Giáo trình Vật liệu xây dựng (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:145

Thêm vào BST

Báo xấu

10
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Vật liệu xây dựng (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng)" được biên soạn với mục tiêu nhằm giúp sinh viên nắm được các kiến thức về: Tầm quan trọng và phân loại được các loại vật liệu xây dựng; khái niệm, phương pháp xác định, yếu tố ảnh hưởng và ý nghĩa của các tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng; ưu nhược điểm, thành phần, tính chất và phạm vi sử dụng (hoặc ứng dụng) của những vật liệu cơ bản dùng trong xây dựng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Vật liệu xây dựng (Ngành: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước - Cao đẳng) - Trường Cao đẳng Xây dựng số 1

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG XÂY DỰNG SỐ 1 GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT TÀI NGUYÊN NƯỚC TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số: 389ĐT/QĐ- CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởng trường CĐXD số 1 Hà Nội, năm 2021 1
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................ 8 CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC ................................................................................................ 9 BÀI 1: BÀI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 11 BÀI 2: NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ......................... 13 2.1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VỀ CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ......................................................................................................... 13 2.1.1. Cấu tạo của vật liệu xây dựng. ............................................................................. 13 2.1.2. Cấu trúc của vật liệu xây dựng. ............................................................................ 14 2.1.3. Thành phần của VLXD ........................................................................................ 15 2.2. NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CƠ BẢN CỦA VLXD................................ 16 2.2.1. Khối lượng thể tích của vật liệu ........................................................................... 16 2.2.2. Khối lượng riêng của vật liệu ............................................................................... 18 2.2.3. Độ rỗng và độ đặc của vật liệu ............................................................................. 18 2.2.4. Độ mịn của vật liệu .............................................................................................. 19 2.3. NHỮNG TÍNH CHẤT CÓ LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC CỦA VẬT LIỆU.... 20 2.4. NHỮNG TÍNH CHẤT CÓ LIÊN QUAN ĐẾN NHIỆT CỦA VẬT LIỆU. 24 2.4.1. Tính dẫn nhiệt (truyền nhiệt) ................................................................................ 24 2.4.2. Nhiệt dung, nhiệt dung riêng ................................................................................ 24 2.4.3. Tính chống cháy và tính chịu lửa. ........................................................................ 25 2.5. NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU ...................................... 26 2.5.1. Tính biến dạng của vật liệu .................................................................................. 26 2.5.2. Cường độ của vật liệu........................................................................................... 27 2.5.3. Độ cứng của vật liệu ............................................................................................. 29 2.5.4. Độ mài mòn (Mn) ................................................................................................. 30 2.5.5. Độ hao mòn Los Angeles (Q)............................................................................... 31 2.5.6. Hệ số phẩm chất ................................................................................................... 31 2.5.7. Tuổi thọ ................................................................................................................ 31 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 2 ......................................................................... 31 1. Yêu cầu về lý thuyết ................................................................................................... 31 2. Yêu cầu về bài tập ...................................................................................................... 31 3. Hệ thống các công thức đã học.................................................................................. 31 4. Bài tập mẫu................................................................................................................. 33 4.1. Hướng dẫn cách giải bài tập ................................................................................... 33 4.2. Các bài tập mẫu và cách giải .................................................................................. 34 4. Bài tập ........................................................................................................................ 37 5. Đáp án ........................................................................................................................ 41 BÀI 3: VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG ................................................................................. 43 3.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI...................................................................... 43 3.1.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 43 3.1.2. Phân loại ............................................................................................................... 43 3.2. CÁC SẢN PHẨM GỐM XÂY DỰNG.......................................................... 44 3.3.1. Gạch xây............................................................................................................... 44 3.3.2. Gạch lát nền. ......................................................................................................... 47 3.3.3. Gạch ốp tường. ..................................................................................................... 47 3
3.3.4. Ngói đất sét .......................................................................................................... 47 3.3.5. Các sản phẩm khác từ đất sét nung ...................................................................... 49 BÀI 4: CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ ........................................................................................ 53 4.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ..................................................................... 53 4.1.1. Khái niệm ............................................................................................................. 53 4.1.2. Phân loại............................................................................................................... 53 4.2. VÔI RẮN TRONG KHÔNG KHÍ ................................................................. 54 4.2.1. Khái niệm ............................................................................................................. 54 4.2.2. Quá trình sản xuất ................................................................................................ 54 4.2.4. Quá trình đông kết rắn chắc của vôi..................................................................... 56 4.2.5. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng vôi .................................................................... 57 4.2.6. Công dụng và bảo quản vôi.................................................................................. 57 4.3. THẠCH CAO XÂY DỰNG .......................................................................... 58 4.3.1. Khái niệm chung và phân loại.............................................................................. 58 4.3.2. Các tính chất của thạch cao .................................................................................. 58 4.3.3. Công dụng và bảo quản ........................................................................................ 59 4.4. THỦY TINH LỎNG ...................................................................................... 59 4.4.1. Khái niệm và phân loại ........................................................................................ 59 4.4.2. Tính chất .............................................................................................................. 59 4.4.3. Công dụng và bảo quản ........................................................................................ 59 4.5. XI MĂNG POÓC LĂNG THƯỜNG (PC) .................................................... 60 4.5.1. Khái niệm chung về xi măng Poóc lăng............................................................... 60 4.5.2. Sơ lược quá trình sản xuất.................................................................................... 61 4.5.3. Lý thuyết về sự rắn chắc của xi măng .................................................................. 61 4.5.4. Các tính chất của xi măng poóc lăng.................................................................... 62 4.5.5. Sử dụng và bảo quản xi măng .............................................................................. 65 4.5.6. Hiện tượng ăn mòn xi măng và biện pháp đề phòng............................................ 66 4.6. CÁC LOẠI XI MĂNG KHÁC ...................................................................... 67 4.6.1. Xi măng pooc lăng hỗn hợp (PCB) ...................................................................... 67 4.6.2. Xi măng Poóc lăng puzơlan (PCBpz) ................................................................... 69 4.6.3. Xi măng pooc lăng trắng (PCW) và xi măng pooc lăng màu (PCC) ..................... 70 4.6.6. Xi măng có phụ gia hoạt động bề mặt.................................................................. 73 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 4 ......................................................................... 73 BÀI 5: BÊ TÔNG .................................................................................................................. 74 5.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ..................................................................... 74 5.1.1. Khái niệm chung .................................................................................................. 74 5.1.2. Phân loại bê tông .................................................................................................. 75 5.2. NGUYÊN LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG ...................................... 76 5.2.1. Chất kết dính xi măng .......................................................................................... 76 5.2.2. Nước..................................................................................................................... 76 5.2.3. Cốt liệu ................................................................................................................. 77 5.2.4. Phụ gia ................................................................................................................. 81 5.3. CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA BÊ TÔNG ........................................... 82 5.3.1. Tính chất của hỗn hợp bê tông (HHBT) .............................................................. 82 5.3.2. Tính chất của bê tông ........................................................................................... 85 5.4. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NẶNG ............................................ 89 5.4.1. Khái niệm ............................................................................................................. 89 5.4.2. Phương pháp thiết kế ........................................................................................... 90 4
5.4.3. Phương pháp tra bảng định mức kết hợp với thực nghiệm .................................. 90 5.5. THI CÔNG BÊ TÔNG ................................................................................... 93 5.5.1. Cân đong vật liệu.................................................................................................. 93 5.5.2. Trộn HHBT .......................................................................................................... 93 5.5.3. Vận chuyển HHBT ............................................................................................... 93 5.5.4. Đổ khuôn và lèn chặt ............................................................................................ 93 5.5.6. Bảo dưỡng bê tông ............................................................................................... 94 5.5.7. Kiểm tra bê tông sau khi rắn chắc ........................................................................ 94 5.6. CÁC DẠNG BÊ TÔNG ĐẶC BIỆT .............................................................. 94 5.6.1. Bê tông thủy công (BTTC)................................................................................... 94 5.6.2. Bê tông đường (BTĐ) .......................................................................................... 94 5.6.3. Bê tông bền axit (BTBA) ..................................................................................... 95 5.6.4. Bê tông Polyme .................................................................................................... 95 5.6.5. Bê tông nhẹ........................................................................................................... 95 5.7. CẤU KIỆN BÊ TÔNG CỐT THÉP ............................................................... 98 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 5 ....................................................................... 100 1. YÊU CẦU VỀ LÝ THUYẾT................................................................................... 100 2. YÊU CẦU VỀ BÀI TẬP.......................................................................................... 100 3. HỆ THỐNG CÁC CÔNG THỨC ĐÃ HỌC: .......................................................... 100 4. BÀI TẬP MẪU ........................................................................................................ 101 4.1. Dạng bài về thành phần hạt .............................................................................. 101 4.2. Dạng bài về thành phần hạt và lựa chọn cỡ hạt lớn nhất của đá ...................... 102 4.3. Dạng bài tập về xác định cường độ và mác bê tông......................................... 104 4.4. Dạng bài tập về thiết kế thành phần vật liệu bê tông và tính vật liệu cho một cối trộn thực tế (xem lý thuyết ở trên) ............................................................................... 105 4.5. Dạng bài về lựa chọn vật liệu sử dụng, xác định cường độ, mác bê tông khi có sự thay đổi thành phần vật liệu hoặc mác bê tông ........................................................ 107 4.6. Một số dạng bài tập khác (tính hệ số dư vữa, lượng dùng vật liệu để chế tạo cấu kiện, …)........................................................................................................................ 110 5. Bài tập ...................................................................................................................... 111 6. Đáp án ...................................................................................................................... 114 BÀI 6: VỮA XÂY DỰNG ................................................................................................... 116 6.1. KHÁI NIỆM CHUNG ................................................................................. 116 6.1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 116 6.1.2. Phân loại ............................................................................................................. 116 6.2. NGUYÊN LIỆU CHẾ TẠO VỮA ............................................................... 117 6.2.1. Chất kết dính ...................................................................................................... 117 6.2.2. Cốt liệu nhỏ (Cát) ............................................................................................... 117 6.2.3. Nước: .................................................................................................................. 117 6.2.4. Phụ gia ................................................................................................................ 117 6.3. TÍNH CHẤT CỦA HỖN HỢP VỮA VÀ VỮA .......................................... 117 6.3.1. Độ dẻo của hỗn hợp vữa (độ chảy)..................................................................... 117 6.3.2. Tính giữ nước của hỗn hợp vữa mới trộn ........................................................... 118 6.3.3. Tính chống thấm................................................................................................. 118 6.3.4. Cường độ của vữa .............................................................................................. 119 6.4. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN CẤP PHỐI VỮA ............................................ 120 6.5. MỘT SỐ LOẠI VỮA................................................................................... 120 6.5.1. Vữa xây .............................................................................................................. 120 5
6.5.2. Vữa trát .............................................................................................................. 120 6.5.3. Vữa trang trí ....................................................................................................... 121 6.5.4. Vữa đặc biệt ....................................................................................................... 121 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 6 ....................................................................... 121 BÀI 7: VẬT LIỆU KIM LOẠI ............................................................................................ 122 7.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ................................................................... 122 7.1.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 122 7.1.2. Phân loại............................................................................................................. 122 7.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU KIM LOẠI ....................... 123 7.2.1. Biến dạng ........................................................................................................... 123 7.2.2. Cường độ............................................................................................................ 124 7.2.3. Độ bền xung kích (va chạm) .............................................................................. 124 7.2.4. Độ cứng .............................................................................................................. 124 7.3. CÁC LOẠI THÉP XÂY DỰNG.................................................................. 124 7.3.1. Thép cacbon ....................................................................................................... 124 7.3.2. Thép hợp kim ..................................................................................................... 127 7.4. GANG .......................................................................................................... 127 7.4.1. Thành phần hóa học của gang ............................................................................ 127 7.4.2. Cấu trúc của gang............................................................................................... 127 7.4.3. Các loại gang...................................................................................................... 127 7.5. HỢP KIM NHÔM ........................................................................................ 128 7.5.1. Đuara .................................................................................................................. 128 7.5.2. Silumin ............................................................................................................... 128 7.6. SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI ............................................................................ 128 7.6.1. Ăn mòn hóa học ................................................................................................. 128 7.6.2. Ăn mòn điện hóa ................................................................................................ 128 7.6.3. Bảo vệ kim loại khỏi bị ăn mòn ......................................................................... 129 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 7 ...................................................................... 129 BÀI 8: CÁC LOẠI VẬT LIỆU KHÁC ............................................................................... 130 8.1. VẬT LIỆU SƠN – GIẤY DÁN TƯỜNG .................................................... 130 8.1.1. Vật liệu sơn ........................................................................................................ 130 8.1.2. Giấy dán tường................................................................................................... 131 8.2. VẬT LIỆU CÁCH ÂM, CÁCH NHIỆT ...................................................... 131 8.2.1. Khái niệm ........................................................................................................... 131 8.2.2. Phân loại............................................................................................................. 131 8.2.3. Tính chất của VLCN .......................................................................................... 132 8.2.4. Vật liệu và các sản phẩm cách nhiệt vô cơ ........................................................ 132 8.3. THỦY TINH XÂY DỰNG.......................................................................... 132 8.3.1. Khái niệm ........................................................................................................... 132 8.3.2. Phân loại............................................................................................................. 132 8.3.3. Tính chất của thủy tinh....................................................................................... 133 8.3.4. Các sản phẩm thủy tinh ...................................................................................... 133 8.4. VẬT LIỆU SILICAT ................................................................................... 133 8.4.1. Khái niệm và phân loại ...................................................................................... 133 8.4.2. Bê tông silicat .................................................................................................... 133 8.4.3. Gạch bê tông khí chưng áp AAC ....................................................................... 134 8.4.4. Gạch siliat .......................................................................................................... 135 8.5. VẬT LIỆU GỖ XÂY DỰNG ...................................................................... 136 6
8.5.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 136 8.5.2. Phân loại gỗ ........................................................................................................ 137 8.5.3. Tính chất của vật liệu gỗ .................................................................................... 137 8.5.4. Các sản phẩm gỗ - bảo vệ gỗ.............................................................................. 139 8.6. VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN................................................................... 140 8.6.1. Khái niệm chung ................................................................................................ 140 8.6.2. Phân loại ............................................................................................................. 141 8.6.3. Một số loại đá thiên nhiên thông dụng ở việt nam và công dụng của chúng ..... 141 8.6.4. Sử dụng đá thiên nhiên ....................................................................................... 143 8.7. GẠCH XI MĂNG CỐT LIỆU (BLOCK BÊ TÔNG) .................................. 144 HỆ THỐNG KIẾN THỨC BÀI 8 ....................................................................... 144 7
LỜI NÓI ĐẦU Giáo trình VẬT LIỆU XÂY DỰNG được biên soạn nhằm phục vụ cho giảng dạy và học tập cho trình độ Cao đẳng ngành Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước ở trường Cao đẳng Xây dựng số 1. VẬT LIỆU XÂY DỰNG là môn học cơ sở ngành nhằm cung cấp các kiến thức về vật liệu xây dựng, kỹ năng sử dụng vật liệu cho ngành Xây dựng. Giáo trình VẬT LIỆU XÂY DỰNG do bộ môn Cơ Xây dựng gồm: Ths. Phạm Thị Vinh Lanh làm chủ biên và Ts. Nguyễn Gia Ngọc, Ths. Lê Thế Huy đã và đang giảng dạy trực tiếp trong bộ môn cùng tham gia biên soạn. Giáo trình này được viết theo đề cương môn học Vật liệu Xây dựng, tuân thủ theo các quy tắc thống nhất của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hiện hành về phương pháp thử và đánh giá Vật liệu Xây dựng. Ngoài ra giáo trình còn bổ sung thêm một số kiến thức mà trong các giáo trình trước chưa đề cập tới. Nội dung gồm 08 bài sau: Bài 1: Bài mở đầu Bài 2: Tính chất chung của VLXD Bài 3: Vật liệu gốm xây dựng Bài 4: Chất kết dính vô cơ Bài 5: Bê tông Bài 6: Vữa xây dựng Bài 7: Kim loại Bài 8: Các loại vật liệu khác Trong quá trình biên soạn, nhóm giảng viên Bộ môn Cơ Xây dựng của Trường Cao đẳng Xây dựng Số 1 - Bộ Xây dựng, đã được sự động viên quan tâm và góp ý của các đồng chí lãnh đạo, các đồng nghiệp trong và ngoài trường. Mặc dù có nhiều cố gắng, nhưng trong quá trình biên soạn, biên tập và in ấn khó tránh khỏi những thiếu sót. Chúng tôi xin được lượng thứ và tiếp thu những ý kiến đóng góp. Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày……tháng……năm……… Tham gia biên soạn 1. ThS. Phạm Thị Vinh Lanh - Chủ biên 2. TS. Nguyễn Gia Ngọc - Thành viên 3. ThS. Lê Thế Huy - Thành viên 8
CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mã môn học: MH 08 Thời gian thực hiện môn học:45 giờ. Trong đó: - Lý thuyết:15 giờ; - Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bải tập: 28 giờ; - Kiểm tra: 2 giờ I.Vị trí, tính chất của môn học - Vị trí: + Môn học được bố trí ở kỳ học thứ 1 + Môn học tiên quyết: không - Tính chất: là môn học cơ sở II. Mục tiêu môn học Học xong môn học này người học sẽ có khả năng: II.1. Kiến thức 1.1. Trình bày được tầm quan trọng và phân loại được các loại vật liệu xây dựng (VLXD). 1.2. Trình bày được khái niệm, phương pháp xác định, yếu tố ảnh hưởng và ý nghĩa của các tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng. 1.3. Trình bày được ưu nhược điểm, thành phần, tính chất và phạm vi sử dụng (hoặc ứng dụng) của những vật liệu cơ bản dùng trong xây dựng. 1.4. Phân tích được các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của VLXD và các biện pháp cải thiện, nâng cao tính chất, tuổi thọ của vật liệu. 1.5. Giải thích được một số hiện tượng có liên quan đến tính chất của vật liệu. 1.6. Giải thích được quá trình rắn chắc của các chất kết dính: vôi, xi măng. 1.7. Trình bày được nguyên liệu sản xuất của 1 số vật liệu xây dựng gồm: vật liệu gốm, vôi, xi măng, bê tông, vữa, vật liệu silicat. II.2. Kỹ năng 2.1. Đánh giá được một số chỉ tiêu của VLXD phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) hiện hành. 2.2. Xác định được mác gạch, mác xi măng, mác bê tông và mác thép theo TCVN. 9
2.3. Xác định được các các thông số cơ lý của VLXD, xác định được thành phần hạt của cốt liệu. 2.4. Tra định mức lượng vật liệu dùng cho 1 m3 bê tông và vữa. 2.5. Tính được lượng dùng vật liệu cho 1 mẻ trộn bê tông theo thực tế ngoài công trường. 2.6. Kiểm tra và điều chỉnh độ sụt của hỗn hợp bê tông (HHBT) theo yêu cầu. 2.7. Thực hiện được thí nghiệm: xác định 1 số các chỉ tiêu cơ lý của VLXD; thành phần hạt của cốt liệu; tính chất của xi măng; bê tông và thép. II.3. Năng lực tự chủ và trách nhiệm Dựa vào những kiến thức đã học để áp dụng vào thực tế công việc sau này và thực hiện một cách nghiêm túc, khách quan. 10
BÀI 1: BÀI MỞ ĐẦU Mục tiêu bài học 1. Trình bày được tầm quan trọng của VLXD trong ngành xây dựng; 2. Phân loại được các loại và tính chất VLXD. 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, công nghệ và thời gian thi công công trình. Vật liệu xây dựng 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. Phân loại vật liệu xây dựng: Chia làm 3 loại chính: Vật liệu vô cơ - Vật liệu đá thiên nhiên. - Vật liệu gốm xây dựng. - Các loại chất kết dính vô cơ. - Bê tông, vữa. - Kính. - Các loại đá nhân tạo không nung. Vật liệu hữu cơ - Gỗ, tre. - Các loại chất kết dính hữu cơ. - Vật liệu keo, chất dẻo, sơn, vécni, matit. - Vật liệu polyme. Vật liệu kim loại: Gang, thép, các loại kim loại màu, hợp kim. II. PHÂN LOẠI TÍNH CHẤT VẬT LIỆU XÂY DỰNG Tính chất vật lý: Các thông số trạng thái cơ bản, tính chất liên quan đến môi trường nước thông thường và môi trường nhiệt của VLXD. Tính chất cơ học: cường độ chịu lực, độ mài mòn, độ cứng, tính biến dạng. 11
Tính chất hóa học: Khi VL làm viecj trong các môi trường ăn mòn axit, bazo, muối, nhiệt độ cao. Ngoài ra, VL yêu cầu tính thẩm mỹ, tuổi thọ, tính công tác, … 12
BÀI 2: NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mục tiêu bài học 1. Trình bày được cấu tạo, cấu trúc và thành phần của VLXD ảnh hưởng như thế nào đến tính chất VLXD 2. Trình bày được các tính chất chung của VLXD; 3. Tính toán được các thông số cơ lý cơ bản của VLXD; 4. Thực hiện được 1 số thí nghiệm xác định các chỉ tiêu vật lý của VLXD (Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ mịn). 2.1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN VỀ CẤU TẠO VÀ CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2.1.1. Cấu tạo của vật liệu xây dựng. Định nghĩa cấu tạo của VLXD: Là một khái niệm đánh giá mức độ và phương thức lấp đầy không gian chiếm chỗ của các phần tử vật chất cơ bản cấu thành nên vật liệu. Phương thức lấp đầy không gian: có bốn phương thức liên kết. Liên kết theo 3 phương không gian Đề Các: Khi các phần tử vật chất liên kết cứng với nhau trong toàn bộ không gian của VLXD gọi là vật liệu có cấu tạo toàn khối, bao gồm: Vật liệu cấu tạo toàn khối, đồng nhất và đẳng hướng: Trong toàn bộ không gian, ở mọi điểm và theo mọi phương vật liệu đều có cấu tạo như nhau. Vật liệu cấu tạo toàn khối, không đồng nhất và dị hướng: Trong toàn bộ không gian, ở mọi điểm và theo mọi phương vật liệu có cấu tạo khác nhau, gọi là vật liệu có cấu tạo không đồng nhất. Liên kết theo 2 phương không gian, 1 phương không liên kết hoặc liên kết rất yếu. Ví dụ: Vật liệu dạng tấm, phiến lớp. Nếu trong không gian của vật liệu, các phần tử liên kết theo từng lớp riêng biệt, giữa các lớp tồn tại liên kết yếu hơn liên kết trong các lớp, gọi là vật liệu có cấu tạo phân lớp. Liên kết theo 1 phương không gian, 2 phương không liên kết hoặc liên kết rất yếu. Ví dụ: Vật liệu sợi. Cả 3 phương không liên kết Trong không gian vật liệu chiếm chỗ, các phần tử vật chất không liên kết với nhau, dễ dàng tách rời khỏi nhau, thậm chí chúng tách rời khỏi khối vật liệu và giữa các phần tử vật chất tồn tại những khoảng trống khá lớn, gọi là vật liệu có cấu tạo rời rạc. Trong không gian vật liệu chiếm chỗ, các phần tử vật chất không liên kết với nhau, dễ dàng tách rời khỏi nhau, dịch chuyển tương đối so với nhau, thậm chí chúng tách rời khỏi 13
khối vật liệu, nhưng giữa các phần tử đó không có khoảng trống, khối vật liệu gọi là vật liệu lỏng. Mức độ lấp đầy không gian: thông qua 2 mức độ: Vật liệu có cấu tạo đặc là khi các phần tử vật chất lấp đầy toàn bộ không gian vật liệu, tức giữa các phần tử không còn các khoảng trống. Vật liệu có cấu tạo rỗng là khi các phần tử vật chất không lấp đầy toàn bộ không gian vật liệu, giữa một số phần tử còn tồn tại khoảng trống. Khoảng trống tồn tại trong không gian vật liệu gọi là lỗ rỗng. Phân loại lỗ rỗng: - Theo kích thước lỗ rỗng: Lỗ rỗng vi mô: là những lỗ rỗng có kích thước nhỏ không nhìn thấy được bằng mắt thường. Lỗ rỗng vi mô gần như không có ảnh hưởng tới tính chất vật liệu. Lỗ rỗng vĩ mô: là những lỗ rỗng có kích thước lớn nhìn thấy được bằng mắt thường. Lỗ rỗng vĩ mô có ảnh hưởng lớn tới tính chất vật liệu như: cường độ, khối lượng thể tích, khả năng cách âm, cách nhiệt, khả năng chống thấm, ... - Theo khả năng tiếp xúc với môi trường xung quanh khối vật liệu: Lỗ rỗng kín: Là những lỗ rỗng nằm trong khối vật liệu và không thông với môi trường xung quanh. Vật liệu chứa lỗ rỗng kín có khả năng cách nhiệt tốt, nhẹ, tính chống thấm tốt, có tính đàn hồi và cường độ chịu lực tốt hơn vật liệu có lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng hở: Là những lỗ rỗng nằm trong khối vật liệu hoặc trên bề mặt khối vật liệu, chúng thông với môi trường xung quanh vật liệu bằng những khe nứt, mao quản hoặc các lỗ rỗng khác. Vật liệu chứa lỗ rỗng hở có khả năng cách âm tốt (tính hút âm tốt), nhẹ, nhưng các tính chất liên quan đến môi trường nước, tính đàn hồi và cường độ chịu lực kém. Lỗ rỗng thông nhau: Là lỗ rỗng nửa kín và nửa hở. * Chú ý: Lượng lỗ rỗng, kích thước, hình dạng lỗ rỗng (hình tròn, bầu dục, que, …), đặc tính lỗ rỗng (kín, hở) và sự phân bố lỗ rỗng (phân bố đều hay tập trung) đều có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu. 2.1.2. Cấu trúc của vật liệu xây dựng. Định nghĩa cấu trúc của VLXD: là khái niệm mô tả hình ảnh của sự sắp xếp các phần tử vật chất trong không gian vật liệu và các hình thức liên kết giữa các phần tử đó. Hình ảnh của sự sắp xếp: gồm cấu trúc vĩ mô và vi mô. Cấu trúc vi mô: có 4 dạng cơ bản. Cấu trúc kết tinh: Các phần tử vật chất sắp xếp theo một qui luật trật tự nhất định trong toàn bộ không gian của vật liệu. Đặc điểm: có độ bền và độ ổn định lớn, nhưng có độ hoạt tính kém. 14
Cấu trúc vô định hình: Các phần tử vật chất cơ bản sắp xếp một cách hỗn độn, không theo một qui luật, trật tự nhất định. Đặc điểm: có độ bền và độ ổn định kém, nhưng độ hoạt tính cao. Gồm: Cấu trúc polyme: Các phần tử vật chất cơ bản liên kết thành các chuỗi nối tiếp, nhưng các chuỗi phần tử lại sắp xếp không theo qui luật trong không gian. Liên kết giữa các phần tử trong một chuỗi là liên kết hoá học nhưng giữa các chuỗi phần tử thường chỉ có liên kết vật lý. Độ bền cấu trúc trong cấu trúc polyme phụ thuộc vào độ bền liên kết trong mỗi sợi và hình thức sắp xếp các sợi trong không gian. Cấu trúc tế bào: Mỗi phần tử cấu trúc là một tế bào, cấu tạo tế bào và liên kết giữa chúng tuỳ thuộc vào bản chất sinh học của sinh vật mà ta làm VLXD, vì vậy vật liệu có cấu trúc tế bào rất đa dạng và rất khác nhau về đặc tính kĩ thuật. Cấu trúc vĩ mô của VLXD: là cấu trúc có thể quan sát được bằng mắt thường. Cấu trúc vĩ mô chủ yếu đánh giá tỉ lệ chiếm chỗ trong không gian vật liệu của các vật liệu thành phần, sự phân bố không gian của vật liệu thành phần trong không gian chung của vật liệu hỗn hợp, liên kết giữa các vật liệu thành phần trên các mặt tiếp xúc của chúng… Ví dụ: Khi quan sát mặt cắt một vật liệu nào đó bằng mắt thường ta có thể đánh giá sơ bộ vật liệu đó có cấu trúc đặc hay cấu trúc rỗng, có cấu trúc dạng sợi, dạng phân lớp hay rời rạc, … Hình thức liên kết giữa các phần tử vật liệu: Có 2 dạng chính là liên kết vật lý và liên kết hóa học. Liên kết hóa học: Các phần tử vật chất được liên kết với nhau bằng lực hóa học bền vững (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, …). Đặc điểm: mối liên kết bền chặt, khó tách rời nhau và liên kết chỉ được hình thành khi các phần tử vật chất được tiếp xúc trực tiếp với nhau. Liên kết vật lý: Các phần tử vật chất được liên kết với nhau bằng lực vật lý (lực vanđecvan, lực hấp phụ, lực hút tĩnh điện, …). Đặc điểm: mối liên kết vật lý kém bền hơn liên kết hóa học nên vật liệu không bền, có thể hình thành liên kết mà các phần tử vật chất không cần tiếp xúc trực tiếp với nhau và lực liên kết có tác dụng cả ở những lớp phân tử nằm trong vật liệu. 2.1.3. Thành phần của VLXD Thành phần hoá học Thành phần nguyên tố: Được biểu thị bằng hàm lượng phần trăm các nguyên tố hóa học có trong vật liệu. Thường xem xét với vật liệu kim loại, hợp kim. Thành phần oxit: Được biểu thị bằng hàm lượng phần trăm các ôxít có trong vật liệu. Thường xem xét với vật liệu vô cơ, đá khoáng. Thành phần hóa học cho phép dự đoán các tính chất của VLXD. Ví dụ: thép và gang cùng chứa nguyên tố sắt và cacbon, nhưng gang có tính giòn còn thép có tính dẻo và đàn hồi tốt hơn vì gang chứa hàm lượng cacbon lớn hơn thép. 15
Thành phần khoáng vật: Được biểu thị bằng hàm lượng phần trăm khoáng vật có trong vật liệu. Thường xem xét với vật liệu vô cơ, đá khoáng. Khoáng vật là các oxit trong vật liệu vô cơ liên kết với nhau thành muối kép. Thành phần khoáng vật quyết định các tính chất cơ bản của vật liệu. Ví dụ: Trong xi măng khoáng (3CaO.SiO2) quyết định cường độ của đá xi măng, còn trong vật liệu gốm khoáng mulit (3Al2O3.2SiO2) sẽ quyết định cường độ. Thành phần pha: gồm rắn, lỏng, khí. Khi vật liệu hoàn toàn đặc: 100% là pha rắn. Khi vật liệu có lỗ rỗng và khô: tồn tại hai pha là rắn và khí. Khi vật liệu có lỗ rỗng và ẩm: tồn tại cả ba pha là rắn, lỏng và khí. Vật liệu khi làm việc chủ yếu tồn tại ở trạng thái rắn. Thành phần pha ảnh hưởng rất lớn đến tính chất, chất lượng vật liệu như: cường độ, tính chất cách âm, cách nhiệt, khối lượng thể tích, tính chống ăn mòn,… Thành phần pha của vật liệu phụ thuộc vào công nghệ chế tạo và điều kiện môi trường. Thành phần hạt Được phân tích để đánh giá cấu trúc vĩ mô của VLXD, áp dụng cho các loại vật liệu hợp thành bởi nhiều cỡ hạt có kích thước khác nhau (như cát, đá, sỏi…). Thành phần hạt là tỉ lệ phần trăm khối lượng các cỡ hạt có kích thước xác định của hỗn hợp vật liệu dạng hạt rời rạc. Đối với vật liệu dạng hạt rời rạc cần quan tâm tới thành phần hạt hợp lý. Ví dụ: Đối với cốt liệu (cát, đá): Thành phần hạt hợp lý là sự phối hợp giữa các cỡ hạt với nhau sao cho độ rỗng giữa chúng là nhỏ nhất, lượng dùng xi măng sẽ ít nhất, bê tông sau khi thi công đặc chắc, cho cường độ cao. Đối với vật liệu là chất kết dính: Thành phần hạt hợp lý là sự phối hợp giữa các cỡ hạt với nhau sao cho chất kết dính có tốc độ rắn chắc hợp lí theo thời gian và cho cường độ cao. 2.2. NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÍ CƠ BẢN CỦA VLXD 2.2.1. Khối lượng thể tích của vật liệu Định nghĩa: Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên. Ký hiệu: v (1 số tài liệu kí hiệu  o). Trạng thái tự nhiên là trạng thái có cả lỗ rỗng vẫn được giữ nguyên. v= mk , (kg/m3) Công thức xác định: v (1-1) V0 Trong đó: 16
m - Khối lượng của VL khô, (kg). Vo - Thể tích tự nhiên của VL, (m3). Ví dụ: Gạch:  v = (1700  1900) kg/m3; Cát:  v = (1400  1650) kg/m3; Đá dăm: v = (1500  1700) kg/m3; Xi măng: v = (1100  1300) kg/m3; Phương pháp xác định khối lượng Xác định khối lượng mk: Sấy khô vật liệu vô cơ ở (105  110)0C đến khối lượng không đổi rồi đem cân. Xác định thể tích Vo: Chia làm 3 trường hợp - Mẫu vật liệu có dạng hình học cơ bản (hình hộp, hình trụ): “Dùng phương pháp đo kích thước trực tiếp”. - Mẫu vật liệu có hình dạng bất kỳ: “Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ”. - Mẫu vật liệu dạng hạt rời rạc (xi măng, cát, đá, sỏi…): Xác định khối lượng thể tích xốp bằng dụng cụ biết trước thể tích. Tiến hành đổ vật liệu từ 1 chiều cao nhất định xuống một dụng cụ có thể tích đã biết trước theo quy định (ca, thùng đong 1 lít, 2 lít, 5 lít…). Khối lượng thể tích xốp: là khối lượng của một đơn vị thể tích các hạt vật liệu đổ đống bao gồm cả độ rỗng trong hạt và độ hổng giữa các hạt. * Chú ý: Khối lượng thể tích xốp được xác định ở trạng thái đổ đống tự nhiên hoặc trạng thái đầm chặt (bằng cách rung lắc hoặc đầm lèn). Yếu tố ảnh hưởng - Cấu tạo của vật liệu đặc hay rỗng được hình thành trong quá trình công nghệ. - Độ ẩm: thay đổi theo thời gian tuỳ theo điều kiện thời tiết. Khi độ ẩm của vật liệu thay đổi mà không làm thay đổi thể tích của vật liệu hoặc thay đổi không đáng kể thì khối lượng thể tích ẩm của vật liệu tính theo công thức:  w  tc.1 0, 01W  (1- 6) v v Trong đó: W - độ ẩm tự nhiên của vật liệu. - Khối lượng thể tích của hỗn hợp các hạt vật liệu. - Mực độ lèn chặt của vật liệu dạng hạt rời rạc. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế - Phán đoán một số tính chất vật liệu: cường độ, độ hút nước, độ rỗng, độ dẫn nhiệt... - Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa, thể tích máy trộn. - Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu. - Tính toán thành phần của vật liệu hỗn hợp (bê tông, vữa) cùng với khối lượng riêng. - Xác định gián tiếp độ đặc, độ rỗng. - Phân chia mác đối với vật liệu rỗng. 17
2.2.2. Khối lượng riêng của vật liệu Định nghĩa: Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc. Kí hiệu:  (1 số tài liệu kí hiệu a). mk Công thức xác định:  , (g/cm3) (1- 7) Va Trong đó: mk - là khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái khô (g); Va - là thể tích hoàn toàn đặc của mẫu vật liệu (cm3). Ví dụ: Gạch:  = (2,52,7)g/cm3; Cát:  = (2,62,7) g/cm3; Đá:  = (2,52,65) g/cm3; Xi măng:  = (3,053,15) g/cm3. Phương pháp xác định Xác định khối lượng mk: Sấy khô vật liệu vô cơ ở (105  110)0C đến khối lượng không đổi và đem cân Xác định thể tích đặc tuyệt đối Va: - Vật liệu hoàn toàn đặc và có dạng hình học cơ bản: “Dùng phương pháp đo kích thước trực tiếp”. - Vật liệu hoàn toàn đặc và có hình dạng bất kì: “Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ”. - Vật liệu dạng hạt, bột hoặc có lỗ rỗng (gạch, ngói, xi măng…): “Dùng phương pháp bình khối lượng riêng (bình tỷ trọng)”. Chú ý: Chất lỏng dùng để xác định khối lượng riêng phải không có tác dụng hoá học với vật liệu làm thí nghiệm. Ví dụ: Xác định khối lượng riêng của xi măng dùng chất lỏng là dầu hỏa. Yếu tố ảnh hưởng: Chỉ phụ thuộc vào bản chất của VLXD. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế Là một đại lượng vật lý cơ bản của VLXD, dùng để phân biệt các loại vật liệu khác nhau. Xác định gián tiếp độ đặc, độ rỗng cùng với khối lượng thể tích. Tính toán thành phần của vật liệu hỗn hợp (bê tông, vữa) cùng với khối lượng thể tích. 2.2.3. Độ rỗng và độ đặc của vật liệu Định nghĩa: Độ rỗng: là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích lỗ rỗng có trong vật liệu và thể tích tự nhiên của vật liệu. Kí hiệu: r, %. 18
Độ đặc: là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích đặc và thể tích tự nhiên của vật liệu. Kí hiệu: đ, %. Công thức xác định: Vr r= .100 , (%) (1- 9) V0 Va đ= .100 , (%) (1- 10) V0 Vr - là thể tích lỗ rỗng trong vật liệu, (cm3); Va - là thể tích đặc của vật liệu, (cm3 ); Vo - là thể tích tự nhiên của vật liệu, (cm3 ). Quan hệ giữa độ rỗng và độ đặc: r + đ = 100% (1- 11) Phương pháp xác định: Tính toán gián tiếp thông qua vtc và   r  (1 v ).100 , [%] tc (1- 12)   𝜌 𝑣- là khối lượng thể tích của vật liệu (g/cm3);  - là khối lượng riêng của vật liệu (g/cm3). Yếu tố ảnh hưởng: Không chịu ảnh hưởng của bất kì yếu tố nào. Ý nghĩa và ứng dụng: Độ đặc và độ rỗng có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất khác của vật liệu như: khối lượng riêng, khối lượng thể tích, cường độ, độ hút nước, tính truyền nhiệt, .v.v... 2.2.4. Độ mịn của vật liệu Định nghĩa: Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích thước hạt của nó. Phương pháp xác định Đánh giá bằng tỉ diện tích bề mặt theo phương pháp Blaine (cm2/g) hoặc bằng lượng sót sàng tiêu chuẩn (%). Dụng cụ sàng tiêu chuẩn phụ thuộc vào từng loại vật liệu. Ví dụ: Độ mịn của xi măng được xác định qua sàng tiêu chuẩn N0009 với lượng sót sàng ≤ 10% hoặc tỉ diện tích bề mặt đạt ≥ 2800 cm2/g. Chú ý: Hiện nay người ta còn sử dụng phương pháp lắng hồ dùng cho đất sét. Ý nghĩa 19
Đối với vật liệu là chất kết dính vô cơ (xi măng, vôi, thạch cao): Quyết định khả năng tương tác của vật liệu với môi trường. Đối với vật liệu là cốt liệu (cát, đá, sỏi): Ảnh hưởng đến độ rỗng giữa các hạt, lượng dùng chất kết dính và nước nhào trộn. Vì vậy, tuỳ từng mục đích sử dụng mà cần tăng hay giảm độ mịn. 2.3. NHỮNG TÍNH CHẤT CÓ LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC CỦA VẬT LIỆU 1.3.1. Độ ẩm (W) Định nghĩa: Độ ẩm là đại lượng đánh giá lượng nước (tự do) có trong vật liệu tại thời điểm xác định. Công thức và đơn vị đo: mn W= .100 , [%] (1- 13) mk Trong đó: mn - Khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm xác định (g); mk - Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô (g). Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm. - Cân mẫu vật liệu ẩm được ma (g). - Sấy khô mẫu vật liệu đến khối lượng không đổi, cân được mk (g). ma  mk mn W .100  .100 , [%] (1- 13) mk mk Các yếu tố ảnh hưởng: - Cấu tạo của vật liệu (lỗ rỗng, đặc tính lỗ rỗng...). - Bản chất của vật liệu. - Các thông số môi trường như độ ẩm không khí, nhiệt độ và áp suất. Ý nghĩa thực tế: Dùng để tính toán thành phần của vật liệu khi có độ ẩm. 2.3.2. Độ hút nước Định nghĩa: Độ hút nước là đại lượng đánh giá khả năng hút và giữ nước đến tối đa của vật liệu ở điều kiện thường về nhiệt độ và áp suất. Công thức và đơn vị đo - Độ hút nước theo khối lượng Hp: mn mu  mk H  .100  .100 [%] p mk mk (1- 14) - Độ hút nước theo thể tích Hv: 20