Giáo trình Vật liệu xây dựng
GIÔÙI THIEÄU
Giaùo trình Vaät lieäu Xaây Döïng goàm 13 Chöông
Chöông trình hoïc laø 6 Chöông
·
·
Giôùi thieäu taàm quan troïng cuûa moân Vaät Lieäu Xaây Döïng
Giôùi thieäu Taøi lieäu Tham khaûo:
1/ Giaùo trình Vaät Lieäu Xaây Döïng. NXB Ñaïi hoïc, THCN- Haø Noäi. Caùc taùc giaû: Leâ
Ñoã Chöông, Phan Xuaân Hoaøng.
2/ Giaùo trình Vaät Lieäu Xaây Döïng. NXB Giaùo Duïc. HN 95-2001. Caùc taùc giaû: Phuøng
Vaên Löï, Phaïm Duy Höõu.
3/ Baøi taäp Vaät Lieäu Xaây Döïng. NXB Giaùo Duïc. HN 95-2000.
4/ Materiaux et elements de construction. NXB Mir. Moscou 1978. Taùc giaû: A.
Komar.
1
Chöông I: CAÙC TÍNH CHAÁT CÔ LYÙ CHUÛ YEÁU CUÛA VAÄT LIEÄU XAÂY DÖÏNG
Goàm 2 phaàn:
- Caùc tính chaát vaät lyù chuû yeáu.
- Caùc tính chaát cô hoïc chuû yeáu.
I. Caùc tính chaát vaät lyù chuû yeáu:
1/ Khoái löôïng rieâng:
a) Ñònh nghóa: Laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích vaät lyù trong traïng thaùi hoaøn
toaøn ñaëc (khoâng coù loã roãng).
b) Kyù hieäu: a
c) Coâng thöùc:
m
a
Va
+ Ñôn vò:
- g/cm3 : duøng chuû yeáu trong phoøng thí nghieäm.
- Kg/dm3, kg/m3, T/m3 : duøng chuyeån ñoåi.
Trong ñoù:
· m: Khoái löôïng cuûa maãu vaät lieäu trong traïng thaùi hoaøn toaøn khoâ.
· Va: Theå tích ñaëc tuyeät ñoái cuûa maãu vaät lieäu. (cm3, dm3, m3)
d) Phöông phaùp xaùc ñònh a : tuyø töøng loaïi vaät lieät maø coù caùc phöông phaùp xaùc ñònh
khaùc nhau:
- Ñoái vôùi vaät lieäu hoaøn toaøn ñaëc vaø coù kích thöôùc hình hoïc roõ raøng:
+ Ñem caân maãu ñeå xaùc ñònh m
+ Ño maãu ñeå xaùc ñònh Va
m
a
Va
- Maãu hoaøn toaøn ñaëc vaø coù hình daïng baát kì thì:
+ Ñem caân maãu ñeå xaùc ñònh m
+ Tìm V cuûa nöôùc dôøi choã.
Va= V2-V1
m
a
Va
- Ñoái vôùi nhöõng loaïi vaät lieäu rôøi raïc (caùt), boät (xi maêng…) thì:
+ Söû duïng bình tyû troïng :
o Thí nghieäm xi maêng duøng dung dòch: CCl4 hay daàu hoâi.
Vax V2 V1
m
a
Va
o Thí nghieäm caùt: duøng dung dòch nöôùc vaø caùt nghieàn mòn ñeå traùnh ñoä roãng
trong haït caùt (duøng nöôùc vì nöôùc khoâng laøm thay ñoåi V cuûa caùt).
e) Caùc öùng duïng vaø phaïm vi söû duïng:
2
- Duøng ñeå tính ñoä ñaëc vaø ñoä roãng cuûa vaät lieäu.
- Duøng ñeå tính toaùn caáp phoái beâ toâng vaø vöõa xaây döïng.
- Duøng ñeå phaân bieät caùc vaät lieäu cuøng loaïi. Ví duï: vaät lieäu kim loaïi ñen (gang,
theùp):
A: Theùp
B: Gang
aA aB A: theùp
- Vaøi con soá thí duï veà a cuûa moät soá loaïi vaät lieäu xaây döïng
Baûng I-1
Teân vaät lieäu
- Theùp
- Ciment Portland
- Ñaù Granit(e)
- Caùt thaïch anh (SiO2)
- Gaïch ñaát seùt nung
- Kính xaây döïng (Silicat)
- Ñaù voâi “ñaëc”
a ( kg/m3)
7800-7900
2900-3100
2700-2800
2600-2700
2500-2800
2500-3000
2400-2600
1500-1600
- Goã
2/ Khoái löôïng theå tích:
Ñònh nghóa: Khoái löôïng theå tích laø khoái löôïng cuûa moät ñôn vò theå tích vaät lieäu trong
traïng thaùi töï nhieân (coù theå caû loã roãng).
- Kí hieäu: 0
- Coâng thöùc:
m
0
V0
- Ñôn vò: (g/cm3, Kg/dm3, Kg/m3, T/m3)
m- khoái löôïng maãu vaät lieäu trong traïng thaùi töï nhieân (g,kg,T)
V0: theå tích töï nhieân cuûa maãu vaät lieäu (cm3, dm3, m3)
- Phöông phaùp xaùc ñònh:
Tuyø töøng loaïi vaät lieäu maø coù caùc phöông phaùp xaùc ñònh khaùc nhau:
+ Ñoái vôùi caùc loaïi vaät lieäu coù kích thöôùc hình hoïc roõ raøng thì:
m
Ñem caân maãu ñeå xaùc ñònh m
Ño maãu ñeå xaùc ñònh V0
0
V0
+ Ñoái vôùi maãu coù hình daïng baát kì thì:
Ñem caân maãu ñeå xaùc ñònh m
Boïc maãu baèng paraffine
Tìm V0= caùch xaùc ñònh theå tích V nöôùc dôøi choã.
Vmaãu= V2-V1-Vb
3
Maø
mp
Vp
b
m
V0
0
+ Ñoái vôùi nhöõng loaïi vaät lieäu daïng rôøi raïc: caùt, xi maêng, ñaù….duøng bình coù dung
tích xaùc ñònh
*Phaïm vi öùng duïng o
- Tính ñoä ñaëc vaø ñoä roãng cuûa vaät lieäu.
- Tính toaùn caáp phoái beâ toâng vaø vöõa xaây döïng.
- Tính ñoä oån ñònh cuûa keát caáu neàn moùng coâng trình.
- Tính toaùn vaø löïc choïn phöông tieän vaän chuyeån vaø boác xeáp.
- Tính toaùn chieàu daøy () cuûa taám töôøng caùch nhieät.
+ Vaøi con soá thí duï veà o cuûa moät soá loaïi vaät lieäu xaây döïng:
Baûng I-2
Teân vaät lieäu
o ( kg/m3)
- Theùp
- Ñaù Granite
- Beâ toâng naëng
- Gaïch ñaát seùt nung (ñaëc)
- Caùt thaïch anh (SiO2)
- Nöôùc
7800-7850
2600-2800
1800-2500
1600-1800
1450-1650
1000
- Beâ toâng nheï
500-1800
500-600
300-900
200-400
20-100
- Goã Sapin (laõnh Sam)
- Coát lieäu nhaân taïo (Keramsite)
- Boâng khoaùng
- Mipo (roãng, xoáp)
Thoâng thöôøng: o < a
Neáu o = a :
- vaät lieäu khoâng huùt nöôùc
- vaät lieäu khoâng thaám nöôùc (theùp, bitum, kính xaây döïng)
3/ Ñoä ñaëc:
Ñònh nghóa: laø tyû soá giöõa theå tích ñaëc Va vaø theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu, ñöôïc tính
baèng %.
- Kyù hieäu: ñ
- Coâng thöùc: ñ= a .100 d .100
V
o
Vo a
Thoâng thöôøng ñoái vôùi Vaät Lieäu Xaây Döïng thì ñ<100%
4
Neáu vaät lieäu coù ñ=100% o = a
4/ Ñoä roãng:
Ñònh nghóa: Laø tyû soá giöõa theå tích roãng Vr vaø theå tích töï nhieân cuûa vaät lieäu Vo, ñöôïc
tính baèng %.
Laø möùc ñoä laøm ñaày theå tích cuûa vaät lieäu baèng caùc loã roãng.
- Kyù hieäu: r
Vr
- Coâng thöùc: r .100
Vo
r (1 o ).100
a
Ñoä roãng cuûa vaät lieäu laø moät tính chaát raát quan troïng vaø noù coù lieân quan maät thieát ñeán
caùc tính chaát khaùc cuûa chính caùc loaïi vaät lieäu ñoù.
-
- (heä soá truyeàn nhieät)
r - Hp (huùt nöôùc theo khoái löôïng) theo tính chaát loã roãng kín hay hôû.
- R
- Tính beàn vöõng (tuoåi thoï) cuûa vaät lieäu trong coâng trình.
- Thoâng thöôøng, nhieàu loaïi vaät lieäu coù ñoä roãng lôùn (r) cöôøng ñoä (R)
- Xu höôùng hieän nay, ngöôøi ta phaûi nghieân cöùu, phaûi tìm ra nhöõng loaïi vaät lieäu coù
heä soá phaåm chaát toát
R
Kpc
o
Kpc phaåm chaát toát
Ví duï: Dura Kpc toát
5/ Ñoä huùt nöôùc:
Ñònh nghóa: Laø khaû naêng huùt vaø giöõ nöôùc trong caùc loã roãng cuûa vaät lieäu döôùi aùp löïc
thöôøng (khí quyeån)
Hai loaïi:
- Huùt nöôùc theo vaät lieäu: Hp (%)
m1 m
Coâng thöùc: H p
100%
m
- Huùt nöôùc theo theå tích: Hv
m1 m
Coâng thöùc: Hv
Vo
(g /cm3,kg /m3 )
Trong ñoù: m1: khoái löôïng cuûa maãu vaät lieäu trong traïng thaùi ñaõ huùt nöôùc (g)
m: khoái löôïng cuûa maãu vaät lieäu sau khi ñaõ ñöôïc saáy khoâ (g),
to=105÷110C, m = const
Vo: theå tích töï nhieân
Giöõ Hp vaø Hv coù moái lieân heä maät thieát vôùi nhau baèng coâng thöùc:
5
Hv = Hp o
Vaøi con soá thí duï veà Hp :
+ Beâ toâng naëng, o =2,5 T/m3 Hp 3%
+ Gaïch ñaát seùt nung
Hp 8-20%
+ Gaïch roãng, xoáp
Hp 75-90%
6/ Ñoä baõo hoøa nöôùc:
- Ñònh nghóa: Laø ñoä huùt nöôùc toái ña cuûa vaät lieäu khi p = 20 mm Hg hoaëc khi ñun
vaät lieäu trong nöôùc soâi.
- Kyù hieäu: CBH
Hv
- Coâng thöùc: CBH
r
- Khi Hv => CBH
CBHmax = 1
Ñoä baõo hoøa nöôùc cuõng coøn ñöôïc ñaëc tröng baèng heä soá baõo hoøa: KBH
Vnuoc
K
Coâng thöùc :
BH
Vrong
Khi vaät lieäu bò aåm öôùt hoaëc khi baõo hoøa nöôùc thöôøng Vnôû o R
7/ Heä soá meàm: (Km)
- Ñònh nghóa: laø tyû soá giöõa cöôøng ñoä vaät lieäu baõo hoøa nöôùc (RBH) vaø cöôøng ñoä cuûa
noù (RK) trong traïng thaùi khoâ.
RBH
- Coâng thöùc: Km
RK
- Trong ñoù: Km laø chæ tieâu raát quan trong ñoái vôùi vaät lieäu trong moâi tröôøng tieáp
xuùc tröïc tieáp vôùi nöôùc.
- Quy ñònh:
+ Ñoái vôùi vaät lieäu ñaù thieân nhieân (granit, porphyre, basalble…) vaø ñaù nhaân taïo
(beâ toâng, cement, vöõa…) thì: neáu Km < 0,75: khoâng neân söû duïng trong moâi
tröôøng tröïc tieáp tieáp xuùc vôùi nöôùc.
8/ Ñoä aåm: (W)
- Ñònh nghóa: laø löôïng nöôùc coù thaät naèm trong vaät lieäu vaø noù thuoäc vaøo moâi
tröôøng khoâ aåm xung quanh.
m1 m
- Coâng thöùc: W
.100
m
m1 : khoái löôïng maãu vaät lieäu trong traïng thaùi aåm (g)
m : khoái löôïng maãu vaät lieäu ñaõ ñöôïc saáy khoâ (g)
Hp khaùc W veà yù nghóa vaät lyù:
6
- Khi vaät lieäu aåm öôùt hoaëc khi khoâ thì seõ sinh ra hieän töôïng co nôû vaø ñoä co nôû cuûa
caùc loaïi vaät lieäu seõ khaùc nhau. Maët khaùc, nhöõng loaïi vaät lieäu coù caáu taïo khoâng
ñaúng höôùng vaø khoâng ñoàng nhaát thì ñoä co nôû theo caùc phöông vaø chieàu khaùc
nhau.
- Ví duï: vaät lieäu goã:
+ Co nôû theo chieàu doïc thôù = 0,1 0,3 %
+ Co nôû theo chieàu ngang thôù = 3 6 %
9/ Tính truyeàn nhieät:
- Ñònh nghóa: laø tính chaát cuûa vaät lieäu maø nhieät coù theå truyeàn qua töø phía coù nhieät
ñoä cao sang nhieät ñoä thaáp.
- Tính truyeàn nhieät cuûa vaät lieäu ñöôïc ñaëc tröng baèng heä soá truyeàn nhieät
Q.a
- Coâng thöùc:
Kcal/m.h. C
F(t1 t).z
1 Kcal = 4,1876 KJ
1 KJ = 0, 2388 Kcal
Q: yeáu toá dung löôïng – löôïng nhieät (Kcal)
a: beà daøy, chieàu daøi cuûa maãu vaät lieäu (m)
F: dieän tích tieát dieän cuûa maãu vaät lieäu (m2)
t1 – t :hieäu soá nhieät ñoä vôùi t1 > t (C)
z: thôøi gian (h)
Trong Phoøng thí nghieäm, xaùc ñònh baèng caùch:
Choïn: a = 1m
F = 1 m2
t1 – t = 1C
z = 1h
= Q (Kcal)
Vaäy heä soá truyeàn nhieät baèng nhieät löôïng Q (Kcal) truyeàn qua moät böùc töôøng daøy 1m,
tieát dieän 1m2 trong thôøi gian 1 giôø khi nhieät ñoä cheânh leäch töôøng laø 1C.
+ thaønh phaàn vaät lieäu
+ caáu taïo vaät lieäu
+ o
+ r
+ w
+ nhieät ñoä trung bình taïi thôøi ñieåm xaùc ñònh.
Maët khaùc, heä soá truyeàn nhieät coøn thuoäc vaøo phöông vaø chieàu truyeàn nhieät (ñoái vôùi
nhöõng loaïi vaät lieäu coù caáu taïo khoâng ñaúng höôùng).
Ví duï: Goã: doïc thôù = 0,3 Kcal/ mhC
ngang thôù = 0,15 Kcal/ mhC
7
+ Trong tröôøng hôïp vaät lieäu khoâ trong traïng thaùi töï nhieân (trong khoâng khí)
w=17%, coù theå söû duïng coâng thöùc thöïc nghieäm gaàn ñuùng ñeå tính cuûa Giaùo sö
Nheerasev:
Kcal
0,0196 0,2202 0,14
m.hC
o : g/cm3, T/m3
Coâng thöùc tham khaûo:
1,163 0,0196 0,22o2 0,163
o : g/cm3, T/m3
W/moc
+ Khi vaät lieäu laøm vieäc trong ñieàu kieän t 100oC thì
Coâng thöùc cuûa Giaùo sö Vlasov
t = o (1+ tTB)
Kcal/mhoC
t , o: heä soá truyeàn nhieät ôû toC vaø 0oC
: heä soá nhieät ñoä ( = 0,0025)
tTB : laø nhieät ñoä trung bình taïi thôøi ñieåm xaùc ñònh.
10/ Nhieät dung- Tæ Nhieät:
a/ Nhieät dung: laø nhieät löôïng maø vaät lieäu thu vaøo khi ñun noùng.
Q= C. G. (t1-t)
Kcal
b/ Tyû nhieät:
Q
C
Kcal/KgoC
G(t1 t)
Trong ñoù:
+ G :khoái löôïng cuûa maãu vaät lieäu (Kg)
+ t1-t : hieäu soá nhieät ñoä, vôùi ñieàu kieän t1>t
+ C: tyû nhieät khoâ Kcal/KgoC
Neáu choïn moät maãu vaät lieäu coù G = 1kg vaø t1-t = 1oC thì C=Q (Kcal)
Vaäy tyû nhieät C= Q tính baèng Kcal duøng ñeå ñun 1kg vaät lieäu noùng theâm leân 1oC
ÖÙng duïng C:
- Duøng ñeå tính toaùn löôïng nhieät caàn thieát, duøng ñeå gia coâng nhieät nhaèm thuùc ñaåy
quaù trình raén chaéc cuûa saûn phaåm.
- Duøng ñeå tính toaùn löïa choïn caùc loaïi vaät lieäu ñeå xaây döïng caùc nhaø ôû trong ñieàu
kieän thieáu ñieän khí hoùa, thieáu hôi, khí haäu laïnh choïn vaät lieäu coù C lôùn vaø
nhoû.
Ví duï: goã coù C> , >
doïc thôù = 0,3 Kcal/mhoC
ngang thôù = 0,15 Kcal/mhoC
·
Khi vaät lieäu bò aåm öôùt thì tyû nhieät ñöôïc kyù hieäu:
8
C (0,01W.Cn )
1 0,01W
CW
W: ñoä aåm cuûa vaät lieäu (%)
Cn: tyû nhieät cuûa nöôùc = 1 Kcal/Kg oC
Vaät lieäu do nhieàu thaønh phaàn taïo neân thì tyû nhieät ñöôïc kyù hieäu:
C1.G1 C2.G2 .... Cn .Gn
·
Chh
KCal/ KgC
G1 G2 ....Gn
C1 C2 Cn : tyû nhieät cuûa töøng thaønh phaàn vaät lieäu
G1 G2 Gn : khoái löôïng cuûa caùc nguyeân vaät lieäu thaønh phaàn (Kg)
Vaøi con soá thí duï veà C cuûa moät soá loaïi vaät lieäu xaây döïng :
- Ñoái vôùi ñaù thieân nhieân vaø ñaù nhaân taïo thì: C = 0,180,22 Kcal/KgC
- Ñoái vôùi vaät lieäu goã thì C = 0,57 0,65 Kcal/KgC
- Ñoái vôùi theùp C = 0,115 Kcal/KgC
- Ñoái vôùi nöôùc C = 1 Kcal/KgC
11/ Tính choáng chaùy- Tính chòu löûa:
a/ Tính choáng chaùy
Tính choáng chaùy laø khaû naêng cuûa lieäu chòu taùc duïng cuûa nhieät ñoä cao maø khoâng bò phaù
huûy. Döïa vaøo khaû naêng choáng chaùy, vaät lieäu ñöôïc chia laøm 4 nhoùm:
+ Vaät lieäu khoâng chaùy: Khi gaëp taùc duïng cuûa löûa hoaëc nhieät ñoä cao, vaät lieäu
khoâng bò chaùy vaø khoâng bò bieán hình ñaùng keå. Ví duï: Gaïch, ngoùi, beâ-toâng, vaät
lieäu amiaêng.
+ Vaät lieäu khoâng chaùy nhöng coù theå bieán hình nhieàu (nhö theùp), hoaëc bò phaù
huûy (nhö ñaù thieân nhieân, ñaù hoa, thaïch cao).
+ Vaät lieäu khoù chaùy: Laø nhöõng vaät lieäu baûn thaân deã chaùy, nhöng nhôø coù lôùp baûo
veä neân döôùi taùc duïng cuûa löûa hoaëc nhieät ñoä cao laïi khoù chaùy thaønh ngoïn, chæ
chaùy aâm æ.
Ví duï : Taám Fibrolit.
+ Vaät lieäu deã chaùy: chaùy buøng leân thaønh ngoïn khi gaëp löûa vaø nhieät ñoä cao.
Ví duï: Goã, taám lôïp baèng nhöïa höõu cô, chaát deûo,...
b/ Tính chòu löûa
Tính chòu löûa laø tính ñeà khaùng cuûa vaät lieäu khoâng bò bieán hình khi chòu taùc duïng laâu
daøi cuûa nhieät ñoä. Coù 3 nhoùm vaät lieäu khaùc nhau :
Vaät lieäu chòu löûa: chòu taùc duïng to > 1580oC. Gaïch samoát, gaïch dinat.
Vaät lieäu khoù chaûy: chòu taùc duïng to [1350 – 1580oC].
Vaät lieäu deã chaûy: ñoä chòu löûa < 1350oC. Ví duï : Gaïch ñaát seùt thöôøng.
Vaät lieäu chòu löûa ñöôïc söû duïng ñeå xaây caùc boä phaän tieáp xuùc vôùi löûa nhö buoàng ñoár,
oáng khoùi,... vaø nhöõng boä phaän phaûi chòu löïc ôû nhieät ñoä cao thöôøng xuyeân.
9
II. Caùc tính chaát cô hoïc chuû yeáu:
1/ Khaùi nieäm veà cöôøng ñoä:
Cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu laø khaû naêng cuûa noù chòu taùc duïng cuûa caùc ngoaïi löïc (taûi troïng,
söï thay ñoåi nhieät ñoä, vaän toác doøng chaûy, vaän toác gioù baõo)
Trong ñoù, keát caáu coâng trình, vaät lieäu coù theå laøm vieäc chòu neùn, keùo uoán, caét, va
chaïm… Nhöng thöôøng hôn caû ngöôøi ta xaùc ñònh löïc neùn, keùo, uoán.
2/ Cöôøng ñoä chòu neùn Rn, chòu keùo Rk:
Coâng thöùc:
P
Kgf/cm2 , N/cm2
max
Rn ,RK
F
1 N = 0,1019 Kgf
1 Kgf = 9,806 N
+ Pmax: taûi troïng toái ña gaây taùc duïng phaù hoaïi maãu Kgf, N
+ F: dieän tích tieát dieän cuûa maãu vaät lieäu (cm2)
Ñoái vôùi vaät lieäu gioøn: gang, ñaù, beâ toâng, gaïch, xi maêng…..: xaùc ñònh chuû yeáu laø cöôøng
ñoä chòu neùn
quy ra maùc vaät lieäu (Kgf/ cm2)
Ví duï: Rb = 400 = 400 Kgf/ cm2
Rx = 400 = 400 Kgf/ cm2
Ñoái vôùi vaät lieäu deûo: theùp cöôøng ñoä chòu keùo Rx (k)
Vaät lieäu goã:
- neùn “doïc truïc” raát toát
- keùo “doïc truïc” raát toát
- chòu uoán raát toát
Cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu quyeát ñònh chuû yeáu bôûi thaønh phaàn cuûa vaät lieäu, caáu taïo cuûa vaät
lieäu, hình daïng vaø ñaëc tröng beà maët cuûa vaät lieäu. Ngoaøi ra, cöôøng ñoä cuûa vaät lieäu coøn
phuï thuoäc vaøo ñieàu kieän nhieät ñoä vaø ñoä aåm khi tieán haønh xaùc ñònh, noù thuoäc vaøo kích
thöôùc maãu thí nghieäm. Do vaäy, coù theå noùi raèng cöôøng ñoä vaät lieäu laø moät chæ tieâu mang
tính chaát ñieàu kieän nhaát ñònh.
Phöông phaùp thí nghieäm: ngaøy nay, ngoaøi phöông phaùp thí nghieäm phaù hoaïi maãu,
ngöôøi ta coøn öùng duïng phöông phaùp thí nghieäm khoâng phaùi hoaïi vaø khoâng hö hoûng.
Ñeå thöïc hieän phöông phaùp naøy, ngöôøi ta duøng nguyeân lieäu lyù aâm hoïc, laø tìm toác ñoä
truyeàn sieâu aâm qua maãu vaät lieäu, vaø vaän toác caøng nhanh thì vaät lieäu caøng ñaëc R
caøng cao.
(P2 sieâu aâm): tieán haønh:
Ñuùc nhieàu nhoùm maãu tính toaùn chính xaùc
Döôõng hoä ñieàu kieän tieâu chuaån
v qua caùc nhoùm maãu (m/s)
Neùn Rn
xaây döïng ñoà thò chuaån
10
Rn
R4
R3
v(m/s)
V1
V3
V4
V5
V6
V2
Hình I.1: Ñoà thò chuaån
ÖÙng duïng: sieâu aâm kích thích taïi phoøng thí nghieäm, xí nghieäp, nhaø may, coâng tröôøng.
+ Phöông phaùp coäng höôûng:
Caáu kieän, vaät lieäu chòu bieán daïng xoaén, cuoän… sau ñoù truyeàn sieâu aâm
Aùp duïng phoøng thí nghieäm , vieän nghieân cöùu
3/ Cöôøng ñoä chòu uoán:
Trong caùc phoøng thí nghieäm ñeå xaùc ñònh cöôøng ñoä chòu uoán, ngöôøi ta cheá taïo maãu
daïng thanh (daàm), kích thöôùc 4416 cm
Daàm (thanh), tieát dieän chöõ nhaät chòu moät löïc taäp trung P ôû giöõa daàm:
P
Sô ñoà tính:
h
L
b
M
W
3P.l
2bh2
Ru
(Kgf/cm2)
Daàm (thanh): tieát dieän chöõ nhaät, chòu hai löïc P, ñaët caùch nhau a, caùch goái töïa
a ->
Sô ñoà tính:
P/2
P/2
h
a
a
a
b
M
W
3P(l a)
(Kgf/cm2)
Ru
bh2
+ M: moment uoán, Kgf/cm
+ W: moment choáng uoán cuûa tieát dieän daàm (cm3)
bh2
Neáu tieát dieän chöõ nhaät: W
6
11
b3 h3
Tieát dieän vuoâng:
W
6
6
D3
32
Tieát dieän troøn:
W
+ P: taûi troïng taùc duïng cuûa daàm, Kgf
+ b,h: chieàu roäng vaø chieàu cao tieát dieän daàm, cm
+ a: khoaûng caùch giöõa caùc löïc vaø goái töïa
+ l: nhòp daàm, cm
Khi daàm laøm vieäc chòu uoán thì thöôøng phaàn beân döôùi chòu keùo, phaàn beân treân chòu
neùn. Thoâng thöôøng Rk < Rn (tröø theùp, goã)
Ñeå ñaùnh giaù moät loaïi vaät lieäu maø chæ caên cöù vaøo giaù trò cöôøng ñoä cao chöa ñuû, vì coù
nhöõng loaïi vaät lieäu coù giaù trò cöôøng ñoä cao nhöng raát naëng neà (o>) vaø toán keùm nhieàu
vaät lieäu, laøm naëng coâng trình ñaàu tö neàn moùng taêng, keùm myõ quan. Do vaäy, ngöôøi
ta ñöa vaøo khaùi nieäm heä soá phaåm chaát.
4/ Heä soá phaåm chaát: (Kpc)
Kpc=R/o khoâng coù thöù nguyeân
Kpc caøng lôùn thì phaåm chaát caøng toát.
Vaøi con soá thí duï veà Kpc cuûa moät soá loaïi vaät lieäu xaây döïng
Dura: Kpc = 1,61
Theùp toát: Kpc =1,27
Goã xoan: Kpc = 0,7
Theùp coânng trình 3: Kpc = 0,51
Beâ toâng maùc 150#: Kpc = 0,06
Gaïch xaây maùc 50#: Kpc = 0,29
5/ Ñoä cöùng:
Laø khaû naêng cuûa vaät lieäu choáng laïi söï xuyeân, hoaëc laø ñaâm cuûa caùc vaät theå khaùc cöùng
hôn noù.
Maët khaùc, ñoä cöùng cuûa vaät lieäu cuõng coøn ñöôïc ñaëc tröng baèng khaû naêng khoù gia coâng
cuûa loaïi vaät lieäu ñoù.
Coù hai phöông phaùp xaùc ñònh ñoä cöùng:
+ Laø xaùc ñònh ñoä cöùng baèng baûng thang ñoä cöùng Mohs: theo phöông phaùp naøy, ngöôøi
ta duøng xaùc ñònh ñoä cöùng cuûa caùc khoaùng vaät.
+ Laø phöông phaùp xaùc ñònh ñoä cöùng Brinen: xaùc ñònh ñoä cöùng cuûa beâ toâng, theùp, goã,
vaät lieäu baèng chaát deûo.
a/ Baûng thang ñoä cöùng Mohs:
12
Baûng I-3
Baäc thang
Mohs
Teân khoaùng vaät vaø coâng thöùc hoùa hoïc
Ñaëc tröng
ñoä cöùng Mohs
1
Tak-3MgO4SiO2H2O hoaëc
ñaù phaán- Mg3(Si4O10)(OH)2
Thaïch cao-CaSO4.2H2O
Canxit- CaCO3 hoaëc anhydric-CaSO4
Fluarin- CaF2
Apatit- Ca5(PO4)3.FCL
Feldpath (traøng thaïch)-K2O.Al2O3.6SO2
Thaïch anh- SiO2
Raát meàm, raïch ñöôïc beà
maët thaønh veät baèng
moùng tay.
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Meàm cöùng vöøa raïch
ñöôïc beà maët baèng dao
kim loaïi aán maïnh.
Cöùng raát cöùng, duøng
noù raïch thaønh veät treân
Topazô- Al2(SiO4)(P3OH)2
Coridong-Al2O3
Kim cöông (diamont)
kinh xaây döïng.
Chuù thích: söï saép xeáp veà ñoä cöùng giöõa hai baäc trong baûng Mohs khoâng hôn nhau ñuùng
soá laàn nhö baäc ñaõ chæ:
Thí duï: Thaïch anh baäc 7
Talc baäc 1
khoâng coù nghó laø thaïch anh cöùng gaáp 7 laàn Talc. Maø noù chæ noùi leân cöùng hôn
keùm nhau maø thoâi.
b/ Ñoä cöùng Brinen (HBR)
P
- Ngöôøi ta söû duïng bi theùp ñaëc bieät, coù ñöôøng kính D (mm)
D
d
- Aán bi theùp vaøo vaät lieäu ñònh thöû moät löïc P (Kgf,N)
- Do ñöôøng kính veát loõm d (mm)
- Coâng thöùc:
P
F
2P
HBR
Kgf/mm2, N/mm2
D
D D2 d 2
+ F: dieän tích cuûa veát loõm hình choûm caàu, mm2
+ P: löïc aán bi theùp thuoäc D bi: (10 mm; 5 mm; 2,5 mm; 1 mm) vaø tính chaát cuûa
vaät lieäu (K) P = KD2 (Kgf)
Thí duï: tính toaùn P
Kim loaïi:
o Ñen K = 30
o Maøu K = 10
o Meàm K = 3
Choïn bi coù D = 10 mm, aán vaøo kim loaïi ñen (K=30) P = 30.102 = 3000 Kgf
Khi HBR caøng lôùn vaät lieäu caøng cöùng, khi d caøng lôùn vaät lieäu caøng meàm.
13
6/ Ñoä maøi moøn (Mm)
Ñoä maøimoøn laø khaû naêng cuûa vaät lieäu chòu taùc duïng cuûa löïc ma saùt. Hieän töôïng naøy
thöôøng gaëp ôû maët ñöôøng, maët caàu, ñöôøng ray. Xaùc ñònh ñoä maøi moøn baèng maùy maøi
moøn.
Laáy maãu hình truï coù kích thöôùc d = 2.5cm, h = 5cm.
Keïp maãu leân ñóa, quay troøn vôùi toác ñoä 33 voøng/phuùt.
Quay trong 1000 voøng vaø coù raéc caùt thaïch anh côõ 0.3÷0.6 mm (raéc khoaûng 2.5
lít caùt/1000 voøng).
Coâng thöùc:
cát thạch anh
G1 G2
Mm
(g/cm2
)
F
Trong ñoù: - F: tieát dieän maãu (cm2).
- G1,G2: Khoái löôïng maãu tröôùc vaø sau khi maøi moøn.
7/ Ñoä choáng va chaïm
Thí nghiệm mài mòn
Ñoä choáng va chaïm cuûa vaät lieäu (KG.m/cm3) laø coâng caàn thieát (KG.m) ñeå ñaäp vôõ 1 ñôn
vò theå tích vaät lieäu (cm3) cuûa maãu thí nghieäm.
Ñeå xaùc ñònh ñoä choáng va chaïm duøng maùy buùa ñaëc bieät. Ñaët maãu naèm treân beä giöõa 2
truï. Quaû caân treo ôû ñoä cao nhaát ñònh seõ rôi töï do ñaäp vaøo maãu cho ñeán kh xuaát hieän
veát nöùt.
8/ Ñoä choáng hao moøm (Hm)
Laø khaû naêng cuûa vaät lieäu chòu taùc duïng ñoàng thôøi cuûa hai löïc maøi moøn vaø va ñaäp hoaëc
va chaïm
Maùy xaùc ñònh (hình troáng Ñeâvan)
Vaät lieäu ñaù thieân nhieân
- Ñaäp ñaù caùc cuïc m = 100 gram
- Caân laáy 5 kg = 50 2 cuïc
- Cho vaøo maùy quay 10.000 voøng
- Coâng thöùc :
M1 M
Hm
.100 (%)
M1
Hình I.2: Maùy xaùc ñònh ñoä hao moøn
Trong ñoù:
M1: Khoái löôïng maãu ban ñaàu
M: khoái löôïng maãu sau sau khi quay 10.000 voøng va raây soùt saøng 2mm
Döïa vaøo Hm chi ñaù thí nghieäm laøm caùc loaïi:
- Choáng hao moøn raát toát Hm < 4%
- Choáng hao moøn toát Hm = 4 6%
- Choáng hao moøn trung bình Hm = 6 10%
- Choáng hao moøn yeáu Hm = 10 15%
- Choáng hao moøn raát yeáu Hm >15%
14
CHÖÔNG II: VAÄT LIEÄU ÑAÙ THIEÂN NHIEÂN
I/ Khaùi nieäm vaø phaân loaïi:
1/ Khaùi nieäm chung veà ñaù thieân nhieân vaø vaät lieäu ñaù thieân nhieân:
a/ Ñaù thieân nhieân: laø moät khoái khoaùng chaát bao goàm moät hay nhieàu loaïi khoaùng vaät
khaùc nhau.
Khoaùng vaät laø moät vaät theå ñoàng nhaát veà thaønh phaàn hoùa hoïc, caáu truùc vaø tính chaát vaät
lyù. Coù nhöõng loaïi ñaù chæ do moät khoaùng vaät taïo neân (nhö ñaù thaïch anh, ñaù thaïch cao)
raát ít. Ñaù do nhieàu loaïi khoaùng vaät taïo neân thì raát nhieàu nhö ñaù granite, ñaù bazan,
ñaù porphyre.
b/ Vaät lieäu ñaù thieân nhieân: laø vaät lieäu qua quaù trình khai thaùc vaø gia coâng töø caùc loaïi
ñaù thieân nhieân maø coù.
- Khai thaùc: caùt, soûi, cuoäi…
- Khai thaùc + gia coâng
Öu ñieåm: vaät lieäu ñaù thieân nhieân:
- Coù cöôøng ñoä chòu neùn khaù cao
- Töông ñoái oån ñònh trong moâi tröôøng söû duïng
- Duøng ñeå cheá taïo caùc chaát keát dính
- Duøng trang trí caùc coâng trình
- Nhieàu ñòa phöông coù.
Macma: laø khoái silicate noùng chaûy naèm trong loøng quaû ñaát, nhieät ñoä nöôùc = 1000
1300 oC (vaø khi phun ra ngoaøi nguoäi laïnh thaønh ñaù macma)
Ñaù traàm tích: do quaù trình phong hoùa thieân nhieân (söï thay ñoåi nhieät ñoä, möa, gioù, baõo,
toác ñoä noùng chaûy,….)
Ñaù bieán chaát: laø do söï bieán daïng cuïc boä cuûa voû traùi ñaát (to , P cuïc boä)
15
SÔ ÑOÀ PHAÂN LOAÏI ÑAÙ THIEÂN NHIEÂN
(Theo ñieàu kieän caáu taïo vaø nguoàn goác sinh thaønh)
Ñaù phuùn xuaát
Ñaù Maùc-ma xaâm nhaäp
Ñaù phuùn xuaát chaët cheõ
Ñaù phuùn xuaát rôøi raïc
- Grantes; - Syenites
- Diorites; - Gabros
- Porphyres; - Basalts
- Andesites; - Diabases
-Tro vaø caùt nuùi löûa
- Ñaù boït; - Tuft nuùi löûa
-Trass nuùi löûa
Ñaù traàm tích
Traàm tích cô hoïc
Traàn tích hoùa hoïc
Traàn tích höõu cô
- Seùt;- caùt;- soûi
Lieân keát ximaêng
- Cuoän keát; - daêm keát
-Thaïch cao; - Dolomite
- Muqnesite;- Anhydrie
-Ñaù voâi; - Ñaù phaán;
- Treâpen; - Diatomite
- Opan; - Apoki
Ñaù bieán chaát
Ñaù gneiss (gô nai) Phieán thaïch seùt
(töø ñaù granites) (töø ñaát seùt)
- Ñaù hoa
- Ñaù thaïch anh
(töø CaCO3 hoaëc dolomite) (töø caùt mòn SiO2)
II/ Caùc nhoùm khoaùng vaät taïo ñaù:
ÔÛ goùc ñoä saûn xuaát vaät lieäu xaây döïng, ngöôøi ta chia caùc khoaùng vaät taïo ñaù thaønh 4
nhoùm chuû yeáu sau:
- Nhoùm oxit
- Nhoùm alumo silicate
- Nhoùm cacbonate
- Nhoùm sulfate
1/ Nhoùm oxit:
a) Thaïch anh: (SiO2)
- Maøu traéng hoaëc maøu söõa khoâng trong suoát
16
- a = 2,65 g/cm3
Rn=2000 Kgf/cm3
Caáu taïo daïng tinh theå (laêng truï)
-
-
Ñaëc ñieåm: ôû ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng baèng 18-20oC, khoâng keát hôïp ñöôïc vôùi voâi taïo
thaønh saûn phaåm, nhöng ôû ñieàu kieän to=150200oC vaø trong ñieàu kieän hôi nöôùc baõo hoøa
thì noù coù theå keát hôïp ñöôïc vôùi voâi ñeå taïo thaønh saûn phaåm silicate.
Theo phöông trình phaûn öùng:
to 176 C,p8atm
o
SiO2 + Ca(OH)2
CaO.SiO .H O
2
2
(silicat canxi ngaäm nöôùc)
cheá taïo gaïch silicat, beâ toâng silicat (goàm voâi vaø caùt)
b) Opal (SiO2.nH2O) chöùa 6-34% nöôùc
- Maøu traéngmaøu hoàng (tuyø haøm löôïng taïp chaát)
- a = 1,92,5 g/cm3
- Laø moät chaát hoaït tính
Ñaëc ñieåm: coù theå taùc duïng ñöôïc vôùi voâi trong ñieàu kieän nhieät ñoä thöôøng ñeå taïo
thaønh saûn phaåm
SiO2.nH2O + Ca(OH)2 CaOSiO2 (n+1)H 2O
(söû duïng laøm phuï gia hoaït tính)
2/ Nhoùm Alumosilicate:
a) Feldspath: (traøng thaïch)
- Feldspath Kali: K2O.Al2O3.6SiO2
- Feldspath Natri: Na2O.Al2O3.6SiO2
- Feldspath Calxi: CaO.Al2O3.2SiO2
sinh vieân töï vieát phöông trình
+ Coù maøu traéng, vaøng, xaùm, hoàng ñeán ñoû (tuyø haøm löôïng taïp chaát)
+ a = 2,552,76 g/cm3
+ Rn = 12001700 Kgf/cm3
+ Cöùng Mohs = 6
Ñaëc ñieåm: Khi Feldspath kali chòu taùc duïng vôùi nöôùc trong moâi tröôøng coù khí CO2 thì
seõ sinh ra phaûn öùng taïo thaønh chaát môùi theo phöông trình sau:
K2O. Al2O3.6SiO2+CO2+2H2O Al2O3.2SiO2.2H2O + K2CO3+4SiO2
- Al2O3.2SiO2.2H2O : Kaolinit - ñaát seùt cao lanh
- Kaolinit: raát tinh khieát; raát deûo, raát mòn haït, maøu traéng ñuïc ñeå cheá taïo saûn
phaåm goám söù.
b) Mica:
- Muscovite: (K.Al3O5.3SiO2.H2O)
- Coù Mohs = 23, coù caáu taïo daïng lôùp, a=2,73,1 g/cm3, raát gioøn deã bò naùt vuïn.
- Ngoaøi 2 loaïi treân coøn coù:
+ Biotite, Veniculite
+ Pyroxene
17
+ Amphibol
+ Olivin
3/ Nhoùm Cacbonat:
a/ Canxit: CaCO3
Ñaây laø moät khoaùng vaät khaù phoå bieán trong voû quaû ñaát. Maøu xaùm hoaëc khoâng maøu.
Mohs =3, a=2,42,6 g/cm3.
Ñaëc ñieåm: ít hoøa tan trong nöôùc, 0,03 g/lít, nhöng trong nöôùc coù chöùa khí CO2 thì noù
seõ sinh phaûn öùng taïo thaønh moät chaát môùi Bi cacbonat axit canxi:
Ca(HCO3)2 -> thì ñoähoøa tan taêng gaáp 100 laàn so vôùi ñoä hoøa tan CaCO3
Maët khaùc, ngöôøi ta coù theå phaân bieät loaïi ñaù CaCO3 vôùi loaïi ñaù khaùc, thì: ngöôøi ta coù
theå nhoû leân beà maët ñaù vaøi gioït HCl noàng ñoä 10% -> neáu suûi boït -> CaCO3
b/ Ñolomite: (CaCO3.MgCO3)
Coù Mohs > canxit (>3). Ñaây laø khoaùng vaät coù CO3 keùp neân khi nung ôû
- to=700750oC thì phaân giaûi MgCO3
- to >900oC thì phaân giaûi CaCO3
chaát löôïng ñolonírt keùm
duøng cheá taïo loaïi CKD Polomi
c/ Magnesite: (MgCO3)
Coù Mohs = 3,54
a=2,963,1 g/cm3
Ñaây laø khoaùng vaät hieám, laø loaïi nguyeân lieäu ñeå cheá taïo caùc loaïi saûn phaåm chòu löûa
cao.
Neáu nung ôû nhieät ñoä 700750oC
to 700750
MgCO3
MgO + CO
2
Chaát keát dính Magnezin
4/ Nhoùm sulfate:
a/ Thaïch cao: (CaSO4.2H2O)
- Ñaây laø khoaùng vaät ñieån hình trong nhoùm ñaù traàm tích hoùa hoïc. Mohs=2. a=2,3
g/cm3
Ñöôïc taïo thaønh döôùi 3 daïng:
- Traàm tích hoùa hoïc
- Thuyû hoùa anhydric (CaSO4)
- Taùc duïng cuûa H2SO4 leân ñaù voâi
Ca(OH)2+ H2SO4= CaSO4.2H2O
Duøng cheá taïo thaïch cao xaây döïng; boù boät trong y teá, duøng cheá taïo xi maêng
b/ Anhydric: (CaSO4)
Coù maøu traéng ñeán xanh phôùt. a=2,83 g/cm3
18
Coù Mohs = 44,5. Ñaëc ñieåm: döôùi taùc duïng cuûa nöôùc ôû ñieàu kieän aùp löïc thaáp thì noù
seõ töø töø chuyeån thaønh thaïch cao, khi ñoù V taêng 30%
CaSO4 + H2O CaSO4.2H2O
III. Moät soá caùc tính chaát vaø phaân loaïi ñaù thieân nhieân:
1/ Caùc tính chaát chuû yeáu:
Do ñoä saâu khaùc nhau ñaù coù caùc tính chaát khaùc nhau. Do vaäy, ñeå xaùc ñònh caùc tính
chaát thì ngöôøi ta phaûi laáy caùc maãu ñaù tieâu bieåu nhaát
Caùc tính chaát chuû yeáu: a, o, Ha, R, Km
2/ Phaân loaïi: Döïa vaøo caùc chæ tieâu
o (khoâ):
- o loaïi nheï < 1800 kg/m3 duøng laøm töôøng, bao che
- o loaïi naëng 1800 kg/m3 duøng laøm töôøng choáng, moùng, chòu löïc lôùn, duøng trong
coâng trình thuûy lôïi.
Rn (Kgf/cm2)
- Vaät lieäu nheï: 4 Kgf/cm2, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200 (35, 50=>o
nheï, xaây töôøng toát)
- Vaät lieäu naëng: 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, lôùn hôn.
Km < 0,6; 0,7; 0,9; 1
Ñaù ñeå xaây töôøng: Km < 0,6
Ñaù ñeå xaây moùng: Km < 0,07
IV/ Caùc bieän phaùp baûo veä vaät lieäu ñaù thieân nhieân:
1/ Caùc nguyeân nhaân gaây hö hoûng:
+ Do söï taùc duïng lyù hoùa cuûa nöôùc, vì nöôùc chính laø moâi tröôøng hoøa tan. Ñaëc bieät laø
trong nöôùc chöùa khí CO2 seõ gaây taùc duïng phaù hoaïi maïnh ñoái vôùi ñaù CaCO3.
+ Laø do söï noå nhieät khoâng ñeàu cuûa caùc khoaùng vaät taïo ñaù, seõ taïo neân caùc öùng suaát gaây
phaù huûy ñaù
+ Laø do söï taùc duïng cuûa axit höõu cô (töø buïi voâ cô + buïi höõu cô + aåm) taïo neân vi
khuaån gaây baøo moøn beà maët ñaù.
+ Laø do caáu taïo cuûa baûn thaân ñaù (veát nöùt, chaát deã hoaø tan) moâi tröôøng phaù huûy.
2/ Caùc bieän phaùp ñeà phoøng chuû yeáu:
+ Ngaên ngöøa söï xaâm nhaäp cuûa nöôùc vaø caùc dung dòch vaøo saâu trong beà maët ñaù, ñaëc
bieät laø söï taùc duïng cuûa nöôùc coù chöùa khí CO2 ñeán ñaù CaCO3. Bieän phaùp Florua hoùa: söû
duïng moät loaïi hoaù chaát cho taùc duïng leân beà maët cuûa ñaù
- Khi beà maët ñaù CaCO3 coù veát loài loõm nhoû thì thöïc hieân
MgSiF6+ 2CaCO3 = 2CaF2 +MgF2 + SiO2+ 2CO2
2CaF2 +MgF2 khoâng hoøa tan trong nöôùcvaø caùc hoùa chaát khaùc, dính, baùm chaët
treân beà maët cuûa ñaù, ngaên caûn söï thaám nöôùc, naâng cao cöôøng ñoä ñaù.
- Khi beà maët cuûa ñaù CaCO3 coù veát loài loõm lôùn, haøm löôïng CaCO3 thaáp thì vaãn
thöïc hieän Florua hoùa theo trình töï sau:
19
+ Röûa beà maët cuûa ñaù baèng moät dung dòch clorua canxi, sau ñoù laøm khoâ beà maët ñaù
baèng soâña Na2CO3.
CaCl2+ Na2CO3= CaCO3+2NaCl
+ Tieáp tuïc clorua hoùa theo phöông trình sau ñaây:
MgSiF6 + 2Ca(OH)2= 2CaF2 + MgF2 + SiO2 + 2HO2
+ Queùt hoaëc phuû leân beà maët cuûa ñaù moät lôùp paraffine hoaëc lôùp goudron than ñaù
(thaønh phaàn tieát ra trong quaù trình chöng than ñaù)
+ Ngaâm hoaëc taåm (coù aùp) leân beà maët cuûa ñaù moät lôùp daàu gai noùng, coù ñoä saâu 1cm,
ñeå ngaên ngöøa söï xaâm nhaäp H2CO3.
+ Gia coâng vaø thieát keá caùc coâng trình coù söû duïng ñaù:
Beà maët nhaün, phaúng
Ñoái vôùi coâng trình söû duïng ñaù ñeå laøm moùng thoaùt nöôùc ñoái vôùi nhöõng
coâng trình naèm treân möïc nöôùc ngaàm, neáu coâng trình naèm döôùi möïc nöôùc
ngaàm, thì söû duïng ñaát seùt ñeå choáng thaám (ñaát seùt beùo)
20
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Vật liệu xây dựng", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
giao_trinh_vat_lieu_xay_dung.pdf

