Ebook Vật liệu và sản phẩm trong xây dựng Phần 1

Vật liệu đ á nhân tạo: được hình thành nhất thiết phải bằng sự "ximăng hóa" c ác loại cốt liệu nhiều c ỡ hạt hoặc các dạng khác thành I khối đổng nhất bằng chất thứ 2 chất kết dính h o

L Ờ I N Ó I Đ Ầ U

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 l ự n q d i m dụiỉiỊ và c ô i i ạ I ỉ ^ l ì i ệ p fx ú y d ự n g c ư u âa' ờỉ ì g đê ỉ i l i ê n

cỊỉian đến vật liệu 0 lĩn h vực ỉìùo cùng cáu đến n liữ n y v ậ ĩ Ỉiệ ỉi với tin h ìiủ ỉìỵ HịỊÙy

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

- 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 (i ínlì 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 tro n g k ế t cáu n hà và con í* t r ìn h " (íc (\)p (len nliữìix

( l ạ i ỉ i ị k ế t c ủ ỉ í c 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 Ịỉ l ì ỉ í ơì ì ị ị p ì ĩ á p b à o v ệ k è ỉ c ũ n AỚV ( lự ỉ i ạ

k h ó i b ị ũ ỉi ỉ ì ì ò ỉ 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 c ĩ 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 cl iíiỉ i ỉ l i à ỉ 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 ỉ ì ì ị n h ư n ộ i í l i i ỉ ìí> c ụ Ị i ì é i ' Ị U i

c ố s á c ỉ i à y , t ú c 1ị i à ỉ t ỉ O ỉ i i ỉ n h 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 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

Tá c ịịiá

T h e o bản chất vật liệu xây dựng được phân ra 3 loại chính sau đây :

(1) Vật liệu v ô c ơ 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 h ô n g nung khác ( 2) Vật liệu hữu cơ: bao g ồ m các loại vật liệu g ỗ, tre, các loại nhựa b it um và guđrông, cac loại chất d ẻ o , sơn, vecni v.v

( 3) Vật liệu ki m loại : bao g ồ m các loại vạt liệu và sản phẩm b ằ n g g an g , thép các loại vật liệu b ằn g kim loại màu và hợp kim.

b) Theo n g u ồ n g ố c

T h e o n g u ồ n 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" c ác loại

cốt liệu nhiều c ỡ hạt hoặc các dạng khác thành I khối đổng nhất bằng chất thứ 2 (chất

kết dính) h oặ c bằng liên kết thứ 2 (hóa, điện, kim loại v.v ) trong điều k iện nhà m áy

hay trực tiếp tại c ôn g trường Chúng được gọi ià nhân tao vì trên v ỏ trái đất c ò n c ó 1

n h ó m vật liệu g ọ i là vật liệu đá thiên nhiên Vặt liệu đá thiên nhiên đ ược hình thành

trong một giai đoạn lịch sử lâu dài.

T h e o tính toán, vật liệu sử dụng trong các cô ng 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 mộ t nhóm vật liệu lớn rất phong phú và đa d ạn g, c h ú n g được phân thành 2 nh óm phụ : vật liệu đá nhân tạo không nung và vật liệu đá nhân tạo nung.

V ật liệu đ á nhân tạ o không nung: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc c ủ a c h ú n g x ẩ y ra ở

nhiệt độ k h ô n g ca o lắm và sự hình thành cấu trúc là kết quả của s ự b i ế n đ ổi h óa học

và h oá lí c ủ a chất kết dính, ở trạng thái dung dịch I phân tử, keo, l ỏ n g và rắn, pha l oãng

v à đ ậ m đặc).

Vật liệu đá nhân t ạ o nuníỊ: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc của nó xảy ra chủ y ế u là

quá trình làm nguộ i củ a dung dịch nó ng chảv Dung dịch đó đóng vai trò là chất kết dính.

Đ ố i 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 c ó thể làm thay đổi và điều chỉnh cấu trúc cũng như tính chất của vật liệu.

1.1.2 Phân loại tính ch ất của vật liệu xâ y dựng ( V L X D )

Quá trình làm v i ệ c trone kết cấu cô ng trình, vật liệu phải chịu sự tác dụng c ủa tải trọng bên ngoài và m ô i trườntỉ xung quanh Tải trọng sẽ gãy ra biến dạng và ứng suất trong V ạ l 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 h ọ c yêu cầu Ng oài ra, vật liệu còn phải c ó đủ độ bền vững c h ố n g lại các tác dụng vật lí và hóa học của môi trường như tác dụng của không khí, hơi nước, nước và cá c hợp chất tan trong nước, c ủa sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm, c ủa g ió , ánh sáng mặt trời, v.v Trong một s ố trường hợp đối với vật liệu c òn có những yêu cầu riêng về nhiệt, âm, c h ố n g phóng xạ v.v Như vậy, yêu cầu về tính chất c ủa vật liệu rất đa dạng S o n g đ ể nghiên cứu và sử dụng vật liệu, c ó thể phân tính chất c ủa nó thành những n h ó m như : n h ó m tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc, nhóm tính chất vật lí, tính chất c ơ h ọc , tính chất hóa học và một s ố tính chất mang ý nghĩa tổng hợp khác như tính c ô n g tác, tính tuổi thọ v.v

Các tham s ố đặc trung c ho trạng thái và cấu trúc của vật liệu là những tính chất đặc trưng c ho 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

Nhữ ng tính chất vật lí xác định mối quan hệ của vật liệu với môi trường như tính chất c ó liên quan đến inróv, đến iiliiệt, diện, âm, tính lưu biến của vật liệu nhớt, dẻo Nhữ ng tính chất c ơ học xác định quan hệ của vật liệu với biến dạng và sự phá hủy

nó dưới tác dụng củ a tải trọng, như cường độ, độ cứng, độ d ẻo V V

Các tính chất h óa h ọc c ó liên quan đến những biến đổi hóa học và độ bền vững của vật liệu đối với tác d ụng của các nhân tố hóa học.

Đ ể tránh những ảnh hưởng của các yếu t ố khách quan trong quá trình thí ngh iệm, các tính chất của vật liệu phải được xác định trong những điều kiện và phương pháp chuẩn theo quy định c ủa 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 c ò n có các tiêu chuẩn cấp ngành, cấp bộ.

Các tiêu chuẩn c ó thể được bổ suno và chỉnh lí tùy theo trình độ sản xuất và yêu cầu sử d ụng vật liệu.

Hiện nay ở nước ta, đối với một s ố loại V L X D chưa c ó tièu chuẩn và yêu cầu kĩ thuật quy định thì c ó thể dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài.

1.2.1 Q u a n h ệ g iữ a c ấ u tr ú c và tính c h ấ t

Cấu trúc c ủ a vật liệu được biểu thị ở ba mức : cấu trúc vĩ m ô (cấu trúc c ó 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 n gh iên cứu như kính hiển vi điện tử, phân tích rơngen ).

C ấu trú c v ĩ mô B ằ n g mắt thường người ta c ó thể phân biệt đ ược các dạng cấu trúc

này như : đá nhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trúc dạng sợi, d ạn g lớp, dạng hạt rời

Vật liệu đá nhân tạo đ ặ c rất phổ biến trong xây dựng như b ê t ô n g nặng, b ê tô ng nhẹ

cấu tạo đặc, vật liệu g ố m và các loại khác Những loại vật liệu này thường c ó cường

độ, khả năng c h ố n g thấm, c h ố n g ăn mòn tốt hơn các vật liệu rỗng c ù n g loại, nhưng nó nặng nề và c ác tính chất về âm và nhiệt k é m hơn Bằng mắt thường c ũn g c ó thể nhìn thấy những liên kết "thô" của nó, thí dụ : thấy được lớp đá x i m ă n g liên kết v ới hạt cốt liệu, độ dày c ủ a lớp đá, độ lớn của hạt c ốt liệu, phát hiện được những v ế t rạn, nứt

lớn v.v Vật liệu cấu tạo rỗ n g c ó thể là những vật liệu có những lỗ rỗng lớn n h ư b ê t ô n g

khí, bêt ông bọt, chất d ẻ o tổ o n g hoặc những vật liệu có các lỗ rỗng bé (vật liệu g ố m dùng đủ nước, dù ng phụ gia cháy) Loại vật liệu này có cư ờn g đ ộ, đ ộ c h ố n g ăn m ò n

k é m hơn vật liệu đặc c ù n g loại, nhưng khả năng cách nhiệt, c á c h âm tốt hơn Lượng

lỗ rỗng, kích thước, hình dạng, đặc tính và sự phân b ố của c h ú n g c ó ảnh hưởng lớn đến

tính chất c ủ a vật liệu Vật liệu có cấu tạo d ạ n g sợi, như g ỗ, các sản p hẩm từ bông

k hoá ng và b ô n g thủy tinh, tấm sợi gỗ ép v.v có cường độ, đ ộ dẫn nhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương dọc và ngang thớ Vật liệu c ó cấu tạo dạng lớp

c ũ n g là vật liệu c ó tính dị hướng (tính chất khác nhau theo các phương khác nhau).

Vật liệu r ờ i như cốt liệu cho bêtông, vật liệu dạng bột ( xi măn g, bột vôi s ố ng , .) c ó

c ác tính chất và c ô n g dụng khác nhau tùy theo thành phần, đ ộ lớn và trạng thái bề mặt hạt.

C ấ u trú c vỉ m ô củ a vật liệu c ó thể là cấu tạo tinh thể hay v ô định hình Cấu tạo tinh

thể và v ô định hình chỉ là hai trạng thái khác nhau của một chất Thí dụ ox it silic có thể tồn tại ở dạng tinh thể thạch anh h a yd ạ ng vô định hình ( o p a n ) D ạ n g tinh thể c ó độ

bẻ n 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 t hường, trong khi đ ó S i 0 2 vô định hình thì lại có thể tương tác với C a( O H ) 2

ở ngay nhiệt đ ộ thường.

D ạ n g v ô định hình c ó thể ch uyển sang dạng tinh thể b ền hơn.

Mộ t vấn đề c ó ý n ghĩa thực t ế lớn đối với vật liệu đá thiên nhiên và nhân tạo là hiện

t ượng đa hình - c ù n g m ộ t chất nhung c ó thể tồn tại ở các dạng tinh thể khác nhau (dạng thù hình).

Đ ặ c đ i ể m củ a c ác chất c ó cấu tạo tinh thể là có nhiệt độ n ó n g ch ả y (ở áp suất k hông

đ ổ i ) và c ó d ạn g hình h ọc của tinh thể (ở m ỗ i dạng thù hình) nhất định.

1.2 S ự p h ụ t h u ộ c c ủ a tí n h c h ấ t v ào c ấ u t r ú c và t h à n h p h ầ n

D o n tinh thể Tính chất c ủa đơn tinh thể ( c ư ờn g độ, tính dẫn nhiệl, dẫn điện, lôc đ ộ

h òa tan ) không g i ố n g nhau t heo c ác phương khác nhau Hi ện tượng dị hướng đó là đặc đ i ể m của cấu tạo bên trong c ủ a tinh thể Tro ng xây dựng, người ta thường s ử dụng những vật liệu đá đa tinh thể, c ó nghĩa là những vật liệu g ồ m những tinh thể khác nhau sắp x ếp k hông theo m ộ t trật tự nhất định N h ữ n g vật liệu như v ậ y được coi như là vật liệu c ó tính đẳng hướng.

C ấu tạ o bên tron g củ a c á c c h ấ t là cấu tạo n g u y ê n tử, phân tử, hình dáng kích thưác

c ủ a tinh thể, liên kết nội bộ g iữ a c húng Cấu tạo bên trong của các chất quyết định cườ ng độ, độ cưng, độ bền nhiệt và nhiều tính chất quan trọng khác.

Khi nghiên cứu c ác chất c ó cấu tạo tinh thể, người ta phải phân biệ< c hú ng dựa v ào đặc đ i ể m của mối liên kết gi ữa c ác phần tử để tạo ra mạ ng luứi k h ôn g gian Tù y theo kiểu liên kết, mạng lưới này c ó thể được hình thành từ các I g u y ê n tử trung hòa ;kim cương, S i 0 2) các ion ( C a C 0 3, k im loại ), phân tử (ni.ớc đá).

L iên k ế t c ộ n g h ó a trị được hình thành từ những đôi điện tử d r n ^ c h u n 0 trong những

tinh thể của c ác chất đơn g iản ( kim cư ơng, than chì) hay trong cac tinh thể của hạ p chất g ồ m hai nguyên t ố (thạch anh, c acb uas il i c, nitrua) N ế u hai n g u yê n tử g i ố n g nhau thì cặp điện tử dùng c h u n g thuộc cả hai n g u y ê n tử N ế u hai n g u y ê n tử c ó tính chất khác nhau thì cặp điện tử bị lệch về phía n g u yê n t ố c ó tính chất á ki m mạnh hơn, tạo ra liên kết c ộ n g hóa trị c ó cực ( H 70 ) Nhữn g vật liệu có liên kết dạng này có cường độ, độ

cứ n g cao và rất khó chảy.

Liên kết ion được hình thành trong c á c tinh thể vật liệu mà c ác n g u yê n tử khi tương tác với nhau nhường điện tử c h o nhau hình thành các ion âm và ion dương Các ion trái dấu hút nhau để tạo ra phân tử Vật liệu xây dựng c ó liên kết loại này (thạch cao, anhiđrit, .) c ó cường độ và độ cứng thấp, k h ô n g bền nước Trong những loại V L X D thường gặp như eanxit, fenspat với những tinh thổ phức lạp g ồ m cả licn kết c ộ n g hóa trị và liên kết ion Bên trong ion phức tạp C O 32 là liên kết cộ n g hóa trị Nhưng chính

nó liên kết với Ca +2 bằng liên kết ion ( C a C 0 3) c ó cường độ khá cao, nhưng độ cứng

lại thấp Fenspát c ó cư ờn g đ ộ v à độ cứ n g khá cao.

Liên k ết p h â n tử được hình thành chủ yếu^trong những tinh thể của các chất có liên

kết c ộ n g hóa trị Tinh thể củ a c á c chất này bao g ồ m những n g u y ê n tử liên kết với nhau bằng lực liên kết tương đối y ế u - lực V a nd e c v a n D ưới tác dụng c ủ a nhiệt độ, liên kết này rất dễ bị phá hủy Vì v ậy c á c chất c ó liên kết phân tử c ó nhiệt đ ộ nóng chả y thấp ( thí dụ nước đá).

Liên k ế t s ilic a t là liên kết phức tạp, được tạo thành từ khối bốn mặt S1O4 liên kết với nhau bằng những đỉnh c h u ng (những n g u y ê n tử oxi c h un g ) tạo thành mạ ng lưới

kh ông gian ba chiều với những tính chất đặc biệt tạo ra c ho V L X D Đ i ề u đó cho phép

co i c hú ng như là các p o li m e v ô cơ Thí dụ trong k h oá ng dạng sợi amiăng, những mạch silicát s o n g s o n g nhau gắn kết v ới nhau bằng những ion dương V ì liên kết ion yếu hơn- liên kết c ộ n g hóa trị bên trong mạch, nên dưới tác d ụng của lực c ơ h ọ c amiăng dễ tách

thành n hữ ng sợi nhỏ Trong các khoáng dạng tấm ímica, caolinit), c ác n hó m silicát liên kết vớ' nhau y ếu 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 c h ấ t

V ệ ' liệu xây dựng được đặc trưng bằng 3 thành phần : hóa học, k h o á n g vật và thành

pliãn p!ia

Thành p h ả n h ó a h ọ c được biểu thị bằng % hàm lượng các oxit c ó trong vật liệu N ó

ch o phép phán đoán hàng loạt các tính chất của V L X D : tính chịu lửa, bền s inh vật, cac đặc trưng c ơ h ọ c và các đặc tính kĩ thuật khác Riêng đối với k i m loại ho ặc 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 o xi t trong các vật liệu vô cơ liên kết với nhau tạo thành các m u ố i kép, được g ọi

là thành phần k ho áng vật.

Thành p h ầ n k h o á n g v ậ t quyết định các tính chất c ơ bản của vật liệu K ho án g

3 C a 0 S i 0 2 và 3 C a 0 A l 20 , trong ximăng pooclăng quyết định tính đ ón g rắn nhanh,

c h ậ m củ a x i m ă n 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 c á c tính chất c ủa V L X D

V i ệ c xác định thành phần khoáng vật khá phức tạp, đặc biệt là v ề mặt định lượng

V ì vậy n gười ta phải dùng nhiều phương pháp để hỗ Irợ c h o nhau : phân tích nhiệt vi sai, phân tích phổ rơngen, laze, kinh hiển vi điện tử v.v

Thảnh p h ầ n p h a Đa s ố vật liệu khi làm việc đều tồn tại ở pha rắn N hư ng trong vật

liệu luôn c hứ a một lượng lõ rỗng, nên ngoài pha rắn nó còn chứa cả pha khí (khi khô)

va pha l ỏn g (khi ẩm) Tỉ lệ của các pha nay trong vật liệu c ó ảnh hưởng đến chất lượng

c ủ a nó, đặc biệt là các tính chất về âm, nhiột, tính chong ân mò n, c ư ờ n g độ v.v Thành phân c ác pha biến đổi (rong quá trình công nghệ và dưới sự tác đ ộ n g củ a môi trường S ự thay đổi pha làm cho tính chất của vật liệu c ùn g thay đổi Thí dụ nước chứa nhiều trong c ắc lỗ rỗng của vật liệu sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chất nhiệt, âm và cường

độ c ủ a vật liệu, làm c h o 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

d ẻ o 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 du ng dịch, s;iu đó ở trạng thái keo Trạng thái này quyết định các tính chất chủ y ế u của h ỗn hợp

T r o n g hệ k eo, mỗi hạt k eo g ồ m có nhân keo, lớp hấp phụ và n goài c ù n g là lớp k huế ch tán C hú n g 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 c h o m ộ t hệ

k e o nhất định.

1.3.1 Các thôn g s ố trạng thái

ỉ ) K h ố i lượng r iê n g

Khối lượng riêng p ( g / c m 3, kg/1, T / m 3) là khối lượng của mộ t đơn vị thể tích vật liệu

ở trạng thái hoàn toàn đặc N ế u kh ối lượng củ a vật liệu là m (g, kg, T), thể tích hoàn toàn đặc c ủa vật li ệu là V ( c m 3, /, m 3), thì :

p = -ự, ( g / c m 3, k g//, T / m 3).

Tù y theo từng l oại vật liệu

mà c ó những p hư ơn g pháp xác

định k h ối l ượng riêng khác

nhau Đ ố i v ới v ậ t li ệu hoàn

phụ thuộc v ào thành phần pha.

Khối lượng riêng c ủa vật liệu

biến đổi trong m ộ t p h ạ m vi h ẹp , đặc biệt những loại vật liệu c ù n g loại c ó khối lượng riêng tương tự nhau N g ư ờ i ta c ó thể dùng k h ố i lượng riêng để phân biệt những loại vật liệu khác nhau, phán đ oán m ộ t s ố tính chất củ a vật liệu v à tính toán thành phần củ a

Từ s ố liệu ở bảng 1- 1, thấy: p v của V L X D dao động trong một kho ảng rộng Đ ố i với vật liệu cù ng loại c ó cấu tạo khác nhau thì pv khác nhau, pv c ò n phụ thuộc v ào môi trường khô ẩm Vì vậy, trong thực tế buộc phải xác định P v tiêu chuẩn.

V i ệ c x á c định m được thực hiện bằng cách cân, còn V v thì tùy t heo loại vật liệu mà

d ùng m ột trong ba cách sau : đối với vật liệu có kích thước hình h ọ c - dùng cách đo ; đối với vật liệu k hô ng c ó kích thước rõ ràng thì dùng phương pháp c h i ế m c hỗ trong chất l ỏn g ; đối với vật liệu rời (ximãng, cát, sỏi) thì đổ vật liệu từ m ột chiều c ao nhất định x u ố n g một cái ca c ó thể tích biết trước.

Bảng 1-1

Ả,, (kcal/m °Ch) Hêtông

D ựa v ào khối lượng thể tích của vật liệu có thể phán đoán m ột s ố tính chất c ủa nó,

n h 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 c ấ u trú c

Đ ặ c trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng là độ rỗng và độ đặc.

Đ ộ rỗ n g r ( s ố thập phân, %) là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự nhiên

c ủ a vật liệu Nếu thể tích rỗng là V, và thể tích tự nhiên của vật liệu là V v thì :

Trong đó : Vr = Vv - V (V - thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu) Do đó :

V i ệ c xá c định độ rỗng c ủa vật liệu được thực hiện thông qua tính toán theo c ô n g

thửc và cũng có thể dùng phương pháp bão hòa hêli ỉỏng.

Đ ộ rỗng trong vật li ệu dao đ ộ n g trong m ộ t p h ạ m vi rộng từ 0 đến 98% D ự a v à o độ

rỗng có thể phán đoán m ột số tính chất của vật liệu : độ chịu lực, tính chống thấm, các

tính chất c ó liên quan đến nhiệt, âm

Độ đặc (đ) là mức độ chứa đầy thể tích vật liộu bằng chất rắn :

N h ư v ậ y r + d = 1 (hay 100%), c ó n gh ĩa là vật liệu khô bao g ồ m b ộ khung cứ n g để chịu lực và lỗ rỗng k h ô n g khí.

của vật liệu :

m , — IT1) 1

Trong đó : IĨ 1] và m 2 - khối lượng của mẫu ở trạng thái khô và trạng thái bao hòa nưức.

L ỗ rỗng hở c ó thể t hôn g v ới nhau và v ớ i m ô i trường bên ngoài, nên c h ú n g thường chứa nước ở điều kiện b ã o h òa nước bình t hường như n g âm vật liệu trong bể chứa nước

Lỗ rỗng hở l àm tăng đ ộ x u y ê 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 p hẩ m 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 c ủa vật liệu với môi trường (hoạt đ ộ n g hóa học, phân tán trong m ô i trường), đ ồ n g thời ảnh h ư ởn g nhiều đến độ rỗ ng giữa các hạt.

với vật liệu N ư ớ c h ó a học chí bị hay hơi ở nhiệt độ cao (trên 500°C) Khi nước hóa

( A K O 3.2 S i O 2.2 H 2O) mất nước sẽ mất tính deo ; amiăng ( 3 M g 0 2 S i 0 2.2 H 20 ) ở nhiệt

nay làm c ho lính elìủt cùa vậi liệu cìnm tlutv doi.

Nirức CO' h ọ c (nircrc tự do ha\' nirớc mao quàn) izần nlur khỏn^ c ó liên kết với vạt liệu

N ó x â i i ì n h ậ p v à o \ ậ l l i ệ u d o t á c d ụ n u c i i a l ự c m a o d ẫ n ( n ư ớ c m a o q u ả n ) h a v l ự c í ' ' ọ n g

trường (nước tự do) N ư ớ c c ơ học trong vật liệu c ó thể dễ dàng thay đổi ngay trong điều kiện thường Thực t ế c h o thấy, sự thay đ ổi nước c ơ h ọ c k hông làm thay đổi tinh chất c ủ a vật liệu.

Độ đm và độ hút ẩm:

Đ ộ ẩm w (%) là chỉ tiêu đánh giá lượng nước c ó thật m n trong vật liệu tại thời đ iểm thí n gh iệm N ế u khối lượng của vật liệu lúc ẩm là m a và khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô là m k thì :

thuận ng hị ch T ron g c ù n g mộ t đ iề u k iệ n môi

trường nếu vật liệu c à n g rỗng thì đ ộ ẩ m c ủ a nó

c à n g cao Đ ồ n g thời đ ộ ẩ m c ò n phụ thuộc v à o bản

chất c ủ a vật liệu và đặc tính củ a lỗ rổng, v à o môi

trường Ở môi trường k h ô n g khí khi áp lực hơi nước

tăng ( độ ẩ m tương đ ố i c ủ a k h ô n g khí tăng) thì độ

ẩm c ủ a vật liệu tăng (hình 1 2 ).

T h e o phương trình ihực n g h i ệ m của Freiđlic

lượng hơi nước hút v à o là :

r ỉ / n

a = Kp Trong đó :

p - áp lực cân b ằn g của hơi nước;

K và n - c ác hệ s ố thực n g h i ệ m ( kh ô ng 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 = l gK + - lgp

n

Bi ểu đồ c ó sự thay đổi đột ngột khi b ão h òa hơi nước ( đ iể m A), nó £ần như song

s ong với trục tung N ế u đ ộ ẩm củ a vật liệu tiếp tục tăng thì sẽ xuất hiện nước ngưng

tụ mao quản D o quá trình hấp phụ và ngưng tụ m ao quản mà độ ẩm c ủ a vật liệu sau khi để lâu dài trong k h ôn g khí khá lớn Đ ộ ẩ m đó gọị là độ ẩm cân bàng Thí (Jụ độ

ẩ m cân bằng của g ỗ khô trong k h ô ng khí là 12 - 18%, của vật liệu tường 5 - 1 % Độ

ẩm tăng làm xấu đi tính chất nhiệt kĩ thuật, g i ả m cườ ng 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.

V i ệ c xác định chiều ca o dâng nước h theo cô ng thức trên là vấn đề khó vì hình dáng

và tiết diện của mao quản luôn luôn ihay đổi Nên trong thực t ế người ta hay dùng

p hươn g pháp "nguyên tử đánh dấu" hay đo độ dẫn điện Thể tích nước V mà c á c mao

q u ả n h ú t v à o ở g i a i đ o ạ n đ ầ u s a u t h ờ i g i a n t t u â n t h e o q u y l u ậ t p a r a b o n :

V2 = kt

Tr on g đó : k - hệ s ố hút nưức.

V i ệ c g i ả m độ hút nước (có nghĩa là giảm hệ s ố k) c ó thể thực hiện được bằng cách

h oà n thiện cấu trúc của vật liệu.

Trong đó : p„ - khối lượng riêng của nước ( thường là 1 í / c m 3)

c h o đến khi k hô ng c òn bọt khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và g iữ 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 ị n h t h e o k h ố i l ư ợ n g v à t h e o t h ổ t í c h

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 bh t 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 b ão h ò a nước c ó ảnh hưởng xấu đến tính chất c ủ a V L X D : thể tích tăng lên, độ dẫn nhiệt tăng, cườ ng độ giảm.

Đ ể đặc trung c h o độ bền nước c ủ a vật liệu người ta d ùng hệ s ố m ề m K m t hông qua

c ườ ng độ của mẫu bão h òa nước R bh và c ư ờ n g độ c ủ a mẫu khô R k :

™ " K

Km c ó thể thay đổi từ 0 (đất sét bị phân rã) đến 1 ( kim loại) N h ữ n g vật liệu c ó Kin

> 0 , 7 5 là vật liệu chịu nước c ó thể dùng c h o c á c c ô n g trình thủy cô n g.

Tính thấm nước:

Tính thấm nước của vật liệu là tính chất để c h o nước thấm qua khi c ó độ c hê nh lẹch

áp lực Tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ s ố thấm Klh ( m/h) :

T i n h t h ẩ m l u r i v à t h ấ m k ì 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 c ó thế’ dùng c ô n g thức Đacxi - Furie Khi đó lượn tỉ khi V p (có mật độ p) thấm qua bức tường c ó diện tích s ( n r ) và chi ều dày a (m) trong thời ỉiian t (<ziờ) với độ chênh lệch áp lực khí ở 2 bên là

cần c ó hệ s ố thấm hơi nliãl định vì no sẽ (.tược thôns eió một cacli tự nhiên Nhưng một

s ổ c ô n g t r ì n h c ầ n p h á i t r á n h s ự x â m n h ậ p cùa l u n nươc n h ư c á c n h à m áy s ợ i , đ ặ c b i ệ t

lá các hầm c h ố n g hơi độc thì lại yêu cầu K|h càng nhỏ càng lốt D o đó tùy thuộc vào

h o ặ c c ác sợi vật liệu, sẽ đẩy chúng xa nhau ra, khi đó lớp vỏ hiđrát c à n g dày t hêm 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 c o nở lặp đi lặp lại sẽ làm phát sinh vết nứt và dẫn đến phá hoại vật liệu.

Những loại vật liệu có độ rỗng cao (gỗ, bêtông xốp), có khả năng hút nhiều nước sẻ

có độ co lớn :

1 - 3 0,5 - 1 0,03 - 0,1 0,3 - 0,7

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 liê n q u a n đ ế n n h i ệ t

Tính d ẫ n n h iệt:

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 ch ế 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 m ột 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 thứ c của v p Necraxov) :

X = V 0 ,0 1 9 6 + 0,22p>v - 0 ,1 4

V ật liệu ẩm (Ầ của nước = 0,5 kcal/m°C.h) thì dẫn nhiệt tốt Khi nhiệt độ bình quân giữa 2 m ặt 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)

T r o n g đ ó :

X0 - hệ s ố dẫn nhiệt ở 0 ° c ;

Ầị - hệ s ố dẫn nhiệt ở nhiệt độ bình quân t ; nhiệt đ ộ t thích hợp v ới c ô n g thức t i on g phạm vi dưới 100°c.

T rong thực tế người ta dùng hệ số dẫn nhiệt để lựa chọn vật liệu cho các kết cấu

bao c h e v à tính toán kết cấu để bảo vệ các thiết bị nhiệt.

N h i ệ t d u n g và n h iệ t du n g riêng:

N h i ệ t dung là nhiệt lượng Q (kcal) mà vật liệu thu vào khi nung nóng.

Q = Cm(t 2 - tị), kcal

T rong đó :

c - nhiệt dung riêng của vật liệu, kcal/kg.°C ;

m - khối lượng củ a vật liệu, kg ;

t 2 và t) - nhiệt độ của vật liệu sau và trước khi nung n óng, ° c Khi m = lk g ,

t2 - t) = l ° c thì c = Q Vậy nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần để nung

Khi vật liệu hỗn hợp bao gồm nhiều vật liộu thành phần có nhiệt dung riêng là Cị,

tính t heo c ô n g thức :

m , 4- m 2 + m n

Chỉ tiêu nhiệt dung được dùng để tính toán nhiệt lượng khi gia công nhiệt V LX D và

lựa c h ọ n vật liệu trong các trạm nhiệt.

Tính c h ố n 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

k h ông 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

lớn hơn 6 0 0 ° c N h ữ n g kết cấu như v ậy cần phải được bảo vệ b ằn g những loại vật liệu bền c h ố n g cháy.

Vật liệu khỏ c h á y là vật liệu bị c há y dưới tác dụng của n gọ n lửa hay nhiệt dộ cao

N hư ng khi ngừng tác nhân gày cháy ( ng ọn lửa, nhiệt độ cao) thì vật liệu c ũ n g noừng chá y (bêt ông atíalt, g ỗ tẩm chất c h ố n g ch áy, fibrôlít, .)•

Tất cả những loại vật liệu hữu c ơ đều n ằ m trong n h ó m này C h ú n g cần phải đưực bào

vệ bằng những vật liệu c h ố n g cháy.

Tính chịu lim là tính chất của vật liệu chịu được tác dựng lâu dài của nhiệt độ cao

mà k hông bị chảy và k h ôn g biến hình Dựa v à o khả năng chịu lửa người ta chia vật liệu ra l àm 3 n h óm : vật liệu chịu lửa (chịu được nhiệt độ > 1580°C), vật liệu khó chay (chịu được nhiệt độ từ 13 5 0 đến 1580° C) và vật liệu dễ ch ả y (chịu nhiệt độ thấp hơn 1350°C).

B i ế n dạng đàn hồi thường xảy ra khi tải trọng tác dụng bé và ngắn hạn Tính đàn hồi được đặc trưng b ằ n g m ôđ un đàn hồi E :

E = — eđhTrong đó :

ơ - ứng suất, k G / c m 2 ;

s đh - biến d ạ n g đàn hồi B i ế n d ạn g đàn hồi được xác định bằng biến dạng

tương đ ối - tỉ s ố giữa b iế n dạng tuyệt đối AI s o v ới chiều dài ban đầu l

K h i l ự c t á c d ụ n g đ ủ l ớ n v à l à u d à i t h ì n g o à i b i ế n ( l ạ n g đ à n h ồ i c ò n x u ấ t h i ệ n b i ế n

dạng d ẻo N g u y ê n nhân là lực tác dụnt! đã vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm, phá v ỡ cấu trúc của vạt liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tương đối D o đ ó biến dạng vẫn c òn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực Biến dạng d ẻ o của vật liệu d ẻo lí tưởng tuân

dẻo D o đó biến dạng 8 là biến

dạng t ổn g c ộ n g của biến dạng dư

C ,I và biến dạng đàn hồi Eđh

Dựa v à o quan hệ giữa ứng

suất và biến dạng người ta chia

vật liệu ra loại dẻo, g iò n và đàn

k hô là vật liệu giòn, khi ẩm là vật liệu dẻo.

Hiện tượng mà biến dạng tăng theo thời gian khi ngoại lực k h ôn g đổi tác dụng lâu

dài lên vật liệu rắn g ọ i là hiện tượng từ biển Nguyên nhân gây ra từ biến là do trong

vật rắn c ó một bộ phận tinh thể có tính chất gần g iống chất lỏng ; mặt khác bản thân

m ạ n g lưới tinh thể c ũ n g c ó những khuyết tật.

Nêu giữ cho biến hình không đổi, dưới tác dụng của ngoại lực, ứng suất đàn hồi

c ũ n g sẽ g i ả m dân theo thời gian, đó là hiện tượng chÙMỊ ứng suất N g u y c n nhàn của

hiện tượng này : một bộ phận vật liệu có biến hình đàn hồi dần dần c h u y ển sang biến hình dẻo, năng lượng đàn hồi chuyển thành nhiệt và mất đi.

Cườn g độ c ủa vật liệu được xác định bằng c ư ờ ng độ giới hạn R ở một dạng biến dạng c ho trước Đ ố i với vật l i ệu g iò n (đá thiên nhiên, bêtông, vữa xây dựng, g ạ c h v v ) đặc trưng chủ y ếu của c ườ ng độ là c ư ờ n g đ ộ nén giới hạn Vì vật liệu xây dựng khô ng

đ ồ ng nhất, nên c ườ ng độ giới hạn được x ác định bằng kết quả trung bình khi thí n g h i ệm

1 tổ mẫu (thường không ít hơn 3 mẫu) D ựa v à o cường độ giới hạn người ta định ra mác của vật liệu.

Có hai phương pháp xác định c ư ờ ng độ của vật liệu : phương pháp phá hoại và phương pháp khô ng phá hoại.

Trong p h ư ơ n g p h á p p h á h o ạ i c ườ ng độ của vật liệu được xác định trên những mẫu

d = 0 , 3 - 3 , 3 6 8 / = 1 , 8 - 2 1 , 4

C ường độ của vật liệu phụ thuộc và o nhiều yếu tố : thành phần cấu trúc ; môi trường ; hình dáng, kích thước và trạng thái bề mặt mẫu, phương pháp thí n g h iệ m, t ốc

độ tăng tải C hẳng hạn, mẫu hình lập phương kích thước nhỏ c ó c ườ n g độ nén lớn han

cư ờn g độ mẫu c ó kích thước lớn C ư ờ ng độ mẫu lăng trụ nhỏ hơn mẫu hình lập phương

c ù n g tiết diện ngang.

Lực ma sát phát sinh gi ữa bề

mặt mẫu và mâm nén s ẽ giữ

phần mẫu tiếp xúc với m â m nén

k hô ng ch o nở ngang khi bị phá

hoại (hình 1.4a) C òn khi g i ả m

hưởng đến cường độ mẫu N ế u

tốc độ tăng tải nhanh hơn tiêu

chuẩn thì kết quả thí n g h i ệ m sẽ

tăng lên vì biến dạng d ẻ o k h ô ng

tăng kịp với sự tăng tải trọng.

Phương p h á p kh ôn g p h á h o ạ i là phương pháp xác định cường độ vật liệu k hô ng bằng

phương pháp phá hoại mẫu Phương pháp này rất tiện lợi cho v iệ c xác định c ư ờ n g độ của cấu kiện hoặc kết cấu trong c ô n g irình.

Trong các phương pháp k h ô ng phá hoại, phương pháp âm h ọc được dùng rộng rãi nhất (hình 1.5a, b) C ư ờ ng đ ộ củ a vật liệu gián tiếp được đánh giá qua tốc đ ộ truyền

s ó ng siêu âm qua nó Đ ố i v ới vật liệu h ỗn hợp (bêt ông) người ta hay dùng phương pháp siêu âm xung.

N g u y ê n lí làm v i ệ c c ủ a m á y : B ộ m á y x u n g (1) truyền xung đ ộ n g điện đến độ phát siêu âm (2) Tại đây xu ng đ ộ n g điện biến thành s óng siêu âm truyền qua vật liệu (3) đến bộ phận biến dao đ ộ n g thành dao đ ộ n g điện (4) và s ó n g siêu âm lại được biến thành

x un g đ ộn g điện qua bộ k h u ế c h đại (5) để đến màn chỉ báo ( 6 ).

T ố c độ truyền s ó n g siêu âm V ( c m / g y ) được xá c định theo c ô n g thức :

b)

Hỉnh 1.4 : Sơ đồ phá hủy vật liệu giòn

a) Mầu hình lập phưcmg ; b) Mâu hình lập phương có bôi trim mặt mầu

Tro ng đó :

s - quãng đ ườ ng , Ctrl ;

t - thời gian truyền s ó ng siêu âm ( s ) ;

t 0 - thời gian hiệu chỉnh ( s) phụ thuộc vào vị trí của thiết bị

D ựa v à o V ta c ó thể tìm được cường độ của vật liệu.

® ® (D

® n - M

b)

c)

Tốc đó truyền siêu âm m/s

ỉỉìiỉh 7.5 ; Xác dịtìh cường độ hêíông hằỉìi' phươìix pháp siêu âm xun Ị' a) Dụỉĩíị cụ YK -ỈM ; b) Sơ đố IỈIU}\> cụ :

I Bộ phát xung ; 2 Bộ phát siOu âm ; 3 Mẫu bctốrm ; 4 Bộ phận biến dao động cơ thành daođộng điện ; 5 Khuếch đại ; 6 Màn chi báo ; Hình ánh thu đirợc ; 8 Mốc háo thời gian ;

9 Bộ d u hát) lliPi LiLin : ]() Hụ đicn dể mó Ut qiM ln: .ru\ồn siêu âm trona bctỗniĩ ;

1 ỉ Cõnii tác điện ;

t riiò'1 gian truvõn ^í0*J •*! ! 1 ’ : c) Biêu đồ LỊiKr’ ’ìộ ai ứa cirờne độ bèlóng và tốc độ truyền siêu âm

Đ ộ cứng là tính chất c ủ a vật liệu c h ố n g lại tác dụng đ â m x uy ên của vật liệu khác cứng hơn.

Đ ộ cứng của vật liệu k h oáng được đánh giá bằng bảng thang Morh (bảng 1 3), g ồ m

c ó 10 k hoáng vật mẫu được sắp xếp theo đ ộ cứng tăng dần.

1.4.3 Độ cứng

Bảng 1.3 Chỉ số

Đ ộ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứ n g của k h o á n g vật nào đó mà khoáng vật đứng ngay trước nó k h ôn g rạch được vật liệu, c ò n k h o á n g vật đứng ngay sau nó lại

dễ dàng rạch được vật liệu.

Đ ộ cứng c ủ a ki m loại, g ỗ , b êt ông v v c ó thể được x á c định bằng ph ư ơ n g p h á p

Brinen (hình 1.6) Độ cứng của vật liệu được xác định dựa vào lực ép p lên viên bi thép

c ó đường kính D và vết l õ m c ó đường kính d d o v iê n bi đ ể lại trên bề mạt vật liệu :

HB = ^ = - ^ — , kG /m m 2

F 7tD ( D - VD- - d 2 )

Lực p được xá c định theo c ô n g thức :

p = K D2

Trong đó : K là hệ số, đối với kim loại đen K = 30, k im loại màu K = 10, kim loại

1.4.4 Độ cọ mòn

Đ ộ c ọ mòn (Mn) phụ thuộc v à o độ cứng, c ư ờ n g độ và cấu tạo nội bộ của vật liệu

N ế u khối lượng củ a mẫu trước khi thí n g h i ệ m là IU], khối lượng củ a mẫu sau khi cho

may mài m ò n (hình 1.7) quav 1000 vòng trên mâm quay c ó rắc 2,5 lít cát c ỡ hạt 0,3 - 0 , 6 m m là IĨ 1-) và diện tích tiết diện mài mòn là F thì :

Đ ộ hao mòn Q {% ) đặc tnrn” cho độ hao hụt vật liệu vừa do c ọ mò n vừa do va chạm

Đ ộ hao mò n được thí n ghiệm trên máy Đevan (hình 1.8) Nếu khối lượng của hỗn hợp vật liệu trước khi thí n g hi ệ m là Iitị (5kỉj) và sau khi thí n ghiệm ( m á y quay 1 0 0 0 0 v ò n g

r ồ i s à n g q u a s à n Sĩ 2 m n i ) l à n i 2 I h ì :

Ọ

111, -

Dựa v à o độ hao mùn vật liệu được phân ra các loại : c h ố n g hao mòn rất khỏe

( Ọ < 4 % ) , k hỏ e ( Q = 4 - Ố7(), trmm binh ( Q = 6 - 10%), yếu (Q = 10 - 15%) và rất yếu

(Ọ > 15%)

Hệ s ố phẩm chất ( K pc) hay c ò n g ọ i là hệ s ố chất lượng kết cấu của vật liệu là một đại lượng đặc trưng b ằ n g tỉ s ố giữa cư ờ ng đ ộ tiêu chuẩn ( k G / c m ) và khối lượng thể tích tiêu chuẩn ( kh ông thứ n g u yê n, nhưng giá trị tính bằng T/ m ).

KpC là chỉ tiêu tính chất tương đối tổng quát Vì đối với vật liệu bình t hưòng khi

c ườ ng độ ca o thì pv phải lớn, d o đó nặng nề, c ác tính chất về nhiệt và âm k ém và KpC nhỏ Còri vật liệu mu ố n c ó KpC lớn thì nó vừa phải c ó kha năng chịu lực tốt vừa phải nhẹ, các tính chất về ãm và nhiệt tốt.

Đ ố i với một s ố loại vật liệu xây dựng c ó KpC như sau: Châì d ẻ o sợi thuỷ tinh : 4 5 0 0 / 2

= 2 2 5 0 k G / c m 2; g ỗ 1 00 /0 , 5 = 2 0 0 k G / c m 2; thép cư ờ ng độ cao; 1 0 00 / 7 , 8 5 = 1 2 7 k G / c m 2; thep thường 3 9 0 0 / 7 8 5 = 4 9 7 k G / c m 2.

Đ ố i với vật liệu đá, giá trị Kpc thường là: bê tông nhẹ kết cấu 4 0 0 / 1 , 8 = 2 2 2 k G / c m 2;

hệ chặt chẽ với nhau N h ữ n g c ô n g trình khó sửa chữa và kh ó thay t hế thì tuổi thợ của vật liệu phải lớn hơn tuổi thọ c ủ a c ô n g trình.

Đ ể xác định tuổi thọ của vật liệu người ta dùng phương pháp quan sát thực tế những biến đổi tính chất của nó ( ph ươn g pháp này đ òi hỏi thời gian quan trắc dài, đến hàng

ch ụ c năm) hoặc dù ng phương pháp m ô p h ỏ n g những yếu tố tác dụng lên vật liệu trong quá trình sử dụng với m ộ t c ư ờ n g độ mạnh lên nhiều lần để rút ngắn thời gian thí n g h i ệ m ( bu ồ ng khí hậu).

Dựa vào tuổi thọ n gư ời ta c ó thể lựa c h ọ n vật liệu sao c h o phù hợp v ới từng loại

c ô n g trình.

1.6 P h ư ơ n g p h á p x ác đ ịn h t h à n h p h ầ n v à c ấ u t r ú c c ủ a v ậ t liệu xây d ự n g

Tính chất của vật liệu xây dựng chủ yếu được xác định bằng thành phần và cấu trúc

rỗng của nó Vì v ậy đ ể c h ế tạo vật liệu với những tính chất định trước cần phải hiểu

rõ quá trình hình thành cấu trúc và những b iế n đổi c ủ a c á c chất trong quá trình c ỏ n g nghệ N h ữn g vấn đề n ày phải được nghiên cứu ở cấ u trúc vi m ô c ũ n g như phân tử và ion bằng c ác phương pháp phân tích lí - hóa.

1.4.6 Hệ s ố p h ẩm chất

P h ư c m g p h á p k í n h h i ể n v i đ i ệ n l ử : dùng đ ể nghiên cứu màng tinh t h ể Kính hiển v i

điện tử hiện đại có độ p hó ng đại đến 3 6 0 0 0 0 0 lần, có nghĩa là c ó thể nhìn thấy những hạt kích thước từ 0 , 3 - 10 '9 đến 0,5.10 ym Nhừ những tia điện tử có sóng ngắn hơn sóng

ánh sáng nhìn thấy, người ta có thê’ xâm nhập sâu vào thế giới vi mô Kính hiển vi điện

tử c ó thể nghiên cứu được hình dạng và kích thước của các tinh thể cự c nhỏ ; c ác quá

t r ì n h l ớ n l ê n v à p h á h ủ y t i n h t h ể ; c á c q u á t r ì n h k h u ế c h t á n ; s ự b i ế n đ ổ i p h a k h i g i a

c ô n g nhiệt và làm n gu ội ; c ơ học biến dạng và phá hủy.

Thời gian gần đây loại kính hiến vi điện tử quét đa đưực sử dụng Loại m áy này làm

v i ệ c theo n guyên tắc truyền hình quét những tia điện tử (hoặc ion) cực mảnh lên bề mặt

m ẫ u v ậ t l i ệ u T á c động c ủ a c h ù m t i a đ i ệ n t ừ v à o v ạ t c h ấ t l à m p h á t s i n h hàng l o ạ t c á c

hiện tượng vật lí mà c á c đầu đo bức xạ ghi nhận được, rồi các tin hiệu này được truyền đến k inetcốp và người ta nhận được hình nổi phản ánh bề mặt mẫu trên màn hình (hình 1.19).

đi qua m ẵu

Vùng quét bă ng những tia điện

từ tập trung Đèn nháy Thẩu kinh che và

thẩu kính chiểu sảngtng" ] Ị 1 1 Bỏ khuyếch dại và bộ xử lý

L, u;A ■ tỉn hiệu Chùm tia diện tử nằm ngoài cộỉ quang điện

Màn huỳnh quang nẳrr bên trong cửa kinh

H ỉ n h ĩ 9 : Sơ đồ nguyên ỉclc của kính hiển vi điện tử

Cỉ) Loại xuyên súng ; b) Loại Iiìànlỉ.

Ph ân tích b iể u đ ồ rcmgen là phưưng pháp n ghiên cứu cấu tạo và thành phần c ủa chất

bằng thực n g h i ệ m để thu n hi ễu xạ của những tia rưngen trong c ác chất này Tia rơngen

c ó dao đ ộ n g điện từ ngang với ánh s áng nhìn thấy,nhưng c ó bước s ó n g ngắn hơn ( chiều dài s ó n g : ( 0 , 0 5 - 0 , 2 5 .10" 9m) C hù m tia rưngen được nhìn thấy trong ốn g rơngen nhờ

kết quả c ủa sự đ ụ ng c h ạ m c ủ a c ác điện tử catốt (-) với anốt (+) trong s ự khác biệt lớn

về điện thế V i ệ c s ử d ụ ng bức xạ rơngen đ ể n gh iê n cứu c ác chất kết tinh c ó c ơ sở là

c hi ề u dài bước s ó n g c ủa nó, tương ứng với k h o ả n g cá ch giữa các n g u yê n tử trong mạn g lưới kết tinh c ủ a c á c chất.

M ạ n g này là lưới nhiễu xạ tự

nhiên đối với tia rơngen.

rơngen các hạt của mẫu đa

k h oá ng được đối c h i ế u h oặ c là

với ảnh c h ụ p c ác k h o á n g thành

phần hoặ c là với s ố liệu trong

c á c bảng c ó sẵn ( hình 1 1 0 ).

Phương pháp phân tích thành phần pha bằng rơngen dù ng đ ể k i ể m tra n g u yê n liệu

và sản phẩm, để đ iề u k hi ển c á c quá trình c ô n g n g h ệ , c ũ n g như để d ò k huyế t tật.

P h ư ơ ng p h á p p h â n tích n h iệ t vi s a i (DTA) dùng để xác định thành phần khoáng và

thành phần pha c ủ a vật liệu C ù n g với s ự b iế n đ ổi pha trên bề mặt vật liệu cò n xảy ra hiệu ứng nhiệt T r o n g c ác q uá trình vật lí và h ó a h ọ c c ủ a sự b iế n đổi chất nhiệt năng

c ó thể được hút v à o h o ặc nhả ra S ự hút nhiệt s ẽ sinh ra c ác quá trình khử nước, phân

li, n ó n g c h ả y S ự nhả nhiệt trùng với c ác quá trình o x i hóa, hình thành những liên kết mới , c h u y ển h óa trạng thái v ô định hình s ang k ế t tinh Trong quá trình phân tích nhiệt

nhờ một thiết bị để ghi 4 đường : đơn giản, nhiệt vi sai và các đường mất khối lượng tương ứng Nội dung củ a phương pháp DTA là so sánh phẩm chất của vật liệu thử với

m ột chất chuẩn C á c quá trình thu nhiệt t hể hiện ở phần l ỗ m củ a ảnh c h ụ p nhiệt vi sai,

c òn quá trình tỏa nhiệt ở c á c đỉnh của ảnh c h ụ p (hình 1 1 1 ).

Phân tích quang p h ố là phương pháp vật lí phân tích chất lượng và s ố lượng của các

chất dựa trên c ơ s ở bức xạ q uang ph ổ c ủ a cíiúng Trong nghiên cứu vật liệu xây dựng chủ y ếu người ta s ử d ụ ng m á y bức xạ quang p h ổ h ồ n g ngoại Hoạt đ ộ n g củ a m á y dựa

trên tác dụng g iữa chất nghiên

h iện đại được trang bị những

thiết bị đa năng c h o p hép phân

C h ư ơ n g 2

K H Á I N I Ệ M V Ề V Ậ T L I Ệ U C O M P O S I T

2.1 K h á i n iệ m c h u n g

Vật liệu c o m p o s i t là một hệ t hố ng dị thể ( kh ô ng đ ồ n g nhất) được c h ế tạo từ 2 cấu

tử trở lên nhưng vẫn giữ n g u yê n được đặc tính c ủ a từne cấu tử.

Một trong các cấu tử đó có đặc tính liên tục trên toàn bộ thế tích vật liệu được í*ọi

là cấu tử nền ; cấu tử khác có tính gián đoạn, bị phân cách trong toàn bộ thể tích của

hệ thống được gọi là cấu tử cốt (làm đặc) Cấu lử nền c ó thể là hợp kim, e ố m , p ol im e,

vô c ơ và p o l i m e hữu cơ Cấu tử cốt thường là c ác dạng hạt phân tán mịn, c á c dạng sợi thiên nhiên hoặc nhân tạo.

Trong c o m p o s i t , c á c cấu tử tạo ra hiệu quả tổng h ợ p ,m ộ t chất lượng mới c h o vật liẹu khác với tính chất của cấu tử ban đầu Trong c o m p o s i t kết cấu, đó là hệ sô' chất lượng kết cấu cao, vượt xa thép đến 15 lần Dưới tác d ụng của tải trọns, do tính dị hướng của

c o m p o s i t mà biến dạng hình thành k h ô ng trùng với ứng suất phát sinh.

N h ờ v i ệ c ẹ i ả m khối lượng thể tích (4 lân), năng suất tăng c a o ( 2 - 3 lần), thời gian

sử dụng tăng (2 - 3 lần), 1 tấn c o m p o s i t về mặt lí thuyết c ó thể thay 1 5 - 2 5 tấn thép (thực tế 4 - 5 tấn) D o c ó những ưu đ i ể m như vậy, v iệ c sản xuất c o m p o s i t trên thế giới

n gày một tăng lên N ă m 1977, c ác nước Tây  u và M ỹ đã c h o ra đời 3 5 0 nghìn lấn

c o m p o s i t ; năm 1986 đã lên đến 1 triệu tấn, c ó nghĩa là sau 10 năm đã có sự tăng gấp bội về loại vật lịcu này D ự kiến trong năm 2 0 0 0 - 2 0 0 5 hàng năm, yêu cầu loại vật liệu c o mp o si t là 2,5 - 3, 0 triệu tấn Trong khi đó lại các nước tiên tiến y ê u cầu về thép lại g iảm xuố ng.

N h ữ ng loại vật lịêu xây dựng thuộc c o m p o s ì t c ó thể kể đến là bêt ông , b êt ôn g cốt thép, b êt ông cốt sợi, x im à ng amiăng, tấm sợi g ỗ ép, tấm dăm bào ép, chất dẻo thủy tinh v.v

V i ệ c xuất hiện tên "vật liệu composit" c ó liên quan đến mộ t hướng kĩ thuật hoàn toàn mới Đ ó là v i ệ c hình thành 1 loại c ô n g n gh ệ c h ế tạo ra những loại vật lịêu cường

độ cao, chủ yếu ch o các ngành c h ế tạo m á y bay, vệ tinh và c h ế tạo máy Trong tương lai v iệ c tạo ra 1 loại vật liệu mới cho xây dựng phải gắn liền với ]í thuyết và cô n g nghệ

của loại vật liệu c o mp o si t

2.2 T h à n h p h ầ n và c ấ u tạ o c ủ a co m p o sit

Tính chất c ơ học và các tính chất khác củ a c o m p o s i t được x ác định b ằn g 3 thông s ố

c ơ bản : cường độ củ a cốt, cư ờng độ của vật liệu nền và cư ờ ng độ liên kết trên bề mặt phàn chia nền và cốt Quan hệ c ủ a những t hôn g s ố này, đặc trưng c h o toàn b ộ các tính chất c ơ học và c ơ c h ế c ủa sự phá hủ y vật liệu Khả năng làm v iệ c của c o m p o s i t được

đàm b ả o bằng sự lựa chọn đúng các cấu tử và cả hằng công n gh ệ sản xuất phù hợp để sao c h o giữ được các tính chất ban đầu của các cấu tử.

và dạng sợi C h ú n g khác nhau về cấu tạo và c ơ c h ế tạo c ư ờ n g độ cao C o m p o s it h ạt

p h â n tán tă n g đ ộ bền là loại vật liệu mà nhữna hạt mịn phân tán mộ t cách đều đặn

t r o n g n ề n v ớ i h à m l ư ợ n g t h í c h h ợ p l à 2 - 4 9 c H i ệ u q u ả t ă n g đ ộ b ề n t ù y t h u ộ c v à o k í c h

thước và hà m l ượ ng của các hạt Khi kích thước cửa hạt mịn là 0 , 00 1 đến 0,1 micr omet thì thể tích c ủ a c h ú n g c ó thể đạt đến 15%, còn đối với các hạt lớn hơn 1,0 mi cr omet thì thể tích hạt c ó thể đến 25% hoặc lớn hơn Trong loại c o m p o s i t này, tuy c ó cường

T h e o bủn c h ấ l của vậ t liệu nên coiĩiposit còn dược phản ra : C o m p o s i t nền p ol im e

( c o m p o s i t p o li m e ) ; C o m p o s i t nồn kim loại (composit kim loại); C o m p o s i t nền g ố m ( c o m p o s i t g ố m ) ; C o m p o s i t nền xiniăng (composit ximăng).

T ù y theo bản chất c ủ a cốt sợi, coniposit irên một loại nền c ò n được phân ra c á c loại

nitơ, hidro, nh ôm, silic đều thỏa mãn những yêu c ầ u đó Vật liệu b ền nhất t hường c h ứ a một trong c ác n gu yê n t ố này.

Đ ể l àm cốt thường người ta sử dụ ng c á c loại sợi : thủy tinh, ca cb o n, bo, hữu c ơ

c ưở ng độ caơ, kim loại, c ũ n g như c ác loại sợi v à những tinh thể dạng sợi của cacbi t oxit nitrit và các chất khác Các cấu tử c ốt t hườn g ở d ạn g sợi đơn, chỉ, sợi dây, dây bện, lưới, vải, băng, xơ.

Đ ố i với y êu cầ u c ô n g n g h ệ c ốt s ợi phải tạo ra khả năng c h o quá trình c h ế t ạo sản

p hẩ m c ó năng suất cao.

Mộ t yêu cầu k hông k é m phần quan trọng đối v ới sợi là s ự đ ồ n g thời c ủ a sợi và nền,

c ó nghĩa là khả năng đạt được mố i liên kết bền giữa sợi và n ền mà vẫn g i ữ được tính chất c ơ học ban đầu củ a các cấu tử.

Vật liệu nền đảm b ảo sự toàn khối cho c o m p o s i t , c ố định hình d ạn g sản p h ẩ m và sự

sắp x ếp tương hỗ của sợi, đ ồ n g thời phân b ố đ ồ n g đều tải trọng tác dụng trên toàn bộ thể tích vật liệu, ngay cả khi vật liệu đạt đ ến trạng thái giới hạn Vật liệu nền q u y ết định phương pháp c h ế tạo sản phẩm, các thông s ố của quá trình c ô n g nghệ, c ũ n g như khả năng gia c ô n g c ác kết cấu của nhà và c ô n g trình.

N h ữn g yêu cầu đối với vật liệu nền c ũ n g được phân ra l àm 2 loại : yêu cầu v ề sử dụng và yêu cầu về c ô n g nghệ.

Yêu cầu sử dụ ng c ó liên quan đ ến các tính chất c ơ h ọ c, các tính chất lí - h ó a đảm bảo c h o khả năng làm v i ệ c c ủ a c o m p o s i t dưới sự tác dụng của c ác yếu tô sử d ụ n g khác nhau N h ữ n g yêu câu c ô n g nghệ được xá c định bằng quá trình c h ế tạo c o m p o s i t , c ó nghĩa là quá trình nhào trộn c ốt với nền và tạo hình sản p hẩ m c u ố i cùng M ụ c đích của quá trình c ô n g nghệ là đ ả m bảo sự phân b ố sợi một cách đều đặn trong nền ( k h ô ng bị dính v ào nhau) và g iữ được tính chất ban đầu củ a sợi (chủ yếu là c ườ n g độ ), đ ồ n g thời tạo được sự tác dụng tương hỗ trên bề mặt phân cá ch nền - sợi.

Bề m ặ t p h â n c á c h đ ược biểu hiện trước tiên bằng sự dính b á m tương hỗ củ a sợi và

nền xác định mức chất lượng của c o m p o s i t và khả năng l àm v i ệ c c ủ a nó trong quá trình

sử dụng Ú n g suất c ụ c bộ trong c o m p o s i t thường đạt giá trị lớn nhất trên bề mặt phân cách, nơi bắt đầu phá h ủy vật liệu Vì vậy bề mặt phân c á ch phải đả m bảo c h u y ề n tải trọng từ nền và o sợi m ộ t c á ch tốt nhất, đ ồ n g thời phải đả m bảo liên kết trên bề mặt sợi

- n ề n k h ô n g b ị p h á h o ạ i d o c o n g ó t t r o n g q u á t r ì n h r ắ n c h ắ c h o ặ c d o n ở v ì n h i ệ t

2.3 S ự là m việc đ ồ n g th ờ i củ a v ậ t liệu n ền và cốt

Trong c o m p o s i t h ạ t p h â n t á n , hạt chỉ bắt đầu tỏ rõ tác d ụng tăng độ bền khi nó hạn

c h ế được biến dạng c ủ a nền bằng sự chèn lấp c ơ học Đ i ề u đó phụ thuộc v à o k h o ả n g

cá ch giữa các hạt với đ ư ờn g kính c ủ a c h ú ng , c ũ n g như v ào đặc tính đàn hồi của nền

và hạt.

Nếu gọi môđun đàn hồi của composit la Ec, thể tích của nền là V n được lèn chặt

bÀng thể tích hạt v h thì ta có "quy luật phối hợp" như sau :

Trong c o m p o s i t s ợ i như dã giới thiệu ở trên bao gồm 2 cấu tử: sợi và nền có tác dựng tạo ra cường độ k éo và uốn cao.

Khi ta c họ n thể tích co mp o si t có sợi sắp xếp s ong song là 1 đơn vị, hàm lượng sợi

Composit làm việc như một vật thể đồng nhất (biến dạng của cốt và của nền xảy ra

đ ồ n g thời), đủm b ảo k hông có sự trượt của sợi trong nền Lúc đó biến dạng tương đốicủa composit £c, của sợi cs và của nén cn sẽ bằng nhau :

Chất d ẻo dùng s ợi thủy tinh c ó Es =

6 0 0 0 0 M P a và p o l i m e nền c ó E n =

2 0 0 0 M P a , c ó nghĩa là Es : En = 3 0 : 1.

, “ 30 r

đến 8 0 - 90% C h o nên c ườ n g đ ộ k é o của

sản phẩm chủ y ếu d o sợi thủy tinh đảm

nhận Sợi đường kính 3 - 7 n m c ó cư ờ ng

độ c a o và môđ un đàn hồi lớn M ộ t loại

chất d ẻ o sợi thủy tinh sắp x ế p định hướng

(loại S V A M ) c ó c ư ờ n g độ khi k é o lớn (đến

lOOOMPa) và nhẹ ( p v = 1 8 0 0 - 2 0 0 0

k g / m 3), c ó độ bền h ó a h ọ c ca o nên được

sử dụng rất hiệu quả để c h ế tạo c ác loại

đ ườn g ốn g , thiết bị chứa và c ác kết

cấu nhà.

0,5

H à m lượng (th e o th ế tíc h ) sợi

H ình 2.1 : Sự phụ thuộc cường độ

kéo của composit

1 Vào hàm lượng thế lích sợi ;

Hình 2.2 : Sụ phụ thuộc cưởng độ kéo của sợi khoáng vào đường kính của tìó

Cỉ) Sợi thủy tinh ; b) Sợi silic dơn tinh thê

Vật liệu đủ thiên nhiên-.vật liệu xây dựng được sản xuất bằng cách gia công cơ học

(nổ mìn, đập, ng hi ền, cưa, đục, chạm, mài, đánh bóng ) các loại đá thiên nhiên D o

chỉ sử dụng các hình thức gia công cơ học nên vật liệu đá thiên nhiên hầu như vãn giữ

n g uy ên c á c tính chất c ơ lí của đá gốc Bởi vậy muốn nghiên cứu vật liệu đá thiên nhiên, cán hiểu biết v ề đá và trước hết là khoáng vật - c ơ sở kiến tạo đá thiên nhiên.

Khoáng vật là những chất hoá học được tạo thành do kết quả củ a những quá trình

hoá lí tự nhiên khác nhau xảy ra trong vỏ quả đất Mỗi khoáng vật là một vật thể đồng

nhất về thành phần hoá học, cấu trúc và tính chất vật lí.

D á thiền n h iên là những khối vô cơ bao g ồm một hay nhiều k h o á n g vật khác nhau

Những loại đá tạo ra từ 1 loại khoáng vật được gọi là đá đơn khoáng như đá vôi, đá thạch cao, còn những loại đá tạo thành từ hai loại khoáng vật trở lên được gọi là đá

Đ ặc tính chung: Việc hình thành đá macma liên quan chặt chẽ với những vấn đẽ

phức tạp nhất c ủ a n gu ồ n g ố c macma và cấu tạo trái đất Th eo những giả thiết hiện đại

nhất, trái đất có cấu tạo đới đồng tâm và bao gồm có iõi, lớp vỏ trung gian và lớp vỏ

ngoài L ớp v ỏ ng o ài g ồ m 3 lớp: lớp dưới là badan, lớp trên là granit và trên c ù n g là lớp trầm tích.

Đ á m a c m a là do khối silicat nóng chảy từ lòng trái đất xâm n hậ p lên phần trên của

vỏ hoặc phun ra ngoài mặt đất,nguội đi tạo Ihành Do vị trí và điều kiện nguội của khối

m a cm a nên cấu tạo và tính chất của c h ú ng c ũ n g khác nhau Đ á m acma được phân ra hai loại: xâm nhập và phún xuất.

Đ á x â m n h ậ p ở s â u h ơ n t r o n g v ỏ t r á i đ ấ t , c h ị u á p l ự c l ớ n h ơ n c ủ a c á c l ớ p b ê n t r ô n

và nguội dần đi mà thành D o đó nó c ó cấu trúc tinh thể lớn Đ á đặc chắc, cườ ng độ cao, ít hút nước Đ á x â m nhập chủ y ếu sử dụ ng trong xây dựng là granit, điôrit, gabrô, v.v

Các khoáng vật tạo đá chủ yếu:

Các k hoá ng vật tạo đá m a c m a chủ yếu là thạch anh, íenspat, mica và k h oá ng vật mầu sẫm.

Các k h oá ng vật c ó c á c tính chất khác nhau, nên s ự c ó mặt c ủ a c hú ng tạo ra c h o đá

c ó những tính chất xây dựng khác nhau ( c ườn g độ, độ bền vững, khả năng gia công ).

Thạch anh là S i O , ở d ạn g kết tinh, tinh thể hình lăng trụ 6 cạnh, ít khi trong suốt

mà thường c ó màu trắng và trắng sữa, độ c ứ n g 7, khối lượng riêng 2 ,65 g/crrr\ cường

độ cao ( kh oảng 2 0 0 0 0 k G / c m 2), c h ố n g mài m ò n tốt, ổn định đối với axit (trừ axit fluohidric và photphoric) Ở nhiệt độ thường, thạch anh không tác dụng với vôi, nhưng

à trong mồi trường hơi nước bão hoà ở nhiệt độ 175 - 2 0 0 ° c c ó thể sinh ra phiin

ứng silicát.

F e n s p a t c ó hai loại: cát khai thẳng g ó c - o ct ocl a ( K1O A l 9O 3.6 SiO', - fenspat kali),

cát khai xiên g ó c - p l a g i o c l a ( N a i 0 A l 70 v 6 S i 0 2 - fenspat natri và C a O A l 9O 3.2 S i O 0 -

A l 2O 3.2 S i O 9.2 H9O là kaolinit - thành phần chủ yếu của đất sét.

M ic a là những al umô si li cat n g ậm nước rất phức tạp Phổ biến nhất là hai loại biotit

và mu sc o vi t Biotit t hường chứa o x i t magi e và oxit sắt, c ô n g thức K( Mg,

F e ) 3.Si3A l O 10).(O H F) 2, c ó màu nâu và đen ( mica đen) Mu scovit K 1O.AI 2O 3

6 S Ì 0 2 2 H 2 0 thì trong s u ố t ( m i c a trắng) M i c a c ó đ ộ c ứ n g 2 - 3 , khối l ượng riêng

2 , 7 6 - 3, 2 g / c m \ Ngoài hai loại tròn còn aặp vecmicưlit đươc tạo thành do sự o x y hoá

và thuỷ hoá biotit Khi nuna iỳ 900 - 1000"c nưcýc sẽ inất (li, thể tích v ecmi cu li t tăng

Đ ia b a c ó thành phần tưưng tự gabrô, là loại đá trung tính, c ó cấu trúc hạt nhỏ, hạt

vừa xen lẫn với cấu trúc toàn tinh Thành phần khoắng vật g ồ m c ó íenspat, p yroxen (oli vin); màu tro s ẫm hoặc lục nhạt; cường độ nén 30 0 0 - 4 0 0 0 k G / c m 2 Đ á điaba rất dai, khó mài mòn, được sử dụng chủ yếu làm đá rải đường và làm n gu yê n liệu đá đúc.

Đ á b a z a n là loại đá bazơ, thành phần khoáng vật g iống đá gabrô C hú n g c ó cấu trúc

ban tinh h o ặc cấu trúc poocfia Đá bazan là loại đá nặng nhất trong c ác loại đá macma,

khối lượng thể tích 2900 - 3500 kg/m 3, cường độ nén 1000 - 5000 k G /cm 2 (có loại đến

8 0 0 0 k G / c m 2), rất cứng, g i ò n , khả năng c h ố n g p h on g h oá cao, rất kh ó gia c ô n g Đ á bazan là loại đá p h ổ biến nhất trong xây dựng, được s ử d ụ ng để lát đ ườn g làm c ố t liệu bêt ông, tấm ố p c h ố n g ăn mòn

Andesit là loại đá trung tính Thành phần của nó gồm plagiocla trung tính, các khoáng

vật s ẫ m mầu ( am íi bo n , p y r ox en ) v à mica; c ó cấu tạo ẩn tinh và cấu tạo dạng p ooc fi a;

c ó màu tro v àng, h ồng, lục Đ á anđesit c ó khả năng hút nước lớn, kh ối lượng thể tích

2200 - 2700 kg/m 3, cường độ chịu nén 1200 - 2400 kG /cm 2, chịu được axit nên được

dù ng để làm vật liệu c h ố n g axit, c h ế tạo tấm ố p h oặ c đá dăm ch o b ê t ôn g c h ố n g axit.

Ngoài các loại đá đặc chắc ở trên, trong đá m acm a phún xuất còn có đá bọt, tup

phún xuất, tro và tup dung nham.

Tro núi lửa thường ở dạng bột giống nhau, màu xám Những hạt lớn gọi là cát núi

lửa Đ á bọt, loại đá rất rỗng (độ rỗ ng đến 8 0%), là loại thuỷ tinh núi lửa, được tạo thành

khi dung nham nguội lạnh nhanh trong không khí Đá bọt có kích thước 5 - 30mm, khối

lượng thể tích trung bình 5 0 0 k g / m 3, đô hút nước thấp vì c ác lỗ rỗng lớn và kín, hệ s ố

truyền nhiệt nhỏ (0,12 - 0,2 kcal/m ?c.h, cường độ chịu nén 20 - 30 k G /cm 2 C át núi

lửa, đá bọt được d ù ng làm c ố t liệu c ho b ê t ô ng nhẹ, làm vật liệu cách nhiệt (dạng bột)

và bột mài.

Tup núi lửa là loại đá rỗng, được tạo thành do quá trình tự lèn chặt tro núi lửa Loại

túp núi lửa chặt nhất g ọi là tơrat.

Tup núi lửa, đá bọt, c ũ n g như tro núi lửa t hường dùng l à m phụ g i a hoạt tính chịu nước c h o chất kết dính v ô cơ.

Tup d u n g n h a m do tro và cát núi lửa rơi v à o trong dung nham n ó n g ch ả y s inh ra

N ó là loại đá thuỷ tinh rỗng c ó màu h ồ ng , tím ; c ó k hối l ượng thể tích 7 5 0 - 1400

kg/m 3, cường độ chịu nén 60 - 100 kG /cm 2, hệ số dẫn nhiệt trung bình là 0,3 kcal/rr^C.h

Trong xây dựng tup dung n ha m được xẻ thành c á c b lo c để xây tường, sản xuất đá dăm

D o điều k iệ n tạo thành như v ậ y nên đá trầm tích c ó c á c đặc tính c h u ng là: c ó tính phân lớp rõ rệt, c hi ề u dày, màu sắc, thành phần, độ lớn c ủ a hạt, độ cứng củ a c á c lớp

cũ n g khác nhau C ườn g đ ộ n én t heo phương v u ô n g g ó c v ớ i c ác lớp lu ôn luôn c a o hơn cường độ nén theo phương s o n g s ong với thớ.