Giáo trình Vật liệu xây dựng - Đại học Thuỷ lợi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LƠI

Bộ MÔN VẬT LIỆU XÂY DựNG
TS. Nguyễn Thị Thu Hương - PGS.TS. Vũ Quốc Vương (Đồng Chủ biên)
PGS.TS. Nguyễn Quang Phú - TS. Nguyễn Việt Đức

TS. Hồng Quốc Gia - TS. Ngơ Thị Ngọc Vân - ThS. Tạ Duy Long

_______ GIÁO TRÌNH

yẬT LIỆU
XÂY DỤNG

NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG


TRƯỜNG ĐẠI
HỌC
THỦY LỢl
•
•
•
Bộ MƠN VẬT LIỆU XÂY DƯNG
TS. Nguyễn Thị Thu Hương - PGS.TS. Vũ Quốc vương (Đổng Chủ biên)

PGS.TS. Nguyễn Quang Phú - TS. Nguyễn Việt Đức
TS. Hoàng Quốc Gia - TS. Ngô Thị Ngọc Vãn - ThS. Tạ Duy Long

GIÁO TRÌNH

VẬT LIỆU

XÀỲ DỤNG

NHÀ XUÁT BẢN XÂY DỰNG



LỜI NĨI ĐÀU

Giáo trình Vật liệu xây dựng này được biên soạn đê dùng làm tài liệu giảng dạy cho
ba ngành có liên quan đên xây dựng là xây dựng cơng trình dân dụng và cơng nghiệp,
xây dựng cơng trình thủy lợỉ và xây dựng các cơng trình giao thơng. Giáo trình này
được sử dụng ở trường Đại học Thủy lợi và cũng có thê dùng ở các trường khác có đào
tạo sinh viên của ba ngành nêu trên. Ngồi ra cũng có thê là tài liệu tham kháo cho các
kỹ sư xây dựng nói chung.
Nội dung giáo trình đề cập đến hầu hết các loại vật liệu phổ biến, dùng nhiều trong
xây dựng. Tuy nhiên, do chương trình đào tạo mơn Vật liệu xây dựng cịn hạn chế và
khn khơ qun giáo trình có hạn, nên một sơ phân nội dung được đê cập chỉ tỉêt, cịn
một sơ loại chỉ đê cập ngăn gọn.
Trong giáo trình khơng viết nhiều về sản xuất mà chủ yếu đi sâu phân tích các tính
chất của từng vật liệu, việc sử dụng, bảo quản và bảo vệ vật liệu xây dựng trước và sau
khỉ được sử dụng trong cơng trình đế góp phần bảo vệ và nâng cao tuốỉ thọ của cơng
trình theo phương châm “Cơ bản, hiện đại và Việt Nam Khi biên soạn giáo trình này,
chúng tơi đã tham khảo các giáo trình Vật liệu biên soạn từ trước tới nay, tham khảo tài
liệu nước ngoài, các kết quả nghiên cứu, sản xuất vật liệu xây dựng ở Việt Nam và cập
nhật, vận dụng các tiêu chuân về vật liệu xây dựng hiện hành ở nước ta và một phần
nước ngoài.

Đe đáp ứng một phần yêu cầu về tài liệu tham khảo nói chung, chúng tơi có chú ỷ mở
rộng thêm một số nội dung cần thiết đối với xây dựng và sản xuất đế bạn đọc có thế
tham khảo.

Đây là một cơng trình tập thê của Bộ mơn Vật liệu xây dựng trường Đại học Thủy
lợi, do TS. Nguyên Thị Thu Hương chủ biên, vỉêt Chương 3 - Chat kêt dính vơ cơ,
Chương 4 - Phụ gia cho bê tơng và vữa và Chương 10 - Một số vật liệu khác sử dụng
trong xây dựng cơng trình; PGS. TS. Vũ Quốc Vương đồng chủ biên viết Phần mớ đầu,
Chương 2 - Đá xây dựng, Chương 10 - Một sô vật liệu khác sử dụng trong xây dựng
cơng trình; TS. Ngơ Thị Ngọc Vân viết Chương 1 - Tính chất cơ bản của vật liệu xây
dựng và Chương 10 - Một số vật liệu khác sử dụng trong xây dựng công trình; PGS.TS.
Ngun Quang Phú viêt Chương 5 - Bê tơng xi mãng; TS. Nguyên Việt Đức viêt Chương
6 - Vật liệu xây lát, Chương 9 - Vật liệu gỗ và Chương 10 - Một số vật liệu khác sử
dụng trong xây dựng cơng trình; TS. Hồng Quốc Gia viết Chương 7 - Chất kết dính
hữu cơ và bê tơng atsphalt; ThS.(NCS) Tạ Duy Long vỉêt Chương 8 - Thép xây dựng.
3


Trong q trình biên soạn chúng tơi nhận được những ỷ kiến đóng góp quỷ báu
của GS.TSKH. Nguyên Thúc Tuyên cùng nhiều nhà khoa học trong và ngồi trường.
Chúng tơi xỉn chân thành cảm ơn những đóng góp quỷ báu này.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng trong khỉ biên soạn, song do trình độ và khả năng có
hạn, nên chắc chắn khơng tránh khỏi cịn những thiếu sót. Mong được độc giả đóng góp
ỷ kiến để chủng tơi bổ khuyết cho lần tái bản sau.

Xin chân thành cảm ơn!
Bộ môn Vật liệu Xây dựng
Trường Đại học Thủy lọi

4

PHÀN MỞ ĐÂU

I. Ý N'GHL\

Đê hình tlíãnh nên một cơng trinh, quá trinh đâu tư xây dựng sê trãi qua 3 giai đoạn
như sau:

1. Giai đoạn chuân bi dự án gơm các cịng việc: kháo sát xây dựng; lặp. thâm định.
Bão cão nghiên cứu tiên khá thi. quyet định hoặc chảp thuận chủ trương đau tư (nêu có);
lặp. thám định, phê duyệt quy hoạch chi tiêt xây dựng phục vụ lập báo cáo nghiên cứu
khá thi đâu tư xây dựng, thâm định bâo cảo nghiên cứu khá thi đê phê duyệt/quyẽt định
dâu tư xây dựng và thực hiện các công việc cân thiết khác liên quan den chuẩn bi dự án;
2. Giai đoạn thực hiện dự án gồm các công việc: chuàn bị mặt bãng xây dựng, rà phá
bom min (nếu có); kháo sát xảy dựng; lập. thâm dinh, phê duyệt thiết ke. dự toán
xây dựng; cảp phép xây dựng (dơi vói cõng trình theo quy định phai có giây phép
xây dựng); lựa chọn nhã thau và ký kết hợp đỏng xây dựng; thi cịng xây dựng cơng
trinh; giám sát thi cõng xây dựng; tạm ứng. thanh toán khối lượng hoàn thành; vận
hãnh, chạy thứ; nghiệm thu hoàn thành cõng trinh xây dựng; bản giao công trinh đưa
vào sứ dụng và công việc cán thict khác;
3. Giai đoạn kct thúc xây dựng gồm các cơng việc: Ọuyẽt tốn hợp dơng xây dựng,
quyết toản dự ãn hồn thành, xác nlíận hồn thành cõng trinh, báo hãnh công trinh
xây dựng, bàn giao các hò sơ liên quan vả các còng việc cân thiết khác.
Trong 3 giai doạn này thi giai doạn thực hiện dự ãn là giai đoạn quyết định den chat
lượng cơng trinh, trong dó việc lựa chọn vật liệu sứ dụng cho cơng trinh đóng vai trị
quan trọng ánh hưởng den cá chất lượng vã giá trình cõng trình

Như vậy có thê thảy, vật liệu xây dụng có vai trị rãt quan trọng và cân thict trong các
cơng trình xây dựng, nõ quyết định chất lượng, tuỏi thọ. mỹ thuật và giá thành của
cơng trình. Chat lượng cua vật liệu anh hương trực tiep dèn chát lượng cõng trinh, nen
ngành vật liệu xây dựng luôn được chú trọng đâu tư vã phát trièn.

Thông thưởng chi phi về vật liệu xây dựng chiêm một tý lệ tương đỏi lởn trong
tông giá thành xây dựng: 75 - 80% dôi với các cõng trinh dàn dụng vả còng nghiệp.
70 + 75% đối với cãc cóng trinh giao thơng. 50 55% đối với các cóng trinh thúy lọi.
Chat lượng vật liệu có ánh hướng rãt lớn den chat lượng công trinh. Theo báo cáo
cùa Cục giám dịnh chãi lượng nhà nước vê chât lượng công trinh xây dựng thi công
trinh không đăm bão chát lượng do nhiều nguyên nhãn trong đõ có nguyên nhãn do
5


dùng vặt liệu không đảm báo yêu cảu kỳ thuật. Mặt khác khỏi lượng vật liệu sứ dụng
trong xây dựng ràl lớn, việc tô chức khai thác và cung cáp vật liệu đàm bào yêu câu
kỳ thuật, đỏng bộ vả kịp thời cũng có anh hương đen tiên độ thi cơng và thời gian hồn
thành cơng trình và do đó cùng có ánh hưởng đên giã thành cịng trinh.
Qua những điêu nêu trên, phải thây ràng vật liệu xây dựng là một khâu có ý nghía
quan trọng về kỳ thuật và kinh tể. đổng thời có tác động lớn đến kể hoạch xây dựng
công trinh.

II. LỊCH sử PHÁT TRIẼN VẠT I.IF.U XÂY DỤNG TRÊN THÈ GIỚI
Cùng với su phát triên cua sức sán xuất và quan hộ san xuất, cùng với sự phát trièn
cũa khoa học kỳ thuật nói chung, ngành vật liệu xày dụng đà phát trièn tù thô so đên
tinh vi, tử gian dơn dân phức tọp. kỹ thuật san xuãt ngày càng hiện dại vã chât lượng vật
liệu ngày càng đuọc nàng cao. Ngành vật liệu xây dựng trên thê giói ln ln gán liền
với ngành xây dụng.
Một diêu chảc chăn, khơng ai có thè nói chinh xác thời gian vã noi xuât xứ cua
ngành xây dựng cùng như ngành vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, cỏ thê nói rang, ngành
xây dựng khói ngn tử nhu cầu cùa cuộc sơng. Tứ khi có con người, lã có ngành xảy
dụng và có ngành vật liệu xây dựng. Tuy không được đật tên nõ là “xây dựng” nhưng
con người sinh ra cần có nơi ớ. sinh song. Khi con người tim nơi đê cư trú, và "dọn
dẹp”, “thiết kế" noi cư trú ây chinh lã lúc con ngươi bất đầu biết thiết kế xây dựng, biết

sư dụng vặt liệu xây dựng.

Vào thời nguyên thúy, khi con người côn là nhùng “dỏng vật" sân bàt hái lượm. nơi
0 cùa họ lả những hang động, họ chi rịi hang động đó di khi họ sàn bat vả kiêm thức ăn,
vã họ sẽ rời di mãi mãi khi thức ăn khu vực dó trớ nên cạn kiệt. Di chuyên mãi. di
chuyên nhiều noi vã cuỏi cùng họ cùng phái tự lảm cho minh noi che mua che nàng, vã
nhã cũng lã nơi dê cư trú tránh thú dữ.
Nhã cùa lơ tiên lồi người bảt đâu từ thiên nhiên, vã chăng can có những kiên trúc,
khoa học câu ki. Nỏ chi phát xuât lữ nhu cầu thục té. Những ngôi nhà cũa tỏ tiên loài
người chúng ta chi là những cành cây. và lá xép
Lúc đàu loài người chi biét dùng vật liệu sần có trong tự nhicn như dat, đá. rơm rạ.
gỗ, tre v.v... đê xây dựng nên nhả ỡ. cung điện, nhà thở. đương sat, cầu cống, v.v...
Những cơng trình dó cịn thơ sơ, tường nhã cỏn làm băng dat hoặc xép đã. Sau dỏ ớ
nhùng noi xa núi đã. ngươi ta đà biết đũc gạch mộc. rồi dần dãn biết dùng gạch ngói
băng dât nung. Dên thơi phong kicn việc san xuât vã sư dụng chê phàm dàt nung
phát triển.
Khi xả hội ngây cảng giàu cỏ. nhu cằu noi ò ngày cảng đông hơn họ mơi linh đèn
chuyện bèn chãc hơn. Từ dó việc xây lại những căn nhà gióng như những hang dộng
tụ nhiên inà họ dà thấy. Họ bất đầu xây nó lữ dắt đã và dần dân một ngôi nhà. hai. ba...
vã dông dàn ra thành một khu cư dân... Với nên vãn minh cô dọi một nên văn minh

6


khá hơn một chút, họ bât đàu có những cõng trinh thê ký như cung điện, lảu đài nhăm
mục đích phô trương thị uy quyên thông trị cùng như tôn giáo.

Hai cơng trình vi đại nhât sù dụng vật liệu thiên nhiên được kê đen đó là Kim Tự
Tháp và Vạn Lý Trưởng Thành. Đây là hai cịng trình có lè được trường tồn với thời
gian dài.

Khoáng 4000 nãm trước cõng nguyên, giũa sa mạc mục lên kê cạnh sông Nin. Người
Ai cập đà xây dựng nên cãc kim tự tháp, gọi là quần thê kim tự tháp. Nơi đây đẻ chôn
cat các vua chúa Pharaong.
Một trong những kim tự tháp tồn lại là Kerop, có chiều cao I46m, đáy là hình vng,
cạnh 232ni. thế tích 2.5 triệu ni'. Nỏ được xây dựng từ 2.6 triệu táng đá. và mồi táng đá
trung bình khống hơn 2 tấn.

Cơng trinh Vạn Lý Trường Thành là niềm tự hão cùa người Trung Quốc và thế giới.
Tuy đe lụi một kỳ quan cho the giới, nhưng Vạn Lý Trường Thành cũng là nơi chôn biết
bao nhiêu xương máu của nhân loại. Bức tường dược xày dụng với mục đích đê bão vệ
lãnh thơ cũng như là đê chiền đau khi cần. Cơng trình này dài 6352km. được xây dụng
vảo thế kỳ thứ 5 trước cơng ngun, dưới thời Tằn Thủy Hồng.

Đè gân các viên đá, gạch rời rạc với
nhau, từ xưa người ta díì biết dùng đất sét.
thạch cao, vơi và guđrơng. Ví dụ ờ Ba Tư
2000 năm trước công nguyên người ta dâ
biết dùng chất Alphan thiên nhiên dế làm
chắt kết dính, ớ La Mả vào the ky thứ 4 đ.ì
xây dựng những con dưỡng dá lớn chất
lượng tỏt. Trong thời kỳ này kỳ thuật gia
công vật liệu gồ và luyện kim cùng phát
triền vói mót mức độ nhát định
Trong thời gian này người ta đ3 san
xuất được vôi và thạch cao là nhũng chất
dinh kêt cứng răn trong không khi.
Do nhu cầu phai xây dựng một số cóng
trình ở những nơi âm ưủt, liếp xúc với
nước và năm trong nước, người ta đà dần

dần phát hiện ra những chất kết dinh mới,
có kha năng cứng răn dược ở nơi âm ướt
vã trong nước. Chất dinh kết rằn trong
nước đầu tiên đơn gián nhất là hon hợp vơi
- đất sét nung, có khã nàng chịu dược mưa
vã ngập lụt kéo dãi. Sau này người ta dà
tìm dược nhiều loại phụ gia khống vật

Kim tự thửp - /ti C<ỈP

ỉ’ựn Lị’ Trường Thành - Trung Quốc
7


trong tự nhiên có tính chất giống như đắt sét nung như tro núi lửa. trêpen, v.v... gọi chung
lã puzolan. Tiêp dó ngưửi ta đà phát minh ra vịi cứng trong nước (vòi thúy) và xi màng
La Mà. Đen đầu thể ký thứ 19 phát minh ra XI mảng poỏc lăng là một chất dinh kểt tốt
hon hàn các chất dinh kết đã tim được trước dó vã mị đầu cho những phát kiến vẻ các
chất dính kẽt khác và bê lỏng sau này. Một cột mỏc dáng nhớ vào năm 1867 một người
Pháp, người trông hoa đà trông hoa trong chiẻc chậu đâu tiên bãng xi màng có lịi thép.

Đen thởi kỳ tư ban chu nghĩa, do nhu cầu xây dụng công nghiệp phát triển, việc phảt
trièn giao thõng vã các yêu câu quân sự dõi hỏi phái có cãc vật liệu mới cỏ khá năng
chịu lực cao. do dõ săt thép, bê tỏng, bê tông cỏt thép, bê tông cõt thép ứng suãt trước
đà được sử dụng v.v... Den cuối the kỳ thử 19, đầu thế kỹ thứ 20, việc sán xuất các loại
vật liệu đá nhân tạo nhu gạch silicat. sán phâm fibro xi mủng, bẽ tông xi lõ cao. cãc vật
liệu cách nhiệt vã ngân nước dược phát tricn.
Ngày nay cùng vói sự phát triền mạnh mẽ cua khoa học và kỹ thuật, kỹ thuỏt san
xuất và sir dụng vật liệu xây dựng trên thế giỏi dà đạt trinh độ khá cao. Ngưởi la đã vã
đang nghiên cứu sư dụng những vật liệu hiện đụi vừa nhẹ. vừa ben như chát deo đe thay

thê thép và bè tông côt thép hoặc đè làm chàt gàn két các câu kiện thay cho bulơng, đinh
tán. Ngồi ra. từ chất dẽo người ta chế tạo ra cãc loại sơn. nhũ qt ngồi mặt cơng
trinh, đê tạo một lớp màng chõng thâm ben vững và chịng xâm thực cho cóng trinh ớ
trong môi trưởng nước cỏ tinh chat xâm thực.

Vấn đề sán xuất cấu kiện đúc sần trong nhà máy với trinh độ cơ khi hóa và tự dộng
hóa cao đang đậc biệt được chú trọng nhảm nâng cao năng suất lao động và phàm chát
vật liệu, trén cơ sỡ đó mà hạ giá thành sàn phâm. Nhicu cơng nghệ tiên ticn được áp
dụng như nung gạch băng tuynen. nung xi máng bủng dầu ma dút hoặc khi than; các nhã
máy xi mãng cờ lớn có cõng suat tới 10 triệu tâiVnãm. sàn xuât các câu kiện bê tông cot
thép úng suất trước cờ lớn. dùng máy ly tâm đè tạo hình, v.v... đà dược xây dựng. Việc
san xuãt các loại vật liệu mới như các loại hợp kim nhẹ. cưởng độ cao. và bẽn vững lâu
dãi; các sàn phâm vô cơ như sợi thúy tinh, sợi bông đá. bè tông côt sợi thúy tinh, các
loại vật liệu đã nhãn tạo cờ lớn. cãc loại xi măng đặc biệt và cảc loại vật liệu chuyên
dụng khác dược dặc biệt chú trọng.

Người ta cịn phát minh ra các máy móc kiêm tra tinh chất các vặt liệu xây dựng vã
hoàn chinh các phương pháp nghiên cứu thi nghiệm đè đánh giá phâm chât cùa các vật
liệu. Hảng loạt cãc tiêu chuẩn, quy trinh, quy phạm quốc gia vã quốc tế ra đời de lãm co
so pháp lý cho việc sán xuẳt. sử dụng và kicm tra chàt lượng vặt liệu xây dựng.
Xu hướng chung cùa việc phát trién công nghiệp vật liệu xây dựng hiện nay là tăng
nhanh sán lượng và chất lượng săn phàm, hạ giá thành và giam nhẹ cưởng độ lao dộng
cho người sán xuãt. Các biện pháp cơ bán sau đây thường được chú trọng:

- Co khi hóa và tự động hóa quá trinh cõng nghệ sán xuất vật liệu xảy dựng vã cắu
kiện. Kèt hợp chật chẽ với khâu thiết kê de ticu chn hóa kích thước, quy cách, phâm
chất các loại vật liệu vả cấu kiện. Kẽ hoạch hỏa các khâu khai thàc. ché biến, lưu thông
8

phân phổi vả sử dụng vật liệu xảy dựng. Đấy mạnh cõng tác nghiên cứu khoa học vật
liệu xây dựng cho phù hợp với tài nguyên, khi hậu mồi địa phưong, đơng thịi nghiên
cứu úng dụng nhùng tiến bộ kỳ thuật cùa các ngành khác vảo công nghiệp sán xuầt vật
liệu xây dựng.

- Cơng xưởng hóa việc sán xt cấu kiện và tích cục thi cơng lăp ghép. Kct hop
chặt chê vởi các khâu (hiet kế và thi công đè định ra chế độ sứ dụng tiết kiệm các loại
vật liệu.
- Tận dụng các nguồn nguyên liệu địa phương và các nguồn phe liệu còng nghiệp dè
sán xuất vật liệu xây dựng.
Xu thế phát triển ngành vật liệu trên the giới tập trung vào vật liệu thòng minh như:
vật liệu tự hãn găn vet nứt. bê tông tư phục hồi. công nghệ in bè tông 3D. vật liệu cầu
trúc nano, vật liệu xanh,...
III. LỊCH SỨ PHẤT TRIÉN VẠT LIỆU XÂY DựNC Ớ VIỆT NAM
Việt Nam có lịch sứ hơn 4000 nãm dựng nước và giữ nước. Băng sức lao dộng và tri
thơng minh sảng tạo cùa mình, nhãn dãn ta đă xây dựng nen nhiêu cõng trinh kiên trúc
băng gồ. gạch, dã với những dường nét chạm trô tinh vi. nhiều cơng trinh cỏn tón tại
cho đến ngày nay. phân lớn lả đen. chúa, thành quách.

Trong thôi kỷ người Pháp thõng trị nước ta. đẽ phục vụ cho mục đich khai thác vã
bóc lột. chúng dã tiên hành xây dựng một sơ thành phơ. dường giao thịng, cáu cơng và
một vải cóng trinh vân hóa bang các vặt liệu khác nhau, trong đó các vật liệu hiem. quý.
đèu dược lây từ nước Pháp sang.

Công nghiệp sán xuất vật liệu xây dựng trong thời kỳ này hâu như không phát trièn.

Sau Cách mang Tháng Tám. dộc biệt là sau khi mien Băc dược hồn tồn giái phóng
(1954). chúng ta chi cố nhả mây xi màng Hái Phông và một vải nhã máy gạch cõng suat
nhó. Đáng và Nhà nước ta nít chú trọng dén việc phát triền ngành vật liệu xây dựng dè
phục vụ cho cảc nhu câu khôi phục vả phát triẽn kinh tế. Chi trong một thời gian ngân

từ 1955 -í- 1962, Nhà máy Xi măng Hái Phịng dã dược khôi phục và mơ rộng, công
suat tâng gấp hai lân thời Pháp thuộc. Nhiêu nhã mây săn xuất xi mủng lỏ dứng, quy
mơ nho, các lị vói lien hồn, nhiêu nhà máy gach. ngói, go và nhà máy sán xuất câu
kiện bê tông... dược xây dựng, đãp ửng dược một phân quan trọng cãc nhu câu xây
dựng dat nước.
Trong cuộc kháng chiên chóng Mỹ cửu nước, nhiêu cơng trinh nôi trên dã bi phá
hoại hoặc hư hỏng.
Sau khi miên Nam hoàn toàn giãi phỏng, cà nước ta bước vào một giai đoạn phát
then mới. Đê dáp ứng dược các yêu câu xây dựng rât to lớn và khàn trương hiện nay.
công nghiệp sân xuãt vật liệu xây dựng đang được Đãng vả Nhả nước ta chú trọng phát
then manh.

9


Nước ta dã xảy dựng nhiêu nhà mây sàn xuât gạch xảy các loại, gạch men ốp lát.
nhiêu nhả mây xi màng sân xuất nhiều chúng loại vởi dãy chuyền hiện dại cùa thế giới,
thuộc sờ him cua nhà nước. tư nhản và cùa nhà dâu tư nước ngoài, nhicu nhã máy be
tông lớn và trạm trộn sán xuắl các loại cẩu kiện vã cung cấp trục tiếp bẻ tông tươi cho
các dự án công trường và cà nhà dàn. Một sô nhà máy săn xuãt gạch hè tông nhẹ (bê
tỏng bọt. be tỏng khi) đâ ra dõi làm vật liộu cách nhiệt và xây dựng các nhà và chung cư
cao tầng. Nhiều công ty lớn sân xuất thép xây dựng, kinh xây dựng, son cảc loại cùng
lãn lượt ra dời. Ngoài san phàm vật liệu xây dụng dược sán xuât trong nước, cỏn có
nhiều sán phẩm nhập khẳu tử nước ngoải. Cỗ thé thấy ràng sàn phẩm vật liệu xây dựng
ừ Việt Nam hiện nay rất phong phú và dầy du đáp úng dược yêu cầu xây dựng nói
chung và thị hicu cùa người dũng.
Ben cạnh việc xây dựng các cơ sờ công nghiệp san xuất vật liệu xây dựng, trong
nhiêu năm qua chúng ta cùng dà chú ý đào tạo một đội ngù đỏng dão các cán bộ khoa
học kỹ thuật, kỹ thuật viên và cơng nhãn có trinh độ cao. Một hệ thòng các co sở nghiên
cứu khoa học và thi nghiệm vật liệu o các ngành dâ được xây dựng vả đang được túng

cường, đà góp phần quan trọng vào việc phát triển nen khoa học vật liệu Việt Nam hiện
đại. Nhà nước ta và các ngành chuyên môn cũng dã ban hành nhiều tiêu chuẩn, quy
trinh, quy phạm về khai thác, bão quán vã sử dụng vật liệu đẽ đãp ứng cảc yèu cầu ngây
càng cao cua sự nghiệp xây dụng đât nước.

Tông săn lượng xi màng den nảm 2020 dạt khoáng 101,74 triệu tần; gạch ốp lát đạt
575 triệu mét vuông; sứ vệ sinh dụt 19 triệu san phâm; kính xây dựng dụt 2X0 triệu met
Vũng; gạch xây nung, gạch khơng nung 30 tỷ viên đáp ứng nhu cầu trong nưủc.

Đây lã nhừng con sỏ ãn tượng cho thây, rị ràng lình vực VLXD cỏ dóng góp rất lớn
vảo sự phát triền chung ve kinh tè xã hội cua dát nước cùng như sụ phát triền riêng cua
ngành xây dựng.
Nêu quy dõi sang giã tri kinh te. các sán phàm VLXD tiêu thụ ước tinh phái dạt hơn
22 lỹ USD trong nám 2020, tương đương mức dóng góp khống 6.5% dẽn 7% vào quy
mơ nen kinh tê cùa dãt nước.
Việt Nam đang dãy mạnh xuât khâu xi mãng, tro xi dã qua tuycn và đặc biệt xuât khâu
một số cầu kiện bê tông dủc sản.
Xu the phát triên vật liệu xây dựng ờ Việt Nam tập tning vào bẽ tông tinh nâng cao.
sứ dụng vật liệu xanh, vật liệu nano. v.v...

Tỏm lại. vật liệu xây dựng đang là một nhu cằu quan trọng trong sự nghiệp xây dựng
đât nước. Việc nghiên ciru, san xuât và sứ dụng vật liệu xây dụng trong diet! kiện nước
ta hiện nay có ý nghĩa kinh te kỳ thuật lớn và đang được dãy mạnh, phác triển.
IV. PHÂN LOẠI VẬT L1ỆL XÂY DỤNG

Vật liệu xây dựng dược phàn loại theo nhiều cách tủy theo yêu càu cụ thế và liêu chi
khác nhau.
10

Dựa vào loại liên kềt chinh giữa các nguyên tứ trong vật liệu, các loại vật liệu xây
dụng chia thành 3 nhỏm chinh là: Vật liệu vô cơ. vật liệu hữu cơ vã vặt liệu kim loại.

- Vật liệu vô cơ bao gom các loại vật liệu đá thiên nhiên, các vật liệu nung, các loọi
chát kẻt dính vơ cơ, bêtông, vữa, các loại vật liệu đá nhân tạo không nung... Loại vật
liệu nãy cỏ liên kết chinh giừa cãc nguyên tứ lã liên kết ion vã liên kết cộng hõa trị.
- Vật liệu hũu cơ bao gồm cãc loại vật liệu gỗ, tre, các loại bitum vã guđrông. vật
liệu kco vã chai dco. các loại son vã vccni... Loại vật liệu nãy có liên kct chính giữa cãc
ngun tử là liên kết cộng hóa trị.
- Vật liệu kim loại bao gôm các loại vật liệu và sàn phàm băng gang, thép, các loại
vật liệu bang kim loại màu và hợp kim. Loại vật liệu này có liên kết chinh giùa các
nguyên tư lả liên kèt kim loại.

Dựa theo nguồn gỏc. vật liệu xây dựng được phân thảnh 2 nhóm: vật liệu tự nhiên vã
vật liệu nhân tạo.
- Vật liệu tự nhiên có ngn gốc tự nhiên khá đa dạng, có thê kê dên như: cát. đá. sói
gồ, đất sét...
- Vặt liệu xây dựng nhân tạo là vật liệu được tạo ra bởi sàn xt cơng nghiệp, có thè
kẽ đèn như: gạch nung, xi mủng, bẽ tông. thép. sơn. kinh...
Trong nhóm vật liệu nhân tạo có loại đá nhân tạo là một nhóm vật liệu rất phong phú
vã đa dạng, chúng được phân thành 2 nhóm phụ: vật liệu đá nhân tạo không nung và vật
liộu đá nhàn tạo nung.

Vật liệu đã nhãn tạo khơng nung: nhóm vật liệu mã sự rân chăc cua chúng xày ra ó
nhiệt độ khơng cao lắm và sự hĩnh thành cấu trúc là kết q cùa sự biến đơi hóa học vã
hóa lý cua chát kêt dính, ờ trạng thái dung dịch (phân tứ. keo. lóng và rắn. pha lỗng vã
đậm đặc).
Vật liệu đã nhân tạo nung: nhóm vật liệu mã sự răn chãc cua nó xáy ra chu u là q
trình lãm nguội dung dịch nóng chay. Dung dịch đó đỏng vai trơ là chất kết dinh.

Đòi với vật liệu đá nhân tạo. khi thay dôi thành phân hạt cua cõt liệu, thành phàn
khoảng hóa của chát kết dinh, các phương pháp cơng nghệ vả các loại phụ gia đặc biệt
thì có the lãm thay dôi và dicu chinh câu trúc cũng như tinh chãt cùa vật liệu.

V. CẢU TRỦC GIÁO TRÌNH
Câu trúc giáo trình gơm có phần mờ đầu vã 10 chương đề cập vẽ cảc linh chất cơ bán
cùa vật liệu xảy dựng và cãc loại vật liệu hiện được dũng phỏ bièn trong xây dựng.
Cụ thề cấu trúc như sau:

Phan mờ dầu
Chương I. Tính chất co bán cua vật liệu xây dưng
Chương 2. Dá xây dựng

II


Chương 3. Chất kết dinh vỏ cơ
Chương 4. Phụ gia cho bê lông và vừa
Chương 5. Bẽ tỏng xi măng
Chương 6. Vật liệu xây lát
Chương 7. Chất kết dinh hừu co vã bẽ tỏng atsphalt
Chương 8. Thép xây dựng
Chương 9. Vật liệu gồ
Chương 10. Một số vật liệu khác sứ dụng trong xây dựng cõng trinh

12


Chương 1

TÍNH CHÁT CO BÁN CÚA VẬT LIỆU XÂY DỤNG

1.1. KHÁI MẸM CHUNG
Trong quá trình làm việc, vật liệu phải chịu sự tác động của tái trọng bên ngồi, cùa
mói trường xung quanh. Đẽ SŨ dụng tốt vật liệu, cân nám vững các linh chai cơ. lý vã
hóa học. các diêu kiện chiu lực và môi trường mà vật liệu phai làm việc. Có the phân
tinh chất cùa vật liệu ra thánh nhùng nhỏm sau đây:

Tinh chất vật lý đ$c trưng cho trạng thái, câu trúc và xác định mối quan hộ cùa vật
liệu với môi trường như: khối lượng riêng, khối lượng đơn vị, độ rỗng, độ đậc vả các
yêu tô anh hướng đen các chi tiêu dỏ. Một sơ tinh chat lien quan tói nước như: dộ âm.
múc hút nước, hệ số bào hòa. hệ số thấm vả mối quan hệ giừa chúng.
l inh chàt hóa học có liên quan den những biên dôi hỏa học vã dộ bẽn cùa vặt liệu dõi
vói lác dụng ân mịn hóa học.

Tinh chãt co học .xác đinh quan hệ cua vật liệu với biên dạng vã sự phá húy dưới tác
dụng cùa tài trọng như: cường độ, biên dạng, độ cứng, mõ đun đàn hơi, độ mài mịn, dộ
va chạm...
Tính chât cua vật liệu khi chiu tác dụng cua nhiệt như: tinh chịu nhiệt, tính cách
nhiệt, tinh chỏng cháy, tinh dẫn nhiệt...
Ngoài ra. tủy mõi trường làm việc và diêu kiện chịu lục mà chọn vật liệu cho phù
hợp. Vật liệu dũng cho các cơng trinh thủy lọi có một sơ u càu chát lượng riêng, trong
đó kha nâng chịng thâm, chơng xàm thực cua mói trường nước càn hêt sức chú ý.

Các tính chât cơ bàn cùa vật liệu dược xác định bâng thí nghiệm. Dè tránh ành hường
cùa nhùng yếu tó khách quan trong quá trinh thi nghiệm, các tinh chài cùa vật liệu phái
được xảc định theo các phương phàp chuàn dược quy định trong tiêu chuàn Việt Nam.
Với những chi tiêu chưa có trong ticu chuán Việt Nam thì có thê dùng theo ticu chn
cùa nước ngồi.

1.2. THÀNH PHÀN VÀ CÁU 1 RÚC CỦA VẬT LIỆU
1.2.1. Thành phan vật liệu

Vật liệu xây dựng nói chung dược đạc trưng bơi 3 thành phần: thành phần hóa học.
thành phân khống vật và thành phân pha; ngồi ra với vật liệu hạt rời còn dùng thành
phẩn hạt.
13


1.2.1.1. Thành phàn hóa học

Biêu thi băng % các oxit có trong vật liệu (vói kim loại, hợp kim thi bicu thi bãng %
các nguyên tố hóa học).
Thành phần hóa học cho phép phán đoán một sổ tinh chất cùa vật liệu xây dựng như:
tính chịu lúa, tinh cơ học và các đặc tinh kỹ thuật khác.
Đôi với vật liệu nhàn tạo. dựa vào thành phan hỏa học cùa nó người ta cố thê lựa
chọn thành phân nguycn liệu sán xuât. Thành phân hõa học cua vật liệu dược xác djnh
bủng phương pháp phân tích hóa học.

1.2.1.2. Thành phần khống vật

Biêu thị bang % các muỗi kép (khoảng vật) có trong vật liệu.
Biết được thành phan khoáng vật sê phán đoán tương đỏi chinh xác các tinh chất cùa
vật liệu xảy dựng. Việc xác định các thành phân khoáng vật khã phức tạp, đặc biệt là vê
mặt đinh lượng. Vì vậy người ta phái dũng nhiêu phương pháp đê bó trợ cho nhau như:
phân tích nhiệt vi sai, phân tích phơ roughen, laze, kính hiển vi điện tử...

1.2.1.3. Thành phần pha

Bicu thị % pha rân, pha lõng, pha khi chiêm trong vật liệu. Đa sô vật liệu khi làm

việc đều tồn tại ớ pha rán. nhưng trong vặt liệu luôn chửa một lượng lồ rồng, nen ngồi
pha rắn nó cịn chữa cà pha khi (khi khị) và pha lóng (khí ầm). Tỹ lệ của các pha này cỏ
anh hương den chat lượng cùa nỏ. dặc biệt lã các tinh chàt VC âm, nhiệt, tinh chơng ăn
mịn. cưởng độ...

Thành phần pha biến đối trong quá trinh cõng nghệ vá dưới sự tãc động cua mõi
trường. Sự thay đòi pha lâm cho tính chất vật liệu cùng thay đơi.
1.2.1.4. Thành phan hạt

Biêu thị bàng % các cỡ hạt cõ dường kính khác nhau chiêm trong vật liệu (dùng cho
vật liệu hạt rời).
1.2.2. Cấu trúc vặt liệu
Câu trúc cũa vật liệu được hièu thị ờ ba mức: câu trúc vì mơ, câu true vi mô vả câu
trúc trong.

1.2.2.1. Câu trúc vĩ mô
Cấu trúc vĩ mỏ là cau trúc băng măt thường có thè phân biệt được dạng câu trúc này.

Vật liệu dá nhân tụo dặc phô biên trong xây dựng như be tông nặng, vặt liệu gơm...
nhừng vật liệu nãy thưởng có cưởng độ. khá nàng chống thấm, tính chống ủn mỏn tốt hơn
các vật liệu rong cùng loại, nhưng nó nặng và các tính chàt cách âm và nhiệt kém hơn.
Vật liệu cấu tạo rồng như bê tông bọt, bè tông khi, chất dẻo tổ ong... những vật liệu
này thường có cưởng độ. độ chống ản mòn kém hơn vội liệu đăc cùng loại, nhưng kha
nâng cách nhiệt, cách ãm tốt hon.
14


Vật liệu có cấu tạo dạng sợi nhu gỗ. các sán phẩm (ử bơng khống, tấm sợi gồ ép...
cỏ cường độ. độ dản nhiệt và các tinh chàt khác nhau theo phương dọc và ngang thớ.
Vật liệu rời như cốt liệu cho bê tỏng, vật liệu dụng bột (xi mảng, bột vơi sơng...) có các

tính chất và cơng dụng khác nhau tùy theo thành phẩn, độ lớn và trạng thái bề mặt hạt.

1.2.2.2. Câu trúc vi mô
Câu trúc vi mỏ là câu trúc chi có thê quan sát bảng kinh hiên vi. Càu trúc vi mơ cua
vật liệu có thè lã cấu trúc kết tinh hoặc cấu trúc võ định hình.

Càu trúc kèt tinh là câu trúc mà các nguyên tử, phân từ sãp xép theo một trật tụ nhât
định. Cấu trúc vỏ định hình lá cấu trúc mã các nguyên tứ. phàn tư sáp xếp không theo
một trật tự nhât định.
Một chât có thê lịn tại ớ các trong thái càu trúc khác nhau, có tính chất khác nhau. Vi
dụ oxit silic (SĨO-) tồn tại ỏ dạng tinh thè lủ thạch anh có độ bền và độ ơn định, khơng
tác dụng vói Ca(OH)z ớ điều kiện thưởng; trong khi đó (SiO’) tịn tại ớ dong vỏ định
hĩnh là opan có độ bên và độ ơn định kém hơn dạng tinh thê, nỏ có thê tác dụng với
Ca(OH); ơ ngay nhiệt độ thưởng. Dạng vỏ đinh hình có thê chun sang dạng tinh thê
bèn hon.
Một vân de có ý nghĩa thực tê lớn dơi vói vật liệu đã thiên nhiên vã nhân too lã hiện
tượng đa hĩnh - cùng một chất nhưng cứ thê tồn tại ờ các dạng tinh thè khác nhau (dạng
thù hình).

Đặc điềm cùa các chắt có cấu tạo tinh the lã có nhiệt độ nơng cháy (ớ ảp suất khơng
dơi) và có dong hình học cùa tinh thê (ớ moi dong thù hình) nhât đinh.
Tinh chat cua đơn tinh thê (cường dộ. tính dan nhiệt, dan diện, tơc dộ hịa tan...)
khơng giống nhau theo các phương khác nhau. Hiện lượng dị hưởng dó là dặc diem của
câu tạo bẽn trong cứa tinh thẽ.

1.2.2.3. Cẩu trúc trong
Cấu trúc trong (cấu trúc siêu vi mô) là cấu tạo cùa nguyên tứ. phân tứ, hĩnh dáng kích
thước cùa tinh thế. liên kết nội bộ giũa chúng. Phái dũng thiết bị hiện đại như kinh hiến
vi diện tư. phương pháp phân tích ron ghen dê quan sát và nghiên cứu càu trúc trong cua
vật liệu. Cấu tạo bên trong của các chát quyết định cưởng độ. độ cứng, độ bền nhiệt vã

nhiêu tinh chât quan trọng khác cùa vật liệu.
Khi nghiên cửu các chất có cấu too tinh the. người ta phai phân biệt chúng dựa vào
đặc diêm cùa môi lien kẽt giữa các phân tù đê tạo ra mạng lưới không gian. Túy theo
kiêu liên kết. mạng lưới này cỏ thê được hình thành từ các nguyên tứ trung hỏa (kim
cương. SiO>), các ion (CaCOỉ, kim loại), phân tư (nước dá)

Liên kêt cộng hỏa tri dược hình thành từ dỏi diện lư dùng chung, hĩnh thành trong
nhùng tinh thẻ cua các chất đơn giàn (kim cương, than chi) hay trong các tinh the cua
họp chãt gôm hai nguyên tỏ (thạch anh. cacbuasilic. cacbit. nitrua). Neu hai nguyên tứ
15


giống nhau thì câp điện tu dũng chung thuộc cá hai ngun tử. Neu hai ngun tứ có
tính chât khác nhau thi cặp diện tứ bị lệch vè phía nguycn tơ có tinh chàt á kim mạnh
hơn, tạo ra liên kết cộng hỏa trị có cục (HjO), những vật liệu cố lien ket dạng nãy cỏ
cưởng độ. độ cimg cao vã rảt khó chày.
Lien ket ion dược hình thành trong các tinh the vật liệu mà các nguyên tử khi tương
tác vởi nhau nhường điện tử cho nhau hình thảnh các ion âm và các ion dương. Các ion
trái dâu hút nhau de tao ra phân tư. Vật liệu xây dựng phơ biền có liên kêt loại nãy
(thạch cao, anhidriL..) có cường độ và độ cứng tháp, khơng bên nước. Trong những loại
vật liệu thường gặp như canxit. fenspat với những tinh thê phức tọp gơm cá liên
kết cộng hóa trị và liên ket ion. Bén trong ion phúc tạp CO/ là liên kết cộng hóa trị.
Nhưng chinh nó liên kết vời Ca'2 băng liên kết ion. Tinh chất cùa nhùng vặt liệu này rất
khác nhau. Canxit (CaCOj) cỏ cưởng dộ khá cao. nhung độ cứng lại thap. Fenspat cỏ
cường độ vả độ cứng khá cao.

Liên kết phán tứ đuọc hĩnh tliãnh chú yếu trong nhùng linh thê cùa cảc chất có liên kết
cộng hỏa trị. rinh the cua các chat này bao gồm những nguyên tư lien két với nhau bãng
lực liên kết tương dối yếu - lực Vandecvan. Dưới tức dụng cùa nhiệt độ. liên kết nãy rất
dẻ bị phá húy. Vi vậy các chât cỏ liên két phân tư có nhiệt dộ nóng chay tháp (nước dá).

Liên kêt silicat là liên kêt phức tap. tạo ra những tinh chât dặc biệt cua vật liệu xây
dụng. Vi dụ trong khoáng dạng sợi atniàng. những mạch silicat song song nhau gan kết
với nhau bãng những ion dương. Vì lien ket ion yêu hon lien ket cộng hóa tri trong
mạch, nén dưới tác dụng cùa lực cơ học amiăng dễ tảch thành nhùng sợi nhỏ. Trong các
khoáng dang tâm (mica, caolinit) các nhóm silicat liên kêt vói nhau yếu hon theo những
mật phàng nhất định.
Cấu trúc silicat phức tạp dược tạo thành từ khối bốn mật SÍO4 liên kết với nhau bang
nhùng dinh chung (những nguyên tư oxy chung» tụo thành mạng lưới khơng gian ba
chiều. Do đỏ có thè coi chúng như các polime vơ co.

1.3. TÍNH CHÁT VẠT LÝ
1.3.1. Khối hrựng riêng

Khối lượng riêng là khối lượng của một dơn vị thế tích vật liệu ớ trạng thãi hồn tồn
đặc (ben trong khơng có lồ rong):

Trong đỏ:

pa - khối lượng riêng, (g'em', kg' dni, t'm’l;

m‘ ■ khối lượng cua mầu vật liêu dà sảy khô. (g. kg. t);
va- thè tích cùa mẫu vật liệu ứ trạng thái hỗn toàn đặc. (em'. din\ m').

16


Tủy theo từng loại vật liệu mà cỏ những phương pháp xác định khói lượng riêng
khác nhau. Đối với vật liệu hoàn toàn đặc như kinh, thép... pB được xác định bàng cách
cân. đo mau thi nghiệm; đối với những vặt liệu rong thì phai nghiên đen cờ hụt < 0,2mm
vã nhũng loại vật liệu rời có cờ hạt bé (cát, xi mãng...) pa được xác định phương pháp

binh ti trọng.

Kliổi lượng riêng cùa vật liệu biển đồi trong một phạm VI hụp. độc biệt những vật
liệu cùng loại có khối lượng riêng tương tự nhau, khối lượng ricng được xác định theo
mẫu thư. Khối lượng riêng (pJ) được sư dụng đe tinh độ rổng. độ độc và phán đoán chất
lượng của vật liệu. Các loại vật liệu xây dựng thường có khối lượng riêng lủn hon I.
Khơi lượng riêng cùa một sô vật liệu như trong Bang 1.1.
Bang l.l. Khôi lượng riêng cua một số vật liệu
Loại vật liệu

Khỏi lượng riêng (g/cni )

Đã thiên nhiên

2.20 ♦ 3.30

Vật liệu hữu cơ (gỗ. chất déo. bitum. dầu chưng, dảu son. vécni)

0.80-:- 1.60

Gang, thép

7.25 4- 8.25

Gạch dảt sét nung

2.60 2.65

Bê tòng nặng

2,60
*
2.10

1.3.2.

Khối lirọng thể tích

Khối lượng thê tích là khối lượng cùa một đon vị the tích vật liệu ờ trạng thái tự
nhiên (bên trong có lo rong):
m
(1-2)
p” = v

Trong đỏ:
p„ - khối lượng thê tích. (g/cm1. kg/dm'. t/m’);

m - khổi lượng mầu vật liệu. (g. kg. t);
v„- thế tich lự nhiên cùa mầu vật liệu (bên trong cỏ lỗ rỗng), (em', dm', m').
Tủy thuộc vảo trạng thái cua vật liệu, khổi lượng thế tích cùa vật liệu cỏ ba loại sau dãy:

Khói lượng thế tích khỏ:

*4

(1-3)

Trong đỏ:

l>‘ - khối lượng the tích khơ. (g/crn’. kg/dnr. t/m3);

m‘ - khỗi lượng mẫu vật liệu ó trạng thãi khơ. (g. kg. t);
* - the tích lự nhiên cua mầu vật liệu ờ trạng thãi khơ (bên trong có lồ rồng).
V
(em', dm', m’).
17


Khối lượng thể tích ầm:
, m

(1-4)

Trong đỏ:

PỈ - khối lượng the tích ảm, (g.’cm’, kg.’din', till');

III1 - khối lượng mẫu vật liệu ớ trạng thái ẩm, (g, kg, t);

* - the tích tự nhiên cua mẫu vật liệu ở trạng thái âm, (em', dm’, m’).
V
Khỏi lượng thê tích bào hỏa:

nH.= n>l

'

V?

(1-5)

Trong đó:

p“- khối lượng the tích bào hỏa. (g/cm’, kg/dm', t/in');

mM’ ■ khối lượng mầu vật liệu ớ trọng thãi bào hịa. (g. kg. t);
v'lb - the tích tự nhiên cua mầu vặt liệu ớ trạng thái bão hòa, (em ', dm’, m’).
Đối với vật liệu hạt rời (cát. sỏi, đá dâm...). cỏ hai loại khối lượng thê tích là khối
lượng the tích hụt và khối lượng the tích xốp. Khối lượng riêng cua các vật liệu này thực
tế lã khối lượng the tích hạt.

(1-6)
Trong đỏ:
puh - khối lượng thè tích hạt cùa vật liệu, (g/cm’, kg/dnr, tm’);

m - khơi lượng mau vật liệu. (g. kg. t);
v„h - thế tích hạt cùa vật liệu (có lỗ rỗng trong các hạt vật liệu), (cm1. dm\ m’).

P-X

(l‘7)

Trong đó:

pox - khối lượng thè tích xốp cùa vật liệu, (g/cm’, kg/dm’, t'ni);

in - khỏ) lượng mau vật liệu. (g. kg. t);
vox - thê tích xốp của vật liệu (có lồ rồng trong các hạt và lồ rồng giữa các hạt).
(em’, dm’. m').
Cốc vật liệu xây dựng thưởng có khối lượng thê tích nho hon khối lượng riêng, chi

có các vật liệu đặc chắc như kính, kim loại, bitum. một so chat deo, chat lóng có khỏi
lượng thê tích gần bảng khối lượng riêng.

IX


Khối lượng thể tích cùa vặt liệu biển động trong phạm vi lớn khống từ O.Olg/cm'
(bịng) đến 7,S5g|lcm’1 (sắt, thép). Đối với vật liệu cùng loại cỏ cấu tạo khác nhau thi
khối lượng the tích khác nhau, khói lượng thể tích cũng phụ thuộc vào độ ấm mỏi
trường. Vi vậy phai xác định khối lượng the tích tiêu chuẩn. Khối lượng thi được xác
định băng cách căn. cịn the tích tự nhiên thì tủy theo loại vật liệu mà dùng một trong
các cách sau: đối với vật liệu có kích thưủc hình hục dùng cách đo; đồi vói vật liệu
khơng có kích thước rỏ ráng thi dũng phương pháp vật chiêm cho trong chất lóng: dơi
vói vật liệu rời (xi mảng, cát, sỏi) thi dùng phương pháp dô vật liệu lữ chiểu cao nhất
đinh xuống một cái ca biết tnrớc thê tích.
Khỏi lượng thê tích (p„) được sir dụng đẽ tinh độ rong, độ đặc và phán đoán cường
độ, lựa chọn phương tiện vận chuyền vật liệu, tính trọng lượng bán thân kết cầu... Khối
lượng the tích của một so vật liệu như trong Báng 1.2.

Bang 1.2. Khối lưọng the tích cùa một sổ vật liệu
Loại vật liệu

Khối luọng thí tích («/em')

Dá granit

2.50 + 2.70

Dá vói

1.80 + 2.40

Gạch dat sét nung

1.60+1.90

Hè tơng thường

2.00 + 2.40

Xi mãng ó Irạng thái chặt

1.40+1.70

Cát ớ trụng thái khô

1.45 + 1,65

Dá sởi

1.40+ 1.70

Gỏ thủng

0.40 + 0.60

1.3.3. DỘ đặc
Độ đặc là tỷ sô linh ihco phàn trảm giữa thê lích hồn lồn dặc và thê tích tự nhiên ờ
trọng thái khó (bẽn trong có lỗ rồng) cùa vật liệu.
Độ đặc kỷ hiệu là d(%):

đ%=^.100%

(1-8)

*0

Theo (1-1) vả (1-3) thi:

V =—: voknẽn đ% - £2.. 100%
p.
Po
p.

(I -9)

Tắt cá các loại vật liệu có đ < 100%.
Độ đặc được dùng đè phân loại và phán đoán cường độ cùa vật liệu.
19


13.4. Dộ rỗng
Độ rong là tì sơ tinh theo phản trâm giữa thê tích rong so với thè tích tự nhiên cùa vật
liệu ở trạng thái khị (bèn trong có lồ rỗng), ki hiệu độ rỗng là r(%). Nêu gọi thế lích
rong cùa vật liệu là V(. ta có:

r%-2^.100%

(1-10)

*0

V, = v‘-V,

(1-11)

Theo (1-1) vã (1-3) ta cỏ:
r% = | 1-—|.100%
l pj

(1-12)

Tri so dộ rong cùa vật liệu xây dựng biên dộng trong phạm vi lớn, từ 0% (kính, thép)
đen 90% (đã lảt từ bơng khống).
Lỗ rỗng nho khi kích thước tử

Lồ rồng lớn khi kich thước từ

100

+—— mm.
1000

-6-1.2mm.

LỖ rỗng trong vật liệu bao gôm lỗ rỗng kin và lỗ rỗng hở. Lỗ rồng hở là lỗ rỗng
thông với môi trường bén ngồi. Vật liệu chửa nhiều lồ rong kin. thì cường độ cao. cách
nhiệt tốt. vật liệu chứa nhiều lỏ rỗng hữ. thi hút âm tốt. Đối với vật liệu hạt rời, cỏn
phàn ra lo rong trong hạt và lo rong giữa các hạt. Các loại vật liệu hạt rời (cát. sõi. dá
dâm...) khi xác định r(%) đà bõ qua lồ rồng trong nội bộ từng hạt. chi xét lồ rỗng giừa
các hạt với nhau.

Đọ rồng cùa vật liệu dao động trong một phạm vi rộng từ 0 den 98%. Độ rong dược
sứ dụng đe đánh giả cưởng độ, hệ số thấm và hệ số truyền nhiệt cũa vật liệu, tính cấp
phôi bê tông. Xu hướng chung trong xây dựng hiện nay là tim các loại vặt liệu có độ
rỗng lớn. nhưng phàm chãi tốt (gạch rỗng, bẽ lõng nhẹ).

Việc xảc định độ rỗng cùa vật liệu được thực hiện thông qua tinh tốn theo cõng thức
vã cùng có thê dùng phương pháp bão hòa heli long. E>ộ rong cùa một sỏ vật liệu như
trong Báng 1.3.
Bang 1.3. Độ rỗng cùa một số vật liệu
l.oại vặt liệu

Độ rỗng, (%)

Vặt liệu hạt rời (cát. soi. đá dăm...)

20 -í- 60

Vật liệu gỗ

10 + 30

Đả granít
Gạch dắt sét nung
20

0.05 + 0.5
25 + 35

Khỏi lượng riêng, khổĩ lượng đơn vi. độ rồng, độ đặc lã những tinh chầt vật lý co ban
cùa vật liệu xây dựng, nó có nhiều ứng dụng quan trọng trong thực te vả có liên quan
him co với nhau. Độ rong càng bé, thi cường dộ càng lớn.

13.5. Những tinh chât vật lý có liên quan với nước
Các cịng trinh thúy lợi làm việc trong môi trưởng nước, khi sử dụng vật liệu, ngoài
việc đám báo cưởng độ. cân phái chú ý đến cãc tính chat vật lý có lien quan với nước.
1.3.5.1. Các dạng nước tồn tại ở trong vật liệu rắn
Trong các vật liệu ran thường chứa một lượng nước nhất dinh. Tùy theo ban chất cua
vật liệu, thành phân, tính chât be mặt và dặc tính lo rong cua nó mà mức dộ liên quan
giừa nước với vật liệu khác nhau. Dựa vảo tnửc độ liên quan đó. nước trong vật liệu xây
dụng được chia lãm 3 loại.

Nưức kết tinh (nước hóa học) là loại nước tham gia vào trong thành phần cùa vật
liệu, có lien ket hỏa học vói các phân tứ săp xếp có quy luật và tổn tại ôn định. Nước kết
tinh chi bị bay hơi ớ nhiệt độ cao. Khi nước kết tinh mất di, thi tính chất của vật liệu bị
thay dõi rảt lớn. ví dụ:
Đầt cao lanh: AliO3.2SiO2.2H2O (700 + 800°C) mất nước sc mat tinh deo;

Thạch cao sống: CaSO4.2H2O (700°C) mất nước chuyền thánh thạch cao khan;
Amiảng: 3MgO.2SiO2.2H2O (580°C) mất nước trò nên giòn, giám cường độ.

Nước hấp phụ (nước hỏa lý) lả màng nưủc rất inòng (độ dày khống 10 4 IO"mm)
bao chặt mặt ngồi các hạt vật liệu. Nước hâp phụ cỏ liên kct khá bên với vật liệu băng
lực hút phàn tứ Vandecvan hoác bủng lực tĩnh điện bề một (nước mãng). Trong cũng
một loại nước hâp phụ thi tính chài cùa nó cùng thay đơi ràt lớn. Lớp nước lién kêt trực
tiếp với vật liệu thi rất bên. thậm chi có kha năng chiu lưc. Nhưng lực lien kct dó giám
nhanh theo chiều dãy mủng nước.
Nguyên nhân hĩnh thành mãng nước hấp phụ là do mặt ngối hạt vật liệu cỏ suất
câng mặt ngồi và các phân tứ nước có cực tinh.

Các loại vật liệu có câu tạo hạt càng mịn, sl cảng mặt ngồi càng lớn, thi màng nước
hấp phu càng tôn tại ôn định. Nước hap phụ ch) thay dôi dưới tác dung cua diều kiện
môi trưởng (nhiệt độ, độ âm), sự thay dối này làm cho linh chất cũa vật liệu thay dối.

Nưóc co học (nước mao quán, nước tự do) là nước phân bố trong cảc mao quán của
vặt liệu, gàn nhu khơng có lực liên két với vật liệu. Nõ xàm nhập vào vặt liệu do tác
dụng cùa lực mao dần hay lực trọng trường. Nước cơ học trong vật liệu cỏ the dề dàng
thay đổi ngay trong điều kiện thướng. Nước cơ học có ánh hương đến cưỡng độ và tinh
bên cua vật liêu.
1.3.5.2. Độ ấm
Độ âm cua vật liệu là tý so tính theo phân trăm giữa khỏi lượng nước cõ trong vật
liệu ở trạng thái tụ nhiên vởi khối lượng của vật liệu ờ trạng thái khô.
21


w% - —r-100% = m m . 100%
m
m

(1-13)

Trong đỏ:
w - độ ấm cùa vật liệu (%);

* - khối lượng nước có trong vật liêu ở trạng thái ẩm;
m

mẬ- khối lượng vật liệu ó trạng thái ấm;
mk- khối lượng vật liệu ờ trạng thái khô.
Độ âm của vật liệu biến đỗi theo độ ấm cua mòi trường xung quanh cho đến khi cân

băng. Khi mõi trưởng xung quanh khô. độ ảm cùa vặt liệu giam xuống và ngược lại.
Khi độ ấm thay đối. kích thước cua vật liệu cũng thay đổi theo. Độ ầm tăng thì the
tích vặt liệu tàng, độ ấm giảm thì thế tích co lại. Hiện tượng này làm ãnh hướng đến tinh
bẽn cua vật liêu.

Hệ so co nở cùa các loại vặt liệu khác nhau. Cùng một loại vật liệu, hệ sơ co nó theo
các chiều cùng khác nhau.
Vi dụ: Bê tơng xi mảng co giàn kích thước lữ 0,3 + ImnVlm dài;

Gạch đất sét co dàn kích thước tử 0,05 : Imin'Im dâi;
GỖ co dãn dọc thở là 1%;

Gỗ co dàn ngang thớ là 3 + 10%.
Độ co phát sinh khi mất nước hấp phụ vã nước trong những lồ rỗng nhó, cịn việc
bay hơi nước trong những lỗ rong lớn (nước tụ do) không lãm cho các phan tứ vật liệu
xích lại gần nhau nên thực tế không gày ra co.

1.3.5.3.

Mức hút nước

Mức hút nước cùa vặt liệu là kha nâng hút và giũ nước trong các lo rồng cua vật liệu
dưới áp lực thường.
Mức hút nước theo khối lượng lã tỹ sò % giừa khối lượng nước chứa trong vật liệu ớ
trạng thái bão hịa nước với khơi lượng vật liệu o trạng thái khơ.
Mức hút nước theo khối lượng (Hp%) tính theo cịng thức:

||.% = ^.IOO%

(1-14)

m

Mức hút nước theo the tich là tỳ' sơ % giữa thè tích nước chứa trong vật liệu khi dã
bào hịa nước so với thê tích tự nhiên cùa vật liệu ở trạng thãi khô.

- Múc hút nước theo thế tich (11,%) tinh theo cõng thức:
H.% = ^-.100% = -^.100% =n,lft "*
V.
p..Vok
p,.v„k

22

.100%

(1-15)


Trong đỏ:

* - khói lượng nước chửa trong mẫu vật liệu ơ trạng thãi bào hòa. (g. kg. t);
mJ,

in‘ - khối lượng mầu ớ trạng thái khô, (g, kg, t);
inbh - khối lượng cùa mầu ờ trạng thãi bào hòa nước, (g, kg, t);

.
*
V

thê tích nước chứa trong vật liệu khi mẫu bào hịa, (em', dm5, m1);

* - the tích mầu ờ trạng thái khô, (em’, dm1, m5);
V

Pn- khối lượng riêng cua nước. (g/cm'. kg/dm'. Vm').
Thưởng ớ trong vật liệu cịn có các lo rong kin. vi vậy nưởc khơng the vào dầy toàn
bộ các lỗ rồng cùa vật liệu. Do đó tồng thè tích nước chửa trong vật liệu ở trạng thái bào
hịa thường nho hem tơng the tích lo rong trong nỏ.

Lien hộ giữa mức hút nước theo thê tích (Hv%) và theo khơi lượng (Hp%):
Hy _ p.x
h»
Hp
m'J
m‘

-!^- = ££ nên H,..p, = H.pjj
P.X p„

(1-16)

Múc hút nước phụ thuộc vào kích thước vả trạng thãi cầu trúc ló rỗng cùa vật liệu
(lớn. nho. kin. hờ). Mức hút nước theo thè tích ln ln nhó hon 100%. cỏn mức hút
nuớc theo khối lượng có thế lớn hon 100% (vi dụ cảc vật liệu có độ rỗng lớn).
Các loại vật liệu khác nhau cỏ mức hút nước biền đôi trong phạm vi khá rộng. Mức
hút nước cùa một sô vật liệu trong Báng 1.4.

Bang 1.4. Mức hút nước cùa một sô vật liệu

Loại vật liệu

Mức hút nước (IIp%)

Gạch đất sét thưởng

8 + 20

Bẽ tỏng nặng
Dá Granit

3
0.5 ♦ 0.7

Vật liệu ngân nước

<2

Mức hút nước cũng có ánh hương đen một sồ tính chát khác cua vật liệu. Ví dụ: khi
mức hút nước lớn thi tính dẫn nhiệt tâng...

1.3.5.4.

Dộ bão hịa nước

Độ bão hịa nước là mức hút nước tơi đa cua vật liệu ơ áp suât 20mm Hg hoặc khi
đun vật liệu trong nưởc sỏi đen khối lượng không đối.

Đẻ xác đinh độ bâo hỏa nước cùa các vật liệu, người ta dùng hệ số bào hỏa nước. Hệ
sơ bão hịa nước là tỳ' sơ phân tràm giữa thê tích nước chứa trong vặt liệu ỡ trạng thái

bào hịa so vói thề tich lỗ rỗng cỏ trong vật liệu.
23


Trong đỏ:

B - hệ số bào hịa nước (%);
*
V

the tích nước chứa trong lổ rồng cùa vật liệu ớ trạng thái bào hịa;

V, - thè tích lỗ rỗng cỏ trong vật liệu.
Dộ bào hỏa nước phụ thuộc vảo bàn chãi của vật liệu ưa nước hay ngàn nước, số
lượng, kích thước, trạng thái câu trúc cua lồ rong.

Vật liệu bão hịa nước hồn tồn khi:

v"h - V, -> B% - 100%
Trng hợp này rắt ít gộp trong thực te. vì trong vật liệu cỏn có cá lo rong kín. bọt
khi chiếm chỗ nên v“ < V, do đó B% < 100%. Dê xác đinh hệ số bào hỏa nước, có thế

tiến hành theo 2 phương pháp:

4 Phươngpháp I: Mau thí nghiệm đà được say khó đem luộc trong nước SĨI đen lúc
khối lượng không dõi, roi đê nguội, vớt mảu ra, cân và xác định được khối lượng nước
chứa trong mẫu ở trạng thái băo hòa (m'1'):

iv>
IIIbh

neu lấy pu = I thi v
*

IIIbh - __k
111

= m“; V, - dược xác định theo cõng thức (1-10).

Hình /. /. ĩhiềl hị tạo chùn khơng đề thi nghiệm độ hão hịa nước cũa vỳt liệu
* Phương pháp 2: Ngâm mầu thí nghiệm trong binh nưởc dậy kin. Sau dỏ ha áp suât
ờ khoáng không trong binh xuống 20mm Hg, duy tri áp suất nãy cho đen khi khơng
cỏn bọt khi tữ mau thí nghiệm thốt ra nữa. sau dó khói phục lại áp suất binh thường
(760mm Hg) trong 2 giở nữa mới vớt mầu ra cản vả xác định được v"‘. Còn V, xãc
định như trên, ta tinh được hệ sơ bão hịa nước (B) theo cõng thức (1-18).
Quan hộ giữa dộ rồng (r), mút hút nước theo thê tích (110 và hệ sơ bão hịa nước (B).
24