Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 - TS. Vũ Quốc Hoàng

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 Các tính chất cơ lý chủ yếu của vật liệu xây dựng, cung cấp cho người học những kiến thức như: Các tính chất vật lý chủ yếu; các tính chất cơ học chủ yếu. Mời các bạn cùng tham khảo!

VẬT LIỆU XÂY DỰNG

TS Vũ Quốc Hoàng Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng

 Tầm quan trọng của môn Vật Liệu Xây Dựng

 Tài liệu Tham khảo:

1/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Đại học, THCN- Hà Nội Các

tác giả: Lê Đỗ Chương, Phan Xuân Hoàng

2/ Giáo trình Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2001 Các

tác giả: Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu

3/ Bài tập Vật Liệu Xây Dựng NXB Giáo Dục HN 95-2000

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.1 Khối lƣợng riêng

d) Phương pháp xác định a : Tuỳ từng loại vật liệt mà có các

phương pháp xác định khác nhau:

- Mẫu hoàn toàn đặc và có kích thước hình học rõ ràng:

+ Đem cân mẫu để xác định m

+ Đo mẫu để xác định Va

- Mẫu hoàn toàn đặc và có hình dạng bất kì:

+ Đem cân mẫu để xác định m

+ Tìm V của nước dời chỗ

Va= V2-V1

a a

m V

• Thí nghiệm cát: dùng dung dịch nước và cát nghiền mịn để

tránh độ rỗng trong hạt cát (dùng nước vì nước không làm thay

đổi V của cát)

1

2 V V

V a x  

a

a

m V

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.1 Khối lƣợng riêng

e) Các ứng dụng và phạm vi sử dụng:

- Dùng để tính độ đặc và độ rỗng của vật liệu

- Dùng để tính toán cấp phối bê tông và vữa xây dựng

- Dùng để phân biệt các vật liệu cùng loại

Ví dụ: vật liệu kim loại đen (gang, thép):

A: Thép

B: Gang

 A: thép

B a

Tuỳ từng loại vật liệu mà có phương pháp xác định khác nhau:

+ Các loại vật liệu có kích thước hình học rõ ràng:

• Đem cân mẫu để xác định m

• Đo mẫu để xác định V0

+ Mẫu có hình dạng bất kì thì:

• Đem cân mẫu để xác định m

• Bọc mẫu bằng paraffine (ký hiệu p)

m V

m V





GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.2 Khối lƣợng thể tích

e) Phạm vi ứng dụng o

• Tính độ đặc và độ rỗng của vật liệu

• Tính toán cấp phối bê tông và vữa xây dựng

• Tính độ ổn định của kết cấu nền móng công trình

• Tính toán và lực chọn phương tiện vận chuyển và bốc xếp

• Tính toán chiều dày () của tấm tường cách nhiệt

1000 500-1800 500-600 300-900 200-400 20-100

Bảng I-2

- Vật liệu không hút nước

- Vật liệu không thấm nước (thép, bitum, kính xây

Độ rỗng của vật liệu là một tính chất rất quan trọng và nó

có liên quan mật thiết đến các tính chất khác của chính

- Tính bền vững (tuổi thọ) của vật liệu trong công trình

• Thông thường, nhiều loại vật liệu có độ rỗng lớn (r)  cường độ

(R) 

b) Công thức: hai loại

- Hút nước theo khối lượng: Hp (%)

Trong đó: Km là chỉ tiêu rất quan trọng đối với vật liệu trong môi

trường tiếp xúc trực tiếp với nước

 Quy định:

+ Đối với vật liệu đá thiên nhiên (granit, porphyre,basalble…) và đá

nhân tạo (bê tông, cement, vữa…) thì: nếu Km < 0,75: không nên sử

dụng trong môi trường trực tiếp tiếp xúc với nước

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.8 Độ ẩm

 H p khác W về ý nghĩa vật lý:

Khi vật liệu ẩm ướt hoặc khi khô thì sẽ sinh ra hiện tượng co nở và

độ co nở của các loại vật liệu sẽ khác nhau Mặt khác, những loại

vật liệu có cấu tạo không đẳng hướng và không đồng nhất thì độ co

nở theo các phương và chiều khác nhau

 Vậy hệ số truyền nhiệt  bằng nhiệt lượng Q (Kcal) truyền qua một

bức tường dày 1m, tiết diện 1m2 trong thời gian 1 giờ khi nhiệt độ

 Nhiệt độ trung bình tại thời điểm xác định

 Mặt khác, hệ số truyền nhiệt  còn thuộc vào phương và chiều

truyền nhiệt (đối với những loại vật liệu có cấu tạo không đẳng

hướng)

Ví dụ: Gỗ:  dọc thớ = 0,3 Kcal/ mhC

 ngang thớ = 0,15 Kcal/ mhC

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1.9 Tính truyền nhiệt

 Trong trường hợp vật liệu khô trong trạng thái tự nhiên (trong

không khí), có thể sử dụng công thức thực nghiệm gần đúng để

tính  của Giáo sư Necraxov:

 Khi vật liệu làm việc trong điều kiện t  100oC thì

Công thức của Giáo sư Vlasov

GV VŨ QUỐC HOÀNG

a) Nhiệt dung: Là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi đun nóng

• Nếu chọn một mẫu vật liệu có G = 1kg và t1-t = 1oC thì C=Q

• Vậy tỷ nhiệt C= Q tính bằng Kcal dùng để đun 1kg vật liệu nóng

 Dùng để tính toán lượng nhiệt cần thiết, dùng để gia công nhiệt

nhằm thúc đẩy quá trình rắn chắc của sản phẩm

 Dùng để tính toán lựa chọn các loại vật liệu để xây dựng các nhà ở

trong điều kiện thiếu điện khí hóa, thiếu hơi, khí hậu lạnh  chọn

vật liệu có C lớn và  nhỏ

Ví dụ: gỗ có C> ,  >

 dọc thớ = 0,3 Kcal/mhoC

 ngang thớ = 0,15 Kcal/mhoC

GV VŨ QUỐC HOÀNG

 Khi vật liệu bị ẩm ướt thì tỷ nhiệt được ký hiệu:

Vài con số thí dụ về C của một số loại vật liệu xây

dựng :

 Đối với đá thiên nhiên và đá nhân tạo thì: C =

0,18  0,22 Kcal/Kg  C

 Đối với vật liệu gỗ thì C = 0,57  0,65 Kcal/Kg  C

 Đối với thép C = 0,115 Kcal/Kg  C

 Đối với nước C = 1 Kcal/Kg  C

GV VŨ QUỐC HOÀNG

a) Tính chống cháy

 Tính chống cháy là khả năng của liệu chịu tác dụng của nhiệt độ

cao mà không bị phá hủy

 Dựa vào khả năng chống cháy, vật liệu được chia làm 4 nhóm:

1 Vật liệu không cháy: Khi gặp tác dụng của lửa hoặc nhiệt độ cao,

vật liệu không bị cháy và không bị biến hình đáng kể Ví dụ: Gạch,

ngói, bê-tông , vật liệu amiăng

2 Vật liệu không cháy nhưng có thể biến hình nhiều (như thép),

hoặc bị phá hủy (như đá thiên nhiên, đá hoa, thạch cao)

GV VŨ QUỐC HOÀNG

1 Các tính chất vật lý chủ yếu

a) Tính chống cháy

3 Vật liệu khó cháy: Là những vật liệu bản thân dễ cháy, nhưng nhờ

có lớp bảo vệ nên dưới tác dụng của lửa hoặc nhiệt độ cao lại khó

cháy thành ngọn, chỉ cháy âm ỉ

GV VŨ QUỐC HOÀNG

b) Tính chịu lửa

 Tính chịu lửa là tính đề kháng của vật liệu không bị biến hình khi

chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ

 Có 3 nhóm vật liệu khác nhau :

1 Vật liệu chịu lửa: chịu tác dụng to > 1580oC Gạch samốt, gạch

dinat

2 Vật liệu khó chảy: chịu tác dụng to [1350 – 1580oC]

3 Vật liệu dễ chảy: độ chịu lửa < 1350oC Ví dụ : Gạch đất sét

thường

Vật liệu chịu lửa được sử dụng để xây các bộ phận tiếp xúc với lửa

như buồng đốr, ống khói, và những bộ phận phải chịu lực ở nhiệt

độ cao thường xuyên

GV VŨ QUỐC HOÀNG

2 Các tính chất cơ học chủ yếu

2.1 Khái niệm về cường độ

Khái niệm về cường độ:

 Cường độ của vật liệu là khả năng của nó chịu tác dụng

của các ngoại lực (tải trọng, sự thay đổi nhiệt độ, vận tốc

dòng chảy, vận tốc gió bão)

 Trong đó, kết cấu công trình, vật liệu có thể làm việc chịu

nén, kéo uốn, cắt, va chạm… Nhưng thường hơn cả

người ta xác định lực nén, kéo, uốn

• Đối với vật liệu giòn: gang, đá, bê tông, gạch, xi măng… : xác

định chủ yếu là cường độ chịu nén quy ra mác vật liệu (Kgf/ cm2)

GV VŨ QUỐC HOÀNG

2.2 Cường độ chịu nén - kéo

 Cường độ của vật liệu quyết định chủ yếu bởi thành phần

của vật liệu, cấu tạo của vật liệu, hình dạng và đặc trưng

bề mặt của vật liệu

 Ngoài ra, cường độ của vật liệu còn phụ thuộc vào điều

kiện nhiệt độ và độ ẩm khi tiến hành xác định, nó thuộc

vào kích thước mẫu thí nghiệm

 Do vậy, có thể nói rằng cường độ vật liệu là một chỉ tiêu

mang tính chất điều kiện nhất định

GV VŨ QUỐC HOÀNG

2 Các tính chất cơ học chủ yếu

2.2 Cường độ chịu nén - kéo

b) Phương pháp thí nghiệm:

 Ngày nay, ngoài phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu, người ta

còn ứng dụng phương pháp thí nghiệm không phái hoại và không

hư hỏng

 Để thực hiện phương pháp này, người ta dùng nguyên liệu lý âm

học, là tìm tốc độ truyền siêu âm qua mẫu vật liệu, và vận tốc càng

nhanh thì vật liệu càng đặc  R càng cao

(Phương pháp siêu âm): tiến hành:

• Đúc nhiều nhóm mẫu tính toán chính xác

• Dưỡng hộ điều kiện tiêu chuẩn

• v qua các nhóm mẫu (m/s)

• Nén  Rn  xây dựng đồ thị chuẩn

GV VŨ QUỐC HOÀNG

2.2 Cường độ chịu nén - kéo

R4 R3

V6 V5 V4 V3 V2

 Trong các phòng thí nghiệm để xác định cường độ chịu uốn,

người ta chế tạo mẫu dạng thanh (dầm), kích thước chuẩn của mẫu vữa xi măng 4416 cm

 Dầm (thanh), tiết diện chữ nhật chịu một lực tập trung P ở

GV VŨ QUỐC HOÀNG

2.3 Cường độ chịu uốn

 Dầm (thanh): tiết diện chữ nhật, chịu hai lực P/2, đặt cách

nhau a, cách gối tựa a

 Khi dầm làm việc chịu uốn thì thường phần bên dưới chịu

kéo, phần bên trên chịu nén Thông thường Rk < Rn (trừ

thép, gỗ)

 Để đánh giá một loại vật liệu mà chỉ căn cứ vào giá trị

cường độ cao chưa đủ, vì có những loại vật liệu có giá trị

cường độ cao nhưng rất nặng nề ( o>) và tốn kém nhiều

vật liệu, làm nặng công trình  đầu tư nền móng tăng,

kém mỹ quan Do vậy, người ta đưa vào khái niệm hệ số

phẩm chất

 Mặt khác, độ cứng của vật liệu cũng còn được đặc trưng bằng khả

năng khó gia công của loại vật liệu đó

 Có hai phương pháp xác định độ cứng:

•

•

Mềm  cứng vừa rạch được bề mặt bằng dao kim loại ấn mạnh

Cứng  rất cứng, dùng

nó rạch thành vệt trên kinh xây dựng

 Lấy mẫu hình trụ có kích thước d = 2.5cm, h = 5cm

 Kẹp mẫu lên đĩa, quay tròn với tốc độ 33 vòng/phút

 Quay trong 1000 vòng và có rắc cát thạch anh cỡ

0.3÷0.6 mm (rắc khoảng 2.5 lít cát/1000 vòng)

cát thạch anh

Thí nghiệm mài mòn

 Để xác định độ chống va chạm dùng máy búa đặc biệt

Đặt mẫu nằm trên bệ giữa 2 trụ Quả cân treo ở độ cao

nhất định sẽ rơi tự do đập vào mẫu cho đến khi xuất hiện

vết nứt