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