Vật liệu xây dựng - chương 1

Bài giảng VLXD-Chương 1 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

1


Chương I: CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Gồm 2 phần:
- Các tính chất vật lý chủ yếu.
- Các tính chất cơ học chủ yếu.

I. Các tính chất vật lý chủ yếu:
1/ Khối lượng riêng:
a) Định nghĩa: Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc
(không có lỗ rỗng).
b) Ký hiệu: γ
a

c) Công thức:


+ Đơn vị:
- g/cm
3
: dùng chủ yếu trong phòng thí nghiệm.
- Kg/dm
3
, kg/m
3
, T/m
3

: dùng chuyển đổi.
Trong đó:
· m: Khối lượng của mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn khô (g).
· V
a
: Thể tích đặc tuyệt đối của mẫu vật liệu. (cm
3
, dm
3
, m
3
)
d) Phương pháp xác định γ
a
: tuỳ từng loại vật liệu mà có các phương pháp xác định khác
nhau:
- Đối với vật liệu hoàn toàn đặc và có kích thước hình học rõ ràng:
+ Đem cân mẫu để xác định m
+ Đo mẫu để xác định V
a

- Mẫu hoàn toàn đặc và có hình dạng bất kỳ thì:
+ Đem cân mẫu để xác định m
+ Tìm V của nước dời chỗ.
V
a
= V
2
-V
1

- Đối với những loại vật liệu rời rạc (cát), bột (xi măng…) thì:
+ Sử dụng bình tỷ trọng :
o Thí nghiệm xi măng dùng dung dịch: CCl
4
hay dầu hỏa.
⇒
12
VVV
x
a
−=


⇒

o Thí nghiệm cát: dùng dung dịch nước và cát nghiền mịn để tránh độ rỗng trong hạt
cát (dùng nước vì nước không làm thay đổi V của cát).
e) Các ứng dụng và phạm vi sử dụng:
- Dùng để tính độ đặc và độ rỗng của vật liệu.
- Dùng để tính toán cấp phối bê tông và vữa xây dựng.
- Dùng để phân biệt các vật liệu cùng loại. Ví dụ: vật liệu kim loại đen (gang, thép):
a
a
V
m
=
γ
a

a
V
m
=
γ
a
a
V
m
=
γ
a
a
V
m
=
γ








Bài giảng VLXD-Chương 1 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

2

A: Thép
B: Gang

B
a
A
a
γγ
>
⇒ A: thép
- Vài con số thí dụ về
γ
a
của một số loại vật liệu xây dựng
Bảng I-1
Tên vật liệu
γ
a
( kg/m
3
)
- Thép
- Ciment Portland
- Đá Granit(e)
- Cát thạch anh (SiO
2
)
- Gạch đất sét nung
- Kính xây dựng (Silicat)
- Đá vôi “đặc”

- Gỗ
7800-7900
2900-3100
2700-2800
2600-2700
2500-2800
2500-3000
2400-2600
1500-1600

2/ Khối lượng thể tích:
Định nghĩa: Khối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự
nhiên (có thể cả lỗ rỗng).
- Kí hiệu:
γ
0

- Công thức:


- Đơn vị: (g/cm
3
, Kg/dm
3
, Kg/m
3
, T/m
3
)
m- khối lượng mẫu vật liệu trong trạng thái hoàn toàn khô (g,kg,T)

V
0
: thể tích tự nhiên của mẫu vật liệu (cm
3
, dm
3
, m
3
)
- Phương pháp xác định:
Tuỳ từng loại vật liệu mà có các phương pháp xác định khác nhau:
+ Đối với các loại vật liệu có kích thước hình học rõ ràng thì:
•
Đem cân mẫu để xác định m
•
Đo mẫu để xác định V
0

+ Đối với mẫu có hình dạng bất kì thì:
•
Đem cân mẫu để xác định m
•
Bọc mẫu bằng paraffine
•
Tìm V
0
= cách xác định thể tích V nước dời chỗ.
V
mẫu
= V

2
-V
1
-V
b
Mà


⇒

+ Đối với những loại vật liệu dạng rời rạc: cát, xi măng, đá…dùng thùng có dung tích xác
định
*Phạm vi ứng dụng
γ
o

- Tính độ đặc và độ rỗng của vật liệu.
- Tính toán cấp phối bê tông và vữa xây dựng.
0
0
V
m
=
γ
0
0
V
m
=
γ

b
p
p
m
V
γ
=
0
0
V
m
=
γ




Bài giảng VLXD-Chương 1 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

3


- Tính độ ổn định của kết cấu nền móng công trình.
- Tính toán và lực chọn phương tiện vận chuyển và bốc xếp.
- Tính toán chiều dày (
δ
) của tấm tường cách nhiệt.
+ Vài con số thí dụ về
γ
o

của một số loại vật liệu xây dựng:
Bảng I-2
Tên vật liệu
γ
o
( kg/m
3
)
- Thép
- Đá Granite
- Bê tông nặng
- Gạch đất sét nung (đặc)
- Cát thạch anh (SiO
2
)
- Nước
- Bê tông nhẹ
- Gỗ Sapin (lãnh Sam)
- Cốt liệu nhân tạo (Keramsite)
- Bông khoáng
- Mipo (rỗng, xốp)
7800-7850
2600-2800
1800-2500
1600-1800
1450-1650
1000
500-1800
500-600
300-900

200-400
20-100

Thông thường:
γ
o
<
γ
a

Nếu
γ
o =

γ
a
:
- vật liệu không hút nước
- vật liệu không thấm nước (thép, bitume, kính xây dựng)

3/ Độ đặc:
Định nghĩa: là tỷ số giữa thể tích đặc V
a
và thể tích tự nhiên của vật liệu, được tính bằng %.
- Ký hiệu: đ
- Công thức: đ=
100.100.
a
o
o

a
d
V
V
γ
γ
=⇒

Thông thường đối với Vật Liệu Xây Dựng thì đ<100%
Nếu vật liệu có đ=100% ⇒
γ
o
=
γ
a

4/ Độ rỗng:
Định nghĩa: Là tỷ số giữa thể tích rỗng V
r

và thể tích tự nhiên của vật liệu V
o
, được tính bằng %.
Là mức độ làm đầy thể tích của vật liệu bằng các lỗ rỗng.
- Ký hiệu: r
- Công thức:
100.
o
r
V

V
r =

100).1(
a
o
r
γ
γ
−=

Độ rỗng của vật liệu là một tính chất rất quan trọng và nó có liên quan mật thiết đến các tính chất
khác của chính các loại vật liệu đó.



Bài giảng VLXD-Chương 1 GVC-ThS. Cù Khắc Trúc – ThS. Lê văn Hải Châu

4


-
γ↓

-
λ↓
(hệ số dẫn nhiệt)
r
↑
⇒ - H

p
(hút nước theo khối lượng)
∈
theo tính chất lỗ rỗng kín hay hở.
- cường độ
- Tính bền vững (tuổi thọ) của vật liệu trong công trình.
- Thông thường, nhiều loại vật liệu có độ rỗng lớn (r)
↑
⇒ cường độ (R)
↓


5/ Độ hút nước:
Định nghĩa: Là khả năng hút và giữ nước trong các lỗ rỗng của vật liệu dưới áp lực thường (khí
quyển)
Hai loại: - Hút nước theo khối lượng: H
p
(%)
Công thức:
%100
1
×
−
=
m
mm
H
p

- Hút n

ướ
c theo th
ể
tích: H
v

Công th
ứ
c:
o
v
V
mm
H
−
=
1
)/,/(
33
mkgcmg

Trong
đ
ó: m
1
: kh
ố
i l
ượ
ng c

ủ
a m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u trong tr
ạ
ng thái
đ
ã hút n
ướ
c (g)
m: kh
ố
i l
ượ
ng c
ủ
a m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u sau khi
đ
ã
đượ

c s
ấ
y khô (g),
ở
t
o
=105÷110°C
đế
n
kh
ố
i l
ượ
ng không
đổ
i
V
o
: th
ể
tích m
ẫ
u thí nghi
ệ
m
ở
tr
ạ
ng thái t
ự

nhiên (cm
3
)
Gi
ữ
H
p
và H
v
có m
ố
i liên h
ệ
m
ậ
t thi
ế
t v
ớ
i nhau b
ằ
ng công th
ứ
c:
H
v
= H
p
× γ
o

Vài con s
ố
thí d
ụ
v
ề
H
p
:
+ Bê tông n
ặ
ng, γ
o
=2,5 T/m
3

⇒
H
p
≈ 3%
+ G
ạ
ch
đấ
t sét nung
⇒
H
p
≈ 8-20%
+ G

ạ
ch r
ỗ
ng, x
ố
p
⇒
H
p
≈ 75-90%

6/ Độ bão hòa nước:
-
Đị
nh ngh
ĩ
a: Là
độ
hút n
ướ
c t
ố
i
đ
a c
ủ
a v
ậ
t li
ệ

u khi p = 20 mm Hg ho
ặ
c khi
đ
un v
ậ
t li
ệ
u
trong n
ướ
c sôi.
-

Ký hi
ệ
u: C
BH

-

Công th
ứ
c:
r
H
C
v
BH
=

-

Khi H
v
↑ => C
BH
↑
C
BHmax
= 1
Độ
bão hòa n
ướ
c c
ũ
ng còn
đượ
c
đặ
c tr
ư
ng b
ằ
ng h
ệ
s
ố
bão hòa: K
BH

Công th
ứ
c :
rong
nuoc
BH
V
V
K
=
Khi v
ậ
t li
ệ
u b
ị

N
m
ướ
t ho
ặ
c khi bão hòa n
ướ
c th
ườ
ng V
nở ↑
⇒
γ

o ↑
⇒
λ ↑
⇒
R↓

7/ Hệ số mềm:
(K
m
)

-
Đị
nh ngh
ĩ
a: là t
ỷ
s
ố
gi
ữ
a c
ườ
ng
độ
v
ậ
t li
ệ
u bão hòa n

ướ
c (R
BH
) và c
ườ
ng
độ
c
ủ
a nó (R
K
)
trong tr
ạ
ng thái khô.
Bài gi
ả
ng VLXD-Ch
ươ
ng 1 GVC-ThS. Cù Kh
ắ
c Trúc – ThS. Lê v
ă
n H
ả
i Châu



5

-

Công th
ứ
c:
K
BH
m
R
R
K =

-

Trong
đ
ó: K
m
là ch
ỉ
tiêu r
ấ
t quan trong
đố
i v
ớ
i v

ậ
t li
ệ
u trong môi tr
ườ
ng ti
ế
p xúc tr
ự
c ti
ế
p
v
ớ
i n
ướ
c.
-

Quy
đị
nh:
+
Đố
i v
ớ
i v
ậ
t li
ệ

u
đ
á thiên nhiên (granit, porphyre, basalble…) và
đ
á nhân t
ạ
o (bê tông,
cement, v
ữ
a…) thì: n
ế
u K
m
< 0,75: không nên s
ử
d
ụ
ng trong môi tr
ườ
ng tr
ự
c ti
ế
p ti
ế
p
xúc v
ớ
i n
ướ

c.

8/ Độ m:
(W)
-
Đị
nh ngh
ĩ
a: là l
ượ
ng n
ướ
c có th
ậ
t n
ằ
m trong v
ậ
t li
ệ
u và nó thu
ộ
c vào môi tr
ườ
ng khô
N
m
xung quanh.
-

Công th
ứ
c: 100.
1
m
mm
W
−
=
m
1
: kh
ố
i l
ượ
ng m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u trong tr
ạ
ng thái
N
m (g)
m : kh
ố
i l
ượ

ng m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u
đ
ã
đượ
c s
ấ
y khô (g)
H
p
khác W v
ề
ý ngh
ĩ
a v
ậ
t lý:
-

Khi v
ậ
t li
ệ
u
N

m
ướ
t ho
ặ
c khi khô thì s
ẽ
sinh ra hi
ệ
n t
ượ
ng co n
ở
và
độ
co n
ở
c
ủ
a các lo
ạ
i
v
ậ
t li
ệ
u s
ẽ
khác nhau. M
ặ
t khác, nh

ữ
ng lo
ạ
i v
ậ
t li
ệ
u có c
ấ
u t
ạ
o không
đẳ
ng h
ướ
ng và
không
đồ
ng nh
ấ
t thì
độ
co n
ở
theo các ph
ươ
ng và chi
ề
u khác nhau.
-

Ví d
ụ
: v
ậ
t li
ệ
u g
ỗ
:
+ Co n
ở
theo chi
ề
u d
ọ
c th
ớ
= 0,1 ÷ 0,3 %
+ Co n
ở
theo chi
ề
u ngang th
ớ
= 3 ÷ 6 %

9/ Tính dẫn nhiệt:
-
Đị

nh ngh
ĩ
a: là tính ch
ấ
t c
ủ
a v
ậ
t li
ệ
u mà nhi
ệ
t có th
ể
d
ẫ
n qua t
ừ
phía có nhi
ệ
t
độ
cao sang
nhi
ệ
t
độ
th
ấ
p.

-

Tính d
ẫ
n nhi
ệ
t c
ủ
a v
ậ
t li
ệ
u
đượ
c
đặ
c tr
ư
ng b
ằ
ng h
ệ
s
ố
d
ẫ
n nhi
ệ
t λ
-

Công th
ứ
c:
1 2
.
( ).
Q
F t t
δ
λ
τ
=
−
Kcal/m.h. °C
1 Kcal = 4,1876 KJ
1 KJ = 0, 2388 Kcal
•

Q: nhi
ệ
t l
ượ
ng d
ẫ
n qua m
ẫ
u v
ậ
t li

ệ
u (Kcal)
•

δ: b
ề
dày m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u (m)
•

F: di
ệ
n tích ti
ế
t di
ệ
n c
ủ
a m
ẫ
u v
ậ
t li
ệ
u (m

2
)
•

t
1 –
t
2
:
độ
chênh l
ệ
ch nhi
ệ
t
độ

ở
2 b
ề
m
ặ
t v
ậ
t li
ệ
u, v
ớ
i t
1

> t
2
(°C)
•

τ: th
ờ
i gian dãn nhi
ệ
t (h)
Trong Phòng thí nghi
ệ
m, xác
đị
nh λ b
ằ
ng cách:
Ch
ọ
n: δ = 1m
F = 1 m
2
t
1 –
t
2
= 1°C
⇒
λ = Q (Kcal)
τ = 1h



