Bài giảng môn Vật liệu xây dựng – Chương 1

CHƯƠNG 1

CÁC TÍNH CHẤT CƠ-LÝ
CHỦ YẾU CỦA
VẬT LIỆU XÂY DỰNG
1


1. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ :
1.1. Khối lượng riêng - a (g/cm3) :
1.1.1. Khái niệm :
- Khối lượng riêng (γa) là khối lượng của một
đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc.
1.1.2. Công thức :

G (g/cm3, kg/m3, T/m3)
a 
Va
G : khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái hoàn toàn
khô (g).
Va : thể tích đặc tuyệt đối của mẫu thí nghiệm (cm3)
2


1.1.3. Phương pháp xác định :
 Vật liệu đặc hoàn toàn, có kích thước hình học rõ ràng như thép,
kính : dùng cân kỹ thuật, thước đo,… để xác định.
 Vật liệu đặc hoàn toàn nhưng không có kích
thước hình học rõ ràng : dùng ống
đong có chia tỉ lệ về thể tích để xác định,
hoặc sử dụng phương pháp cân trong nước.

 Vật liệu hoàn toàn dặc,rời rạc như xi măng,
cát : dùng bình tỉ trọng (bình Le Chatelier)
để xác định.
1.1.4. Ý nghóa :
- Tính độ đặc, độ rỗng của vật liệu.
- Phân loại vật liệu cùng loại.
- Tính cấp phối bêtông.
bình Le Chatelier
3


Portland Cement

Le Chatelier flask ( ASTM
C 188 or AASHTO T 133)

4


Khối lượng riêng của một số vật liệu

-Đá thiên nhiên
-Vật liệu hữu cơ
-Gang, thép
-Gạch đất sét nung
-Betong nặng

2,2 – 3,3 g/cm3
0,8 – 1,6 g/cm3
7,25 – 8,25 g/cm3

2,60 – 2,65 g/cm3
2,10 – 2,60 g/cm3

5


1.2.

Khối lượng thể tích - o (g/cm3) :

1.2.1. Khái niệm :
- Khối lượng thể tích (γo) là khối lượng của một đơn vị thể
tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên.
1.2.2. Công thức :

o

G

Vo

(g/cm3, kg/m3, T/m3)

G : khối lượng mẫu thí nghiệm ở trạng thái hoàn toàn khô
(g)
Vo: thể tích mẫu thí nghiệm ở trạng thái tự nhiên (cm3)
6


1.2.3. Phương pháp xác định :

 Vật liệu có kích thước hình học rõ ràng : dùng cân,
thước xác định khối lượng và khối lượng thể tích.
 Mẫu vật liệu có hình dáng bất kỳ : dùng parafin bọc
mẫu thử trước, cân mẫu đã bọc paraffine trong chất
lỏng, tìm thể tích chất lỏng dời chỗ để xác định thể tích
mẫu thử.
 Vật liệu rời rạc : dùng dụng cụ có dung tích biết
trước xác định theo tiêu chuẩn hiện hành.

7


Phễu chứa
ximăng
Giá đỡ
Cửa quay
Thùng
đong
Vị trí đo để xác định khối
lượng thể tích mẫu vật liệu có
kích thước hình học xác định

Bộ dụng cụ xác định khối
lượng thể tích mẫu vật liệu
dạng rời rạc

8


Khối lượng thể tích của một số vật liệu

-Đá sỏi
-Gỗ thông
-Gạch đất sét nung
-Betong
-Đá vôi

1400 – 1700 kg/m3
400 – 700 kg/m3
1600 – 1900 kg/m3
2000 – 2400kg/m3
1800 – 2400 kg/m3

9


1.2.4. Ý nghóa :
Vật liệu càng ẩm, o càng cao.
Biết o có thể dự đoán cường độ, khả năng dẫn nhiệt
của vật liệu.
Tính độ đặc, độ rỗng của vật liệu, trọng lượng cấu kiện
Chọn phương tiện vận chuyển
Tính cấp phối be âtông.
 o  a
ow : khối lượng thể tích ở trạng thái ẩm của vật liệu
được xác định theo công thức:

 ow

G W G(1  W)



Vow
Vow

10


1.3. Độ đặc – đ (%):
1.3.1. Khái niệm :
- Độ đặc của vật liệu là tỉ số giữa thể tích phần đặc vớiø
thể tích tự nhiên của vật liệu đó.
1.3.2. Công thức :
Va : thể tích phần đặc mẫu thí
Va  o

đ 
(%)
nghiệm(cm3)
Vo  a
Vo : thể tích mẫu thí nghiệm
ở trạng thái tự nhiên(cm3)
- Độ đặc luôn luôn  1, vì o a
- Vd : - đá granit
đ = (99.5  99.8) %
- vật liệu xốp
đ = (0.20  0.30) %
11


1.4. Độ rỗng – r (%):

1.4.1. Khái niệm :
- Độ rỗng của vật liệu là tỉ số giữa thể tích phần rỗng và thể
tích tự nhiên của vật liệu đó.
1.4.2. Công thức :
o
Vr
Vr : thể tích phần rỗng của vật liệu (ml)
r
 1
(%)
Vo
a
Vo : thể tích tự nhiên của vật liệu(ml)
1.4.3. Ý nghóa:
- Vật liệu có độ rỗng nhỏ sẽ có cường độ cao, chống thấm
tốt.
- Vật liệu có độ rỗng lớn sẽ có tính cách nhiệt tốt.
12


1.5 Các tính chất có liên quan đến nước :
1.5.1 Độ hút nước – Hp, Hv (%):

1.5.1.1 Khái niệm :
Độ hút nước là khả năng hút và giữ nước của vật liệu dưới
áp suất bình thường trong 1 thời gian nhất định.
1.5.1.2. Công thức :
Độ hút nước của vật liệu có thể biểu diễn theo khối lượng
(Hp, %) hay thể tích (Hv, %)
Gn : khối lượng mẫu đã ngâm

Gn  G
nước trong 1 thời gian nhất định(g)

Hp 

G

(%)

Gn  G
Hv 
(%)
Vo

G: khối lượng mẫu đã sấy khô (g)
Vo : thể tích tự nhiên của mẫu
thí nghiệm (cm3 )
13


- Liên hệ giữa Hp và Hv :
Hv
G

  o  H v   o .H p (% )
Hp
Vo

- Hv luôn luôn < 100% ; Hp có thể > 100% đối với vật
liệu rất rỗng và rất nhẹ

Vd :

Gạch đất sét :
Đá granite :
Bêtông nặng :
Vật liệu cách nhiệt roãng :

Hp = (818) %
Hp = (0.020.7) %
Hp = (24) %
Hp  100 %

1.5.1.3. Ý nghóa :
- Độ hút nước phụ thuộc độ rỗng r và tính chất lỗ rỗng
của vật liệu. Vì vậy có thể dùng Hp và Hv để đánh giá
độ rỗng r, cường độ R, hệ số dẫn nhiệt , khối lượng
thể tích o
14


1.5. 2 Độ bão hòa nước :
1.5.2.1. Khái niệm :
- Độ bão hòa nước là khả năng hút nước tối đa của vật liệu
ở áp suất 20 mmHg, hoặc trong 1 thời gian vô hạn định.
- Hệ số bão hòa nước Cbh(%) là tỉ số tính bằng % giữa thể
tích nước ở trạng thái bão hòa với thể tích phần rỗng của
vật liệu.
1.5.2.2 Công thức :

Với : Hv

r

Hv
Vn
Gn  G
C bh 
(%) 
(%) 
(%)
Vr
r.Vo
r
: độ hút nước theo thể tích
: độ rỗng của vật liệu
15


1.5.2.3. Phương pháp xác định :
Phương pháp 1 :
- Sấy khô hoàn toàn mẫu thí nghiệm, cân để xác định Gk
- Đun mẫu thí nghiệm trong nước sôi khoảng 4h, để nguội
- Cân xác định khối lượng G1, tính toán theo công thức độ
hút nước.
Phương pháp 2 :
- Ngâm mẫu trong bình nước có nắp đậy kín
- Hạ áp suất xuống 20 mmHg bằng cách hút chân không
- Giữ ở áp suất này đến khi không còn bọt khí thoát ra nữa
- Đưa về áp suất bình thường
- Giữ sau 2 giờ, vớt mẫu, cân xác định khối lượng G1 và
tính kết quả.

16


1.5.3 Hệ số mềm - Km :

1.5.3.1. Khái niệm :
- Hệ số mềm là tỉ số giữa cường độ của vật liệu đã bão hòa
nước với cường độ của mẫu ở trạng thái khô.
1.5.3.2. Công thức :

R bh
Km 
R

Rbh
: cường độ mẫu thí nghiệm ở trạng thái bão hòa
nước(daN/cm2)
R
: cường độ mẫu thí nghiệm ở trạng thái khô hoàn
toàn (daN/cm2)
Km  [0;1] : từ vật liệu đất sét không nung đến thép, kính
Km > 0.75 : vật liệu bền nước
Km < 0.75 : vật liệu kém bền nước, không nên sử dụng
trong điều kiện có tác dụng của nước
17


1.5.4 Độ ẩm – W(%) :
1.5.4.1. Khái niệm :
- Độ ẩm là tỉ sốä tính bằng phần trăm lượng nước có thật

chứa trong vật liệu và khối lượng vật liệu ở trạng thái khô
- Độ ẩm phụ thuộc vào môi trường khô ẩm xung quanh.
1.5.4.2. Công thức :
Gw  G
W
(%)
- Độ ẩm tương đối :
Gw
- Độ ẩm tuyệt đối :

Gw  G
W
(%)
G

Gw : khối lượng mẫu TN ở trạng thái ẩm (tự nhiên)
G : khối lượng mẫu TN đã sấy khô hoàn toàn (g)
18


1.5.5 Độ thấm nước (Kt):
1.5.5.1. Khái niệm:
Độ thấm nước là lưu lượng Q(m3/h) dẫn qua
mẫu thí nghiệm có chiều dày d 1m, diện tích tiết
diện bề mặt F 1m2 chịu tác dụng của áp lực thủy
tónh (hoặc chiều cao cột nước) H 1m trong thời gian
 1giờ.
1.5.5.2 Công thức :

Q.

Kt 
H

F.   .
d

K: hệ số thấm (cm/sec)
Q: lượng nước thấm qua (cm3)
F: diện tích thấm (cm2)
d: chiều dày mẫu TN (cm)
t: thời gian thấm (sec)
19


Mức độ thấm phụ thuộc vào các yếu tố:
-Độ rỗng.
-Bản chất của vật liệu
-Tính chất của vật liệu
-Áp lực nước lên vật liệu
Hệ số thấm của một số vật liệu (cm/sec)
Đất sét
1-6.10-6
Cát pha sét
1-6.10-4
Cát hạt nhỏ
1-6.10-3
Cát hạt thô
1-6.10-2
Đá granite
5,35.10-9

Đá ximang
6.10-11
20


1.6. Các tính chất có liên quan đến nhiệt:
1.6.1 Tính dẫn nhiệt :
1.61.1 Khái niệm : Là tính chất trao đổi nhiệt giữa hai vật thể
tiếp xúc với nhau có độ chênh lệch nhiệt độ trong một thời gian
nhất định.
Q .
 
F ( t 1  t 2 ) .
1.6.1.2 Công thức:
Với:  là hệ số dẫn nhiệt (kcal/m.h.oC)
t=f(x)
Q là nhiệt lượng (kcal)
 là chiều dày mẫu thí nghiệm (m) q t
t
F là diện tích mẫu thí nghiệm (m2)
(t1-t2 ) là hiệu số nhiệt độ (oC)
x(m)
 là thời gian (h)
Vậy  là nhiệt lượng Q(kcal) dẫn qua tấm vật liệu có chiều
dày  1m, diện tích tiết diện chịu tác dụng của dòng nhiệt F
1m2 trong thời gian  1giờ, với độ chênh nhiệt độ (t1 – t2)10C
1

2

21


• Đối với vật liệu khô trong không khí,  có thể xác định bằng
công thức thực nghiệm gần đúng của Giáo sư Necraxov :

 
•

0, 0196 

2
0 , 2 2 . o

 0 ,1 4

Hoặc theo công thức của Vlaxov :

 t   o (1  0,002t)   o (1   t)
t, o : hệ số dẫn nhiệt ở nhiệt độ toC và 0oC
t : nhiệt độ trung bình khi tiến hành thí nghiệm (sử dụng
khi t < 100oC)

Với

22


1.6.2 Nhiệt dung và nhiệt dung riêng (tỉ nhiệt):
1.6.2.1 Nhiệt dung:

 Là nhiệt lượng Q (kcal) mà vật liệu thu vào khi được
đun nóng.xác định theo cthức:
Q = C.G.(t 2 - t1 )
Với: C là tỉ nhiệt (kcal/kg0C)
G là khối lượng vật liệu được đun nóng (kg)
t1, t2: nhiệt độ vật liệu trước và sau khi đun nóng (0C)
1.6.2.2 Tỉ nhiệt:
 Là nhiệt lượng (kcal) cần thiết để đun nóng 1kg mẫu
thí nghiệm lên 10C, được xác định theo công thức:
C 

Q
G ( t 2  t1 )

23


Tỉ nhiệt ở độ ẩm W được xác định theo công thức:

Cw

C  W .C n

1 W

Tỉ nhiệt của vật liệu hỗn hợp được xác định theo
công thức:
n

n

 Ci.Gi   Ci.Gi 

C1.G1  C2.G2  ...  Cn .Gn i1
Chh 
 n
G1  G2  ...  Gn

 Gi 

 i1

Ghh

i1

24


2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC :
2.1. Tính biến hình :
- Là tính chất biến đổi về hình dáng, và thay đổi về kích
thước của mẫu vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực
- Có các loại biến dạng như sau:
2.1.1 Biến dạng đàn hồi : xuất hiện khi có ngoại lực tác
dụng lên vật liệu, nhưng khi ngưng tác dụng ngoại lực
thì biến dạng triệt tiêu. Ngoại lực tác dụng lên vật liệu
trong trươnøg hợp này < nội lực (lực liên kết giữa các
phân tử bên trong cấu trúc vật liệu) nên chỉ làm cho các
phân tử bên trong cấu trúc vật liệu dịch chuyển xung

quanh vị trí cân bằng.Do đó, khi ngưng tác dụng ngoại
lực thì các phân tử bên trong cấu trúc vật liệu khôi phục
lại vị trí cân bằng,nên biến dạng triệt tiêu.
25