Giáo trình vật liệu xây dựng

- Khäúi læåüng riãng laì khäúi læåüng cuía mäüt âån vë thãø têch váût liãûu åí traûng thaïi hoaìn toaìn âàûc (khäng coï läù räùng) sau khi âæåüc sáúy khä åí nhiãût âäü 105 o C ÷ 11[r]

Giáo trình vật liệu

xây dựng

CHƯƠNG I

────────────────────

TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

§1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

* Nhóm các tính chất liên quan đến cấu tạo bản thân vật liệu

I KHỐI LƯỢNG RIÊNG:

1 Khái niệm:

- Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn

toàn đặc (không có lỗ rỗng) sau khi được sấy khô ở nhiệt độ 105oC ÷ 110oC đến khối lượng không đổi

- Ký hiệu γa

2 Công thức tính:

Khối lượng riêng được tính theo công thức sau:

a a

V

k

G

= ; g/cm

khô

Va - thể tích hoàn toàn đặc của mẫu thí nghiệm

3 Các

h γa khác nhau

hông có dạng hình học xác định: Phương pháp vật liệu chiếm chỗ chất lo

0,2mm, Cân xác định Gk, dùng phương

úm chỗ chất lỏng để xác định Va

Ý ng

üc vào thành phần cấu tạo và cấu trúc vi

mô của

khối lượng riêng được lấy bằng khối lượng riêng trung

3 , kg/l, t/

trong đó: Gk - khối lượng mẫu thí nghiệm trong trạng thái

h xác định:

Tùy theo từng loại vật liệu mà có những phương pháp xác địn

a Vật liệu được coi như hoàn toàn đặc chắc: thép, kính

- Đối với mẫu có dạng hình học xác định: Phương pháp cân đo bình thường

- Đối với mẫu k

íng xác định Va

b Vật liệu không hoàn toàn đặc chắc: gạch, đá, bêtông, vữa

- Nghiền nhỏ mẫu vật liệu đến mức nhỏ hơn

pháp vật liệu chiê

4 hĩa:

- Khối lượng riêng của vật liệu chỉ phụ thuô

nó nên biến động trong một phạm vi nhỏ

- Dùng để tính toán cấp phối vật liệu hỗn hợp, một số chỉ tiêu vật lý khác

- Đối với vật liệu hỗn hợp,

bình xác định theo công thức sau:

n

γ γ

γ

n

n hh

a

G G

G

G G

G

γ

+ + +

+ + +

=

2 1

2 1

vật liệu thường gặp :

2 1

- Khối lượng riêng γa của một số loại

Đá thiên nhiên : 2,5 ÷ 3 g/cm 3

Gạch ngói đất sét nung : 2,6 ÷ 2,7 g/cm 3

Vật liệu hữu cơ (gỗ, bitum, chất dẻo, v.v ): 0,9 ÷ 1,6 g/cm 3

G THỂ TÍCH:

Khái

ể tích: là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự

thái tự nhiên sau khi được sấy khô ở nhiệt độ 105oC ÷ 110oC đến khối lượng không

øi

ợng của một đơn vị thể tích vật liệu dạng hạt

ìi rác ûng thái tự nhiên

Ký hiệu γox, γodd

Ximăng 2,9 ÷ 3,2 g/cm 3

Bêtông nặng : 2,5 ÷ 2,6 g/cm 3

II KHỐI LƯỢN

1 niệm:

- Khối lượng th

nhiên (kể cả lỗ rỗng)

Ký hiệu γotn, γoW

- Khối lượng thể tích tiêu chuẩn: là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở

trạng

đô

Ký hiệu γotc, γo

- Khối lượng thể tích xốp: là khối lư

rơ được đổ đống ở tra

2 Công thức tính:

tn o o

V

G

=

γ ( g/cm 3 , kg/l, t/m 3 , )

k o

k tc o

G

= ( g/cm

V

thùng

thùng trong VL x

V

G

o =

γ ( g/cm 3 , kg/l, t/m 3 , )

trong đó: Gtn , G ên

G - khối lượng mẫu thí nghiệm trong trạng thái khô

Votn - thể tích của mẫu thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên

hí nghiệm ở trạng thái khô Phương pháp cân đo bình thường

ût liệu dạng hạt rời rạc: xác định khối lượng thể tích xốp

ìng đong G

W

-khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái tự nhi

k

Vok - thể tích của mẫu t

3 Cách xác định :

a Vật liệu có dạng hình học xác định:

Phương pháp vật liệu chiếm chỗ chất lỏng: bọc parafin hoặc ngâm mẫu bão hòa nước

c Vâ

Phương pháp đổ đống: Đổ đống vật liệu vào một thùng đong có dung tích biết trước ở một độ cao nhất định Cân khối lượng vật liệu có trong thu

4 Ý ng

ó thể đánh giá sơ bộ một số tính chất của vật liệu như

trị số γ ût liệu, kho bãi hay tính cấp phối

- Khối iến đổi trong phạm vi rất lớn

- Khối ệu thường gặp :

+ Đá thiên nhiên loại đặc chắc: 2,6 ÷ 2,8 g/cm 3

ïi đất sét nung : 1,3 ÷ 1,9 g/cm 3 êtông nặng : 1,8 ÷ 2,5 g/cm3

1 Khái

ố giữa phần thể tích hoàn toàn đặc so với thể

ch tự nhiên của mẫu vật liệu Độ đặc được ký hiệu đ, thường tính bằng %

ỷ lệ giữa phần thể tích rỗng so với thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu iệu r, thươ ín bằng %

2 Công thức tính:

đ =

hĩa:

- Khối lượng thể tích phụ thuộc vào kếït cấu nội bộ bản thân vật liệu, khối lượng thể tích xốp phụ thuộc vào kích thước hạt và sự sắp xếp giữa các hạt

- Biết khối lượng thể tích ta c

, độ rỗng, cường độ, độ hút nước, hệ số truyền nhiệt của vật liệu, v.v Ngoài ra, tư

o, γox ta có thể tính toán dự trù được phương tiện vận chuyển vâ

của vật liệu hỗn hợp

lượng thể tích của các loại vật liệu xây dựng b lượng thể tích γo của một số loại vật li

+ Gạch ngo + B

III ĐỘ ĐẶC , ĐỘ RỖNG:

niệm:

Độ đặc hay mật độ của vật liệu là tỷ s

tí

Độ rỗng là t

Độ rỗng được ký h ìng t h

% 100

×

o

a

V

V

o G

/

×

=

k

a G

% 100

×

=V r

r

o

V r=V r =V o −V a =1−V â =1−đ

o o

V r=⎜⎛1−γo ⎟⎟⎞×100%

⎠

a

γ trong đó: Va - phần thể tích hoàn toàn đặc của mẫu thí nghiệm

o - thể tích tự nhiên của mẫu thí nghiệm

3 Phâ

Lỗ rỗng kín là lỗ rỗng riêng biệt ,không thông với nhau và không thông với bên

ù rỗng đến các tính chất khác của vật liệu:

Độ rỗng là một chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng vì nó ảnh hưởng nhiều đến các tính chất khác của vật liệu như: cường độ, độ hút nước, khả năng truyền nhiệt, khả năng chống thấm, chống b

⎜

⎝

V

Vr - phần thể tích rỗng của mẫu thí nghiệm

n loại lỗ rỗng:

ngoài

Lỗ rỗng hở là lỗ rỗng thông với nhau và thông với bên ngoài

4 Ảnh hưởng của độ đặc, rỗng, tính chất lô

-

ăng giá và chống ăn mòn

* Nhóm các tính chất liên quan đến môi trường nước

IV ĐỘ ẨM:

1 Khái niệm:

lệ nước có tự nhiên trong vật liệu ở trạng thái tự nhiên tại thời điểm thí nghiệm

2 Côn

ên trong mẫu vật liệu ái khô

Độ ẩm là tỷ

Ký hiệu W

g thức tính :

Độ ẩm được tính bằng tỷ lệ phần trăm giữa khối lượng nước có tự nhi

ở thời điểm thí nghiệm so với khối lượng mẫu vật liệu ở trạng th

% 100

%

×

vl

k vl tn vl k

vl

tn n

G

G G G

G W

Gvlk -_khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô

định:

hần của hơ o nội bộ ủa vật liệu và bản chất ưa nước hay kỵ nước của nó

øm hoặc là khi độ ẩm của vật liệu thay đổi thì một số tính chất của hay đổi theo như: cường độ, khả năng dẫn nhiệt và dẫn điện, thể tích

ĐỘ HÚT NƯỚC:

Độ hút nước theo khối lượng: là tỷ số phần trăm giữa khối lượng nước có trong vật

ho hối lượng vật liệu

trong đó : Gvltn - khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên

3 Cách xác

- Cân mẫu ở trạng thái tự nhiên tại thời điểm thí ngiệm Sấy khô mẫu đến khối lượng không đổi

4 Ý nghĩa:

- Độ ẩm là đại lượng thay đổi liên tục tùy thuộc điều kiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường, vật liệu có thể hút ẩm hoặc nhả ẩm tùy theo sự chênh lệch giữa áp suất riêng p

i nước trong không khí và trong vật liệu Độ ẩm cũng phụ thuộc vào cấu tạ

c

- Khi vật liệu bị â

vật liệu cũng t

- Biết độ ẩm của vật liệu để điều chỉnh lượng dùng vật liệu cho hợp lý

V

1 Khái niệm:

Độ hút nước là khả năng vật liệu hút và giữ nước trong các lỗ rỗng ở điều kiện

nhiệt độ và áp suất thường (p = 1atm và to = 20 ± 5oC )

2 Công thức tính:

liệu khi được bão ìa trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường so với k

ở trạng thái khô Ký hiệu Hp , xác định theo công thức sau:

% 100

%

×

vl

k vl bh vl k

vl

bh n p

G

G G G

G H

trong đó : Gvlbh - khối lượng mẫu thí nghiệm đã bão hòa nước

k - khối lượng mẫu thí nghiệm khô

Gvl

1 Mắt cây

Mắt cây có 3 loại :

- Mắt sống : còn cứng, chắc, dính chặt vào thân gỗ

- Mắt chết : có một phần hoặc toàn bộ rời khỏi thân

gỗ, song vẫn còn cứng, chưa mục

- Mắt mục : mắt gỗ đã mục nát

ốn Mắt cây còn làm gỗ khó

Vặn thớ

ím cường độ, thay đổi phương công v

vặn thơ

3 L

iện ngang của thân cây có hai lõi, thường gặp ở cây gỗ có h

ỗ

4 Cong queo

Hiện tượng gỗ cong queo làm giảm cường độ dọc

thớ của gỗ và gây lãng phí, khó sử dụng

II SÂU, NẤM

Nấm là loại thực vật đơn giản nhất sống nhờ trong các tế bào gỗ và đôi khi gây ra

các hiện tượng hóa lý khác Nấm phát triển trong điều kiện có ôxi, độ ẩm và nhiệt độ thích hợp Gỗ có độ ẩm nhỏ hơn 20%, cũng như gỗ ngâm ngập trong nước thì không bị nấm phá hoại

Nấm có thể làm gỗ bị biến màu, bị mục và giảm tính chất cơ lý Nấm có thể phá hoại ngay khi cây gỗ còn đang sống, cây gỗ đã chặt xuống hoặc tiếp tục phá hoại gỗ ngay trong các kết cấu của công trình

Mắt là tật chính của gỗ, mắt làm cho thớ gỗ bị lượn vòng dẫn đến giảm khả năng chịu lực của gỗ nhất là khi chịu kéo, nén dọc thớ và khi chịu u

gia công, giảm hiệu quả sử dụng

2

Gỗ bị vặn thớ làm gia

chịu lực của gỗ Mặt khác, nó cũng làm cho gỗ khó gia

à khó sử dụng

Những cây gỗ ở vùng có gió theo mùa thường bị

ï

ệch tâm, hai tâm

Lệch tâm gồm có lệch một phía và lệch cục bộ

Hai tâm là hiện tượng trên tiết d

ai ngọn

Lệch tâm, hai tâm làm giảm hiệu quả sử dụng g

Sâu là các loại côn trùng có thể đục gỗ hoặc dùng gỗ làm thức ăn Dạng khuyết tật

này xảy ra trong cây gỗ đang lớn và cây gỗ đã chặt xuống, còn tươi cũng như đã khô Nó làm giảm tính chất cơ học và chất lượng của gỗ đến nỗi phải bỏ đi Ngoài ra, gỗ tại các công trình biển còn bị phá hoại do các loại giun biển (hà)

III CÁC BIỆN PHÁP BẢO QUẢN GỖ

1 Phòng chống nấm và côn trùng

Phòng chống nấm và côn trùng nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ của gỗ bằng các biện pháp sau : loại trừ các điều kiện sinh sống của côn trùng, dùng hóa chất và sử dụng thuốc

a Loại trừ các điều kiện sinh sống của côn trùng

Nấm và côn trùng sinh sống nhờ vào không khí và thức ăn trong gỗ và phát triển ở nhiệt độ và độ ẩm thích hợp Có thể loại trừ hai yếu tố trên bằng cách sấy gỗ ở 80 ÷ 100P

o

C

trong thời gian lâu, hoặc ngâm dưới bùn để diệt sâu nấm và trứng sâu

b Dùng hóa chất

Hóa chất diệt nấm và côn trùng cần bảo đảm các tính chất sau đây :

- Có khả năng diệt nấm và côn trùng mạnh

- Ổn định đối với môi trường : có tác dụng lâu dài không bị nước cuốn đi

- Không độc đối với người và súc vật Không ăn mòn gỗ và các chi tiết trong kết cấu gỗ như đinh, vít, ke

- Dễ dàng ngấm sâu vào gỗ, không có mùi hắc

c Phương pháp sử dụng thuốc

- Quét và phun ngoài mặt : quét hay phun 2 đến 3 lớp trên mặt, cách này đơn giản, dễ làm song thuốc ngấm không sâu, hao hụt nhiều

- Ngâm gỗ vào dung dịch thuốc : thuốc ngấm có sâu hơn phun và quét

- Tẩm chân không có áp : tạo chân không để hút nước và không khí trong gỗ, rồi ngâm vào dung dịch thuốc dưới áp suất 6atm Phương pháp này rất tốt, thuốc ngấm sâu,

song đắt tiền

- Tẩm phân tán : lấy gỗ tươi bóc vỏ, quét keo thuốc 2 đến 3 lớp, rồi bọc kín gỗ bằng giấy dầu, ủ từ 3 đến 4 tháng, sau đó bóc giấy, phơi khô

- Phương pháp thay thế nhựa : hút hết nhựa cây và bơm vào cây gỗ thuốc trừ sâu nấm

2 Phòng chống hà

Để phòng chống hà người ta thường dùng các biện pháp sau :

- Dùng gỗ cứng (thiết mộc), gỗ dẻo quánh (tếch), gỗ có nhựa (bạch đàn) Những loại gỗ cứng, quánh làm hà khó đục, hoặc vì sợ nhựa hà không bám vào

- Để nguyên lớp vỏ cây

- Bọc ngoài gỗ một lớp vỏ kim loại

- Bọc kết cấu gỗ bằng ống ximăng amiăng, ống sành

- Dùng dầu crêozôt, CuSOB 4 B,

Ở nước ta còn dùng phương pháp cổ truyền là thui cho gỗ cháy xém một lớp mỏng bên ngoài Phương pháp này sau 3 năm phải thui lại

3 Bảo quản và phơi sấy gỗ

Sấy gỗ là biện pháp làm giảm độ ẩm của gỗ, ngăn ngừa mục nát, tăng cường độ, hạn chế sự thay đổi kích thước và hình dáng trong quá trình sử dụng Các biện pháp sấy gỗ được sử dụng là sấy tự nhiên, sấy phòng, sấy điện, sấy trong chất lỏng đun nóng Trong đó sấy tự nhiên và sấy phòng là chủ yếu