Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 5 - ĐH Bách khoa TP.HCM

Vật liệu kết dính trong xây dựng

Vật Liệu Xây Dựng
(Construction Materials)
Bộ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chı́ Minh

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-2

Chấ
Chất kế
kết dí
dính

Khái niệm
Vô cơ - khoáng
khoáng

Là thành phần liên kết giữa các nguyên liệu khác
tạo thành 1 sản phẩm chung, ứng dụng trong xây
dựng.

Hữu cơ

Bitume nhự
nhựa

Thủy

Thủy lự
lực

Không khí
khí
- Sét
Sét
- Vôi
- Thạch
Thạch cao

Chất kết dính vô cơ-khoáng

- Vôi thủy
thủy
lực

Chất kết dính hữu cơ

Nhự
Nhựa
- Nhự
Nhựa thiên nhiên,
- Nhự
Nhựa tổ
tổng hợ
hợp
Acrylic, vinylic,
polyester, epoxy

- XM La mã

Xi măng

Portland
- XM thườ
ng
thường
- XM trắ
trắng
- XM bề
bền sulfat
- XM tỏa
tỏa nhiệ
nhiệt thấ
thấp
……

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

- Nhự
Nhựa phủ
phủ đương,
đương, vỉ
vỉa
hè,
hè,
- Nhự
Nhựa chố
chống thấ

thấm

5-3

Portland hỗ
hỗn hợ
hợp

Khác
Khác
- XM Cao nhôm

- XM pozzolan
- XM xi lò cao
- XM sulfat
……

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-4

1


Tiề
Tiền sử
sử
Tự
nhiên

Không
khí

Cổ đại

Hiệ
Hiện đạ
đại

Trung đạ
đại

1800

1850

1900

1950

Sét
Sét

Sét, VL kết dính tự nhiên

Nhự
Nhựa cây
Thạch
Thạch cao

Sét bao gồm các lớp alumino silicate liên kết với

Vôi

nước, đặc trưng khác nhau ở các loại sét.

Vôi pozzolanic
XM La mã
mã

Thủy
Thủy
l ực

XM thườ
ng, XM
thường,
XM đặ
đặc biệ
biệt

Đặc trưng bởi;

• Kích thước
• Trạng thái, tính dẻo
• Ái lực giữ nước

XIXI-MĂNG PORTLAND
XM khá
khác

XM cao nhôm
Nhự
Nhựa tổ
tổng hợ
hợp

Hữu cơ

Nhự
ng
Nhựa đườ
đường
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-5

5-6

Tính dẻo của sét

Lớp sé
sét

Nước
ước liên kế
kết
Nước
ước ẩm

Diệ
Diện tí
tích bề
bề
mặt riêng,
m2/g
Trương nở
nở
thể
thể tích
tích

Hút
c, hồ đất sé
Hút nướ
nước,
sét

ít

ít

trung bì
bình

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

lớn
5-7

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-8

2


Tính đóng rắn

Bê-tông đất sét
BêBê-tông đấ
đất sé
sét

sét
sét

bùn
bùn

cát
cát

nước
ước

Kết dí
dính

Lớp sé
sét

Chịu
c ké
Chịu nướ
nước
kém

Nước
ước liên kế
kết

Cần thà
nh phầ
thành
phần ổn đị
định

Nước
ước ẩm

Ưu điểm
Không tốn nhiên liệu
Nơi hẻo lánh, tự xây dựng
Thi công thô sơ
Tạo hình đa dạng
Chịu lửa, cách nhiệt bảo ôn
Sử dụng kèm chất thải nông nghiệp

Mất nướ
c, đó
nước,
đóng rắ
rắn
Công thức Laplace: lực mao quản khi xuất hiện mặt khum trong ống
∆p : chênh lệch áp suất
γ : sức căng bề mặt
R1, R2: bán kính cong mặt khum trong 2 mặt phẳng trực giao
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-9

Biện pháp tăng tính chịu nước

Nhược điểm
Chịu nước kém

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-10

Xây dựng bằng đất sét

Cơ học; đầm lèn cố kết chặt → giúp giảm độ rỗng
Gia cường, dùng sợi rơm rạ, lá cây → giúp giảm
hiện tượng nứt
Chống thấm, giảm tiếp xúc với ẩm ⇒ không cho
nước xâm nhập mao quản.
Kết hợp dùng cùng các chất kết dính khác; nhựa,

vôi, xi-măng...

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-11

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-12

3


Xây dựng bằng đất sét

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

Xây dựng bằng đất sét

5-13

Thạch cao xây dựng

5-14

Sản xuất thạch cao

Là sp khi nung khoáng gypsum ở nhiệt độ thấp
để dehydrat hóa một phần.

Khai thác khoáng gýp từ mỏ,
bằng nổ mìn, đào, xúc, ủi với mỏ lộ thiên
Gia công đập nghiền

Nhược điểm

Ưu điểm

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

Kiểm soát được thời gian đóng rắn

Tránh tiếp xúc trực tiếp với nước

Thi công theo từng lớp, dễ dàng
điều chỉnh theo yêu cầu chịu lực,
trang trí tiết kiệm nguyên liệu

Tính acid, ăn mòn
Thời gian đóng rắn lâu => sp chế
tạo sẵn

Ít bị co

Bụi, phế thải => sx nhà máy

Cách âm, nhiệt tốt

Sàng phân loại theo đk < 40 mm
Lưu kho, đồng nhất hóa

Nung nhiệt độ 150°c.
Ủ trong silo trong vòng 3 ngày

Chống cháy rất tốt
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-15

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-16

4


Sản xuất thạch cao

Tính đóng rắn

Trộn 100 kg thạch cao + 70 kg chất độn
Hồ tinh bột, khoai mì
Phụ gia điều chỉnh thời gian đóng rắn
Phụ gia khác

CaSO4.1/2H2O hòa tan tốt

CaSO4.2H2O hòa tan

kém hơn 5 lần
Cơ chế đóng rắn gồm bước hòa tan và bước kết tinh

sản phẩm.
8 phút
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

san phẳng và 15 phút

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-17

Phụ gia điều chỉnh

làm bằng mặt hồ
5-18

Cường độ

Làm chậm đóng rắn: Na2SO4, Na3PO4, đường

Phụ thuộc lớn vào lượng nước hào trộn W/P

glucô..., đồng thời giảm nước

Dùng dư nước W/P ↑ có thể

cường độ cao

cường độ thấp,

Tăng tốc quá trình đóng rắn: phèn nhôm

tính chịu nước càng kém đi.

Al2(SO4)3, K2SO4.

Rnén sau 28 ngày = 10MPa và Rkéo = 2MPa.
Khi bị thấm ẩm Rnén=3MPa và Rkéo = 0,6MPa.

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-19

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-20

5


Tính chất khác

Sử dụng trong xây dựng
Khoảng ½ sử dụng trong phụ gia xi măng
Còn lại ½

Khối lượng thể tích 600 - 3000 kg/m3
Diện tích bề mặt riêng 1500 - 8000 kg/m2
Khi chịu nhiệt, xảy ra phản ứng phân hủy, chuyển
trạng thái, pha

• < 80C : ngậm 2 phân tử nước CaSO .2H O
• 130-180C: ngậm 0,5 phân tử nước α,β CaSO .0,5H O
• 600-700C: sản phẩm anhydrit I, II, III CaSO
• 800-1100C: Phân hủy CaSO CaO + SO3
4

2

4

2

4

4

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

Tấm thạch cao
Cấu tạo sandwich kẹp giữa 2 lớp cạc-tông

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-21

5-22

Vôi
chịu

nước tốt hơn, độ phẳng cần thiết thi công

Là sản phẩm khi nung ở nhiệt độ cao đá vôi tự
nhiên

Chống cháy:

• Tấm dày 6cm
ngăn cháy lan

• Tấm dày 8-10cm,
vai trò chống cháy

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-23

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-24

6


Phân biệt 3 loại vôi

Sản xuất

Vôi sống: dạng cục CaO
Vôi tôi: Ca(OH)2 + H2O

Hồ, sữa vôi tôi: Ca(OH)2 + nH2O

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-25

Tính đóng rắn

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-26

Cường độ và ứng dụng
Vữa vôi : gồm trộn 1 phần hồ vôi + 3-5 phần cát

Bao gồm một số cơ chế như sau:

• Rnén sau 28 ngày: 0,5 - 1 N/mm2
• Rnén sau 1 năm: 5 - 7 N/mm2

từ quá trình mất nước
từ quá trình kết tinh sản phẩm

Lưu ý, còn phụ thuộc độ tinh khiết vôi

từ phản ứng carbonat hóa

Dùng trát, tô trang trí, xây,
Xử lý nền sình: 2-4% vôi sống+đất sét
bay hơi

nước, pứng pozzolanic về lâu dài
gia cường
Viên xây bê-tông khí chưng áp AAC

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-27

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-28

7


bãi
bãi
cát
cát
mịn
mịn

cát
cát
thô

sàng
sàng
sơ bộ
bộ

Viên xây
silicatecalcium,
chưng áp

vôi

định lượng
ượng
nước
ước

nghiề
nghiền mịn
mịn cát
cát

phản
phản ứng

Vôi thủy lực
Là sản phẩm nung kết hợp đá vôi với đất sét, tồn
tại đồng thời ở một số mỏ khai thác đá vôi
ĐÁ VÔI

(C2S, F, A, C, S)

6-20% SÉT

autoclave

cắt, tạo
tạo viên

CaO + tp thủy lực

900900-1200C

đổ
đổ khuôn,
khuôn, tạo
tạo
hình
hình ép

Đóng rắn
không khí

lưu kho viên silicatesilicate-calcium, chưng áp

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-29

Cường độ và sử dụng

Đóng rắn thủy
hóa như XM

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-30

Xi măng La Mã
Xi măng có tính đóng rắn nhanh, sử dụng trước
xi măng Portland

Rnén sau 28 ngày đạt 2-5MPa tùy thuộc chất
lượng vôi, hàm lượn sét tạo khoáng thủy lực.

Sản phẩm nung đá vôi mác-nơ tự nhiên có sét
khoảng 50% ở 900-1000°C. Thành phần thu
được có hàm lượng 3CaO.Al2O3 (C3A) cao cho
phép tính đóng rắn nhanh.

Vật liệu san nền, gia cường
Vữa trét ngoài trời
Trộn sợi thực vật làm bê-tông sợi cách nhiệt
Dùng kết hợp xi măng ⇒ cường độ cao, thi công
dễ, dẻo

Dùng 5% thạch cao phụ gia, cho cường độ cao.
Vôi sống cũng chiếm một phần nhỏ trong sản
phẩm.
Ứng dụng sửa chữa nhanh

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-31

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-32

8


Khái niệm và thành phần

Vật liệu polymer-composite

Vật liệu polymer hay vật liệu nhựa dẻo
Có đặc tính chung tính dẻo khi ở trạng thái gia
nhiệt
Khoảng 30-40% dùng trong lĩnh vực xây dựng
Nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp, VD; cao su, da,
sợi…
Trạng thái sử dụng, dạng khối, sợi, lá, tấm, kết
dính, nở phồng...
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-33

Ưu nhược điểm

Nguyên liệu và tổng hợp

Ưu điểm

Nhược điểm

Khối lượng thể tích bé (tấm
<1000; mút <100kg/m3)

Bị lão hóa

Khả năng biến tính rất đa dạng

Mềm, đàn hồi kém

Craking và chưng cất chế tạo các monomer

Tính trơ

Bắt cháy

liên kết chúng thành polymer

Tạo hình dễ dàng

Nguyên liệu sản xuất
hạn chế

Sản phẩm PVC, PMMA từ trùng ngưng 1 loại

Cách nhiệt rất tốt, cách điện

5-34

Chế phẩm từ dầu mỏ, hoặc có thể từ khí gaz,

Lưu ý tiếp xúc nhiệt độ

monomer

Ứng dụ
u lự
dụng thà
thành phầ
phần không chị
chịu
lực, để bao che,
cách
n thiệ
cách nhiệ
nhiệt âm, bảo
bảo vệ
vệ, hoà
hoàn
thiện trang trí
trí
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

than đá...

5-35

Sản phẩm polyester PET, polyamid (PA),

polyurethan từ trùng ngưng nhiều loại monomer
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-36

9


Nhựa nhiệt dẻo PE

Nhựa nhiệt dẻo PTFE

Polyethylen (PE); dưới áp suất 1000-2000MPa ở
nhiệt độ 150-300°C
Monomer: CH2=CH2
Polymer: -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-37

Poly tetra fluoro ethylen (PTFE Teflon)
Monomer: CF2=CF2
Polymer: -CF2-CF2-CF2-CF2-CF2Bền, kết hợp
với sợi thủy tinh thành
hệ composite

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-38

Nhựa nhiệt dẻo PVC
Poly vinyle chlorure (PVC)
Polymer: -CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHClCứng, không cháy, bền môi trường, chịu tẩy rửa
tốt

PVC

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-39

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-40

10


Nhựa nhiệt dẻo PP

Nhựa nhiệt dẻo PS

Polypropylen (PP)

Polystyren (PS)
Công thức;

CT: -CH2-CHCH3-CH2-CHCH3-CH2-CHCH3Bền, không tan, dưới 100C cho cường độ tốt nên
dùng làm sợi gia cường bê-tông

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

Mềm, dễ tạo hình
Có tính nở phồng

tấm cách nhiệt

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-41

5-42

Nhựa dẻo

Nhựa nhiệt rắn PF, MF, UP, EP

Biến dạng lớn >100%
Khe co dãn, lót đỡ dầm cầu
Chống rung, chống thấm

Nhựa phenol (PF)
Nhựa melamin (MF)
Nhựa polyester (UP)
Nhựa epoxid (EP)
Đặc tính bền,
không cháy, chịu ăn mòn...

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-43

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-44

11


2 loại composite trên nền nhựa

Composite dùng sợi gia cường
Ma trận nhựa nhiệt cứng epoxid, polyester

Composite dùng sợi gia cường

Ma trận nhựa nhiệt dẻo
Sợi thủy tinh
Sợi PP, sợi carbon
Phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm sợi bao gồm độ
bền, chiều dài, phương…

Composite cấu tạo xếp lớp

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-45

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-46

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-48

Composite cấu tạo xếp lớp
Cấu tạo sandwich gồm 3 lớp trong đó 2 lớp da
cứng chịu lực uốn chính, 1 lớp lõi có đặc tính
nhẹ, chịu lực nén chính.
Ứng dụng làm mái, sàn, tường, gia cường cầu….

VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite

5-47

12