Chương 1 NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ yếu của vật liệu xây DỰNG

TRNG I HC GIAO THễNG VN TI
VIệN KHOA HọC Và CÔNG NGHệ XÂY DựNG GIAO THÔNG
bộ môn vật liệu xây dựng

Chương 1
NHNG TNH CHT CH YU CA VT LiU XY DNG
Essential properties of construction materials

Nguyễn Ngọc Lân


Các nhóm tính
chất cơ bản của
VLXD

Nhóm các tính chất
Vật lý

Nhóm các tính chất
Cơ học

được xác định theo các tiêu chuẩn:
TCVN, TCN;
ASTM, AASHTO, BS

Nhóm các tính chất
Hoá học


1. CC THễNG S TRNG THI V C TRNG CU TRC CA VT LIU

1.1. Khối lượng riêng ()

- Khái niệm: khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật
liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc.

m

Va
- Phương pháp xác định:
- Công thức xác định:

- đơn vị: g/cm3; T/m3.

+ Khối lượng (m): sấy khô (to = 1105oC) đến khối lượng không đổi
cân m.


+ Thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (Va):
đối với vật liệu hoàn toàn đặc (kim loại, thuỷ tinh): Vt liu c
được gia công mu có kớch thc hỡnh học xác định đo kích thước và
sử dụng các công thức toán học Va


đối với nhng loại vật liệu rỗng (đá, gạch, bêtông, cát): nghiền nhỏ
d = 0,2 mm qua sàng 0,15 mm; sử dụng bỡnh Le Chatelier Va

m1 m2

Vd

Bng 1.1: Khối lượng riêng của một số loại vật liệu
Loại vật liệu
đá thiên nhiên
Vật liệu huu cơ (chất dẻo, bitum)

Khối lượng rêng
(g/cm)
2,2 - 2,3
0,8 - 1,6

Thép, gang

7,25 - 8,25

Gach đất sét nung

2,60 - 2,65

Bêtông nặng

2,10 - 2,60

Ximang

3,05 - 3,15

- ý nghĩa và vận dụng:
Phân biệt nhng loại vật liệu có hỡnh dáng bên ngoài giống nhau;
Tính toán độ đặc, độ rỗng của vật liệu;

Tính toán thành phần các vật liệu hỗn hợp.


1.2. Khối lượng thể tích (o)

- Khái niện: là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự
nhiên

m
- Công thức xác định: o
Vo
- Cách xác định:

- đơn vị: g/cm3; T/m3

đối với mẫu có kích thước hỡnh hc xỏc nh:
+ Khối lượng (m): sấy to=1105oC làm nguội cân xác định m;
+ Thể tích (Vo): đo và sử dụng các công thức toán học.


 ®èi víi mÉu VL kh«ng cã kÝch th­íc hình häc xác định:
+ Khèi l­îng (m): sÊy to=1105oC  lµm nguéi  c©n x¸c ®Þnh m;
+ ThÓ tÝch (Vo): mÉu ®­îc bäc parafin; sö dông èng ®ong thÓ tÝch.

m1
 
V2  V1  V p ;

m2  m1
Vp 

0,93


đối với nhóm vật liệu dng ht rời rạc (cát, sỏi, đá dam): sử dụng ca
đong thể tích

100 mm

Cân ca + vật liệu m1;
Cân ca m2
Cân ca + nước cất m3

(m1 m2 )

. n
(m3 m2 )

Chú ý: điều chỉnh sao cho khoảng cách giưa miệng ca và miệng cuống
phễu = 100 mm


- ý nghĩa:
đánh giá sơ bộ một số tính chất khác của vật liệu: độ rỗng, độ hút
nước, cường độ
Tính toán c, rng, khối lượng vật liệu hoc bộ phận kt cu
công trỡnh trong bi toỏn vn chuyn
Bng 1.2: Khối lượng thể tích của một số loại vật liệu
3

Loại vật liệu

Khối lượng thể tích (g/cm3)

đá granít

2,5 - 2,7

đá vôi

1,8 - 2,4

Gạch đất sét nung

1,6 - 1,9

Bêtông thường

2,0 - 2,4

Ximng ở trạng thái chặt

1,4 - 1,7

Cát ở trạng thái khô

1,45 - 1,65

đá sỏi

1,40 - 1,70

Gỗ thông

0,4 - 0,6


1.3. độ rỗng (r)

- Khái niệm: là tỷ số gia thể tích rỗng trong vật liệu với thể tích tự
nhiên của nó
-Công thức xác định:

Vr V Va
Va

r

1 (1 ) 100,%
V
V
V


Vr
r
V0
- ý nghĩa:

gián tiếp đánh giá chất lượng vật liệu: cường độ, độ hút nước,
tính thấm

Tính toán cấp phối bêtông.
Bng 1.3: độ rỗng của một số loại vật liệu
Loại vật liệu

độ rỗng, %

Vật liệu hạt rời (cát, sỏi)

20 - 60

Vật liệu gỗ

10 - 30

đá granit
Gạch sét nung

0,05 - 0,5
25 - 35


C¸c lo¹i lç rçng:
 Lç rçng kÝn;
 Lç rçng hë.


1.4. độ mịn

- Khái niệm: là chỉ tiêu kỹ thuật được dùng để đánh giá kích thước của
các vật liệu dạng hạt rời rạc.

- Phương pháp xác định:
Sàng qua các cỡ sàng
khác nhau v tớnh lng lt
qua sng(%);
đo tỷ diện tích
bề mặt (cm2/g);
Lắng đọng trong chất lỏng.

- ý nghĩa: độ mịn ảnh hưởng đến
Cấp phối vật liệu;
Tương tác vật lý và hoá học.


2. Các tính chất vật lý liên quan đến nước
2.1. m

- Khái niệm: là tỷ lệ % của lượng nước có trong vật liệu so với khối
lượng khô của vật liệu.
-Công thức xác định:

mn ma m
W

100,%
m
m

- Phương pháp xác định: cân sấy (to= 1105oC) cân;

- Các yếu tố ảnh hưởng:

điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất);
Bản chất vật liệu và đặc trưng cấu trúc các lỗ rỗng;

- ảnh hưởng của độ ẩm đến các tính chất của vật liệu:
Co nở thể tích;
Cường độ, khả nng cách nhiệt, cách âm


2.2. độ hút nước

- Khái niệm: là khả nng hút và gi nước của vt liu ở điều kiện bỡnh
thường.
- Công thức xác định:
độ hút nước theo khối lượng (Hp):
độ hút nước theo thể tích (Hv):
Quan hệ giưa Hp và Hv:

mn
m w mk
Hp
100
100,%
mk
mk

Vn
Hv
.100,%
V

mw mk
.100
Hv
.V
m

n
k
H p mw mk .100 n .V n
mk

Hv

mw mk
.100,%
n .V


Hv .H p
n


- Phương pháp xác định: mẫu được sấy khô ngâm trong nước
(to=205oC; p= 1 at) đến khi khối lượng chênh lệch nhỏ (0.2%) vớt
mẫu ra lau khụ và cân.
- ý nghĩa: độ hút nước phụ thuộc vào độ rỗng và tính chất lỗ rỗng
sơ bộ đánh giá được mức độ truyền nhiệt và các tính chất khác của vật
liệu.
- Các yếu tố ảnh hưởng:
độ rỗng của vật liệu;

Cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu.


2.3. độ bão hoà nước

- Khái niệm: là độ hút nước lớn nhất của vật liệu.
độ bão hoà nước tính theo khối lượng: Hpmax;
độ bão hoà nước tính theo thể tích: Hvmax.

- Phương pháp xác định:
Phương pháp gia nhiệt: sấy khô mẫu cân đun trong nước
sôi 4 giờ vớt mẫu ra cân.
Phương pháp áp suất: sấy khô mẫu cân ngâm mẫu trong
nước và hạ áp suất (20 mmHg) đến khi không xuất hiện bọt khí
vớt mẫu ra và cân xác định lượng nước có trong vật liệu.

- Hệ số bão hoà (Cbh):
Cbh 0 1

Vnbh H v
C bh

Vr
r


2.4. Hệ số mềm
- Là chỉ tiêu đặc trưng cho mức độ bền nước của vật liệu và được tính
theo công thức sau:

trong đó:

Rbh
Km
R

Rbh- cường độ vật liệu ở trạng thái bão hoà nước, MPa;
R - cường độ vật liệu ở trạng thái khô, MPa.
Hệ số mềm(Km) được dùng để phân loại vật liệu xây dựng theo tính
bền nước. đối với nhưng loại vật liệu có Km > 0.75 thi vật liệu đó được
gọi là bền nước.
2.5. Tính thấm nước

- Khái niệm: là tính chất để cho nước thấm qua chiều dày vật liệu khi
giưa hai bề mặt vật liệu có chênh lệch áp suất thủy tĩnh và được đánh
giá bằng hệ số thấm (Kth) tính toán theo công thức sau:
Vn .a
K th
, (m / h),
S ( P1 P2 ).t


trong đó:
Vn - thể tích nước thấm qua khối vật liệu,m3;
a - chiều dày khối vật liệu, m;
S - diện tích khối vật liệu mà nước thấm qua,m3;
P1, P2 - áp suất thuỷ tĩnh hai bề mặt khối vật liệu, mmHg;
t - thời gian nước thấm qua khối vật liệu, h.

- Phương pháp xác định:

Mỗi loại VL có phương pháp xác định khẳ nang chống thấm
khác nhau;
đối với các loại VL cứng, chắc (bêtông, vưa) khẳ nang chống
thấm được xác định bằng áp lực thấm lớn nhất (mác chống thấm,
Bi); kích thước mẫu: 1515 cm (BT), 33 (vua xây dựng); xung quanh
mẫu bọc paraphin; khả nang chống thấm được xác định bằng áp lực
nước lớn nhất thấm qua mẫu.


- Các yếu tố ảnh hưởng:
độ rỗng của vật liệu;
Cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu;
Nhiệt độ nước.

- ý nghĩa: là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng đối với nhưng vật liệu được
dùng để xây dựng các công trinh ngan nước.


2.6. độ co ngót ẩm

- Khái niệm: là sự thay đổi thể tích, kích thước của vật liệu khi độ ẩm
thay đổi.
VL co khi độ ẩm giảm;
VL nở khi độ ẩm tng.
- Phương pháp xác định: được xác định bằng độ giảm chiều dài của
1m dài vật liệu khi độ ẩm thay đổi (mm/m) và được tính toán theo
công thức sau:
l chênh lệch chiều dài của mẫu tại
l
thời điểm TN so với ban đầu,mm;

l

, mm / m

l- chiều dài ban đầu của mẫu thử VL, m.
- ý nghĩa: đặc trưng cho mức độ ổn định của vật liệu khi độ ẩm thay
đổi.
- Một số yếu tố ảnh hưởng:
độ ẩm của môi trường;
đặc trưng cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu.


3. CC TNH CHT VT Lí LIấN QUAN N NHIT
3.1. Tính truyền nhiệt

- Khái nhiệm: là tính chất để cho nhiệt chuyền qua chiều dày khối vật
liệu từ phía mặt có nhiệt độ cao sang mặt có nhiệt độ thấp.

.F(t2 t1 ).z
Q
, kCal
a

trong đó:
F - diện tích bề mặt của tấm vật liệu truyền nhiệt, m;
t1,t2 - nhiệt độ bề mặt tấm vật liệu ở phía có nhiệt độ cao và phía có
nhiệt độ thấp, oC;

a - chiều dày tấm vật liệu, m;
z - thời gian truyền nhiệt, h;
- hệ số tryền nhiệt của vật liệu. Nó được dùng để đánh giá mức
độ truyền nhiệt của vật liệu và được tính theo công thức sau:

Q.a
- phụ thuộc vào:

, kCal/ m.C.h
+ độ rỗng, cấu trúc lỗ rỗng;
F.(t2 t1).z
+ độ ẩm và nhiệt độ của

bản thân
vật liệu đó.


3.2. Nhiệt dung và nhiệt dung riêng
- Nhiệt dung (Q): là nhiệt lượng vật liệu thu vào hoặc toả ra khi nung
nóng hoặc làm nguội.

Q C.m(t 2 t1 ), kCal

trong đó:
m - khối lượng mẫu vật liệu, kg;
t1,t2 - nhiệt độ vật liệu trước và sau khi nung nóng, oC;
C - nhiệt dung riêng của vật liệu.
- Nhiệt dung riêng (C):

Q

C
, kCal / kg .o C
m.(t 2 t1 )
Nếu vật liệu là hỗn hợp của nhiều vật liệu thành phần:

C1 .m1 C 2 .m2 ... C n mn
C hh
m1 m2 ... mn
m1, m2,,mn - khối lượng của vật liệu thành phần, kg;
C1, C2,Cn - nhiệt dung riêng của các vật liệu thành phần,
kCal/kg.


3.3. Tính chống cháy và tính chịu lửa

- Tính chống cháy: là khả nng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn
lửa trong một thời gian nhất định. Dựa vào tính chống cháy có thể chia
vật liệu thành 3 nhóm:
Nhóm vật liệu không cháy;
Nhóm vật liệu khó cháy;
Nhóm vật liệu dễ cháy.
-Tính chịu lửa: là tính chất của vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của
nhiệt độ cao mà không bị cháy và biến hinh. Dựa vào tính chịu lửa, vật
liệu được chia thành ba nhóm:
Vật liệu chịu lửa;
Vật liệu khó cháy;
Vật liệu dễ cháy.


Thank you!