Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải

Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải Vật liệu xây dựng Ths. Trần Long Giang Trường Đại học Hàng hải

ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CÔNG TRÌNH THỦY

BÀI GIẢNG ĐẠI HỌC MÔN

VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Ban hành lần 1

Giảng Viên Phó trưởng bộ môn Phó chủ nhiệm khoa

HẢI PHÒNG 12/12/2006

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của tất cả các ngành kỹ thuật, như chế tạo máy, luyện kim, kỹ thuật

điện và điện tử, xây dựng dân dựng và công nghiệp, xây dựng cầu đường…đều liên quan

đến vật liệu ở lĩnh vực nào cũng cần đến vật liệu với tính năng ngày càng đa dạng và

chất lượng ngày càng cao Vì vậy phát triển vật liệu đã trở thành một trong những mũi

nhọn của nền kinh tế mỗi nước

Trong lĩnh vực xây dựng, vật liệu xây dựng chiếm một vị trí đặc biệt, quyết định

chất lượng và tuổi thọ của công trình xây dựng Do đó kiến thức về vật liệu xây dựng đã

trở thành yêu cầu quan trọng đối với các ngành kỹ thuật xây dựng và các ngành liên quan

khác Người kỹ sư xây dựng cần nắm bắt được những kiến thức cơ bản về vật liệu xây

dựng nói chung, các tính năng và phạm vi sử dụng của từng nhóm vật liệu nói riêng, từ

đó có thể lựa chọn đúng loại vật liệu cần thiết sử dụng cho mục đích cụ thể, đáp ứng các

yêu cầu kỹ thuật và kinh tế mong muốn

Trọng tâm kiến thức trong lĩnh vực vật liệu xây dựng là sự hiểu biết chung về mối

quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, đối với vật liệu kết cấu chủ yếu là tính chất cơ học, đối

với vật liệu chuyên dùng có thể là tính cách nhiệt, cách âm, tính chống ăn mòn, tính

chống thấm nước, thấm hơi và thấm khí…

Tài liệu này bám sát yêu cầu của hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước

ngoài có liên quan Người biên soạn cố gắng sử dụng những hiểu biết và kinh nghiệm,

đồng thời tham khảo các giáo trình giảng dạy đại học và các tài liệu về vật liệu xây dựng

của một số trường đại học xuất bản trong những năm gần đây Tuy nhiên do trình độ còn

giới hạn, nên bài giảng còn có những sai sót, rất mong nhận đựơc ý kiến đóng góp từ phía

người đọc

Người biên soạn xin chân thành cảm ơn!

Người biên soạn

Mục lục

MỤC LỤC

Lời nói đầu LNĐ-1 Mục lục ML-1 Danh mục ký hiệu DMKH-1 Chương 1 Tính chất và cấu trúc của vật liệu xây dựng 1-1

1.1 Khái niệm chung 1-1 1.2 Tính chất vật lý 1-1 1.3 Tính chất cơ học 1-4 1.4 Tuổi thọ 1-6

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit 2-1

2.1 Khái niệm chung 2-1 2.2 Thành phần và cấu tạo của Composit 2-1 2.3 Sự làm việc đồng thời của vật liệu nền và cốt 2-3 2.4 Tính toán composit sợi carbon và thuỷ tinh 2-4

Chương 3: Đá thiên nhiên 3-1

3.1 Khái niệm chung 3-1 3.2 Đá thiên nhiên 3-1 3.3 Vật liệu đá thiên nhiên 3-3 3.4 Biện pháp bảo vệ 3-4

Chương 4 Bê tông 4-1

4.1 Khái niệm chung 4-1 4.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng 4-1 4.4 Tính toán thành phần bê tông 4-8 4.5 Các dạng bê tông 4-11 4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông 4-12

Chương 5 Vữa xây dựng 5-1

5.1 Đặc điểm 5-1 5.2 Nguyên liệu chế tạo vữa 5-1 5.3 Tính chất của hỗn hợp vữa 5-2 5.4 Vữa xây 5-3 5.5 Vữa trát 5-4 5.6 Thiết kế hỗn hợp vữa xây 5-4

Chương 6: Vật liệu gốm xây dựng 6-1

6.1 Khái niệm và phân loại 6-1

Mục lục

6.2 Nguyên liệu sản xuất và tính chất của nguyên liệu 6-1 6.3 Công nghệ sản xuất và các sản phẩm gốm xây dựng 6-3 6.4 Gạch gốm ốp lát 6-5 6.5 Sản phẩm sành dạng đá 6-5

Chương 7 Chất kết dính vô cơ 7-1

7.1 Khái niệm chung 7-1 7.2 Vôi rắn trong không khí 7-1 7.3 Thạch cao 7-2 7.4 Thuỷ tinh lỏng 7-2 7.5 Ximăng pooclăng và ximăng đặc biệt 7-4

Chương 8 Chất kết dính hữu cơ và vật liệu chế tạo từ chất kết dính

hữu cơ 8-1

8.1 Giới thiệu chung 8-1 8.2 Vật liệu để chế tạo bê tông asfalt 8-1 8.3 Thiết kế thành phần bê tông asfalt 8-3 8.4 Công nghệ chế tạo bê tông asfalt 8-4

Danh mục chỉnh sửa DMCS-1 Tài liệu tham khảo TLTK-1

Hp - Độhút nước của vật liệu đượcbiểu thị theo phần trăm khối lượng;

Hv - Độhút nước của vật liệu đượcbiểu thị theo phần trăm thể tích;

Gk- khối lượng mẫu khi khô;

Gư – khối lượng mẫu khi hút no nước;

Vn – Thể tích của nước mà vật liệu hút vào;

γan - khối lượng riêng của nước;

Q – Nhiệt lượng truyền qua vật liệu khi thí nghiệm (kCal);

a – Chiều dày để nhiệt truyền qua (m);

F – Diện tích truyền nhiệt (m2);

λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở ttb;

ttb –nhiệt độ trung bình của vật liệu;

t – thời gian truyền sóng siêu âm (s);

t0 – thời gian hiệu chỉnh (s) phụ thuộc vào vị trí của thiết bị;

K - hệ số;

D - đường kính của viên bi;

εc, εsεn - biến dạng tương đối của composit, của sợi và của nền;

ai - lượng sót riêng biệt;

mi - tỉ số % lượng sót trên từng sàng;

m - toàn bộ lượng cát đen thí nghiệm;

Ai (%) - lượng sót tích luỹ trên từng sàng;

M - môđun độ lớn;

S - bề mặt riêng, cm2/g;

Nyc - Lượng nước yêu cầu, %;

Rk1, Rk2, .Rkn: cường độ chịu nén của từng cấp cốt liệu lớn quy đổi từ độ ép dập trong xilanh, kG/cm2;

x1, x2, xn: hàm lượng mỗi cấp hạt trong hỗn hợp cốt liệu, %;

Dmax - đường kính lớn nhất của cốt liệu;

Dmin - đường kính nhỏ nhất của cốt liệu;

PT- Độ phân tầng;

S1 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ống 1, cm;

S3 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ống 3, cm;

Gn - Độ giữ nước của hỗn hợp vữa;

S1 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ban đầu, cm;

S2 - độ lưu động của hỗn hợp vữa sau khi hút chân không;

K - hệ số phụ thuộc mác vữa;

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

Chương 1

CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.1 Khái niệm chung

Trọng tâm của kiến thức vật liệu xây dựng là sự hiểu biết chung về mối quan hệ

giữa cấu trúc và tính chất, đối với vật liệu kết cấu chủ yếu là tính chất cơ học, đối với vật

liệu chuyên dùng có thể là tính cách nhiệt cách âm, tính chống ăn mòn, tính chống thấm

nước, thấm hơi và thấm khí

Vật liệu xây dựng được phân loại theo 2 cách chính:

Theo bản chất

- Vật liệu vô cơ: các loại đá thiên nhiên, các loại vật liệu nung, các chất kết dính vô

cơ, bê tông, vữa và các loại vật liệu đá nhân tạo không nung khác

- Vật liệu hữu cơ: gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa bitum và guđrông, các

loại chất dẻo, sơn, vecni

- Vật liệu kim loại: gang, thép, kim loại màu, hợp kim

Theo nguồn gốc

- Vật liệu đá nhân tạo: hình thành bằng sự ximăng hoá các loại các loại cốt liệu

nhiều cỡ hạt hoặc các dạng khác thành 1 khối đồng nhất bằng chất thứ 2 (chất

kết dính) hoặc bằng liên kết thứ 2 (hoá, điện, kim loại ) trong điều kiện nhà

máy hay trực tiếp tại công trường Chúng được gọi là nhân tạo vì trên vỏ trái đất

còn có 1 nhóm vật liệu khác gọi là vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu đá thiên nhiên

hình thành trong 1 giai đoạn lịch sử lâu dài

- Vật liệu đá nhân tạo không nung: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc của chúng xẩy ra ở

nhiệt độ không cao lắm và sự hình thành cấu trúc là kết quả của sự biến đổi hoá

học và hoá lí của chất kết dính, ở trạng thái dung dịch (phân tử, keo, lỏng và rắn,

pha loãng và đậm đặc)

- Vật liệu đá nhân tạo nung: nhóm vật liệu mà sự rắn chắc của nó xẩy ra chủ yếu là

quá trình làm nguội của dung dịch nóng chảy Dung dịch đó đóng vai trò làm

Để xác định γ0 ta cần xác định khối lượng G và thể tích tự nhiên V0

Xác định G bằng cách cân vật liệu trực tiếp ở trạng thái khô để xác định γ0k hay ở

trạng thái ẩm (để xác định γ0w)

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

Thể tích V0 có thể xác định theo từng trường hợp cụ thể với vật liệu có hình dánh

hình học rõ ràng, không có hình dáng hình học hay với vật liệu dạng hạt

1.2.2 Khối lượng riêng

Khối lượng riêng (γa) là khối lượng của 1 đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn

toàn đặc:

a a

Khi xác định khối lượng G cần cân vật liệu sau khi đã sấy khô ở nhiệt độ t0 =105

- 1100C Khi xác định Va cần thực hiện theo một trong hai trường hợp sau:

Với vật liệu đặc xác định V a như xác định V 0

Với vật liệu rỗng ta nghiền vật nhỏ đến cỡ hạt lọt qua sàng 900 lỗ/cm2 để loại trừ

Vd

0

0

0 a

r

d V

V V V

γγ

γγ

Để đánh giá chính xác các tính chất của vật liệu cần xác định độ rỗng toàn phần

(công thức trên) và độ rỗng hở Độ rỗng hở của vật liệu được xác định bằng cách cho vật

liệu bão hoà nước

1.2.4 Độ hút nước và độ hút nước bão hoà

Độhút nước của vật liệu đượcbiểu thị theo phần trăm khối lượng (Hp) hay thể tích

(Hv)

an n

k n

v

k

k p

V

G G V

V H

G

V G H

γ

%100

%100

0 0

=

=

=

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

Sự liên hệ của hai đại lượng này có thể biểu diễn theo công thức:

Mức độ nước bị hút vào vật liệu được đánh giá bằng hệ số bão hoà nước (Cbh)

Trong đó:

Gk- khối lượng mẫu khi khô

Gư – khối lượng mẫu khi hút no nước

Vn – Thể tích của nước mà vật liệu hút vào

γan - khối lượng riêng của nước

Khi thí nghiệm xác định độ hút nước ta đem sấy khô mẫu ở nhiệt độ t0=105-1100C

rồi ngâm mẫu ngập trong nước khoảng 3x24h

Độ hút nước bão hoà được thực hiện bằng một trong 2 cách sau:

Thả vật liệu khô ngập trong nước, đem đun sôi, để nguội rồi vớt ra

Cho vật liệu khô ngập trong nước, hạ áp suất trên mặt thoáng của nước xuống còn

20mmHg, sau khi thoát hết bọt khí khôi phục lại áp suất thường trong 2h

0

1 t t F

a Q

−

=

Trong đó:

Q – Nhiệt lượng truyền qua vật liệu khi thí nghiệm (kCal)

a – Chiều dày để nhiệt truyền qua (m)

F – Diện tích truyền nhiệt (m2)

t1, t2 - nhiệt độ ở 2 bề mặt mẫu (0C)

t - Thời gian thí nghiệm (h)

Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và cấu tạo của vậtliệu thể hiện bởi công thức:

14 , 0 22 0 0196

Hệ số truyền nhiệt của vật liệu thay đổi, phụthuộc vào nhiệt độ trung bình của mẫu

thí nghiệm, theo công thức Vlaxov:

)002.01

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

Trong đó:

o

λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 00C;

t

λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở ttb;

ttb –nhiệt độ trung bình của vật liệu;

1.3 Tính chất cơ học

1.3.1 Tính biến dạng của vật liệu

Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dạng, kích thước

dưới sự tác động của tải trọng bên ngoài Dựa vào đặc tính biến dạng người ta chia ra

biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Biến dạng đàn hồi là biến dạng hoàn toàn mất đi khi

loại bỏ nguyên nhân gây ra biến dạng Còn biến dạng dẻo thì không mất đi khi loại bỏ

nguyên nhân gây biến dạng

Biến dạng đàn hồi thường xảy ra khi tải trọng tác dụng bé và ngắn hạn Tính đàn

hồi được đặc trưng bằng môđun đàn hồi E

ε - biến dạng đàn hồi, được xác định bằng biến dạng tương đối – tỷ số giữa biến

dạng tuyệt đối ∆l so với chiều dài ban đầu l của mẫu

Điều kiện của biến dạng đàn hồi: ngoại lực tác dụng lên vật chưa vượt quá lực

tương tác giữa các chất điểm của nó Do đó công của ngoại lực sẽ sinh ra nội năng và khi

bỏ ngoại lực nội năng lại sinh ra công đưa vật liệu trở về vị trí ban đầu

Khi lực tác dụng đủ lớn và lâu dài thì ngoài biến dạng đàn hồi còn xuất hiện biến

dạng dẻo Nguyên nhân là lực tác dụng đã vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm và

phá vỡ cấu trúc của vật liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tương đối Do đó biến

dạng vẫn còn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực Biến dạng dẻo của vật liệu dẻo lý tưởng tuân

theo định luật Niutơn:

Trong vật liệu xâydựng thường có cả tính đàn hồi và tính dẻo Do đó biến dạng ε là

biến dạng tổng cộng của biến dạng dư εd và biến dạng đàn hồi εđh

Dựa vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng người ta phân ra vật liệu loại dẻo, giòn

và đàn hồi Vật liệu dẻo là vật liệu trước khi phá hoại có biến hình dẻo rõ rệt (thép), còn

vật liệu giòn thì ngược lại

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

Hiện tượng mà biến dạng dẻo tăng theo thời gian khi ngoại lực không đổi tác dụng lâu

dài lên vật liệu rắn gọi là hiện tượng từ biến Nếu giữ cho biến hình không đổi, dưới tác

dụng của ngoại lực, ứng suất đàn hồi cũng sẽ giảm dần theo thời gian, đó là hiện tượng

chùng ứng suất

1.3.2 Cường độ

Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại của ứng suất gây ra do

ngoại lực hoặc các yếu tố khác Cường độ của vật liệu được xác định bằng cường độ giới

hạn R ở một dạng biến dạng cho trước đối với vật liệu giòn (đá thiên nhiên, bê tông, vữa

xây dựng, gạch, ) đặc trưng chủ yếu của cường độ là cường độ nén giới hạn Vì vật liệu

xây dựng không đồng nhất, nên cường độ giới hạn được xác định bằng kết quả trung bình

khi thí nghiệm một tổ mẫu (thường không ít hơn 3 mẫu) Dựa vào cường độ giới hạn,

người ta định ra mác của vật liệu

Có 2 phương pháp xác định cường độ của vật liệu: phương pháp phá hoại và

phương pháp không phá hoại Trong phương pháp phá hoại, cường độ của vật liệu được

xác định trên những mẫu tiêu chuẩn Trong phương pháp không phá hoại, phương pháp

âm học đựoc sử dụng rộng rãi nhất Cường độ của vật liệu gián tiếp được đánh giá qua

tốc độ truyền sóng siêu âm qua nó Đối với vật liệu hỗn hợp (bê tông) người ta thường

dùng phương pháp siêu âm xung

Nguyên lí làm việc của máy: Bộ máy xung truyền xung động điện đến độ phát siêu

âm, tại đây xung động điện biến thành sóng siêu âm truyền qua vật liệu đến bộ phận biến

giao động thành giao động điện qua bộ khuếch đại để đếnmàn hình chỉ báo

Tốc độ truyền sóng siêu âm v (cm/gy) được xác định theo công thức:

0

t t

t – thời gian truyền sóng siêu âm (s)

t0 – thời gian hiệu chỉnh (s) phụ thuộc vào vị trí của thiết bị

Dựa vào v ta có thể tìm được cường độ của vật liệu dưạ vào cách tra đồ thị

1.3.3 Độ cứng

Độ cứng là tính chất của vật liệu chống lại tác dụng đâm xuyên của vật liệukhác

cứng hơn

Độ cứng của vật liệu khoáng được đánh giá bằng bảng thang Morh, gồm có 10

khoáng vật mẫu được xắp xếp theo độ cứng tăng dần

Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng của khoáng vật nào đó mà khoáng

vật đứng ngay trước nó không rạch được vật liệu, còn khoáng vật đứng ngay sau nó lại dễ

dàng rạch được vật liệu đứng trước

Độ cứng của kim loại, gỗ, bê tông v.v có thể được xác định bằng phương pháp

Brinen Độ cứng của vật liệu được xác định dựa vào lực ép P lên viên bi thép có đường

kính D và vết lõm có đường kính d do viên bi để lại trên bề mặt vật liệu:

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

2 2(

2

d D D D

P F

P HB

−

−Π

K là hệ số, đối với kim loại đen K=30, kim loại màu K=10, kim loại mềm K=3

D là đường kính của viên bi, có thể là 10; 5; 2.5; 1mm

1.3.4 Độ cọ mòn

Độ cọ mòn (Mn) phụ thuộc vào độ cứng, cường độ và cấu tạo nội bộ của vật liệu

Nếu khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm là m1, khối lượng của mẫu sau khi cho

máy mài mòn quay 1000 vòng trên mâm quay có rắc 2,5 lít cát cỡ hạt 0,3-0,6mm là m2 và

có diện tích tiết diện mài mòn là F thì:

F

m m

Độ hao mòn Q (%) đặc trưng cho độ hao hụt vật liệu vừa do cọ mòn vừa do va

chạm Độ cọ mòn được thí nghiệm trên máy Đevan Nếu khối lượng của hỗn hợp vật liệu

trước khi thí nghiệm là m1 (5kG) và sau khi thí nghiệm (máy quay 10.000 vòng rồi sàng

qua sàng 2mm ) là m2 thì

%1001

2 1

m

m m

Dựa vào độ hao mòn của vật liệu được phân ra các loại : chống hao mòn rất khoẻ

(Q < 4%), khoẻ (Q = 4 - 6%); trung bình (Q = 6 -10 %), yếu ( Q = 10 - 15%) và rất yếu

(Q > 15%)

1.3.6 Hệ số phẩm chất

Hệ số phẩm chất hay còn gọi là hệ số chất lượng kết cấu của vật liệu là một đại

lượng đặc trưng bằng tỷ số giữa cường độ tiêu chuẩn (kG/cm2) và khối lượng thể tích tiêu

chuẩn (không thứ nguyên nhưng giá trị tính bằng T/m3)

Đối với một số loại vật liệu xây dựng có Kpc như sau: Chất dẻo sợi thuỷ tinh:

4500/2=2250; gỗ 100/0,5=200; thép cường độ cao:1000/7,85=127; thép thường:

3900/785=497; bê tông nhẹ: 400/1,8 = 222; bê tông nặng: 400/2,4 = 167; gạch 100/1,8 =

56

1.4 Tuổi thọ

1.4.1 Khái niệm

Tuổi thọ là tính chất của vật liệu giữ được khả năng làm việc trong thời gian nhất

định Đây là chỉ tiêu tính chất tổng hợp Thông thường quá trình sử dụng, tiếp xúc trực

tiếp với môi trường, thành phần và tính chất của vật liệu bị thay đổi (thường giảm theo

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng thời gian) Đến một lúc nào đó công trình mất khả năng sử dụng (phai sửa chữa, thay thế

hoặc làm lại) Tuổi thọ của vật liệu và của công trình có mối quan hệ chặt chẽ với nhau

Những công trình khó sửa chữa và khó thay thế thì tuổi thọ của vật liệu phải lớn hơn tuổi

thọ công trình

Để xác định tuổi thọ của vật liệu người ta dùng phương pháp quan sát thực tế những

biến đổi tính chất của nó (phương pháp này đòi hỏi thời gian quan trắc dài, đến hàng chục

năm) hoặc dùng phương pháp mô phỏng những yếu tố tác động lên vật liệu trong quá

trình sử dụng với một cường độ mạnh lên nhiều lần để rút ngắn thời gian thí nghiệm Dựa

vào tuổi thọ, người ta có thể lựa chọn vật liệu sao cho phù hợp với công trình

1.4.2 Phương pháp xác định

Tính chất của vật liệu xây dựng được xác định dựa vào thành phần và cấu trúc rỗng

của nó Vì vậy để chế tạo vật liệu với những tính chất định trước cần phải hiểu rõ quá

trình hình thành cấu trúc và những biến đổi của các chất trong qúa trình công nghệ

Những vấn đề này phải được nghiên cứu ở cấu trúc vi mô cũng như phân tử và ion bằng

các phương pháp phân tích lý hoá

Phương pháp thạch học: được dùng để nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau;

clanke ximăng, đá ximăng, bê tông, thuỷ tinh, vật liệu chịu lửa, xỉ, vật liệu gốm Các

thiết bị dùng trong phương pháp này để nghiên cứu các đặc tính quang học của từng

khoáng chất, mà các đặc tính đó xác định cấu tạo bên trong của chúng Những tính chất

quang học chủ yếu của khoáng là các chỉ tiêu khúc xạ ánh sáng, mốc ánh sáng,

màu.v.v Hiện nay trong nghiên cứu thạch học đã xuất hiện nhiều phương pháp hiện đại

như phương pháp kính hiển vi phân cực, phương pháp kính hiển vi phản quang, phương

pháp kính hiển vi thấu quang

Phương pháp kính hiển vi điện tử: dùng để nghiên cứu màng tinh thể Kính hiển vi

điện tử hiện đại có độ phóng đại đến 3600.000 lần, có nghĩa là có thể nhìn thấy những hạt

có kích thước từ 0,3.10-9 đến 0,5.10-9m Nhờ những tia điện tử có sóng ngắn hơn sóng

ánh sáng nhìn thấy, người ta có thể xâm nhập sâu vào thế giới vimô Kính hiển vi điện tử

có thể nghiên cứu được hình dạng và kích thước của các tinh thể cực nhỏ; các quá trình

lớn lên và phá huỷ tinh thể; các quá trình khuếch tán; sự biến đổi pha khi gia công nhiệt

và làm nguội; cơ học biến dạng và phá huỷ

Phương pháp phân tích biểu đồ rơngen là phương pháp nghiên cứu cấu tạo và thành

phần của chất bằng thực nghiệm để thu nhiễu xạ của những tia rơngen trong các chất này

Tia rơngen có dao động điện từ ngang với ánh sáng nhìn thấy, nhưng có bước sóng ngắn

hơn Chùm tia rơngen được nhìn thấy trong ống rơngen nhờ kết quả của sự đụng chạm

của các điện tử catốt (-) với anốt (+) trong sự khác biệt lớn về điện thế Việc sử dụng bức

xạ rơngen để nghiên cứu các chất kết tinh có cơ sở là chiều dài các bước sóng của nó

Tương ứng với khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lưới kết tinh của các chất

Mạng này là lưới nhiễu xạ tự nhiên đối với tia rơngen Mỗi chất kết tinh đặc trưng bằng

một tập hợp những vạch nhất định trên ảnh chụp rơn gen Nhờ ảnh chụp rơngen người ta

có thể xác định được bản chất các pha kết tinh chứa trong vật liệu ảnh chụp rơngen các

hạt của mẫu đa khoáng được đối chiếu hoặc là với ảnh chụp các khoáng thành phần hoặc

là với số liệu trong bảng có sẵn Phương pháp phân tích thành phần pha bằng tia rơngen

dùng để kiểm tra nguyên liệu và sản phẩm, để điều khiển các quá trình công nghệ, cũng

như để dò khuyết tật

Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) dùng để xác định thành phần khoáng và

Chương 1 Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng ứng nhiệt Trong các quá trình vật lí và hoá học của sự biến đổi chất nhiệt năng có thể

được hút vào hoặc nhả ra Sự hút nhiệt sẽ sinh ra quá trình khử nước, phân li, nóng chảy

Sự nhả nhiệt trùng với các quá trình ôxy hoá, hình thành những liên kết mới, chuyển hoá

trạng thái vô định hình sang kết tinh Trong quá trình phân tích nhiệt nhờ 1 thiết bị để ghi

4 đường: đơn giản, nhiệt vi sai và các đường mất khối lượng tương ứng Nội dung của

phương pháp DTA là so sánh phẩm chất của vật liệu thử với 1 chất chuẩn Các quá trình

thu nhiệt thể hiện ở phần lõm của ảnh chụp nhiệt vi sai, còn quá trình toả nhiệt ở các đỉnh

của ảnh chụp

Phân tích quang phổ là phương pháp vật lí phân tích chất lượng và số lượng của các

chất dựa trên cơ sở bức xạ quang phổ của chúng Trong nghiên cứu vật liệu xây dựng chủ

yếu người ta sẽ dùng bức xạ quang phổ hồng ngoại Hoạt động của máy dựa trên tác dụng

giữa chất nghiên cứu với bức xạ điện từ ở vùng hồng ngoại Quang phổ hồng ngoại có

liên quan với năng lượng dao động của các nguyên tử và năng lượng xoay của các phân

tử và là một đặc trưng để xác định các nhóm và tổ hợp nguyên tử Máy chụp quang phổ

có thể ghi được các quang phổ hồng ngoại

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit

Chương 2

KHÁI NIỆM VỀ VẬT LIỆU COMPOSIT

2.1 Khái niệm chung

Vật liệu composit là một hệ thống dị thể (không đồng nhất) được chế tạo từ 2 cấu tử trở lên nhưng vẫn giữ nguyên được đặc tính của từng cấu tử

Một trong các cấu tử có đặc tính liên tục trên toàn bộ thể tích vật liệu được gọi là cấu tử nền, cấu tử khác có tính chất gián đoạn, bị phân cách trong toàn bộ thể tích của hệ thống được gọi là cấu tử cốt (làm đặc) Cấu tử nền có thể là hợp kim, gốm, polime, vô cơ

và polime hữu cơ Cấu tử cốt thường là các dạng hạt phân tán mịn, các dạng sợi thiên nhiên hoặc nhân tạo

Trong composit, các cấu tử tạo ra hiêu qủa tổng hợp, một chất lượng mới cho vật liệu khác với các tính chất của cấu tử ban đầu Trong composit kết cấu, đó là hệ số chất lượng, kết cấu cao, vượt xa thép đến 15 lần Dưới tác dụng của tải trọng, do tính dị hướng của composit mà biến dạng hình thành không trùng với ứng suất phát sinh

Nhờ việc giảm thể tích 4 lần, năng suất nâng cao 2-3 lần, thời gian sử dụng được nâng cao 2-3 lần 1 tấn composit về mặt lý thuyết có thể thay được 15-25 tấn thép Do có những ưu điểm như vậy việc sản xuất composit trên thế giới ngày 1 tăng Những loại vật liệu xây dựng thuộc composit có thể kể đến là bê tông, bê tông cốt thép, bê tông cốt sợi, ximăng amiăng, tấm sợi gỗ ép, chất dẻo thuỷ tinh

Việc xuất hiện tên “composit” có liên quan đến 1 hướng kỹ thuật hoàn toàn mới Đó

là việc hình thành 1 loại công nghệ chế tạo ra những vật liệu cường độ cao, chủ yếu dùng cho các ngành chế tạo máy, máy bay, vệ tinh Trong tương lai việc tạo ra 1 loại vật liệu mới cho xây dựng phải gắn liền với lý thuyết và công nghệ của loại vật liệu composit

2.2 Thành phần và cấu tạo của Composit

Tính chất cơ học và các tính chất khác của composit được xác định bằng 3 thông số

cơ bản: cường độ của cốt, cường độ của vật liệu nền và cường độ liên kết trên bề mặt phân chia nền và cốt

Vật liệu composit có nhiều loại Việc phân loại chúng dựa vào bản chất của các cấu

tử, của vật liệu nền, dựa vào dạng cốt liệu và sự xắp xếp của nó trong vật liệu nền

Theo dạng cốt, composit đươc chia thành 2 nhóm: dạng hạt phân tán tăng độ bền và dạng sợi Chúng khác nhau về cấu tạo và cơ chế tạo cường độ cao Composit hạt phân tán tăng độ bền là loại vật liệu mà những hạt mịn phân tán một cách đều đặn trong nền với hàm lượng thích hợp 2-4% Hiệu quả tăng độ bền là tuỳ thuộc vào kích thước và hàm lượng của các hạt Khi kích của hạt mịn là 0.001 đến 0.1 micromet thì thể tích hạt có thể đến 25% hoặc lớn hơn Trong loại composit này, tuy có cường độ, độ cứng, độ ổn định nhiệt cao nhưng độ dẻo vẫn đuợc giữ nguyên (thí dụ như các hạt phấn, mica, carbon, cát,

đá vôi trong nền bitum, cao su, polime nhân tạo)

Trong composit dạng sợi các sợi cường độ cao tiếp nhận ứng suất chủ yếu khi chịu tác dụng của ngoại lực và đảm bảo độ cứng cho composit Nét đặc biệt về cấu tạo của loại này là sự phân bố sợi một cách đều đặn trong toàn khối nền dẻo Phần thể tích sợi có thể đạt đến 75% hoặc lớn hơn

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit

Việc phân loại composit còn dựa theo phương pháp tạo cốt: composit có lớp cốt sợi song song liên tục; composit có các lớp cốt vải hoặc sợi phân bố trong hệ không gian hỗn độn

Theo bản chất của vật liệu nền composit còn phân ra: composit nền polime; composit nền kim loại; composit nền gốm; composit nền ximăng

Tuỳ theo bản chất của cốt sợi, composit trên 1 loại nền còn được phân ra các loại khác nhau Thí dụ, composit trên cơ sở nền polime được phân ra: chất dẻo sợi thuỷ tinh, chất dẻo sợi kim loại, chất dẻo sợi carbon, chất dẻo sợi hữu cơ v.v với các loại nền khác

ta cũng có thể đưa ra được các thí dụ tương tự

Cốt sợi cần phải đảm bảo được toàn bộ các yêu cầu sử dụng và các yêu cầu công nghệ của composit Đối với yêu cầu sử dụng thì composit phải thoả mãn về cường độ, độ cứng, độ đặc, tính ổn định trong khoảng nhiệt độ nhất định, độ ổn định hoá học

Cường độ composit tăng với sự tăng của mođun đàn hồi, năng lượng bề mặt các chất và giảm với sự tăng khoảng cách bề mặt của các phân tử cạnh nhau Như vậy, những vật liệu rắn cường độ cao cần phải có môđun đàn hồi cao, năng lượng bề mặt lớn và số các phần tử trong một đơn vị thể tích lớn Những nguyên tử beri, bo, carbon, nitơ, hidrô, nhôm, silic đều thoả mãn những yêu cầu đó Vật liệu bền nhất thường chứa một trong các nguyên tố này

Để làm cốt thường người ta hay sử dụng các loại sợi: thuỷ tinh, carbon, bo, hữu cơ cường độ cao, kim loại, cũng như các loại sợi và những tinh thể dạng sợi của cacbit, oxit nitrit và các chất khác Các cấu tử cốt thường ở dạng sợi đơn, chỉ, sợi dây, dây bện, lưới , vải, băng, xơ

Đối với các yêu cầu công nghệ cốt sợi phải tạo ra khả năng cho quá trình chế tạo sản phẩm có năng suất cao

Một yêu cầu không kém phần quan trọng đối với sợi là sự đồng thời giữa sợi và nền, có nghĩa là khả năng đạt được mối liên kết bền giữa sợi và nền mà vẫn giữ được tính chất cơ học ban đầu của các cấu tử

Vật liệu nền đảm bảo sự toàn khối cho composit, cố định hình dạng của sản phẩm,

và sự xắp xếp tương hỗ của sợi, đồng thời phân bố đều tải trọng tác dụng trên toàn bộ thể tích vật liệu, ngay cả khi vật liệu đạt đến trạng thái giới hạn Vật liệu nền quyết định phương pháp chế tạo sản phẩm, các thông số của quá trình công nghệ, cũng như khả năng gia công các kết cấu nhà và công trình

Những yêu cầu đối với vật liệu nền cũng được phân ra làm 2 loại: yêu cầu về sử dụng và yêu cầu về công nghệ

Yêu cầu sử dụng có liên quan đến các tính chất cơ học, các tính chất lí hoá đảm bảo cho khả năng làm việc của composit dưới sự tác dụng của các yếu tố sử dụng khác nhau Những yêu cầu công nghệ được xác định bằng quá trình chế tạo composit, có nghĩa là quá trình nhào trộn cốt với nền và tạo hình sản phẩm cuối cùng Mục đích của quá trình công nghệ là đảm bảo sự phân bố sợi một cách đều đặn trong nền (không bị dính vào nhau) và giữ được tính chất ban đầu của sợi (chủ yếu là cường độ), đồng thời tạo ra được

sự tác động tương hỗ trên bề mặt phân cách nền – sợi

Bề mặt phân cách được biểu thị trước tiên bằng sự dính bám tương hỗ của sợi và nền xác định mức chất lượng của composit và khả năng làm việc của nó trong quá trình

sử dụng ứng suất cục bộ trong composit thường đạt giá trị lớn nhất trên bề mặt phân

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit

cách, nơi bắt đầu phá huỷ vật liệu Vì vậy bề mặt phân cách phải đảm bảo chuyền tải

trọng từ nền vào sợi một cách tốt nhất, đồng thời phải đảm bảo các liên kết trên bề mặt

sợi-nền không bị phá hoại do co ngót trong quá trình rắn chắc hoặc do nở vì nhiệt

2.3 Sự làm việc đồng thời của vật liệu nền và cốt

Trong composit hạt phân tán, hạt chỉ bắt đầu tỏ tác dụng tăng độ bền khi nó hạn chế

được biến dạng của nền bằng sự chèn lấp cơ học Điều đó phụ thuộc vào khoảng cách

giữa các hạt với đường kính của chúng, cũng như đặc tính đàn hồi của nền và hạt

Nếu gọi môđun đàn hồi của composit là E c , thể tích của vật liệu nền là V n được lèn

chặt bằng thể tích hạt V h thì ta có “quy luật phối hợp” như sau:

Phương trình này biểu hiện dạng tương đối của môđun đàn hồi Vì vậy môđun đàn

hồi của composit hạt phân tán phải thoả mãn quan hệ sau:

n h h n

h n

E V

E E

σc = εs E s V s + εn E n (1-V s ) (2- 6) Composit làm việc như một vật thể đồng nhất (biến dạng của cốt và của nền xẩy ra

đồng thời), đảm bảo không có sự trượt của sợi trong nền Lúc đó biến dạng tương đối của

composit εc, của sợi εs và của nền εn sẽ bằng nhau:

Khi xét đến điều kiện toàn khối của composit, phương trình cường độ của composit

sợi R c có dạng như sau:

Do đó môđun đàn hồi của composit E c trong trường hợp này hình thành theo quy

luật phối hợp như sau:

Chương 2 Khái niệm về vật liệu composit

Từ quan hệ

) 1 (

.

s s

n s

n

s

V

V E

E P

Thấy rõ rằng: lực mà sợi tiếp nhận P s tăng lên theo mức độ tăng của hàm lượng sợi

(V s ) và môđun đàn hồi của nó là E s Tương ứng với điều kiện đó là sự giảm tải trọng

truyền lên cho nền (có cường độ nhỏ hơn) Cường độ khi kéo và môđun đàn hồi của sợi

phụ thuộc vào đường kính của nó

2.4 Tính toán composit sợi carbon và thuỷ tinh

(Phần này sinh viên tìm đọc các tài liệu của tác giả PGS.TS.Nguyễn Việt Trung Đại

học giao thông vận tải)

Chương 3 Đá thiên nhiên

Chương 3

ĐÁ THIÊN NHIÊN

3.1 Khái niệm chung

Vật liệu đá thiên nhiên là vật liệu đựoc sản xuất bằng cách gia công cơ học (nổ mìn, đập, nghiền, cưa, đục, chạm, mài, đánh bóng ) các loại đá thiên nhiên Do chỉ sử dụng các hình thức gia công cơ học nên vật liệu đá thiên nhiên hầu như vẫn giữ nguyên các tính chất cơ lý cuả đá gốc Bởi vậy muốn nghiên cứu vật liệu đá thiên nhiên, cần hiểu biết

về đá và trước hết là khoáng vật – cơ sở kiến tạo đá thiên nhiên

Khoáng vật là những chất hoá học được tạo thành do kết quả của 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 lý

Đá thiên nhiên là những khối vô cơ bao gồm một hay nhiều khoáng 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 đa khoáng Vật liệu đá thiên nhiên được sử dụng rất rộng rãi vì chúng có nhiều ưu điểm như cường độc chịu nén và độ cứng cao, bền vững trong môi trường sử dụng, khả năng trang trí tốt, giá thành hạ ở nước ta, đá thiên nhiên phân bố ở hầu hết khắp các tỉnh và nó đã trở thành loại vật liệu chủ yếu cung cấp cho nhu cầu xây dựng cơ bản

2 loại: xâm nhập và phún xuất

Đá xâm nhập ở sâu hơn trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của các lớp bên trên

và nguội dần đi mà thành Do đó nó có cấu trúc tinh thể lớn Đá đặc chắc, cường độ cao,

ít hút nước Đá xâm nhập chủ yếu sử dụng trong xây dựng là đá granit, điôrit, gabrô

Đá phún xuất được tạo do macma phun lên trên mặt đất Do nguội nhanh trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp các khoáng không kịp kết tinh, hoặc chỉ kết tinh được một

bộ phận với kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, còn đại bộ phận tồn tại ở dạng vô định hình Mặc khác, các chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ rỗng, làm cho đá nhẹ, có loại nổi trên mặt nước

Căn cứ vào hàm lượng oxit silic đá macma còn đựơc chia ra làm các loại: macma axit (Si2O >65%), macma trung tính (Si2O: 65-55%), macma bazơ (Si2O:55-45%) và macma siêu bazơ (SiO2 < 45%)

* Đá trầm tích

Chương 3 Đá thiên nhiên

Đặc điểm chung: đá trầm tích được hình thành từ nhiệt động học của vỏ trái đất thay đổi Các loại đất đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, nước và các tác dụng hoá học bị phong hoá, vỡ vụn mà thành Sau đó chúng được gió và nước cuốn đi rồi lắng đọng lại thành từng lớp Dưới áp lực và trải qua các thời kỳ địa chất chúng đựoc gắn kết lại bằng các chất keo thiên nhiên tạo thành đá trầm tích

Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá trầm tích có đặc tính chung là: có tính phân lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng của các lớp cũng khác nhau Cường độ chịu nén theo phương vuông góc với các lớp luôn luôn cao hơn cường

độ chịu nén theo phương song song với thớ

Đá trầm tích không đặc chắc bằng đá macma (do các chất keo thiên nhiên không chèn đầy giữa các hạt hoặc do bản thân các chất keo kết co lại) Vì thế cường độ của nó thấp hơn, độ hút nước cao hơn Một số loại đá trầm tích khi bị hút nước cường độ giảm đi

rõ rệt, có khi bị tan rã trong nước

Đá trầm tích rất phổ biến, dễ gia công, nên được sử dụng khá rộng rãi Căn cứ vào điều kiện tạo thành, đá trầm tích được chia ra làm 3 loại

Đá trầm tích cơ học là sản phẩm phong hoá của nhiều loại đá, thành phần khoáng vật rất phức tạp Có loại hạt rời phân tán như cát sỏi, đất sét, có loại các hạt rời bị gắn với nhau bằng chất gắn kết thiên nhiên như sa thạch, cuội kết

Đá trầm tích hoá học được tạo thành do các chất hoà tan trong nước lắng đọng xuống, rồi gắn kết lại Đặc điểm là hạt rất nhỏ, thành phần khoáng vật tương đối đơn giản

và đều hơn đá trầm tích cơ học Loại này phổ biến nhất là đôlômit, manhêzit, túp đá vôi, thạch cao, anhiđrit và muối mỏ

Đá trầm tích hữu cơ được tạo thành do sự tích tự xác vô cơ của các loại động vật và thực vật sống trong nứoc biển, nước ngọt Đó là những loại đá cacbônat và silic khác nhau như đá vôi, đá vôi vỏ sò, đá phấn, đá điatômit và trepen

Trong quá trình biến chất do tác động của áp lực và sự tái kết tinh nên đá biến chất thường rắn chắc hơn đá trầm tích; nhưng đá biến chất từ đá macma thì do cấu tạo dạng phiến nên tính chất chất cơ học của nó kém đá macma đặc điểm nổi bạt của phần lớn đá biến chất (trừ đá hoa và đá quătzit) là quá nửa khoáng vật của nó có cấu tạo dạng lớp song song nhau, dễ tách thành những phiến mỏng

Các khoáng vật tạo đá biến chất chủ yếu là những khoáng vật nằm trong đá macma,

đá trầm tích và cũng có thể là các khoáng vật đặc biệt chỉ có ở trong các loại đá biến chất dưới sâu

Đá biến chất có các loại thường gặp như sau trong xây dựng:

Chương 3 Đá thiên nhiên

Đá gơnai (đá phiến ma) là do đá granit tái kết tinh và biến chất dưới tác dụng của áp lực cao Đó là đá biến chất khu vực, tinh thể hạt thô, cấu tạo dạng phân lớp – trong đó có những khoáng vật như thạch anh màu nhạt, fenspat và các khoáng vật màu sẫm, mica xếp lớp xen kẽ nhau trông rất đẹp Do cấu tạo dạng phân lớp nên cường độ theo các phương khác nhau cũng khác nhau, dễ bị phong hoá và tách lớp Đá gơnai dùng chủ yếu làm tấm

ốp lòng bờ kênh, lát vỉa hè

Đá hoa do tái kết tinh đá vôi và đá đôlômít dưới tác dụng của nhiệt độ và áp suất cao mà thành Đá hoa bao gồm những tinh thể lớn hay nhỏ của canxit, thỉnh thoảng có xen các hạt đôlômit liên kết với nhau rất chặt tạo nên

Đá hoa có nhiều màu sắc như trắng, vàng hồng, đỏ, đen xen lẫn những mảnh nhỏ

và vân hoa Cường độ chịu nén 1200kG/cm2 (đôi khi đến 3000kG/cm2), dễ gia công cơ học, dễ mài nhẵn và đánh bóng Đá hoa đựoc dùng làm đá tấm ốp trang trí mặt chính, làm bậc cầu thang, lát sàn nhà, làm cốt liệu cho bê tông, granitô

Đá quăczit: do sa thạch tái kết tinh tạo thành Đá màu trắng hay đỏ tím, chịu phong hoá tốt, cường độ chịu nén khá cao (4000kG/cm2), độ cứng lớn, thường được sử dụng xây dựng cầu, chế tạo tấm ốp, làm đá dăm, đá hộc cho cầu đường, làm nguyên liệu sản xuất vật liệu chịu lửa

Diệp thạch sét: có cấu tạo dạng phiến, tạo thành từ sự biến chất của đất sét dưới áp lực cao Đá màu xám sẫm, ổn định đối với không khí, không bị nước phá hoại và dễ tách thành lớp mỏng Diệp thạch sét dùng làm vật liệu lợp rất đẹp

3.3 Vật liệu đá thiên nhiên

Các dạng vật liệu đá thiên nhiên thường dùng trong xây dựng gồm:

* Đá dạng khối

Đá hộc là những viên đá chưa được gia công đẽo gọt nên không có hình dạng hình học nhất định, kích thước cả ba chiều của nó trong khoảng 150-450mm, khối lượng mỗi viên từ 20-40kG Đá hộc thường được sản xuất từ các loại đá đặc như đá vôi, đá đôlônit,

đá sa thạch, đá granit

Đá hộc được sản xuất bằng phương pháp khoan, phương pháp nổ mìn Đá gốc để sản xuất đá hộc (trừ các loại đá trầm tích) phải có cường độ chịu nén giới hạn không nhỏ hơn10MPa và hệ số mềm lớn hơn 0,75 Tuỳ theo hình dạng và mác của đá, nó sẽ được dùng để xây móng, mố trụ cầu, tường chắn, làm nền đường ô tô và xe lửa, xây dựng công trình thuỷ lợi và làm cốt liệu cho bê tông đá hộc

* Đá khối

Đá khối là những tảng được gia công thành hình dạng hình học nhất định mà thông thường có dạng hình hộp chữ nhật với kích thước phổ biến 150x200x300mm Đá khối thường được chia thành 2 loại: đá khối đẽo thô và đá khối đẽo kĩ Đá khối đẽo thô thường được sản xuất từ các loại đá mềm và rỗng như tup núi lửa, đá vôi vỏ sò có khối lượng thể tích không quá 1800kG/m3, hệ số mềm không bé hơn 0,6, đặc biệt là không có yêu cầu cao về độ chính xác kích thước cũng như độ phẳng bề mặt (chỉ yêu cầu độ lồi lõm bề mặt không lớn hơn 10mm) Đá khối đẽo thô thường được dùng để xây dựng tường nhà dân dụng Đá khối đẽo kỹ được sản xuất từ đá đặc có cường độ chịu nén không nhỏ hơn 10MPa và hệ số mềm không bé hơn 0,75 Sau khi qua gia công, đá khối đẽo kỹ phải vuông thành sắc cạnh và bề mặt phải phẳng Đá khối đẽo kỹ được dùng để xây tường

Chương 3 Đá thiên nhiên

chịu lực, vòm cuốn và một số bộ phận khác của công trình Khối xây không cần phải có lớp trát mặt

* Tấm ốp lát trang trí

Có bề mặt chính hình vuông hay hình chữ nhật Các tấm ốp trang trí thường được

xẻ từ các khối đá đặc chắc và có màu sắc đẹp, đánh bóng bề mặt rồi cắt thành tấm theo kích thước quy định Tấm ốp dùng để ốp và lát các công trình xây dựng Ngoài chức năng trang trí nó còn có tác dụng bảo vệ khối xây hay bảo vệ kết cấu

Kích thước cơ bản của các tấm đá được tiêu chuẩn TCVN 4732: 1998 quy định trong 5 nhóm sau (Bảng 3-1):

Bảng 3-1 Kích thước tiêu chuẩn của các tấm đá

Kích thước (mm) Nhóm

Chiều rộng Chiều dài Chiều dày

Tấm lợp mái được gia công từ đá diệp thạch sét bằng cách tách ra và cắt thành từng phiến đá theo hình dạng và kích thứơc quy định Thông thường tấm lợp có kích thước hình chữ nhật 250x150mm và 600x300mm Chiều dày tấm tuỳ thuộc vào chiều dày phiến

đá có sẵn (4-100mm) Đây là vật liệu bền và đẹp

Cát, sỏi thiên nhiên là loại đá trầm tích cơ học dạng hạt rời rạc thường nằm trong lòng suối, sông hay bãi biển Chúng được khai thác thủ công hay cơ giới Cát, sỏi được dùng làm cốt liệu cho bê tông Ngoài ra cát còn dùng làm nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng, như kính, gạch silicát

Cát và đá dăm nhân tạo được sản xuất bằng cách xay, nghiền các loại đá gốc, rồi sàng phân loại theo các cỡ hạt Tuỳ theo kích thước của hạt mà chúng có các tên gọi khác nhau: đá dăm (5-70mm), cát (0,14-5mm), bột đá ( < 0,14mm) Tính chất của vật liệu đá dạng này phụ thuộc vào tính chất của đá gốc Vật liệu đá dạng rời nhân tạo được dùng để sản xuất các loại vữa, bê tông ximăng, bê tông asfalt, đá granitô Ngoài ra, nó cũng được dùng để làm bột màu hay chất độn cho sơn và polime

3.4 Biện pháp bảo vệ

Sự phá hoại của vật liệu đá thiên nhiên chủ yếu là do nước, đặc biệt là các nước có chứa CO2 và các loại axit, và thường xảy ra đối với các loại đá cacbonat Nếu đá có nhiều

Chương 3 Đá thiên nhiên

thành phần khoáng vật thì đá cũng có thể bị phá hoại nhanh hơn do dãn nở nhiệt không đều

Các loại bụi bẩn có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ từ các chất thải công nghiệp hoặc đời sống tích tụ trên bề mặt hoặc trong các lỗ rỗng của đá là môi trường để cho vi khuẩn phát triển và phá hoại đá bằng chính axit của chúng tiết ra

Bảo vệ vật liệu đá thiên nhiên cần phải ngăn cản nước và các dung dịch thấm sâu vào đá Biện pháp thông thường là florua hóa bề mặt đá vôi, làm tăng tính chống thấm của đá bằng các chất kết tủa mới sinh ra

Đối với các loại đá có lỗ rống trên bề mặt lớn hay hàm lượng khoáng CaCO3 thấp, phải tẩm muối của axit flosilicic lên bề mặt, và dung dịch clorua Canxi rồi sấy khô, sau

đó tẩm tiếp dung dịch Cacbonat natri rồi mới clorua hóa bề mặt đá

Với một số loại đá rỗng có thể xử lý bằng dầu vô cơ, sơn dầu, dung dịch trong nước, dung môi hữu cơ bay hơi để làm đặc bề mặt vật liệu đá thiên nhiên

Chương 4 Bê tông

Chương 4

BÊ TÔNG

4.1 Khái niệm chung

Bê tông trên cơ sở chất kết dính vô cơ là vật liệu composit, nhận đựơc bằng cách tạo hình và rắn chắc một hỗn hợp hợp lý bao gồm chất kết dính (CKD), nước, cốt liệu (cát , sỏi hay đá dăm) và phụ gia

Thành phần hỗn hợp của bê tông đảm bảo sao cho sau một thời gian rắn chắc phải đạt được những tính chất cho trước

Trong bê tông cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực Hồ kết dính (ximăng và nước) bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu, đóng vai trò là chất bôi trơn và lấp đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu Sau khi hoá cứng, hồ chất kết dính gắn kết các loại cốt liệu thành một khối dạng đá và được gọi là bê tông (Hình 4.1)

Hình 4.1 Cấu trúc của hỗn hợp bê tông a) Cứng; b) Dẻo

Bê tông và bê tông cốt thép đựơc sử dụng rộng rãi trong xây dựng hiện đại vì chúng

có những ưu điểm sau: cường độ tương đối cao, có thể chế tạo được những loại bê tông

có cường độ, hình dạng và tính chất khác nhau; giá thành rẻ, bền vững và ổn định với mưa và nắng, nhiệt độ, độ ẩm Tuy vậy chúng còn có những nhược điểm: nặng, cách âm cách nhiệt kém, khả năng chống ăn mòn kém

Bê tông xi măng có nhiều loại : loại đặc biệt nặng (γo > 2500 kG/m3), loại nặng (γo

= 2200 - 2500 kG/m3), loại tương đối nặng (γo = 1800 - 2200 kG/m3), loại nhẹ (γo = 500 1800kG/m3) và loại đặc biệt nhẹ (γo < 500 kG/m3)

-Trong chương này chỉ giới thiệu loại bê tông nặng và tương đối nặng dùng cho các kết cấu chịu lực

4.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng

4.2.1 Xi măng

Trong bê tông ximăng, CKD đựơc sử dụng là ximăng poóclăng, ximăng poóclăng

xỉ, ximăng pooclăng pudơlan, ximăng pooclăng bền sunfat và các loại ximăng khác Trong số các chỉ tiêu kĩ thuật của ximăng, mác ximăng là chỉ tiêu quan trọng nhất Nó vừa đảm bảo mác bê tông thiết kế, vừa đảm bảo yêu cầu kinh tế Do đó, việc lựa chọn mác ximăng là rất quan trọng

Ximăng dùng cho bê tông phải có mác phù hợp với mác bê tông theo quy định của TCVN - 1964 như sau:

Nếu Rb > 300 thì Rx= 1,5 Rb

Nếu Rb ≤ 300 thì Rx= (2 - 3) Rb

Với bê tông mác cao (từ 600 trở lên) chỉ yêu cầu Rx > Rb là đủ

Chương 4 Bê tông

Lượng dùng ximăng (kG) cho 1m3 bê tông phải lớn hơn lượng ximăng tối thiểu cho

phép (Xmin) Quy phạm nhà nước quy định lượng xi măng tối thiểu (Xmin) như sau (Bảng

Bị ảnh hưởng của mưa gió không có phương tiện bảo vệ 250 220

4.2.2 Cát

Cát dùng để chế tạo bê tông có thể là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo cỡ hạt từ 0,14

đến 5mm Chất lượng cát phụ thuộc vào thành phần khoáng, thành phần hạt và lượng tạp

chất

Thành phần hạt và độ lớn của cát Cát có thành phần hạt hợp lý, thì độ rỗng của nó

nhỏ, lượng dùng ximăng ít và cường độ bê tông cao Thành phần hạt của cát đựoc xác

định bằng cách sàng 1000g cát khô (đã được sàng qua sàng 5mm) trên bộ sàng tiêu chuẩn

có mắt sàng là 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14mm

Để xác định thành phần hạt, trước tiên người ta tính lượng sót riêng biệt ai tỉ số %

lượng sót trên từng sàng mi so với toàn bộ lượng cát đen thí nghiệm m:

%100

, 0 63

, 0 25

, 1 5

, 2

14 , 0 315 , 0 63 , 0 25 , 1 5 , 2 dl

a 0024 , 0 + a 02 , 0 + a 17 , 1 + a 37 , 1 + a 11

a + a + a + a + a

Chương 4 Bê tông

2X

NX

Cấp phối liên tục tiêu chuẩn của cát ở bảng 4-2

Bảng 4-2 Cấp phối tiêu chuẩn của cát

Mức theo nhóm cát Các chỉ tiêu

Lượng ngậm tạp chất Lượng hạt nhỏ sẽ làm tăng Nyc của cát và tăng lượng ximăng

trong bê tông Theo quy định của TCVN 1770: 1986 hàm lượng hạt nhỏ (lọt qua sàng

0,14mm) không được lớn hơn: 10% đối với cát to và cát vừa; 20% đối với cát nhỏ và

35% đối với cát rất nhỏ Không ccho phép cát có chứa các hạt á sét và các tạp chất khác ở

dạng cục

Biểu đồ cấp phối của cát như sau:

Hình 4.2 Thành phần hạt của cát 1) Cát vừa; 2) Cát nhỏ; 3) Cát rất nhỏ

4.2.3 Sỏi và đá dăm

Sỏi và đá săm là cốt liệu lớn có cỡ hạt từ 5 – 70mm (trong kết cấu khối lớn có thể

đến 150mm) Chất lượng của cốt liệu lớn được đặc trưng bằng các chỉ tiêu: cường độ,

thành phần hạt, độ lớn, hình dạng và trạng thái bề mặt hạt, lượng tạp chất

Sỏi có hình dạng tròn nhẵn, diện tích mặt ngoài nhỏ, nên cần ít nước, tốn ít ximăng

Cường độ của đá dăm được xác định thông qua thí nghiệm nén mẫu đá gốc, còn của

sỏi (kể cả đá dăm) thông qua thí nghiệm nén trong xilanh bằng thép và được gọi là độ

nén đập Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên, theo quy định của TCVN 1771:1987 được

chia thành 8 mác (Bảng 4-3 Mác của đá dăm)

Chương 4 Bê tông

1200 Đến 11 Lớn hơn 12 đến 16 Lớn hơn 9 đến 11

1000 Lớn hơn 11 đến 13 Lớn hơn 16 đến 20 Lớn hơn 11 đến 13

800 Lớn hơn 13 đến 15 Lớn hơn 20 đến 25 Lớn hơn 13 đến 15

600 Lớn hơn 15 đến 20 Lớn hơn 25 đến 39 Lớn hơn 15 đến 20

400 Lớn hơn 20 đến 28

300 Lớn hơn 28 đến 38

200 Lớn hơn 38 đến 54 Theo quy định mác của đá dăm phải cao hơn mác của bê tông

Đối với mác bê tông <300, không dưới 1,5 lần;

Đối với mác bê tông ≥ 300, không dưới 2 lần

Mác của sỏi và đá dăm theo độ nén dập trong xi lanh Cường độ nén dập của cốt

liệu thường được xác định theo từng cấp hạt Cường độ trung bình của hỗn hợp cốt liệu

lớn hơn được tính theo công thức:

100

1 2 2

k k

x R x R x R

x1, x2, xn: hàm lượng mỗi cấp hạt trong hỗn hợp cốt liệu, %;

Những hạt đá hình thoi, dẹt (chiều rộng hoặc chiều dày nhỏ hơn 1/3 chiều đài) và

những hạt mềm, hạt bị phong hoá có ảnh hưởng đến cường độ của sỏi và đá dăm Hàm

lượng hạt thoi dẹt không được vượt quá 35%

Thành phần của hạt cốt liệu lớn đựơc xác định thông qua thí nghiệm sàng 3kG đá

hoặc sỏi trên bộ sàng tiêu chuẩn có kích thước lỗ sàng 70, 40, 20,10 và 5mm

Sau khi thí nghiệm người ta xác định được đường kính lớn nhất Dmax và đường kính

nhỏ nhất Dmin của cốt liệu Dmax tương ứng với cỡ sàng có lượng sót tích luỹ nhỏ hơn và

gần 5% nhất Dmin tương ứng với cỡ sàng có lượng lọt sàng nhỏ hơn và gần 5% nhất Yêu

cầu Dmax phải nhỏ hơn 1/3 kích thước nhỏ nhất của kết cấu và nhỏ hơn 3/4 khoảng cách

của cốt thép; Đối với kết cấu là panen mỏng, sàn nhà, bản mặt cầu cho phép bằng 1/2

kích thước nhỏ nhất của kết cấu

Lượng ngậm tạp chất Hàm lượng tạp chất sunfat và sunfit (tính theo SO3), trong

sỏi và đá dăm không được vượt quá 1% tính theo khối lượng Hàm lượng ôxyt silic vô

định hình trong sỏi và đá dăm dùng làm cốt liệu cho bê tông nặng không đựơc vượt quá

50milimol/1000ml NaOH Hàm lượng sét, bụi, bùn trong sỏi và đá dăm không đựơc vượt

quá giá trị ghi trong bảng 8.6 Trong đó cục sét không quá 0,25% Không cho phép có

màng sét bao phủ các hạt và những tạp chất bẩn khác như gỗ mục, lá cây

Cấp phối liên tục tiêu chuẩn của đá - sỏi ở bảng 4-4

Bảng 4-4 Cấp phối liên tục tiêu chuẩn của đá - sỏi

di, mm Dmin 0.5(Dmin+Dmax) Dmax 1,25Dmax

4.2.4 Phụ gia

Chương 4 Bê tông

Phụ gia sử dụng thường có 2 loại: loại rắn nhanh và loại hoạt động bề mặt Phụ gia

rắn nhanh thường là các loại muối gốc clo, do tăng nhanh quá trình thuỷ hoá mà phụ gia

rắn nhanh có khả năng rút ngắn quá trình rắn chắc của bê tông trong điều kiện tự nhiên,

cũng như nâng cao cường độ bê tông ngay sau khi bảo dưỡng nhiệt và ở tuổi 28 ngày

Phụ gia hoạt động bề mặt mặc dù sử dụng một lượng nhỏ nhưng có khả năng cải

thiện đáng kể tính chất của hỗn hợp bê tông và tăng cường nhiều tính chất khác của bê

tông

4.2.5 Nước

Nước dùng để chế tạo bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn và bảo dưỡng bê tông) phải

có đủ phẩm chất để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết và rắn chắc của ximăng

và không gây ăn mòn cốt thép Nước sinh hoạt là nước có thể dùng được, không nên

dùng các loại nước; chứa váng dầu hoặc váng mỡ, lượng tạp chất hữu cơ vượt quá

15mg/l; có độ pH < 4 và lớn quá 12,5

Nước biển có thể dùng để chế tạo bê tông cho những kết cấu làm việc trong nước

biển nếu tổng các loại muối trong nước không vượt quá 35g trong 1 lít nước

Lượng nước dùng cho bê tông (lít/m3 bê tông) sơ bộ chọn theo bảng 4-5

Bảng 4-5 Lượng nước dùng cho bê tông

Độ dẻo yêu cầu Khi sỏi có Dmax là Đá dăm có Dmax là

Khi dùng ximăng pooclăng pudơlan – xỉ quặng thì thêm 15-20(l)

Lượng nước sơ bộ (lít/m3 bê tông ) cho bê tông ximăng mặt đường cho ở bảng 4-6

Bảng 4-6 Lượng nước sơ bộ dùng cho bê tông ximăng mặt đường

Loại cốt liệu dùng cho bê tông mặt đường Lượng nước

Sỏi Quătzit 145

Đá dăm granit và cát hạt nhỏ 165

Dăm vôi canxit và cát nghiền 180

Theo quy phạm nhà nước, tỷ lệ N/X trong bê tông không được vượt quá giá trị cho trong

bảng 4-7

Bảng 4-7 Tỷ lệ N/X trong bê tông tối đa

Tính chất môi trường Bê tông cốt thép Bê tông thường

Chương 4 Bê tông

* Chú ý: Nước nhào trộn một phần để bôi trơn hạt cốt liệu, một phần dùng để tạo

thành cấu trúc của đá ximăng, còn một phần bị cốt liệu rỗng hút vào Vì vậy bê tông dẻo

sau khi đổ khuôn có thể xẩy ra sự tách nước bên trong, nước sẽ đọng lại trên bề mặt hạt

cốt liệu lớn và làm yếu mối liên kết giữa chúng với phần vữa Vết co ngót bê trong sẽ

phát triển men theo vùngliên kết yếu Sự tách lớp ở bên trong sẽ phá huỷ sự toàn khối và

sự đồng nhất của bê tông, dẫn đến sự không đồng nhất về tính chất (Xem hình 4.4)

Hình 4.4 Sự tách nước bên trong của bê tông

1 Cốt liệu lớn; 2 Vùng yếu với lượng nước lớn; 3 Phần vữa; 4 Vết nứt

4.3 Tính chất và cấu trúc của hỗn hợp bê tông

4.2.6 Tính lưu biến

Hỗn hợp bê tông là một thể vật lí đồng nhất của ximăng, nước, cốt liệu và phụ gia

Chúng tương tác với nhau bằng lực liên kết vật lí và hoá học Hồ ximăng (ximăng và

nước) là thành phần tạo thành cấu trúc chủ yếu Khi tăng quá trình thuỷ hoá của ximăng,

độ phân tán của pha rắn tăng lên, làm cho độ nhớt và khả năng dính kết của hồ tăng lên;

trong bê tông bắt đầu xuất hiện biến dạng đàn hồi và cường độ cấu trúc Mặt khác nó

cũng có thể chảy nhão ra giống như chất lỏng quánh Vì vậy hỗn hợp bê tông có thể được

coi là vật thể đàn hồi - dẻo quánh Nó vừa mang tính chất của chất rắn vừa có tính chất

của chất lỏng lý tưởng Bản chất lưu biến của hỗn hợp bê tông được biểu diễn bằng

phương trình sau:

t

τσσ

σ0 ứng suất trượt trong hỗn hợp bê tông, kG/cm2;

η độ nhớt động của hỗn hợp bê tông, kG/cm2;

t- thời gian, s

Dưới tác dụng của chấn động, lực tương tác giữa các cấu tử vật chất bị phá huỷ làm

mất cường độ cấu trúc của hỗn hợp bê tông, có nghĩa là τ0 tiến tới không và khi đó hỗn

hợp bê tông sẽ tồn tại như một chất lỏng nặng và quánh, dễ dàng lấp đầy khuôn

4.2.7 Tính công tác

Chương 4 Bê tông

Tính công tác hay còn gọi là tính dễ tạo hình là tính chất kĩ thuật của hỗn hợp bê

tông, nó biểu thị khả năng lấp đầy khuôn nhưng vẫn đảm bảo được độ đồng nhất trong

một điều kiện đầm nén nhất định Để đánh giá tính công tác của bê tông người ta sử dụng

ba chỉ tiêu: độ lưu động (đặc trưng cho cường độ cấu trúc của hỗn hợp), độ cứng (đặc

trưng cho độ nhớt động của hỗn hợp) và độ giữ nước (biểu thị bằng khả năng tách nước

của hỗn hợp sau khi vận chuyển và đầm chắc)

- Chỉ tiêu độ lưu động là chỉ tiêu tính chất quan trọng nhất của hỗn hợp bê tông, nó

đánh giá khả năng dễ chảy của hỗn hợp bê tông dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

hoặc rung động Theo TCVN, độ lưu động được xác định bằng độ sụt SN (cm) của hình

nón cụt hỗn hợp bê tông (Hình 4.3)

Hình 4.3 Khuôn hình nón cụt tiêu chuẩn để xác định độ lưu động

- Chỉ tiêu độ cứng (ĐC) của hỗn hợp bê tông Theo TCVN 3107: 1993, được xác

định bằng thời gian (giây) để đầm phẳng, chặt một hỗn hợp bê tông hình nón cụt sau khi

tạo hình trong nhớt kế Vebe Phương pháp này đựơc dùng cho hỗn hợp bê tông có cỡ hạt

lớn nhất đến 40mm

- Độ giữ nước: được đặc trưng bằng khả năng giữ nước để đảm bảo độ đồng nhất

của hỗn hợp trong quá trình vận chuyển, đổ khuôn và đầm nén Khi đầm nén hỗn hợp bê

tông dẻo, các hạt cốt liệu có khuynh hướng chìm xuống và xích lại gần nhau, nước bị ép

tách ra khỏi cốt liệu và cốt thép, nổi lên phía trên hoặc cùng với ximăng chui qua các kẽ

hở của cốppha ra ngoài, tạo thành những lỗ rỗng, làm khả năng chống thấm nước của bê

tông giảm Một phần nước thừa đọng lại bên trong hỗn hợp tạo thành những hốc rỗng,

ảnh hưởng xấu đến cấu trúc và tính chất của bê tông

Việc giảm lượng nước nhào trộn và nâng cao khả năng giữ nước của hỗn hợp bê

tông có thể thực hiện bằng sử dụng phụ gia hoạt động bề mặt và lựa chọn thành phần hạt

cốt liệu một cách hợp lí

Độ dẻo của hỗn hợp bê tông được chọn theo bảng 4.8

Bảng 4-8 Độ dẻo của hỗn hợp bê tông

Phương pháp thi công

Cơ giới Thủ công Loại kết cấu

SN, cm t,s SN, cm

Bê tông khối lớn ít hay không cốt thép 2-4 15-25 3-6

Bê tông có hàm lượng cốt thép trung bình 6-8 10-12 8-12

Chương 4 Bê tông

Ghi chú : Hàm lượng cốt thép trung bình

%1

≤

b

a

F F

Hàm lượng cốt thép dầy F >1%

F

b a

Loại hỗn hợp bê tông mới trộn được phân loại như bảng 4-7

Công thức về độ chịu nén của bê tông được sử dụng phổ biến nhất là công thức

Bolomey - Skramtaev

)5,0(

N

X AR

Dấu + dùng cho bê tông cứng và đặc biệt cứng

Dấu - dùng cho bê tông ít dẻo, dẻo và nhão

Giá trị của hệ số A tra bảng 4-9

Với m,n có giá trị trong khoảng 3 - 90 ngày

4.4 Tính toán thành phần bê tông

Phương pháp thể tích tuyệt đối (tính toán kết hợp với thực nghiệm) được thực hiện

theo 2 nguyên lý sau

C +

N +

X

ad ac an

γ γ

D

=

C +

N +

X

d od ac an

Chương 4 Bê tông

Hệ số α (xác định theo bảng 4-10) gọi là hệ số bọc hay hệ số dư vữa, và dùng cho

hỗn hợp bê tông dẻo với cát có Nyc=7 Nếu cát có Nyc thay đổi 1% thì giá trị α thay đổi

tương ứng là 0,03 Với hỗn hợp bê tông cứng lấy α = 1,05 -1,15

V X

Xmt 1 m

1000 .β

V C

Cmt 1 m

β 1000

V N

Nmt 1 m

β 1000

V D

Dmt 1 m

Hệ số sản lượng β luôn được xác định bằng thực nghiệm, nó cho biết mức độ hao

hụt thể tích trong quá trình nhào trộn và đầm chắc bê tông

∑V vËt liÖu

tÕ thùc V

ox 1 ob

1 1 1 1

® oc ox

ob

§ +

C + X

tÕ thùc

§ + C + N + X

= V + V + V

tÕ thùc V

=

γ γ γ

γ β

(4- 24)

γob thực tế được xác định khi đúc mẫu thử cường độ bê tông

khu«n o

n khu n khu +

G G

= Õ t

Chương 4 Bê tông

Các bước tính toán sơ bộ:

+ Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu Dmax (Bảng 4-10)

Bảng 4-11 Xác định đường kính lớn nhất của cốt liệu

Dmax Đặc tính của kết cấu bê tông

Hạt tròn Hạt nghiền c- Khoảng cách nằm ngang của cốt thép ≤ 0,8C ≤ 0,7C

h- Khoảng cách đứng của cốt thép ≤ h ≤ 0,9h r- Bán kính trung bình của mắt cốt thép ≤1,4 r ≤ 1,3r

hm - Chiều dày tối thiểu của kết cấu

5

m

h

≤

Dmax phải phù hợp với chiều dày của lớp bảo vệ C (bảng 4-11)

Bảng 4 – 12 Đường kính D max và chiều dày lớp bê tông bảo vệ C

Đặc tính của môi trường Cmin Dmax

Xâm thực mạnh Xâm thực trung bình Xâm thực yếu

Trong đó : SN (cm) - độ lưu động của hỗn hợp bê tông (cho trước);

X/N được tính theo công thức:

5,0+GR

G - Hệ số chất lượng cốt liệu (Tra bảng 4 - 12)

Bảng 4 – 13 Bảng tra hệ số chất lượng cốt liệu

Chương 4 Bê tông

5 min

D

B+250

=X

Trong đó : B - Mác bê tông (kG/cm2)

D - đường kính lớn nhất của cốt liệu, 5D tra bảng 4 -13

Bảng 4 -14 Bảng tra đường kính lớn nhất của cốt liệu

N (

X

=

N

Ghi chú : Lượng nước tìm được ứng với Dmax = 25mm Nếu Dmax ≠ 25 thì lượng

nước cần được hiệu chỉnh bằng giá trị tìm được trên hình 4-2

Lượng nước tìm được cần phải giảm bớt 1 lượng tuỳ theo trạng thái ẩm của cốt liệu

(bảng 4 - 14)

Bảng 4 – 15 Bảng tra lượng nước cần giảm

Lượng nước cần giảm

Bê tông có nhiều dạng, việc phân loại bê tông dựa vào những đặc điểm sau:

- Theo dạng chất kết dính: bê tông ximăng, bê tông silicát (chất kết dính là vôi), bê

tông thạch cao, bê tông CKD hỗn hợp, bê tông polime, bê tông dùng CKD đặc

biệt

- Theo dạng cốt liệu: bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc

biệt (chốngphóng xạ, chịu nhiệt, chịu axít)

Theo khối lượng thể tích phân ra: bê tông đặc biệt nặng (ρv > 2500kG/m3), chế tạo

từ cốt liệu đặc biệt nặng, dùng cho những kết cấu đặc biệt nặng; bê tông nặng

(ρv = 2200 -2500kG/m3), chếtạo từ cát đá sỏi bình thường, dùng cho kết cấu chịu

lực; bê tông tương đối nặng ((ρv = 1800 - 2200kG/m3) dùng chủ yếu cho kết cấu

chịu lực; bê tông nhẹ (ρv > 500 - 1800kG/m3), trong đó gồm có: bê tông nhẹ cốt

liệu rỗng (nhân tạo hay thiên nhiên), bê tông tổ ong (bê tông khí và bê tông bọt)

chế tạo từ hỗn hợp chất kết dính, nước, cấu tử silic nghiền mịn và chất tạo rỗng,

bê tông hốc lớn (không có cốt liệu nhỏ); bê tông đặc biệt nhẹ cũng là bê tông tổ

ong và bê tông cốt liệu rỗng nhưng có ρv < 500kG/m3

- Theo công dụng bê tông đựơc chia ra: bê tông thường dùng trong các kết cấu

bê tông cốt thép (móng, cột, dầm, sàn ); bê tông thuỷ công, dùng để xây đập, âu

Chương 4 Bê tông

thuyền, phủ lớp mái kênh, các công trình dẫn nước; bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè; bê tông dùng cho các kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ); bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống phóng xạ

4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông

Trên thực tế ta thường hay gặp các loại phụ gia dùng cho bê tông và bê tông cốt thép như sau:

- LK-RD Phụ gia dẻo hoá chậm ninh kết

Sản xuất bê tông trộn sẵn có thể vận chuyển xa; Chế tạo hỗn hợp bê tông có độ sụt cao và duy trì độ sụt cao trong thời gian dài; đúc bê tông khối lớn; Thi công bê tông bằng phương pháp cốp pha trượt

- LK –1 Phụ gia hoá dẻo cao

Chế tạo bê tông có độ sụt trung bình và cao; Sản xuất bê tông trộn sẵn; đúc bê tông khối lớn

- LK –1G Phụ gia siêu hoá dẻo

Chế tạo bê tông có độ sụt cao; Sản xuất bê tông trộn sẵn, bê tông cường độ cao; đúc

bê tông khối lớn

- COSU Phụ gia siêu dẻo

Chế tạo bê tông chảy, bê tông tính năng cao; Sản xuất bê tông bơm, bê tông trộn sẵn; đúc bê tông khối lớn

- MICROS-T Phụ gia khoáng hoạt tính

Tăng khả năng chống thấm của bê tông, làm giảm hệ số khuyếch tán, tăng khả năng chống ăn mòn cốt thép

Là chất lý tưởng cho kết cấu móng, tường tầng hầm, trụ cầu, các công trình biển và các kết cấu đòi hỏi khả năng chống thấm cao; Tăng cường độ bê tông

Sử dụng tốt cho bê tông đúc sẵn, bê tông trộn sẵn, bê tông ứng suất trước

- VICTALASTIC – Sơn chống thấm xi măng – polyme

Chống thấm bề mặt bên trong và ngoài tầng hầm, bể chứa nước ăn, nước thải, nước sinh hoạt ; kết cấu BTCT nhà mái bằng, mái dốc, ban công; sàn khu vệ sinh, bếp, khu dùng nước, tường ngoài nhà dân dụng, công nghiệp,

Xử lý các tầng trên, tầng nóc bảo vệ công trình khỏi sự xâm nhập của nước

- Vữa GM-P –Vữa bơm không co

Vữa trộn sẵn có tính không co ngót, cường độ cao, có thể kéo dài thời gian thi công ngay cả khi nhiệt độ môi trường cao

Chương 4: 1

4.1 Khái niệm chung 14.2 Vật liệu chế tạo bê tông ximăng 1

Chương 4 Bê tông

4.5 Các dạng bê tông 11

4.6 Các loại phụ gia dùng cho bê tông 12

Chương 5 Vữa xây dựng

Chương 5

VỮA XÂY DỰNG

5.1 Đặc điểm

Vữa xây dựng là loại vật liệu đá nhân tạo đựơc chế tạo bằng cách nhào trộn và làm

rắn chắc một hỗn hợp lý của chất kết dính, nước, cốt liệu nhỏ, phụ gia

Vữa có thành phần vật liệu giống như bê tông, nhưng do mục đích sử dụng chủ yếu

là xây và trát công trình, vữa luôn luôn được dàn mỏng nên trong thành phần không có

những cốt liệu lớn Do đặc điểm trên đây nên so với bê tông, vữa có hai đặc điểm khác cơ

bản:

- Một là khả năng chịu lực của vữa thường kém hơn bê tông nếu chúng dùng cùng

loại và lượng chất kết dính

- Hai là vữa dùng nhiều chủng loại chất kết dính hơn, với nhiều mục đích khác

nhau, nên việc phân loại vữa cũng đa dạng hơn bê tông

Khi nghiên cứu về vữa xây dựng dùng chất kết dính vô cơ, người ta tập trung

nghiên cứu vữa dùng ximăng pooclăng làm chất kết dính Thành phần vữa vôi và vữa sét

chọn theo kinh nghiệm và các chỉ tiêu kỹ thuật quan tâm chủ yếu là tính dẻo, khả năng

dính bám khi thi công Vữa thạch cao chủ yếu dùng trang trí mặt các công trình có mái

che nên tính năng kỹ thuật cũng không yêu cầu chặt chẽ

5.2 Nguyên liệu chế tạo vữa

Vữa dùng ximăng làm chất kết dính có hai loại chính

- Vữa ximăng cát thực chất là bê tông hạt nhỏ hay gọi là bê tông ít đá

- Vữa hỗn hợp hay còn gọi là vữa bata Thành phần vữa này gồm ximăng + cát +

nước + vôi (hoặc bột sét) Vai trò chất kết dính vẫn được ximăng đảm nhiệm còn

vôi hay bột đất sét) được dùng chủ yếu để tăng dẻo, giữ nước và chống thấm

tầng

Vôi dùng cho hỗn hợp vữa vôi có mác 0,2-0,4 Để đảm bảo cường độ và độ dẻo nếu

không có yêu cầu gì đặc biệt nên dùng hỗn hợp vữa mác 1-1,7

Ximăng dùng cho hỗn hợp vữa cần có mác gấp 3-4 lần mác vữa

Cát dùng cho vữa xây dựng đóng vai trò là một bộ khung, chất lượng của cát có ảnh

hưởng nhiều đến cường độ của vữa Cát có thể là cát thiên nhiên (cát thạch anh, cát

fenfat, cát nhân tạo)

Cát dùng cho hỗn hợp vữa phải đảm bảo các yêu cầu sau (Bảng 5-1):

4 Khối lượng thể tích xốp (kg/m3) không nhỏ

Chương 5 Vữa xây dựng

6 Hàm lượng bùn, bụi, sét bẩn, % khối lượng

cát không lớn hơn

10 3

7 Lượng hạt nhỏ hơn 0,14mm, % khối lượng

8 Hàm lượng tạp chất hữu cơ, theo phương

pháp so màu (màu của dung dich trên cát)

không sẫm hơn

mẫu hai mẫu chuẩn

Cấp phối cát phải thoả mãn các quy định sau (Bảng 5-2):

Bảng 5-2 Cấp phối tiêu chuẩn của cát dùng cho hỗn hợp vữa

5.3.1 Độ lưu động của hỗn hợp vữa

Đây là tính chất quan trọng nhất đảm bảo năng suất lao động và chất lượng của khối

xây Độ lưu động phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lượng nước nhào trộn, độ lớn và hình

dạng hạt cát, mức độ trộn

Độ lưu động của hỗn hợp vữa xây từ 4 đến 10cm; của vữa hoàn thiện từ 6 đến

10cm (đối với vữa cát thô), từ 7 đến 12cm (đối với cát mịn)

Độ phân tầng của vữa: Vữa có khả năng chống phân tầng tốt là vữa có độ đồng nhất

cao, không bị phân tầng tách lớp trong quá trình vận chuyển hay để lâu chưa dùng tới

Có 2 phương pháp xác định độ phân tầng: phương pháp lắng và phương pháp chấn

động

Độ phân tầng đựơc xácđịnh theo công thức:

Trong đó:

S1 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ống 1, cm;

S3 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ống 3, cm;

5.3.2 Tính giữ nước

Vữa phải có độ giữ nước tốt để đảm bảo đủ nước cho chất kết dính thuỷ hoá, rắn

chắc, ít bị mất nước do nền hút, do bay hơi, do tách nước trong quá trình vận chuyển

Khả năng giữ nước của hỗn hợp vữa đựơc biểu thị bằng tỷ lệ phần trăm giữa độ lưu

động của hỗn hợp vữa sau khi chịu hút ở áp lực chân không và độ lưu động của hỗn hợp

vữa ban đầu

Độ giữ nước của hỗn hợp vữa Gn được tính theo công thức sau:

Trong đó:

S1 - độ lưu động của hỗn hợp vữa ban đầu, cm;

Chương 5 Vữa xây dựng

S2 - độ lưu động của hỗn hợp vữa sau khi hút chân không, cm;

Độ giữ nước, % đối với vữa ximăng là 63, vữa vôi và vữa hỗn hợp là 75

5.3.3 Tính chống thấm

Tính chống thấm của vữa được xác định bằng cách cho mẫu vữa dày 2cm chịu áp

lực của nước, lúc đầu 0,5 at, sau 1 giờ tăng lên 1at, sau 2 giờ – 1,5 at, sau 3 giờ – 2 at, rồi

để 24 giờ mà nước không thấm qua mẫu thì coi như vữa có tính chống thấm

* Cấp phối của vữa hỗn hợp ximăng - vôi, ximăng -sét: đựơc chọn dựa vào chất

lượng vôi và biểu diễn tỷ lệ thể tích của vôi và cát như sau: 1: V: C

- Cấp phối của vữa hỗn hợp có thể xác định bằng cách tra bảng hoặc tính toán theo

công thức thực nghiệm

Bảng 5-3 Cấp phối vữa hỗn hợp ximăng – vôi

Tỉ lệ phối hợp theo thể tích của mác vữa

1) Số liệu ở mẫu số dùng cho công trình thuỷ công

2) Khi xác định tỷ lệ phối hợp, khối lượng thể tích của ximăng được quy định như

sau:

- Với ximăng mác 30-60 thì ρvx = 1,1kg/l

- Với ximăng mác 15-25 thì ρvx = 0,9kg/l

- Với ximăng mác 10 thì ρvx = 0,7kg/l

Chương 5 Vữa xây dựng

3) Cát sử dụng ở trạng thái xốp có độ ẩm 1-3% Khi dùng cát khô hơn, lượng dùng

cát phải giảm tới 10% Khi độ ẩm lớn hơn 3%, lượng cát phải tăng lên 10%

4) Số liệu trong bảng ứng với vôi cấp II có ρvv = 1400kg/m3 Khi dùng vôi cấp I

lượng vôi giảm 10% vôi cấp III tăng 10%

* Cấp phối của vữa ximăng: Cấp phối vữa ximăng thường được chọn theo bảng có

sẵn Tỷ lệ X/C = 1/2; 1/3; 1/4; tuỳ theo yêu cầu về cường độ, về khối lượng thể tích Với

kết cấu ximăng lưới thép tỷ lệ X/N có thể chọn từ 1/3 đến 1/4, lượng ximăng thường

650kg/m3 vữa Như vậy để chế tạo vữa ximăng cát, lượng ximăng lớn hơn khoảng 2 lần

so với lượng ximăng cho bê tông

5.5 Vữa trát

* Vữa trát thường đựơc trát thành 3 lớp mỏng: lớp dự bị (trát đầu tiên), dày 3-8mm,

lớ đệm (trát thứ 2), dày 5-12mm, lớp trang trí (ngoài cùng) dày 2mm và có pha bột màu

Vữa trát có một số yêu cầu khác với vữa xây: nhão hơn và có khả năng giữ nứơc tốt

hơn (độ phân tầng tốt nhất là 1-2cm) để đảm bảo độ dẻo yêu cầu của vữa trát, vật liệu chế

tạo vữa phải thoã mãn các yêu cầu sau:

+ Vôi phải tôi trước 1-2 tháng, lọc kỹ hơn

+ Cát phải mịn hơn: đối với lớp dự bị và lớp đệm – không lớn hơn 2,5mm, đối với

lớp trang trí không lớn hơn 1,2mm

Cấp phối vữa vôi: lớp dự bị (lớp lót) V:C = 1:3, lớp trang trí 1:2 (vôi cấp 2)

Cấp phối vữa hỗn hợp X:V:C để trát tường ngòai hay nơi ẩm ướt 1:0,5:6 để trát

tường phía trong nhà 1:2:9

Cấp phối vữa ximăng X:C để trát tường ngoài nhà hoặc nơi ẩm ướt 1:6 đến 1:3,5

Để khắc phục nhược điểm của vữa trát bằng tay người ta dùng vữa phun Thiết bị phun

giống như phun bê tông

5.6 Thiết kế hỗn hợp vữa xây

Thiết kế hỗn hợp vữa có thể sử dụng bảng tra trong giáo trình hoặc sách bài tập Có

thể tính trực tiếp theo các cách sau:

* Trường hợp vữa bata (tam hợp) không có đất sét nhuyễn

Vữa bata xây gồm 2 loại chính mà quy luật tính chất khác nhau do tác dụng của nền

đối với vữa : đó là vữa xây nền đặc và vữa xây nền xốp

Nền đặc là loại nền của vữa có khả năng hút nước kém, thường HV của nền này <

5% Cường độ của nó xuất hiện và phát triển như bê tông

) 4 0 - N

X ( R 25 0

=

R 28 x

V

Trái với nền đặc, nền xốp là loại nền của vữa có khả năng hút nước mạnh, ví dụ

gạch đất sét nung Vì vậy ngay khi tiếp xúc với vữa, nền đã hút đi hầu hết lượng nước tự

do trong vữa Điều đó làm cho lượng nước nhào trộn khi thoả mãn yêu cầu độ dẻo, không

còn ảnh hưởng đến cường độ của vữa xây nữa, như thể hiện trong công thức Pôpôv: