Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 - ĐH Bách khoa TP.HCM

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (195.45 KB, 7 trang )

(1)<div class='page_container' data-page=1>

V

ậ

t Li

ệ

u Xây D

ự

ng

(

Construction Materials

)

Bộ môn Vật liệu Silicat

Khoa Công Nghệ Vật Liệu

ĐạihọcBách Khoa Tp. Hồ Chı ́Minh

VLXD-Tính chất cơlý 1-2

Cá

c

tí

nh ch

ấ

t c

ơ

ly

́

VLXD

Ảnh hưởng của cấu trúc và thành phầnđến tính chất

của vật liệu

Khối lượng riêng, khối lượng thể tích, khối lượng thể

tích đở đống, độ rỗng, độ hổng giữa các hạt vật liệu
rời, thành phần hạt…

Các tính chất trong mơi trường nước: độhút nước, độ

bão hịa nước, tính thấm nước vàđộbiến dạngẩm.

Các tính chất nhiệt (biến dạng nhiệt, tính dẫn nhiệt,

nhiệt dung riêng, tính chống cháy và chịu lửa)

Các tính chất cơ(biến dạng, cườngđộ, độmài mịn)

VLXD-Tính chất cơlý 1-3

H

ướ

ng ti

ế

p c

ậ

n

Từ bên ngồi: tuỳtheo cơng năng khi làm việc

• Tácđộng cơhọc (trọng lượng bản thân, gió, hoạt tải sử

dụng, sóng, độngđất, băng tuyết, sóng thần...)

• Tácđộng hóa học (xâm thực của mơi trường axit, nước

biển, sinh vật biển, nước mưa...)

• Các tác dụng khác (áp suất hơi, nhiệt, phóng xạ)

Từ bên trong:

• Các liên kết (ion, phân tử, cộng hố trị...)

• Hàm lượng các thành phần khống, thành phần pha

• Sựsắp xếp cấu trúc

VLXD-Tính chất cơlý 1-4

Ả

nh h

ưở

ng c

ấ

u trúc

Gồm các dạng, sốlượng, hình dáng, kích thước

và sựphân bốcác phaởtrạng thái rắn

Cấu trúc vĩmô (macrostructure): thô, quan sát

được bằng mắt thường, giới hạnđến 200µm

</div>
(2)<div class='page_container' data-page=2>

VLXD-Tính chất cơlý 1-5

Ả

nh h

ưở

ng c

ấ

u trúc

Cấu trúc vĩmô (macrostructure): là thuật ngữ

dùngđểchỉcấu trúc thô, có thểquan sátđược

bằng mắt thường, giới hạnđến 200µm

Cấu trúc vi mơ (microstructure): quan sát bằng

các loại kính hiển vi, giới hạnđếnđộphóngđại

105lần.

→Tính chất của vật liệu phụthuộc vào cấu trúc

vĩmơ, cấu trúc vi mơ

VLXD-Tính chất cơlý 1-6

Kh

ố

i l

ượ

ng riêng

(g/cm3, t/m3)

Khối lượng riêng là khối lượng (m) trên của một

đơn vịthểtích vật liệuởtrạng tháiđặc hồn tồn

(Va)

Ý nghĩa: đểxácđịnh bản chất của vật liệu, độ

rỗng, phân biệt và tính tốn phối liệu.

•

Mẫu bột : sửdụng bình tỷtrọngđểxácđịnh khối lượng
riêng của vật liệu thơng qua thểtích bịchiếm chỗbởi
chất lỏng (trơ)

•

Mẫu có hình dạng: cân khối lượng vàđo kích thước

a
a

V

m

=

γ

- m : kh- V ối lượng cân khơ vật liệu

a: thểtíchđặc tuyệt đốicủa

vật liệu khơng tính lỗrỗng

VLXD-Tính chất cơlý 1-7

D

ụ

ng c

ụ

xác

đị

nh

VLXD-Tính chất cơlý 1-8

Kh

ố

i l

ượ

ng riêng

(g/cm3, t/m3)

Ả

nh h

ưở

ng c

ủ

a kh

ố

i l

ượ

ng riêng

đế

n tính

ch

ấ

t c

ủ

a v

ậ

t li

ệ

u.

•

Khơngảnh hưởng nhiềuđến cơtính của vật liệu
như: độbền, độhút nước, …

•

Ảnh hưởngđến các tính chất như: khảnăng chịu
nhiệt, độcứng, khảnăngăn mịn hóa học…

Các y

ế

u t

ố ả

nh h

ưở

ng

đế

n kh

ố

i l

ượ

ng

riêng

•

Thành phần hóa của vật liệu.

</div>
(3)<div class='page_container' data-page=3>

VLXD-Tính chất cơlý 1-9

Kh

ố

i l

ượ

ng thê

̉ tı́

ch

(g/cm3, t/m3)

Khối lượng thểtích là khối lượng (m) của mộtđơn

vịthểtích của vật liệuởtrạng thái tựnhiên bao

gồm cảlỗrỗng (V0)

Đối với vật liệuhồntồnđặc KLTT ≈KLR

Phương pháp xácđịnh;

•

Cân vàđo với vật liệu có kích thước hình học rõ ràng.

•

Bọc mẫu bằng parafin, cân trong chất lỏng tìm thểtích chất
lỏng dời chỗ. Áp dụng cho mẫu có hình dáng bất kỳ.

•

Dùng dụng cụcó dung tíchđểxácđịnhđối với vật liệu dạng
rời rạc.

0
0

V

m

=

γ

- m; khối lượng tự nhiên của vật liệu
- V0; thểtích của vật liệu bao gồm
cảlỗrỗng (tự nhiên)

VLXD-Tính chất cơlý 1-10

Kh

ố

i l

ượ

ng thê

̉ tı́

ch

(g/cm3, t/m3)

Khối lượng thểtích của một sốloại vật liệu xây dựng

1600 – 1900
1800 – 2500

<1800
2500 - 2700
Gạchđất sét

Bê tông thường
Bê tông nhẹ
Đá hoa cương
7850

1150 – 1400
1400 -1650
1400 – 1700
200 - 300
Thép

Xi măng
Cát

Đá (sỏi)
Sợi khống

(kg/m3)

Vật liệu
(kg/m3)

Vật liệu

Ý nghĩa của khối lượng thểtích

•

Dự đốn được độbền cơ học của vật liệu.

•

Đánh giá được khả năng cách nhiệt, độ ẩm, độ rỗng, độ đặc

•

Sửdụng trong tính tốn các kết cấu, tính ổn định, vận chuyển

VLXD-Tính chất cơlý 1-11

Kh

ố

i l

ượ

ng thê

̉ tı́

ch

đ

ô

̉ đố

ng

Ápdụng vớicác vật liệu rời nhưcát, đá, ximăng…

là khối lượng (m) của mộtđơn vịthểtích của các

hạt vật liệuđổ đống bao gồmđộrỗng của các hạt

vàđộrỗng giữa các hạt (Vx).

Thườngđược xácđịnhởtrạng thái tựnhiên hay

lèn chặt. Ứngdụng trongtínhtốn vận chuyển, kho

X
X

V

m

=

γ

- m; khối lượng tự nhiên vật liệu

- Vx: thểtích của vật liệu bao gồm
cảlỗtrống các hạt

VLXD-Tính chất cơlý 1-12

Đ

ơ

̣

r

ỗ

ng

Độrỗng của vật liệu là tỉlệphần trăm thểtích pha

khơng phải là rắn (khí, lỏng) / thểtích tựnhiên của

khối vật liệu. Thườngtính bằng

Một sốphương pháp xácđịnhđộrỗng: đo trực tiếp,

bay hơi nước, hấp thụkhí, quang họcchụpảnh,

xâm nhập thủy ngân…

)
1
(

= r

V
V

r r

a

r

γ
γ 0

</div>
(4)<div class='page_container' data-page=4>

VLXD-Tính chất cơlý 1-13

Đ

ơ

̣

r

ỗ

ng

Độrỗng là chỉtiêu quan trọng, ảnh hưởngđến

những tính chất khác của vật liệu nhưkhối lượng

thểtích, cườngđộ, độhút nước, hệsốtruyền nhiệt

•

VL cóđợ rỗng nhỏcó cườngđộcao vàđộthấm nước nhỏ.

•

VL cóđợ rỗng cao lại cóđộcách nhiệt cao.

Xu hướng chọn những loại vật liệu cóđộrỗng

nhưng cườngđộcao, bền.

Ý nghĩa của xácđịnhđộrỗng của vật liệu;

•

Mứcđộkết khối các vật liệu nung

•

Dự đốn một sốtính chất của vật liệu

•

Lựa chọn mơi trường sửdụng hợp lý.

VLXD-Tính chất cơlý 1-14

Đ

ơ

̣ đặ

c

Ngược vớiđộ rỗng

Độ đặc luôn luôn nhỏhơn 1 và tùy thuộc vào độ

rỗng của vật liệu. Vật liệu xốp d = 0,20 ~ 0,30%

)
1

(

= d

V
V

d a

a

d

γ
γ 0

VLXD-Tính chất cơlý 1-15

Đ

ô

̣ hú

t n

ướ

c

Độhút nước là khảnăng hút và giữnước trong các

lỗrỗng của vật liệu dưới áp lực thường (tự nhiên) .

Độhút nước biểu diễn theo khối lượng (Hp) và

theo thểtích (Hv)

Mối quan hệgiữa Hp và Hv

%
100
.

m
m
m
Hp

−

= 100%

1− ×

V
m
m

H

n
v

ρ
và

.γ
ρn

p
v

H
H =

Trong đó:

- m1: khối lượng mẫu đã ngậm nước.
- m: khối lượng mẫu ban đầu, sấy khô
- V0: thể tích tự nhiên của mẫu

VLXD-Tính chất cơlý 1-16

Đ

ơ

̣ hú

t n

ướ

c

Hv ln ln < 100%; Hp có thể> 100% đối với

vật liệu rất rỗng và rất nhẹ.

Độhút nước phụthuộcđộrỗng vàđặcđiểm lỗ

rỗng của vật liệu, bản chất vì vậy có thểdùng Hp

và Hvđể đánh giáđộtruyền nhiệt, đợ thấm và

những tính chất khác cườngđợ, KLTT của vật liệu.

•

Ví dụ: Gạchđất sét tốt Hp = 8-20%

•

Gạchđất sét xấu Hp = 25-30%

•

Bê tơng nặng Hp = 3%.

Ý nghĩa:

•

Xácđịnh gián tiếpđộrỗng của vật liệu.

</div>
(5)<div class='page_container' data-page=5>

VLXD-Tính chất cơlý 1-17

Đ

ơ

̣ hú

t n

ướ

c

bã

o

hò

a

Làđộhút nước tốiđa của vật liệu trong mộtđiều

kiện thí nghiệm nhấtđịnh (ở20mmHg hoặcđun

sơi). Đượcđánh giá bằng hệsốbão hịa nước Cbh

hay tỉ sớ % thểtích nước chứa trong vật liệuở

trạng thái bão hịa với thểtích rỗng của vật liệu

Cbhmax= 1. Khi Cbhtăng lượng nước vào lỗrỗng

của vật liệu càng nhiều. Vật liệu càng bão hịa

nước, KLTT, thểtích, hệsốtruyền nhiệt càng tăng

nhưng cườngđộsẽgiảmmạnh.

r
n
bh
v
bh

V
V
C

r
H

C = , =

VLXD-Tính chất cơlý 1-18

Đ

ơ

̣ hú

t n

ướ

c

bã

o

hị

a

Phương pháp 1:

•

Sấy khơ mẫu thí nghiệm, cân m.

•

Đun trong nước sơi, đểnguội.

•

Cân m1, tính tóan theo cơng thứcđộhút nước trên.

Phương pháp 2:

•

Ngâm mẫu trong bình nước có nắpđậy kín.

•

Hạáp suất xuống 20mmHg, rút chân khơng.

•

Giữ ởáp suất nàyđến khi khơng cịn bọt khí thốt ra nữa.

•

Đưa vềáp suất bình thường 760mmHg.

•

Giữsau 2 giờ, vớt mẫu, cân và tính kết qủa.

VLXD-Tính chất cơlý 1-19

Hê

̣

sơ

́

m

ề

m

Ởtrạng thái bão hịa nước, độbền của VL giảm.

Để đánh giá chất lượng của vật liệu trong môi

trường nước người ta dùng hệsốmềm.

Hệsốmềm Km: là hệsốgiảm cườngđộcủa vật

liệu khi bão hịa nước.

•

Km≥0,75: Vật liệu bền nước (thép, kính).

•

Km< 0,75: Vật liệu kém bền nước, không nên sửdụng
trongđiều kiện tác dụng của nước (đất sét khơng nung)

K
MBH
m

R
R

K =

Trongđó:

- RMBH: Cườngđộmẫuởtrạng thái bão hịa

- RK: Cườngđộmẫu khơ

VLXD-Tính chất cơlý 1-20

Độ ẩ

m t

ự

nhiên

Độ ẩm là tỉlệphần trăm lượng nước có thật nằm

trong vật liệu. Độ ẩm phụthuộc vào mơi trường khơ

ẩm xung quanh

•

Đợ ẩm tươngđối

•

Đợ ẩm tuyệtđối

Độ ẩm thayđổi theo mơi trường, khiđộ ẩm tăng

hay giảm làm cho thểtích vật liệu tăng và giảm

theo, gây hiện tượng co nởthểtích, sinh ra nộiứng

suất phá hủy cấu trúc của vật liệu.

Phụ thuộc vật liệu, phương biếndạng. Ví dụ: Gỗcó

độnởdọc thớ1% vàđộnởngang thớ3-10%.

m
m
m
Wrh

2
−
=

2
2

</div>
(6)<div class='page_container' data-page=6>

VLXD-Tính chất cơlý 1-21

Tí

nh th

ấ

m

Là tính chất đểcho nước thấm qua khi có sự

chênh lệch áp lực nước thủy tĩnh

Đặc trưng của tính thấm nước bằng hệsốthấm Kth

t
p
p
S
a
V
K n
th
).
(
.
2
1−
=

Trongđó

- Vn: thểtích nước thấm qua, m3

- a: Chiều dày mẫu, m
- S: diện tích của mẫu, m2

- (p1-p2): chênh áp suất thủy tĩnhởhai mặt,

m H2O

- t: thời gian, h

VLXD-Tính chất cơlý 1-22

Tính d

ẫ

n nhi

ệ

t

Là tính chất của vật liệuđểcho nhiệt truyền qua từ

phía có nhiệtđộcao sang phía có nhiệtđộthấp,

tức có gradient nhiệtđợ (∇T).

Đặc trưng của tính dẫn nhiệt là hệsốdẫn nhiệt.

Mối liên hệgiữa hệsốdẫn nhiệt với khối lượng thể

tích, nhiệtđộ:

Hệsốdẫn nhiệt phụthuộc rất lớn vào bản chất của

vật liệu
14
0
22
0
0196

0, + , ρ2v − ,
=
λ
)
200
0
)(
002
,
0
1
( 0

0 t t C

t=λ + ≤ ≤

VLXD-Tính chất cơlý 1-23

Silicat
es de c

alcium
 500kg

/m3

λ(Wm-1K-1) vs. T(°C)

Gạạch cch cáách n
hi

ch nhiệệ

t 400kg/m3

t 400kg
/m3

Tấấm

m múú

t th

t thủủy t

inh 14
5kg/m

y tinh
145k

g/m3

Silicate c
alcium

200kg
/m3

Silicate c
alcium

200kg
/m3

Múút polyurethan
e 32kg/m

t polyurethan
e 32kg/m

Sợợi a

lumine
130k

g/m3

i alum
ine 13

0kg/m
3

Sợợi k

i kho

áng

100
kg/m

ng 1
00kg

/m3

Bê

Bê--tông ctông cốốt lit liệệu u đđáácalcite (EC)calcite (EC)

Silicate
calcium
500kg/m
3
Silicate
calcium
500kg/m
3

VLXD-Tính chất cơlý 1-24

Nhi

ệ

t dung riêng hay ti

̉

nhi

ệ

t

Nhiệt dung riêng là nhiệt lượng cần cung cấp cho

1kg vật liệu tăng lên 10C

Nhiệt dung riêng phụthuộc vào bản chất của vật

liệu vàđộ ẩm

•

Nhiệt dung riêng của VL hữu cơlớn hơn VL khống,

•

Chênh lệch nhiệt dung riêng chất rắn và khí khơngđáng kể,

•

Nhiệt dung riêng pha lỏng lớn hơn nhiều so với hai pha kia.

Ví dụ: Tỉnhiệt của một sốloại vật liệu thơng dụng

•

Đá thiên nhiên, nhân tạo: C=0,18 – 0,22 kCal/kg.0C.

•

Gỗ: C=0,57 – 0,65 kCal / kg.0C.

•

Thép: C=0,115 kCal / kg.0C.

</div>
(7)<div class='page_container' data-page=7>

VLXD-Tính chất cơlý 1-25

Nhi

ệ

t dung, nhi

ệ

t dung riêng

Nhiệt dung của một khối vật liệu G hấp thụ để tăng

nhiệtđộ từ t1 đến t2 là:

Q = C.G.(t2-t1) (kCal)

Sựphụthuộc của nhiệt dung riêng của vật liệu phụ

thuộc vàođộ ẩm:

Xác định giá trịnhiệt dung riêng của vật liệu:

•

Bằng các phân tích DSC, DTA,

•

Bằng tính tốn khi biết các thành phần hỗn hợp.

W
WC
C

C n

W

01
,
0
1

01
,
0

+
=

n
n
n

m
m

m

C
m
C

m
C
m
C

+
+
+

...
...

2
1

2
2
1
1

VLXD-Tính chất cơlý 1-26

Cp(kJkg-1K-1) vs. T(°C)

Bê

Bê--tơng ctơng cốốt liệt liệu u đđáácalcite (EC)calcite (EC)

VLXD-Tính chất cơlý 1-27

Tí

nh ch

ố

ng

chá

y,

chị

u l

ử

a

Tính chống cháy là khảnăng của vật liệu chịu

được tác dụng của ngọn lửa trong một khoảng

thời gian nhấtđịnh.

Phân loại:

•

Vật liệu khơng cháy : là vật liệu khơng cháy dưới ngọn

lửaởnhiệtđộcao nhưng có thểbịphá hủy hoặc bị

biến dạngởnhiệtđộ>6000C.

•

Vật liệu khó cháy: là vật liệu bịcháy dưới tác dụng của

ngọn lửa hay nhiệtđộcao nhưng khi ngừng tác nhân

gây cháy thì vật liệu cũng ngừng cháy.

•

Vật liệu dễcháy: là vật liệu có thểbùng cháy dưới tác

dụng của nhiệtđộcao.

VLXD-Tính chất cơlý 1-28

Chuy

ể

n hố thành ph

ầ

n

30 – 1050C: bay hơiẩm.
110 – 1700C: sựphân huỷcủa

thạch cao (quá trình thu nhiệt)
180 – 3000C: sựmất nước do

phân huỷCSH và CAH
450 – 5500C: mất nước của

canxi hydroxit.

700 – 9000C: phân huỷcủa
canxi cacbonat của xi-măng và
một sốloại cốt liệu giàu calcite.
Trên 10000C: phá hoại cấu

trúc. Một sốthành phần bắt

đầu có hiện tượng chuyển pha
lỏng.

</div>

Bài giảng Vật liệu xây dựng: Chương 1 - ĐH Bách khoa TP.HCM

V

ậ

t Li

ệ

u Xây D

ự

ng

(

<i>Construction Materials</i>

)

Cá

<b>c</b>

tí

<b>nh ch</b>

ấ

<b>t c</b>

ơ

<b>ly</b>

́

<b>VLXD</b>

<b>H</b>

ướ

<b>ng ti</b>

ế

<b>p c</b>

ậ

<b>n</b>

Ả

<b>nh h</b>

ưở

<b>ng c</b>

ấ

<b>u trúc</b>

Ả

<b>nh h</b>

ưở

<b>ng c</b>

ấ

<b>u trúc</b>

<b>Kh</b>

ố

<b>i l</b>

ượ

<b>ng riêng</b>

<b>(g/cm3, t/m3)</b>

•

•

V

m

=

γ

<b>D</b>

ụ

<b>ng c</b>

ụ

<b>xác</b>

đị

<b>nh</b>

<b>Kh</b>

ố

<b>i l</b>

ượ

<b>ng riêng</b>

<b>(g/cm3, t/m3)</b>

Ả

nh h

ưở

ng c

ủ

a kh

ố

i l

ượ

ng riêng

đế

n tính

ch

ấ

t c