Bài giảng vật liệu xây dựng

<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

2

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

3

<b>LỜI NÓI ĐẦU </b>

Để phục vụ cho công tác đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật xây dựng cơng

<i>trình và ngành Cơng thơn (Cơng nghiệp phát triển nông thôn) của Trường Đại </i>

học Lâm nghiệp, Bộ môn Kỹ thuật Cơng trình – Khoa Cơ điện và Cơng trình tiến hành biên soạn Bài giảng môn học Vật liệu xây dựng.

Bài giảng này được biên soạn theo chương trình môn học đã được phê duyệt, cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại vật liệu chủ yếu sử dụng trong xây dựng các cơng trình dân dụng và cơng nghiệp, cơng trình giao thơng, thủy lợi…

Trong q trình biên soạn, tác giả có tham khảo các giáo trình, bài giảng môn học Vật liệu xây dựng của các Trường Đại học Xây dựng, Đại học Giao thông, Đại học Thủy lợi…, các bài giảng trên mạng Internet và các tài liệu khoa học kỹ thuật về lĩnh vực vật liệu xây dựng.

Tác giả xin trân trọng cám ơn Hội đồng Khoa học – Đào tạo Khoa Cơ điện và Cơng trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã đóng góp những ý kiến quý báu, giúp cho tập bài giảng này được hoàn thiện hơn.

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do trình độ có hạn và một số lý do khác, tập bài giảng này không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót nhất định. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các chuyên gia và các bạn đồng nghiệp để tập bài giảng này ngày càng hoàn thiện hơn. Các ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ mơn Kỹ thuật Cơng trình, Khoa Cơ điện và Cơng trình – Trường Đại học Lâm nghiệp.

<b>Tác giả </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

4

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

5

<b>Chương 1 </b>

<b>NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Khái niệm chung </b>

Vật liệu xây dựng là các vật thể vật lý, được sử dụng để xây dựng các cơng trình. Sự tồn tại của vật liệu xây dựng được xác định bằng các thông số vật lý đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của chúng (khối lượng thể tích, khối lượng riêng, độ rỗng, độ xốp…).

Khi đã được sử dựng vào cơng trình xây dựng, vật liệu phải chịu các tác động mang tính chất cơ – lý – hóa… của tải trọng và của môi trường, gây nên những ảnh hưởng có hại đến vật liệu, chúng có thể làm hư hỏng vật liệu và dẫn đến phá hoại kết cấu, phá hoại cơng trình.

Để khơng xảy ra các hiện tượng hư hỏng và phá hoại nêu trên, vật liệu xây dựng phải đáp ứng được những yêu cầu sau:

- Có đủ khả năng chịu được tải trọng yêu cầu theo thiết kế;

- Đảm bảo được tính ổn định cần thiết chống lại những ảnh hưởng có hại của các nhân tố mơi trường trong suốt q trình sử dụng.

Để có thể sử dụng vật liệu xây dựng đảm bảo được các yêu cầu trên,

<i>những tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng cần quan tâm nghiên cứu là: Khả </i>

năng chịu tải; Khả năng ổn định chống lại tác động của các nhân tố môi trường;

<i>Các thông số vật lý đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của vật liệu. </i>

Để thuận lợi cho việc nghiên cứu và sử dụng vật liệu xây dựng, có thể chia các tính chất cơ bản của chúng thành các nhóm như sau:

- Nhóm các thông số đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của vật liệu; - Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nước;

- Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nhiệt; - Nhóm tính chất cơ học;

- Nhóm tính chất hóa học; - Tính cơng tác;

- Tuổi thọ…

Các tính chất của vật liệu xây dựng được quyết định bởi thành phần và cấu trúc nội bộ của chúng. Khi cấu trúc và thành phần của vật liệu thay đổi thì tính chất của chúng cũng sẽ thay đổi theo. Đây chính là cơ sở để đưa ra những giải pháp nhằm cải thiện tính chất của vật liệu cũng như để phát triển công nghệ vật liệu mới.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

6

Việc xác định các tính chất của vật liệu xây dựng được tiến hành theo các quy trình chặt chẽ đã được quy định trong các tiêu chuẩn Nhà nước, tiêu chuẩn ngành hoặc tiêu chuẩn Quốc tế.

<b>1.2. Các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng </b>

<i><b>1.2.1. Khối lượng riêng ρ </b></i>

<b>Khối lượng riêng ρ là khối lượng của 1 đơn vị </b>

thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc và được

Trong đó: G - khối lượng của vật liệu (g)

(V<small>a</small>) - Thể tích của vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (cm<small>3</small>)

<b>Khối lượng riêng ρ chỉ phụ thuộc vào thành </b>

phần và cấu trúc vi mô của vật liệu nên nó chỉ biến

<b>động trong phạm vi rất nhỏ. Nó được dùng để phân </b>

biệt các loại vật liệu có hình thức bề ngoài giống nhau.

<b>Khối lượng riêng ρ được xác định bằng </b>

phương pháp xấy và cân như sau:

<i>- Đối với vật liệu hồn tồn đặc: Gia cơng mẫu </i>

hình học rồi đo đếm và cân;

<i>- Đối với vật liệu rỗng: Nghiền nhỏ đến kích </i>

thước các hạt vật liệu d < 0,2mm rồi cân trong bình

<i>tỷ trọng (Hình 1.1.); </i>

<i>- Đối với vật liệu lỏng, nhớt: Dùng phù kế. </i>

<i><b>1.2.2. Khối lượng thể tích γ </b></i>

<b>Khối lượng thể tích γ là khối lượng của 1 đơn vị thể tích vật liệu ở trạng </b>

<i>thái tự nhiên (có cả các lỗ rỗng), được xác định bằng cơng thức sau: </i>

<i>Trong đó: G – Khối lượng của vật liệu, (g); V</i><small>0</small><i> – Thể tích của vật liệu, (cm<small>3</small></i>)

<i><b><small>Bảng 1.1. Khối lượng riêng ρ và khối lượng thể tích γ của một số loại vật liệu xây dựng thông dụng </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

7

<b>Khối lượng thể tích γ phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc và độ ẩm của </b>

vật liệu nên nó biến động trong phạm vi tương đối rộng và được xác định bằng

<i>phương pháp như sau: + Xác định G : </i>

<i>- Dùng phương pháp cân thông thường. + Xác định V<small>0</small>: </i>

- Đối với nhóm các vật liệu có dạng hình học rõ ràng hoặc có thể gia cơng được theo mẫu hình học rõ ràng thì tiến hành gia công và đo trực tiếp bằng thước;

- Đối với nhóm các vật liệu khơng có dạng hình học rõ ràng thì tiến hành bọc sáp paraphin rồi cân thủy tĩnh;

- Đối với nhóm các vật liệu vụn rời, vật liệu lỏng thì dùng ca, thùng để định hình. Vật liệu được rót vào ca, thùng với góc rót nghiêng theo quy định là 45<small>0</small> và ở độ cao 10cm.

<i><b>Ý nghĩa của khối lượng thể tích γ: </b></i>

<b>Khối lượng thể tích γ được dùng để đánh giá sơ bộ một số tính chất của </b>

vật liệu như độ rỗng, khả năng hút nước, khả năng truyền nhiệt…, đồng thời

<b>khối lượng thể tích cịn được sử dụng để tính tốn thành phần hỗn hợp vật liệu, </b>

tính toán khối lượng vận chuyển…

<i><b>1.2.3. Độ rỗng r </b></i>

<i><b>Độ rỗng r là một thông số biểu thị mức độ các lỗ rỗng có trong vật liệu, </b></i>

<i>nó được tính bằng tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng có trong vật liệu (V<small>r</small>) với thể tích tự nhiên của vật liệu (V<small>0</small>): </i>

<b>Độ rỗng r của vật liệu có thể biến đổi trong một phạm vi rất rộng, là tính </b>

chất quan trọng của vật liệu vì nó ảnh hưởng đến các tính chất khác của vật liệu như cường độ, độ hút nước, khả năng chống thấm, chống ăn mòn, truyền nhiệt, cách âm…

<b>Mức độ ảnh hưởng của độ rỗng r đến các tính chất khác của vật liệu phụ </b>

<i><b>thuộc vào trị số độ rỗng r và đặc điểm cấu trúc của các lỗ rỗng (kín, hở, thơng </b></i>

<i>nhau…). </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

8

<i><b>1.2.4. Độ mịn </b></i>

<i>Độ mịn (hay còn được gọi là độ lớn) là chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá kích thước hạt của các vật liệu dạng hạt rời rạc. </i>

Độ mịn của vật liệu thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ phân tán, thay đổi độ rỗng, dẫn đến làm thay đổi tính chất của vật liệu.

Độ mịn được xác định bằng phương pháp sàng và được biểu thị bằng %

<i>hàm lượng hoặc bằng tỷ diện tích (cm<small>2</small>/g) của từng cỡ hạt. </i>

<b>1.3. Các tính chất vật lý có liên quan đến nước </b>

<i><b>1.3.1. Độ ẩm W </b></i>

<i>Độ ẩm W là thông số biểu thị mức độ chứa nước trong vật liệu, được tính bằng tỷ lệ phần trăm của khối lượng nước có thực trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm so với khối lượng của vật liệu không chứa nước (vật liệu khơ tuyệt đối): </i>

Trong đó: G<small>n</small> – Khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm tiến hành thí nghiệm; G<small>k</small> – Khối lượng vật liệu ở trạng thái khô tuyệt đối; G<small>â</small> – Khối lượng vật liệu ở trạng thái ẩm.

Khi tồn tại trong không khí, vật liệu có thể hút hay nhả hơi ẩm tùy thuộc vào sự chênh lệch áp suất hơi nước và sẽ làm thay đổi độ ẩm W, dẫn đến làm thay đổi một số tính chất của vật liệu như cường độ, khả năng cách nhiệt, cách âm….

<i><b>1.3.2. Độ hút nước H<small>p</small>, H_v</b></i>

<i>Độ hút nước (theo khối lượng H<small>p</small> hoặc theo thể tích H<small>v</small>) là khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều kiện bình thường, được tính bằng các cơng thức sau: </i>

Trong đó: G<small>n</small> và V<small>n</small> – Khối lượng và thể tích nước được hút và giữ trong vật liệu; G và V<small>0</small> – Khối lượng và thể tích vật liệu ở trạng thái khô tuyệt đối; G<small>u</small> – Khối lượng vật liệu ở trạng thái ướt; ρ<small>n</small> – Khối lượng riêng của nước.

Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc biệt là cấu trúc của

<i>lỗ rỗng (lỗ rỗng kín, hở, thơng nhau...). Độ hút nước theo khối lượng H</i><small>p </small>có thể lớn hơn 100%, nhưng độ hút nước theo thể tích H<small>v</small> ln nhỏ hơn 100%.

Giữa H<small>p</small> và H<small>v </small>có quan hệ như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

9

<i><b>1.3.3. Độ bão hòa nước H_p<small>max </small>, H_v<small>max</small></b></i>

<i>Độ bão hòa nước của vật liệu là độ hút nước cực đại H<small>p</small>^max; H<small>v</small>^max của vật liệu. </i>

Phương pháp xác định :

<i>- Phương pháp nhiệt độ: Đun sơi mẫu thí nghiệm trong 4h rồi vớt mẫu ra </i>

xác định độ bão hòa;

<i>- Phương pháp áp suất: Hạ áp suất trong bình đựng mẫu xuống đến </i>

20mm thủy ngân đến khi hết bọt khí, để sau 2h thì vớt mẫu ra rồi xác định độ

<i>bão hòa. </i>

<i>Hệ số bão hòa C<small>bh</small>: Để đánh giá mức độ bão hòa của nước trong các lỗ rỗng của vật liệu có thể dùng Hệ số bão hịa theo các công thức sau: </i>

<i>Hệ số mềm biểu thị mức độ giảm độ cứng (cường độ) của vật liệu khi bị ẩm ướt và được tính theo cơng thức sau: </i>

<i>RR</i>

<i>K_m</i>  <i>^bh_{; Các vật liệu xây dựng thường có K}_m_{≤ 1.}</i>

Trong đó: R<small>bh</small> – Cường độ của vật liệu ở trạng thái bão hòa nước; R - Cường độ của vật liệu ở trạng thái khô.

Hệ số mền K<small>m</small> được dùng để phân loại vật liệu xây dựng theo tính bền nước:

- Nếu K<small>m</small> ≥ 0,75 – Vật liệu được coi là bền nước và có thể sử dụng được ở nơi ẩm ướt;

- Nếu K<small>m</small> = 0,1÷ 0,15 - Vật liệu được coi là kém bền nước nên chỉ có thể sử dụng chỉ ở nơi khơ ráo.

<i><b>1.3.5. Tính thấm nước </b></i>

<i>Tính thấm nước của vật liệu là tính chất của vật liệu cho nước thấm qua chiều dày của nó khi có sư chênh lệch áp suất thủy tĩnh giữa hai bề mặt. </i>

Tính thấm nước của vật liệu được biểu thị bằng Hệ số thấm K<small>th</small> và tính

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

10

Trong đó: V<small>n</small> – Vận tốc thấm nước trong vật liệu; a – Chiều dày của vật liệu; S – Diện tích mặt cắt ngang của dịng thấm; p<small>1</small> và p<small>2</small> – Áp suất thủy tĩnh ở

<i>mặt trước và mặt sau của tấm vật liệu; t – Thời gian thấm. </i>

Khi S = 1m<small>2</small>, a = 1m, t = 1h, (p<small>1</small> – p<small>2</small>) = 1m cột nước thì K<small>th</small> = V<small>n</small>.

Tính thấm nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng và cấu trúc của các lỗ rỗng trong vật liệu.

Mác chống thấm của vật liệu được đặc trưng bởi độ chênh lệch áp suất thủy tĩnh tối đa (p<small>1</small> – p<small>2</small>)<small>max</small> mà vật liệu chưa cho nước thấm qua.

<i><b>1.3.6. Độ co ngót </b></i>

<i>Độ co ngót là tính chất của một số loại vật liệu thay đổi thể tích khi độ ẩm của chúng thay đổi. </i>

Nguyên nhân gây nên sự co ngót của vật liệu là:

<i>- Khi độ ẩm W giảm: Chiều dày lớp nước hấp phụ (lớp vỏ hydrat) bao </i>

quanh các phần tử của vật liệu giảm, làm cho lực mao dẫn bên trong kéo các phần tử của vật liệu xích lại gần nhau hơn gây nên hiện tượng co.

<i>- Khi độ ẩm W tăng: Do các phân tử H</i><small>2</small>O có cực thâm nhập vào các lỗ rỗng và đẩy các phần tử của vật liệu ra xa nhau, làm cho lớp vỏ hyddrat tăng lên gây nên hiện tượng nở.

Độ co ngót do thay đổi độ ẩm của vật liệu được đặc trưng bằng độ thay

<i>đổi chiều dài của vật liệu (mm/m) như Bảng 1.2: </i>

<i><b><small>Bảng 1.2. Độ co ngót của một số loại vật liệu xây dựng </small></b></i>

Những vật liệu có độ rỗng lớn, có khả năng hút ẩm cao sẽ có độ co ngót lớn. Khi độ ẩm W thay đổi thường xuyên sẽ gây nên hiện tượng co nở lặp đi lặp lại, làm phát sinh các vết nứt, dẫn đến phá hoại cơng trình.

<b>1.4. Các tính chất vật lý có liên quan đến nhiệt </b>

<i><b>1.4.1. Tính truyền nhiệt </b></i>

<i>Tính truyền nhiệt là tính chất để cho nhiệt lượng Q truyền qua chiều dày của khối vật liệu từ phía mặt có nhiệt độ cao sang phía mặt có nhiệt độ thấp. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Trong đó: λ – Hệ số truyền nhiệt của vật liệu; F – Diện tích bề mặt truyền nhiệt; t<small>1</small> và t<small>2</small> – Nhiệt độ ở mặt trước và mặt sau của tấm vật liệu; Z – Thời gian truyền nhiệt; a – Chiều dày của tấm vật liệu dẫn nhiệt.

Khi F = 1m<small>2</small>, a =1m, Z = 1h, (t<small>2</small> –t<small>1</small>) = 1<small>0</small>C thì Hệ số truyền nhiệt λ = Q. Hệ số truyền nhiệt λ phụ thuộc vào khối lượng thể tích , độ rỗng r, cấu trúc lỗ rỗng, độ ẩm W và nhiệt độ trung bình của bản thân vật liệu.

<i>Do khơng khí có hệ số truyền nhiệt λ nhỏ (λ = 0,02 Kcal/m.<small>0</small>C.h) nên khi độ rỗng r của vật liệu càng lớn (khối lượng thể tích </i><i> càng nhỏ) sẽ làm cho hệ số </i>

truyền nhiệt λ của vật liệu càng nhỏ. Sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt λ vào khối lượng thể tích  của vật liệu được xác định bằng công thức thực nghiệm của

Khi trong vật liệu có các lỗ rỗng hở sẽ xảy ra hiện tượng đối lưu khơng khí, làm cho hệ số truyền nhiệt λ của vật liệu tăng lên.

Sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt λ vào độ ẩm W của vật liệu là do hệ

<i>số truyền nhiệt của nước (λ = 0,51 Kcal/m.<small>0</small>C.h) lớn gấp 25 lần hệ số truyền </i>

nhiệt λ của khơng khí nên khi độ ẩm W tăng, tức là lượng nước có trong vật liệu tăng, làm cho hệ số truyền nhiệt λ của vật liệu cũng tăng:

 <small></small> <i> ; (Kcal/m.<small>0</small>C.h) </i>

Trong đó: λ Hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở trạng thái khô; ∆λ – Gia số

<i>truyền nhiệt ứng với mỗi % tăng của độ ẩm W theo thể tích, (Kcal/m.<small>0</small>C.h). Đối với vật liệu hữu cơ : ∆λ = 0,003 (Kcal/m.</i><small>0</small><i>C.h). </i>

<i>Đối với vật liệu vô cơ : ∆λ = 0,002 (Kcal/m.</i><small>0</small>C.h).

Sự phụ thuộc của Hệ số truyền nhiệt λ vào nhiệt độ trung bình t của vật

<i>liệu được thể hiện qua công thức sau: </i>



<i><small>t</small></i>



<i><small>t</small></i> <small></small>₀ <small>1.</small>

<small></small> <i> ; (Kcal/m.<small>0</small>C.h). </i>

<i> (Công thức này chỉ phù hợp khi t < 100</i><small>0</small><i>C ). </i>

Trong đó: λ<small>0</small> – Hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 0<small>0</small>C; α – Hệ số gia tăng của hệ số truyền nhiệt ứng với sự thay đổi nhiệt độ 1<small>0</small>C; α = 0,0025.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

12

<i>Ý nghĩa của ệ số truyền nhiệt λ: Hệ số truyền nhiệt λ được dùng để tính </i>

tốn lựa chọn vật liệu, tính tốn chiều dày các cấu kiện cách nhiệt.

<i><b>1.4.2. Nhiệt dung và nhiệt dung riêng </b></i>

<i>Nhiệt dung Q là lượng nhiệt hấp thụ hay giải phóng khi vật liệu được nung nóng hay làm nguội. </i>

<i>Nhiệt dung của vật liệu được tính bằng cơng thức sau: </i>

Trong đó: C – Nhiệt dung riêng của vật liệu; G – Khối lượng vật liệu; t<small>2</small> và t<small>1</small><i> – Nhiệt độ của vật liệu sau và trước khi nung nóng hoặc làm nguội. </i>

Khi G = 1kg, (t<small>2</small> – t<small>1</small>) = 1<small>0</small>C thì C = Q – chính là nhiệt dung riêng của vật

<i>liệu. Như vậy, Nhiệt dung riêng C là lượng nhiệt hấp thụ hay giải phóng khi nung nóng hay làm nguội một đơn vị khối lượng vật liệu (1kg) lên 1<small>0</small>C: </i>

Mỗi loại vật liệu có nhiệt dung riêng biệt. Nhiệt dung riêng của vật liệu hỗn hợp C<small>hh</small> được tính theo cơng thức:

Trong đó: C<small>1</small>, C<small>2</small>…C<small>n</small> – Nhiệt dung riêng của các vật liệu thành phần; G<small>1</small>, G<small>2</small> …G<small>n</small><i> – Khối lượng của các vật liệu thành phần. </i>

<i> Nhiệt dung riêng của nước rất lớn (C<small>n</small> = 1Kcal/kg.<small>0</small>C) nên độ ẩm có ảnh </i>

hưởng đáng kể đến nhiệt dung riêng của vật liệu. Sự phụ thuộc của nhiệt dung riêng vào độ ẩm của vật liệu được thể hiện qua cơng thức sau :

Trong đó: C<small>w</small> và C – Nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái ẩm và trạng thái khô tuyệt đối; W – Độ ẩm của vật liệu; C<small>n</small><i> – Nhiệt dung riêng của nước. </i>

Nhiệt dung và nhiệt dung riêng được sử dụng trong tính tốn nhiệt lượng cho gia công nhiệt của vật liệu, hoặc dùng để lựa chọn vật liệu xây dựng các trạm nhiệt.

<i><b>1.4.3. Tính chống cháy và tính chịu lửa a) Tính chống cháy </b></i>

<i>Tính chống cháy là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn lửa trong một khoảng thời gian nhất định. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

13

Dựa vào tính chống cháy có thể chia vật liệu xây dựng thành 3 nhóm sau:

<i>- Nhóm vật liệu khơng cháy: Là nhóm vật liệu khơng bắt lửa, khơng cháy âm ỷ và khơng bị cacbon hóa dưới tác dụng của ngọn lửa hoặc nhiệt độ cao. </i>

Đa số những vật liệu khơng cháy thường ít bị biến dạng khi nhiệt độ cao.

<i>- Nhóm vật liệu khó cháy: Là nhóm vật liệu mà dưới tác dụng của ngọn lửa </i>

hoặc nhiệt độ cao có thể bị bắt lửa, cháy âm ỷ và bị cacbon hóa một cách khó

<i>khăn. Khi bỏ nguồn gây cháy (ngọn lửa) thì các hiện tượng trên cũng kết thúc. - Nhóm vật liệu dễ cháy: Là nhóm vật liệu mà dưới tác dụng của ngọn lửa </i>

hoặc nhiệt độ cao sẽ bắt lửa, tiếp tục cháy và cacbon hóa ngay cả khi đã bỏ nguồn lửa.

Hầu hết các vật liệu hữu cơ đều thuộc nhóm vật liệu dễ cháy.

<i><b>b) Tính chịu lửa </b></i>

<i>Tính chịu lửa là tính chất của vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao mà không bị cháy và không bị biến dạng. </i>

Theo khả năng chịu lửa vật liệu được chia thành 3 nhóm:

<i>- Vật liệu chịu lửa: Là loại vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt </i>

độ >1580<small>0</small><i>C (gạch chịu lửa sa mốt, đi na…dùng để lót lị cao); </i>

<i>- Vật liệu khó cháy: Là loại vật liệu chịu được nhiệt độ 1350 ÷ 1580</i><small>0</small>C

<i>(Các loại gạch đặc xây vỏ lị cao, ống khói…); </i>

<i>- Vật liệu dể cháy: Là loại vật liệu chịu được nhiệt độ < 1350</i><small>0</small><i>C (gạch đất sét thường…). </i>

<b>1.5. Các tính chất cơ học của vật liệu xây dựng </b>

<i><b>1.5.1. Tính biến dạng </b></i>

<i>Tính biến dạng là tính chất của vật liệu có thể thay đổi hình dạng và kích thước dưới tác dụng của ngoại lực. </i>

Bản chất của hiện tượng biến dạng là dưới tác dụng của ngoại lực, vị trí cân bằng của các chất điểm trong vật liệu bị thay đổi hoặc bị phá vỡ, gây nên sự chuyển vị tương đối của các chất điểm trong vật liệu.

Dựa vào đặc tính biến dạng có thể chia biến dạng thành 2 loại là biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.

<i><b>a) Biến dạng đàn hồi </b></i>

<i>Biến dạng đàn hồi là loại biến dạng mà sẽ mất đi khi ngoại lực ngừng tác dụng, khi đó vật liệu sẽ khơi phục lại hình dạng và kích thước ban đầu. Tính chất này của vật liệu gọi là tính đàn hồi. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

14

Biến dạng đàn hồi xuất hiện khi ngoại lực tác dụng chưa vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm trong vật liệu. Công của ngoại lực sẽ chuyển hóa thành nội năng dưới dạng năng lượng đàn hồi.

<i>Khi ngoại lực ngừng tác dụng thì nội năng (năng lượng đàn hồi) sẽ sinh </i>

công để khôi phục vị trí cân bằng ban đầu cho các chất điểm, vật liệu sẽ khôi phục lại hình dạng ban đầu và làm cho biến dạng bị triệt tiêu.

Biến dạng đàn hồi chỉ xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng nhỏ trong một thời

<i>Trong đó : σ - Ứng suất trong vật liệu ở giai đoạn đàn hồi, (daN/cm<small>2</small> hay Mpa); ε – Biến dạng đàn hồi tương đối; </i>l – Độ biến dạng tuyệt đối của vật liệu,

<i>(mm); l – Chiều dài ban đầu của vật liệu, (mm). </i>

<i><b>b) Biến dạng dẻo </b></i>

<i>Biến dạng dẻo là loại biến dạng mà không bị mất đi khi ngoại lực ngừng tác dụng, vật liệu khơng khơi phục lại được hình dạng và kích thước ban đầu. Tính chất này của vật liệu được gọi là tính dẻo. </i>

Biến dạng dẻo xuất hiện khi ngoại lực tác dụng vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm trong vật liệu, gây nên sự phá hoại cục bộ hay toàn bộ cấu trúc vật liệu. Lúc này công của ngoại lực không chuyển hóa thành nội năng mà được dùng để phá hoại cấu trúc của vật liệu, do đó khi ngoại lực ngừng tác dụng thì biến dạng sẽ không bị triệt tiêu.

Căn cứ vào đặc điểm của hiện tượng biến dạng trước khi bị phá hoại, vật liệu được chia thành vật liệu dẻo và vật liệu giòn.

Vật liệu dẻo là vật liệu mà trước khi bị phá hoại có biến dạng rất rõ rệt

<i>(Thép, nhôm, đồng, Bitum… ); </i>

Vật liệu giòn là loại vật liệu mà trước khi bị phá hoại khơng thấy có biến

<i>dạng rõ rệt (Gang, Đá tự nhiên, Bê tơng…). </i>

Tính dẻo và tính giòn của vật liệu phụ thuộc vào nhiều nhân tố như nhiệt

<i>độ, lượng ngậm nước (độ ẩm), tốc độ tăng lực…(Thí dụ như Bitum, đất sét…). </i>

Để tiến hành nghiên cứu, vật liệu đàn hồi được mô hình hóa dưới dạng một chiếc lò xo. Biến dạng đàn hồi của vật liệu đàn hồi lý tưởng sẽ tuân theo định luật Huc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

15

Biến dạng dẻo tương đối của vật liệu dẻo lý tưởng tuân theo định luật Niuton :

<i> Trong đó: τ - Ứng suất trượt, (daN/cm<small>2</small> hay Mpa); t – Thời gian, (s); η – Độ nhớt, (daN/cm<small>2</small>.s hay Mpa.s). </i>

Đối với vật liệu vừa có tính dẻo, vừa có tính đàn hồi thì biến dạng tổng

Trong quá trình chịu tải trọng, ở một số loại vật liệu có khả năng xuất hiện hiện tượng từ biến và hiện tượng chùng ứng suất.

<i>Hiện tượng từ biến là hiện tượng khi một ngoại lực không đổi tác dụng lâu dài lên vật liệu gây nên biếng dạng tăng dần theo thời gian. </i>

Nguyên nhân gây nên hiện tượng từ biến là do có sự tồn tại của một số bộ phận phi tinh thể trong vật liệu có tính chất gần giống với chất lỏng, hoặc bản

<i>thân mạng lưới tinh thể có khuyết tật (hiện tượng sai lệch cấu trúc). </i>

<i>Hiện tượng chùng ứng suất là hiện tượng mà biến hình của vật liệu khơng thay đổi theo thời gian dưới tác dụng của ngoại lực, nhưng ứng suất trong vật liệu lại giảm dần theo thời gian. </i>

Nguyên nhân của hiện tượng chùng ứng suất là do một bộ phận vật liệu có biến hình đàn hồi chuyển dần sang biến dạng dẻo, năng lượng đàn hồi biến thành nhiệt năng, thốt ra ngồi và mất đi.

<i><b>1.5.2. Cường độ </b></i>

<i>Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại do tải trọng gây ra và được biểu thị bằng ứng suất tới hạn khi mẫu vật bị phá hoại. </i>

<i>Tương ứng với dạng tải trọng là loại cường độ (Kéo, nén, uốn, cắt…). </i>

Cường độ là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của vật liệu dùng trong các kết cấu chịu lực và được dùng làm căn cứ chủ yếu để định ra mác vật liệu.

Cường độ của vật liệu được xác định bằng phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu và tính tốn bằng các cơng thức trong mơn học sức bền vật liệu:

<i>- Cường độ chịu nén: </i>

<i><small>FP</small></i>

<i><small>R</small>_n</i> <small>max</small> <i>, (daN/cm<small>2</small> hay MPa); - Cường độ chịu kéo: </i>

<i>FP</i>

<i>R_k</i>  <small>max</small> <i>_{, (daN/cm}<small>2</small> hay MPa); </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

16

<i>- Cường độ chịu uốn: </i>

<i>WM</i>

<i>R_u</i>  <i>, (daN/cm<small>2</small> hay MPa). </i>

Trong đó: P<small>max</small><i> – Tải trọng nén (kéo) phá hoại mẫu, (daN, N); F – Tiết diện chịu lực của mẫu, (cm<small>2</small> hay mm<small>2</small>); M – Mômen uốn phá hoại mẫu, (daN.cm hay N.mm); W – Mômen chống uốn của tiết diện chịu uốn, (cm<small>3</small> hay mm<small>3</small></i>).

Trong q trình thí nghiệm xác định cường độ của vật liệu, kết quả thí nghiệm có thể chịu ảnh hưởng của các yếu tố như hình dạng, kích thước, đặc điểm bề mặt mẫu thí nghiệm và tốc độ tăng tải.

Cường độ tiêu chuẩn R<small>tc</small> của vật liệu được xác định theo quy trình thí nghiệm chuẩn quy định trong các tiêu chuẩn ngành, tiêu chuẩn Quốc gia hoặc Quốc tế.

Ngày nay đã có các phương pháp thí nghiệm khơng phá hoại mẫu theo hai nhóm nguyên tắc là nhóm theo nguyên tắc cơ học và nhóm theo nguyên tắc vật lý.

<i>- Nhóm thí nghiệm theo ngun tắc cơ học: Gồm các phương pháp thí </i>

nghiệm mang tên dụng cụ đo như phương pháp búa bi, phương pháp búa có thanh chuẩn, phương pháp súng bật nẩy Schimidt, phương pháp súng bắn đạn thử…

<i>- Nhóm thí nghiệm theo nguyên tắc vật lý: Gồm các phương pháp cộng </i>

hưởng, phương pháp phóng xạ và xung siêu âm. Trong đó phương pháp xung siêu âm được sử dụng rộng rãi nhất.

Cường độ là một chỉ tiêu rất quan trọng dùng để đánh giá vật liệu về mặt cơ học, lựa chọn vật liệu cho cơng trình, tính tốn kết cấu cơng trình, kiểm tra đánh giá cơng trình cũ hoặc đánh giá nghiệm thu cơng trình xây dựng mới.

Trong tính tốn thiết kế các kết cấu cơng trình xây dựng thường khơng thể tính hết được các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của công trình. Vì vậy, để đảm bảo an tồn cho các cơng trình, trong tính tốn kết cấu cơng trình cần đưa vào hệ

Trong đó: R<small>gh</small> – Cường độ giới hạn của vật liệu; R<small>tt</small> – Cường độ sử dụng trong tính tốn thiết kế cơng trình.

Hệ số an toàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như mức độ chính xác của tính tốn, mức độ nắm chắc tính chất của vật liệu, mức độ chuẩn xác trong thi cơng, tuổi thọ cơng trình…

Để đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng cho các cơng trình xây dựng có độ cao và khẩu độ lớn, các cơng trình cần tháo lắp cơ động…người ta thường sử dụng hệ số phẩm chất K<small>pc</small>:

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Hệ số phẩm chất K<small>pc</small> là một hư số không có thứ nguyên và chỉ mang ý nghĩa tương đối. Nó vơ nghĩa khi so sánh các loại vật liệu có bản chất khác nhau.

<i><b>1.5.3. Độ cứng </b></i>

<i>Độ cứng là khả năng của vật liệu chống lại tác dụng đâm xuyên của vật liệu khác cứng hơn nó. </i>

Độ cứng là một tính chất rất quan trọng đối với vật liệu làm đường, lát nền… đồng thời thể hiện độ khó khi gia cơng vật liệu.

Đối với vật liệu khống, độ cứng được đánh giá bằng thang Mohs gồm 10

<i>khoáng vật có độ cứng tăng dần (Bảng 1.3). </i>

Đối với vật liệu kim loại, độ cứng được đánh giá bằng chỉ số HB.

Độ cứng HB của kim loại có thể được xác định theo phương pháp Brinell bằng cách dùng lực P ấn viên bi thép đường kính D lên vật liệu cần xác định độ cứng.

<i>Trong đó: F – Diện tích vết lõm hình chỏm cầu, (mm<small>2</small></i>); D – Đường kính

<i>viên bi, (mm); d – Đường kính miệng vết lõm (mm); P – Lực nén viên bi, (N). </i>

Lực nén viên bi P được xác định theo công thức: <small>2</small>

<i>.Dk</i>

Trong đó: k – Hệ số phụ thuộc vào loại vật liệu:

<i>Kim loại đen: k = 30; Kim loại mầu: k = 10; Kim loại mềm: k = 3. </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

18

<i><b>1.5.4. Độ mài mòn </b></i>

<i>Độ mài mòn là độ tổn hao khối lượng trên một đơn vị diện tích mẫu khi bị mài mịn trên thiết bị thí nghiệm. </i>

Độ mài mòn phụ thuộc vào độ cứng, vào cường độ, vào cấu tạo của vật liệu và được xác định bằng máy thí nghiệm hình 1.2.

Mẫu thí nghiệm hình trụ có đường kính 2,5 cm, cao 5cm. Mâm quay quay 1000 vòng, cát thạch anh có khối lượng 2,5 lít, đường kính hạt d = 0,3  0,6 mm.

Độ mài mịn của vật liệu được tính theo cơng thức:

<i>Trong đó: G, G</i><small>1</small><i> – Khối lượng mẫu trước và sau khi thí nghiệm, (g); F – Diện tích chịu mài mịn, (cm<small>2</small></i>).

<i><b>1.5.5. Độ hao mòn </b></i>

<i>Độ hao mòn là một đại lượng đặc trưng cho tính chất của vật liệu vừa chịu mài mòn vừa chịu va chạm. </i>

khoảng 100g, quay 10.000 vòng trong thùng có đường kính 700mm, dài 500mm. Sau đó sàng bỏ các hạt có kích thước nhỏ hơn 2mm rồi xác định độ hao

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

19

Trong đó: G và G<small>1</small><i> – Khối lượng mẫu trước (G = 5000g) và sau khi thí nghiệm (G<small>1</small> sau khi đã loại bỏ các hạt có kích thước nhỏ hơn 2mm),(g). </i>

Vật liệu đá được phân loại theo độ hao mòn như sau:

Theo tiêu chuẩn Mỹ (AASHTO T96 – 87), độ hao mòn được xác định trên máy thí nghiệm chuyên dùng Los Angeles với các thông số kỹ thuật như sau:

- Thùng máy có đường kính trong 711 ± 5mm, dài 508 ± 5mm; - Trong thùng có thêm bi thép D<small>tb</small> = 46,8 mm, G = 390 ÷ 445 g/viên.

- Thùng quay với vận tốc n = 30 ÷ 33 vịng/phút tới 500 vịng đối với đá có kích thước nhỏ hơn 37,5 mm và 1000 vịng đối với đá có kích thước lớn hơn 37,5 mm.

- Sau khi quay đủ số vòng, tiến hành sàng bỏ các hạt có kích thước nhỏ hơn 1,7 mm rồi cân và tính tốn độ hao mịn Q.

<i><b>1.5.6. Tính chống va chạm </b></i>

<i>Tính chống va chạm là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hủy do tác dụng của tải trọng va chạm gây ra, được biểu thị bằng công cần thiết để đập vỡ một đơn vị thể tích mẫu vật liệu. </i>

Khả năng chống va chạm được xác định bằng búa máy khi đập mẫu vật đến khi xuất hiện vết nứt đầu tiên và được tính theo cơng thức:

Trong đó: A<small>k</small> – Cơng va chạm làm vỡ mẫu: <i>A_k</i>  <i>g</i>.<i>G</i>.<i>h</i>.<i>n_{; (N.m); g -}Gia tốc trọng trường, (m/s<small>2</small>); G – Khối lượng quả búa, (kg); h – Chiều cao rơi tự do của búa, (m); n – Số lần búa rơi tự do; V</i><small>0</small><i> – Thể tích mẫu vật liệu, (cm<small>3</small></i>).

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

20

<b>Chương 2 ĐẤT XÂY DỰNG </b>

Trong xây dựng, đất được sử dụng như mơi trường mà trên đó xây dựng các cơng trình. Bên cạnh đó, Đất cũng được sử dụng như một loại vật liệu để xây dựng các cơng trình như đường xá, đê đập... Việc sử dụng đất như môi trường xây dựng được nghiên cứu trong môn học Địa chất cơng trình. Trong môn học Vật liệu xây dựng, đất được nghiên cứu như là một loại vật liệu sử dụng trong xây dựng công trình và được gọi là đất xây dựng.

<b>2.1. Khái niệm và phân loại đất xây dựng </b>

<i>Đất được hình thành do q trình phong hóa các loại đá gốc (đá mẹ). Tùy </i>

thuộc vào đặc điểm của q trình phong hóa mà có thể hình thành các loại đất khác nhau.

<i>Quá trình phong hóa lí học (Tác nhân gây phong hóa là nhiệt độ, áp suất) sẽ tạo nên các loại đất vụn rời, khơng dính (điển hình là đất cát). </i>

<i>Q trình phong hóa hóa học (Tác nhân gây phong hóa là ơxy, cacbon, nước, hóa chất trong nước) sẽ tạo nên các loại đất dính, dẻo (điển hình là đất sét). </i>

<i><b>2.1.1. Tính phân tán và khái niệm về đất, đá </b></i>

Khi nghiên cứu thành phần và cấu trúc của đất ta có thể coi đất là một hệ phân tán 3 pha gồm

<i>có pha rắn (các hạt khống chất, hay cịn gọi là các hạt đất); pha lỏng (nước) và pha khí (khơng khí) (Hình 2.1.). </i>

Trong một số trường hợp đặc biệt, đất sẽ chỉ có

<i>hai pha (đất bão hịa nước; đất khơ tuyệt đối). </i>

Khi tồn tại trong tự nhiên, các pha của đất không nằm riêng rẽ mà chúng nằm xen kẽ và có mối liên hệ và tác động qua lại lẫn nhau. Mối liên hệ và sự tác động qua lại đó sẽ làm cho tính chất và trạng thái của đất thay đổi.

Pha rắn có ảnh hưởng quyết định đến đặc điểm và tính chất của đất. Tùy thuộc vào kích thước của các hạt đất mà đất có các mức độ phân tán khác nhau.

<i>Mức độ phân tán cao nhất là phân tán phân tử (ion) với kích thước hạt d = </i>

0,1  1m mà ta có thể gặp trong dung dịch thực. Sau mức độ phân tán phân tử là phân tán keo với các hạt kích thước d = 1  100m<i> (0,001 </i><i> 0,1</i>) và có tính

<i><b><small>Hình 2.1. Các pha của Đất </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

21

<i>chất của các hạt keo. Mức độ phân tán thấp hơn là phân tán mịn (d = 0,1 </i><i> 5</i>)

<i>và phân tán thô (d > 5</i><i> hay > 0,005mm). Tính keo sẽ mất dần khi kích thước </i>

<i>Đất là một hệ phân tán ba pha gồm các hạt khống chất, nước và khơng khí. Sự tác động qua lại giữa các pha làm thay đổi tính chất và trạng thái của đất. Đá: Tính chất chỉ phụ thuộc vào đặc tính của từng hạt riêng rẽ chứ không phụ thuộc vào mối quan hệ qua lại với nước và khơng khí. </i>

<i><b>2.1.2. Phân loại đất đất xây dựng </b></i>

Nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu và sử dụng, đất xây dựng được phân loại theo những đặc điểm khác nhau.

<i><b><small>Bảng 2.1. Bảng phân loại đất theo kích thước hạt </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i><b>a) Phân loại theo kích thước các hạt đất </b></i>

Kích thước hạt thể hiện mức độ phân tán của đất. Thực tế cho thấy các hạt đất có kích thước giống nhau thì sẽ có tính chất giống nhau. Vì vậy, có thể sử

<i>dụng kích thước hạt làm cơ sở phân loại đất (Bảng 2.1) </i>

<i><b>b) Phân loại theo thành phần hạt </b></i>

Trong tự nhiên, đất thường tồn tại dưới dạng hỗn hợp gồm nhiều loại hạt có kích thước khác nhau. Trong đó, các hạt có kích thước gần nhau sẽ có tính chất tương tự nhau. Vì vậy, có thể sử dụng thành phần hạt làm cơ sở phân loại

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

23

<i><b>2.1.3. Các phương pháp xác định và biểu diễn thành phần hạt của đất a) Các phương pháp xác định thành phần hạt của đất </b></i>

Thành phần hạt của đất có thể được xác định bằng các phương pháp khác nhau. Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng riêng. Trong thực tế hiện nay có ba phương pháp xác định thành phần hạt của đất được sử dụng rộng rãi hơn cả là phương pháp sàng, phương pháp gạn rửa

<i>(hay còn gọi là phương pháp lắng đọng) và phương pháp nở. </i>

<i><b>+ Phương pháp sàng: </b></i>

Sử dụng bộ sàng tiêu chuẩn gồm nhiều chiếc sàng có kích thước lỗ sàng khác nhau để sàng và phân tách các hạt đất ra thành các nhóm hạt có kích thước khác nhau.

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ sử dụng nhưng lại có nhược

<i>điểm là kết quả xác định thành phần các hạt đất có kích thước nhỏ (nhóm hạt sét, hạt bụi) khơng được chính xác do các loại hạt này có thể bám dính lên thành </i>

sàng hoặc lên các hạt có kích thước lớn hơn.

Do có những ưu, nhược điểm như trên nên phương pháp sàng thường được sử dụng để xác định hàm lượng các hạt sỏi với kích thước hạt d  2,0 mm.

<i><b>+ Phương pháp gạn rửa: </b></i>

Phương pháp gạn rửa được tiến hành dựa trên cơ sở định luật Stock. Theo định luật Stock, vận tốc lắng đọng của các hạt rắn trong chất lỏng tỷ lệ với bình

Trong đó: g – Gia tốc trọng trường; r – Bán kính của các hạt rắn; <small>h</small> và <small>l</small> – Khối lượng riêng của các hạt rắn và của chất lỏng; η – Độ nhớt của chất lỏng.

Áp dụng công thức trên đối với các hạt đất và nước ở điều kiện bình thường, ta có cơng thức tính vận tốc lắng đọng của các hạt đất trong nước như sau:

Trong đó: d – Đường kính của các hạt đất, được tính bằng milimet để tiện lợi cho việc tính tốn.

Để xác định thành phần của một nhóm hạt đất nào đó, ta lấy kích thước hạt d nhỏ nhất của nhóm để tính tốn vận tốc lắng đọng tối thiểu V của nhóm đất đó, tính tốn chiều cao cột nước H mà hạt đất có kích thước d nhỏ nhất trong nhóm sẽ lắng đọng qua được trong khoảng thời gian t.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

24 Sau khi xác định được V, t, H, ta lấy mẫu đất có khối lượng V<small>0</small> trộn đều

<i>với nước trong ống thí nghiệm (Hình 2.3), để cho các hạt đất lắng đọng trong </i>

khoảng thời gian t rồi gạn ra khỏi ống nghiệm cột nước H. Lặp lại thí nghiệm trên cho đến khi sau thời gian lắng đọng t mà cột nước H hoàn toàn trong. Khi đó trong ống nghiệm chỉ còn lại

Phương pháp nở được xác lập trên cơ sở tính chất của các hạt sét có khả năng tăng thể tích khi no nước. Vì vậy, phương pháp này được dùng để xác

<i>định hàm lượng các hạt sét (d </i><i> 0,005mm). </i>

Mẫu đất được trộn đều với nước ống nghiệm, để cho lắng đọng hết rồi xác định thể tích ban đầu V<small>0</small>. Sau đó để yên ống nghiệm trong thời gian 48 giờ để cho quá trình nở của các hạt sét xảy ra hoàn toàn. Có thể cho thêm 3  5 giọt dung dịch CaCl 5% vào ống nghiệm để tăng nhanh quá trình nở. Sau 48 giờ tiến hành xác định thể tích mẫu đất sau khi nở V<small>1</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Như vậy, bằng phương pháp gạn rửa và phương pháp nở ta xác định được hàm lượng các hạt cát C và các hạt sét S. Khi đó hàm lượng các hạt bụi B sẽ là:

)% (

<i><b>b) Các phương pháp biểu diễn thành phần hạt của đất xây dựng </b></i>

Sau khi xác định được thành phần hạt của đất, để tiện lợi cho việc phân tích đánh giá, người ta tiến hành biểu diễn thành phần hạt của đất bằng các phương pháp như sau:

<i><b>+ Phương pháp tam giác Fere: </b></i>

Nếu ta coi đất có ba loại hạt chủ yếu là cát, bụi và sét thì có thể biểu diễn thành phần hạt của đất bằng tam giác Fere.

Phương pháp tam giác Fere dựa trên cơ sở tính chất của tam giác đều là tổng chiều dài của ba đường vng góc h<small>1</small>, h<small>2</small>, h<small>3</small> hạ từ một điểm bất kỳ trong tam giác đến ba cạnh sẽ bằng chiều dài của đường cao H.

Nếu chia ba đường cao H của tam giác đều thành 100 phần tương ứng 100% hàm lượng của ba loại hạt thì tại các cạnh của tam giác sẽ tương ứng với

<i>0% và ở đỉnh đối diện sẽ tương ứng với 100% một loại hạt (Hình 2.5.). </i>

Ưu điểm của phương pháp tam giác Fere là đơn giản, có thể biểu diễn thành

khác nhau để tạo ra được loại đất có thành phần hạt mong muốn khi ta cần cải thiện thành phần hạt và tính chất của đất xây dựng.

Nhược điểm của phương pháp tam giác Fere là chỉ biểu diễn được thành phần của ba loại hạt cơ bản của đất là cát, bụi và sét.

<i><b><small>Hình 2.5. Tam giác Fere </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

26

<i><b>+ Phương pháp đường cong tích tụ: </b></i>

Khi cần biểu diễn

<i>lọt qua từng loại mắt sàng có đường kính khác nhau (Hình 2.6.). </i>

Phương pháp đường cong tích tụ có ưu điểm là biểu diễn được thành phần của nhiều loại hạt đất có kích thước khác nhau. Đồng thời, dựa vào đường cong tích tụ ta có thể đánh giá được mức độ đồng nhất của loại đất nghiên cứu.

Đường cong tích tụ càng dốc thì trong loại đất nghiên cứu càng có ít loại hạt đất, do đó thành phần của loại đất nghiên cứu càng đồng nhất. Ngược lại, khi đường cong tích tụ càng thoải thì trong loại đất nghiên cứu càng có nhiều loại hạt đất nên thành phần của loại đất đó càng kém đồng nhất.

<b>2.2. Các đặc điểm và tính chất cơ bản của đất xây dựng </b>

<i><b>2.2.1. Các loại nước trong đất </b></i>

<i>Nước có thể tồn tại trong các lỗ rỗng của đất ở trạng thái rắn (băng), trạng thái lỏng (nước) hoặc trạng thái khí (hơi nước). Trong điều kiện bình thường thì </i>

nước tồn tại trong đất ở trạng thái lỏng và trạng thái khí là chủ yếu. Nó thường xuyên di chuyển trong các lỗ rỗng từ nơi có áp lực cao đến nơi có áp lực thấp.

Nước tồn tại trong đất ở trạng thái lỏng có mối liên kết nhất định với các hạt đất và có ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái cũng như tính chất của đất. Tùy thuộc vào đặc điểm của lực liên kết với các hạt đất mà nước trong đất được chia thành nước liên kết và nước tự do.

<i><b>a) Nước liên kết </b></i>

Nước liên kết được giữ trên bề mặt các hạt đất bằng lực hút phân tử. Tùy thuộc vào mức độ liên kết với các hạt đất mà nước liên kết lại được chia thành

<i>nước liên kết bền và nước liên kết yếu (liên kết xốp). </i>

<i><b><small>Hình 2.6. Đường cong tích tụ </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

chiều dày bằng vài lần đường kính phân tử nước bao quanh các hạt đất. Nước liên kết bền có đặc tính rất khác với nước thông thường

<i>(Hình 2.7.). </i>

<i><b>+ Nước liên kết yếu: </b></i>

Nước liên kết yếu được giữ trên bề mặt các hạt đất bằng lực hút phân tử, tạo thành một lớp màng mỏng có chiều dày bằng vài trăm lần đường kính phân tử nước.

<i><b>b) Nước tự do </b></i>

Nước tự do không liên kết với các hạt đất bằng lực hút phân tử, chúng di chuyển và tồn tại trong các lỗ rỗng của đất do tác dụng của lực mao dẫn hoặc lực trọng trường. Tùy thuộc vào lực tác dụng mà nước tự do được chia thành nước mao dẫn hoặc nước trọng lực.

<i><b>+ Nước mao dẫn: </b></i>

Nước mao dẫn là loại nước tồn tại và di chuyển trong đất dưới tác dụng của

<i>lực mao dẫn (lực căng bề mặt). Loại nước này chỉ có trong các loại đất nhỏ hạt khi các lỗ rỗng có kích thước nhỏ và mang tính chất của các ống mao dẫn (Hình 2.8). </i>

<i><b><small>Hình 2.8. Các loại nước mao dẫn trong đất </small></b></i>

<i><b><small>Hình 2.7. Sự liên kết của nước với các hạt đất</small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

28

Nước mao dẫn tồn tại trong các lỗ rỗng của đất trong phạm vi độ cao dâng nước mao dẫn gọi là nước mao dẫn riêng, nếu tồn tại ở trên độ cao dâng nước mao dẫn thì được gọi là nước mao dẫn treo. Khi nước mao dẫn tồn tại ở góc các

<i>lỗ rỗng nhỏ do tác dụng của lực căng bề mặt thì được gọi là nước ở góc lỗ rỗng. </i>

<i><b>+ Nước trọng lực: </b></i>

Nước trọng lực là loại nước thâm nhập và di chuyển trong các lỗ rỗng của đất do tác dụng của lực trọng trường. Chúng được bổ sung bằng nước mưa hoặc nước mặt và được khai thác, sử dụng như một khống sản có ích. Trong xây dựng, nước trọng lực là đối tượng cần xử lý khi đào hố móng hoặc khi xây dựng

<i>các cơng trình ngầm. </i>

<i><b>2.2.2. Tính chất vật lý và hóa học của đất xây dựng a) Khối lượng thể tích của đất </b></i>

<i>Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích của đất. </i>

Khối lượng thể tích của đất phụ thuộc vào thành phần khoáng vật, cấu trúc và độ ẩm của đất. Tùy thuộc vào trạng thái và cấu trúc của mẫu đất khi xác định, khối lượng thể tích của đất có thể được chia thành nhiều loại và có ý nghĩa sử dụng khác nhau như sau:

<i><b>+ Khối lượng riêng </b></i><i><b><small>h</small>: </b></i>

Khối lượng riêng <small>h</small><i> là khối lượng thể tích của riêng các hạt đất (khơng kể đến các lỗ rỗng và độ ẩm trong đất), nó chỉ phụ thuộc vào thành phần khoáng vật của các hạt và được xác định bằng công thức sau: </i>

Tỷ trọng của đất Δ là tỷ số giữa khối lượng của các hạt đất Q<small>h</small> với khối

<i>lượng của nước có cùng thể tích với các hạt đất: </i>

Trong đó: Q<small>h</small> và V<small>h</small> – Khối lượng và thể tích của các hạt đất trong mẫu thí nghiệm; <small>n</small><i> – Khối lượng thể tích của nước. </i>

<i><b>+ Khối lượng thể tích tự nhiên </b></i><i><b><small>tn</small>: </b></i>

Khối lượng thể tích tự nhiên <small>tn</small> là khối lượng thể tích của đất ở trạng thái tự

<i>nhiên (có tính đến cả các lỗ rỗng và độ ẩm), được xác định bằng công thức sau: </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Trong đó: Q<small>tn</small><i> – Khối lượng của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên (có tính đến cả độ ẩm); V</i><small>tn</small><i> – Thể tích của mẫu đất ở trạng thái tự nhiên (có tính đến cả các lỗ rỗng). </i>

<i><b>+ Khối lượng thể tích bão hịa </b></i><i><b><small>bh</small>: </b></i>

Khối lượng thể tích bão hịa <small>bh</small> là khối lượng thể tích của đất ở trạng thái

<i>bão hịa nước (khi các lỗ rỗng trong đất được lấp đầy nước), được xác định </i>

Trong đó: Q<small>bh</small>, V<small>bh</small> – Khối lượng và thể tích mẫu đất ở trạng thái bão hòa nước;

<i><b>+ Khối lượng thể tích khơ </b></i><i><b><small>k</small>: </b></i>

Khối lượng thể tích khơ <small>k</small> là khối lượng thể tích của đất ở trạng thái khơ tuyệt đối, nó phụ thuộc chủ yếu vào độ chặt của đất và được xác định bằng công

<i><b>+ Khối lượng thể tích đẩy nổi </b></i><i><b><small>đn</small>: </b></i>

Khối lượng thể tích đẩy nổi <small>đn</small> là khối lượng của một đơn vị thể tích của

<i>đất, được cân trong trạng thái ngập trong nước và xác định bằng công thức sau: </i>

<i><b>Độ xốp n và hệ số độ xốp ε biểu thị mức độ các lỗ rỗng tồn tại trong đất. </b></i>

<i>Chúng được xác định bằng các công thức sau: </i>

Trong đó: V<small>r</small> – Thể tích của các lỗ rỗng trong mẫu đất; V<small>đ</small> – Thể tích của mẫu đất; V<small>h</small> – Thể tích của các hạt đất có trong mẫu đất.

<b>Giữa độ xốp n và hệ số độ xốp </b> có mối quan hệ như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

30

Việc xác định độ xốp hay hệ số độ xốp trực tiếp bằng các công thức trên khá phức tạp. Vì vậy, có thể xác định chúng một cách gián tiếp thông qua tỷ trọng , độ ẩm W và khối lượng thể tích của đất như sau:

Trong đó: Δ – Tỷ trọng của đất; W – Độ ẩm của đất; <small>n</small> – Khối lượng thể tích của nước; <small>tn</small> – Khối lượng thể tích tự nhiên của đất; <small>h</small> – Khối lượng thể tích các hạt đất; <small>k</small> – Khối lượng thể tích khơ của đất.

<i><b>c) Độ ẩm và trạng thái của đất xây dựng </b></i>

<i>Độ ẩm của đất W thể hiện mức độ chứa nước của đất, được biểu thị bằng tỷ số giữa khối lượng nước Q<small>n</small> với khối lượng các hạt đất Q<small>h</small> (khối lượng đất khơ tuyệt đối) có trong mẫu đất tại thời điểm thí nghiệm và được tính bằng phần trăm: </i>

Độ ẩm W ảnh hưởng lớn đến trạng thái của đất. Tùy thuộc vào độ ẩm mà đất có thể ở các trạng thái khác nhau. Khi độ ẩm tăng lên, đất sẽ chuyển dần từ

<i>trạng thái cứng sang trạng thái dẻo rồi sang trạng thái nhão (chảy) (Hình 2.9.). </i>

Độ ẩm tại thời điểm đất chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái dẻo được gọi là giới hạn dẻo W<small>d</small>, còn khi chuyển từ trạng thái dẻo sang trạng thái nhão được gọi là giới hạn chảy W<small>c</small>.

Giới hạn dẻo W<small>d</small> được xác định bằng phương pháp Atterberg. Đất ẩm được xoa trên lòng bàn tay, nếu sau khi xoa nhẹ vài lần mà đất tạo thành những viên hình trụ đường kính d bằng (2  3)mm, chiều dài l bằng (5  7) mm thì độ ẩm của đất đang ở giới hạn dẻo W<small>d</small>. Nếu các viên đất có đường kính d lớn hơn (2  3)mm và chiều dài l nhỏ hơn (5  7)mm thì đất đang ở trạng thái cứng. Ngược lại, nếu các viên đất được tạo thành có đường kính d nhỏ hơn (2  3)mm và chiều dài l lớn hơn (5  7)mm thì đất đang ở trạng thái dẻo.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

31 Giới hạn chảy W<small>c</small> được xác định bằng quả dọi hai càng Vaxiliev

<i>(Hình 2.10). Mẫu đất được cho vào </i>

trong cốc, gạt bằng mặt rồi đặt quả dọi hai càng Vaxiliev lên. Nếu dưới tác dụng của trọng lượng bản thân

<i>(36g) mà quả dọi lún ngập vào đất </i>

đúng đến vạch 10mm thì độ ẩm của đất đang ở giới hạn chảy W<small>c</small>. Nếu quả dọi lún ngập chưa tới vạch 10mm thì đất đang ở trạng thái dẻo. Ngược lại, nếu quả dọi lún ngập quá vạch 10mm thì đất đang ở trạng thái nhão.

Hiệu số giữa giới hạn chảy W<small>c</small> và giới hạn dẻo W<small>d</small> được gọi là chỉ số dẻo

Chỉ số dẻo A của các loại đất rất khác nhau và nó phụ thuộc rất lớn vào hàm lượng các hạt sét có trong đất. Vì vậy, có thể dùng chỉ số dẻo để phân loại

Trong thực tế, để tiện lợi cho việc xác định trạng thái của đất, người ta đưa ra khái niệm độ ẩm tương đối của đất G, được tính bằng tỷ số giữa độ ẩm tự nhiên W<small>tn</small> với giới hạn chảy W<small>c</small> và phân loại trạng thái của đất theo độ ẩm tương đối G như sau:

<i>Tính chất của đất cho nước đi qua các lỗ rỗng dưới tác dụng của áp lực gọi là tính thấm nước của đất. </i>

<i><b><small>Hình 2.10. Quả dọi hai càng Vaxiliev </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

32

Tính thấm nước của đất phụ thuộc vào kiến trúc, kích thước và thành phần hạt của đất và được đặc chưng bằng vận tốc thấm V hoặc hệ số thấm K:

<i>Trong đó: K – Hệ số thấm, (m/ngày đêm); ΔH – Độ chênh lệch cột nước áp lực ở đầu và cuối dòng thấm, (m); L – Chiều dài dòng thấm, (m); J – Gradien (độ dốc) thủy lực. </i>

Hệ số thấm K chính là vận tốc thấm V đơn vị, khi ΔH = L = 1m.

Ngồi dịng thấm do áp lực, trong đất cịn có thể có dịng thấm do lực mao

<i>dẫn (lực căng bề mặt). </i>

Dòng thấm mao dẫn có đặc điểm là ln đi từ dưới lên trên và được đặc trưng bằng chiều cao cột nước mao dẫn H. Chiều cao cột nước mao dẫn H phụ thuộc vào thành phần khống vật, thành phần hóa học, kiến trúc và kích thước hạt của đất. Các loại đất khác nhau có chiều cao cột nước mao dẫn H khác nhau,

Sự xuất hiện của nước mao dẫn sẽ làm tăng độ dính kết trong đất vụn rời và làm giảm lực dính kết trong đất dính dẻo.

<i><b>e) Tính chất hóa học của đất </b></i>

Tính chất hóa học của đất cần quan tâm đến khi gia cố đất bằng các chất

<i>dính, trong đó cần quan tâm chủ yếu là độ PH và tính carbonat (hàm lượng muối gốc CO<small>3</small>). </i>

<i><b>2.2.3. Tính chất cơ học của đất xây dựng </b></i>

<i><b>a) Sự biến dạng của đất dưới tác dụng của ngoại lực </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

33 Đất có tính phân tán nên chỉ có khả năng chịu nén chứ khơng có khả năng chịu kéo. Dưới tác dụng của lực

<i>nén, đất sẽ bị biến dạng ép co (nén lún). Tùy thuộc vào đặc điểm của </i>

loại đất và cường độ của lực nén mà biến dạng của đất có thể là biến dạng

<i>đàn hồi hay biến dạng dẻo (biến dạng dư) (Hình 2.11). </i>

Biến dạng đàn hồi xảy ra do sự

<i>đàn hồi của các hạt đất (chủ yếu là đất dính dẻo) và của khí bọc kín (khí nằm ở các lỗ rỗng kín trong đất). </i>

<i>Biến dạng dẻo xảy ra do sự thay đổi cấu trúc của đất (sự xắp xếp xít lại các hạt đất) và biến dạng dẻo của bản thân các hạt đất dưới tác dụng của ngoại lực. </i>

Trong quá trình nén các loại đất vụn rời khơng dính, ngoại lực sẽ sinh công để thắng lực ma sát giữa các hạt đất, đẩy chúng xếp chặt lại với nhau, làm

<i>giảm thể tích các lỗ rỗng trong đất. Nếu trong các lỗ rỗng chứa nhiều nước (đất quá ẩm), để các hạt đất có thể xếp chặt lại thì ngoại lực sẽ phải sinh cơng để đẩy </i>

nước ra ngồi.

Đối với các loại đất dính dẻo, trong q trình nén đất trước tiên ngoại lực phải sing công để thắng lực dính kết giữa các hạt đất nhằm phá vỡ cấu trúc ban đầu, sau đó mới sinh công để thắng lực ma sát giữa các hạt đất và đẩy nước ra ngoài. Nếu ngoại lực tăng lên quá lớn sẽ làm biến dạng rồi phá vỡ chính các hạt đất, làm thay đổi thành phần hạt của đất.

<i><b>b) Độ ẩm tối ưu của đất </b></i>

<i>Độ ẩm có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả của quá trình làm chặt (đầm nén) đất. Khi độ ẩm của đất nhỏ, lực ma sát giữa các hạt đất trong q trình dịch </i>

chuyển sẽ lớn, địi hỏi chi phí năng lượng cho quá trình làm chặt đất cũng lớn. Khi độ ẩm tăng lên, lực ma sát giữa các hạt đất trong quá trình dịch chuyển sẽ giảm, chi phí năng lượng cho q trình làm chặt đất cũng sẽ giảm.

Nếu độ ẩm của đất quá lớn, trong các lỗ rỗng sẽ xuất hiện nước thừa, cản trở q trình dịch chuyển xít lại với nhau của các hạt đất. Khi đó để làn chặt đất cần phải chi phí thêm năng lượng để đẩy nước thừa ra ngoài, nên sẽ làm giảm hiệu quả của cơng tác đầm nén.

<i><b><small>Hình 2.11. Các loại biến dạng của Đất </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

2,5kg rơi từ độ cao 30cm với cùng một số lần rơi như nhau cho tất cả các mẫu đất.

Sau khi đầm, các mẫu đất được mang đi xác định

độ chặt thơng qua khối lượng thể tích khơ <small>k</small>.

Từ kết quả thí nghiệm ta dựng đồ thị mối quan hệ giữa độ chặt với độ ẩm của các mẫu thí nghiệm <small>k</small><i> = f(W) (Hình 2.12). Tương ứng với độ chặt tối đa </i><small>k max </small> là độ ẩm tối ưu W<small>t</small>.

Trong thực tế, đất có độ ẩm tối ưu khi độ ẩm tương đối của nó G  0,4, tức là độ ẩm đang ở gần giới hạn dẻo W<small>d</small>.

<i><b>c) Độ bền của đất </b></i>

<i>Đất có thể làm việc theo các sơ đồ chịu tải như sau (Hình 2.13.): </i>

<i><b><small>Hình 2.13. Các sơ đồ làm việc chịu tải của đất </small></b></i>

<b><small>D </small></b>

<i><b><small>Hình 2.12. Dụng cụ đầm nén tiêu chuẩn và phương pháp xác định độ ẩm tối ưu Wt </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

35

<i>a – Đất chịu nén trong ống kín, khơng có khả năng nở hông (trong thực tế rất hiếm gặp); </i>

<i>b – Đất chịu nén, khả năng nở hông tự do (dạng làm việc của cột đất); c – Đất vừa chịu nén vừa chịu cắt (thường gặp khi gia công đào bới đất); d – Đất chịu nén, khả năng nở hông hạn chế (dạng làm việc của đất nền móng). </i>

Độ bền của đất được thể hiện thông qua môdul biến dạng E<small>bd</small> hoặc môdul đàn hồi E<small>d</small> và được xác định cho các trường hợp làm việc chủ yếu là chịu nén có

<i>khả năng nở hông hạn chế (Sơ đồ d - Hình 2.13.), cụ thể là: </i>

<i>Trong đó: p – Áp lực của ngoại lực, (N/cm<small>2</small></i>); D – Đường kính của tấm

<i>thép thử, chính là đường kính của diện tích chịu tải của đất, (cm); l</i><small>tp</small> và l<small>đ</small> – Biến

<i>dạng toàn phần và biến dạng đàn hồi của đất dưới tác dụng của áp lực p, (cm); </i>

– Hệ số Puasson tính đến khả năng nở hông hạn chế của đất khi chịu tải.

Hệ số Puasson phụ thuộc vào thành phần hạt của đất. Đối với đất nhỏ hạt:

 = 0,35; đất lớn hạt:  = 0,25.

Mô đun biến dạng E<small>bd</small> và Mô đun đàn hồi E<small>d</small> phụ thuộc vào độ chặt, độ ẩm và loại đất, chúng đạt được trị số tối đa khi độ ẩm tương đối G  0,4.

<b>2.2.4. Những đặc điểm cơ bản và phạm vi sử dụng của các loại đất xây dựng chính </b>

<i><b>a)Thành phần và cấu trúc của đất xây dựng </b></i>

Trong đất thường chứa nhiều loại hạt khác nhau, trong đó có ba loại hạt đất chủ yếu là các hạt cát, bụi và sét. Khi chịu tải các hạt cát sẽ tạo thành bộ khung chịu lực, các hạt bụi

làm nhiệm vụ lấp các lỗ rỗng giữa các hạt cát, các hạt sét làm nhiệm vụ liên kế các hạt bụi và các hạt cát với nhau tạo nên liên kết toàn khối trong đất,

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

36

Nếu trong đất mà thành phần các hạt cát vừa đủ để tạo bộ khung chịu lực, các hạt bụi vừa đủ để lấp các lỗ rỗng giữa các hạt cát, các hạt sét vừa đủ để tạo liên kết toàn khối trong đất và lấp các lỗ rỗng còn lại giữa các hạt bụi thì thành

<i>phần của đất như vậy là thành phần tối ưu (Bảng 2.4). </i>

<i><b><small>Bảng 2.4. Thành phần tối ưu của đất xây dựng </small></b></i>

<i><b>Tên và kích thước hạt, mm </b></i> <b>^{Hàm lượng các loại hạt đất, %}</b>

<i><b>b) Những đặc điểm cơ bản và phạm vi sử dụng của các loại đất chính </b></i>

Trong tự nhiên, thành phần hạt của đất rất đa dạng. Tùy thuộc vào thành phần hạt mà đất có thể có những đặc điểm và tính chất khác nhau. Tuy nhiên, ta có thể chia đất ra thành những loại chính với những đặc điểm cơ bản và phạm vi sử dụng riêng như sau:

<i><b>+ Đất cát: </b></i>

Đất cát được hình thành do kết quả của q trình phong hóa lý học các loại đá gốc, nên về cơ bản nó vẫn giữ được các tính chất của đá gốc.

Là loại đất có kích thước hạt lớn, vụn rời, khơng dính. Khả năng chịu tải tốt. Kích thước các lỗ rỗng lớn nhưng tổng thể tích các lỗ rỗng trong đất lại nhỏ, tổng diện tích bề mặt của các hạt cũng nhỏ nên khả năng giữ nước và liên kết với nước kém, nước trong các lỗ rỗng dễ dàng thốt ra ngồi. Vì vậy, đất cát có tính ổn định chịu nước cao, khi độ ẩm tăng lên thì liên kết trong đất cũng tăng nhưng khả năng chịu tải hầu như không bị ảnh hưởng. Lực liên kết giữ các hạt đất không đáng kể nên dễ gia công đào bới, đầm nén.

Với những đặc điểm nêu trên, đất cát được sử dụng thích hợp cho những cơng trình xây dựng nơi ẩm ướt, thậm chí là cả ở những nơi nhập nước.

<i><b>+ Đất sét: </b></i>

Đất sét được hình thành do kết quả của q trình phong hóa hóa học các loại khống vật lớp silicát có chứa ôxit nhôm Al<small>2</small>O<small>3</small>.

Các hạt sét có dạng tấm mỏng, kích thước rất nhỏ nên tổng diện tích bề mặt của các hạt lớn. Thể tích của các lỗ rỗng riêng rẽ nhỏ nhưng tổng thể tích của các lỗ rỗng lại rất lớn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

37

Đất sét là loại đất dính, dẻo, lực liên kết trong đất lớn. Khi khơ thì cứng gần như đá, chịu tải tốt. Khi độ ẩm tănng lên đến một mức độ nhất định thì trở nên dẻo, dính, khả năng chịu tải giảm rất nhanh.

Do đặc điểm về cấu trúc nên đất sét có khả năng chứa nước và liên kết với nước tốt, nước trong đất sét rất khó thốt ra ngồi. Khả năng thấm nước kém đến mức có thể coi là không thấm.

Do khi khô thì rất cứng, khi ẩm ướt thì dính dẻo nên việc gia công đào bới, đầm nén đất sét rất khó khăn.

Đất sét được sử dụng thích hợp để làm nền móng ở những nơi khô ráo hoặc xây dựng các cơng trình ngăn, giữ nước, có thể dùng làm vật liệu chống thấm cho các cơng trình thủy lợi.

<i><b>+ Đất bụi: </b></i>

Đất bụi được hình thành phong hóa hóa học một số loại khống vật có tính chất đặc biệt. Kích thước các hạt nhỏ và có dạng mỏng dẹt sắc cạnh.

Đất bụi là loại đất khơng dính, khơng dẻo, lực liên kết trong đất nhỏ, tính ổn định chịu nước kém. Khi khơ thì dễ tạo bụi, chịu tải kém, khi độ ẩm tănng lên thì trở nên nhão, mất khả năng chịu tải rất nhanh và dễ bị rửa trôi. Đất bụi là loại đất có nhiều tính chất xấu, không nên sử dụng trong xây dựng.

<i><b>+ Đất cát pha: </b></i>

Trong đất cát pha có đủ các loại hạt đất nhưng hàm lượng các hạt cát chiếm ưu thế nên nó mang nhiều đặc điểm của đất cát.

Thành phần hạt của đất cát pha gần giống với thành phần tối ưu của đất xây dựng. Do hàm lượng các hạt cát chiếm ưu thế nên đất cát pha có khả năng chịu tải tốt, tính ổn định chịu nước tương đối cao. Hàm lượng các hạt sét trong đất đã đáng kể nên trong đất cát pha có lực dính kết tương đối tốt. Việc gia công đào bới, đầm nén đất cát pha tương đối thuận lợi cả khi khô lẫn khi ẩm ướt.

Đất cát pha là loại đất tốt nhất dùng cho xây dựng cơng trình, nó được sử dụng phù hợp ở những nơi ẩm ướt cũng như ở nơi khô ráo.

<i><b>+ Đất sét pha: </b></i>

Trong đất sét pha hàm lượng các hạt sét chiếm ưu thế, đủ để tách rời các hạt cát ra xa nhau nên nó mang nhiều đặc điểm của đất sét. Khi khô đất sét pha rất cứng, chịu tải tốt. Nhưng trong điều kiện ẩm ướt thì đất sét pha trở nên dính, dẻo và giảm khả năng chịu tải tương đối nhanh. Khả năng thấm không đáng kể.

Do trong thành phần của đất đã có một hàm lượng các hạt cát nhất định nên đất sét pha có khả năng chịu tải tương đối tốt và tính ổn định chịu nước tốt

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

38

hơn đất sét. Loại đất này sử dụng tốt để làm nền móng ở nơi khô ráo hoặc dùng để xây dựng các cơng trình ngăn và giữ nước.

<i><b>d) Các biện pháp cải thiện tính chất của đất xây dựng </b></i>

Đất tự nhiên có thành phần, tính chất rất khác nhau và thường không đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu để làm vật liệu xây dựng cơng trình. Vì vậy, để đảm bảo được chất lượng cơng trình, người ta phải tiến hành các biện pháp gia cố, cải thiện tính chất của đất cho phù hợp với yêu cẩu sử dụng. Các biện pháp

<i>cải thiện tính chất của đất đơn giản, dễ thực hiện và có hiệu quả tốt là: Đầm nén nhân tạo; thay đổi thành phần hạt của đất; gia cố bằng chất dính. </i>

<i><b>+ Đầm nén nhân tạo: </b></i>

Đầm nén nhân tạo làm tăng độ chặt, giảm thể tích các lỗ rỗng nên sẽ làm giảm khả năng chứa nước, làm cho khả năng chịu tải và tính ổn định chịu nước của đất tăng lên đáng kể. Công tác đầm nén sẽ đạt được hiệu quả cao nhất khi đất được đầm nén ở độ ẩm tối ưu.

<i><b>+ Thay đổi thành phần hạt của đất xây dựng: </b></i>

Đất có các tính chất tốt nhất là đất có thành phần tối ưu. Tuy nhiên trong thực tế rất hiếm khi gặp đất tự nhiên có thành phần tối ưu, mà thường gặp các loại đất có thành phần hạt khác xa so với u cầu.

Vì vậy, để có được loại đất có thành phần phù hợp với yêu cầu sử dụng

<i>(thường là đất có thành phần tối ưu), người ta tiến hành pha trộn hai loại đất có phần tối ưu) được xác </i>

định dựa vào tam giác Fere như sau:

Trên tam giác Fere ta biểu diễn thành phần hạt của đất tại chỗ cần

<i>gia cố bằng điểm D, Đất có thành phần mong muốn (thường là thành phần tối ưu) bằng một diện tích. Chọn loại đất mỏ dùng để pha trộn có thành phần hạt </i>

<i><b><small>Hình 2.15. Xác định tỷ lệ pha trộn Đất </small></b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

39

được biểu thị bằng điểm M, nằm đối diện với điểm D qua thành phần của loại

<i>đất mong muốn (Hình 2.15). Tỷ lệ pha trộn được tính theo cơng thức: </i>

Trong đó: V<small>D</small><i> – Khối lượng đất tại chỗ (m<small>3</small></i>); V<small>M</small> – Khối lượng đất mỏ

<i>(m<small>3</small>); TM và TD – Chiều dài các đoạn thẳng đo trên tam giác Fere (mm). </i>

<i><b>+ Gia cố bằng các hạt khoáng chất: </b></i>

Trong một số trường hợp khi bộ khung chịu lực của đất không đủ khả năng chịu tải, có thể tạo bộ khung chịu lực mới bằng cách bổ sung vào đất các hạt khoáng chất như sỏi, đá dăm, gạch vỡ, xỉ lò cao…

<i><b>+ Gia cố bằng chất dính: </b></i>

Để tăng cường mối liên kế giữa các hạt đất và giảm các lỗ rỗng trong đất

<i>có thể gia cố đất bằng các chất dính vơ cơ (Xi măng, vơi bột...) hoặc chất dính hữu cơ (nhựa đường...). </i>

Khi gia cố bằng chất dính, thành phần và tính chất của đất thay đổi mạnh. Khả năng chịu tải, tính ổn định chịu nước tăng lên đáng kể. Các tính chất của đất được cải thiện rõ rệt và được nghiên cứu như một loại đá nhân tạo.

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

40

<b>Chương 3 </b>

<b>VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN VÀ GỐM XÂY DỰNG A. VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN </b>

<b>3.1. Khái niệm chung về vật liệu đá thiên nhiên </b>

<i>Vật liệu đá thiên nhiên là loại vật liệu xây dựng được sản xuất từ các loại đá thiên nhiên bằng các phương pháp gia công cơ học (nghiền, đập, cưa, đục, mài, đánh bóng…). </i>

Do chỉ gia công cơ học nên vật liệu đá thiên nhiên chỉ thay đổi về hình dạng, kích thước nhưng vẫn giữ ngun được các tính chất cơ lý của đá gốc.

<i>Đá gốc (đá tự nhiên) được kiến tạo từ các khống vật. </i>

<i>Khống vật là những chất hóa học có sự đồng nhất về thành phần hóa học, cấu trúc và tính chất vật lý, được tạo thành do kết quả của những q trình hóa lý tự nhiên khác nhau xảy ra trong lớp vỏ trái đất. </i>

<i>Dưới góc độ của mơn khoa học thạch học, đá thiên nhiên là một khối tổ hợp có quy luật của một hay nhiều loại khoáng vật được tạo thành trong quá trình địa chất xảy ra trong nhiều triệu năm. </i>

<i>Những loại đá chỉ do một khoáng vật tạo nên gọi là đá đơn khống (đá vơi, thạch cao…); </i>

Những loại đá được tạo thành từ hai khoáng vật trở lên gọi là đá đa

<i>khoáng (đá granit, đá magma…); </i>

<i>Theo điều kiện hình thành, đá thiên nhiên được chia làm ba loại là: Đá magma, đá trầm tích và đá biến chất. </i>

<b>3.2. Đặc điểm và các tính chất cơ bản của đá thiên nhiên </b>

<i><b>3.2.1. Đá magma </b></i>

<i>Đá magma được tạo thành do khối silicat nóng chảy (khối magma) từ trong lòng trái đất xâp nhập lên lớp vỏ trái đất hoặc phun trào lên mặt đất rồi nguội </i>

<i>lạnh đi tạo thành (Hình 3.1). <b><small>Hình 3.1. Sự hình thành các loại đá magma </small></b></i>

</div>