Chương 1 các tính chất cơ lý của vật liệu CI 2037 vật LIỆU xây DỰNG building materials for civil engineers and

• Tuỳ theo loại vật liệu mà có cách xác định thể tích đặc:• Khối lượng riêng của VL phụ thuộc vào thành phần hóa và khoáng 4.1.. - m: khối lượng vật liệu ở trạng thái khô g, kg, tấn - Vo

CẤU TRÚC CỦA VẬT LIỆU

CẤU TRÚC VĨ MÔ CẤU TRÚC VI MÔ CẤU TẠO CHẤT

THÀNH PHẦN HOÁ HỌC THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT THÀNH PHẦN PHA

TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU

1 Giới thiệu

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu

Cấu trúc vĩ mô – bê tông AAC Cấu trúc rỗng vĩ mô của Bê tông thường

1 Giới thiệu: Cấu trúc vĩ mô và vi mô

Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng, ĐHBK TpHCM -Vật Liệu xây dựng-CI2037- 2020

Portlandite, syn; Gismondine Calcite, syn; GismondineDolomite, ferroanCalcite, syn; Gismondine

tobermorite, 9A; GismondineKatoite, silicatian; tobermorite, 9A; GismondinePortlandite, syn; Katoite, silicatian; tobermorite, 9A; Gismondine Calcite, syn; Gismondine

Calcite, syn; Gismondine Katoite, silicatian; Dolomite, ferroan; Gismondine Calcite, syn; tobermorite, 9A; Gismondine tobermorite, 9A; Dolomite, ferroan; Gismondine

Calcite, syn; Portlandite, syn Calcite, syn; tobermorite, 9A

Calcite, synDolomite, ferroantobermorite, 9APortlandite, syn; Dolomite, ferroanPortlandite, syn

Calcite, syn Calcite, syn; tobermorite, 9A

Portlandite, syn Portlandite, syn; Dolomite, ferroan

Portlandite, syn

Calcite, syn Calcite, syn; Portlandite, syn; Dolomite, ferroan

Calcite, syn; Portlandite, syn Calcite, syn

• Tính toán phối trộn các loại vật liệu thành phần với nhau đểtạo ra một vật liệu mới (Vd: tính cấp phối bê tông).

• Kiểm soát quá trình sản xuất, Vd: cường đô bê tông thực tế

Rthietke cho căng cáp

• Kiểm soát tính chất quá trình phát triển sản phẩm mới

• Các thí nghiệm được thực hiện trong một điều kiện, trình

tự, dụng cụ, mẫu thử được quy định chặt chẽ, gọi làphương pháp thử (test standard) Để đảm bảo các kết quả

có thể được công nhận lẫn nhau

• Các tiêu chuẩn quốc gia phổ biết nhất đang được sử dụngrộng rãi: TCVN (Việt Nam), ASTM (Mỹ), DIN( Đức), ISO-EN(Quốc tế)

• Phần lớn các tính chất cơ bản được xác định bằng thực

tiếp hay gián tiếp

3 Mục đích và p.pháp xác định (tt)

• Thiết bị thí nghiệm được chế tạo phù hợp với tiêu chuẩn thínghiệm cụ thể, mỗi thiết bị có một phạm vi sử dụng nhất định

- m: khối lượng vật liệu ở trạng thái khô (g, kg, tấn)

- Va: thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu (cm 3 , m 3 )

• Tuỳ theo loại vật liệu mà có cách xác định thể tích đặc:

• Khối lượng riêng của VL phụ thuộc vào thành phần hóa và khoáng

4.1 Khối lượng riêng (tt)

vào chất lỏng, thể tích chất lỏng dâng lên là thể tích đặc

bình tỷ trọng có chứa chất lỏng không phản ứng với bột ->

• Tiêu chuẩn thí nghiệm: Tùy thuộc vào từng loại vật liệu cụ thể

Cân điện tử CAS model ED-H, 3kg, 0.1g

4.1 Khối lượng riêng (tt) – thiết bị và dụng cụ

CAS model SW1, 5kg, 0.5g

Cân phân tích CAS CATX234

Thước kẹp điện tử Mitutoyo – 150mm

• Các loại dùng cân vật liệu trong nước

4.1 Khối lượng riêng (tt) – thiết bị và dụng cụ

20 4.1 Khối lượng riêng (tt) – Tiêu chuẩn thí nghiệm

- Tiêu chuẩn quốc gia, tiêu chuẩn cơ sở, theo Luật đo lường

- Luật khuyến kích áp dụng tiêu chuẩn về đo lường chất lượng

- ASTM C128, C188; AASHTO T133

- TCVN 4030:2003 (xi măng phương pháp xác định độ mịn)

- Khối lượng riêng của đất xây dựng: TCVN 4195:2012

- Yêu cầu kỹ thuật (quy định về các giá trị ngưỡng đối với VL)

- Phương pháp thử

- Tiêu chuẩn thiết kế (k.cấu bê tông, thép, gỗ, kính, nền móng)…

20 4.1 Khối lượng thể tích (Weight density)

Là khối lượng của một đơn vị thể tích VL ở trạng thái tự nhiên(kể cả lỗ rỗng) và khô hoàn toàn

- m: khối lượng vật liệu ở trạng thái khô (g, kg, tấn)

- Vo: thể tích ở trạng thái tự nhiên của vật liệu (cm 3 , m 3 )

• Khối thể tích VL phụ thuộc vào cấu trúc vật liệu

• Dựa vào KLTT của VL có thể dự đoán một số tính chất cơ học, thể tích và phương tiện vận chuyển

- Tuỳ theo loại vật liệu mà có cách xác định thể tích tự nhiên:

Eq 4.2

- VL rời hoặc lỏng: dùng thùng đong biết trước thể tích, sau đó cân xác định khối lượng vật liệu trong thùng

V0 = V2 – V1 – Vparafin = V2 -V1 - (m2-m1)/parafin

4.1 Khối lượng thể tích (Weight density) - tt

- XM ở trạng thái lèn chặt = 1.4, - Bêtông thường = 2.2 ~ 2.4

- Cát = 1.4 ~ 1.6 - Gạch 4 lỗ đất sét nung = 1.2

• Khối lượng thể tích của Đá xây dựng: TCVN 10322:2014

20 4.1 Khối lượng riêng (tt) – thiết bị và dụng cụ

EN 1097-3, ASTM C29, BS 812 For determining

the weight per m³ and voids of aggregates

Cân bàn CAS model DB-II, 150kg, độ phân giải 50g

20 4.1 Khối lượng thể tích (Weight density) - tt

• Trong thực tế khối lượng thể tích thường được sử dụng trong các trường hợp

- Ước tính tải trọng tác dụng lên công trình

- Ước tính thể tích vật liệu để vận chuyển

- Kiểm tra độ đầm chặt của đất nền, vật liệu làm đường…

- Va: thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu (cm 3 , m 3 )

- Vo: thể tích ở trạng thái tự nhiên của vật liệu (cm 3 , m 3 )

- Vr: thể tích rỗng của vật liệu (cm 3 , m 3 )

- Vd: thể tích ở trạng thái tự nhiên của vật liệu (cm 3 , m 3 )

• Lỗ rỗng trong VL bao gồm lỗ rỗng kín và hở, VL có nhiều lỗ rỗng kín thì cách nhiệt và chống thấm tốt, ngược lại thì độ hút ẩm cao.

• Đối với VL hạt rời, khi xác định độ rỗng thì bỏ qua độ rỗng bên trong hạt Chỉ tính độ rỗng giữa các hạt với nhau.

4.4 Độ rỗng của vật liệu (Porosity)

20 4.5 Độ mịn của vật liệu rời (fineness of pouros materials)

- Độ mịn của là đại lượng đánh giá kích thước hạt cùa nó

- Độ mịn ảnh hưởng khả năng hoạt động hoá học và phân táncủa các hạt trong môi trường

silica fume (0.1m-1m)Nước

Phụ gia siêu dẻo

Sợi

4.5 Độ mịn của vật liệu rời (fineness of poros materials)

Các thành phần tạo nên bê tông tính năng cao đều sử dụng các vật liệu có độ mịn cao và siêu mịn

20 4.5 Độ mịn của vật liệu rời – Thiết bị thí nghiệm

Bộ rây sàng xác định độ mịn của hạt vật liệu

20 4.5 Độ mịn của vật liệu rời – Thiết bị thí nghiệm

PC-controlled Blaine air permeability apparatus, fully automatic

EN 196-6, ASTM C204, BS 4550 Humbold Mfg (Mỹ), Testing (Đức )

Bộ thiết bị Blaine đo độ mịnbẳng tỉ diện tích bề mặt

- mn: KL nước có trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm (g, kg)

- ma: KL của vật liệu ở trạng thái ẩm tại thời điểm thí nghiệm (g, kg)

- mk: KLVL sau khi sấy khô hoàn toàn ở 105-110 o C (g, kg)

y Gauges

4.56 Độ ẩm của vật liệu rời – Thiết bị thí nghiệm

Moisture meter Cân xác định

độ ẩm

• Độ ẩm của vật liệu phụ thuộc vào môi trường (nhiệt độ, độ

ẩm, áp suất) mà vật liệu ở trong đó,

• Độ ẩm của vật liệu tăng thì cường độ cơ học giảm và khảnăng cách nhiệt cũng giảm

4.56 Độ ẩm của vật liệu rời – Ảnh hưởng của độ ẩm

• Nếu độ ẩm của chất kết dính tăng thì chất lượng vật liệu giảm

• Độ ẩm cốt liệu sẽ ảnh hưởng đến lượng nước nhào trộn của

bê tông

• Phụ thuộc vào cấu trúc rỗng của vật liệu (rỗng kín hay rỗng

hở, độ rỗng cao và mật độ lổ rỗng hở nhiều thì độ ẩm cànglớn)

- Độ hút nước theo khối lượng

- Độ hút nước theo thể tích

% 100

k

k k

n

m m

m

- mn: KL nước mà VL hút vào (g, kg)

- mu: KL của VL sau khi đã hút nước (g, kg)

- mk: KL của VL sau khi sấy khô hoàn toàn ở 105-110 o C (g, kg)

khối lượng nước mà vật liệu hút vào và khối lượng vật liệukhô hoàn toàn

4.7 Độ hút nước của vật liệu

Eq 4.7a

- Vn : TT nước mà VL hút vào sau khoảng t.gian nhất định (cm 3 , dm 3 )

- V0 : TTVL ở trạng thái tự nhiên, khô hoàn toàn (cm 3 , dm 3 )

- 0, n : KLTT của VL và KLR của nước tương ứng (g/cm 3 , kg/dm 3 )

- mn : KL nước mà VL hút vào sau khoảng thời gian nhất định (g, kg)

- mu: KL của VL khi đã hút nước sau khoảng t.gian nhất định (g, kg)

- mk: KL của VL sau khi sấy khô hoàn toàn ở 105-110 o C (g, kg)

- Độ hút nước theo thể tích: là tỷ số (tính bằng %) giữa thểtích nước mà vật liệu hút vào (trong khoảng thời gian nhất định)

và thể tích vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn

4.7 Độ hút nước của vật liệu (tt- theo thể tích)

4.7 Độ hút nước của vật liệu (tt)

• Ảnh hưởng của độ ẩm đến tính chất của VL

- Làm gia tăng độ ẩm của vật liệu, gây bất tiện trong quátrình sử dụng (mặt tường ẩm ướt rất khó chịu)

- Cường độ của vật liệu (trong quá trình khai thác giảm)

- Làm tăng khả năng ăn mòn cốt thép trong bê tông

- Làm hư hỏng các lớp vật liệu chịu nước kém (tấm dánsàn, lớp bột trét sơn nước, thấm mốc)

- Tạo ra một chuỗi chu trình khô - ẩm dẫn thể tích giảm,tạo ra ứng suất kéo-nén  gây nứt bề mặt

20 4.7 Độ hút nước của vật liệu (tt)-Ảnh hưởng độ hút nước

Nấm mốc của màng sơn Nưt tường trên lớp hồ mặt ngoài do hút nước

Môi trường ẩm ướt làm vật liệu hút ẩm và gây ăn mòn điện hóa cột thép cọc BTCT

- Độ bão hoà nước là chỉ tiêu đánh giá khả năng hút nước tối

đa của vật liệu trong điều kiện cưỡng bức

m

4.8 Độ bão hòa nước của vật liệu

BH n

4.8 Độ bão hòa nước của vật liệu (tt-theo thể tích)

(hay mức suy giảm cường độ).

- R BH : Cường độ ở trạng thái bão hoà nước

- R k : Cường độ ở trạng thái khô hoàn toàn

4.9 Hệ số mềm hóa của vật liệu

Hệ số mềm hoá là tỷ số giửa cường độ vật liệu ở trạng thái

Eq 4.9

- H : Chiều cao cột nước áp lực (cm)

- d : Chiều dày mẫu thí nghiệm (cm)

4.10 Tính thấm nước của vật liệu (water permeability)

4.10 Tính thấm nước của vật liệu (tt)

tạp Đối với các loại đá nhân tạo như bê tông, thấm xuất phát

từ cấu trúc, độ đặc sít và các khuyết tật xuất hiện trong vòngđời của kết cấu

• Trong thiết kế các công trình chịu áp lực, như bể chứa đườngống dẫn, vỏ hầm… hệ số thấm cần thiết để tính toán khảnăng thấm của áp lực nước bên ngoài

• Trong thi công, từ thí nghiệm có thể sử dụng các loại vật liệuđược kiểm tra đảm bảm an toàn thấm cho công trình

• Vật liệu chống thấm cho công trình là thị trường lớn…

20 4.10 Tính thấm nước của vật liệu-Thiết bị thí nghiệm

• Thiết bị thí nghiệm thấm xác định khả năng kháng thấm của bê tông, loại có xác định lượng nước xuyên qua (trái-xác định hế số thấm) và không xác đinh lượng nước xuyên qua (phải)

• Tiêu chuẩn: EN 12390-8, ISO 7031 und UNI 9533

20 4.10 Tính thấm nước của vật liệu-Thiết bị thí nghiệm

• TCVN 3116:1993 - Bê tông nặng - Phương pháp xác định độ chống thấm nước

- Độ chống thấm nước của bê tông được xác định bằng cấp áp lực nước tối đa mà ở đó bốn trong sáu viên mẫu thử chưa bị nước xuyên qua Cáp chống thấm = áp lực tối đa - 2 daN/cm 2

- Mức chống thấm của bê tông: B2, B4, Bb, B8, B10 và B12.

20 4.11 Tính truyền nhiệt (Thermal Conductivity)

Tính dẫn nhiệt của VL là khả năng truyền nhiệt lượng Để đánhgiá mức độ truyền nhiệt lượng người ta dùng hệ số dẫn nhiệt 

T t

t F

- Q: Lượng nhiệt truyền qua tường (Kcal)

- a : Chiều dày tường (m)

- F : Diện tích của tường (m 2 )

- T : Thời gian truyền nhiệt (h)

- t o , t o : Nhiệt độ 2 bề mặt đối xứng của tường

Eq 4.11a

0 0196

) 1

• Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi nung nóng

• Nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt) là nhiệt lượng cần cung cấp để

) ( t2o t1o

m C

- Q: Lượng nhiệt vật liệu thu vào (Kcal)

- C : Tỷ nhiệt hay nhiệt dung riêng của vật liệu (kCal/kg o C)

- m : Khối lượng vật liệu (kg)

- t1o , t2o : Nhiệt độ vật liệu trước và sau khi nung nóng

4.12 Nhiệt lượng, nhiệt dung riêng (Specific heat)

Eq 4.12a

0 1

% 01

.

0

W

C W

- C: Tỷ nhiệt hay nhiệt dung riêng của vật liệu khô (kCal/kg o C)

- CW : Tỷ nhiệt hay nhiệt dung riêng của vật liệu ở độ ẩm W (kCal/kg o C)

1 1

- Ci: Tỷ nhiệt hay nhiệt dung riêng của thành phần thứ i (kCal/kg o C)

- mi : Khối lượng của thành phần thứ i (kg)

4.12 Nhiệt lượng, nhiệt dung riêng (các yếu tố ảnh hưởng)

Eq 4.12b

Eq 4.12c

20 4.13 Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa của bê tông

Cảm biến đo nhiệt độ TPS sensor, model Hot Disk 4922, spiral

Thời gian (giờ)

KHU 2 - KHU GIỮA

#4- Giữa Trên

#5-Giữa Giữa

#6-Giữa Dưới

#5-#4: Giữa giữa - Giữa trên

#5-#6: Giữa giữa - Giữa dưới

Tmax: 72.6 o C

∆Tmax= 15.9 o C (MT)max = 13.25 o C/m

Tmax: 71.0 o C

∆Tmax= 13.1 o C (MT)max = 11.6 o C/m

4.13 Thí nghiệm đo nhiệt thủy hóa của bê tông

20 Câu hỏi và trả lời (QA)

1) Trọng lượng riêng của vật liệu ảnh hưởng đến những đặc tính sử dụng nào ?

2) Vật liệu có hệ số thấm cao có nên được sử dụng làm tường bao che hay không?

3) Cấu trúc bên trong của vật liệu cách nhiệt nên như thế nào

để có hiệu quả cao?

4) Chống thấm theo anh chị để làm gì? nêu biện pháp thực hiện theo cách anh chị có thể hình dung được?

5) Tập hợp các giá trị khối lượng thể tích, khối lượng riêng của 20 loại vật liệu xây dựng mà anh chị biết.