Chương 1 Các tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng

Chương 1
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
1.1. Khái niệm chung
1.1.1. Khái niệm
Vật liệu xây dựng (VLXD) là những vật thể thiên nhiên hay nhân tạo được liên kết
với nhau và tạo nên công trình xây dựng. Ví dụ: Đá, gỗ, xi măng, 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 thành của cả công trình, thông
thường chi phí vật liệu khoảng 74 ÷ 75% đối với công trình xây dựng dân dụng, khoảng 70%
đối với các công trình giao thông, khoảng 50% đối với các công trình thủy 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, hóa học, cơ học cũng như những tính
chất đặc trưng khác nhau của chúng để từ đó có các phương pháp khai thác, chế tạo, sử dụng,
bảo quản vật liệu hợp lý.
1.1.2. Phân loại vật liệu xây dựng
a) Theo thành phần vật liệu
- Vật liệu vô cơ: Các vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu nung (gạch, ngói…), các loại chất
kết dính vô cơ, bê tông, vữa các loại,…
- Vật liệu hữu cơ: Các vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa, các loại keo và chất dẻo, các loại
sơn, vecni,…
- Vật liệu kim loại: Các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, kim loại màu, hợp
kim…

b) 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, ...
c) Theo cấu trúc vật liệu
- Cấu trúc vĩ mô: Dựa vào hình dạng bên ngoài của vật liệu có thể phân loại

VLXD như sau:
+ Vật liệu đá nhân tạo đặc;
+ Vật liệu cấu tạo rỗng;
+ Vật liệu cấu tạo dạng sợi;
+ Vật liệu có cấu trúc dạng lớp;
+ Vật liệu hạt.
- Cấu trúc vi mô:
+ 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.
- 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.
1.2. Các tính chất vật lý của vật liệu
1.2.1. Các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc của vật liệu
a) 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 chắc (không có lỗ rỗng).
Ký hiệu là γa , đơn vị g/cm3 và được tính theo công thức:
γa =

Gk
Va

, (g/cm3)

(1.1)

Trong đó: - Gk: Là khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (g);
- Va: Là 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.
- Cách xác định:
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).

Hình 1.1. Tủ sấy

Hình 1.2. Cân kỹ thuật

- Xác định khối lượng vật liệu khô hoàn toàn (G k): Vật liệu được sấy ở nhiệt
độ 105 oC ÷ 110 oC trong tủ sấy cho tới khi chênh lệch giữa hai lần cân kỹ thuật
không vượt quá 0,1% khối lượng. Thời gian giữa hai lần cân liên tiếp không ít hơn 30
phút.


Hình 1.3. Bình tỷ trọng
Hình 1.4. Thước kẹp
Hình 1.5. Phù kế
- Xác định thể tích vật liệu hoàn toàn đặc (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: 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 được xem là hoàn toàn đặc có dạng bất kỳ: Phương pháp xác định
dựa vào phương pháp chiếm chỗ trong 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 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.
- Ý nghĩa của khối lượng riêng:
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…
b) Khối lượng thể tích
- Khái niệm:

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).
Khối lượng thể tích được ký hiệu là γo và được tính theo công thức:
γo =

Gk
, (g/cm3)
Vo

Trong đó: - Gk là khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn, (g);

(1.2)

- Vo là thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên, đã được sấy khô,
3

(cm ).
Bên cạnh khối lượng thể tích tiêu chuẩn còn sử dụng khối lượng thể tích ẩm của
w
vật liệu, ký hiệu là γ 0 đơn vị g/cm3 và xác định theo công thức:
γ ow =

Gw
, (g/cm3)
Vow

(1.3)

Trong đó: - Gw là khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên, có kể đến lượng nước
bên trong, (g);
w
- V o là thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên, có kể đến
lượng nước bên trong (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 có khái niệm khối lượng thể tích xốp khi xét
đến cả phần thể tích rỗng nằm giữa các hạt, ký hiệu γ o .
G
γ ox = VL , (g/cm3)
Vth
x

(1.4)

Trong đó: - GVL là khối lượng vật liệu trong thùng đong, (g);
- Vth là thể tích của thùng đong chứa vật liệu, (cm3).
- Cách xác định:

Để xác định khối lượng thể tích của vật liệu cần xác định khối lượng vật liệu
khô hoàn toàn (Gk) hoặc khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên (G w) và thể tích tự
nhiên của vật liệu (Vo).
+ Xác định khối lượng vật liệu khô hoàn toàn (G k): Dùng cân kỹ thuật để cân
mẫu vật liệu đã được sấy khô hoàn toàn.
+ Xác định khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên (Gw): Dùng cân kỹ thuật để cân
mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lượng nước bên trong mẫu vật liệu).
+ Thể tích tự nhiên (Vo) được xác định tùy theo loại vật liệu cụ thể.
* Với vật liệu có dạng hình học (khối lập phương, khối hình hộp chữ nhật, hình
trụ,..) hoặc đã gia công thành dạng: 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 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 phần 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, vật liệu được đổ theo
máng nghiêng 45o đặt cao trên miệng thùng đong 10cm 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).
- Ý nghĩa của khối lượng thể tích:
Khối lượng thể tích của các loại vật liệu thay đổi trong phạm vi rất rộng, nó phụ
thuộc thành phần cấu trúc bản thân vật liệu. Khối lượng thể tích xốp của vật liệu rời

x
rạc ( γ o ) 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 hút nước, cường độ, mức độ truyền nhiệt. Ngoài ra, có thể 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…
c) Độ đặc, độ rỗng
- Khái niệm:
+ 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, đơn vị %, được tính theo công thức:
Va
γo
đ = .100%
hoặc đ = .100% , (%)
(1.5)
Vo
γa
+ Độ rỗng là tỷ lệ giữa thể tích phần lỗ rỗng có trong vật liệu và thể tích tự nhiên của
vật liệu.
Độ rỗng ký hiệu là r, đơn vị %, được tính theo công thức:
r=

Vr
.100% (%)
Vo

(1.6)

Trong đó: - Vr là thể tích lỗ rỗng có trong vật liệu, (cm3);
- Vo là thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên, (cm3).

Vì Vr = Vo – Va nên:
V −V
V
γ
r = o a .100% = (1 − a ).100% = (1 − o ).100% = 100% − đ
Vo
Vo
γa
- Cách xác định:
Độ rỗng thường được xác định gián tiếp qua Vo và Va hoặc γo và γa.
- Phân loại lỗ rỗng:
+ 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.
- Ảnh hưởng của độ đặc, độ rỗng tới các tính chất khác của vật liệu:
Độ rỗng trong vật liệu thay đổi trong phạm vi rất rộng, ví dụ: độ rỗng của gạch đất sét
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. Các lỗ rỗng hở làm tăng độ thấm nước và
độ hút nước, giảm khả năng chịu lực. Tuy nhiên trong các vật liệu và sản phầm 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 một số tính chất của vật liệu như: độ chịu lực, tính
chống thấm, các tính chất có liên quan đến hút nước, cách âm, cách nhiệt,…
Bảng 1. Khối lượng riêng, khối lượng thể tích và độ rỗng của một số vật liệu


Tên vật liệu
Bê tông xi măng nặng
Bê tông xi măng nhẹ
Bê tông xi măng tổ

ong
Bê tông atphan
Gạch đất sét thường
Gạch đất sét rỗng ruột
Đá vôi đặc
Đá vôi vỏ sò
Cát xây dựng
Thủy tinh đặc
Kính xốp
Nhôm
Thép xây dựng
...

Khối lượng riêng
γa (g/cm3)

Khối lượng thể tích
γo (g/cm3)

Độ rỗng
r (%)

2,6
2,6

2,2 ÷ 2,5
0,5 ÷ 1,8

3,8 ÷ 15,4
30,8 ÷ 80,8

2,6

0,5

80,8

2,6
2,65 ÷ 2,7
2,65 ÷ 2,7
2,6 ÷ 2,7
2,6 ÷ 2,7
2,6
2,6
2,6
2,6
7,85

2,1 ÷ 2,2
1,6 ÷ 1,9
1,3 ÷ 1,45
1,6 ÷ 2,1
1,1 ÷ 1,6
1,5 ÷ 1,73
2,6
0,3 ÷ 0,5
2,6
7,85

15,4 ÷ 19,2

28,3 ÷ 40,7
45,3 ÷ 51,9
12,9 ÷ 40,7
38,5 ÷ 59,3
33,5 ÷ 42,3
0
80,8 ÷ 88,5
0
0

d) Độ mịn
- Khái niệm:
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.
- Cách xác định:
Độ mịn của vật liệu dạng hạt có thể được đánh giá bằng cách sàng chúng
bằng các cỡ sàng có đường kính quy định theo tiêu chuẩn rồi tính tỷ lệ khối
lượng hạt lọt qua sàng (%).
Độ mịn còn có thể được đánh giá bằng diện tích bề mặt riêng (tổng diện tích bề mặt
của tất cả các hạt vật liệu có trong 1g vật liệu đó, đơn vị đo, cm 2/g) hay bằng khả năng lắng
đọng trong chất lỏng …
- Ảnh hưởng của độ mịn đến tính chất của vật liệu:
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, tùy từng vật liệu và mục đích sử dụng
mà tăng 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,…).
1.2.2. Các tính chất có liên quan đến nước
a) Nước ở trong vật liệu

Trong vật liệu luôn chứa một lượng nước nhất định. Tùy 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 khác nhau. Dựa vào mức độ liên kết đó, nước trong vật được chia thành 3 loại:
Nước hóa học, nước hóa lý và nước cơ học.

- Nước hoá học: Là nước tham gia vào thành phần của vật liệu, có liên kết bền
với vật liệu. Nước hoá học chỉ bay hơi ở nhiệt độ cao (trên 500 °C). Khi nước hoá
học mất thì tính chất hóa học của vật liệu bị thay đổi lớn.


- Nước hoá lý (nước hấp phụ): Là nước có liên kết với vật liệu bằng lực hút
phân tử Vandecvan hoặc lực hút 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 (độ ẩm, nhiệt độ), khi đó nó biến thành hơi, ở mức độ nào đó, sự biến đổi này
làm thay đổi tính chất của vật liệu.
- Nước cơ học (nước tự do): Loại này gần như không có liên kết với vật liệu, dễ
dàng thay đổi ngay trong điều kiện thường. Khi nước cơ học thay đổi, không làm
thay đổi tính chất của vật liệu.
b) Độ ẩm
- Khái niệm:
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 lượng nước tự nhiên có trong vật liệu với
khối lượng vật liệu khô.
Độ ẩm ký hiệu là W, đơn vị là % và được tính theo công thức:
G
W = n .100% ,(%)
(1.7)
Gk
Gw − Gk

.100% ,(%)
Hay W =
Gk
G
Gk = w
Từ đó:
Gw = Gk.(1 + W) và
(1.8)
1+ W
Trong đó:
- Gn: Là khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm, (g);
- Gk: Là khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn, (g);
- Gw: Là khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên kể cả lượng nước bên trong, (g).
- Cách xác định:
Lấy mẫu vật liệu, cân mẫu ở trạng thái tự nhiên tại thời điểm thí nghiệm. Sấy khô mẫu
đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ 105 oC ÷ 110 oC, cân xác định khối lượng vật liệu khô
rồi tính theo công thức.
- Tính hút ẩm:
Khi để vật liệu trong môi trường không khí, tùy thuộc độ ẩm, nhiệt độ, áp suất không
khí vật liệu có thể hút hoặc nhả hơi ẩm làm thay đổi độ ẩm của vật liệu. Mức độ hút ẩm và
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.
Đặc biệt, đối với một số vật liệu hữu cơ hay vô cơ khi bị thay đổi độ ẩm thì kích thước
và thể tích vật liệu cũng bị thay đổi. Khi độ ẩm giảm, vật liệu co lại do chiều dày lớp nước
hấp phụ quanh các phần tử vật liệu giảm xuống, các phần tử xích lại gần nhau, nó khác với
sự bay hơi nước tự do trong các lỗ rỗng lớn không làm các phần tử xích lại gần nhau nên tuy
giảm độ ẩm nhưng không gây co. Khi độ ẩm tăng, vật liệu nở ra do các phần tử nước có cực

xâm nhập vào khe hở giữa các phần tử và đẩy chúng xa nhau, chiều dày lớp nước hấp phụ
tăng lên.


Vì vậy, trong một số trường hợp người ta phải xác định tính chất của vật liệu trong các
điều kiện độ ẩm nhất định.
c) Độ hút nước
- Khái niệm:
Độ hút nước là khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều kiện thường.
Độ hút nước được xác định theo khối lượng hoặc theo thể tích:
+ Độ hút nước theo khối lượng: Ký hiệu là H p, đơn vị % và được xác định theo công
thức:
G
G − Gk
H p = n .100% = w
.100% , (%)
(1.9)
Gk
Gk
- Độ hút nước theo thể tích: Ký hiệu là Hv, đơn vị % và được tính theo công thức:
V
(G − Gk ) γ 0
H v = n .100% = w
. .100% , (%)
(1.10)
V0
γ an
Gk
Trong đó:
- Gk: Là khối lượng của mẫu vật liệu khô hoàn toàn, (g);

- Gw: Là khối lượng của mẫu vật liệu sau khi ngâm nước, (g);
- Gn: Là khối lượng nước mà mẫu vật liệu hút vào sau khi đã ngâm nước, (cm3);
- γan: Là khối lượng riêng của nước; γan ≈ 1 (g/cm3).
Độ hút nước theo khối lượng và độ hút nước theo thể tích có quan hệ với nhau:
V
(G − Gk ) γ o
γ
H v = n .100% = w
. .100% = H p . o
(1.11)
V0
γ an
Gk
γ an
- Cách xác định:
Sấy khô mẫu vật liệu để xác định khối lượng khô hoàn toàn, ngâm mẫu vật liệu đã
được sấy khô vào nước ở nhiệt độ 27 oC ± 5 oC. Sau khi vật liệu hút no nước, vớt mẫu vật
liệu ra lau khô bề mặt mẫu vật liệu và cân xác định khối khối lượng vật liệu ẩm rồi tính độ
hút nước theo công thức.
Tùy từng loại vật liệu mà thời gian ngâm mẫu khác nhau. Thời gian ngâm mẫu thí
nghiệm được quy định trong các quy trình. Ví dụ: thời gian ngâm mẫu đá dăm có kích thước
hạt không lớn hơn 40 mm là (24 ± 4) giờ (TCVN 7572-4:2006), kích thước hạt lớn hơn 40
mm là 48 giờ (TCVN 7572-5:2006)...
- Các yếu tố ảnh hưởng và ý nghĩa của độ hút nước:
Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính của lỗ rỗng, bản chất ưa
nước hay kỵ nước của vật liệu. Do nước chỉ có thể chui vào các lỗ rỗng hở nên độ hút nước
luôn luôn nhỏ hơn độ rỗng của vật liệu.
Độ hút nước được tạo thành khi ngâm trực tiếp vật liệu vào nước, do đó với cùng một
mẫu vật liệu đem thí nghiệm thì độ hút nước lớn hơn độ ẩm.
Khi độ hút nước tăng lên sẽ làm cho thể tích của một số vật liệu tăng và khả năng thu

nhiệt tăng nhưng cường độ chịu lực và khả năng cách nhiệt giảm đi.
d) Độ bão hòa nước
- Khái niệm:
Độ bão hòa nước là độ hút nước cực đại của vật liệu trong điều kiện cưỡng bức (bằng
nhiệt độ hoặc áp suất).
Độ bão hòa nước được xác định thông qua độ hút nước bão hòa theo khối lượng, độ
hút nước bão hòa theo thể tích hoặc hệ số bão hòa nước.


+ Độ hút nước bão hòa theo khối lượng ký hiệu là Hpbh, đơn vị %, tính theo công thức:
Gnbh
Gwbh − Gk
H bh
=
.100%
=
.100% ,(%)
(1.12)
p
Gk
Gk
+ Độ hút nước bão hòa theo thể tích ký hiệu là Hvbh, đơn vị %, tính theo công thức:
Vnbh
(Gwbh − Gk ) γ o
bh
Hv =
.100% =
. 100% ,(%)
(1.13)
V0

γ an
Gk
Trong đó:
- Gk: Là khối lượng của mẫu vật liệu khô hoàn toàn, (g);
bh
- Gw : Là khối lượng của mẫu vật liệu sau khi ngâm nước bão hòa, (g);
- Gnbh: Là khối lượng nước mà vật liệu đã hút vào khi ngâm nước bão hòa, (g);
- Vnbh: Là thể tích nước mà mẫu vật liệu đã hút vào sau khi ngâm nước bão hòa,
(cm3);
- γan: Là khối lượng riêng của nước.
+ Hệ số bão hòa nước: Là tỷ lệ giữa lượng nước mà vật liệu đã hút được ở trạng thái
cưỡng bức với thể tích lỗ rỗng của vật liệu. Hệ số bão hòa nước ký hiệu là C bh là đại lượng
không thứ nguyên được xác định theo công thức:
V bh H bh
Cbh = n = v
(1.14)
Vr
r

Cbh có thể thay đổi từ 0 (khi tất cả lỗ rỗng trong vật liệu đều kín) đến 1 (khi tất
cả lỗ rỗng trong vật liệu đều hở). Hệ số bão hòa lớn tức là trong vật liệu có nhiều lỗ
rỗng hở.
- Cách xác định:
Để xác định độ bão hòa nước phải tạo điều kiện cho vật liệu hút nước tối đa
bằng việc thực hiện một trong hai phương pháp cưỡng bức theo nhiệt độ hay theo áp
suất.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bão hòa nước:
Độ bão hòa nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính của lỗ rỗng, bản
chất ưa nước hay kỵ nước của vật liệu.
- Ảnh hưởng của độ bão hòa nước đến tính chất vật liệu:

Khi vật liệu bị bão hòa nước sẽ làm cho thể tích vật liệu và khả năng dẫn nhiệt
tăng, nhưng khả năng cách nhiệt và đặc biệt là cường độ chịu lực (độ bền nước) thì
giảm đi. Do đó mức độ bền nước của vật liệu được đánh giá bằng hệ số mềm.
Hệ số mềm (còn gọi là hệ số bền nước) là tỷ lệ giữa cường độ của mẫu vật liệu
khi bão hòa nước (Rbh) và cường độ của mẫu vật liệu khi khô hoàn toàn (Rk).
e) Tính thấm và chống thấm nước
- Khái niệm:
+ Tính thấm nước là tính chất của vật liệu cho nước thấm qua chiều dày của nó khi
giữa hai bề mặt đối xứng có chênh lệch về áp suất thủy tĩnh.
+ Tính chống thấm là khả năng của vật liệu ngăn không cho nước thấm qua chiều dày
của nó khi giữa hai bề mặt đối xứng có sự chênh lệch về áp suất thủy tĩnh.
- Cách xác định:


+ Tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ số thấm Kth:
Vn .a
K th =
, (m/h)
(1.15)
F .( p1 − p2 ).t
Trong đó: - Vn: Là thể tích nước thấm qua khối vật liệu, (m3);
- a: Là chiều dày khối vật liệu, (m);
- F: Là diện tích khối vật liệu mà nước thấm qua, (m2);
- t: Là thời gian nước thấm qua khối vật liệu, (giờ);
- p1, p2: Là độ chênh chệch áp lực thủy tĩnh hai mặt tường (mét cột nước).
Về mặt trị số, Kth là thể tích nước (m3) thấm qua 1 bức tường có diện tích F = 1 m2, chiều dày
a = 1 m, sau khoảng thời gian t = 1 giờ và độ chênh lệch áp lực thủy tĩnh (chênh cột nước) hai mặt
tường là p1 – p2 = 1 atm.
Tính chống thấm được biểu thị thông qua các mác chống thấm. Mác chống thấm được
đánh giá bằng áp lực nước lớn nhất mà khi nó chưa thấm qua được mẫu vật liệu có kích thước

quy định trong một khoảng thời gian quy định.
B¬mn í c
mÉu

mÉu

B¬mn í c
Hình 1.6. Xác định tính chống thấm

Với mẫu thí nghiệm có dạng hình trụ, khối: Các mặt bên của mẫu được bọc vật liệu
cách nước, trên dưới để trống. Áp lực nước ban đầu p o, sau t giờ tăng áp lực nước Δp nữa
cho đến khi xuất hiện vết thấm.
Với mẫu thí nghiệm hình tròn có chiều dày bằng mẫu chiều dày làm việc. Mức
nước ban đầu (chiều cao cột nước) là 100 mm được giữ trong 5 phút, sau đó cứ t phút
tăng thêm mực nước Δ h cho đến khi xuất hiện vết thấm.
- Yếu tố ảnh hưởng và ý nghĩa của tính thấm và chống thấm
+ Mức độ thấm và khả năng chống thấm của vật liệu phụ thuộc vào cấu tạo bản thân
vật liệu (độ đặc, độ rỗng, tính chất lỗ rỗng), bản chất ưa nước hay kỵ nước của vật liệu.
+ Sự thấm còn phụ thuộc vào áp lực nước tác dụng lên vật liệu và thời gian thấm.
+ Tính thấm đặc biệt quan trọng đối với vật liệu làm việc trong môi trường chịu ảnh
hưởng của mưa gió, thường xuyên ẩm ướt hoặc trong nước (công trình thủy công).
1.2.4. Các tính chất liên quan đến nhiệt
a) Tính dẫn nhiệt
- Khái niệm:
Tính dẫn nhiệt của vật liệu là tính chất để cho nhiệt truyền qua từ phía có nhiệt độ cao
sang phía có nhiệt độ thấp (truyền qua từ mặt này sang mặt khác).
Nhiệt lượng truyền qua vật liệu được tính theo công thức:
F .∆t.τ
Q = λ.
, (kCal)

(1.16)
δ
Trong đó: - λ là hệ số truyền nhiệt của vật liệu, (kCal/m/oC.h);
- F là diện tích bề mặt cả tấm vật liệu, (m2);


- Δt là chênh lệch nhiệt độ 2 bên khối vật liệu, (oC);
- τ là thời gian truyền nhiệt, (giờ);
- δ là chiều dày khối vật liệu, (m).
- Các yếu tố ảnh hưởng đến tính truyền nhiệt:
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc loại vật liệu, cấu trúc, độ ẩm và nhiệt độ trung bình của vật
liệu.
+ Vật liệu càng rỗng, dẫn nhiệt càng kém (cách nhiệt tốt) do độ dẫn nhiệt của không
khí rất bé (λkk = 0,02 kCal/m.oC.h) so với độ dẫn nhiệt của vật rắn.
+ Vật liệu càng ẩm thì dẫn nhiệt càng tốt vì độ dẫn nhiệt của nước lớn gấp 25 lần của
không khí (λnước = 0,51 kCal/m.oC.h).
+ Khi nhiệt độ bình quân giữa hai mặt tấm tường tăng thì độ dẫn nhiệt cũng lớn.
Trong thực tế, hệ số dẫn nhiệt được dùng để lựa chọn vật liệu cho các kết cấu bao che,
tính toán kết cấu để bảo vệ các thiết bị nhiệt.
- Giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số loại vật liệu thông thường:
+ Bê tông nặng:
λ = (1,0 ÷ 1,3) kCal/m.oC.h;
+ Bê tông nhẹ:
λ = (0,20 ÷ 0,3) kCal/m.oC.h;
+ Gỗ:
λ = (0,15 ÷ 0,2) kCal/m.oC.h;
+ Gạch đất sét đặc: λ = (0,5 ÷ 0,7) kCal/m.oC.h;
+ Gạch đất sét rỗng: λ = (0,3 ÷ 0,4) kCal/m.oC.h;
+ Thép xây dựng:
λ = 50 kCal/m.oC.h.

b) Nhiệt dung và nhiệt dung riêng
- Khái niệm: Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật thu vào khi được đun nóng.
Nhiệt lượng vật liệu thu vào, ký hiệu là Q, đơn vị kCal và được xác định theo công
thức:
Q = C.G.(t2 – t1) , (kCal)
(1.17)
Trong đó:
- C là nhiệt dung riêng của vật liệu, (kCal/kg.oC);
- t1, t2 là nhiệt độ của vật liệu sau và trước khi đun nóng, (oC);
Vậy nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần để đun nóng 1kg vật liệu tăng thêm 1oC.
Nhiệt dung riêng ký hiệu là C, đơn vị kCal/kg.oC và xác định theo công thức:
Q
C=
, (kCal/kg.oC)
(1.18)
G.(t2 − t1 )
- Yếu tố ảnh hưởng đến tính truyền nhiệt và ứng dụng:
Nhiệt dung và nhiệt dung riêng của vật liệu phụ thuộc vào loại vật liệu, thành phần của
vật liệu và độ ẩm.
+ Khi độ ẩm tăng thì nhiệt dung riêng tăng lên.
+ Khi vật liệu hỗn hợp bao gồm nhiều vật liệu thì nhiệt dung riêng được tính trung
bình tùy thuộc tỷ lệ các chất có trong hỗn hợp.
G .C + G2 .C2 + .... + Gn .Cn
C= 1 1
(1.19)
G1 + G2 + ... + G n
Trong đó: - G1, G2,... là khối lượng vật liệu thành phần thứ 1, 2, ..., (kg);
- C1, C2, ... là nhiệt dung riêng của vật liệu thành phần thứ 1, 2, ...,

(kCal/kg.oC).

Các chỉ tiêu nhiệt dung và nhiệt dung riêng được dùng khi tính toán và lựa chọn
phương pháp gia công nhiệt đối với các loại vật liệu xây dựng hoặc khi lựa chọn vật liệu sử
dụng trong các trạm nhiệt, lò nung...


c) Tính chống cháy
- Khái niệm:
Tính chống cháy là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn lửa trong một
thời gian nhất định.
- Phân loại:
Dựa vào khả năng chống cháy chia vật liệu làm các nhóm sau:
+ Vật liệu không cháy;
+ Vật liệu không cháy nhưng biến hình;
+ Vật liệu không cháy nhưng bị phân hủy;
+ Vật liệu khó cháy;
+ Vật liệu dễ cháy.
d) Tính chịu lửa
- Khái niệm:
Tính chịu lửa là khả năng vật liệu chịu đựng được tác dùng lâu dài của nhiệt độ cao mà
không chảy và biến hình.
- Phân loại:
Dựa vào khả năng chịu lửa chia vật liệu làm ba nhóm:
+ Vật liệu chịu lửa: Chịu được nhiệt độ ≥ 1580 oC, dùng để lót bên trong các lò nung
công nghiệp;
+ Vật liệu khó cháy: Chịu được nhiệt độ từ 1350 oC ÷ 1580 oC. Đó là những loại gạch
đặc biệt để xây lò và xây ống khói;
+ Vật liệu dễ chảy: Chịu được nhiệt thấp hơn 1350 oC.
1.3. Tính chất cơ học của vật liệu

1.3.1. Tính biến dạng của vật liệu

a) Khái niệm
Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dáng, kích
thước dưới sự tác dụng của tải trọng bên ngoài.
b) Phân loại biến dạng
- Căn cứ vào khả năng phục hồi biến dạng:
+ Biến dạng đàn hồi: Là biến dạng bị triệt tiêu hoàn toàn khi bỏ ngoại lực tác dụng. Tính
chất hồi phục về hình dáng và kích thước ban đầu của vật liệu sau khi bỏ ngoại lực gọi là tính
đàn hồi.

Biến dạng đàn hồi thường xảy ra khi tải trọng tác dụng bé chưa vượt quá lực
tương tác giữa các chất điểm trong vật liệu.
+ Biến dạng dẻo (biến dạng dư): Là biến dạng của vật liệu xảy ra khi chịu tác
dụng của ngoại lực mà sau khi bỏ ngoại lực đi thì hình dạng cũ không được phục hồi.
Nguyên nhân của biến dạng dẻo là lực tác dụng đã vượt quá lực tương tác giữa
các chất điểm, phá vỡ cấu trúc của vật liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tương
đối do đó biến dạng vẫn còn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực.
- Căn cứ vào thời điểm xuất hiện biến dạng:
+ Biến dạng tức thời: Biến dạng xuất hiện ngay sau khi đặt lực tác dụng.
+ Biến dạng theo thời gian: Biến dạng chỉ xuất hiện sau một thời gian chịu lực.


c) Phân loại vật liệu theo biến dạng
Căn cứ vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng, hay nói cách khác căn cứ vào
hiện tượng biến dạng tới trước khi bị phá hoại, chia vật liệu thành:
- Vật liệu có tính dẻo: Là vật liệu mà từ khi đặt lực cho đến trước khi bị phá
hoại quan sát được biến dạng dẻo rất rõ ràng. Ví dụ: thép ít cacbon, bitum...
- Vật liệu có tính giòn: Là vật liệu mà từ khi đặt lực cho đến trước khi bị phá
hoại không quan sát thấy biến dạng một cách rõ ràng. Ví dụ: gang, đá thiên nhiên, bê
tông, gạch...
- Vật liệu có tính đàn hồi: Là vật liệu mà khả năng biến dạng đàn hồi lớn hơn

khả năng biến dạng dẻo.
Tính dẻo hay tính giòn của vật liệu có thể thay đổi tùy theo các yếu tố: nhiệt độ,
độ ẩm, tốc độ gia tải...
Ví dụ: bitum khi kéo ở nhiệt độ cao là vật liệu dẻo, khi kéo ở nhiệt độ thấp là
vật liệu giòn ...

Hình 1.7. Sơ đồ biến dạng
a. Thép b. Bêtông c. Chất đàn hồi

1.3.2. Cường độ
a) Khái niệm
Cường độ của vật liệu là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại của ứng
suất xuất hiện trong vật liệu do ngoại lực tác dụng hoặc do điều kiện môi trường.
Cường độ của vật liệu được ký hiệu là R, đơn vị Mpa (hoặc N/mm 2 hoặc
daN/cm2) và được biểu thị bằng ứng suất tới hạn trước khi mẫu vật liệu bị phá hoại.
Kết cấu xây dựng chịu nhiều loại tải trọng tác dụng khác nhau như kéo, nén,
uốn, cắt, trượt, sự thay đổi nhiệt độ, áp suất... do đó có nhiều loại cường độ khác
nhau.
- Cường độ tiêu chuẩn: Là cường độ của vật liệu khi mẫu vật liệu có hình dáng
kích thước chuẩn, được chế tạo, bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn và thí nghiệm
theo phương pháp tiêu chuẩn được quy định riêng cho từng vật liệu. Ký hiệu Rtc.
- Mác vật liệu: Đối với những vật liệu mà cường độ là chỉ tiêu quan trọng nhất
để đánh giá chất lượng thì dựa vào cường độ tiêu chuẩn người ta định ra mác của
vật liệu xây dựng.


Mác của vật liệu là đại lượng có đơn vị tính tiêu chuẩn đã được quy định trong
các Tiêu chuẩn Nhà nước (ký hiệu TCVN..., TCXD..., TCXDVN...) hoặc Tiêu chuẩn
ngành (ký hiệu ...TCN...), vì vậy khi nói mác vật liệu thường không nói đến thứ
nguyên của nó. Việc xác định mác của vật liệu giòn dựa vào cường độ chịu nén, còn

mác của vật liệu dẻo dựa vào cường độ chịu kéo.
Ví dụ: Bê tông xi măng có mác M10; M12,5; M15; M20;... tương ứng cường
độ chịu nén của bê tông ở tuổi 28 ngày đạt giá trị tối thiểu là 10; 12,5; 15; 20,...
(N/mm2).
Xi măng pooclăng hỗn hợp có mác PCB30, PCB40,...tương ứng cường độ chịu
nén của đá xi măng ở 28 ngày tuổi đạt giá trị tối thiểu là 30, 40,... (N/mm2).
- Cường độ tính toán: Trong tính toán thiết kế công trình để đảm bảo an toàn,
loại trừ các sai số do thực tế vật liệu làm việc trong những điều kiện tiêu chuẩn
trong các thí nghiệm, chỉ được phép sử dụng cường độ tính toán (R tt) có trị số nhỏ
hơn cường độ giới hạn của vật liệu theo thí nghiệm là (Rgh).
Rtt =

Rgh
K

(1.20)
Hệ số K > 1 được gọi là hệ số an toàn, K càng lớn công trình càng bền vững
song chi phí xây dựng càng tốn kém. Lựa chọn K tùy thuộc vào mức độ chính xác
tính toán, trình độ nắm chắc tính chất của vật liệu, mức độ thành thạo trong thi công,
yêu cầu tuổi thọ công trình...
- Hệ số phẩm chất: Là đại lượng dùng để đánh giá chất lượng vật liệu dùng cho
công trình khẩu độ lớn, chịu lực lớn, tháo lắp cơ động... Hệ số phẩm chất đặc trưng
bằng tỷ số cường độ tiêu chuẩn và cường độ thể tích tiêu chuẩn.
K pc =

Rtc
γ otc

(1.21)
Vật liệu có hệ số phẩm chất càng lớn thì kết cấu xây dựng càng nhẹ và chịu lực

càng càng tốt.
b) Phương pháp xác định cường độ
- Phương pháp phá hoại mẫu thí nghiệm (phương pháp trực tiếp)
Cường độ có thể xác định bằng phương pháp phá hoại mẫu. Theo phương pháp
này, dùng mẫu thí nghiệm đã được gia công theo tiêu chuẩn lên máy gia tải và tiến
hành gia tăng tải trọng cho đến khi mẫu thí nghiệm bị phá hoại.
Phương pháp này phù hợp các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm theo các mẫu
vật liệu được lựa chọn theo yêu cầu quy phạm hoặc chế tạo theo điều kiện thi công
(mẫu bê tông xi măng, bê tông atphan, vữa,...) hoặc lấy trực tiếp trong một số vị trí
cho phép của công trình xây dựng.


- Phương pháp không phá hoại mẫu (phương pháp gián tiếp)
Là phương pháp xác định cường độ vật liệu mà không cho phép phá hoại mẫu thử.
Dựa trên nguyên tắc xác định, phương pháp không phá hoại chia thành 2 nhóm:
+ Nhóm theo nguyên tắc cơ học: Tác dụng tải trọng sâu vào bề mặt vật liệu rồi đo
trị số biến dạng dẻo, thông số đo là độ cứng hay biến dạng cục bộ (búa bi, búa có thanh
chuẩn) hoặc tác dụng tải trọng va chạm vào bề mặt vật liệu, dựa vào nguyên tắc nẩy bật
đàn hồi tính ra khỏi bề mặt vật liệu, thông số đo là trị số bật nẩy do phản lực từ mặt vật
liệu tạo ra khi có tác dụng cơ học (súng bật nẩy). Đem các thông số đo được đối chiếu
với các đồ thị chuẩn tương ứng của dụng cụ để suy ra cường độ của vật liệu.
+ Nhóm theo nguyên tắc vật lý: Dựa vào quy luật lan truyền của xung điện, tia
phóng xạ hay sóng siêu âm khi đi qua vật liệu để xác định mật độ, tần số dao động riêng
hay vận tốc truyền sóng. Đem đối chiếu các thông số đo với các đồ thị chuẩn để xác định
cường độ của vật liệu. Dụng cụ đo: máy siêu âm bê tông, máy siêu âm thép,...

Hình 1.8. Máy nén xác định
cường độ vật liệu

Hình 1.10. Xác định định độ cứng

bề mặt vật liệu

Hình 1.9. Máy uốn xác định
cường độ vật liệu

Hình 1.11. Xác định cường độ vật liệu
bằng máy siêu âm

c) Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu


Cường độ vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Thành phần cấu trúc vật liệu,
hình dạng kích thước mẫu thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm, điều kiện môi
trường...
Hình dáng kích thước mẫu và công thức tính khi xác định cường độ chịu lực
của một số loại vật liệu được mô tả trong bảng 1.2.
Bảng 1.2. Hình dáng kích thước một số mẫu thí nghiệm tiêu chuẩn

Hình dáng
Công
mẫu
thức
Cường độ chịu nén

a

Rn =

a

P
a2

d

h

h

4P
Rn =
πd2

P
a2

Tiêu chuẩn xác định

Kích thước mẫu
(mm)

Bê tông
Vữa XD
Đá thiên
nhiên

TCVN 3118:1993
TCVN 3121-11:2003

a = 150 (100, 200)

a = 70,7

TCVN 7572-10:2006

a = 40 ÷ 50

Bê tông

TCVN 3118:1993

TCVN 5276:1993

Đá thiên
nhiên

TCVN 363:1970

Gỗ

TCVN 6355-1:1998

d = 150 (100, 200)

h = 300 (200,
400)
d = 40 ÷ 50
h = 40 ÷ 50
a = 20

h = 30

a

Rn =

Vật liệu

a

Gạch

TCVN 63551:1998

a = 105

b = 103
h = 130

b

h

P
Rn =
a.b
a

Cường độ chịu uốn

P

l2
l

l2

TCVN 6016:1995
Xi măng
3Pl
Ru =
2bh 2
Gạch đặc

Ru =

Pl
bh 2

Bê tông

Hình hộp chữ nhật

40 x 40 x 60
TCVN 6355-2:1998

Hình hộp chữ nhật
220 x 105 x 60

TCVN 3119:1993

Hình hộp chữ nhật
150 x 150 x 600


Hình dáng
mẫu

P

Công
thức

Vật liệu

Tiêu chuẩn xác định

Kích thước mẫu
(mm)

Gỗ

TCVN 365:1970

Hình hộp chữ nhật
20 x 20 x 30

Gỗ

TCVN 364:1970

Thép

TCVN 197:1985

P

l3 l3 l3
l
Cường độ chịu kéo
P

P

Rk =
a

P
ab

a x b = 4 x 20

l = 35

l

d
d
P

Rk =

4P
πd2

Thanh tròn,

đường kính d

P

1.3.3. Độ cứng

a) Khái niệm
Độ cứng của vật liệu là khả năng của vật liệu chống lại được sự xuyên đâm của
vật liệu khác cứng hơn nó.
Độ cứng của vật liệu là tính chất quan trọng với vật làm đường, trụ cầu, lát
sàn,... Độ cứng của vật liệu ảnh hưởng đến một số tính chất khác của vật liệu, vật liệu
càng cứng thì khả năng chống cọ mòn tốt nhưng khó gia công và ngược lại.
b) Cách xác định
- Phương pháp thang Mohs:
Để so sánh độ cứng của khoáng vật, thường dùng thang độ cứng tương đối do
Friedrich Mohs đưa ra vào năm 1812. Khoáng vật được chia ra làm 10 thang độ cứng tương
đối tăng dần từ 1 ÷ 10 (bảng 1.3). Trong thang độ cứng, đầu nhọn của khoáng vật đứng sau
có thể rạch được tất cả khoáng vật đứng trước nó.
Để nhận biết nhanh có thể căn cứ vào độ cứng của một số khoáng vật thường gặp như
móng tay có độ cứng 2,5; đồng xu bằng đồng có độ cứng 3,5; mảnh kính 5,5; lưỡi dao thép
5,5...
Để xác định độ cứng của vật liệu nào đó, lần lượt lấy các khoáng vật mẫu trong thang
Mohs rạch lên bề mặt vật liệu cần thử. Độ cứng của vật liệu sẽ tương đương với độ cứng của
khoáng vật nào đó mà khoáng vật đứng ngay trước nó không rạch được vật liệu, còn khoáng

vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được vật liệu.

Độ cứng của khoáng vật được xác định chỉ mang ý nghĩa định tính thể hiện
chúng hơn kém nhau về độ cứng, không có ý nghĩa định lượng chính xác.
- Phương pháp bi thép Brinen (Brinell)


Độ cứng của kim loại, gỗ, bê tông... có thể đánh giá theo phương pháp bi thép
Brinen dựa vào lực ép P = K.D 2 (daN) lên viên bi thép có đường kính D = 1; 2,5; 5; 10
mm và tạo ra vết lõm có đường kính d (mm) ở trên bề mặt vật liệu.
Bảng 1.3. Thang độ cứng Friedrich Mohs

Độ cứng
tương đối
(tuyệt đối)
1 (1)
2 (2)
3 (9)

Tên và công thức của khoáng
vật mẫu

Đặc điểm độ cứng
P

Mg3(Si4O10)(OH)2 Rạch dễ dàng bằng móng tay
Rạch được bằngDmóng tay
CaSO4.2H2O
Rạch dễ dàng bằng dao thép
CaCO3

Rạch được bằng dao thép khi ấn
CaF2
nhẹ
d
Rạch được bằng dao thép khi ấn
Ca5(PO4)3.F
mạnh

Tan (phấn)
Thạch cao
Canxit

4 (21)

Fluorit

5 (48)

Apatit

6 (72)
7 (100)
8 (200)
9 (400)

Octocla
Thạch anh
Topa
Corindon

10 (1500)

Kim cương C

K(AlSi3O8)
SiO2
Al2(SiO4)(F,OH)2
Al2O3

Làm xước kính
Rạch được kính theo mức độ
tăng dần

Độ cứng được xác định theo công thức:

HB =

P
2 KD 2
=
, (daN/mm2)
F π .D.( D − D 2 − d 2 )

(1.22)

Trong đó:
- F là diện tích chỏm cầu của vết lõm;
- D là dường kính bi thép (mm);

- D là đường kính vết lõm (mm);

- P = K.D2 là lực ép viên bi vào mẫu thí nghiệm (daN), phụ thuộc vào đường
kính viên bi và loại vật liệu;
- K là hệ số, tùy thuộc vào loại vật liệu, với kim loại đen K = 30, kim loại
màu K = 10, kim loại mềm K = 3.
Hình 1.12. Bi thép Brinen

- Phương pháp Rockwell

Dùng một hình nón bằng kim cương hoặc dùng một hòn bi thép có đường kính
D tác dụng sâu vào bề mặt vật liệu với tải trọng ban đầu là P o = 10 kg, tăng dần đến
tải trọng P1 sau đó khôi phục lại tải trọng ban đầu P o, đo biến dạng dư e còn lại trên
mẫu (tính theo đơn vị là 2μm).


P
1

120

1

0

3
2

3
2

Hình 1.22. Phương pháp xác định độ cứng Rockwell

Độ cứng được tính như sau (bảng 1.4):
Bảng 1.4. Xác định độ cứng theo phương pháp Rockwell

Dụng cụ
P1 (kg) Độ cứng
o
Hình nón kim cương góc mở 120 , bán
150
HRc = 100 – e
kính 0,2 mm
Bi có đường kính D = 1,59 mm
60
HRb = 130 – e
Bi có đường kính D = 1,59 mm
100
HRf = 130 – e
Bi có đường kính D = 3,175 mm
100
HRe = 130 - e
1.3.4. Độ hao mòn
Độ hao mòn là tổn thất khối lượng của các hạt cốt liệu khi bị va đập và mài mòn
trong thùng quay đựng mẫu cốt liệu và bi thép, tính bằng phần trăm (%) khối lượng.
Độ hao mòn xác định theo công thức:
Hm =

G − G1
.100% , (%)
G

(1.23)

Trong đó:
- Hm là độ hao mòn của vật liệu, (%);
- G là khối lượng mẫu trước khi thí nghiệm, (g);
- G1 là khối lượng mẫu sau khi thí nghiệm đã loại bỏ các hạt có đường kính
nhỏ lọt qua sàng có kích thước 1,7 mm, (g).
1.3.5. Độ mài mòn
Độ mài mòn là độ hao mòn khối lượng trên 1 đơn vị diện tích mẫu vật liệu bị
mài mòn liên tục trên máy thí nghiệm.
Độ mài mòn xác định theo công thức:
Mm =

G − G1
, (g/cm2)
F

Trong đó:

- Mm là độ mài mòn của vật liệu, (g/cm2);
- G là khối lượng mẫu thí nghiệm trước khi đem thí nghiệm, (g);
- G1 là khối lượng mẫu thí nghiệm sau khi thí nghiệm, (g);
- F là diện tích chịu mài mòn, (cm2).

(1.24)


- Cách xác định:
Độ mài mòn được xác định bằng cách mài mẫu thí nghiệm hình trụ đường kính d =
2,5 cm, chiều cao h = 5 cm trên máy mài quay 1000 vòng. Trong quá trình thí nghiệm mài

có rắc thêm 2,5 (l) cát thạch anh cỡ 0,3 ÷ 0,6 mm để tăng ma sát.
- Độ mài mòn phụ thuộc vào độ cứng, cường độ và cấu trúc của vật liệu. Độ mài
mòn có ý nghĩa trong việc lựa chọn và sử dụng vật liệu làm đường, lát sàn, cầu thang.
1.3.6. Tính chống va chạm
Tính chống va chạm là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hủy do tác dụng
của tải trọng va chạm gây ra và được biểu thị bằng công cần thiết để đập vỡ một đơn
vị thể tích mẫu vật liệu.
Để xác định khả năng chống va chạm của vật liệu phải sử dụng máy búa chuyên
dụng.
Độ bền chống va chạm có ý nghĩa trong việc lựa chọn và sử dụng vật liệu làm
đường, lát sàn.