Kỹ thuật Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng: Phần 1

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:153

Thêm vào BST

Báo xấu

209
lượt xem 38
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Phần 1 Tài liệu trình bày về cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng, khái niệm về vật liệu composit, đá thiên nhiên, vật liệu gốm xây dựng, vật liệu thủy tinh xây dựng, vật liệu kim loại, chất kết dính vô cơ, bê tông.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng: Phần 1

GS. TS. PHÙNG VĂN Lự VẬT LIỆU VÀ SÁN PHẤM ■ ■ TRONG XÂY DỰNG ■ (Tẻi oải) NHÀ XUẤT BẢN XẢY DựNG HÀ NÔI - 2 0 1 2
LỜI NÓI ĐẦU Sự phớt triếỉì cùa tất ca cúc ỉì^ùỉìh kĩ ỉliiỉậĩ, như chê tạo mày, luyệỉì kỉỉìì, kĩ ỉììiiậĩ d i ệ n v à d i ệ n ĩử, AÚy í lự nq d i m dụiỉiỊ và c ô i i ạ I ỉ ^ lì iệ p fx ú y d ự n g c ư u âa' ờỉì g. . . đêỉ i l i ê n cỊỉian đến vật liệu. 0 lĩn h vực ỉìùo cùng cáu đến nliữ ny vậ ĩ Ỉiệ ỉi với tin h ìiủ ỉìỵ HịỊÙy c ù ỉ ì ạ cíư d ạ i ì q v à c l ì ú ĩ Ị ư ợ ỉ i q ỉ i ^ ủ y c ù n y c a o . V / v ậ y , p h ú t t r i ể n v ậ t l i ệ u đ õ ĩ ì ' ở ĩ l ỉ ủ n l ỉ ỉìiột troììỉị ỉỉlỉiĩỉi%hướny mũi ỉỉliỌỉi của nêìỉ kiỉìli ĩé mỗi nước. T r o t i í Ị l ĩ n h v ự c Aí/V d ự ỉ i g , YÙĨ l i ệ u -VííV clựỉỉ% í l ì i êh ỉ ỉ ì ì ộ ĩ v ị t r í đ ặ c b i ệ t , q u y ế ĩ đ ì ì ì h c h ấ t l ư ợ n í Ị v ù t u ổ i ỉ h ọ d í u CÔỈIÍỊ ĩ ì ì ỉt ì ì x ủ V clựmị. D o đ ó , t r o n g c h ư ơ t ì g t r ì n h đ ù o t ạ o đ ạ i h ọ c , k i ế ỉ ì t h ứ c v è v ậ ĩ l i ệ u -VCÍV chpỉiỊ d à ĩ r ở tìì ùỉì ìì y ê u c ầ u q u ư n t r ọ ỉ i q đ ô i v ớ i c ú c n q ù ỉ ì h k ĩ t l ỉ ỉ i ậ t . v â y (Ỉựỉii’ v à c ú c lì^ùììlì c ó l i ê n CỊỈUÌỈÌ k l ì ú c . N ^ ư ờ ì k ĩ s ư x ú y d ự n g ỉ ư ơ ỉ ì g lai c ầ n p l i ả i c ó nlìữmỊ h iển b i ế t c ơ h á n vê vậ í liệ u x â y d ự ỉiq n ố i chiiỉig, c ú c íín h ỉìùỉìg vù phạỉìi vi sử ditỉiạ cùa ĩìùiy nhóm vật liệu nói riêtiiỊ, từ đó có thê lựa cliỌỉi đủng loại v ụ t l i ệ u c ầ n t ì ú ế t s ử dụiìiỊ c h o m ụ c đ í c h c ụ ĩ l i è , ( ỉ á p ứ t i y c ú c y ê ỉ t c â u k ĩ ĩ ỉ ì i i ậ í v ù k i n h ĩé niOỉiq m u ố n . T r ọ ỉ ỉ i Ị ĩ úỉìì k i ế ỉ i t i ỉ ứ c t r o n y lĩỉilì v ự c v ậ í l i ệ u x â y clựỉiiị l ù s ự h i ế u b i ế t c l ỉ i ỉ ỉ i y v ề m ố i í Ị u a n h ệ y i ữí ỉ c â u t r ú c vù t í n h c h ấ t , d ố i v ớ i v ậ t l i ệ u k ể í c ấ u c h ủ y ể u l ủ t í n h c h ấ t c ơ học, đối với vậĩ liệu chuyên dùỉìsị có thẻ lủ íí/iiì cúch ỉiliiệĩ, cách ủm, ĩínìì chống ủn ỈHÒ/Ì, ĩínlì chốỉìiị íhíítìì nước, thấm hơi vu ĩhấtìi khí... N h ằ m d ủ ị ) ứììi* c ú c c h ư ơ n g ĩrìỉỉli cỉ ào t ạ o m ớ i ĩ ì i e o n í ịủ nì t r ộ ĩ ì c u ô ỉ ì s á c h "V ậ t liệỉỉ vủ s à n p h ẩ m x ủ \ c ỉ ựỉ ỉ ( Ỉ I Í ỢC biữti SOỤỈỊ phiỊC vụ v i ệc \>iafỉy d ạ y vù h ọ c t ậ p c h o c á c n g à n h k ĩ t hu ật vớy i li pĩ s’ ừ ('('({' ỈỊịĩ Ợỉì }’ (lựị l \ 0 { ‘ C l l ô t ỉ s á i l ì ( ŨỈỊ% c ó t h ể ( l ù n g l ủ m ỉ à i Ỉỉệỉi t h a m k h a o c h o c á ỉ ỉ b ộ k ĩ í l m ậ ỉ vù k ì s ư . xúy dưtìiỊ... Việc hiên soạn cuốn sách ỉìủy (la bibu sút yêỉi cầu í itu hệ ĩhốnq tiêu chuẩn Việt Nam vù ĩiéìi chuẩn ỉìitức fií>oài cố lién (Ịuatì. Tác ỳ a (íỉĩ cô yắnq sử dụng nììững hiểu b i ế t v à k i / i h ỉ ì ^ h i ệ ỉ ì ì , CI7//^ n h ư t h ự c í ể V i ê í N a m t í c h Itly đ ư ợ c t r o n y h à n g c h ụ c ĩì ú n ì c ô ỉ ì ỵ ĩ ủ c , g ì ủ ỉ ì g í ỉ ạ y v ủ ỉ l ì ự c ỉiễỉì; đ ồ n x t h ờ i ỉ l i u m k h ả o c l ì i í ơ ỉ i y t r ì n h ỳ ả m Ị d ạ y đ ạ i h ọ c v à c á c r ủ ’ l i ệ u v ế v ậ t Hệỉi x ú y dỉínỊị c ủ a ỈNỘÍ s ố n ư ớ c t i ê n t i ê n x u ấ t b ả n í r o t ĩ g n hữ ỉ ì s ị ì lủ/}} g ổ ỉ ì đ ú \ \ C u ô n s á c h í^ồni 3 p h ầ n : Phân 1: nC ơ s ở vật liệu học cóng trình" %iới thìệỉi ỉìhững kiến thức chung nhất vê cấu ĩrúr, ííiìlì chấĩ của vậĩ liệu xùv cỉựỉì^ vủ cà nhữỉìíỊ klìúi niệm chiiỉìiỊ vê vật l i ệ u í Q ì ì ì p o s i í - ÌÌIỘỊ l ì ệ t l ì ố ỉ i y d ị ĩ l ỉ ê t ạ o r a h i ệ u q u a Ỉ ổ ỉ i g l ì Ọ p , t u ộ t c h ấ t ỉ ư ợ n g m ớ i c h o vậ t liệu. P h á n 2: 99Vật liệu và sản ph ẩ m xáy đtpíg" ;ỹớỉ tỉìiệu cúc nhóm vật liệu sử diiỉìỉỊ p l ỉ ô hìếìì t r o n . x ú y c l ự n - V ậ t liệu và s ả n p h à m c h ê t ạ o b ư n g c á c h g i a c ô n g n h iệ t ngnyêiì liệu khoáng; 3
- V ụ t l i ệ u v ủ s a n p h ấ ỉ ỉ ì ĩ ì ừ ỉ i co' s à c h ấ t k ẽ ĩ (iínlì v ò i i f ; - V ậ t l i ệ u v à scỉn p h a m c ó t ó ỉ i y d i ỉ ỉ ĩ ^ d ặ c b i ệ t . P h á n 3 : "Vật liệu xáx dựníỊ trong k ết cáu nhà và con í* tr ìn h " (íc (\)p (len nliữìix ( l ạ i ỉ i ị k ế t c ủ ỉ í c h ủ y ế n c h ứ t ạ o ỉ ừ k i ỉ ì ì l o ạ i , t ử b é í ó ỉ i i ị v à h è í ô Ị ì s * c õ i t h Ứ Ị K l ừ ỳ ) v ủ ĩ ừ c h ấ t d e o . T r o n g p h á n n ủ y c ò n iỊĨứi ĩ ì ì i ệ i i ccu Ịỉlìỉíơììịị p ì ĩ á p b à o v ệ k è ỉ c ũ n AỚV ( lựỉiạ k h ó i b ị ũ ỉi ỉ ì ì òỉ ỉ v à c ú c h i ệ n p h á p s ử a c h ữ a , p l i i i c h ổ i chức //Í///Ư c ù a k é ỉ í 'ấu \ à \ d í ũ ì ^ . T ỉ ' O ỉ i y Lịỉiá í r ì / ỉ h b i é ỉ i s o ạ n CUÓỈI s á c h , ĩ ủ c u ị à cĩ à ỉìlnĩỉỉ ( h ử / c n h i ê u V k i ế n ( l ó ỉ i y sịÓỊ) í/li ý b â u c u a ỉ i l i i ê a ỉ ì h à k h o a h ọ c . T ú c y i à .xin cliíiỉi ỉ li àỉ i h c á m ƠỈI. Đ è f ì ^ ủ \ ' c ủ n g l ì o ủ ỉ ỉ í h i ợ n chươn\> ĩ r ì ỉ ì l ỉ 1ị i Ù Ị Ị y ( l ụ y c ù ỉì ì ị n h ư n ộ i í l i i ỉ ì í> c ụ Ị iì é i ' Ị Ui c u ố n s á c h ỉ i à y , t ú c 1ị i à ỉ t ỉ O ỉ i i ỉ n h ũ n ( ỉ ỉ ( ự c n l ì i ỡ t ỉ V k ỉ ê ỉ ì ( ĩ ó ỉ ì \ ị y ó p c ù a Iđ ộ c ^ ! ( J . . \ i n y i r i v é ( l ị a c h ỉ : B ộ ỈÌIÔỈÌ V ậ t l i ệ u -\â\' i h ù i v - Tn('ờỉ}% Đ ạ i học' Xtt\' íìự}Ị\ị H à N ộ i . Tác ịịiá 4
Phần I C ơ SỞ CỦA VẬT LIỆU HỌC CÒNG TRÌNH C hương 1 C Ấ U T R Ú C VÀ T Í N H C H Ấ T CỦ A V Ậ T L IỆ U X Â Y D Ự N G 1.1. Khái niệm chung 1.1.1. P h â n lo ạ i vật liệu x â y dự n g Vật liệu xây dựng được phân loại theo 2 cách chính : a) Theo b ản ch ấ t Theo bản chất vật liệu xây dựng được phân ra 3 loại chính sau đây : (1) Vật liệu vô cơ bao g ồ m các loại vật liệu đá thiên nhiên, các loại vật liệu nung, các chất kết dính vô cơ, bêtông, vữa và các loại vật liệu đá nhân tạo k hô ng nung khác. (2) Vật liệu hữu cơ: bao g ồ m các loại vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa bitum và guđrông, cac loại chất dẻo , sơn, vecni v.v... (3) Vật liệu kim loại : bao gồ m các loại vạt liệu và sản phẩm bằng gang, thép các loại vật liệu bằng kim loại màu và hợp kim. b) Theo n gu ồn g ố c Th eo nguồn g ố c vật liệu xây dựng được phân ra 2 nhom chính : vật liệu đá nhân tạo và vật liệu đá thiên nhiên. Vật liệu đ á nhân tạo: được hình thành nhất thiết phải bằng sự "ximăng hóa" các loại cốt liệu nhiều c ỡ hạt hoặc các dạng khác thành I khối đổng nhất bằng chất thứ 2 (chất kết dính) hoặc bằng liên kết thứ 2 (hóa, điện, kim loại v.v...) trong điều kiện nhà máy hay trực tiếp tại công trường . Chúng được gọi ià nhân tao vì trên vỏ trái đất cò n có 1 n hó m vật liệu g ọ i là vật liệu đá thiên nhiên. Vặt liệu đá thiên nhiên được hình thành trong một giai đoạn lịch sử lâu dài. T h e o tính toán, vật liệu sử dụng trong các công trình xây dựng c ó tới hơn 90% là vật liệu đá nhân tạo, và gần 1 0 % là vật liệu khác. Vật liệu đá nhân tạo là một nhóm vật liệu lớn rất phong phú và đa dạng, ch ún g được phân thành 2 nh óm phụ : vật liệu đá nhân tạo không nung và vật liệu đá nhân tạo nung. Vật liệu đ á nhân tạo không nung: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc củ a ch ún g xẩy ra ở nhiệt độ không cao lắm và sự hình thành cấu trúc là kết quả của sự biến đổi hóa học và hoá lí của chất kết dính, ở trạng thái dung dịch I phân tử, keo, lỏng và rắn, pha loãng và đậm đặc). 5
Vật liệu đá nhân tạ o nuníỊ: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc của nó xảy ra chủ yế u là quá trình làm nguội của dung dịch nóng chảv. Dung dịch đó đóng vai trò là chất kết dính. Đối với vật liệu đá nhân tạo khi thay đổi thành phần hạt của cốt liệu, thành phần khoáng hóa của chất kết dinh, các phương pháp công nghệ và các loại phụ gia đặc biệt thì có thể làm thay đổi và điều chỉnh cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu. 1.1.2. Phân loại tính chất của vật liệu xây dựng (V L X D ) Quá trình làm việc trone kết cấu công trình, vật liệu phải chịu sự tác dụng của tải trọng bên ngoài và m ôi trườntỉ xung quanh. Tải trọng sẽ gãy ra biến dạng và ứng suất trong V ạl liệu. D o đó, để kết cấu công trình làm việc an toàn thì trước tiên vật liệu phải c ó các tính chất c ơ học yêu cầu. Ngoài ra, vật liệu còn phải có đủ độ bền vững ch ốn g lại các tác dụng vật lí và hóa học của môi trường như tác dụng của không khí, hơi nước, nước và các hợp chất tan trong nước, của sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm, của gió, ánh sáng mặt trời, v.v... Trong một s ố trường hợp đối với vật liệu còn có những yêu cầu riêng về nhiệt, âm, ch ốn g phóng xạ v.v... Như vậy, yêu cầu về tính chất của vật liệu rất đa dạng. Song để nghiên cứu và sử dụng vật liệu, có thể phân tính chất của nó thành những nhóm như : nhó m tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc, nhóm tính chất vật lí, tính chất cơ học, tính chất hóa học và một số tính chất mang ý nghĩa tổng hợp khác như tính côn g tác, tính tuổi thọ v.v... Các tham s ố đặc trung cho trạng thái và cấu trúc của vật liệu là những tính chất đặc trưng cho quá trình c ô n g nghệ, thành phần pha, thành phần khoáng hóa, thí dụ khối lượng riêng, khối lượng thê’ tích, độ rỗng, độ đặc, độ mịn, v.v... Những tính chất vật lí xác định mối quan hệ của vật liệu với môi trường như tính chất có liên quan đến inróv, đến iiliiệt, diện, âm, tính lưu biến của vật liệu nhớt, dẻo... Những tính chất c ơ học xác định quan hệ của vật liệu với biến dạng và sự phá hủy nó dưới tác dụng của tải trọng, như cường độ, độ cứng, độ dẻo V. V... Các tính chất hóa học có liên quan đến những biến đổi hóa học và độ bền vững của vật liệu đối với tác dụng của các nhân tố hóa học. Đ ể tránh những ảnh hưởng của các yếu tố khách quan trong quá trình thí nghiệm, các tính chất của vật liệu phải được xác định trong những điều kiện và phương pháp chuẩn theo quy định của tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam. Khi đó tính chất được xác định là những tính chất tiêu chuẩn. Ngoài các tiêu chuẩn nhà nước còn có các tiêu chuẩn cấp ngành, cấp bộ. Các tiêu chuẩn có thể được bổ suno và chỉnh lí tùy theo trình độ sản xuất và yêu cầu sử dụng vật liệu. Hiện nay ở nước ta, đối với một s ố loại V L X D chưa có tièu chuẩn và yêu cầu kĩ thuật quy định thì có thể dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài. 6
1.2. S ự p h ụ th u ộ c c ủ a tín h c h ấ t vào c ấ u t r ú c và th à n h p h ầ n 1.2.1. Q u a n h ệ g iữ a cấu trú c và tính ch ấ t Cấu trúc của vật liệu được biểu thị ở ba mức : cấu trúc vĩ m ô (cấu trúc có thể quan sát băng mắt thường), cấu trúc vi mô (chỉ quan sát bằng kính hiển vi) và cấu trúc trong hay cấu tạo chất (phải dùng những thiết bị hiện đại để quan sát và nghiên cứu như kính hiển vi điện tử, phân tích rơngen...). Cấu trú c v ĩ mô. Bằ ng mắt thường người ta có thể phân biệt được các dạng cấu trúc này như : đá nhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trúc dạng sợi, dạng lớp, dạng hạt rời... Vật liệu đá nhân tạo đ ặ c rất phổ biến trong xây dựng như bêtông nặng, bêtông nhẹ cấu tạo đặc, vật liệu g ố m và các loại khác. Những loại vật liệu này thường có cường độ, khả năng ch ốn g thấm, ch ốn g ăn mòn tốt hơn các vật liệu rỗng cùng loại, nhưng nó nặng nề và các tính chất về âm và nhiệt kém hơn. Bằng mắt thường cũng có thể nhìn thấy những liên kết "thô" của nó, thí dụ : thấy được lớp đá ximăn g liên kết với hạt cốt liệu, độ dày của lớp đá, độ lớn của hạt cốt liệu, phát hiện được những vết rạn, nứt lớn v.v... Vật liệu cấu tạo rỗng có thể là những vật liệu có những lỗ rỗng lớn n h ư bê tô ng khí, bêtông bọt, chất dẻo tổ ong hoặc những vật liệu có các lỗ rỗng bé (vật liệu g ố m dùng đủ nước, dùng phụ gia cháy). Loại vật liệu này có cường độ, độ ch ốn g ăn mòn kém hơn vật liệu đặc cùng loại, nhưng khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn. Lượng lỗ rỗng, kích thước, hình dạng, đặc tính và sự phân bố của chúng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu. Vật liệu có cấu tạo dạ n g sợi, như gỗ, các sản phẩm từ bông khoáng và bông thủy tinh, tấm sợi gỗ ép v.v... có cường độ, độ dẫn nhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương dọc và ngang thớ. Vật liệu có cấu tạo dạng lớp cũng là vật liệu có tính dị hướng (tính chất khác nhau theo các phương khác nhau). Vật liệu rờ i như cốt liệu cho bêtông, vật liệu dạng bột (ximăng, bột vôi sống, ...) có các tính chất và côn g dụng khác nhau tùy theo thành phần, độ lớn và trạng thái bề mặt hạt. Cấu trú c vỉ m ô của vật liệu c ó thể là cấu tạo tinh thể hay vô định hình. Cấu tạo tinh thể và vô định hình chỉ là hai trạng thái khác nhau của một chất. Thí dụ oxit silic có thể tồn tại ở dạng tinh thể thạch anh haydạng vô định hình ( op an ).D ạng tinh thể có độ bẻn và độ Ổn định lớn hơn dạng vô định hình. S i 0 2 tinh thể khôrig tương tác với C a ( O H ) 2 ở điều kiện thường, trong khi đó S i 0 2 vô định hình thì lại có thể tương tác với C a( O H ) 2 ở ngay nhiệt độ thường. D ạng vô định hình có thể chuyển sang dạng tinh thể bền hơn. Một vấn đề có ý nghĩa thực tế lớn đối với vật liệu đá thiên nhiên và nhân tạo là hiện tượng đa hình - cùn g mộ t chất nhung có thể tồn tại ở các dạng tinh thể khác nhau (dạng thù hình). Đặ c điểm của các chất có cấu tạo tinh thể là có nhiệt độ nóng chảy (ở áp suất không đổi) và có dạng hình học của tinh thể (ở mỗi dạng thù hình) nhất định. 7
D on tinh thể. Tính chất của đơn tinh thể (cường độ, tính dẫn nhiệl, dẫn điện, lôc độ hòa tan...) không gi ố n g nhau theo các phương khác nhau. Hiện tượng dị hướng đó là đặc điểm của cấu tạo bên trong của tinh thể. Trong xây dựng, người ta thường sử dụng những vật liệu đá đa tinh thể, có nghĩa là những vật liệu g ồ m những tinh thể khác nhau sắp xếp không theo một trật tự nhất định. Những vật liệu như vậy được coi như là vật liệu có tính đẳng hướng. Cấu tạ o bên trong của cá c c h ấ t là cấu tạo ngu yên tử, phân tử, hình dáng kích thưác của tinh thể, liên kết nội bộ giữa chúng. Cấu tạo bên trong của các chất quyết định cường độ, độ cưng, độ bền nhiệt và nhiều tính chất quan trọng khác. Khi nghiên cứu các chất có cấu tạo tinh thể, người ta phải phân biệ
thành những sợi nhỏ. Trong các khoáng dạng tấm ímica, caolinit), các nhóm silicát liên kết vớ' nhau yếu hưn theo những mặt phẳng nhất định. 1.2 ?. Q u a n n ệ g iữ a th à n h p h ầ n và tính ch ấ t V ệ' liệu xây dựng được đặc trưng bằng 3 thành phần : hóa học, khoáng vật và thành pliãn p!ia Thành p h ả n h óa học được biểu thị bằng % hàm lượng các oxit có trong vật liệu. N ó cho phép phán đoán hàng loạt các tính chất của VL XD : tính chịu lửa, bền sinh vật, cac đặc trưng cơ học và các đặc tính kĩ thuật khác. Riêng đối với kim loại hoặc hợp kim thì thành phần hóa học được tính bằng % các nguyên tố hóa học. Thành phần hoá học được xác định bằng cách phân tích hóa học (kết quả phân tích được biểu diễn dưới dạng các oxit). Các oxit trong các vật liệu vô cơ liên kết với nhau tạo thành các m u ố i kép, được gọi là thành phần khoáng vật. Thành p h ầ n kh oá n g vậ t quyết định các tính chất cơ bản của vật liệu. Khoáng 3 C a 0 . S i 0 2 và 3 C a 0 . A l 20 , trong ximăng pooclăng quyết định tính đón g rắn nhanh, chậm của ximăn g, khoánq 3 A l 20 32Si0-> quyết định tính chất của vật liệu gốm. Riết được thành phần khoáng vặt la có thể phán đoán tương đối chính xác các tính chất của V L X D . V iệ c xác định thành phần khoáng vật khá phức tạp, đặc biệt là về mặt định lượng. Vì vậy người ta phải dùng nhiều phương pháp để hỗ Irợ cho nhau : phân tích nhiệt vi sai, phân tích phổ rơngen, laze, kinh hiển vi điện tử v.v... Thảnh p h ầ n ph a. Đa s ố vật liệu khi làm việc đều tồn tại ở pha rắn. Nhưng trong vật liệu luôn chứa một lượng lõ rỗng, nên ngoài pha rắn nó còn chứa cả pha khí (khi khô) va pha lỏng (khi ẩm). Tỉ lệ của các pha nay trong vật liệu có ảnh hưởng đến chất lượng của nó, đặc biệt là các tính chất về âm, nhiột, tính chong ân mòn, cường độ v.v... Thành phân các pha biến đổi (rong quá trình công nghệ và dưới sự tác động của môi trường. Sự thay đổi pha làm cho tính chất của vật liệu cùng thay đổi. Thí dụ nước chứa nhiều trong cắc lỗ rỗng của vật liệu sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chất nhiệt, âm và cường độ của vật liệu, làm cho vật liệu bị nở ra... N g o à i vật liệu rắn, trong xây dựng còn loại vật liệu rất phổ biến ở trạng thái nhớt dẻo. Các chất kết dính khi nhào trộn với dung môi (thường là nước), khi chưa rắn chắc c ó cấu trúc phức tạp và biến đổi theo thời gian : giai đoạn đầu ở trạng thái dung dịch, s;iu đó ở trạng thái keo. Trạng thái này quyết định các tính chất chủ yếu của hỗn hợp. Tro ng hệ keo, mỗi hạt keo gồm có nhân keo, lớp hấp phụ và ngoài c ù n g là lớp khuếch tán. Chúng được liên kết với nhau hàng các lực phán tử, 1JC điện, lực ma sát, lực mao dẫn v.v... M ỗ i loại chất kết dính khi nhào trộn với duniz môi thích hợp sẽ cho một hệ k eo nhất định. 9
1.3. Tính chất vật lí 1.3.1. Các thông s ố trạng thái ỉ ) K h ố i lượng riên g Khối lượng riêng p ( g / c m 3, kg/1, T /m 3) là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc. N ế u khối lượng của vật liệu là m (g, kg, T), thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu là V ( c m 3, /, m 3), thì : p = -ự, ( g /c m 3, kg//, T / m 3). Tùy theo từng loại vật liệu mà có những phương pháp xác định khối lượng riêng khác nhau. Đ ố i với vật liệu hoàn toàn đặc như kính, thép..., p được xác định bằng cách cân và đo mẫu thí n gh iệ m ; đối với những vật liệu rỗng thì phải nghiền đến cỡ hạt < 0 , 2 m m và những loại vật liệu rời c ó c ỡ hạt bé (cát, ximăng...) thì p được xác định bằng phương pháp bình tỉ trọng (hình 1 . 1 ). Khối lượng riêng của vật liệu phụ thuộc v à o thành phần và cấu trúc vi m ô của nó. Đ ố i với vật liệu rắn thì nó không phụ thuộc vào thành phần pha. Hình L I : B ì n h t i t r ọ n g Khối lượng riêng của vật liệu biến đổi trong m ộ t ph ạm vi hẹp, đặc biệt những loại vật liệu cùn g loại c ó khối lượng riêng tương tự nhau. N g ư ờ i ta c ó thể dùng khối lượng riêng để phân biệt những loại vật liệu khác nhau, phán đoán m ột s ố tính chất của vật liệu và tính toán thành phần của một s ố loại V L X D . 2 ) K h ố i lượng t h ể tích Khối lượng thể tích p v ( g / c m 3, T /m 3, k g / m 3) là khối lượng của một đơn vị thể tích vật ]ịệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng). N ếu khối lượng của vật liệu là m và thể tích tự nhiên là Vy thì : Pv = 7 “ ( g /c m 3, k g / m 3, T / m 3) ’ V 10
Từ s ố liệu ở bảng 1-1,thấy: p v của V LX D dao động trong một khoảng rộng. Đối với vật liệu cùng loại có cấu tạo khác nhau thì pv khác nhau, pv cò n phụ thuộc vào môi trường khô ẩm. Vì vậy, trong thực tế buộc phải xác định Pv tiêu chuẩn. V iệ c xác định m được thực hiện bằng cách cân, còn V v thì tùy theo loại vật liệu mà dùng một trong ba cách sau : đối với vật liệu có kích thước hình học - dùng cách đo ; đối với vật liệu không có kích thước rõ ràng thì dùng phương pháp c h iế m chỗ trong chất lỏng ; đối với vật liệu rời (ximãng, cát, sỏi) thì đổ vật liệu từ một chiều cao nhất định xuố ng một cái ca có thể tích biết trước. Bảng 1-1 Hệ số dẫn nhiệt Tên VLXD p, (g/cm3) pv, (g/cm-1) r, (%) Ả,, (kcal/m °Ch) Hêtông nặng 2,6 2,4 10 1,00 nhẹ 2,6 1,0 61,5 0,30 tổ ong 2,6 0,5 81 0,17 Gạch : thường 2,65 1,8 3,2 0,69 rỗng ruột 2,65 1,3 51 0,47 granit 2,7 2,67 1,4 2,40 túp núi lửa 2,7 1.4 52 0,43 Thủy tinh : kính cửa sổ 2,65 2.65 0,0 0,50 thủy tinh bọt 2.65 0,30 88 0,10 Chất dẻo : chất dẻo cốt thủy tinh 2,0 2,0 0,0 0,43 mipo 1,2 0,015 98 0,026 Vật liệu gỗ : gỗ thông 1,53 0,5 67 0,15 tấm sợi gỗ 1,5 0,2 86 0,05 Dựa vào khối lượng thể tích của vật liệu có thể phán đoán một s ố tính chất của nó, nh ư cường độ, độ rỗng lựa chọn phương tiện vận chuyển, tính toán trọng lượng bản thân kết cấu... ỉ . 3.2. Đ ặ c tr u n g cấ u trúc Đặ c trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng là độ rỗng và độ đặc. Đ ộ rỗng r (số thập phân, %) là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự nhiên củ a vật liệu. Nếu thể tích rỗng là V,. và thể tích tự nhiên của vật liệu là V v thì : 11
Trong đó : Vr = Vv - V (V - thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu). Do đó : = Vv~V = ! _ 2L = ị _ Bi Vv Vv " p Lỗ rỗng trong vật liệu g ồ m lõ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng hở là lỗ rỗng ínông với môi trường bên ngoài. Đ ối với vật liệu dạng hạt còn phân ra lổ rỗng trong hạt và lỗ rỗng giữa các hạt. Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín thì cường độ cao, cách nhiệt tốt, nhưng vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng hở thì hút âm tốt. V iệc xác định độ rỗng của vật liệu được thực hiện thông qua tính toán theo cô n g thửc và cũng có thể dùng phương pháp bão hòa hêli ỉỏng. Đ ộ rỗng trong vật liệu dao độn g trong mộ t ph ạm vi rộng từ 0 đến 98%. Dựa vào độ rỗng có thể phán đoán một số tính chất của vật liệu : độ chịu lực, tính chống thấm, các tính chất có liên quan đến nhiệt, âm... Độ đặc (đ) là mức độ chứa đầy thể tích vật liộu bằng chất rắn : N hư vậy r + d = 1 (hay 100%), có nghĩa là vật liệu khô bao g ồ m bộ khung cứng để chịu lực và lỗ rỗng không khí. Độ rỗng hớ (rh) là tỉ số giữa tổng lỗrỗng chứa nước bão hòa và thể tích tự nhiên của vật liệu : m , — IT1) 1 ĩh = ~Vv ■ pn Trong đó : IĨ1] và m 2 - khối lượng của mẫu ở trạng thái khô và trạng thái bao hòa nưức. Lỗ rỗng hở có thể thông với nhau và với môi trường bên ngoài, nên chúng thường chứa nước ở điều kiện bão hòa nước bình thường như ngâm vật liệu trong bể chứa nước. Lỗ rỗng hở làm tăng độ xuyê n nước và độ hút nước. Độ rông kih rk bằng : h = r - rh Vật liệu rỗng thường chứa cả lỗ rỗng h ở v à lỗ rỗng kín. Lỗ rỗng kín tăng làm độ bền vĩnh cửu của vật liệu tăng. Tuy nhiên trong vật liệu và các sản phẩm hút âm lỗ rỗng hở và việc khoan lỗ lại cần thiết để hút năng lượng âm. Độ mịn hay độ lớn của vật liệu rời là đại lượng đánh giá kích thước hạt của nó. Đ ộ mịn quyết định khả năng tương tác của vật liệu với môi trường (hoạt động hóa học, phân tán trong m ôi trường), đồn g thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng giữa các hạt. 12
Vì v ậ y t ù y t h e o t ừ n g lo ạ i v ật liệu v à m ụ c đ íc h sử d ụ n e n e ư ừ i ta t ă n g h a y g i ả m đ ộ m ị n của chúng. Đối với vật liệu rời khi xác định độ mịn thường phải quan tâmđến từng nlìóm hạt, hình dạng và tính chất bồ mặt hạt, góc thấm ưứl, độ nhám, khả năng hấp thụ và liên k ết v ớ i v ậ t liệ u k h á c . Độ mịn được xác định bằiiii cách sàníĩ (mỗi loại vật liệu dùng 1 c ỡ sàng riêng và độ m ịn đ ư ợ c tính h ằ n a c/( l ợ t s à n s ) h o ặ c b ằ n g d ụ i m c ụ đ o b ề m ặ t r i ê n g . B ề m ặ t r i ê n g s,- đ ư ợ c t í n h b ằ n g c m 2/ ỉ ì t h e o c ô n u t h ứ c ; s K ' _ ! 1L__ \ I» .v f p
trường (nước tựdo). Nước c ơ học trong vật liệu có thể dễ dàng thay đổi ngay trong điều kiện thường. Thực t ế ch o thấy, sự thay đổi nước c ơ học không làm thay đổi tinh chất của vật liệu. Độ đm và độ hút ẩm: Đ ộ ẩm w (%) là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có thật m ntrong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm. Nếu khối lượng của vật liệu lúc ẩm là m a và khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô là m k thì : m n - m k. mn w= ----- 100% hay w = — 100% mk mk Trong không khí vật liệu có thể hút hơi nước của môi trường v ào trong các lỗ rỗng và ngưng tụ thành pha lỏng. Đây là một quá trình có tính chất thuận nghịch. Trong c ù n g một điều kiện môi trường nếu vật liệu càn g rỗng thì độ ẩm của nó cà n g cao. Đ ồ n g thời độ ẩ m cò n phụ thuộc v à o bản chất của vật liệu và đặc tính của lỗ rổng, v à o môi trường. Ở môi trường kh ông khí khi áp lực hơi nước tăng (độ ẩm tương đối củ a k hô ng khí tăng) thì độ ẩm củ a vật liệu tăng (hình 1 . 2 ). Th eo phương trình ihực n g h iệ m của Freiđlic lượng hơi nước hút vào là : Hình 1.2 :Biểu đồ hút nước (Khi p > P A đường thẳng đứng .r ỉ/ n a = Kp do ngưng tụ mau quán) Trong đó : p - áp lực cân bằng của hơi nước; K và n - các hệ s ố thực ngh iệm (không đổi đối với mõi loại chất khi hấp phụ ở một nhiệt độ nhất định). Trong tọa độ logarit thì phương trình đó được biểu diễn như sau : lga = lgK + - lgp n Biểu đồ có sự thay đổi đột ngột khi bão hòa hơi nước (điểm A), nó £ần như song song với trục tung. N ếu độ ẩm của vật liệu tiếp tục tăng thì sẽ xuất hiện nước ngưng tụ mao quản. Do quá trình hấp phụ và ngưng tụ mao quản mà độ ẩm của vật liệu sau khi để lâu dài trong không khí khá lớn. Đ ộ ẩm đó gọị là độ ẩm cân bàng. Thí (Jụ độ ẩm cân bằng của g ỗ khô trong không khí là 12 - 18%, của vật liệu tường 5 - 1% . Độ ẩm tăng làm xấu đi tính chất nhiệt kĩ thuật, gi ả m cường độ và độ bền, làm tăng thổ tích của vật liệu. Vì vậy tính chất của V L X D phải được xác định trong điều kiện độ ẩm nhất định. 14
Độ hú t nước m ao quán: S ự h ú t n ư ớ c m a o q u ả n x ả y ra khi m ộ t b ộ p h ậ n k ế t cấu n ằm tro n g nước.N ư ớ c n g ầ m co thể dâng lên theo các ống mao quản làm ướt phần dưới cửa tường nhà. Đ ộ h ú t n ư ớ c m a o q u ả n đ ư ợ c đặc trưng b ằ n g c h iê u c a o m ự c n ư ớ c d â n g lên tro n g vật liộu h v à đ ư ợ c x á c đ ị n h b ằ n g c ô n g th ứ c sau : h = 2 ơ c o s 0 /(r.pn.g) Trong đó : ơ - sức că n g bề m ặt ; 0 - góc thấm ướt ; 1' - b á n kính m a o quàn ; p n - khố i lư ợ n g riênu của nước ; g - gia tốc trọ n g trường. V iệ c xác định chiều cao dâng nước h theo công thức trên là vấn đề khó vì hình dáng và tiết diện của mao quản luôn luôn ihay đổi. Nên trong thực tế người ta hay dùng phương pháp "nguyên tử đánh dấu" hay đo độ dẫn điện. Thể tích nước V mà các mao q u ả n h ú t v à o ở giai đ o ạ n đ ầ u sau thời gian t tuân th e o q u y lu ậ t p a r a b o n : V 2 = kt Trong đó : k - hệ s ố hút nưức. V iệ c giảm độ hút nước (có nghĩa là giảm hệ s ố k) có thể thực hiện được bằng cách hoàn thiện cấu trúc của vật liệu. Đ ộ hút nước: D ộ hút nước của vậi liệu là khả năng hút và giữ nước của nỏ ở điều kiện thường và đ ư ợ c x á c đ ị n h b ằ n g c á c h n g â m m ẫ u v à o t r o n g n ư ớ c c ó n h i ệ t đ ộ 2 0 ° ± 5°. T r o n g đ i ề u k i ệ n đ ó n ư ớ c c h í c ó t h ế c h u i v à o n h ữ n g ]ỗ r ỗ n g h ở . D o đ ó m à đ ộ h ú t n ư ớ c l u ô n l u ô n n h ỏ h ơ n đ ộ r ỗ n g c ủ a v ậ t liệu. T h í dụ đ ộ rỗ n g c ủ a b ê t ô n g n h ẹ c ó th ể là 5 0 - 6 0 % , n h ư n g đ ọ h ú l n ư ớ c c ủ a n ó c h ỉ đ ế n 2 0 - 3 0 r/f t h ể t í c h . Đ ộ hút nước được xác định * theo khối lượn 2 và iheo thế tích. * c? Đ ộ h ú t n ư ớ c th e o k h ô i lirợne W p ( 7 í ) đ ư ợ c x ác đ ịn h th ô n g q u a k h ố i lư ợ n g c ủ a m ẫ u ư ớ t m u ( s a u khi h ú t n ư ớ c ) v à k h ố i lirựna c ủ a m ẫ u k h ố m k : 111. - mk w,, = 100% mk Đ ộ h ú t n i r ớ c t h e o t h ể t í c h w \ ( cf( ) đ ư ợ c x á c đ ị n h t h ồ n i z q u a t h ể t í c h n ư ớ c m à v ạ t l i ệ u h ú t v à o V n v à th ể tích tự n h iè n c ủ a m a u vật liệu V, : V . m - m, w \ = --- 1 0 0 'í hay W N - : 1009Í V \ V \ pru 15
Trong đó : p„ - khối lượng riêng của nước (thường là 1 í / c m 3). Ta có : le w v p hay w v = W p p ‘7 y ail Wp p,n ( Pv' - k h ố i l ư ợ n g t h e t í c h t i ê u c h u ẩ n ) . Đ ộ hút nước theo khối lượng của vật liệu rỗng có thể lớn hơn độ rổns , nhưng độ hút nước theo thể tích thì k h ô n e thể vượt quá ihế’ tích rỗns. Thí dụ độ hút nước theo khối lượng của đá eranit : 0 . 0 2 - 0 , 7 r7(, của bêtône nặns : 2 - 4%, của gạch : 8 - 15(7c, c ủ a vật liệu c á c h n h iệ t r ỗ n g - 1 0 0 % và c ó khi lớn hơn. Đ ộ bãtì h ò a nước: Đ ộ bão hòa nước là độ hút nước cực đại của vật liệu trong điều kiện cưỡng hức (bằng nhiệt độ hay áp lực). Có hai phương pháp xác định độ bão hòa nước, đó là phương pháp nhiệt độ (đun mẫu vật liệu trong nước sôi 4 giờ, để nguội, rồi vớt mẫu ra) và phương pháp chân không (ngâm mẫu vật liệu trong một bình kín đựng nước, hạ áp lực trong bình x uố ng 2 0 m m H g cho đến khi không còn bọt khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 niờ nữa rồi vớt ra). Đ ộ b ã o h ò a n ư ớ c c ũ n g đ ư ợ c x á c đ ịn h th e o k h ố i lư ợ n g v à th e o th ổ tích. M ứ c đ ộ b ã o h ò a n ư ớ c c ủ a vật l i ệ u đ ư ợ c đ á n h g i á b ằ n g h ộ s ố b ã o h ò a c bht h ô n g q u a độ hút nước thê’ tích bão hòa w ^ h và độ rỗng r : r c bh thay đổi từ 0 (tất cả lỗ rỗng trong vật liệu là kín) đến 1 (tất cả lỗ rỗng là hở). Đ ộ hút nước và đặc biệt độ bão hòa nước có ảnh hưởng xấu đến tính chất của V L X D : thể tích tăng lên, độ dẫn nhiệt tăng, cường độ giảm. Để đặc trung cho độ bền nước của vật liệu người ta dùng hệ s ố m ềm Km thông qua cường độ của mẫu bão hòa nước Rbh và cường độ của mẫu khô R k : ™" K Km có thể thay đổi từ 0 (đất sét bị phân rã) đến 1 (kim loại). N hữn g vật liệu c ó Kin > 0,75 là vật liệu chịu nước có thể dùng ch o các côn g trình thủy công. Tính thấm nước: Tính thấm nước của vật liệu là tính chất để ch o nước thấm qua khi có độ chênh lẹch áp lực. Tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ s ố thấm Klh (m/h) : 16
v ,;4 K„ S(p, - p 2)i Như vậy, K|h !à thể tích nước thâm qua V n (nr ) niộl bứt Urờng có chiều dày a = lm, diện tích s = Im 2 sau ihời iíian t = 1 íiiờ, khi độ chênh lệch áp lực thủy tĩnh ở 2 mặt l à Pi - P : = l m c ộ t nưtrc. Dối với vật liệu chốn g thấm hệ số thấm yêu cầu phải nhỏ. Tính ch ố n g thấm của vật liệu được đặc tnrng bàng mác chốns thấm (kG/cm2). biổu thị bằng áp lực ứng với lúc nước chưa thấm qua vật liệu. T i n h t h ẩ m l u r i v à t h ấ m kì ì i : Sự thấm hơi và thám khí qua lỗ rỗ 112 và vết nứt của vặt liệu xảy ra khi trên 2 mặt vật liệu xuất hiện độ chênh lệch áp lực hơi hoặc khí. Sự thấm hơi qua vật liệu tuân theo định luật Furie - Knutxen. Nếu sự chênh lệch áp lực khôna lớn có thế’ dùng công thức Đacxi - Furie. Khi đó lượn tỉ khi V p (có mật độ p) thấm qua bức tường có diện tích s ( n r ) và chiều dày a (m) trong thời ỉiian t ( K.u Từ đây có thể xác định hộ sô ihấm Klh (ư/nih. kG/m2) aV„ Klh = ------ s . 1 . AP V ậ t liệ u l à m tirờníi b a o c h c c h o c á c c ô n s trìn h d â n (lụ n e khòriií c ó đ i ề u h ò a n h i ệ t đ ộ cần có hệ s ố thấm hơi nliãl định vì no sẽ (.tược thôns eió một cacli tự nhiên. Nhưng một sổ c ô n g trình cầ n phái tránh sự xâm nhập cùa l u n nươc n h ư c á c n h à máy s ợ i , đ ặ c b i ệ t lá các hầm ch ố n g hơi độc. thì lại yêu cầu K|h càng nhỏ càng lốt. Do đó tùy thuộc vào t í n h c h ấ t c ủ a c ô n g t r ì n h , đ i ề u k i ệ n m ồ i t r ư ơ n g m à lựu c h ọ n v ậ t l i ệ u c ó h ệ s ố t h ấ m h ơ i và thâm khí sao ch o đảm bảo đirợc điều kiên vệ sinh công nghiệp và môi trường. Biến dạníị cũn: V ậ t liệu r ổ n g h ữ u c ơ h o ặ c v ô CƯ (g ỗ , b ê t ô n g ) khi đ ộ ẩ m t h a y đ ổ i thì th ể tíc h v à k íc h th ư ớ c c ủ a c h ú n g c ũ n g th a y đ ổi : co khi khó và trương n ở khi h ú t n ư ớ c . H iệ n tư ợ n g co là k ế t q u ả c ủ a v iệ c g i ả m c h i ề u d à y lớp n ư ớ c h a o q u a n h các p h ầ n tử vật l i ệ u , do l ự c m a o d ẫ n , c á c p h ầ n t ử đ ó c ó k h u y n h h ư ớ n g x í c h lại g ầ n n h a u . H i ệ n t ư ợ n g t r ư ơ n g n ở p h á t s in h là d o c á c p h â n tử n ư ớ c c ó cự c khi x â m n h ậ p v à o k h e h ở g i ữ a c á c p h ầ n tử h oặc các sợi vật liệu, sẽ đẩy chúng xa nhau ra, khi đó lớp vỏ hiđrát càng dày thêm làm k ích thước và .thể tích vật liệu tăng lên. Trong thực tê ở điều kiện khô ẩm thav đổi thườne xuvên, biến dạng co nở lặp đi lặp lại sẽ làm phát sinh vết nứt và dẫn đến phá hoại vật liệu. 17
Những loại vật liệu có độ rỗng cao (gỗ, bêtông xốp), có khả năng hút nhiều nước sẻ có độ co lớn : Dạng vật liệu Đ ộ co, mm/m GỖ (ngang thớ) 30 - 100 Bêtông xốp 1- 3 Vữa xây dựng 0,5 - 1 Gạch đất sét 0,03 - 0,1 Bêtông nặng 0,3 - 0,7 Đá granit 0,02 - 0,06 Độ co phát sinh và tăng cường khi mất nước nằm trong lớp vỏ hiđrát (nước hấp phụ) và trong những lỗ rỗng nhỏ. Còn việc bay hơi nuớc trong những lỗ rỗng lớn (nước tự do) không làm cho các phần tử vật liệu xích lại gần nhau nên thực tế không gây ra co. 1.3.4. N h ũ n g tín h c h ấ t c ó liên q u a n đ ế n n h iệ t Tính d ẫ n nhiệt: Tính dẫn nhiệt của vật liệu là tính chất để cho nhiệt truyền qua từ mặt này sang mặt khác. Đây là tính chất quan trọng đối với một nhóm lớn vật liệu cách nhiệt và cả cho vật liệu dùng cho tường ngoài và trần ngăn. Khi chế độ truyền nhiệt ổn định và vật liệu có dạng tấm phăng thì nhiệt lượng Q (kcal) truyền qua vật liệu được tính bằng công thức : Trong đó hệ số dẫn nhiệt X là nhiệt lượng Q truyền qua một tấm tường diện tích F = l m 2 và dày ô = lm , trong thời gian X = 1 giờ, khi độ chênh lệch nhiệt độ 2 bên tấm tường At = l° c . Hệ số dẫn nhiệt của vật liộu phụ thuộc vào nhiều yếu tố : loại vật liệu, cấu trúc, độ rỗng và tính chất của lỗ rỗng. Độ dẫn nhiệt của không khí rất bé (A. = 0,02 kcal/m°C.h) so với độ dẫn nhiệt của vật rắn. Vì vậy vật liệu càng rỗng, dẫn nhiệt càng kém (cách nhiệt tốt), hay nói cách khác vật liệu càng nặng (p v càng lớn) thì dẫn nhiệt càng tốt (công thức của v .p . Necraxov) : X = V 0 ,0 1 9 6 + 0,22p>v - 0 ,1 4 Vật liệu ẩm (Ầ. của nước = 0,5 kcal/m°C.h) thì dẫn nhiệt tốt. Khi nhiệt độ bình quân giữa 2 mặt tấm tường tăng thì độ dẫn nhiệt cững lớn. Điều đó được thể hiện bằng công thức của Vlaxôv : l t = X0(l + 0,002t) 18
Trong đó : X0 - hệ s ố dẫn nhiệt ở 0 ° c ; Ầị - hệ s ố dẫn nhiệt ở nhiệt độ bình quân t ; nhiệt độ t thích hợp với công thức tiong phạm vi dưới 100 °c. Trong thực tế người ta dùng hệ số dẫn nhiệt để lựa chọn vật liệu cho các kết cấu bao ch e và tính toán kết cấu để bảo vệ các thiết bị nhiệt. N h iệ t du n g và n h iệt dung riêng: Nhi ệt dung là nhiệt lượng Q (kcal) mà vật liệu thu vào khi nung nóng. Q = Cm(t 2 - tị), kcal Trong đó : c - nhiệt dung riêng của vật liệu, kcal/kg.°C ; m - khối lượng của vật liệu, kg ; t 2 và t) - nhiệt độ của vật liệu sau và trước khi nung nóng, ° c . Khi m = lk g , t 2 - t) = l ° c thì c = Q. Vậy nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần để nung nóng 1 kg vật liệu lên l ° c Nhiệt dung riêng của vật liệu vô cơ thường dao động từ 0,75 đến 0,92 kcal/kg.°C, cùa vật liệu hửu cơ (gỗ) - 0,7 kcal/kg.°C. Nước có nhiệt dung riêng lớn nhất lkcal/kg.°C. Vì vậy khi độ ẩm của vật liệu tăng thì nhiệt dung riêng của nó tăng lên: _ C + Q>0 1 W Q Cw = 1+0,01W Trong đó : c , c w và Cn - nhiệt dung riẻng của vật liệu khô, vật liệu có độ ẩm là w và củ a nước. Khi vật liệu hỗn hợp bao gồm nhiều vật liộu thành phần có nhiệt dung riêng là Cị, c 2, C n và khối lượng tương ứng là rti], m2, mn thì nhiệt dung riêng c của nó được tính theo cô ng thức : c = m'Cl + m2C2^ mnCn m , 4- m 2 + ... m n Chỉ tiêu nhiệt dung được dùng để tính toán nhiệt lượng khi gia công nhiệt VLXD và lựa ch ọ n vật liệu trong các trạm nhiệt. Tính ch ốn g c h á y và tính chịu lửa: 1 Tính chống cháy là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn lửa trong một thời gian nhất định. Dựa vào khả năng chống cháy, vật liệu được chia ra 3 nhóm. Vật liệu không cháy là vật liệu dưới tác dụng của ngọn lửa hay nhiệt độ cao mà không bị cháy và không biến hình nhiều như gạch ngói, bêtông, amiăng... Trong nhóm này gồm cả những vật liệu có thể bị phân hủy hoặc biến hình lớn (thép) khi nhiệt độ 19
lớn hơn 6 0 0 ° c . Những kết cấu như vậy cần phải được bảo vệ bằng những loại vật liệu bền chốn g cháy. Vật liệu khỏ ch á y là vật liệu bị cháy dưới tác dụng của ngọn lửa hay nhiệt dộ cao. Nhưng khi ngừng tác nhân gày cháy (ngọn lửa, nhiệt độ cao) thì vật liệu cũng noừng cháy (bêtông atíalt, gỗ tẩm chất ch ố n g cháy, fibrôlít, ...)• Vật liệu dễ cháy có thể cháy bùng lên dưới tác dụng của ngọn lửa hay nhiệt độ cao. Tất cả những loại vật liệu hữu c ơ đều nằm trong nh óm này. Chúng cần phải đưực bào vệ bằng những vật liệu ch ố n g cháy. Tính chịu lim là tính chất của vật liệu chịu được tác dựng lâu dài của nhiệt độ cao mà không bị chảy và không biến hình. Dựa vào khả năng chịu lửa người ta chia vật liệu ra làm 3 nhóm : vật liệu chịu lửa (chịu được nhiệt độ > 1580°C), vật liệu khó chay (chịu được nhiệt độ từ 1350 đến 1580°C) và vật liệu dễ chảy (chịu nhiệt độ thấp hơn 1350°C). 1.4. Tính châ't cơ học 1.4.1. Tính biến d ạ n g c ủ a v ậ t liệu Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dáng, kích thước dưới sự tác dụng của tải trọng bên ngoài. Dựa vào đặc tính củ a biến dạng người ta chia biến dạng ra biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Biến dạng đàn hồi là phần biến dạng hoàn toàn mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng (thường là tải trọng bên ngoài). Còn biến dạng dẻo (hay biến dạng dư) thì không mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng. Biến dạng đàn hồi thường xảy ra khi tải trọng tác dụng bé và ngắn hạn. Tính đàn hồi được đặc trưng bằng môđun đàn hồi E : E = — eđh Trong đó : ơ - ứng suất, k G / c m 2 ; s đh - biến dạng đàn hồi. B iế n dạng đàn hồi được xác định bằng biến dạng tương đối - tỉ s ố giữa biến dạng tuyệt đối AI so với chiều dài ban đầu l của mẫu : tđ _ A/ / Điều kiện của biến dạng đàn hồi : ngoại lực tác dụng lên vật liệu chưa vượt quá lực tương tác giữa các chất đ iể m của nó. D o đó cô n g của ngoại lực sẽ sinh ra nội nàng và khi bỏ ngoại lực nội năng lại sinh côn g đưa vật liệu trở về vị trí ban đầu. Biến dạng đàn hồi của vật liệu đàn hồi lí tưởng tuân theo định luật Húc. 20