GIÁO TRÌNH VẬT LIỆU XÂY DỰNG, HÀ NỘI 2013

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TH.SĨ TẠ THẾ ANH

VËt liÖu x©y dùng

HÀ NỘI, NĂM 2013



MỤC LỤC
MỤC LỤC............................................................................................................................. 1
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU ....................................................................................... 3
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................................... 7
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ......................................................................................... 10
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 11
Chương 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ..................... 17
1.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU ................................................................ 17
1.2. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU ................................................................ 31
Chương 2: CỐT LIỆU ....................................................................................................... 45
2.1. KHÁI NIỆM CHUNG ............................................................................................. 45
2.2. TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CỐT LIỆU ................................................................ 46
Chương 3: XI MĂNG POOCLĂNG ................................................................................ 61
3.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................... 61
3.2. XI MĂNG POOCLĂNG THÔNG DỤNG (XI MĂNG PC) ................................... 63
3.3. MỘT SỐ LOẠI XI MĂNG KHÁC ......................................................................... 86
Chương 4: BÊ TÔNG XI MĂNG ................................................................................... 107
4.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................. 107
4.2. TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG ................ 108
4.3. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG ......................................................................... 130

4.4. TÍNH TỶ LỆ PHỐI HỢP BÊ TÔNG XI MĂNG .................................................. 140
4.5. THI CÔNG BÊ TÔNG........................................................................................... 154
4.6. BÊ TÔNG CƯỜNG ĐỘ CAO ............................................................................... 156
4.7. MỘT SỐ LOẠI BÊ TÔNG KHÁC ........................................................................ 162
Chương 5: VỮA XÂY DỰNG và CÁC CHẤT GIA CỐ VÔ CƠ ................................ 173
5.1. VỮA XÂY DỰNG ................................................................................................ 173
5.2. CÁC CHẤT GIA CỐ VÔ CƠ ................................................................................ 182
Chương 6: CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ....................................................................... 187
6.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................. 187
6.2. BITUM DẦU MỎ .................................................................................................. 188
-1-


6.3. NHŨ TƯƠNG TRONG XÂY DỰNG ................................................................... 201
Chương 7: BÊ TÔNG NHỰA ......................................................................................... 207
7.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ............................................................................. 207
7.2. CÁC TÍNH CHẤT CỦA BÊ TÔNG NHỰA ......................................................... 210
7.3. VẬT LIỆU & QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ............................................................. 219
7.4. THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG NHỰA .................................................... 222
7.5. MỘT SỐ LOẠI BÊ TÔNG NHỰA KHÁC ........................................................... 230
Chương 8: VẬT LIỆU KIM LOẠI ................................................................................ 237
8.1. KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................................... 237
8.2. TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA KIM LOẠI.............................................................. 237
8.3. CÁC LOẠI THÉP TRONG XÂY DỰNG ............................................................. 240
8.4. SỰ ĂN MÒN KIM LOẠI. BẢO VỆ VÀ SỬ DỤNG THÉP ................................. 250
PHẦN PHỤ LỤC ............................................................................................................. 253
PHỤ LỤC 4.1: PHỤ GIA CHO BÊ TÔNG VÀ VỮA ................................................. 253
PHỤ LỤC 4.2: ĐỊNH MỨC CẤP PHỐI BÊ TÔNG. ................................................... 269
PHỤ LỤC 5.1: ĐỊNH MỨC CẤP PHỐI VỮA ............................................................ 281
PHỤ LỤC 5.2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH THÀNH PHẦN VỮA .................................. 284

PHỤ LỤC 8: QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP ........................................................... 285
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 287

-2-


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.
Bảng 1.2.
Bảng 1.3.
Bảng 1.4.
Bảng 1.5.
Bảng 1.6.
Bảng 2.1.
Bảng 2.2.
Bảng 2.3.
Bảng 2.4.
Bảng 2.5.
Bảng 2.6.
Bảng 2.7.
Bảng 2.8.
Bảng 2.9.
Bảng 2.10.
Bảng 2.11.
Bảng 2.12.
Bảng 2.13.
Bảng 2.14.
Bảng 2.15.
Bảng 2.16.
Bảng 2.17.

Bảng 2.18.
Bảng 2.19.
Bảng 2.20.
Bảng 2.21.
Bảng 3.1.
Bảng 3.2.
Bảng 3.3.
Bảng 3.4.

Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ rỗng của một số loại vật liệu.. 22
Giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số loại vật liệu thông thường. ..................... 29
Hình dạng kích thước một số mẫu thí nghiệm tiêu chuẩn. ........................... 37
Thang độ cứng Friedrich Mohs. ................................................................... 38
Xác định độ cứng theo phương pháp Rốc-oen ............................................. 39
Khối lượng cốt liệu lớn và quy cách bi thép dùng để thử độ hao mòn ........ 41
Thành phần hạt của cát dùng để chế tạo bê tông xi măng và vữa [TCVN
7570:2006] ................................................................................................... 47
Thành phần hạt mịn dùng cho bê tông nhựa [AASHTO M29]. ................... 48
Thành phần hạt của cát [ASTM C144]. ....................................................... 48
Khối lượng mẫu thử tuỳ thuộc vào kích thước lớn nhất của hạt cốt liệu. .... 49
Thành phần hạt của cốt liệu lớn chế tạo bê tông xi măng và vữa xây dựng
[TCVN 7570:2006] ...................................................................................... 50
Thành phần hạt của CPĐD lớp móng đường [TCVN 8859:2011]............... 50
Thành phần hạt của CPTN làm đường [TCVN 8857:2011] ........................ 51
Thành phần hạt của CPĐD gia cố xi măng [TCVN 8858:2011] ................. 51
Thành phần hạt của CPTN gia cố xi măng [TCVN 8858:2011] .................. 51
Thành phần hạt của cốt liệu lớn để chế tạo bê tông xi măng [ASTM C33] . 51
Thành phần hạt của cốt liệu lớn để chế tạo bê tông nhựa [ASTM D448].... 52
Số liệu tính toán thành phần hỗn hợp cốt liệu .............................................. 54
Kết quả tính toán kiểm tra thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu. ................. 55

Quy định khi thí nghiệm độ nén dập [TCVN 7572-11:2006] ...................... 56
Mác của đá dăm từ đá thiên nhiên theo độ nén dập [TCVN 7570:2006] .... 56
Yêu cầu về độ nén dập đối với sỏi và sỏi dăm [TCVN 7570:2006] ............ 57
Yêu cầu về cường độ tối thiểu của cốt liệu lớn ............................................ 57
Yêu cầu về độ hao mòn Los Angeles đối với cốt liệu lớn. .......................... 57
Quy định về hàm lượng hạt thoi dẹt, mềm yếu, phong hóa đối với CLL. ... 58
Hàm lượng ion Cl- trong cốt liệu nhỏ........................................................... 59
Hàm lượng bùn, bụi, sét trong cốt liệu ......................................................... 59
Lượng nhiệt phát ra sau khi thuỷ hoá các thành phần khoáng vật của xi
măng ............................................................................................................. 74
Chỉ tiêu xác định mác xi măng [TCVN 2682:2009]. ................................... 75
Thành phần hạt của cát tiêu chuẩn ISO [TCVN 6227:1996] ....................... 76
Hệ số chuyển đổi K để xác định độ bền nén theo phương pháp nhanh. ...... 78
-3-


Bảng 3.5.
Bảng 3.6.
Bảng 3.7.
Bảng 3.8.
Bảng 3.9.
Bảng 3.10.
Bảng 3.11.
Bảng 3.12.
Bảng 3.13.
Bảng 4.1.
Bảng 4.2.
Bảng 4.3.
Bảng 4.4.
Bảng 4.5.

Bảng 4.6.
Bảng 4.7.
Bảng 4.8.
Bảng 4.9.
Bảng 4.10.
Bảng 4.11.
Bảng 4.12.
Bảng 4.13.
Bảng 4.14.
Bảng 4.15.
Bảng 4.16.
Bảng 4.17.
Bảng 4.18.
Bảng 4.19.
Bảng 4.20.
Bảng 4.21.
Bảng 4.22.
Bảng 4.23.
Bảng 4.24.
Bảng 4.25.
Bảng 4.26.

Mức độ thủy hóa các khoáng vật trong xi măng theo thời gian. .................. 80
Các yêu cầu kỹ thuật của một vài loại xi măng. ........................................... 85
Cường độ thí nghiệm nén mẫu xi măng có X:C = 1:3. ................................ 86
Thành phần một số phụ gia khoáng ở Việt Nam [4]. ................................... 88
Thành phần hóa trung bình của xi măng alumin .......................................... 93
Thành phần và tính chất một số loại xỉ lò cao [4]. ....................................... 97
Tỷ lệ tro bay, xỉ lò cao trong xi măng pooclăng xỉ lò cao [4]. ..................... 97
Thành phần xi măng xây trát [TCVN 9202:2012]. ...................................... 98

Yêu cầu kỹ thuật của clanhke xi măng pooclăng mác cao ......................... 101
Kích thước côn thử độ sụt [TCVN 3106:1993].......................................... 109
Phân loại hỗn hợp bê tông. ......................................................................... 111
Lựa chọn các chỉ tiêu tính công tác của hỗn hợp bê tông theo kết cấu. ..... 112
Lựa chọn tính công tác của hỗn hợp bê tông theo phương pháp thi công. . 112
Lượng nước dùng cho bê tông (l/m3 bê tông). ........................................... 113
Giá trị hệ số  đối với hỗn hợp bê tông dẻo ............................................... 114
Kích thước cạnh nhỏ nhất của viên mẫu. ................................................... 117
Hệ số K tính đổi cường độ chịu nén. .......................................................... 117
Hệ số điều chỉnh cường độ chịu nén mẫu hình trụ. .................................... 118
Mác bê tông trên cơ sở cường độ chịu nén [TCVN 6025:1995]. ............... 119
Tương quan giữa cấp (B) và mác bê tông (M) theo cường độ chịu nén. ... 119
Hệ số K tính đổi cường độ chịu kéo khi uốn.............................................. 121
Tương quan giữa cấp và mác bê tông theo cường độ chịu kéo .................. 122
Xác định hệ số A, A1. ................................................................................. 124
Chọn mác xi măng theo mác bê tông. ........................................................ 131
Lượng xi măng tối thiểu. ............................................................................ 131
Hàm lượng tối đa cho phép của muối hoà tan, ion sunfat, ion clo và cặn
không tan trong nước trộn bê tông và vữa. ................................................ 132
Phương pháp xác định các chỉ tiêu của nước trộn bê tông và vữa. ............ 132
Hệ số chất lượng vật liệu A và A1. ............................................................. 148
Lựa chọn độ sụt của hỗn hợp bê tông. ....................................................... 148
Lượng nước ước tính sơ bộ cho 1m3 bê tông (lít) ...................................... 149
Lượng xi măng tối thiểu cho 1m3 bê tông (kg) .......................................... 150
Hệ số dư vữa α dùng cho hỗn hợp bê tông dẻo. ......................................... 151
Quy định về độ sụt hợp lý cho bê tông thường (ACI). ............................... 152
Khối lượng nước cho 1m3 bê tông (theo ACI) ........................................... 153
Xác định tỷ lệ N/X (ACI) ........................................................................... 153
-4-

Bảng 4.27.
Bảng 4.28.
Bảng 4.29.
Bảng 4.30.
Bảng 4.31.
Bảng 4.32.
Bảng 4.33.
Bảng 4.34.
Bảng 4.35.
Bảng 4.36.
Bảng 4.37.
Bảng 4.38.
Bảng 5.1.
Bảng 5.2.
Bảng 5.3.
Bảng 6.1.
Bảng 6.2.
Bảng 6.3.
Bảng 6.4.
Bảng 6.5.
Bảng 7.1.
Bảng 7.2.
Bảng 7.3.
Bảng 7.4.
Bảng 7.5.
Bảng 7.6.
Bảng 7.7.
Bảng 7.8.
Bảng 7.9.

Bảng 7.10.
Bảng 7.11.
Bảng 7.12.
Bảng 7.13.
Bảng 7.14.
Bảng 7.15.

Thể tích cốt liệu thô ở mỗi đơn vị thể tích bê tông (ACI) .......................... 153
Ước tính khối lượng bê tông (ACI) ............................................................ 154
Thời gian trộn bê tông (giây). .................................................................... 154
Thành phần một vài loại bê tông cường độ cao [7]. ................................... 159
Thành phần hóa học của tro bay cho bê tông cường độ cao. ..................... 161
Tương quan giữa cường độ nén và cường độ kéo uốn (tham khảo). ......... 163
Mác chống thấm của bê tông thuỷ công phụ thuộc građien thủy lực. ........ 164
Tương quan giữa cường độ nén và mác chống thấm (tham khảo). ............ 164
Các chỉ tiêu cường độ và mô đun đàn hồi của bê tông làm đường. ........... 165
Độ sụt của hỗn hợp bê tông đường. ........................................................... 166
Yêu cầu cốt liệu lớn cho bê tông đường. .................................................... 166
Các chỉ tiêu tính chất của bê tông nhẹ. ....................................................... 168
Yêu cầu đối với hỗn hợp vữa xây và hoàn thiện. ....................................... 178
Yêu cầu về cường độ CPĐD hoặc CPTN gia cố xi măng .......................... 184
Yêu cầu về cường độ cát gia cố xi măng ................................................... 184
Các chỉ tiêu chất lượng của bitum [TCVN 7493:2005]. ............................ 194
Phạm vi sử dụng của các loại bitum [TCVN 7493:2005] .......................... 194
Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhựa đường lỏng [TCVN 8818-1:2011]. ...... 197
Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhựa đường polime dùng cho đường bộ và sân
bay [22TCN 319:2004]. ............................................................................. 200
Tiêu chuẩn kỹ thuật vật liệu nhũ tương nhựa đường axit [TCVN 88171:2011] ....................................................................................................... 204
Khối lượng mẫu cốt liệu. ............................................................................ 210
Hệ số điều chỉnh kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall ......................... 213

Hệ số điều chỉnh kết quả thí nghiệm độ ổn định Marshall cải tiến ............ 213
Các chỉ tiêu độ dẻo của BTN. .................................................................... 217
Các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu đối với bê tông nhựa [TCVN 8819:2011] ... 218
Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho đá dăm trong BTN [TCVN 8819:2011] .. 219
Các chỉ tiêu cơ lý quy định cho cát chế tạo BTN [TCVN 8819:2011] ...... 220
Các chỉ tiêu kỹ thuật của bột khoáng [TCVN 8819:2011] ......................... 221
Số liệu tính toán.......................................................................................... 228
Kết quả tính toán. ....................................................................................... 228
Kết quả tính toán điều chỉnh. ..................................................................... 229
Kết quả tính toán điều chỉnh (lần thứ 2). .................................................... 229
Các hỗn hợp bê tông nhựa theo tiêu chuẩn Mỹ. ......................................... 230
Thành phần hạt của hỗn hợp cốt liệu chế tạo BTNP [22TCN 356-06] ...... 231
Yêu cầu kỹ thuật của đá dăm chế tạo BTNP [22TCN 356-06] .................. 232
-5-


Bảng 7.16. Thành phần hạt của bột khoáng chế tạo BTNNC [22TCN 345-06]........... 233
Bảng 7.17. Thành phần hạt của BTN rỗng có chức năng chủ yếu là thoát nước được đề
nghị dùng ở vài nơi ở Mỹ. .......................................................................... 235
Bảng 8.1. Yêu cầu kỹ thuật của thép cacbon thường loại A [TCVN 1765-75] .......... 242
Bảng 8.2. Yêu cầu kỹ thuật của thép cacbon thường loại B [TCVN 1765-75] .......... 242
Bảng 8.3. Các nguyên tố trong thép hợp kim. ............................................................ 243
Bảng 8.4. Các loại cốt thép (Tiêu chuẩn Liên Xô cũ). ............................................... 244
Bảng 8.5. Yêu cầu kỹ thuật đối với thép thanh tròn trơn và thép thanh vằn [TCVN
1651:2008]. ................................................................................................ 246
Bảng 8.6. Yêu cầu kỹ thuật cốt thép cán nóng [TCVN 1651-1985]. ......................... 247

-6-

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1.
Hình 1.2.
Hình 1.3.
Hình 1.4.
Hình 1.5.
Hình 1.6.
Hình 1.7.
Hình 1.8.
Hình 1.9.
Hình 1.10.
Hình 1.11.
Hình 1.12.
Hình 1.13.
Hình 1.14.
Hình 2.1.
Hình 2.2.
Hình 2.3.
Hình 2.4.
Hình 2.5.
Hình 3.1.
Hình 3.2.
Hình 3.3.
Hình 3.4.
Hình 3.5.
Hình 3.6.
Hình 3.7.
Hình 3.8.
Hình 3.9.

Hình 3.10.
Hình 3.11.
Hình 3.12.
Hình 3.13.
Hình 4.1.

Cân kỹ thuật ................................................................................................. 18
Tủ sấy ........................................................................................................... 18
Thước kẹp ..................................................................................................... 18
Bình tỷ trọng................................................................................................. 18
Xác định tính chống thấm ............................................................................ 27
Sơ đồ biến dạng ............................................................................................ 32
Máy xác định cường độ chịu nén ................................................................. 34
Máy xác định cường độ chịu uốn ................................................................. 34
Súng bật nẩy xác định cường độ chịu nén của bê tông ................................ 35
Thiết bị xác định vận tốc siêu âm ................................................................. 35
Xác định độ cứng bằng bi thép Brinen ......................................................... 39
Xác định độ cứng theo phương pháp Rốc-oen ............................................. 39
Thiết bị để xác định độ hao mòn của vật liệu............................................... 40
Máy xác định độ mài mòn ............................................................................ 41
Bộ sàng cát (2,5; 1,25; 0,63; 0,315 và 0,14 mm) ......................................... 46
Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu nhỏ [TCVN 7570:2006] ...................... 48
Biểu đồ thành phần hạt của cốt liệu lớn dùng để chế tạo bê tông xi măng và
vữa xây dựng [TCVN 7570:2006] ............................................................... 50
Biểu đồ xác định tỷ lệ phối trộn theo phương pháp khối lượng thể tích ...... 52
Biểu đồ xác định tỷ lệ phối hợp theo phương pháp tọa độ chữ nhật ............ 53
Hạt clanhke pooclăng ................................................................................... 63
Sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng ............................................................. 64
Sơ đồ dây chuyền sản xuất clanhke.............................................................. 65
John Smeaton (1724-1792) và ngọn hải đăng Eddystone ............................ 66

Dụng cụ vica xác định độ dẻo tiêu chuẩn và thời gian đông kết của xi măng70
Xác định tính ổn định thể tích của xi măng bằng dụng cụ Le Chatelier ...... 73
Nhiệt thủy hóa các khoáng vật của clanhke xi măng ................................... 74
Sơ đồ đặt mẫu thí nghiệm............................................................................. 77
Quan hệ giữa lượng Alit và độ bền nén của đá xi măng .............................. 78
Sự phát triển cường độ đá xi măng của các khoáng của Clinke................... 78
Quan hệ giữa độ mịn và độ bền nén của đá xi măng.................................... 79
Quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất rắn chắc với độ bền nén của đá xi măng . 79
Quan hệ giữa nhiệt độ rắn chắc và độ bền nén của đá xi măng ................... 79
Xác định độ sụt của hỗn hợp bê tông ......................................................... 110
-7-


Hình 4.2.
Hình 4.3.
Hình 4.4.
Hình 4.5.
Hình 4.6.
Hình 4.7.
Hình 4.8.
Hình 4.9.
Hình 4.10.
Hình 4.11.
Hình 4.12.
Hình 4.13.
Hình 5.1.
Hình 5.2.
Hình 5.3.
Hình 5.4.
Hình 6.1.

Hình 6.2.
Hình 6.3.
Hình 6.4.
Hình 6.5.
Hình 6.6.
Hình 6.7.
Hình 7.1.
Hình 7.2.
Hình 7.3.
Hình 7.4.
Hình 7.5.
Hình 7.6.
Hình 7.7.
Hình 8.1.
Hình 8.2.
Hình 8.3.
Hình 8.4.
Hình 8.5.
Hình 8.6.

Xác định độ cứng bằng phương pháp Skramtaev ...................................... 110
Lượng nước dùng cho 1m3 bê tông phụ thuộc vào độ lớn của sỏi ............. 113
Biểu đồ xác định hệ số α ............................................................................ 115
Khuôn đúc mẫu bê tông lập phương và máy đầm rung để chế tạo mẫu .... 116
Máy nén xác định cường độ chịu nén ........................................................ 116
Xác định cường độ chịu kéo khi uốn.......................................................... 121
Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn ................. 123
Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào đá xi măng.................................. 123
Quan hệ cường độ bê tông, đá xi măng theo Bolomey-Skramtaev ............ 124
Độ co ngót .................................................................................................. 127

Thiết bị xác định tính chống thấm của bê tông .......................................... 128
Một vài thiết bị thi công bê tông ................................................................ 155
Bàn dằn xác định độ lưu động của vữa. ..................................................... 175
Dụng cụ thử khả năng giữ độ lưu động ...................................................... 176
Dụng cụ thử thời gian bắt đầu đông kết ..................................................... 177
Sơ đồ đặt mẫu thí nghiệm cường độ ép chẻ ............................................... 185
Dụng cụ đo độ quánh ................................................................................. 189
Dụng cụ đo độ kéo dài................................................................................ 190
Dụng cụ vòng và bi .................................................................................... 191
Dụng cụ xác định điểm chớp cháy và điểm cháy ....................................... 192
Các loại nhớt kế xác định độ nhớt của nhựa đường lỏng ........................... 195
Thiết bị thí nghiệm điểm chớp cháy của nhựa đường lỏng ........................ 196
Thử nghiệm chưng cất nhựa đường lỏng ................................................... 197
Sơ đồ bố trí dụng cụ thử nghiệm khối lượng riêng của BTN ..................... 211
Máy nén Marshall....................................................................................... 212
Đường cong lưu biến của BTN .................................................................. 216
Trạm trộn bê tông nhựa .............................................................................. 221
Ví dụ về dây chuyền thi công bê tông nhựa ............................................... 222
Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng nhựa với các chỉ tiêu liên quan ................ 227
Khoảng hàm lượng nhựa tối ưu (chấp thuận)............................................. 227
Biểu đồ kéo của kim loại ............................................................................ 237
Ví dụ về thép thanh vằn.............................................................................. 246
Thép cốt nhóm CII ..................................................................................... 247
Thép cốt nhóm CIII .................................................................................... 247
Dây thép có rãnh khía tôi và ram. .............................................................. 247
Dây thép vằn tròn tôi và ram. ..................................................................... 248
-8-


Hình 8.7. Các dạng chủ yếu của thép hình cán. ......................................................... 249

Hình 8.8. Các loại thép hình uốn nguội từ thép tấm dày (1 ÷ 8) mm......................... 249

-9-


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BT

bê tông

BTCT

bê tông cốt thép

BTN

bê tông nhựa

BTNC

bê tông nhựa chặt

BTNNC

bê tông nhựa độ nhám cao

BTNR

bê tông nhựa rỗng

BTXM

bê tông xi măng

CL

cốt liệu

CLL

cốt liệu lớn

CLN

cốt liệu nhỏ

CPĐD

cấp phối đá dăm

CPTC

cấp phối tiêu chuẩn

CPTN

cấp phối thiên nhiên

KLR

khối lượng riêng

KLTT

khối lượng thể tích

VL

vật liệu

VLK

vật liệu khoáng

VLXD

vật liệu xây dựng

- 10 -


MỞ ĐẦU
0.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Vật liệu xây dựng (VLXD) là những vật thể thiên nhiên hoặc nhân tạo được liên kết với
nhau và tạo nên các công trình xây dựng. Ví dụ: đá, gỗ, xi măng, cát, bê tông...
VLXD chiếm một vị trí quan trọng đặc biệt trong các công trình xây dựng, chất lượng
của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và tuổi thọ công trình. Mặt khác sử dụng vật
liệu để xây dựng các công trình có liên quan mật thiết đến giá cả công trình, thông thường
chi phí vật liệu khoảng 74% ÷ 75% đối với các công trình xây dựng dân dụng, khoảng 70%

đối với các công trình giao thông, khoảng 50% đối với các công trình thuỷ lợi so với tổng
giá thành công trình. Vì vậy, muốn sử dụng VLXD đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật chúng
ta cần hiểu rõ từng loại VLXD về: cấu tạo, các tính chất vật lý, hoá học, cơ học cũng như
những tính chất đặc trưng khác của chúng để từ đó có các phương pháp khai thác, chế tạo,
sử dụng, bảo quản vật liệu hợp lý.
Các vật liệu cơ bản được ứng dụng trong các công trình xây dựng là:
+ Đất đá và các sản phẩm từ đất đá;
+ Xi măng, vữa xây dựng và bê tông xi măng (BTXM);
+ Bitum (nhựa đường) và bê tông nhựa (bê tông asphalt);
+ Kim loại;
+ Gỗ...
0.2. PHÂN LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG
0.2.1. Theo thành phần vật liệu
Vật liệu xây dựng có rất nhiều loại song có thể phân ra thành các loại chính sau:
- Vật liệu vô cơ: các loại vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu nung (gạch, ngói, gốm xây
dựng,...), chất kết dính vô cơ, bê tông, vữa các loại,...
- Vật liệu hữu cơ: các loại vật liệu gỗ, tre, nhựa, keo và chất dẻo, sơn và véc ni...
- Vật liệu kim loại: các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, kim loại màu, hợp
kim...
0.2.2. Theo hình thức khai thác sử dụng
- Vật liệu thiên nhiên: có sẵn trong thiên nhiên chỉ việc sơ chế là có thể sử dụng được
như: đá, gỗ...
- Vật liệu nhân tạo: phải qua quá trình chế tạo sản xuất, phối hợp nhiều loại vật liệu với
nhau như: sắt thép, bê tông, vữa, vôi, xi măng, gạch ngói...
- 11 -


0.2.3. Theo cấu trúc vật liệu
a. Cấu trúc vĩ mô
Cấu trúc vĩ mô là cấu trúc của vật liệu mà ta quan sát được bằng mắt thường. Dựa vào

hình dạng bên ngoài của vật liệu có thể phân loại VLXD như sau:
- Vật liệu đá nhân tạo đặc: loại này khá phổ biến trong xây dựng như bê tông nặng,
gạch ốp lát, gạch silicat, vật liệu gốm... loại này thường có cường độ, khả năng chống
thấm, tính chống ăn mòn tốt hơn vật liệu rỗng cùng loại, nhưng nặng nề và cách âm, cách
nhiệt kém. Bằng mắt thường cũng có thể nhìn thấy những liên kết thô của nó, ví dụ: thấy
được lớp đá xi măng liên kết với hạt cốt liệu, độ dày của lớp đá, độ lớn của hạt cốt liệu:
phát hiện được những hạt, vết rạn nứt lớn,...
- Vật liệu cấu tạo rỗng: có thể là những vật liệu có những lỗ rỗng lớn như bê tông khí,
bê tông bọt, chất dẻo tổ ong hoặc những vật liệu có những lỗ rỗng bé (vật liệu dùng đủ
nước, dùng phụ gia cháy). Loại vật liệu này có cường độ, độ chống ăn mòn kém hơn vật
liệu đặc cùng loại, nhưng khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn. Lượng lỗ rỗng, kích thước,
hình dạng, đặc tính và sự phân bố của lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu.
- Vật liệu cấu tạo dạng sợi: như gỗ, các sản phẩm có từ bông khoáng và bông thủy tinh,
tấm sợi gỗ ép... có cường độ, độ dẫn nhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương
dọc và theo phương ngang thớ.
- Vật liệu có cấu trúc dạng lớp: như đá phiến ma, diệp thạch sét v.v... là vật liệu có tính
dị hướng (tính chất khác nhau theo các phương khác nhau).
- Vật liệu hạt rời: như cốt liệu, vật liệu dạng bột như xi măng, bột vôi sống, các vật liệu
này có các tính chất và công dụng khác nhau tùy theo thành phần độ lớn và trạng thái bề
mặt hạt.
b. Cấu trúc vi mô
Cấu trúc vi mô là cấu trúc chỉ quan sát được bằng kính hiển vi. Đó là dạng cấu tạo mạng
tinh thể hay vô định hình, 2 dạng này chỉ là 1 trạng thái khác nhau của vật chất.
- Dạng tinh thể: là những chất có nhiệt độ nóng chảy và dạng hình học nhất định,
chúng có độ bền và độ ổn định lớn hơn dạng vô định hình.
- Dạng vô định hình: là những chất có thể tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau. Dạng vô
định hình có thể chuyển sang dạng tinh thể bền hơn.
c. Cấu tạo bên trong
Cấu tạo bên trong là cấu tạo nguyên tử, phân tử, hình dáng kích thước của tinh thể, liên
kết nội bộ giữa chúng. Cấu tạo bên trong của các chất quyết định đến cường độ, độ cứng,

độ bền nhiệt và nhiều tính chất quan trọng khác...
Khi nghiên cứu các chất có cấu tạo tinh thể, người ta phải phân biệt chúng dựa vào đặc
điểm của mối liên kết giữa các phần tử để tạo ra mạng lưới không gian. Tùy theo kiểu liên
- 12 -


kết, mạng lưới này có thể được hình thành từ các nguyên tử trung hòa (kim cương, SiO 2)
các ion (CaCO3, kim loại), phân tử (nước đá).
- Liên kết cộng hóa trị: được hình thành từ những đôi điện tử dùng chung, trong những
tinh thể của các chất đơn giản (kim cương, than chì) hay trong các tinh thể của hợp chất
gồm hai nguyên tố (thạch anh). Nếu hai nguyên tử giống nhau thì cặp điện tử dùng chung
thuộc cả hai nguyên tử đó. Nếu hai nguyên tử có tính chất khác nhau thì cặp điện tử bị lệch
về phía nguyên tố có tính chất á kim mạnh hơn, tạo ra liên kết cộng hóa trị có cực. Những
vật liệu có liên kết dạng này có cường độ, độ cứng cao và rất khó chảy.
- Liên kết ion: được hình thành trong các tinh thể vật liệu mà các nguyên tử khi tương
tác với nhau nhường điện tử cho nhau hình thành các ion âm và ion dương. Các ion trái
dấu hút nhau để tạo ra phân tử. Vật liệu xây dựng có liên kết loại này (thạch cao, anhiđrit)
có cường độ và độ cứng thấp, không bền nước, trong những loại VLXD thường gặp như
canxit, fenspat với những tinh thể phức tạp gồm những tinh thể gồm cả liên kết cộng hóa
trị và liên kết ion. Bên trong ion phức tạp CO32- là liên kết cộng hóa trị. Nhưng chính nó
liên kết với Ca2+ bằng liên kết ion (CaCO3) có cường độ khá cao.
- Liên kết phân tử: được hình thành chủ yếu trong những tinh thể của các chất có liên
kết cộng hóa trị.
- Liên kết silicat: là liên kết phức tạp, được tạo thành từ khối 4 mặt SiO4 liên kết với
nhau bằng những đỉnh chung (những nguyên tử oxi chung) tạo thành mạng lưới không gian
ba chiều với những tính chất đặc biệt cho VLXD. Điều đó cho phép coi chúng như là các
polime vô cơ.
0.3. SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Cùng với sự phát triển của sức sản xuất, quan hệ sản xuất cùng với sự phát triển của
khoa học kỹ thuật nói chung ngành VLXD cũng đã phát triển từ thô sơ, đến tinh vi, từ giản

đơn đến phức tạp và chất lượng vật liệu ngày càng được nâng cao.
Từ xưa loài người đã biết dùng các vật liệu sẵn có trong thiên nhiên như đất, rơm, rạ,
đá, gỗ... để xây dựng nhà cửa, cung điện, thành quách. Những nơi ở xa núi đá người ta đã
biết dùng gạch mộc, về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét nung. Để gắn các viên gạch
đá rời rạc lại với nhau từ xưa đã biết dùng đất sét, thạch cao, vôi...
VD: ở Ba Tư 2000 năm tr.CN người ta đã biết dùng chất asphalt thiên nhiên để làm chất kết
dính, ở La Mã đã xây dựng được những tường đá lớn với chất lượng tốt vào thế kỷ thứ IV...

Do nhu cầu xây dựng nhiều công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta
đã dần dần nghiên cứu tìm ra những chất kết dính mới có khả năng kết rắn trong nước.
Trước tiên là chất kết dính hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với chất phụ gia hoạt tính,
tiếp đó là sự phát minh ra vôi thuỷ, xi măng La Mã, và đến đầu thế kỷ XIX thì phát minh ra
xi măng Pooclăng.
- 13 -


Thời kỳ TBCN do nhu cầu xây dựng công nghiệp mở rộng, yêu cầu về phát triển giao
thông và yêu cầu phục vụ cho quân sự đòi hỏi vật liệu phải có sức chịu đựng cao nên đã sử
dụng nhiều các vật liệu kim loại, BTCT, bê tông dự ứng lực....Đến cuối thế kỷ XIX và đầu
thế kỷ XX việc sử dụng các loại vật liệu đá nhân tạo như gạch Silicat, Fibro xi măng, bê
tông xỉ lò cao, vật liệu cách nhiệt, ngăn nước đều phát triển.
Ngày nay kỹ thuật sản xuất và sử dụng VLXD trên thế giới đã đạt trình độ cao.
Ở Việt Nam, từ xa xưa đã có các công trình bằng gỗ, gạch đá xây dựng rất tinh vi, sử
dụng vật liệu rất sành sỏi như công trình đá thành nhà Hồ (Thanh Hoá), công trình đất Cổ
Loa (Đông Anh - Hà Nội), các đền chùa đá nhà Lý (chùa Thầy - Hà Nội). Nhưng trong
suốt thời kỳ phong kiến, thực dân thống trị, kỹ thuật về VLXD không được đúc kết, đề cao
và phát triển. Do đó có thể nói là cho đến trước cách mạng tháng 8-1945 ở Việt Nam chưa
có khoa học vật liệu.
Sau cách mạng tháng 8 và nhất là sau chiến thắng thực dân Pháp (1954) để đáp ứng
cho nhu cầu xây dựng CNXH ở miền Bắc ngày càng lớn, Đảng và Chính phủ rất quan tâm

đến việc phát triển ngành VLXD và chỉ trong một thời gian ngắn (1955÷1962) nhân dân ta
đã nhanh chóng khôi phục và mở rộng nhà máy xi măng Hải Phòng đưa công suất lên gấp
đôi, xây dựng các nhà máy bê tông đúc sẵn, nhà máy silicat, nhà máy cưa xẻ gỗ, gạch chịu
lửa,... khu gang thép Thái Nguyên cũng đã bắt đầu cung cấp cho ngành xây dựng cơ bản
các loại thép xây dựng.
Trong những năm chống chiến tranh phá hoại của đế quốc Mỹ, việc sản xuất vật liệu
tuy có khó khăn song vẫn đáp ứng được cho công cuộc chống Mỹ cứu nước và xây dựng
CNXH ở miền Bắc.
Sau khi ký kết hiệp định Pari lập lại hoà bình ở Việt Nam, nhu cầu xây dựng cơ bản rất
lớn nên nhu cầu VLXD tăng nhanh, do đó ngoài việc khôi phục nhanh chóng các xí nghiệp
sản xuất VLXD còn phải chú trọng đầu tư để mở rộng và xây dựng mới nhiều nhà máy sản
xuất VLXD.
Ngày nay, công tác nghiên cứu khoa học, đào tạo cán bộ khoa học kỹ thuật đang được
đẩy mạnh các mặt về công tác quản lý sản xuất, lưu thông, phân phối VLXD cũng đã và
đang được cải tiến dần từng bước.
0.4. PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Nói chung để phát triển các mặt hàng về VLXD tăng nhanh sản lượng và chất lượng sản
phẩm, hạ giá thành và giảm nhẹ cường độ lao động cho người sản xuất, công nghiệp sản
xuất VLXD được phát triển theo những phương châm cơ bản sau :
+ Cơ khí hoá và tự động hoá quá trình công nghệ sản xuất VLXD và sản phẩm, kết hợp
chặt chẽ với khâu thiết kế để tiêu chuẩn hoá kích thước quy cách, phẩm chất các loại vật
liệu và sản phẩm. Kế hoạch hoá cao khâu khai thác chế biến, lưu thông, phân phối và sử
- 14 -


dụng VLXD. Đẩy mạnh công tác nghiên cứu khoa học VLXD cho phù hợp với tài nguyên,
khí hậu mỗi địa phương. Đồng thời nghiên cứu ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật
của các ngành khác vào công nghiệp sản xuất VLXD
+ Công xưởng hoá VLXD cấu kiện và tìm cách thi công lắp ghép, kết hợp chặt chẽ các
khâu thiết kế và thi công để định ra chế độ sử dụng tiết kiệm các loại vật liệu.

+ Tận dụng các nguồn nguyên liệu địa phương và các nguồn phế liệu công nghiệp để
sản xuất VLXD.

- 15 -



Equation Section 1

Chương 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Quá trình làm việc trong công trình, vật liệu chịu sự tác dụng của tải trọng bên ngoài và
môi trường xung quanh. Tải trọng sẽ gây ra biến dạng và ứng suất trong vật liệu. Do đó, để
kết cấu công trình làm việc an toàn thì trước tiên vật liệu phải có khả năng chống lại sự phá
hoại do biến dạng và ứng suất. Ngoài ra, vật liệu còn phải có đủ độ bền vững chống lại các
tác dụng vật lý và hóa học của môi trường. Trong một số trường hợp đối với vật liệu còn
có một số yêu cầu riêng về nhiệt, âm, chống phóng xạ... Như vậy, yêu cầu về tính chất của
vật liệu rất đa dạng.
Để thuận lợi cho việc nghiên cứu và sử dụng vật liệu, có thể phân tính chất của vật liệu
thành các nhóm như: nhóm tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc, nhóm tính chất
vật lý, tính chất cơ học, tính chất hóa học và một số tính chất mang ý nghĩa tổng hợp khác
như tính công tác, tính tuổi thọ...
Để tránh ảnh hưởng của các yếu tố khách quan trong quá trình thí nghiệm, cần phải xác
định tính chất tiêu chuẩn của vật liệu. Đó là các tính chất được xác định trong điều kiện
và phương pháp chuẩn quy định trong các Tiêu chuẩn Nhà nước (TCVN), Tiêu chuẩn xây
dựng (TCXD), Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam (TCXDVN) hoặc Tiêu chuẩn ngành
(...TCN...). Hiện nay các tiêu chuẩn ngành sẽ được chuyển đổi thành TCVN theo Luật Tiêu
chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật. Các tiêu chuẩn có thể được bổ sung và chỉnh lí tùy theo trình
độ sản xuất và yêu cầu sử dụng vật liệu. Đặc biệt, đối với 1 số loại vật liệu xây dựng chưa
có tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật quy định thì có thể dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài
như: Tiêu chuẩn của Mỹ (AASHTO, ASTM, ACI), Tiêu chuẩn của Anh (BS), Tiêu chuẩn

của Úc (AS), Tiêu chuẩn của Nhật Bản (JIS), Tiêu chuẩn của Pháp (NF),...
1.1. TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU
1.1.1. CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI & ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC
1.1.1.1. Khối lượng riêng
Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn
khô và đặc.
Khối lượng riêng ký hiệu là a, tính theo công thức:
a 

Gk
(g/cm3)
Va

(1.1)

Trong đó:
Gk

- khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (g);
- 17 -


Va

- thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (cm3).

Khối lượng riêng còn được tính theo các đơn vị: kg/dm3, kg/m3 (theo Nghị định
134/2007/NĐ-CP không cho phép sử dụng đơn vị đo như kg/ℓ, t/m3).

Hình 1.1. Cân kỹ thuật

Hình 1.2. Tủ sấy

Hình 1.3. Thước kẹp

Hình 1.4. Bình tỷ trọng

Để xác định khối lượng riêng của vật liệu cần xác định khối lượng vật liệu khô hoàn
toàn (Gk) và thể tích vật liệu đặc hoàn toàn (Va).
- Xác định khối lượng vật liệu khô hoàn toàn (Gk): sấy vật liệu ở nhiệt độ 105 °C ÷ 110
°C trong tủ sấy cho tới khi chênh lệch giữa hai lần cân bằng cân kỹ thuật không vượt quá
0,1% khối lượng. Thời gian giữa hai lần cân liên tiếp không ít hơn 30 phút. Cân kỹ thuật là
cân có độ chính xác cao, đạt độ chính xác 0,001 g ÷ 0,1 g tùy từng thí nghiệm.
- Xác định thể tích vật liệu đặc hoàn toàn (Va) tùy theo loại vật liệu cụ thể:
+ Với vật liệu được xem là hoàn toàn đặc (như kim loại, kính,...) có dạng hình học (khối
lập phương, khối hình hộp chữ nhật, hình trụ,...) hoặc đã gia công thành dạng hình học:
- 18 -


đo kích thước mẫu vật liệu (dùng thước kẹp với độ chính xác đến 0,1mm) và tính thể tích
của mẫu vật liệu;
+ Với vật liệu được xem là hoàn toàn đặc có hình dạng bất kỳ: phương pháp chiếm chỗ
của chất lỏng bằng cách thả vật liệu vào bình tỷ trọng;
+ Với vật liệu có cấu trúc rỗng (gạch, bê tông,...): nghiền nhỏ thành hạt có đường kính
nhỏ hơn 0,2 mm và cho bột vật liệu chiếm chỗ của chất lỏng trong bình tỷ trọng;
+ Với vật liệu ở trạng thái lỏng hoặc nhớt dùng phù kế.
Chú ý: Chất lỏng dùng để thí nghiệm không có phản ứng hóa học với vật liệu. Ví dụ: khi
xác định thể tích bột xi măng không dùng nước mà dùng xăng.
Khối lượng riêng chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học và cấu trúc vi mô của vật liệu
nên biến động trong phạm vi rất nhỏ, đặc biệt là những loại vật liệu cùng loại sẽ có khối

lượng riêng tương tự nhau. Vì vậy, khối lượng riêng thường dùng để phân biệt những loại
vật liệu có hình thức bên ngoài giống nhau, để tính toán thành phần của một số vật liệu hỗn
hợp. Ngoài ra, có thể dùng khối lượng riêng để phán đoán một số tính chất của vật liệu, để
xác định độ đặc, độ rỗng của vật liệu...
1.1.1.2. Khối lượng thể tích
Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên
(kể cả thể tích lỗ rỗng).
Do khi vật liệu ẩm, tùy thuộc lượng nước mà vật liệu nặng nhẹ khác nhau nên trong
thực tế thường sử dụng khối lượng thể tích tiêu chuẩn là khối lượng của một đơn vị thể tích
vật liệu ở trạng thái tự nhiên đã được sấy khô hoàn toàn. Khối lượng thể tích tiêu chuẩn
(gọi tắt là khối lượng thể tích) ký hiệu là o (hoặc otc), tính theo công thức:
o 

Gk
(g/cm3)
Vo

(1.2)

Trong đó:
Gk

- khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (g);

Vo

- thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả thể tích lỗ rỗng), đã được
sấy khô (cm3).

Bên cạnh đó, trong thực tế còn sử dụng khối lượng thể tích ẩm của vật liệu, ký hiệu là

o (hoặc otn), tính theo công thức:
w

 ow 

Gw
(g/cm3)
Vow

(1.3)

Trong đó:
Gw

- khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên, có kể đến lượng nước bên trong vật
liệu (g);
- 19 -


Vow

- thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên, có kể đến lượng nước bên trong
vật liệu (cm3).

Khối lượng thể tích cũng được tính theo các đơn vị kg/dm3, kg/m3.
Ngoài ra, đối với vật liệu hạt rời rạc còn sử dụng khái niệm khối lượng thể tích xốp khi
xét đến cả phần thể tích rỗng nằm giữa các hạt, ký hiệu ox.
 ox 

G VL

(g/cm3)
Vth

(1.4)

Trong đó:
GVL

- khối lượng vật liệu trong thùng đong (g);

Vth

- thể tích của thùng đong chứa vật liệu (cm3).

Để xác định khối lượng thể tích của vật liệu cần xác định khối lượng vật liệu khô hoàn
toàn (Gk) hoặc ở trạng thái tự nhiên (Gw) và thể tích tự nhiên của vật liệu (V0).
- Xác định khối lượng vật liệu: dùng cân kỹ thuật để cân mẫu vật liệu đã được sấy khô
hoàn toàn (Gk) hoặc cân mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên (Gw).
- Xác định thể tích tự nhiên (V0) tùy theo loại vật liệu cụ thể:
+ Với vật liệu có dạng hình học (có hình dạng, kích thước rõ ràng như: khối lập
phương, khối hình hộp chữ nhật, hình trụ,...) hoặc đã gia công thành dạng hình học: đo
kích thước mẫu vật liệu (dùng thước kẹp với độ chính xác đến 0,1 mm) và tính thể tích của
mẫu vật liệu;
+ Với vật liệu không có kích thước hình học rõ ràng dùng phương pháp chiếm chỗ
trong chất lỏng bằng cách thả vật liệu (đã được bọc một lớp parafin hoặc ngâm nước bão
hòa) vào bình tỷ trọng. Phương pháp này được áp dụng tính khối lượng thể tích đặc của
các vật liệu rời rạc (xi măng, cát, sỏi, đá dăm,...);
+ Khi xác định khối lượng thể tích xốp (có xét đến thể tích phẫn rỗng giữa các hạt) của
vật liệu rời rạc (xi măng, cát, sỏi, đá dăm,...) đổ đầy vật liệu vào một thùng đong có thể
tích (Vth) đã biết trước tùy thuộc kích thước hạt thông qua phễu tiêu chuẩn, rồi dùng thước

thẳng tì trên miệng thùng gạt bỏ các hạt vật liệu thừa cao hơn miệng thùng. Sau đó tiến
hành cân xác định khối lượng vật liệu trong thùng (GVL).
Khối lượng thể tích của các loại vật liệu thay đổi trong phạm vi rất rộng, nó phụ thuộc
thành phần và cấu trúc bản thân vật liệu. Khối lượng thể tích xốp của vật liệu rời rạc (ox)
còn phụ thuộc kích thước hạt và sự sắp xếp giữa các hạt.
Khối lượng thể tích được dùng để đánh giá sơ bộ một số tính chất của vật liệu: độ đặc,
độ rỗng, độ hút nước, cường độ, mức độ truyền nhiệt. Ngoài ra, có thể dùng để tính toán
thành phần vật liệu hỗn hợp (bê tông xi măng, vữa,...), tính toán vận chuyển vật liệu, kho
bãi, tính kết cấu xây dựng...

- 20 -


1.1.1.3. Độ đặc, độ rỗng
Độ đặc là tỷ lệ giữa thể tích vật liệu đặc hoàn toàn và thể tích tự nhiên của vật liệu.
Độ đặc ký hiệu là đ, tính theo công thức:
đ

Va
V
hoặc đ  a .100%
Vo
Vo

Vì Va 


Gk
G
và Vo  k nên đ  o .100%

a
o
a

(1.5)
(1.6)

Độ rỗng là tỷ lệ giữa thể tích lỗ rỗng trong vật liệu và thể tích tự nhiên của vật liệu.
Độ rỗng ký hiệu là r, tính theo công thức:
r

Vr
V
hoặc r  r .100%
Vo
Vo

(1.7)

Trong đó:
Vr

- thể tích lỗ rỗng trong vật liệu (cm3);

Vo

- thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (cm3).

Vì Vr = Vo - Va nên :
r

Vo  Va
V

 1  a  1  o  1  đ  100%  đ
Vo
Vo
a

Do đó: r = 1 - đ hoặc r = 100% - đ

(1.8)

Độ đặc, độ rỗng được xác định gián tiếp qua Vo và Va hoặc o và a.
Các lỗ rỗng trong vật liệu bao gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng kín là lỗ rỗng
riêng biệt, không thông nhau và không thông với bên ngoài; lỗ rỗng hở là lỗ rỗng thông với
nhau và thông với bên ngoài. Ngoài ra, còn phân biệt lỗ rỗng trong từng hạt hoặc lỗ rỗng
giữa các hạt.
Độ rỗng trong vật liệu thay đổi trong phạm vi rất rộng, ví dụ: độ rỗng của gạch đất sét là
r = 15% ÷ 50%, của bê tông xi măng r = 10% ÷ 81%... Số lượng, cấu tạo và sự phân bố các
lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn đến tính chất vật liệu. Lỗ rỗng hở làm tăng độ thấm nước và độ
hút nước, giảm khả năng chịu lực, nhưng trong các vật liệu và sản phẩm hút âm thì lỗ rỗng
hở lại cần thiết. Vật liệu có nhiều lỗ rỗng kín thì cường độ cao hơn, cách âm, cách nhiệt tốt.
Dựa vào độ rỗng có thể phán đoán được một số tính chất của vật liệu như: khả năng
chịu lực, chống thấm, các tính chất có liên quan đến hút nước, cách âm, cách nhiệt,...
1.1.1.4. Độ mịn
Độ mịn (còn gọi là độ lớn) là chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá kích thước hạt của vật liệu
dạng hạt rời rạc hoặc dạng bột.

- 21 -

Độ mịn được xác định thông qua sàng vật liệu (tỷ lệ % lọt sàng), đo bề mặt riêng Sy
(hoặc tỉ diện - là tổng diện tích bề mặt các hạt trong 1 đơn vị khối lượng vật liệu tính theo
cm2/g), xác định khả năng lắng đọng của vật liệu trong chất lỏng,...
Sự thay đổi độ mịn sẽ làm thay đổi độ rỗng giữa các hạt, thay đổi khả năng tương tác,
phân tán của vật liệu trong các môi trường. Vì vậy, tuỳ từng vật liệu và mục đích sử dụng
mà tăng hoặc giảm độ mịn.
Đối với các vật liệu hạt rời rạc khi xác định độ mịn còn phải chú ý đến hàm lượng các
nhóm cỡ hạt, hình dạng và tính chất các hạt (góc thấm ướt, tính nhám ráp, khả năng hấp
thụ, khả năng liên kết với các vật liệu khác,...)
Bảng 1.1. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ rỗng của một số loại vật liệu.
Khối lượng riêng
γa (g/cm3)

Khối lượng thể tích
γ0 (g/cm3)

Độ rỗng
r (%)

Bê tông xi măng nặng

2,6

2,2 ÷ 2,5

3,8 ÷ 15,4

Bê tông xi măng nhẹ

2,6

0,5 ÷ 1,8

30,8 ÷ 80,8

Bê tông xi măng tổ ong

2,6

0,5

80,8

Bê tông nhựa

2,6

2,1 ÷ 2,2

15,4 ÷ 19,2

Gạch đất sét thường

2,65 ÷ 2,7

1,6 ÷ 1,9

28,3 ÷ 40,7

Gạch đất sét rỗng ruột

2,65 ÷ 2,7

1,3 ÷ 1,45

45,3 ÷ 51,9

Đá vôi đặc

2,6 ÷ 2,7

1,6 ÷ 2,1

19,2 ÷ 40,7

Đá vôi vỏ sò

2,6 ÷ 2,7

1,1 ÷ 1,6

38,5 ÷ 59,3

Cát xây dựng

2,6

1,5 ÷ 1,73.

33,5 ÷ 42,3

Thủy tinh đặc

2,6

2,6

0

Kính xốp

2,6

0,3 ÷ 0,5

80,8 ÷ 88,5

Nhôm

2,6

2,6

0

Thép xây dựng

7,85

7,85

0

Tên vật liệu

1.1.2. NHỮNG TÍNH CHẤT CÓ LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC
1.1.2.1. Nước ở trong vật liệu
Trong vật liệu luôn chứa một lượng nước nhất định. Tuỳ theo bản chất của vật liệu,
thành phần, tính chất bề mặt và đặc tính lỗ rỗng của nó mà mức độ liên kết giữa nước với
vật liệu có khác nhau. Dựa vào mức độ liên kết đó, nước trong vật liệu được chia thành 3
loại: Nước hoá học, nước hoá lý và nước cơ học.
- Nước hoá học: là nước tham gia vào thành phần của vật liệu và có liên kết bền với vật
liệu. Nước hoá học chỉ bị bay hơi ở nhiệt độ cao (trên 500 °C) và khi nó bay hơi thì ảnh
hưởng đến tính chất của vật liệu.
- 22 -


Ví dụ: Caolinit Al2O3.2SiO2.2H2O bị mất nước sẽ mất tính dẻo; amiăng 3MgO.2SiO2.2H2O bị
mất nước thì giòn, cường độ giảm rất nhiều...

- Nước hoá lý (nước hấp phụ): là nước có liên kết với vật liệu bằng lực hút phân tử
Vandecvan hoặc lực tĩnh điện bề mặt (nước màng). Lớp nước liên kết trực tiếp với vật liệu
thì rất bền thậm chí có khả năng chịu lực và lực liên kết sẽ giảm dần theo chiều dày màng
nước. Lượng nước này chỉ thay đổi dưới tác dụng của môi trường (nhiệt độ, độ ẩm), khi đó
nó biến thành hơi, ở một mức độ nào đó, sự biến đổi này làm thay đổi tính chất của vật
liệu.
- Nước cơ học (nước tự do hay nước mao quản): loại này hầu như không liên kết với
vật liệu. Nó xâm nhập vào vật liệu do tác dụng của lực mao dẫn (nước mao quản) hoặc do

lực trọng trường (nước tự do). Loại nước này có thể dễ dàng thay đổi trong điều kiện
thường và hầu như không gây ra ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu.
1.1.2.2. Độ ẩm
Độ ẩm là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có thật trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm.
Độ ẩm được xác định thông qua tỷ số giữa khối lượng nước tự nhiên có trong vật liệu với
khối lượng vật liệu khô.
Độ ẩm được ký hiệu là W, tính theo công thức:
W

G  Gk
Gn
.100% hoặc W  w
.100%
Gk
Gk

Từ đó: G w  G k .(1  W) và G k 

Gw
1 W

(1.9)
(1.10)

Trong đó:
Gn

- khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm làm thí nghiệm (g);

Gk

- khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (g);

Gw

- khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên kể cả nước ở bên trong (g).

Độ ẩm được xác định bằng cách lấy mẫu vật liệu, cân mẫu ở trạng thái tự nhiên tại thời
điểm thí nghiệm. Sấy khô mẫu vật liệu đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ (105 ÷ 110) °C,
cân xác định khối lượng vật liệu khô rồi tính theo công thức.
Khi để vật liệu trong môi trường không khí, tuỳ thuộc độ ẩm, nhiệt độ, áp suất không
khí vật liệu có thể hút hoặc nhả hơi ẩm làm thay đổi độ ẩm. Mức độ hút hoặc nhả hơi ẩm
phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, đặc tính của lỗ rỗng và môi trường. Trong cùng một
điều kiện môi trường nếu vật liệu càng rỗng thì độ ẩm của nó càng cao. Ở môi trường
không khí khi áp lực hơi nước tăng (độ ẩm tương đối của không khí tăng) thì độ ẩm của vật
liệu tăng. Độ ẩm tăng kéo theo sự thay đổi các tính chất khác của vật liệu như cường độ, độ
cứng giảm và ngược lại.

- 23 -