẠNG THÁI VÀ CẤU TRÚC C ỦA VẬT LIỆU 1.1.1 Khối lượng thể tích của vật liệu 1.1.1.1 Định nghĩa KLTT là khối lượng của một đơn vị thể tích vật li ệu ở tr ạng thái t ự nhiên bao gồm cả thể tích lỗ rỗng có trong nó. 1.1.1.2. Công thức m ρ = (1-1) v V0 Trong đó: ρ v - Khối lượng thể tích của vật liệu (g/cm 3 , kg/m 3 , T/m 3 ). m - Khối lượng của mẫu VL ở trạng thái tự nhiên (g). V 0 - Thể tích của VL ở trạng thái tự nhiên (cm 3 ). Ví dụ: Gạch: ρ v = (1,7 ÷ 1,9) g/cm 3 ; Cát: ρ v = (1,5 ÷ 1,65) g/cm 3 ; Đá: ρ v = (1,5 ÷ 1,7) g/cm 3 ; Xi măng: ρ v = (1,1 ÷ 1,3) g/cm 3 ; 1.1.1.3. Phương pháp xác định Luôn được xác định bằng thực nghiệm. a/ Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105 ÷ 110) oC đến khối lượng không đổi → Cân b/ Thể tích Vo: - Mẫu có hình dạng xác định : “ Phương pháp đo trực tiếp ” Tính V 0 theo công thức: c1 c3 d1 c2 b2 d3 a1 a2 h2 h4 b3 h1 h3 b1 a3 d4 d2 atb = (a1 + a2 + a3)/3 dtb = (d1 + d2 + d3 + d4)/4 btb = (b1 + b2 +b3)/3 htb = (h1 + h2 + h3 + h4)/4 ctb = (c1 + c2 + c3)/3 V 0 = atb × btb × ctb hh 2 Tru V o = π. dtb .htb/4 Hình 1.1: Hình vẽ mẫu trụ và mẫu lập phương - Mẫu có hình dạng bất kỳ: “ Phương pháp chất lỏng rời chỗ ” + Sấy khô mẫu VL đến khối lượng không đổi. 3
+ Để nguội và cân mẫu được m 1 . + Nhúng mẫu vào parafin (nến) nóng chảy và cân được m 2 . + Cho nước vào trong ống nghiệm đến vạch V 1 . + Nhúng mẫu vào trong ống nghiệm, mức nước tăng đ ến vạch V 2 . (* Lưu ý: Cách đọc giá trị mức nước là giá trị thấp nhất của mặt cong.) m1 ρv = (1-2) V2 − V1 − V P m 2 − m1 Vp= (1-3) 0,93 V2 V1 Paraphin MÉu VL ban ®Çu MÉu VL sau khi nhóng Hình 1.2: Xác định KLTT của VL có hình dạng bất kì. - Mẫu rời rạc (ximăng, cát, đá, sỏi…): đ ổ vật li ệu t ừ 1 chi ều cao nh ất đ ịnh xu ống 1dụng cụ có thể tích đã biết trước theo quy định (ca, thùng đong 1l, 2l, 5l…). M¸ ng dÉn 45° 100 VËt chøa (èng ®ong) Hình 1.3: Xác định KLTT đổ đống của vật liệu 1.1.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng - Cấu tạo của vật liệu: hình thành trong quá trình công nghệ. - Độ ẩm: thay đổi theo thời gian tuỳ theo điều kiện khí hậu trong công trình. * Chú ý: Khối lượng thể tích tiêu chuẩn: là khối lượng được xác định ở đi ều ki ện độ ẩm bằng 0% (w tc = 0% - VL khô) và được xác định bằng công thức: ρ v = ρ v .(1+ 0,01W) w (1-4) Công thức này chỉ đúng khi VL không thay đổi thể tích khi có đ ộ ẩm (đá). 4
Ví dụ: Độ ẩm tiêu chuẩn của gỗ : w tc = 12%. 1.1.1.5. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế - Phán đoán một số tính chất: cường độ, độ hút nước, đ ộ r ỗng, đ ộ d ẫn nhi ệt... → xem VL nặng hay nhẹ. - Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa. - Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu. 1.1.2. Khối lượng riêng của vật liệu 1.1.2.1. Định nghĩa KLR là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc. 1.1.2.2. Công thức m ρ= (1-5) Va Trong đó: ρ - là khối lượng riêng của vật liệu, (g/cm 3 , kg/m 3 , T/m 3 ). m - là khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn khô, (g). Va - là thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc,(cm 3 ). Ví dụ: Gạch: ρ = 2,65 g/cm 3 ; Cát: ρ = 2,6 g/cm 3 ; Đá: ρ = 2,5 g/cm 3 ; Xi măng: ρ = 3,1 g/cm 3 . 1.1.2.3. Phương pháp xác định Bằng thực nghiệm: a. Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105 ÷ 110) 0 C đến khối lượng không đổi → Cân b. Thể tích V a : - Vật liệu có hình học rõ ràng → Đo trực tiếp kích thước và tính theo công thức. - Vật liệu có hình dạng bất kì → Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ để tìm V a . - Vật liệu có lỗ rỗng thì tìm bằng phương pháp bình t ỷ tr ọng. + Nghiền nhỏ mẫu VL lọt qua sàng 0,25 mm → Cân được m 1 + Cho chất lỏng vào trong bình có thể tích V 1 . + Cho VL vào trong bình, dâng lên có thể tích V 2 . + Đem cân lượng VL còn lại là m 2 . m1 − m2 ρ= (1-6) V2 − V1 *Chú ý: Chất lỏng dùng để xác định KLR phải không có tác d ụng hoá h ọc v ới VL làm thí nghiệm. Ví dụ: Xác định KLR của xi măng thì dùng chất lỏng là dầu h ỏa. 1.1.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng Bản chất của VLXD. 1.1.2.5. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế - Là một đại lượng vật lý cơ bản của VLXD - Đánh giá bản chất của vật liệu: đặc hay rỗng. 5
1.1.3. Độ rỗng và độ đặc của vật liệu 1.1.3.1. Định nghĩa a/ Độ rỗng: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích các l ỗ rỗng có trong v ật li ệu trên th ể tích tự nhiên của vật liệu đó. b/ Độ đặc: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích đặc của VL và thể tích tự nhiên của nó. 1.1.3.2. Công thức a/ Công thức và đơn vị đo độ rỗng: Vr .100 (%) r= (1-7) V0 Trong đó: r - là độ rỗng, % Vr - là thể tích lỗ rỗng trong vật liệu, cm3 Vo- là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3 Ngoài ra, độ rỗng còn có thể được tính theo công th ức sau: ρv r = (1 − ).100 (%) (1-8) ρ Trong đó : ρ v - là khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô, g/cm 3; ρ - là khối lượng riêng của vật liệu, g/cm3. b/ Công thức và đơn vị đo độ đặc: Va .100 (%) đ= (1-9) V0 Trong đó: đ - là độ đặc, %; V a - là thể tích đặc của vật liệu, cm3 Vo - là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3 ; 1.1.3.3. Quan hệ giữa độ rỗng và độ đặc r = (1- đ ).100% (1-10) 1.1.3.4. Phương pháp xác định Thông qua ρ v và ρ 1.1.3.5. Các yếu tố ảnh hưởng Không chịu ảnh hưởng của bất kì yếu tố nào. 1.1.3.6. Ý nghĩa và ứng dụng Có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất khác của VL nh ư: KLR, KLTT, c ường độ, độ hút nước, tính truyền nhiệt v.v... 1.1.4. Độ mịn của vật liệu 1.1.4.1. Định nghĩa Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích thước hạt của nó. 6
1.1.4.2. Phương pháp xác định Đánh giá bằng tỉ diện tích bề mặt (cm 2 /g) hoặc bằng lượng lọt sàng, lượng sót sàng tiêu chuẩn (%). Dụng cụ sàng tiêu chuẩn ph ụ thu ộc vào t ừng lo ại VL. Ví dụ: Độ mịn của xi măng được sàng qua sàng tiêu chuẩn N o 009 (4900 lỗ/cm 2 ). * Chú ý: Hiện nay người ta còn sử dụng phương pháp lắng hồ. 1.1.4.3. Ý nghĩa - Quyết định khả năng tương tác của VL v ới môi tr ường (ho ạt đ ộng hoá h ọc, phân tán trong môi trường) - Ảnh hưởng đến độ rỗng giữa các hạt. → Vì vậy, tuỳ từng mục đích sử dụng mà cần tăng hay giảm độ mịn. 2.1. Những tính chất có liên quan đến nước của vật liệu 2.1.1. Liên kết giữa nước và vật liệu 2.1.1.1. Các trạng thái của nước có trong vật liệu Vật liệu luôn chứa một lượng nước nhất định. Tuỳ theo b ản ch ất c ủa vật li ệu, thành phần, tính chất bề mặt và đặc tính lỗ rỗng của nó mà m ức đ ộ liên k ết gi ữa vật liệu với nước có khác nhau. Dựa vào mức độ liên kết giữa nước và vật li ệu mà n ước có trong v ật li ệu đ ược chia thành 3 loại: Nước hoá lý, nước hoá học và nước cơ học. a/ Nước hoá lý (nước hấp phụ): là các phần tử nước nằm trên bề mặt rắn của VL, liên kết với bề mặt rắn VL bằng lực Vanđécvan hoặc bằng l ực tĩnh đi ện b ề m ặt (nước màng). Nước hoá lý chỉ thay đổi dưới tác dụng c ủa đi ều ki ện môi tr ường 0 (nhiệt độ, độ ẩm). Khi nhiệt độ nước t H 2O > 250 0 C thì nước sẽ tách ra khỏi liên kết . Trong trường hợp này, đặc tính của VL thay đổi không nhi ều. b/ Nước hoá học: là nước nằm trong thành phần hoá h ọc c ủa vật li ệu và khi m ất nước thì vật liệu sẽ thay đổi thành phần và tính ch ất. N ước liên k ết các thành 0 phần VL với lực liên kết rất lớn. Khi nhiệt độ của của n ước t H 2O > 500 0 C thì nước mới tách ra khỏi liên kết. V í d ụ: Al 2 O 3 .2SiO 2 .2H 2 O > 750 0 C Al 2 O 3 .2SiO 2 + 2 H 2 O (Cao lanh) (Mêtacaolanh) CaSO 4 .2H 2 O > 500 C CaSO 4 + 2 H2 O 0 (Thạch cao) (Thạch cao khan) c/ Nước cơ học (nước mao quản, nước tự do): chứa trong các lỗ rỗng, mao quản của vật liệu. Ở nhiệt độ thường, chúng có thể thoát ra kh ỏi VL ho ặc đi vào VL → Tính chất của vật liệu hầu như không thay đổi. 2.1.1.2. Hiện tượng trao đổi nước giữa VLXD và môi truờng Chỉ xảy ra đối với nước tự do và một phần nước hấp phụ. Lúc đầu, áp suất nước có trong VL bằng 0, còn áp su ất n ước bên ngoài > 0. Chính sự chênh lệch áp suất trong và ngoài lỗ rỗng h ở c ủa VLXD là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng nước thoát ra hay xâm nhập vào VL. Hiện tượng này x ảy ra liên tục và phụ thuộc vào 2 thông số môi tr ường là nhi ệt đ ộ và đ ộ ẩm không khí. Nó chỉ dừng lại khi đạt đến cân bằng về áp su ất riêng c ủa h ơi n ước trong và ngoài lỗ rỗng của vật liệu. 2.1.2. Các đại lượng đặc trưng có liên quan đến nước của VL 7
2.1.2.1. Độ hút nước (H) a/ Định nghĩa: Là đại lượng đánh giá khả năng hút và gi ữ n ước c ủa v ật li ệu ở đi ều kiện thường (về nhiệt độ và áp suất). b/ Công thức và đơn vị đo Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo th ể tích: - Theo khối lượng H p : mu − m k mn .100 (%) .100 (%) = Hp = (1-11) mk mk - Theo thể tích H v : mu − m k Vn .100 (%) .100 (%) = Hv = (1-12) V0 .ρ n Vo Trong đó: m n - Khối lượng nước hút (giữ) trong VL (g). m k - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g). m u - Khối lượng của VL ở trạng thái ướt (g). V 0 - Thể tích tự nhiên của VL (cm 3 ). V n - Thể tích của nước có trong VL (cm 3 ). ρ n - Khối lượng riêng của nước, ρ n = 1 g/cm 3 . - Quan hệ giữa H p và H v ρv Tc ; ( ρ v ở w tc = 0 %) Tc Hv = H p . (1-13) ρn c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm d/ Các yếu tố ảnh hưởng: - Cấu tạo, cấu trúc của vật liệu. - Bản chất của vật liệu (độ rỗng, tính chấ lỗ rỗng …) e/ Ý nghĩa: Với một VLXD xác định chỉ có 1 giá trị độ hút nước. 2.1.2.2. Độ ẩm (W) a/ Định nghĩa: là đại lượng đánh giá lượng nước (tự do) có thật trong VL t ại th ời điểm xác định. b/ Công thức và đơn vị đo: ma − mk m .100 (%) = n .100 (%) W= (1-14) mk mk Trong đó: m a - Khối lượng của VL ở trạng thái ẩm tự nhiên (g). m k - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g). c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm. d/ Các yếu tố ảnh hưởng: - Cấu tạo của vật liệu (lỗ rỗng, đặc tính lỗ rỗng...). 8
- Bản chất của vật liệu. - Các thông số môi trường như nhiệt độ và áp suất. Wmt↑ → WVL↑ → Vo↑ → R↓ 2.1.2.3. Độ bão hoà nước a/ Định nghĩa: là hiện tượng VL hút nước đến tối đa trong điều kiện cưỡng b ức v ề nhiệt độ và áp suất. b/ Công thức và đơn vị đo: bh - Theo khối lượng H p : bh mu − m k mn bh bh .100 (%) .100 (%) = H = (1-15) p mk mk bh - Theo thể tích H v : Vnbh mu − m k bh bh .100 (%) .100 (%) = H = (1-16) V0 .ρ n v Vo Trong đó: bh bh m n , V n - Khối lượng và thể tích nước mà VL hút vào khi bão hoà. bh m u , m k - Khối lượng của mẫu VL khi đã bão hoà nước và khi khô. V 0 - Thể tích tự nhiên của VL. c/ Phương pháp xác định: 2 phương pháp - Phương pháp nhiệt độ: Luộc mẫu đã được sấy khô trong 4h, đ ể ngu ội, v ớt ra cân và tính toán. - Phương pháp chân không (áp suất): Ngâm mẫu vật li ệu đã đ ược s ấy khô trong 1 bình kín đựng nước , hạ áp lực trong bình xuống còn 20 mmHg cho đ ến khi không còn bọt khí thoát ra thì trở lại áp l ực bình th ường và gi ữ thêm 2 gi ờ n ữa r ồi v ớt ra cân và tính toán. d/ Các yếu tố ảnh hưởng: - Thành phần VL. - Độ rỗng. - Tính chất lỗ rỗng → Hệ số bão hòa (C bh ) Vn H vbh ≤1 C = = (1-17) bh Vr r Vn → V n = V 0 .H v ; V r = r.V 0 ); C bh = (0 ÷ 1) (H v = V0 → Đánh giá mức độ ngập nước trong toàn thể tích lỗ rỗng. *Chú ý: Khi VL bão hoà nước làm cho thể tích VL và khả năng dẫn nhi ệt tăng nhưng khả năng cách nhiệt và cường độ giảm → Mức độ bền nước của VL đánh giá bằng hệ số mềm (K m ) R bh Km = (1-18) Rk 9
Trong đó: R bh - Cường độ mẫu bão hoà. R k - Cường độ mẫu khô. ⇒ Tính chịu nước: là đặc tính của VL chống lại sự suy giảm của các tính chất vật lý, cơ học, đặc biệt là cơ học. e/ Ý nghĩa và ứng dụng thực tế. - Xác định khả năng chịu lực khi bão hoà nước thông qua C bh - Độ bão hoà nước dùng để ngâm tẩm và xử lý VL gỗ. - Đánh giá cấu tạo VL. 2.1.2.4. Tính thấm nước a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho nước thấm qua khi có s ự chênh lệch áp suất (từ nơi có áp lực nước cao sang nơi có áp lực nước thấp). b/ Bản chất thấm và điều kiện thấm: Là sự dịch chuyển có hướng của các phần tử nước do có khoảng tr ống thông nhau và do độ chênh áp lực ở 2 phía phân tử nước. c/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm K th ( m/s; m/h) V .a K th = (1-19) S .( p1 − p 2 ).t Trong đó: V - Thể tích nước thấm qua (m 3 ). a - Chiều dày vật liệu (m) S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m 2 ) p 1 - p 2 = ∆ p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước) t - Thời gian thấm, h. d/ Các yếu tố ảnh hưởng: - Nhiệt độ. - Bản chất của VL. - Áp lực do hiện tượng mao dẫn. 2.1.2.5. Tính thấm hơi và thấm khí của vật liệu a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho khí hoặc h ơi thấm qua khi có sự chênh lệch áp lực hơi hoặc khí giữa hai mặt của VL. b/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm Ktk V .a Ktk = (1-20) S .( p1 − p 2 ).t Trong đó: V - Thể tích khí hay hơi thấm qua (m 3 ). a - Chiều dày vật liệu (m) S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m 2 ) p 1 - p 2 = ∆ p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước) t - Thời gian thấm, h. 2.1.2.6. Biến dạng ẩm 10
- Là hiện tượng thay đổi về hình dạng và kích thước của v ật li ệu d ưới tác d ụng của yếu tố môi trường (trương nở khi hút nước và co lại khi sấy khô) - Biến dạng co nở lặp đi lặp lại sẽ làm phát sinh v ết n ứt và d ẫn đ ến phá ho ại v ật liệu. 3.1 Những tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu 3.1.1. Tính dẫn nhiệt (truyền nhiệt) a/ Định nghĩa: Tính dẫn nhiệt là tính chất của VL cho nhiệt truyền t ừ m ặt này sang mặt khác (từ phía có nhiệt độ cao sang phía có nhi ệt đ ộ thấp). b/ Bản chất thấm nhiệt (chỉ xét thấm nhiệt qua VL rắn): là hiện tượng lan truyền có hướng của dao động nhiệt nhờ liên kết cứng gi ữa các ph ần t ử cấu trúc. c/ Công thức và đơn vị đo: Q.a λ= (1-20) S .∆t.τ Trong đó: λ - Hệ số dẫn nhiệt (kCal/m C.h).0 a - Chiều dày bức tường (m) S - Diện tích bức tường (m 2 ) τ = 1h - Thời gian. ∆ t = 1 0 C- Độ chênh nhiệt độ. Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt còn tính theo công thức: (1-21) λ= 0,0196 + 0,22 ρ v2 − 0,14 λt = λ0 .(1+0,002t) (1-22) Trong đó: λ0 - Hệ số dẫn nhiệt ở 0 0 C. λt - Hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ trung bình t (
a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng 1kg VL lên 1 0 C. (Hay: là tính chất biểu thị khả năng của VL thu nhận năng l ượng nhi ệt khi b ị đ ốt nóng hoặc giải phóng năng lượng nhiệt khi ngu ội). Ví dụ: Cgỗ = 0,7 kCal/kg 0 C; Cnước = 1 kCal/kg 0 C; CVLvôcơ = (0,75 ÷ 0,92) kCal/kg 0 C. b/ Công thức: - Nhiệt dung riêng: C =Q (1-24) - Khi VL có độ ẩm: C + 0,01.W .C n Cw = (1-25) 1 + 0,01W Trong đó: C, C w , C n - Nhiệt dung riêng của VL khô, VL có độ ẩm và nhi ệt dung riêng c ủa nước. - Khi VL hỗn hợp nhiều VL thành phần: m1 .C1 + m2 .C 2 + ... + mk . .C k C= (1-26) m1 + m2 + ... + mk Trong đó: C 1 , C 2 ,...,C k - Nhiệt dung riêng của VL1, VL2,..., VL thứ k. m 1 , m 2 ,...,m k - Khối lượng của VL1, VL2,..., VL thứ k. 3.1. Tính chống cháy và tính chịu lửa . 3.1.1. Tính chống cháy a/ Định nghĩa: Tính chống cháy là khả năng của VL chịu được tác d ụng c ủa ng ọn lửa trong một thời gian nhất định b/ Phân loại: Dựa vào khả năng chống cháy vật liệu được phân loại như sau: - VL không cháy: Bê tông, gạch ngói, amiăng... - VL không cháy nhưng biến hình ở nhiệt độ cao: Sắt, thép... - VL khó cháy: Bê tông atphan, gỗ có t ẩm chất chống cháy... - VL dễ cháy: Gỗ, tre, nứa v.v... 3.1.2. Tính chịu lửa a/ Định nghĩa: Là khả năng của VL chịu được tác dụng lâu dài của nhi ệt đ ộ cao mà không bị chảy và biến hình. b/ Phân loại: - VL chịu lửa: chịu được t 0 C ≥ 1580 0 C. (Gạch chịu lửa samốt, đinát...) - VL khó chảy: chịu được t 0 C = (1350 ÷ 1580) 0 C. - VL dễ chảy: chịu được t 0 C < 1350 0 C. 1.4. Những tính chất cơ học của vật liệu 1.4.1 Tính biến dạng của vật liệu 1.4.1.1. Định nghĩa Là tính chất biểu thị khả năng vật liệu thay đổi hình d ạng, kích th ước, th ể tích dưới tác dụng của tải trọng, chuyển vị, nhi ệt đ ộ ho ặc các nguyên nhân khác mà chưa bị phá hoại. 1.4.1.2. Phân loại 12
Dựa vào đặc tính biến dạng chia 2 loại: a/ Biến dạng đàn hồi - Là biến dạng mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng → Ứng suất σ - Tuân theo định luật Húc: σ= ε.E (1-27) Trong đó: E – môđun đàn hồi; ∆l ε= - Độ biến dạng; l0 b/ Biến dạng dẻo - Là biến dạng còn lại khi loại bỏ nguyên nhân gây bi ến d ạng, năng l ượng chuy ển hoá mất mát dưới dạng nhiệt → Không xuất hiện ứng suất σ . - Biến dạng dẻo tuân theo định luật Niutơn: ds τ = η. (1-28) dt Trong đó: τ - Ma sát trượt. η - Độ nhớt động học. 1.4.1.3. Các hiện tượng có liên quan đến biến dạng a/ Hiện tượng từ biến: Là hiện tượng biến dạng của VL tăng theo khi VL ch ịu t ải trọng dài hạn có giá trị không đổi. - Nguyên nhân: là do sự chuyển hoá cấu trúc. + Tái kết tinh. + Kết tinh từ VĐH. + Chảy nhớt của chất rắn. + Sự thay đổi của màng nước hấp phụ. b/ Chùng ứng suất: Là hiện tượng giá trị ứng suất trong kết cấu giảm theo th ời gian khi VL chịu tác dụng của lực dài hạn mà ε = const. c/ Mỏi: Là hiện tượng khả năng biến dạng giảm khi VL chịu tải tr ọng l ặp theo th ời gian. d/ Giòn: Là hiện tượng khả năng biến dạng rất bé khi chịu tải trọng tác dụng. 1.4.2. Cường độ chịu lực 1.4.2.1. Định nghĩa - Là đại lượng đặc trưng cho khả năng của VL chống lại tác dụng phá ho ại c ủa ứng suất sinh ra trong VL dưới tác dụng của ngoại lực hay đi ều ki ện môi tr ường (tải trọng, chuyển vị, nhiệt độ, hoặc các nguyên nhân khác). - Mác của VL (theo cường độ) là giới hạn khả năng ch ịu l ực c ủa VL đ ược thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách t ạo mẫu, ph ương pháp và thời gian bảo dưỡng mẫu v.v... 1.4.2.2. Công thức và đơn vị đo - Công thức xác định cường độ là công thức tính ứng suất. - Cường độ chịu nén: P P →Rn = n σn = (1-29) F F Trong đó : P n - Tải trọng phá hoại (N). F - Diện tích phá hoại (mm 2 ) 13
- Cường độ chịu kéo: P P →Rk = k σk = (1-30) F F - Cường độ chịu uốn: M ph M →Rk = σu = (1-31) W W Trong đó: M ph - Mômen phá hoại max (N/m). W - Môđun chống uốn (m 3 ). 1.4.2.3. Phương pháp xác định cường độ a/ Phương pháp phá hoại - Lấy mẫu vật liệu (tuỳ theo VL có trạng thái ứng suất khác nhau): Nén: Mẫu trụ, mẫu lập phương; uốn: mẫu trụ; kéo: mẫu số 8. - Đưa mẫu vào mẫu thử tạo ra trạng thái ứng suất tương ứng. - Tăng dần tải trọng đến khi phá hoại. - Ghi lại, lấy giá trị ứng suất làm cường độ. Hình 1.4: Máy nén mẫu trụ bê tông b/ Phương pháp không phá hoại - Bắn súng bê tông: Bắn nhiều điểm để vẽ đ ồ th ị và so sánh v ới đ ồ th ị chu ẩn → R. 14
Hình 1.5: Súng bắn bê tông SMIDTH - Cộng hưởng (f = f 0 ): Xác định tần số dao động riêng của vật liệu → R - Siêu âm bê tông: Vận tốc xung → Tra biểu đồ → R Hình 1.6: Thiết bị siêu âm bê tông 1.4.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng - Thành phần, cấu trúc, cấu tạo vật liệu. - Nhiệt độ, độ ẩm. - Yếu tố thí nghiệm: hình dạng, kích thước m ẫu, ph ương pháp ch ế t ạo m ẫu, tu ổi mẫu, bảo dưỡng mẫu, trình độ nhân viên v.v... 1.4.3. Độ cứng của vật liệu 1.4.3.1. Định nghĩa Độ cứng là tính chất của vật liệu chống l ại s ự kh ắc sâu và đâm xuyên c ủa v ật liệu khác cứng hơn. 1.4.3.2. Phương pháp xác định a/ Phương pháp Morh: 10 khoáng vật cơ bản được xếp theo mức đ ộ c ứng tăng dần. Chỉ số ĐC Tên khoáng vật mẫu Đặc điểm 15
Màu trắng, rất mềm, dễ nghiền ra thành bột 1 Talc Gypse (đá thạch cao) Xanh da trời nhạt, cấu tạo dạng thớ như gỗ. 2 Tinh thể lăng trụ, 6 mặt thoi 3 Canxit 4 Fluorit Màu xanh 5 Apatite Màu xám Nguyên liệu chính SX men gốm 6 Fellspath Quartz (thạch anh) Tinh thể 7 Vàng nhạt 8 Topaz Nguyên liệu chính làm đá mài 9 Corindon Almaz (kim cương) 10 Lần lượt lấy các khoáng vật vạch lên bề mặt v ật liệu cho đ ến khi khoáng v ật gây xước VL thì VL đó mềm hơn khoáng vật → Không chính xác. b/ Phương pháp Brinell: Xác định độ cứng của vật liệu dựa vào lực ép P c ủa viên bi thép có đ ường kính D và diện tích tiết diện F của vết lõm do viên bi đ ể l ại trên b ề m ặt VL. P = k.D 2 (1-32) P HB = (1-33) F Trong đó: k - là hệ số phụ thuộc vào loại VL *Nhận xét: Phương pháp này đo chính xác, dùng cho VL kim lo ại và VL bê tông. 1.4.4. Độ mài mòn (M n ) m1 − m2 Mn = (1-34) F Trong đó: m 1 - Khối lượng của mẫu trước khi mài, (g). m 2 - Khối lượng của mẫu sau khi mài mòn, (g). F - Diện tích mẫu bị mài mòn (cm 2 ). 1.4.5. Độ hao mòn (Q) m1 − m 2 Q= (1-35) m1 Trong đó: m 1 - Khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm, (g). m 2 - Khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm, (g). 1.4.6. Hệ số phẩm chất 1.4.6.1. Định nghĩa 16
Là một đại lượng đặc trưng bằng tỉ số giữa cường đ ộ tiêu chu ẩn R tc (kG/cm 2 ) và khối lượng thể tích tiêu chuẩn ρ v ( không thứ nguyên, nhưng giá trị được tính tc bằng T/m 3 ) 1.4.6.2. Công thức Rtc K pc = (1-36) ρ vtc 1.4.7. Tuổi thọ 1.4.7.1. Định nghĩa Là số năm tồn tại của vật liệu trong công trình mà VL giũa đ ược tính năng s ử dụng. 1.4.7.2. Các yếu tố ảnh hưởng - Đặc điểm môi trường. - Phẩm chất của vật liệu. - Ý thức của con người. v.v… 1.5. Độ bền hoá học và sinh vật của vật liệu - Trong qua trình sử dụng, VL tiếp xúc v ới môi tr ường xung quanh. Vì v ậy, VL chiu ảnh hưởng của yếu tố môi trường. - Dưới tác dụng của môi trường vật liệu hay các k ết c ấu c ủa nó có th ể b ị ăn mòn, xâm thực…hay bị các vi sinh vật phá hoại (mối, m ọt,…) có th ể d ẫn đ ến b ị phá hoại. - Độ bền của VL phụ thuộc nhiều yếu tố như: Đặc điểm môi trường, ph ẩm ch ất VL, biện pháp bảo quản v.v… 17