Bài giảng vật liệu xây dựng chương II

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
KHOA CÔNG TRÌNH
BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG

CHƯƠNG 2 – CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN
CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA
VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Khái niệm chung về tính chất của VLXD
II. Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
III. Tính chất cơ học của vật liệu xây dựng
I.


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
I.

Khái niệm chung về tính chất của vật liệu xây dựng

1. Phân loại tính chất của vật liệu xây dựng:
Yêu cầu về tính chất của vật liệu rất đa dạng, song để nghiên
cứu và sử dụng vật liệu có thể chia tính chất của nó thành các
nhóm:
- Nhóm tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc
- Nhóm tính chất vật lý
- Nhóm tính chất cơ học
- Nhóm tính chất hóa học

- Một số tính chất mang tính tổng hợp khác : tính công tác, tuổi
thọ …


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
I.

Khái niệm chung về tính chất của vật liệu xây dựng

2. Cấu trúc của vật liệu xây dựng:
- Cấu trúc vĩ mô: Người ta có thể phân biệt được các dạng cấu trúc
này bằng mắt thường như: đá nhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trúc
dạng sợi, dạng lớp, dạng hạt rời…
- Cấu trúc vi mô: Dùng kính hiển vi để quan sát, có thể là cấu tạo
tinh thể hay vô định hình. Dạng tinh thể có độ bền và độ ổn định lớn
hơn dạng vô định hình.
- Cấu tạo bên trong của các chất: Đặc trưng bằng cấu tạo nguyên
tử, phân tử, hình dáng kích thước của tinh thể, liên kết nội bộ giữa
chúng. Khi nghiên cứu người ta phải dùng các thiết bị hiện đại để
quan sát chúng như kính hiển vi điện tử, phân tích rơnghen…Cấu tạo
bên trong của các chất quyết định cường độ, độ cứng, độ bền nhiệt và
nhiều tính chất quan trọng khác.


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT
LIỆU XÂY DỰNG
Khái niệm chung về tính chất của vật liệu xây dựng
3.Thành phần của vật liệu xây dựng:

Vật liệu xây dựng được đặc trưng bởi 3 thành phần : hóa học, khoáng
vật và thành phần pha.
- Thành phần hóa học: Được biểu thị bằng % hàm lượng các ôxit
có trong vật liệu, cho phép phán đoán hàng loạt các tính chất của
VLXD: tính chịu lửa, bền sinh vật, đặc trưng cơ học …Riêng với
kim loại hoặc hợp kim thì thành phần hóa học được tính bằng %
các nguyên tố hóa học.
- Thành phần khoáng vật: Là % thành phần khoáng vật có trong
vật liệu, nó quyết định các tính chất cơ bản của vật liệu, biết được
thành phần khoáng vật sẽ phán đoán tương đối chính xác tính chất
của VLXD.
- Thành phần pha: Biểu thị tỷ lệ pha rắn, lỏng, khí trong vật liệu, tỷ
lệ các pha ảnh hưởng đến chất lượng của vật liệu : tính chất về âm,
nhiệt, tính chống ăn mòn, cường độ …
I.


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT
LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
1. Khối lượng riêng (tỷ khối) : a (g/cm3)
2. Khối lượng thể tích (dung khối) :ok (g/cm3)
3. Độ đặc (%) : đ%
4. Độ rỗng (%) : r%
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước:


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
1. Khối lượng riêng (tỷ khối) : a (g/cm3)
- Định nghĩa : khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích
vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không kể lỗ rỗng).
- Công thức :

Trong đó

k
Gm
3
a 
g / cm
Va





- a: Khối lượng riêng (g/cm3)
- Gmk: Khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái khô
- Va: Thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
1. Khối lượng riêng (tỷ khối) : a (g/cm3)
-

Cách xác định: Tùy từng loại vật liệu mà có cách xác định a khác nhau
+ Vật liệu được coi như hoàn toàn đặc chắc: sắt, thép, kính, nhôm ...

Mẫu có kích thước hình học xác định: phương pháp cân đo bình thường
Mẫu không có kích thước hình học xác định: phương pháp vật liệu chiếm chỗ
chất lỏng xác định Va.
+ Vật liệu không hoàn toàn đặc chắc: gạch, đá, bê tông, vữa ...
k , dùng phương pháp vật liệu
Nghiền nhỏ vật liệu <0.2mm, cân để xác định Gm
chiếm chỗ chất lỏng để xác định Va
-

Ý nghĩa : Dùng để cấp phối VL hỗn hợp, xác định độ đặc, rỗng của VL.

Khối lượng riêng một số loại thường gặp : Gạch đất sét nung a = 2,60 -2,65
g/cm3, Đá thiên nhiên a = 2,2 -3,3 g/cm3, Bê tông nặng a = 2,1 -2,6 g/cm3


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
2. Khối lượng thể tích (dung khối) : ok (g/cm3)
- Định nghĩa : khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể
tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (bên trong có lỗ rỗng).
- Công thức :

Trong đó

k
G

 ok  mk g / cm3
Vo





- ok : Khối lượng thể tích (g/cm3)
- Gmk: Khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái khô
- Vok : Thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
2. Khối lượng thể tích (dung khối) : ok (g/cm3)
a)

Khối lượng thể tích khô:
k
G
 ok  mk g / cm 3
Vo



b) Khối

lượng thể tích ẩm:

â
G
 âo  mâ g / cm 3
Vo



c)





Khối lượng thể tích bão hòa:

 obh

G bh
 mbh g / cm 3
Vo





• Nếu vật liệu có thể tích không
đổi khi độ ẩm thay đổi: Vok =
Voâ = Vobh
• Nếu vật liệu có thể tích thay
đổi khi độ ẩm thay đổi: Vok ≠

Voâ ≠ Vobh
k
â
bh
G
,
G
,
G
• Trong đó : m m m là khối
lượng mẫu TN ở trạng thái
k
â
bh
khô, ẩm và bão hòa. V0 ,V0 ,V0
là thể tích mẫu TN ở trạng thái
khô, ẩm, bão hòa.


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
2. Khối lượng thể tích (dung khối) : ok (g/cm3)
-

Cách xác định: Tùy từng loại vật liệu mà có cách xác định ok khác nhau
+ Mẫu VL có kích thước hình học xác định: phương pháp cân đo.

+ Mẫu VL không có kích thước hình học xác định: phương pháp vật liệu chiếm
chỗ chất lỏng xác định Vo.

+ Mẫu VL hạt rời rạc : xác định khối lượng thể tích xốp
Phương pháp đổ đống : Đổ mẫu vật liệu vào một thùng đong có dung tích biết
trước ở một độ cao nhất định. Cân khối lượng vật liệu có trong thùng.
-

Ý nghĩa : dùng phán đoán cường độ, độ bền, hệ số truyền nhiệt của VL. Đánh giá
sơ bộ độ đặc, rỗng, cường độ.Xác định khối lượng, thể tích kết cấu, phương tiện
vận chuyển.
Ví dụ : Gạch đất sét nung ok = 1,3 -1,9 g/cm3, Đá thiên nhiên ok = 2,5 -2,8 g/cm3,
Bê tông thường ok = 2,0 -2,4 g/cm3


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
2. Khối lượng thể tích (dung khối) : ok (g/cm3)
Phễu chứa
ximăng
Giá đỡ
Cửa quay
Thùng
đong
Vị trí đo để xác định khối lượng
thể tích mẫu vật liệu có kích thước
hình học xác định

Bộ dụng cụ xác định khối lượng thể
tích mẫu vật liệu dạng rời rạc

CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
3. Độ đặc (%) : đ%
- Định nghĩa : là tỷ số % giữa thể tích hoàn toàn đặc và thể tích tự
nhiên (bên trong có lỗ rỗng) của vật liệu ở trạng thái khô.

Va
- Công thức : đ %  k 100%
Vo
Trong đó

- đ% : Độ đặc của vật liệu (%).
- Va: Thể tích đặc của vật liệu ở trạng thái khô
- Vok: Thể tích tự nhiên của vật liệu ở trạng thái khô


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
4. Độ rỗng (%) : r%
- Định nghĩa : là tỷ số % giữa thể tích rỗng và thể tích tự nhiên (bên
trong có lỗ rỗng) của vật liệu ở trạng thái khô.

  ok
Vok  Va
Vr
100%  1 
- Công thức: r%  k 100% 
k

Vo
Vo
 a
Trong đó


 100%


- r% : Độ rỗng của vật liệu (%).
- Va : Thể tích đặc của vật liệu ở trạng thái khô
- Vok : Thể tích tự nhiên của vật liệu ở trạng thái khô
- Vr : Thể tích rỗng của vật liệu ở trạng thái khô

- Ý nghĩa : Độ rỗng dùng để phân loại và đánh giá cường độ, tính toán

cấp phối bê tông độ hút nước, khả năng chống thấm, truyền nhiệt …


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Các dạng nước tồn tại trong vật liệu :
+ Nước kết tinh (Nước hóa học) : tham gia vào trong thành phần của
vật liệu, có liên kết bền với vật liệu.
Ví dụ : Đất cao lanh : Al2O3.SiO2.2H2O
Amiăng : 3MgO.2SiO2.2H2O
+ Nước hấp phụ (Nước hóa lý) : có liên kết khá bền với vật liệu bằng
lực hút phân tử hoặc bằng lực tĩnh điện bề mặt.

+ Nước cơ học (nước tự do) : gần như không có liên kết với vật liệu,
thâm nhập vào vật liệu do tác dụng của lực mao dẫn hay lực trọng
trường, sự thay đổi của nước cơ học hầu như không làm ảnh hưởng tới
tính chất của vật liệu.


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Độ ẩm của vật liệu:


Định nghĩa: Là tỷ số % giữa khối lượng nước có trong vật liệu ở
trạng thái ẩm so với khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô.



Công thức:

G ân
W%  k 100%
Gm
- W%: Độ ẩm (%)

Trong đó:

- Gnâ: Khối lượng nước có trong VL ở trạng thái ẩm
- Gmk: Khối lượng mẫu VL ở trạng thái khô

CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Mức hút nước của vật liệu : là khả năng hút và giữ nước trong các
lỗ rỗng của vật liệu dưới áp lực bình thường.
+ Mức hút nước theo khối lượng : là tỷ số % giữa khối lượng nước
chứa trong VL ở trạng thái bão hòa nước với khối lượng VL ở trạng thái
khô.
Công thức :

G bh
Hp %  nk 100%
Gm
- Hp%:

Trong đó :

Mức hút nước theo khối lượng (%)
- Gnbh: Khối lượng nước có trong VL ở trạng thái BH
- Gmk: Khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái khô


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Mức hút nước của vật liệu : là khả năng hút và giữ nước trong các
lỗ rỗng của vật liệu dưới áp lực bình thường.

+ Mức hút nước theo thể tích : là tỷ số % giữa thể tích nước chứa trong
VL ở trạng thái bão hòa nước so với thể tích tự nhiên của VL ở trạng
thái khô.
Công thức :

Vnbh
Hv %  k 100%
Vm
- Hv%: Mức hút nước theo thể tích(%)

Trong đó :

- Vnbh: Thể tích nước có trong VL ở trạng thái BH
- Vmk: Thể tích VL ở trạng thái tự nhiên khô


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Hệ số bão hòa nước B%: là tỷ số % giữa thể tích nước chứa trong
vật liệu ở trạng thái bão hòa so với thể tích lỗ rỗng có trong vật liệu.
Công thức :
bh

Vn
B% 
100%
Vr

Trong đó :

- Hv%: Mức hút nước theo thể tích(%)
- Vnbh: Thể tích nước có trong VL ở trạng thái BH
- Vmk: Thể tích VL ở trạng thái tự nhiên khô

+ Nếu Vnbh = 0  B = 0: Vật không thấm nước
+ Nếu Vnbh < Vr  B < 1: Vật bão hoà nước không hoàn toàn
+ Nếu Vnbh = Vr  B = 1: Vật bão hoà nước hoàn toàn


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Hệ số mềm hóa Mh: là tỷ số giữa cường độ liệu ở trạng thái bão
hòa so với cường độ của vật liệu ở trạng thái khô.
R bh
Công thức :
Mh 
Rk
- Mh: Hệ số mềm hóa
Trong đó :
- Rbh: Cường độ của VL ở trạng thái BH
- Rk: Cường độ của VL ở trạng thái tự nhiên khô
+ Mh>0,8  Vật liệu chịu nước
+ Công trình xây dựng trong môi trường ẩm Mh>0,85
+ Hệ số mềm hóa càng lớn việt liệu chịu nước càng tốt.

CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
II.Tính chất vật lý của vật liệu xây dựng
5. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước :
- Tính thấm nước của vật liệu: là hiện tượng nước thấm qua vật
liệu dưới tác dụng của áp lực nước. Mức độ thấm nước phụ thuộc
vào độ rỗng, đặc trưng của lỗ rỗng, áp lực nước, và nhiệt độ môi
trường.
Tính thấm nước được biểu thị bằng hệ số thấm K :
QD
Công thức :
K
( cm / s )
F t  H
Trong đó :

K: Hệ số thấm nước (cm/s); t: Thời gian thấm;
H: Cột nước thấm; D, F: Kích thước mẫu
Mác chống thấm B: Trị số áp lực lớn nhất mà mẫu thử không để nước
thấm qua. Mác chống thấm thường là B-2, B-4, B-6, B-8, …


DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM HỆ SỐ THẤM K

Dụng cụ thí nghiệm
K của vật liệu hạt
rời (cát, đất phan
cát,….)

MẪU KT THẤM BÊ TÔNG VÀ MÁY THÍ NGHIỆM THẤM

Khoang ®Æt mÉu


MẪU KT THẤM BÊ TÔNG VÀ MÁY THÍ NGHIỆM THẤM

Khoang ®Æt mÉu


CHƯƠNG 2 :
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT
LIỆU XÂY DỰNG
III. Tính chất cơ học của vật liệu xây dựng
1. Tính biến dạng của vật liệu:
2. Cường độ :
3. Độ cứng của vật liệu :
4. Độ mài mòn của vật liệu :
5. Độ hao mòn của vật liệu: