C1 tính chất cơ bản của VLXD

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

VẬT LIỆU XÂY DỰNG


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Ý nghĩa?
Công tác xây dựng cơ bản yêu cầu phải giải quyết tốt 3 khâu chủ yếu:

-

Điều tra cơ bản
Thiết kế nhiệm vụ và thiết kế công trình
Thiết thế thi công và tổ chức thi công.

Vị trí của vật liệu?

-

Giá thành vật liệu chiếm tỷ lệ khá lớn trong tổng giá thành công trình.
Khối lượng vật liệu sử dụng cho xây dựng rất lớn, việc khai thác và cung cấp vật liệu đảm bảo chất lượng, kịp thời hay
không ảnh hưởng rất lớn đến tiến độ thi công, thời gian hoàn thành công trình.

-

Vấn đề về môi trường, nguồn tài nguyên thiên nhiên.

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG



Khái quát:

-

Trạng thái tồn tại của vật liệu?

-

Nguồn gốc? Bản chất hữu cơ hay vô cơ?

Về cơ bản, vật liệu xây dựng được nghiên cứu, đánh giá thông 2 nhóm tính chất:

-

Nhóm tính chất vật lý.
Nhóm tính chất cơ học.

 Nhóm tính chất vật lý:
- Các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc.
- Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nước.
- Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nhiệt.

 Nhóm tính chất cơ học:
- Tính biến dạng.

- Độ cứng.
- Tính chống va chạm.
- Cường độ và mác vật liệu.
- Độ hao mòn và độ mài mòn.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Tính chất của một vật liệu xây dựng được quyết định bởi thành phần và cấu trúc nội bộ của nó. Bởi vậy thay đổi
thành phần và cấu trúc của một loại vật liệu sẽ làm cho tính chất của vật liệu đó thay đổi. Đó chính là cơ sở để cải thiện
tính chất của các vật liệu truyền thống và để nghiên cứu phát triển những vật liệu mới.

Các phép thử, tiêu chuẩn thí nghiệm để xác định, đánh giá các tính chất của vật liệu xây dựng:

-

Hệ thống tiêu chuẩn nhà nước (TCVN)
Tiêu chuẩn ngành (TCN)
Hệ thống tiêu chuẩn quốc tế( ASSHTO, ASTM, BS…)


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI VÀ ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC

1.

Khối lượng riêng

Khối lượng riêng là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc và khô.
Khối lượng riêng ký hiệu là ρ, tính theo công thức:

ρ=
Trong đó:

m
Va

3
(g/cm )

m

-

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

Va

-

3
thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (cm ).

3
3
Khối lượng riêng còn được tính theo các đơn vị: kg/dm , kg/m
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 dự đoán một số tính chất của vật liệu, để xác định độ đặc, độ rỗng của vật liệu...


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

2. 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 tính theo công thức:

ρo =

m
Vo

3
(g/cm )

Trong đó:
m

-

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

Vo

-

3
thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả thể tích lỗ rỗng), đã được sấy khô (cm ).

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...


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
3. Độ rỗng:
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
Vo

hoặc

r=

Vr
.100%
Vo

Trong đó:
Vr

-

3
thể tích lỗ rỗng trong vật liệu (cm );

Vo

-

3
thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (cm ).
Vì V = V - V
r
o
a

nên :

r=

Vo − Va
V
ρ
= 1− a = 1− o
Vo
Vo
ρ

Dựa vào độ rỗng có thể dự 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,...

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
4. Độ hút nước là khả năng hút và giữ nước của vật liệu ở điều kiện thường.

+ Độ hút nước theo khối lượng là tỷ số giữa khối lượng nước hút vào và khối lượng vật liệu khô, ký hiệu là H p, tính theo công thức:

mn
mu − m
H p = .100% =
.100%
m
m
Độ hút nước theo thể tích là tỷ số giữa thể tích nước hút vào và thể tích tự nhiên của vật liệu, ký hiệu là H , tính theo công thức:
v

(mu − m ) ρ 0
Vn
H v = .100% =
. .100%
Vo
ρn
m
Trong đó:
m

-

khối lượng của mẫu vật liệu khô hoàn toàn (g);

mu

-

khối lượng của mẫu vật liệu sau khi ngâm nước (g);

mn

-

khối lượng nước mà mẫu vật liệu đã hút vào sau khi ngâm nước (g);

Vn

-

3
thể tích nước mà mẫu vật liệu hút vào sau khi ngâm nước (cm );

ρn

-

3
khối lượng riêng của nước; ρn ≈ 1 (g/cm ).


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

5. Độ ẩm
Độ ẩm là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có 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=

mn
.100%
m

hoặc

W=

ma − m
m

Trong đó:
mn - khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm làm thí nghiệm (g);
m - khối lượng vật liệu ở trạng thái khô hoàn toàn (g);
ma - khối lượng vật liệu ở trạng thái tự nhiên kể cả nước ở bên trong (g).

.100%


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
6. Độ bão hoà nước

Độ bão hoà nước là độ hút nước cực đại của vật liệu.
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.

bh

+ Độ hút nước bão hòa theo khối lượng ký hiệu là Hp

H

bh
p

mnbh
mubh − m
=
.100% =
.100%
m
m

+ Độ hút nước bão hòa theo thể tích ký hiệu là Hv

H

bh
v

, được tính theo công thức:

bh

, được tính theo công thức:

(m bh
Vnbh
ρ
u − mk )
=
.100% =
.
.100%
V0
ρn
mk

Trong đó:
m

-khối lượng của mẫu vật liệu khô hoàn toàn (g);

bh
mu
-khối lượng của mẫu vật liệu sau khi ngâm nước bão hòa (g);
bh
mn
-khối lượng nước mà mẫu vật liệu đã hút vào sau khi ngâm nước bão hòa (g);
bh
3
Vn
-thể tích nước mẫu vật liệu đã hút vào sau khi ngâm nước bão hòa (cm );

3
ρn
-khối lượng riêng của nước; ρn ≈ 1 (g/cm ).


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Hệ số bão hòa nước là tỷ lệ giữa lượng nước mà vật liệu hút được với thể tích lỗ rỗng của vật liệu, ký hiệu là C bh, xác định theo
công thức:

C bh

Vnbh H bh
=
= v
Vr
r

Để xác định độ bão hoà 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:

- Phương pháp nhiệt độ: sấy khô mẫu vật liệu để xác định khối lượng vật liệu khô hoàn toàn. Đun mẫu thí nghiệm đã sấy khô trong nước sôi 4
giờ, để nguội đến nhiệt độ phòng rồi vớt mẫu ra lau khô bề mặt mẫu xác định khối lượng vật liệu ẩm.
- Phương pháp áp suất: sấy khô mẫu vật liệu để xác định khối lượng vật liệu khô hoàn toàn. Ngâm mẫu thí nghiệm đã sấy khô trong 1 bình kín
đựng nước và hạ áp lực trong bình xuống 20 mmHg đến khi không còn bọt khí thoát ra khỏi mẫu vật liệu thì trả áp lực bình thường là 760 mmHg
và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt ra lau khô bề mặt mẫu để xác định khối lượng vật liệu ẩm.
()
()

20 mmHg ≈ 20x0,133322 kPa = 2,66644 kPa

760 mmHg ≈ 760x0,133322 kPa = 101,32472 kPa.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

(2điểm) Thiết lập công thức tính khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô khi biết khối lượng thể tích ở trạng thái ẩm và độ ẩm
của nó. Giả sử khi thay đổi độ ẩm thì thể tích của vật liệu không thay đổi.

W=

Độ ẩm được ký hiệu là W, tính theo công thức:

ρ oa =

Khối lượng thể tích ẩm của vật liệu:

ma
Voa

mn
.100%
m

hoặc

m =

W=

ma − m
m

ma
1+W

Trong đó:
ma
a

Vo

-

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

-

3
thể tích của mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên, có kể đến lượng nước bên trong vật liệu (cm ).

Khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô, tính theo công thức:

 =

ρo =

m
Vo

.100%


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
3
Một mẫu vật liệu đá granit có khối lượng thể tích là 2,63 g/cm . Khi cho mẫu hút nước bởi áp lực thì độ hút nước theo khối lượng là 3,0%.
3
Biết hệ số bão hòa là 0,74 và khối lượng riêng của nước là 0,98 g/cm . Hãy xác định khối lượng riêng của mẫu đá granit trên

Ta tính được độ hút nước theo thể tích (Hv) của đá granit theo công thức liên hệ:

ρn
ρo

-

 

khối lượng riêng của nước
-

Khối lượng thể tích của đá granit

Lại có hệ số bão hòa C

Tính được r =

, mà r được tính theo công thức:

Khối lượng riêng của đá granit là: ρ =

H vbh
Cbh =
r
r = 1−

ρo
ρ


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Câu hỏi:
Công thức tính khối lượng riêng của vật liệu? KLR phụ thuộc vào những yếu tố
nào?

- Thành phần hóa học và cấu trúc vi mô của vật liệu
Phương pháp xác định khối lượng thể tích của vật liệu?
- Khối lượng: dùng cân kỹ thuật
- Thể tích: + Đo kích thước mẫu vật liệu
+ Chiếm chỗ trong chất lỏng
+ Đổ đầy vật liệu vào thùng đong có thể tích đã xác định


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

CHƯƠNG 1 (tiếp theo)

1.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VLXD

Tính chất cơ học của vật liệu là tính chất xác định quan hệ của vật liệu với sự biến dạng và sự phá huỷ nó dưới
tác dụng của các tải trọng và tác động từ bên ngoài lên vật liệu.

1.2.1. Tính biến dạng
Tính biến dạng là tính chất của vật liệu bị thay đổi hình dáng và kích thước dưới tác dụng của tải trọng bên
ngoài


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Phân loại biến dạng
Biến dạng đàn hồi

Khả năng phục hồi hình dạng và

Biến dạng dẻo

kích thước ban đầu

Biến dạng tức thời

Thời điểm xuất hiện biến dạng

Biến dạng theo thời gian


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Biến dạng đàn hồi là biến dạng bị triệt tiêu hoàn toàn khi bỏ ngoại lực tác dụng
Biến dạng đàn hồi thường xảy ra khi ngoại lực tác dụng chưa vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm trong
vật liệu
Tính đàn hồi được đặc trưng bằng mô đun đàn hồi E:

(MPa)
Trong đó:
σ

-

ứng suất xuất hiện ở giai đoạn đàn hồi (MPa)

ε

-

biến dạng đàn hồi tương đối (%).

Biến dạng đàn hồi tương đối còn được gọi là độ giãn dài tương đối.

Trong đó:
Δℓ

-

biến dạng dài tuyệt đối của mẫu vật liệu (mm);

ℓ

-

kích thước ban đầu của mẫu vật liệu (mm).


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Phân loại vật liệu theo biến dạng:
-Vật liệu có tính dẻo: thép ít cacbon, bitum…
- Vật liệu có tính giòn: gang, bê tông, gạch…
- Vật liệu có tính đàn hồi: Nhựa đường polime…


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

1.2.2. Độ cứng
Độ cứng của vật liệu là khả năng vật liệu chống lại được sự đâm xuyên của vật liệu
khác cứng hơn nó.
Độ cứng của vật liệu ảnh hưởng đến một số tính chất khác của vật liệu, vật liệu càng
cứng thì khả năng chống mài mòn tốt nhưng khó gia công và ngược lại

University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Để so sánh độ cứng của khoáng vật, thường dùng thang độ cứng tương đối của
Friedrich
Mohs

Đặc điểm độ cứng
Độ cứng tương đối

Tên và công thức của khoáng vật mẫu

1

Tan (phấn)

Mg3(Si4O10)(OH)2

Rạch dễ dàng bằng móng tay

2

Thạch cao

CaSO4.2H2O

Rạch được bằng móng tay

3

Canxit

CaCO3

Rạch dễ dàng bằng dao thép

4

Fluorit

CaF2

Rạch bằng dao thép khi ấn nhẹ

5

Apatit

Ca5(PO4)3.F

Rạch bằng dao thép khi ấn mạnh

6

Octocla

K(AlSi3O8)

Làm xước kính

7

Thạch anh

SiO2

Rạch được kính theo mức độ tăng dần

8

Topa

Al2(SiO4)(F,OH)2

9

Corindon

Al2O3

10

Kim cương

C


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải
Độ cứng

Vật liệu hay khoáng vật

1

Tan

2

Thạch cao

2.5 đến 3

Vàng, Bạc

3

Đá Canxit , Đồng

4

Đá fluorit

4 đến 4.5

Bạch kim

4 đến 5

Sắt

5

Apatit

6

Orthoclas

6.5
6 đến 7
7
7 đến 8

Quặng pyrit sắt
Thủy tinh, silica nguyên chất
Thạch anh
Thép tôi

8

Topaz

9

Corundum

10

Garnet

11

Hợp chất zirconia

12

Hợp chất alumina

13

Cacbua silic (SiC)


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

1.2.3. Cường độ và mác vật liệu
a. Khái niệm

Cường độ của vật liệu là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại do ngoại lực gây ra và
được tính bằng ứng suất tới hạn khi mẫu vật liệu bị phá hoại.
Cường độ của vật liệu được ký hiệu là R,đơn vị MPa.


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

Mác vật liệu:

Với vật liệu mà cường độ là chỉ tiêu quan trọng nhất thì dựa vào cường độ tiêu chuẩn
người ta định ra mác của vật liệu xây dựng. Khi nói đến mác của vật liệu, không cần nói
tới
thứ
nguyên
của
nó.
Ví dụ: Bê tông xi măng có mác M20, M30…tương ứng với cường độ chịu nén của mẫu
bê tông ở 28 ngày tuổi đạt giá trị tối thiểu là 20, 30 N/mm2…


University of Transport Technology
Trường Đại học Công nghệ giao thông vận tải

b. Phương pháp xác định cường độ

PP Xác định cường độ

Không phá hoại mẫu

Phá hoại mẫu

Nhóm theo nguyên tắc

Nhóm theo nguyên

Tăng tải trọng đến

cơ học: Súng bật nẩy

tắc vật lý: siêu âm

khi mẫu bị phá
hoại