Giáo trình vật liệu xây dựng

Chương Mở Đầu
I. Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng
- Vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng ct

÷
+ (70 80)% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp.

÷
+ (70 75)% đối với các công trình giao thông.
÷
+ (50 55)% đối với các công trình thuỷ lợi.
II. Sơ lược tình hình phát triển ngành SX VLXD
- Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành VLXD cũng đã phát triển
từ thô sơ đến hiện đại, từ đơn giản đến phức tạp; chất lượng vật liệu ngày càng được
nâng cao.
- Từ xưa loài người đã biết dung các vật liệu có sẵn trong thiên nhiên như: đất, rơm rạ, đá
gỗ, gạch mộc, gạch ngói bằng đất sét nung.
- Để gắn kết viên gạch, đá rời rạc lại với nhau, người xưa đã biết dùng 1 số chất kết dính
(CKD) rắn trong không khí như vôi, thạch cao.
- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước, người ta
đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp; vôi thuỷ; XMPL - Đến nay, người ta
cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại, BTCT, BT ứng lực trước, gạch
Silicat, BT nhẹ, BT cách nhiệt, chịu nhiệt…
- Kỹ thuật sản xuất và sử dụng VLXD trên thế giới đã đạt đến trình độ cao, nhiều phương
pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng như nung vật liệu gốm bằng lò tunel, nung ximăng
bằng lò quay với nhiên liệu lỏng, khí; SX các cấu kiện bêtông ứng lực trước với kích
thước lớn…
- Phương hướng phát triển ngành VLXD:
+ Xây dựng thêm nhiều nhà máy SX VLXD công suất lớn với kỹ thuật hiện đại.
+ Phát triển các loại VL mới như:
III. Phân loại vật liệu xây dựng

Theo bản chất, VL chia làm 3 loại chính:
1/ Vật liệu vô cơ
- Vật liệu đá thiên nhiên.
- Vật liệu nung.
- Các loại chất kết dính vô cơ.


- Bêtông, vữa.
- Các loại đá nhân tạo không nung.
2/ Vật liệu hữu cơ
- Gỗ, tre, bittum.
- VL keo, chất dẻo, sơn, vécni, matit.
- VL polime.
3/ Vật liệu kim loại
- Gang, thép, các loại kim loại màu, hợp kim.

Chương 1
Các Tính Chất Chủ Yếu Của Vật Liệu Xây Dựng
I. Những thông số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của vật liệu
1. Khối lượng thể tích của vật liệu
1.1. Định nghĩa
KLTT là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên bao gồm cả
thể tích lỗ rỗng có trong nó.
1.2. Công thức

ρ

m
V0

v

(1-1)

=
Trong đó:

ρv

3

3

3

- Khối lượng thể tích của vật liệu (g/cm , kg/m , T/m ).
m - Khối lượng của mẫu VL ở trạng thái tự nhiên (g).
0

3

V - Thể tích của VL ở trạng thái tự nhiên (cm ).


ρv
Ví dụ: Gạch:

= (1,7

ρv

Đá:

÷

= (1,5

÷

3

ρv

1,9) g/cm ; Cát:

= (1,5

÷

3

1,65) g/cm ;

ρv

3

1,7) g/cm ; Xi măng:

= (1,1

÷

3

1,3) g/cm ;

1.3. Phương pháp xác định
Luôn được xác định bằng thực nghiệm.
→
÷
a/ Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105 110) oC đến khối lượng không đổi
Cân

b/ Thể tích Vo:
- Mẫu có hình dạng xác định : “ Phương pháp đo trực tiếp ”
0

Tính V theo công thức:
c1

d1

c3
c2

d3

b2

a1

h1

h2

h4

a2

h3
d2

b1

a3

d4

b3

atb = (a1 + a2 + a3)/3
dtb = (d1 + d2 + d3 + d4)/4

btb = (b1 + b2 +b3)/3

htb = (h1 + h2 + h3 + h4)/4

ctb = (c1 + c2 + c3)/3

Tru

o

V

= π.

d2tb

hh
0

.htb/4

V

= atb

×

btb

×

ctb

Hình 1.1: Hình vẽ mẫu trụ và mẫu lập phương
- Mẫu có hình dạng bất kỳ: “ Phương pháp chất lỏng rời chỗ ”
+ Sấy khô mẫu VL đến khối lượng không đổi.
1

+ Để nguội và cân mẫu được m .
2

+ Nhúng mẫu vào parafin (nến) nóng chảy và cân được m .
1

+ Cho nước vào trong ống nghiệm đến vạch V .


2

+ Nhúng mẫu vào trong ống nghiệm, mức nước tăng đến vạch V .
(* Lưu ý: Cách đọc giá trị mức nước là giá trị thấp nhất của mặt cong.)

m1
V2 − V1 − VP

ρv

(1-2)

=

m 2 − m1
0,93

p

(1-3)

V =

Paraphin

V1
MÉu VL ban ®Çu

V2

MÉu VL sau khi nhóng

Hình 1.2: Xác định KLTT của VL có hình dạng bất kì.
- Mẫu rời rạc (ximăng, cát, đá, sỏi…): đổ vật liệu từ 1 chiều cao nhất định xuống 1dụng cụ
có thể tích đã biết trước theo quy định (ca, thùng đong 1l, 2l, 5l…).

M¸ng dÉn

100

VËt chøa (èng ®
ong)

Hình 1.3: Xác định KLTT đổ đống của vật liệu
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng
- Cấu tạo của vật liệu: hình thành trong quá trình công nghệ.


- Độ ẩm: thay đổi theo thời gian tuỳ theo điều kiện khí hậu trong công trình.
* Chú ý: Khối lượng thể tích tiêu chuẩn: là khối lượng được xác định ở điều kiện độ ẩm
tc

bằng 0% (w = 0% - VL khô) và được xác định bằng công thức:

ρ

ρv

w
v

=

.(1+ 0,01W)

(1-4)

Công thức này chỉ đúng khi VL không thay đổi thể tích khi có độ ẩm (đá).
tc

Ví dụ: Độ ẩm tiêu chuẩn của gỗ : w = 12%.
1.5. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế
- Phán đoán một số tính chất: cường độ, độ hút nước, độ rỗng, độ dẫn nhiệt...
nặng hay nhẹ.

→

- Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa.
- Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu.
2. Khối lượng riêng của vật liệu
2.1. Định nghĩa

KLR là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc.
2.2. Công thức

ρ=

m
Va

(1-5)

Trong đó:

ρ

3

3

3

- là khối lượng riêng của vật liệu, (g/cm , kg/m , T/m ).
m - là khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn khô, (g).
3

Va - là thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc,(cm ).

ρ
Ví dụ: Gạch:

ρ

3

ρ

= 2,65 g/cm ; Cát:
3

Đá: = 2,5 g/cm ; Xi măng:
2.3. Phương pháp xác định

3

= 2,6 g/cm ;

ρ

3

= 3,1 g/cm .

xem VL


Bằng thực nghiệm:

÷

0

a. Khối lượng m: Sấy khô vật liệu ở (105 110) C đến khối lượng không đổi

→

Cân

a

b. Thể tích V :
- Vật liệu có hình học rõ ràng
- Vật liệu có hình dạng bất kì

→

→

Đo trực tiếp kích thước và tính theo công thức.
a

Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ để tìm V .

- Vật liệu có lỗ rỗng thì tìm bằng phương pháp bình tỷ trọng.
→

+ Nghiền nhỏ mẫu VL lọt qua sàng 0,25 mm

Cân được m

1

1

+ Cho chất lỏng vào trong bình có thể tích V .
2

+ Cho VL vào trong bình, dâng lên có thể tích V .
2

+ Đem cân lượng VL còn lại là m .

ρ=

m1 − m2
V2 − V1 (1-6)

*Chú ý: Chất lỏng dùng để xác định KLR phải không có tác dụng hoá học với VL làm thí
nghiệm.
Ví dụ: Xác định KLR của xi măng thì dùng chất lỏng là dầu hỏa.
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng
Bản chất của VLXD.
2.5. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế
- Là một đại lượng vật lý cơ bản của VLXD
- Đánh giá bản chất của vật liệu: đặc hay rỗng.
3. Độ rỗng và độ đặc của vật liệu
3.1. Định nghĩa


a/ Độ rỗng: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích các lỗ rỗng có trong vật liệu trên thể tích tự
nhiên của vật liệu đó.
b/ Độ đặc: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích đặc của VL và thể tích tự nhiên của nó.

3.2. Công thức
a/ Công thức và đơn vị đo độ rỗng:
Vr
V0

.100

r=

(1-7)
(%)

Trong đó:
r - là độ rỗng, %
Vr - là thể tích lỗ rỗng trong vật liệu, cm3
Vo- là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3
Ngoài ra, độ rỗng còn có thể được tính theo công thức sau:
ρ
(1 − v ).100
(1-8)
ρ
r=
(%)
Trong đó :

ρv
- là khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô, g/cm 3;

ρ
- là khối lượng riêng của vật liệu, g/cm3.

b/ Công thức và đơn vị đo độ đặc:
Va
V0
đ=

.100

(1-9)
(%)

Trong đó:
đ - là độ đặc, %;
a

V - là thể tích đặc của vật liệu, cm3
Vo - là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3 ;


3.3. Quan hệ giữa độ rỗng và độ đặc
r = (1- đ ).100%

(1-10)

3.4. Phương pháp xác định

ρv
Thông qua

ρ
và

3.5. Các yếu tố ảnh hưởng
Không chịu ảnh hưởng của bất kì yếu tố nào.
3.6. Ý nghĩa và ứng dụng
Có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất khác của VL như: KLR, KLTT, cường độ, độ
hút nước, tính truyền nhiệt v.v...
4. Độ mịn của vật liệu
4.1. Định nghĩa
Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích
thước hạt của nó.
4.2. Phương pháp xác định
2

Đánh giá bằng tỉ diện tích bề mặt (cm /g) hoặc bằng lượng lọt sàng, lượng sót sàng
tiêu chuẩn (%). Dụng cụ sàng tiêu chuẩn phụ thuộc vào từng loại VL.
o

2

Ví dụ: Độ mịn của xi măng được sàng qua sàng tiêu chuẩn N 009 (4900 lỗ/cm ).
* Chú ý: Hiện nay người ta còn sử dụng phương pháp lắng hồ.
4.3. Ý nghĩa
- Quyết định khả năng tương tác của VL với môi trường (hoạt động hoá học, phân tán
trong môi trường)
- Ảnh hưởng đến độ rỗng giữa các hạt.
→

Vì vậy, tuỳ từng mục đích sử dụng mà cần tăng hay giảm độ mịn.

II. Những tính chất có liên quan đến nước của vật liệu

1. Liên kết giữa nước và vật liệu


1.1. Các trạng thái của nước có trong vật liệu
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 vật liệu với
nước có khác nhau.
Dựa vào mức độ liên kết giữa nước và vật liệu mà nước có trong vật liệu được chia
thành 3 loại: Nước hoá lý, nước hoá học và nước cơ học.
a/ Nước hoá lý (nước hấp phụ): là các phần tử nước nằm trên bề mặt rắn của VL, liên kết
với bề mặt rắn VL bằng lực Vanđécvan hoặc bằng lực tĩnh điện bề mặt (nước màng).
Nước hoá lý chỉ thay đổi dưới tác dụng của điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm). Khi
0
H 2O

0

nhiệt độ nước t
> 250 C thì nước sẽ tách ra khỏi liên kết . Trong trường hợp này, đặc
tính của VL thay đổi không nhiều.
b/ Nước hoá học: là nước nằm trong thành phần hoá học của vật liệu và khi mất nước thì
vật liệu sẽ thay đổi thành phần và tính chất. Nước liên kết các thành phần VL với lực liên
0
H 2O

kết rất lớn. Khi nhiệt độ của của nước t
Ví dụ:

2

3

2

2

> 750 C

(Cao lanh)
2

CaSO .2H O
(Thạch cao)

> 500 C thì nước mới tách ra khỏi liên kết.
0

Al O .2SiO .2H O

4

0

2

3

Al O .2SiO

2

+

2

2H O

(Mêtacaolanh)
0

> 500 C

CaSO

4

+

2

2H O

(Thạch cao khan)

c/ Nước cơ học (nước mao quản, nước tự do): chứa trong các lỗ rỗng, mao quản của vật
liệu. Ở nhiệt độ thường, chúng có thể thoát ra khỏi VL hoặc đi vào VL
vật liệu hầu như không thay đổi.

→

Tính chất của

1.2. Hiện tượng trao đổi nước giữa VLXD và môi truờng
Chỉ xảy ra đối với nước tự do và một phần nước hấp phụ.
Lúc đầu, áp suất nước có trong VL bằng 0, còn áp suất nước bên ngoài > 0. Chính sự
chênh lệch áp suất trong và ngoài lỗ rỗng hở của VLXD là nguyên nhân dẫn đến hiện
tượng nước thoát ra hay xâm nhập vào VL. Hiện tượng này xảy ra liên tục và phụ thuộc
vào 2 thông số môi trường là nhiệt độ và độ ẩm không khí. Nó chỉ dừng lại khi đạt đến cân
bằng về áp suất riêng của hơi nước trong và ngoài lỗ rỗng của vật liệu.
2. Các đại lượng đặc trưng có liên quan đến nước của VL
2.1. Độ hút nước (H)


a/ Định nghĩa: Là đại lượng đánh giá khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều kiện
thường (về nhiệt độ và áp suất).
b/ Công thức và đơn vị đo
Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích:
p

- Theo khối lượng H :
mn
mk

p

H

mu − m k
.100
mk

.100

=

(%) =

(1-11)
(%)

v

- Theo thể tích H :
Vn
Vo

v

mu − m k
.100
V0 .ρ n

.100

H =

(%) =

(1-12)
(%)

Trong đó:
n

m - Khối lượng nước hút (giữ) trong VL (g).
k

m - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g).
u

m - Khối lượng của VL ở trạng thái ướt (g).
3

0

V - Thể tích tự nhiên của VL (cm ).
3

n

V - Thể tích của nước có trong VL (cm ).

ρn

ρn
- Khối lượng riêng của nước,
p

- Quan hệ giữa H và H

v

3

= 1 g/cm .


p

v

H = H .

ρ vTc
ρn

ρ vTc
;(

(1-13)

tc

ở w = 0 %)

c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Cấu tạo, cấu trúc của vật liệu.
- Bản chất của vật liệu (độ rỗng, tính chấ lỗ rỗng …)
e/ Ý nghĩa: Với một VLXD xác định chỉ có 1 giá trị độ hút nước.

2.2. Độ ẩm (W)
a/ Định nghĩa: là đại lượng đánh giá lượng nước (tự do) có thật trong VL tại thời điểm xác
định.
b/ Công thức và đơn vị đo:
ma − mk
.100
mk

W=

mn
.100
mk

(%) =

(1-14)
(%)

Trong đó:
a

m - Khối lượng của VL ở trạng thái ẩm tự nhiên (g).
k

m - Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g).
c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm.
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Cấu tạo của vật liệu (lỗ rỗng, đặc tính lỗ rỗng...).
- Bản chất của vật liệu.

- Các thông số môi trường như nhiệt độ và áp suất.
Wmt↑ → WVL↑ → Vo↑ → R↓
2.3. Độ bão hoà nước
a/ Định nghĩa: là hiện tượng VL hút nước đến tối đa trong điều kiện cưỡng bức về nhiệt độ
và áp suất.


b/ Công thức và đơn vị đo:
bh
p

- Theo khối lượng H :

mnbh
bh
p

H

mubh − mk
.100
mk

.100

mk
=

(%) =

(1-15)
(%)

bh
v

- Theo thể tích H :

Vnbh
bh
v

H

mubh − mk
.100
V0 .ρ n

.100

Vo
=

(%) =

(1-16)
(%)

Trong đó:
bh

n

bh
n

m , V - Khối lượng và thể tích nước mà VL hút vào khi bão hoà.
bh
u

k

m , m - Khối lượng của mẫu VL khi đã bão hoà nước và khi khô.
0

V - Thể tích tự nhiên của VL.
c/ Phương pháp xác định: 2 phương pháp
- Phương pháp nhiệt độ: Luộc mẫu đã được sấy khô trong 4h, để nguội, vớt ra cân và tính
toán.
- Phương pháp chân không (áp suất): Ngâm mẫu vật liệu đã được sấy khô trong 1 bình
kín đựng nước , hạ áp lực trong bình xuống còn 20 mmHg cho đến khi không còn bọt khí
thoát ra thì trở lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt ra cân và tính toán.
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Thành phần VL.
- Độ rỗng.
- Tính chất lỗ rỗng

→

bh

Hệ số bão hòa (C )


Vn
Vr

bh

C
Vn
V0 →

v

(H =
→

n

0

v

=

r

=

0

H vbh
r ≤

bh

V = V .H ; V = r.V ); C = (0

(1-17)
1

÷

1)

Đánh giá mức độ ngập nước trong toàn thể tích lỗ rỗng.

*Chú ý: Khi VL bão hoà nước làm cho thể tích VL và khả năng dẫn nhiệt tăng nhưng khả
năng cách nhiệt và cường độ giảm

→

Mức độ bền nước của VL đánh giá bằng hệ số

m

mềm (K )
R bh
Rk

m

K

(1-18)

=

Trong đó:
bh

R - Cường độ mẫu bão hoà.
k

R - Cường độ mẫu khô.
⇒

Tính chịu nước: là đặc tính của VL chống lại sự suy giảm của các tính chất vật lý, cơ
học, đặc biệt là cơ học.
e/ Ý nghĩa và ứng dụng thực tế.
bh

- Xác định khả năng chịu lực khi bão hoà nước thông qua C
- Độ bão hoà nước dùng để ngâm tẩm và xử lý VL gỗ.
- Đánh giá cấu tạo VL.
2.4. Tính thấm nước
a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho nước thấm qua khi có sự chênh
lệch áp suất (từ nơi có áp lực nước cao sang nơi có áp lực nước thấp).

b/ Bản chất thấm và điều kiện thấm:
Là sự dịch chuyển có hướng của các phần tử nước do có khoảng trống thông nhau và
do độ chênh áp lực ở 2 phía phân tử nước.
th

c/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm K ( m/s; m/h)
V .a
S .( p1 − p 2 ).t

th

K

(1-19)

=

Trong đó:
3

V - Thể tích nước thấm qua (m ).
a - Chiều dày vật liệu (m)
2

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m )
1

2

p -p =

∆

p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước)

t - Thời gian thấm, h.
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Nhiệt độ.
- Bản chất của VL.
- Áp lực do hiện tượng mao dẫn.
2.5. Tính thấm hơi và thấm khí của vật liệu
a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho khí hoặc hơi thấm qua khi có sự chênh
lệch áp lực hơi hoặc khí giữa hai mặt của VL.
b/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm Ktk
V .a
S .( p1 − p 2 ).t

(1-20)

Ktk =
Trong đó:
3

V - Thể tích khí hay hơi thấm qua (m ).


a - Chiều dày vật liệu (m)
2

S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m )

1

2

p -p =

∆

p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước)

t - Thời gian thấm, h.
2.6. Biến dạng ẩm
- Là hiện tượng thay đổi về hình dạng và kích thước của vật liệu dưới tác dụng của yếu tố
môi trường (trương nở khi hút nước và co lại khi sấy khô)
- Biến dạng co nở lặp đi lặp lại sẽ làm phát sinh vết nứt và dẫn đến phá hoại vật liệu.
III. Những tính chất có liên quan đến nhiệt của vật liệu
1. Tính dẫn nhiệt (truyền nhiệt)
a/ Định nghĩa: Tính dẫn nhiệt là tính chất của VL cho nhiệt truyền từ mặt này sang mặt
khác (từ phía có nhiệt độ cao sang phía có nhiệt độ thấp).
b/ Bản chất thấm nhiệt (chỉ xét thấm nhiệt qua VL rắn): là hiện tượng lan truyền có hướng
của dao động nhiệt nhờ liên kết cứng giữa các phần tử cấu trúc.
c/ Công thức và đơn vị đo:

λ

=

Q.a
S .∆t.τ

(1-20)

Trong

λ

đó:
0

- Hệ số dẫn nhiệt (kCal/m C.h).

a - Chiều dày bức tường (m)
2

S - Diện tích bức tường (m )
τ
∆

= 1h - Thời gian.
0

t = 1 C- Độ chênh nhiệt độ.

Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt còn tính theo công thức:

λ

0,0196 + 0,22 ρ v − 0,14

(1-21)

=

λ0

λt
=

(1-22)
.(1+0,002t)


Trong đó:

λ0

0

- Hệ số dẫn nhiệt ở 0 C.

λt

0

- Hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ trung bình t (<100 C).
d/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm.
e/ Các yếu tố ảnh hưởng
- Cấu trúc, cấu tạo và loại VL sử dụng.
- Độ ẩm và nhiệt độ.
2. Nhiệt dung, nhiệt dung riêng

2.1. Nhiệt dung
a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng Q (kCal) mà VL thu vào khi nung nóng.
b/ Công thức và đơn vị đo:
2

(1-23)

1

Q = C.m.(t - t )
Trong đó:

0

C - Nhiệt dung riêng của VL, kCal/kg C.
m - Khối lượng của VL, kg.
2

0

1

t , t - Nhiệt độ của VL sau và trước khi nung nóng, C.
2

1

0

* Chú ý: Khi m = 1 kg; t - t = 1 C thì C = Q.

2.2. Nhiệt dung riêng
0

a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng 1kg VL lên 1 C.
(Hay: là tính chất biểu thị khả năng của VL thu nhận năng lượng nhiệt khi bị đốt nóng hoặc
giải phóng năng lượng nhiệt khi nguội).


0

Ví dụ: Cgỗ

=

0

0,7 kCal/kg C;

CVLvôcơ = (0,75

÷

Cnước = 1 kCal/kg C;
0

0,92) kCal/kg C.

b/ Công thức:
- Nhiệt dung riêng:
C =Q

(1-24)

- Khi VL có độ ẩm:

w

C + 0,01.W .C n
1 + 0,01W

(1-25)

C =
Trong đó:
w

n

C, C , C - Nhiệt dung riêng của VL khô, VL có độ ẩm và nhiệt dung riêng của nước.
- Khi VL hỗn hợp nhiều VL thành phần:
m1 .C1 + m2 .C 2 + ... + mk . .C k
m1 + m2 + ... + mk

(1-26)

C=
Trong đó:
2

k

2

k

C , C ,...,C - Nhiệt dung riêng của VL1, VL2,..., VL thứ k.
1

m , m ,...,m - Khối lượng của VL1, VL2,..., VL thứ k.
1

3. Tính chống cháy và tính chịu lửa.
3.1. Tính chống cháy
a/ Định nghĩa: Tính chống cháy là khả năng của VL chịu được tác dụng của ngọn lửa
trong một thời gian nhất định
b/ Phân loại: Dựa vào khả năng chống cháy vật liệu được phân loại như sau:
- VL không cháy: Bê tông, gạch ngói, amiăng...
- VL không cháy nhưng biến hình ở nhiệt độ cao: Sắt, thép...


- VL khó cháy: Bê tông atphan, gỗ có tẩm chất chống cháy...
- VL dễ cháy: Gỗ, tre, nứa v.v...
3.2. Tính chịu lửa
a/ Định nghĩa: Là khả năng của VL chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao mà không
bị chảy và biến hình.
b/ Phân loại:
0

- VL chịu lửa: chịu được t C

≥

0

1580 C. (Gạch chịu lửa samốt, đinát...)

0

- VL khó chảy: chịu được t C = (1350
0

÷

0

1580) C.

0

- VL dễ chảy: chịu được t C < 1350 C.
IV. Những tính chất cơ học của vật liệu
1. Tính biến dạng của vật liệu
1.1. Định nghĩa
Là tính chất biểu thị khả năng vật liệu thay đổi hình dạng, kích thước, thể tích
dưới tác dụng của tải trọng, chuyển vị, nhiệt độ hoặc các nguyên nhân khác mà chưa bị
phá hoại.
1.2. Phân loại
Dựa vào đặc tính biến dạng chia 2 loại:
a/ Biến dạng đàn hồi
- Là biến dạng mất đi khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng

- Tuân theo định luật Húc:
σ

=

ε

.E

(1-27)

Trong đó: E – môđun đàn hồi;

ε

∆l
l0

=

b/ Biến dạng dẻo

- Độ biến dạng;

→

Ứng suất

σ

- Là biến dạng còn lại khi loại bỏ nguyên nhân gây biến dạng, năng lượng chuyển hoá mất
→
σ
mát dưới dạng nhiệt
Không xuất hiện ứng suất .
- Biến dạng dẻo tuân theo định luật Niutơn:

τ = η.

Trong đó:

τ

ds
dt

(1-28)

- Ma sát trượt.

η
- Độ nhớt động học.
1.3. Các hiện tượng có liên quan đến biến dạng
a/ Hiện tượng từ biến: Là hiện tượng biến dạng của VL tăng theo khi VL chịu tải trọng dài
hạn có giá trị không đổi.
- Nguyên nhân: là do sự chuyển hoá cấu trúc.
+ Tái kết tinh.
+ Kết tinh từ VĐH.
+ Chảy nhớt của chất rắn.

+ Sự thay đổi của màng nước hấp phụ.
b/ Chùng ứng suất: Là hiện tượng giá trị ứng suất trong kết cấu giảm theo thời gian khi VL
ε
chịu tác dụng của lực dài hạn mà = const.
c/ Mỏi: Là hiện tượng khả năng biến dạng giảm khi VL chịu tải trọng lặp theo thời gian.
d/ Giòn: Là hiện tượng khả năng biến dạng rất bé khi chịu tải trọng tác dụng.
2. Cường độ chịu lực
2.1. Định nghĩa
- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng của VL chống lại tác dụng phá hoại của ứng suất
sinh ra trong VL dưới tác dụng của ngoại lực hay điều kiện môi trường (tải trọng, chuyển
vị, nhiệt độ, hoặc các nguyên nhân khác).
- Mác của VL (theo cường độ) là giới hạn khả năng chịu lực của VL được thí nghiệm trong
điều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách tạo mẫu, phương pháp và thời gian bảo
dưỡng mẫu v.v...
2.2. Công thức và đơn vị đo
- Công thức xác định cường độ là công thức tính ứng suất.


- Cường độ chịu nén:

P
F →

σn
=

n

R =

Pn
F

(1-29)

n

Trong đó : P - Tải trọng phá hoại (N).
2

F - Diện tích phá hoại (mm )
- Cường độ chịu kéo:

P
F →

σk
=

k

R =

Pk
F

(1-30)

- Cường độ chịu uốn:
M ph

M

σu W →
=

k

R =

W

(1-31)

ph

Trong đó: M - Mômen phá hoại max (N/m).
3

W - Môđun chống uốn (m ).
2.3. Phương pháp xác định cường độ
a/ Phương pháp phá hoại
- Lấy mẫu vật liệu (tuỳ theo VL có trạng thái ứng suất khác nhau):
Nén: Mẫu trụ, mẫu lập phương; uốn: mẫu trụ; kéo: mẫu số 8.
- Đưa mẫu vào mẫu thử tạo ra trạng thái ứng suất tương ứng.
- Tăng dần tải trọng đến khi phá hoại.
- Ghi lại, lấy giá trị ứng suất làm cường độ.


Hình 1.4: Máy nén mẫu trụ bê tông

b/ Phương pháp không phá hoại
- Bắn súng bê tông: Bắn nhiều điểm để vẽ đồ thị và so sánh với đồ thị chuẩn

→

R.


Hình 1.5: Súng bắn bê tông SMIDTH
0

- Cộng hưởng (f = f ): Xác định tần số dao động riêng của vật liệu
- Siêu âm bê tông: Vận tốc xung

→

Tra biểu đồ

→

→

R

R

Hình 1.6: Thiết bị siêu âm bê tông
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng
- Thành phần, cấu trúc, cấu tạo vật liệu.
- Nhiệt độ, độ ẩm.

- Yếu tố thí nghiệm: hình dạng, kích thước mẫu, phương pháp chế tạo mẫu, tuổi mẫu, bảo
dưỡng mẫu, trình độ nhân viên v.v...
3. Độ cứng của vật liệu
3.1. Định nghĩa
Độ cứng là tính chất của vật liệu chống lại sự khắc sâu và đâm xuyên của vật liệu
khác cứng hơn.

3.2. Phương pháp xác định
a/ Phương pháp Morh: 10 khoáng vật cơ bản được xếp theo mức độ cứng tăng dần.


Chỉ số ĐC

Tên khoáng vật mẫu

Đặc điểm

1

Talc

Màu trắng, rất mềm, dễ nghiền ra thành bột

2

Gypse (đá thạch cao)

Xanh da trời nhạt, cấu tạo dạng thớ như gỗ.

3

Canxit

Tinh thể lăng trụ, 6 mặt thoi

4

Fluorit

Màu xanh

5

Apatite

Màu xám

6

Fellspath

Nguyên liệu chính SX men gốm

7

Quartz (thạch anh)

Tinh thể

8

Topaz

Vàng nhạt

9

Corindon

Nguyên liệu chính làm đá mài

10

Almaz (kim cương)
Lần lượt lấy các khoáng vật vạch lên bề mặt vật liệu cho đến khi khoáng vật gây xước

VL thì VL đó mềm hơn khoáng vật

→

Không chính xác.

b/ Phương pháp Brinell:
Xác định độ cứng của vật liệu dựa vào lực ép P của viên bi thép có đường kính D và
diện tích tiết diện F của vết lõm do viên bi để lại trên bề mặt VL.
2

P = k.D

HB =

P
F

(1-32)

(1-33)

Trong đó:
k - là hệ số phụ thuộc vào loại VL
*Nhận xét: Phương pháp này đo chính xác, dùng cho VL kim loại và VL bê tông.
n

4. Độ mài mòn (M )

n

M =

m1 − m2
F

(1-34)


Trong đó:
1

m - Khối lượng của mẫu trước khi mài, (g).
2

m - Khối lượng của mẫu sau khi mài mòn, (g).
2

F - Diện tích mẫu bị mài mòn (cm ).
5. Độ hao mòn (Q)
m1 − m 2
m1

(1-35)

Q=
Trong

đó:
1

m - Khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm, (g).
2

m - Khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm, (g).

6. Hệ số phẩm chất
6.1. Định nghĩa
tc

2

Là một đại lượng đặc trưng bằng tỉ số giữa cường độ tiêu chuẩn R (kG/cm ) và khối

ρ vtc
lượng thể tích tiêu chuẩn

3

( không thứ nguyên, nhưng giá trị được tính bằng T/m )

6.2. Công thức

pc

Rtc
ρ vtc

(1-36)

K =
7. Tuổi thọ
7.1. Định nghĩa
Là số năm tồn tại của vật liệu trong công trình mà VL giũa được tính năng sử dụng.
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng


- Đặc điểm môi trường.
- Phẩm chất của vật liệu.
- Ý thức của con người.
v.v…
V. Độ bền hoá học và sinh vật của vật liệu
- Trong qua trình sử dụng, VL tiếp xúc với môi trường xung quanh. Vì vậy, VL chiu ảnh
hưởng của yếu tố môi trường.

- Dưới tác dụng của môi trường vật liệu hay các kết cấu của nó có thể bị ăn mòn, xâm
thực…hay bị các vi sinh vật phá hoại (mối, mọt,…) có thể dẫn đến bị phá hoại.
- Độ bền của VL phụ thuộc nhiều yếu tố như: Đặc điểm môi trường, phẩm chất VL, biện
pháp bảo quản v.v…

Chương 2
Vật Liệu Đá Thiên Nhiên
I. Khái niệm và phân loại
1. Khái niệm
Vật liệu đá thiên nhiên là những loại VLXD sử dụng trực tiếp các loại đá thiên nhiên
hoặc qua các khâu gia công cơ học như cắt, xẻ, mài, đục, nghiền, đập...
1.1. Ưu nhược điểm của VL đá thiên nhiên
a/ Ưu điểm:
- Cường độ chịu nén cao.
- Tính bền cao trong các môi trường sử dụng, tuổi thọ đá thiên nhiên có thể đạt tới hàng
ngàn năm.
- Màu sắc đa dạng, vân hoa độc đáo, độ bóng bề mặt cao... nhiều loại đá đẹp có giá trị
thẩm mỹ cao thích hợp cho trang trí nội và ngoại thất công trình.
- Khả năng chống thấm nước tốt, cách nhiệt, cách điện ... thích hợp làm VL lợp và bao
che.
- Tính chịu nước, chống va mòn...thích hợp cho các công trình giao thông, thủy lợi.
- Trữ lượng phong phú, trải đều khắp nơi trên thế giới.
- Khai thác, chế biến không phức tạp và dễ thi công.
→ VL đá thiên nhiên được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng