Nghiên cứu sử dụng thủy tinh y tế để sản xuất bê tông

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

LÊ VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỦY TINH Y TẾ
ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng – Năm 2017


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

LÊ VĂN CẢNH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỦY TINH Y TẾ
ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TƠNG

Chun ngành
Mã số

: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình DD và CN

:
60.58.02.08

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trƣơng Hồi Chính

Đà Nẵng – Năm 2017


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa đƣợc cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Đà Nẵng, ngày.....tháng.....năm 2017
Ngƣời cam đoan

Lê Văn Cảnh


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ THỦY TINH ................................ 3
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TÔNG .....................................................................3
1.1.1. Cấu trúc bê tông ................................................................................................ 3
1.1.2. Nhân tố quyết định cƣờng độ bê tông .............................................................. 4
1.1.3. Sự tăng cƣờng độ theo thời gian ....................................................................... 5
1.1.4. Bê tông cốt thép ................................................................................................ 6
1.1.5. Biến dạng của bê tông ....................................................................................... 6
1.1.5.1. Biến dạng do co ngót .................................................................................. 6
1.1.5.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn .................................................. 7
1.1.5.3. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo ........................................................... 8
1.1.5.4. Từ biến ........................................................................................................ 9
1.1.5.5. Biến dạng nhiệt ......................................................................................... 10
1.2. GIỚI THIỆU VỀ THỦY TINH ..............................................................................10
1.3. THÀNH PHẦN HĨA HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THỦY TINH...................... 11
1.3.1. Thành phần hóa học ........................................................................................ 11
1.3.2. Các tính chất ................................................................................................... 11
1.3.2.1. Tỷ trọng của thủy tinh ............................................................................... 11
1.3.2.2. Mô đun đàn hồi (E) ................................................................................... 11
1.3.2.3. Độ bền nén, kéo, uốn ................................................................................ 12
1.3.2.4. Độ dòn ....................................................................................................... 12
1.3.2.5. Nhiệt dung riêng ....................................................................................... 12
1.3.2.6. Độ dẫn nhiệt .............................................................................................. 13
1.3.2.7. Hệ số dãn nở nhiệt .................................................................................... 13
1.3.2.8. Độ bền nhiệt .............................................................................................. 13
1.4. PHÂN LOẠI THỦY TINH .................................................................................... 14
1.4.1. Thủy tinh hữu cơ ............................................................................................. 14
1.4.2. Thủy tinh vô cơ ............................................................................................... 14


1.4.2.1. Thủy tinh đơn nguyên tử ........................................................................... 14

1.4.2.2. Thủy tinh oxit ............................................................................................ 14
1.4.2.3. Halogen thủy tinh ...................................................................................... 15
1.4.2.4. Chancogenhit thủy tinh ............................................................................. 15
1.4.2.5. Thủy tinh hỗn hợp ..................................................................................... 16
1.5. QUY TRÌNH XỬ LÝ RÁC THẢI THỦY TINH ..................................................17
1.6. ƢU – NHƢỢC ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG THỦY TINH Y TẾ TRONG
BÊ TÔNG ...................................................................................................................... 17
1.5.1. Ƣu điểm .......................................................................................................... 17
1.5.2. Nhƣợc điểm..................................................................................................... 17
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG THỦY TINH Y
TẾ THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM .................................................................... 18
2.1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG SỬ DỤNG THỦY TINH Y TẾ ............................ 18
2.2. CƠ SỞ ĐÁNH GIÁ CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG .............18
2.2.1. Xi măng theo Tiêu chuẩn TCVN 6260-2009 ................................................. 18
2.2.2. Cát theo Tiêu chuẩn TCVN 7570-2006 .......................................................... 19
2.2.2.1. Yêu cầu kỹ thuật ....................................................................................... 19
2.2.2.2. Phƣơng pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý của cát:................... 21
a. Khối lƣợng riêng, độ hút nƣớc: Áp dụng theo TCVN 7572- 4 -2006. ............ 21
b. Khối lƣợng thể tích xốp, độ hổng: Áp dụng theo TCVN 7572- 6 -2006. ....... 23
c. Xác định thành phần hạt, môđun độ lớn: Áp dụng theo TCVN 7572- 2 2006. ............................................................................................................................. 24
d. Xác định hàm lƣợng bụi, bùi, sét: Áp dụng theo TCVN 7572-8:2006. .......... 26
2.2.3. Nƣớc Áp dụng TCVN 4506 : 2012................................................................. 26
2.2.4. Thủy tinh ......................................................................................................... 28
2.3. CẤP PHỐI VẬT LIỆU, QUY TRÌNH LẤY MẪU, BẢO DƢỠNG BÊ TƠNG ...29
2.3.1. Thành phần cấp phối bê tông đƣợc thiết kế dựa trên các cốt liệu đã đƣợc
thí nghiệm ..................................................................................................................... 29
2.3.2. Quy trình lấy mẫu, bảo dƣỡng bê tơng đƣợc áp dụng theo tiêu chuẩn
TCVN 3015-1993 ......................................................................................................... 29
2.3.2.1. Quy trình lấy mẫu ..................................................................................... 29
2.3.2.2. Đúc mẫu bê tông ....................................................................................... 29

2.3.2.3. Khuôn đúc mẫu ......................................................................................... 30
2.3.2.4. Đổ và đầm hỗn hợp bê tông trong khuôn ................................................. 30
2.3.2.5. Bảo dƣỡng mẫu bê tông ............................................................................ 30
2.4. CƠ SỞ XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG ............................ 31


2.4.1. Khả năng chịu nén theo tiêu chuẩn TCVN 3118-1993................................... 31
2.4.1.1. Chuẩn bị mẫu thử ...................................................................................... 31
2.4.1.2. Thiết bị thử ................................................................................................ 31
2.4.1.3. Tiến hành thử ............................................................................................ 31
2.4.2. Độ sụt .............................................................................................................. 32
2.4.3. Hệ số dẫn nhiệt ............................................................................................... 32
2.4.3.1. Trƣờng nhiệt độ ........................................................................................ 33
2.4.3.2. Gradient nhiệt độ....................................................................................... 33
2.4.3.3. Định luật Fourier ....................................................................................... 34
2.4.3.4. Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt ........................................................ 36
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM...................................................... 37
3.1. CHUẨN BỊ MẪU THỬ VÀ CÁC LOẠI CỐT LIỆU ...........................................37
3.1.1. Xi măng ........................................................................................................... 37
3.1.2. Cát ................................................................................................................... 37
3.1.3. Thủy tinh ......................................................................................................... 40
3.2. THÀNH PHẦN CẤP PHỐI CỦA BÊ TƠNG ....................................................... 41
3.3. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU ..................................45
3.3.1. Cƣờng độ chịu nén .......................................................................................... 45
3.1.2. Hệ số dẫn nhiệt ............................................................................................... 49
3.1.2.1. Một số hình ảnh thiết bị đo, mẫu đo ......................................................... 49
3.1.2.2. Hình ảnh kết quả đo .................................................................................. 50
3.4. NHẬN XÉT ............................................................................................................51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 52
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................. 53

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
σb

Ứng suất của bê tông (daN/cm2)

εb

Biến dạng tỉ đối của bê tông



Hệ số đàn hồi

C

Suất từ biến

α

Hệ số dãn nỡ nhietj theo chiều dài

λ

Hệ số dẫn nhiệt (Kcal/mhºC)

E

Mô đun đàn hồi (MPa)

R

Cƣờng độ chịu nén của bê tơng (daN/cm2)

ρx

Khối lƣợng thể tích xốp của cốt liệu (Kg/m3)

vk

Khối lƣợng thể tích của cốt liệu ở trạng thái khô (Kg/m3)


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu

Tên bảng

bảng

Trang

1.1.

Bảng tham khảo υo, Co

10

1.2.

Miền tạo thành thủy tinh trong các hệ silicat hai thành phần

15

2.1.

Các chỉ tiêu chất lƣợng của xi măng Pooclăng hỗn hợp

19

2.2.

Thành phần hạt của cát

20

2.3.

Hàm lƣợng các tạp chất trong cát

20

2.4.

Hàm lƣợng ion Cl- trong cát

21

2.5.

Kích thƣớc thùng đong thí nghiệm

23

2.6.

Kích thƣớc thùng đong thí nghiệm

24

2.7.

2.8.

Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion
clorua và cặn không tan trong nƣớc trộn vữa
Hàm lƣợng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat, ion
clorua và cặn không tan trong nƣớc dùng để rửa cốt liệu và bảo

27

28

dƣỡng vữa
2.9.

Thành phần hạt của cốt liệu lớn

29

3.1.

Kết quả thí nghiệm xi măng

37

3.2.

Kết quả thí nghiệm cát

37

3.3.

Kết quả thí nghiệm cát

38

3.4.

Cấp phối bê tông đá dăm

41

3.5.

Cấp phối bê tông thay thế 100% đá dăm bằng thủy tinh

41

3.6.

Kết quả nén bê tông thủy tinh (thủy tinh thay thế 100% đá dăm)

45

3.7.

Kết quả nén bê tông đá dăm cấp độ bền B15(M200)

46

3.8.

So sánh kết quả cƣờng độ chịu nén

47

3.9.

Kết quả đo hệ số dẫn nhiệt của bê tông

49


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

1.1.

Đồ thị tăng cƣờng độ theo thời gian

5

1.2.

Thí nghiệm và đồ thị ứng suất - biến dạng của bê tơng

7

1.3.

Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi – dẻo của bê
tông

8

1.4.

Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tơng

9

2.1.

Các loại hình dáng của khối cốt liệu

22

2.2.

Mô tả dụng cụ xác định thể tích cốt liệu

23

2.3.

Thùng rửa cốt liệu

26

2.4.

Thiết bị thử

31

3.1.

Biểu đồ thành phần hạt của cát

38

3.2.

Xác định thành phần hạt của cát

39

3.3.

Xác định khối lƣợng thể tích xốp của cát

39

3.4.

Chuẩn bị cốt liệu thủy tinh

40

3.5.

Xác định khối lƣợng thể tích xốp của thủy tinh

41

3.6.

Thủy tinh sau khi đƣợc sàng

42

3.7.

Chuẩn bị cốt liệu đổ bê tơng

42

3.8.

Q trình trộn bê tơng

43

3.9.

Đo độ sụt của bê tông

43

3.10.

Chuẩn bị khuôn đúc mẫu

44

3.11.

Đúc mẫu bê tông

44

3.12.

Bảo dƣỡng bê tông

44

3.13.

Biểu đồ phát triển cƣờng độ của bê tông thủy tinh

45

3.14.

Biểu đồ phát triển cƣờng độ của bê tông đá dăm

46

3.15.

Biểu đồ phát triển cƣờng độ của bê tông thủy tinh và bê tông đá
dăm cấp độ bền B15(M200)

47

3.16.

Quá trình nén mẫu bê tơng

48

3.17.

Bê tơng sau khi nén

48

3.18.

Kết quả nén bê tơng

48

3.19.

Phần làm lạnh, phần đốt nóng

49

3.20.

Thiết bị đo, mẫu đo

49

3.21.

Thí nghiệm xác định hệ số dẫn nhiệt của bê tông

50

3.22.

Hệ số dẫn nhiệt của các loại bê tông

51


ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG THỦY TINH Y TẾ
ĐỂ SẢN XUẤT BÊ TÔNG
Học viên: Lê Văn Cảnh
Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân Dụng và Cơng Nghiệp
Khóa: 31 - Trƣờng Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng
Tóm tắt - Ngày nay vấn đề ơ nhiễm mơi trƣờng càng trở thành chủ đề nóng mà cả nhân
loại quan tâm, gây ra sự nóng lên của trái đất, làm khí hậu tồn cầu thay đổi rõ rệt.
Nghiên cứu sử dụng thủy tinh y tế để đƣa vào thành phần cốt liệu của bê tơng với mục đích
tận dụng nguồn rác thải thủy tinh y tế ngày càng tăng trong các đơn vị y tế để giúp giải quyết
phần nào vấn đề rác thải y tế trong các đơn vị này. Đây là một trong những nguồn rác thải gây ô
nhiễm rất lớn cho môi trƣờng khi đốt hay chôn lấp. Luận văn này nghiên cứu xác định các chỉ tiêu
của bê tông sử dụng thủy tinh nhƣ: cƣờng độ chịu nén, hệ số dẫn nhiệt. Từ đó đƣa ra những đánh
giá cụ thể về bê tông khi sử dụng thủy tinh y tế làm cốt liệu.
Từ khóa – Bê tông, rác thải thủy tinh y tế, cƣờng độ chịu nén, hệ số dẫn nhiệt.

THE RESEARCH OF USING MEDICAL GLASS
TO PRODUCE CONCRETE
Abstract - Today, environmental pollution is becoming a important subject that draws all
the world attentions, causes global warming, makes the global climate change.
The research of mixing medical glass with other component of concrete in the purposes of
making use the medical glass resources available in medical facilities to help solve the problem of

medical waste.This is one of the largest sources of garbage that causes huge pollution to the
environment when burning or burial. This thesis determine the mechanical properties of concrete
with medical glass as it aggregate such as compressive strength, thermal conductivity. This gives
general assessments of quality of concrete when using medical glass as aggregates. Final give
conclusions and recommendations for the step by step application of concrete with medical glass
as its aggregates into real life.
Keywords – Concrete; medical glass garbage; compressive strength; thermal conductivity.


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong lĩnh vực xây dựng hiện nay, bê tông vẫn đƣợc sử dụng rất rộng rãi trong
các kết cấu xây dựng do tính bền vững và hiệu quả.
Qua tham khảo các nguồn tài liệu, tại Việt Nam, lƣợng chất thải rắn (trong đó có
thủy tinh dùng trong y tế) hằng năm rất lớn và có chiều hƣớng tăng nhanh: năm 2008
(28 triệu tấn); năm 2015 (41 triệu tấn); dự báo năm 2020 (68 triệu tấn). Trong khi đó
hiện nay phƣơng pháp xử lý chất thải phổ biến là chôn lấp hoặc đốt, không những gây
ơ nhiễm rất lớn cho mơi trƣờng và cịn làm giảm diện tích đất dùng để sử dụng cho
nhiều mục đích khác.
Vấn đề đặt ra, là nghiên cứu tận dụng nguồn rác thải y tế (chai lọ thủy tinh) làm
cốt liệu thay thế để sản xuất bê tơng góp phần giảm thiểu lƣợng rác thải đã quá tải cho
các đơn vị y tế. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu sử dụng thủy tinh y tế để sản xuất bê
tông” cần đƣợc nghiên cứu để làm rõ vấn đề này.

Hình 1. Rác thải thủy tinh y tế
2. Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng cốt liệu thủy tinh trong thành phần cấp phối bê tơng từ đó xác định các
đặc tính của nó sau đó đƣa ra các nhận xét và kiến nghị.

3. Đối tƣợng nghiên cứu
Bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh y tế.
4. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu thành phần cấp phối (cốt liệu thủy tinh thay thế) để chế tạo vật liệu
bê tơng cốt liệu thủy tinh trong phịng thí nghiệm, từ đó xác định một số thơng số đặc
tính kỹ thuật.


2
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng pháp lí thuyết: Thu thập tài liệu; tìm hiểu lý thuyết tính chất cơ lý của
vật liệu bê tông.
- Nghiên cứu thực nghiệm: Chế tạo mẫu trong phịng thí nghiệm. Đo đạc xử lý số
liệu từ đó so sánh kết quả trên các mẫu thử.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu sử dụng thủy tinh y tế để thay thế đá dăm (thay thế 100%) trong
thành phần cấp phối bê tông. Xác định các chỉ tiêu cƣờng độ, khả năng dẫn nhiệt của
bê tông sử dụng cốt liệu thủy tinh, từ đó đƣa ra những kiến nghị sử dụng thủy tinh y tái
chế vào thực tế.
Tận dụng nguồn rác thải thủy tinh từ các cơ sở y tế sẽ khơng những góp phần rất
lớn đến việc bảo vệ mơi trƣờng, bảo vệ sức khỏe con ngƣời mà cịn góp phần tiết kiệm
quỹ đất cho chôn lấp thủy tinh.
7. Cấu trúc luận văn
Luận văn gồm phần Mở đầu, 03 Chƣơng và phần Kết luận và kiến nghị
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
2. Mục tiêu nghiên cứu
3. Đối tƣợng nghiên cứu
4. Phạm vi nghiên cứu
5. Phƣơng pháp nghiên cứu

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài


3

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ THỦY TINH
1.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BÊ TƠNG [10]
Bê tơng là một loại đá nhân tạo đƣợc đƣợc chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá, sỏi)
và chất kết dính. Vật liệu rời đƣợc gọi là cốt liệu, gồm các cỡ hạt khác nhau, loại bé có
kích thƣớc từ 1-5mm, loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thƣớc 5-40 mm hoặc lớn
hơn. Chất kết dính thƣờng là xi măng trộn với nƣớc hoặc các chất dẻo khác.
Ngoài các thành phần chính nhƣ trên ngƣời ta cịn có thể thêm các phụ gia để cải
thiện một số tính chất của bê tơng trong lúc thi cơng cũng nhƣ trong q trình sử dụng.
Phụ gia có nhiều loại khác nhau, có loại để nâng cao độ dẻo của hỗn hợp bê tông, có
loại dùng để tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đơng kết của xi măng, có loại để nâng
cao cƣờng độ của bê tơng trong thời gian đầu, có loại để tăng khả năng chống thấm …
Nƣớc để trộn bê tơng gồm 2 phần: Một phần để hóa hợp với xi măng, một phần
nữa nhƣ là phụ gia làm cho hỗn hợp bê tơng có đƣợc độ dẻo cần thiết lúc trộn, đổ
khuôn, đầm chắc. Lƣợng nƣớc tham gia phản ứng hóa hợp chỉ chiểm khoảng một phần
năm trọng lƣợng xi măng và là cần thiết. Lƣợng nƣớc thêm vào để trộn bê tông, về sau
khi bê tông đã khô cứng, sẽ trở thành nƣớc thừa, một phần bốc hơi để lại các lỗ rỗng li
ti trong cấu trúc của bê tông, làm giảm độ đặc chắc và cƣờng độ của nó. Ngun lý tạo
nên bê tơng là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ xƣơng, cốt liệu nhỏ lắp đầy khoảng
trống và dùng chất kết dính để liên kết chúng lại thành một thể đặc chắc có khả năng
chịu lực và chống lại các biến dạng.
1.1.1. Cấu trúc bê tơng
Bê tơng có cấu trúc khơng đồng nhất vì hình dáng, kích thƣớc các hạt cốt liệu
khác nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính khơng thật đồng đều, trong bê tơng
vẫn cịn lại một ít nƣớc thừa và những lỗ rỗng li ti (do nƣớc thừa bốc hơi).

Q trình khơ cứng của bê tơng xảy ra lâu dài, đó là q trình thủy hóa xi măng,
quá trình thay đổi sự cân bằng nƣớc, sự giảm chất keo nhớt, sự tăng mạnh tinh thể của
đá xi măng. Q trình đó làm cho bê tơng trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có
tính dẻo, thể hiện ra ở đặc tính biến dạng khi chịu lực và chịu tác động nhiệt ẩm của
môi trƣờng.
Tùy theo thành phần và cấu trúc của bê tông mà ngƣời ta phân loại chúng thành
nhiều cách khác nhau:
- Theo cấu trúc có các loại: Bê tơng đặc chắc, bê tơng có lỗ rỗng, bê tơng tổ
ong;
- Theo khối lƣợng riêng phân thành: Bê tơng nặng thơng thƣờng có khối lƣợng
riêng γ=2200-2500 kG/m3; bê tông nặng cốt liệu bé γ=1800-2200 kG/m3, bê tông nhẹ
γ<1800kG/m3; bê tông đặc biệt nặng γ>2500 kG/m3;


4
- Theo thành phần có: Bê tơng thơng thƣờng, bê tông cốt liệu bé, bê tông chèn
đá hộc.
- Theo phạm vi sử dụng: Bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tơng chịu nóng, bê
tơng cách nhiệt, bê tơng chống xâm thực…
1.1.2. Nhân tố quyết định cƣờng độ bê tông
Cƣờng độ bê tông lớn hay bé là do thành phần và công nghệ chế tạo quyết định.
Khi thiết kế công trình ngƣời ta thƣờng phải dự kiến cƣờng độ cần thiết của bê tông
(chọn mác hoặc cấp độ bền thiết kế), dùng cƣờng độ đó để đem vào trong tính tốn.
Khi thi cơng cần chọn thành phần, cấp phối vật liệu và biện pháp chế tạo để bê tông
đạt cƣờng độ u cầu. Muốn biết bê tơng có đạt hay khơng lại cần phải đúc mẫu thử để
thí nghiệm. Các yếu tố cơ bản ảnh hƣởng đến cƣờng độ bê tông:
Chất lƣợng và số lƣợng xi măng: Thông thƣờng để chế tạo 1m3 bê tông cần dùng
khoảng 250-500 kg xi măng. Với cƣờng độ bê tông đã dự kiến, khi dùng ximăng chất
lƣợng cao hơn thì số lƣợng sẽ ít hơn. Trong một giới hạn nào đó khi tăng lƣợng xi
măng cũng tăng cƣờng độ bê tơng nhƣng nói chung hiệu quả không cao và thƣờng làm

tăng biến dạng co ngót gây hậu quả xấu. Khi cần có bê tơng cƣờng độ cao nên dùng xi
măng mác cao với số lƣợng hợp lý.
Độ cứng độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối). Các yếu tố này đóng
vai trị quan trọng trong việc chế tạo bê tơng. Khi chọn đƣợc cấp phối hợp lý không
những tăng đƣợc cƣờng độ bê tơng mà cịn sử dụng xi măng một cách tiết kiệm.
Tỉ lệ nƣớc – xi măng: Đây là yếu tố ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ và tính chất
biến dạng của bê tơng. Khi tỉ lệ này tăng lên thì cƣờng độ và độ đặc chắc của bê tơng
đều bị giảm và biến dạng do co ngót tăng.
Chất lƣợng của việc nhào trộn vữa bê tông, độ đầm chắc của bê tông khi đổ
khuôn và điều kiện bảo dƣỡng. Các yếu tố này đều ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ bê
tông.
Các yếu tố nêu trên đều ảnh hƣởng đến cƣờng độ chịu nén và cƣờng độ chịu kéo
của bê tơng nhƣng mức độ có khác nhau, ví dụ tỉ lệ nƣớc – xi măng ảnh hƣởng rất lớn
đến cƣờng độ chịu nén và có phần ít hơn đối với cƣờng độ chịu kéo, còn độ sạch của
cốt liệu ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ chịu nén và rất lớn đến cƣờng độ chịu kéo, bê
tông dùng đá dăm và sỏi có cƣờng độ chịu kéo gần nhƣ nhau nhƣng cƣờng độ chịu kéo
của chúng khác nhau đến 20%...
Bê tông đƣợc sử dụng rộng rãi trong xây dựng nhƣ làm cầu, đƣờng, nhà cửa, đập
ngăn nƣớc…Ngày nay, bê tơng có mặt khắp mọi nơi do những ƣu điểm không thể thay
thế nhƣ: khả chịu lực rất lớn, giá thành rẻ, bền vững và sử dụng ổn định với thời tiết.


5
1.1.3. Sự tăng cƣờng độ theo thời gian

R

R28

28

t

Hình 1.1. Đồ thị tăng cường độ theo thời gian
Gọi tuổi của bê tơng là thời gian t (tính bằng ngày) kể từ khi chế tạo đến khi thí
nghiệm mẫu . Lúc mới nhào trộn và đổ vào khn (t=0) bê tơng cịn ở thể nhão, chƣa
có cƣờng độ (R=0). Trong q trình khô cứng, cƣờng độ tăng dần lên, thời gian đầu
tăng nhanh, sau tăng chậm dần. Với bê tông dùng xi măng Póoclăng chế tạo và bảo
dƣỡng bình thƣờng cƣờng độ tăng nhanh trong 28 ngày đầu.
Để biểu diễn sự tăng của R theo t có thể dùng một số cơng thức thực nghiệm sau
đây.
Công thức của B. G. Xkramtaep theo quy luật logarit, dùng đƣợc khi t=7-300
ngày.
R = 0,7R28lgt.
(1.1)
Công thức của Viện nghiên cứu bê tông Mỹ ACI theo quy luật hyperbôn.
R = R28

t
a  bt

(1.2)

Hệ số a, b phụ thuộc vào loại xi măng. Thông thƣờng a = 4, b = 0,85. Với xi
măng đông cứng nhanh a = 2,3; b = 0,92.
Với cƣờng độ chịu kéo, sự tăng cƣờng độ theo thời gian có nhanh hơn so với
cƣờng độ chịu nén.
Trong môi trƣờng thuận lợi (nhiệt độ dƣơng, độ ẩm cao), sự tăng cƣờng độ có thể
kéo dài trong nhiều năm, cịn trong điều kiện khơ hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng
cƣờng độ trong thời gian sau này không đáng kể.

6
Dùng hơi nƣớc nóng để bảo dƣỡng bê tơng cũng nhƣ dùng phụ gia tăng cƣờng độ
có thể làm cƣờng độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhƣng sẽ làm
cho bê tơng trở nên giịn hơn và có cƣờng độ cuối cùng (sau vài năm) thấp hơn so với
bê tông đƣợc bảo dƣỡng trong điều kiện tự nhiên và không dùng phụ gia.
1.1.4. Bê tông cốt thép
Trong quá trình phát triển ngƣời ta nhận thấy bê tơng có khả năng nén lớn nhƣng
khả năng chịu kéo rất kém và là loại vật liệu giòn. Trong khi đó cốt thép là loại vật liệu
chịu kéo hoặc chịu nén đều tốt. Do vậy, ngƣời ta đã đặt cốt thép vào trong bê tông để
tăng cƣờng khả năng chịu lực cho kết cấu, từ đó sản sinh ra bê tông cốt thép.
Đầu thế kỷ XX ngƣời ta ngƣời ta bắt đầu xây dựng lý thuyết tính tốn kết cấu bê
tông cốt thép theo phƣơng pháp ứng suất cho phép (phƣơng pháp cổ điển). Phƣơng
pháp này dựa trên cơ sở các cơng thức tính tốn ứng suất của mơn sức bền vật liệu.
Giáo sƣ Loleit ngƣời Nga cùng với nhiều ngƣời khác đã nghiên cứu tính khơng
đồng nhất và đẳng hƣớng, tính biến dạng và tính đàn hồi dẻo của bê tơng và kiến nghị
phƣơng pháp tính tốn theo giai đoạn phá hoại (1939). Đến năm 1955 ở Liên Xơ (cũ)
đã bắt đầu tính tốn theo phƣơng pháp mới hơn có tên gọi là phƣơng pháp tính theo
trạng thái giới hạn. Phƣơng pháp đó ngày càng đƣợc hồn thiện và đang đƣợc nhiều
nƣớc trên thế giới kể cả nƣớc ta sử dụng trong tính tốn thiết kế kết cấu bê tông cốt
thép.
Cho đến nay, kết cấu bê tông cốt thép đã chiếm một vị trí quan trọng trong các
ngành xây dựng cơ bản, đã đạt đƣợc những thành tựu đáng chú ý.
Ở Việt Nam, bê tông cốt thép đã đƣợc du nhập vào từ khoảng đầu thế kỷ XX để
làm cầu, đập nƣớc, cống và nhà cửa dân dụng công nghiệp. Khu liên hợp gang thép
Thái Nguyên. Nhà máy cơng cụ số 1 Hà Nội là những cơng trình lớn bằng bê tông cốt
thép đầu tiên.
1.1.5. Biến dạng của bê tông
Biến dạng của bê tông xảy ra khá phức tạp gồm biến dạng ban đầu do co ngót,

biến dạng do tải trọng gây ra (biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo). Sự tăng biến dạng
theo thời gian.
1.1.5.1. Biến dạng do co ngót
Co ngót là hiện tƣợng bê tơng giảm thể tích khi khơ cứng trong khơng khí. Hiện
tƣợng co ngót liên quan đến q trình thủy hóa xi măng, đến sự bốc hơi lƣợng nƣớc
thừa khi bê tông khơ cứng. Co ngót chủ yếu xảy ra chủ yếu trong giai đoạn khô cứng
đầu tiên của bê tông. Trong điều kiện bình thƣờng sau vài năm bê tơng sẽ hết co và
biến dạng tỉ đối do co ngót có thể đạt đến (3-5).10-4. Biến dạng bê tông đổ tại chỗ với
độ sụt 12-18 cm có giá trị lớn hơn nhiều.


7
Sự co của mạng tinh thể xi măng bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu
trong đá xi măng. Sự co không đều trong khối bê tơng hoặc co ngót bị ngăn trở làm
phát sinh ứng suất kéo và có thể làm bê tơng bị nứt.
Co ngót là hiện tƣợng có hại, trong thiết kế và thi cơng cần có biện pháp làm
giảm co ngót hoặc giảm ảnh hƣởng của nó. Sau đây là vài nhân tố chính liên quan đến
co ngót:
- Trong mơi trƣờng khơ co ngót lớn hơn trong mơi trƣờng ẩm ƣớt.
- Độ co ngót tăng lên khi dùng nhiều xi măng, dùng xi măng hoạt tính cao, khi
tăng tỉ lệ nƣớc – xi măng, khi dùng cốt liệu có độ rỗng, cát mịn, dùng chất phụ gia (trừ
việc dùng phụ gia trƣơng nở).
- Để giảm co ngót cần chọn thành phần thích hợp, hạn chế lƣợng nƣớc trộn, đầm
chặt bê tông, giữ cho bê tông thƣờng xuyên ẩm trong giai đoạn đầu (dƣỡng hộ). Để
khắc phục ảnh hƣởng xấu của co ngót cần dùng những biện pháp cấu tạo thích hợp, đặt
cốt thép ở những nơi cần thiết, làm các khe co dãn trong kết cấu và tạo mạch ngừng thi
công.
Khi bê tơng khơ cứng trong nƣớc thể tích của nó tăng lên. Mức độ trƣơng nở của
bê tông tối đa bằng khoảng (6-15).10-5.
1.1.5.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn

σ
C

Rlt
P

Ỉ

∆
Ỉ

B

σb

A
α0

εb

 *b

ε

Hình 1.2. Thí nghiệm và đồ thị ứng suất - biến dạng của bê tơng
Làm thí nghiệm nén mẫu hình trụ có chiều dài l, diện tích tiết diện A. Tác dụng
lên mẫu lực nén P, đo đƣợc độ co ngắn ∆. Tính đƣợc biến dạng tỉ đối  b 
suất  b 


với ứng
l

P
. Với mỗi giá trị của P có đƣợc một cặp giá trị εb, σb và có đƣợc một điểm
A

B của đồ thị. Thay đổi (tăng dần) lực nén P có đƣợc đồ thị quan hệ giữa σb và εb. Kết
quả cho thấy đồ thị là một đƣờng cong OBC. Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại, lúc


8
này σb = Rlt là cƣờng độ của mẫu thử hình trụ và εb đạt đến biến dạng cực hạn của bê
tơng là  b* .
Với mẫu hình trụ nén đúng tâm  b* đạt giá trị trung bình khoảng 2x10-3. Trong
các cấu kiện bê tông cốt thép chịu uốn, giá trị  b* ở mép chịu nén có thể đạt giá trị lớn
hơn 3,5x10-3.
1.1.5.3. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo

σ
B
∆

P

∆2
∆1

Ỉ

A

α
0

εpl D εel

ε

ε

Hình 1.3. Thí nghiệm và biểu đồ thể hiện biến dạng đàn hồi – dẻo
của bê tơng
Làm thí nghiệm với lực P có biến dạng ∆. Cắt bỏ lực P mẫu sẽ khôi phục biến
dạng nhƣng khơng đạt đến kích thƣớc ban đầu mà cịn bị hụt một lƣợng ∆2. Phần biến
dạng hồi phục đƣợc ∆1 là biến dạng đàn hồi, phần ∆2 không hồi phục đƣợc là biến


dạng dẻo. Tƣơng ứng có biến dạng tỉ đối đàn hồi  el  1 và biến dạng dẻo  pl  2 .
l
l
Nhƣ vậy bê tông là vật liệu đàn hồi – dẻo. Đồ thị quan hệ σ – ε khi tăng và giảm
tải trọng thể hiện trên hình 1.4. Đƣờng OB ứng với quá trình tăng tải, BD – quá trình
giảm tải.
 b   el   pl
(1.3)
Đặt  

 el
gọi là hệ số đàn hồi.

b

Khi σb còn bé biến dạng chủ yếu là đàn hồi, quan hệ σ – ε gần nhƣ đƣờng
thẳng, hệ số ν gần bằng 1. Với ứng suất lớn biến dạng dẻo tăng lên, hệ số ν giảm dần.
Ở giai đoạn phá hoại biến dạng dẻo chiếm phần lớn.


9
1.1.5.4. Từ biến

ε
εc

σ
B

C

C

σb

εb B
0

εb

εc

ε

0

t

Hình 1.4. Đồ thị biểu diễn từ biến của bê tông
Từ biến là biến dạng tăng theo thời gian.
Thí nghiệm nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là ∆. Giữ cho lực P tác dụng
trong thời gian lâu dài thì biến dạng cịn tăng thêm một lƣợng ∆c. Kí hiệu  

c
và
 el

gọi là biến dạng từ biến, đƣợc thể hiện bằng đoạn BC
Khi ứng suất σb tƣơng đối bé (chƣa vƣợt quá 0,7R) thì từ biến là có giới hạn,
đƣờng cong BC ở Hình 1.4 có tiệm cận nằm ngang.
Khi σb khá lớn (σb>0,85R) thì từ biến phát triển khơng ngừng và dẫn mẫu thử
đến phá hoại. Đó là sự giảm cƣờng độ của bê tông khi tải trọng tác dụng lâu dài.
Từ biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Có thể kể ra vài yếu tố cơ bản nhƣ sau:

b

là ứng suất tỉ đối. Khi r tăng thì εtb tăng.
R
- Tuổi của bê tông khi bắt đầu chịu tải càng lớn (bê tơng càng già) thì từ biến
giảm.
- Trong mơi trƣờng ẩm ƣớt từ biến ít hơn trong mơi trƣờng khơ.
- Trong thành phần bê tông khi tỉ lệ nƣớc – xi măng càng lớn và độ cứng cốt liệu
bé thì từ biến tăng.

Từ biến là hiện tƣợng phức tạp và đã có nhiều lý thuyết nghiên cứu. Có thể biểu
diễn từ biến qua một trong hai chỉ tiêu:
- Đặt r 

- Đặc trƣng từ biến  
- Suất từ biến C 

c
, khơng thứ ngun
 el

c
có đơn vị cm2/kG
b


10
Cả hai chỉ tiêu υ và C đều tăng theo thời gian. Các lý thuyết về từ biến thƣờng
quan tâm vào việc biểu diễn hàm của υ và C theo thời gian trên cơ sở các số liệu thí
nghiệm.
Khi thời gian υ và C đạt đến giới hạn υo và Co. Với bê tông nặng thông thƣờng
υo = 1,8-3,5, suất từ biến Co có thể tham khảo bảng dƣới đây.
Bảng 1.1. Bảng tham khảo φo, Co
Tuổi của bê
tông lúc chịu
tải, ngày

7

14

28

60

Cox106
cm2/kG

15

12

9

6

Trên 90

5

1.1.5.5. Biến dạng nhiệt
Đây là loại biến dạng thể tích khi nhiệt độ thay đổi, phụ thuộc vào hệ số nở vì
nhiệt của bê tơng αt. Hệ số này phụ thuộc vào loại xi măng, cốt liệu, trạng thái ẩm của
bê tông và bằng khoảng (0,7-1,5) C 

105
. Thông thƣờng khi nhiệt độ thay đổi trong
đé

khoảng 0-100oC lấy αt = 1x10-5 để tính tốn.

1.2. GIỚI THIỆU VỀ THỦY TINH [13]
Thủy tinh là một chất rắn vơ định hình, đồng nhất, có gốc silicat, thƣờng đƣợc
pha trộn thêm các tạp chất để có tính chất theo ý muốn.
Thủy tinh – một trong những loại vật liệu có lịch sử tồn tại hàng ngàn năm đƣợc
sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Những tấm thủy tinh trong suốt
hoặc nhuộm màu của các tòa nhà cao tầng hay thấp tầng, nhà cung điện nguy nga
trong đại dƣơng và trong lòng đất, những dụng cụ chai lọ ở gia đình, bệnh viện, những
đèn lung linh các loại.
Những ƣu điểm chính của thủy tinh:
- Tính trong suốt: Đây là ƣu điểm lớn nhất mà nhiều loại vật liệu khác không có
đƣợc. Mặt khác ngƣời ta có thể khá đơn giản làm mờ hoặc tạo màu để làm thay đổi độ
trong suốt của thủy tinh.
- Tính tráng gƣơng: Thủy tinh phản quang ánh sáng rất tốt, nếu nhƣ nó đƣợc
tráng một lớp vật liệu đặc biệt. Tính chất này đã mở rộng phạm vi sử dụng của kính.
- Nguồn nguyên liệu phong phú và tính tạo hình. Hầu nhƣ ở nƣớc nào cũng có
cát thạch anh, một trong những thành phần chính để sản xuất thủy tinh vơ cơ, chỉ khác
nhau về trữ lƣợng và độ tinh khiết. Cát đƣợc nấu chảy với một số nguyên liệu khác rồi
tùy ta tạo hình sản phẩm.


11
- Một tính chất rất quan trọng là tính cho phép thu hồi sử dụng phế thải. Khả
năng này của thủy tinh vô cơ không thua kém vật liệu hữu cơ. Thủy tinh là loại vật liệu
vĩnh cữu, không bị mốc, mối mọt, dễ rửa sạch, mãi mãi nhƣ mới trƣớc sự phá hoại của
mơi trƣờng.
1.3. THÀNH PHẦN HĨA HỌC VÀ TÍNH CHẤT CỦA THỦY TINH [13]
1.3.1. Thành phần hóa học
Trạng thái thủy tinh bao gồm một tập hợp lớn các hợp chất vô cơ, từ các nguyên
tố riêng biệt đến các hệ đa cấu tử phức tạp. Thủy tinh là sản phẩm nhân tạo có thể chứa
trong mình hầu hết tất cả các nguyên tố của bảng hệ thống tuần hoàn.

Thành phần của thủy tinh đƣợc biểu thị ở dạng tổng các ôxýt cấu tạo nên chúng.
Các ôxyt khi nấu chảy và sẽ làm nguội tạo thành thủy tinh gọi là thành phần thủy tinh.
Thủy tinh silicat là loại thủy tinh công nghiệp phổ biến nhất: thủy tinh xây dựng, thủy
tinh kiến trúc, thủy tinh đánh bóng, chai, lọ. Các yêu cầu đối với thành phần và tính
chất của các loại thủy tinh khác nhau, chúng phụ thuộc vào lĩnh vực sử dụng, công
dụng, phƣơng pháp sản xuất.
1.3.2. Các tính chất
1.3.2.1. Tỷ trọng của thủy tinh
Tỷ trọng của thủy tinh là một đại lƣợng vật lý quan trọng có ảnh hƣởng đến tính
chất quang, tính chất nhiệt, và các tính chất khác của thủy tinh. Tỷ trọng của thủy tinh
đƣợc xác định bằng khối lƣợng riêng và thể tích riêng. Khối lƣợng riêng γ của thủy
tinh phụ thuộc vào thành phần hóa học, trạng thái của chúng.
Khối lƣợng riêng của thủy tinh còn phụ thuộc vào trạng thái của chúng: ở trạng
thái nấu chảy, khối lƣợng riêng có giá trị nhỏ hơn so với trạng thái rắn. Thủy tinh ủ
kém có khối lƣợng riêng nhỏ hơn so với thủy tinh ủ tốt. Khối lƣợng riêng của các ôxyt
trong thủy tinh ở trạng thái tự do không bằng nhau: ở trạng thái tự do các ơxyt có khối
lƣợng riêng nhỏ hơn so với khi ở trong thủy tinh.
Thủy tinh thạch anh có tỷ trọng nhỏ nhất (2,203 g/cm3), thủy tinh chứa nhiều các
ôxyt kim loại nặng nhƣ PbO (đến 7g/cm3). Tỷ trọng của các loại thủy tinh thông dụng
đạt 2,5g/cm3 (2,45-2,55g/cm3).
1.3.2.2. Mơ đun đàn hồi (E)
Tính đàn hồi của vật liệu là khả năng có thể trở lại hình dạng ban đầu sau khi trải
qua sự biến dạng đàn hồi. Tính đàn hồi đƣợc đo bằng mơđun đàn hồi hoặc hệ số đàn
hồi.
Mối liên hệ giữa môđun đàn hồi và độ giãn dài:
l 

∆l: độ dãn dài đàn hồi của thanh

PL

ES

(1.4)


12
P: lực tác dụng
S: diện tích thanh
L: chiều dài thanh
E: môđun đàn hồi của thủy tinh (480-830 MPa)
Khi tăng thành phần B2O3, Al2O3, CaO thay cho SiO2 mô đun đàn hồi E tăng.
Khi tăng nhiệt độ thì mơđun đàn hồi E giảm.
1.3.2.3. Độ bền nén, kéo, uốn
Độ bền của thủy tinh: nén 5-20 MPa, kéo 0.35-1 MPa. Độ bền kéo và uốn thấp
hơn so với độ bền nén từ 10-15 lần.
Độ cứng của thủy tinh dao động từ 5-7 theo thang Mohs, thủy tinh thạch anh là
thủy tinh có độ cứng lớn nhất, mềm nhất là thủy tinh giàu PbO.
Độ bền của thủy tinh phụ thuộc vào trạng thái bề mặt mẫu thử, kích thƣớc mẫu,
nhiệt độ, tốc độ gia tải khi thử, tạp chất trong thủy tinh.
1.3.2.4. Độ dòn
Độ dịn là tính chất vật liệu bị phá hủy tức thời khi chịu tác dụng của lực va đập.
D

RnV
R

(1.5)

Trong đó:
R - Tổng cộng của các lần rơi va đập của bi thép để đập vỡ mẫu

R= ∑Ph
(1.6)
P - Khối lƣợng của bi; h là chiều cao rơi
Rn - Cƣờng độ chịu nén của thủy tinh
V - Thể tích của mẫu
Cƣờng độ chịu va đập đƣợc tính theo cơng thức:
W

 Ph
V

Kgcm/cm3

(1.7)

Trong đó:
P - Khối lƣợng của bi (kg)
h - Chiều cao rơi của bi (cm)
V - Thể tích mẫu (cm3)
Độ dịn của thủy tinh phụ thuộc vào hình dạng, kích thƣớc của mẫu thử và
phƣơng pháp gia nhiệt chúng. Khi cho vào thành phần thủy tinh các ôxyt nhƣ B2O3,
MgO cƣờng độ va đập của chúng tăng, độ dòn giảm.
1.3.2.5. Nhiệt dung riêng
Nhiệt dung riêng là lƣợng nhiệt cần thiết để đốt nóng một đơn vị khối lƣợng thủy
tinh lên 1ºC. Khi cho vào thành phần thủy tinh các oxyt kim loại nhƣ PbO, BaO, …


13
nhiệt dung riêng của thủy tinh giảm, ngƣợc lại khi cho thêm Li2O, BeO, MgO nhiệt
dung riêng của chúng tăng.

1.3.2.6. Độ dẫn nhiệt
Độ dẫn nhiệt của thủy tinh đƣợc đặc trƣng bởi hệ số dẫn nhiệt λ. Hệ số dẫn nhiệt
là lƣợng nhiệt trong một đơn vị thời gian đi qua hai bề mặt đối diện nhau của 1cm3
thủy tinh khi hiệu nhiệt độ giữa các bề mặt là 1ºC.
λ= 0,71-1,34 w/m ºC. Do thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt bé nên khi đốt nóng và làm
nguội cần thận trọng do gradient nhiệt độ giữa tâm và bề mặt chúng lớn. Thủy tinh tấm
có hệ số dẫn nhiệt ở trong khoảng 0-100 ºC là 0,87-0,93w/m. ºC. Các oxyt tạo thành
thủy tinh có thể sắp xếp trong dãy theo mức độ giảm ảnh hƣởng của chúng đến độ dẫn
nhiệt:
Mg>Na2O>CaO>Al2O3>SiO2
1.3.2.7. Hệ số dãn nở nhiệt
Sự nở của thủy tinh khi đốt nóng đƣợc biểu thị bằng tỷ số giữa độ dãn dài của
mẫu khi đốt nóng lên 1ºC và độ dài ban đầu của mẫu:
a=

l
l
=
l (t2  t1 ) t

(1.8)

α là hệ số dãn nở nhiệt theo chiều dài. Tƣơng ứng hệ số dẫn nhiệt theo thể tích β
β=

sẽ là:

V
≈3α
Vt

(1.9)

Trong đó:
∆V - độ tăng thể tích khi đốt
∆l - độ tăng chiều dài khi đốt
α của thủy tinh thạch anh là bé nhất 5.10-7, α của thủy tinh công nghiệp (7090).10-7. Khi cho vào các ơxyt MgO, Al2O3 thì α giảm.
1.3.2.8 Độ bền nhiệt
Độ bền nhiệt – [∆t] là khả năng của thủy tinh chống lại sự thay đổi lớn của nhiệt
độ:

t 

0,75Rk R
E

(1.10)

Trong đó:
Rk - Cƣờng độ chịu kéo;
α – Hệ số dãn nở nhiệt;
E - Môđun đàn hồi;
R - Hằng số giá trị từ 1,1-1,2.
Độ bền nhiệt của thủy tinh phụ thuộc vào độ dẫn nhiệt, hệ số dãn nỡ nhiệt theo
chiều dài, nhiệt dung riêng của nó. Ngồi ra độ bền nhiệt còn phụ thuộc vào cƣờng độ


14
kéo của thủy tinh và môđun đàn hồi. Độ bền nhiệt của cấu kiện thủy tinh phụ thuộc
vào các yếu tố nhƣ hình dạng, kích thƣớc và chiều dày của chúng.

1.4. PHÂN LOẠI THỦY TINH [13]
1.4.1. Thủy tinh hữu cơ
Thủy tinh hữu cơ là một loại nhựa tổng hợp thủy tinh. Nó bao gồm các hợp chất
phân tử hữu cơ mà khơng tn theo bất kỳ ngun tắc bố trí định kỳ và do đó nó có
cấu trúc vơ định hình.
Thủy tinh hữu cơ khơng bị vỡ vụn khi va chạm và bền với nhiệt. Ngoài ra chúng
cũng bền với nƣớc, axit, bazơ, xăng, ancol nhƣng bị hòa tan trong benzen.
1.4.2. Thủy tinh vô cơ
Thủy tinh là những vật thể vơ định hình, có thể thu nhận đƣợc bằng cách nấu
chảy, khơng phụ thuộc vào thành phần hóa học và vùng nhiệt độ đóng rắn, có đặc
trƣng bằng sự tăng các tính chất cơ học của vật thể rắn khi tăng khi tăng từ từ độ nhớt;
quá trình chuyển từ trạng thái lỏng sang thủy tinh là quá trình thuận nghịch.
1.4.2.1. Thủy tinh đơn nguyên tử
Là loại thủy tinh có chứa một loại nguyên tố hóa học thuộc nhóm 5,6 trong bảng
hệ thống tuần hồn hóa học. Để có đƣợc thủy tinh ngƣời ta làm lạnh nhanh các chất
nóng chảy.
1.4.2.2. Thủy tinh oxit
Là loại thủy tinh đƣợc tạo thành từ một loại oxit hay nhiều oxit. Khi xác định loại
chú ý tới bản chất của ôxyt tạo thành thủy tinh có trong thành phần thủy tinh với vai
trị là thành phần chính.
Các thành phần điển hình tạo thành thủy tinh là các ôxyt B2O3, SiO2, GeO2, P2O5.
Nhiều oxyt khác chuyển sang trạng thái thủy tinh phải có điều kiện bổ sung nhƣ làm
lạnh nhanh với các tạp chất (As2O3, Sb2O3, V2O5, TeO2) hoặc chúng hầu nhƣ không
tạo thành thủy tinh (Al2O3, Ga2O3, Bi2O3, TiO2, WO3), tuy vậy khi kết hợp với các
thành phần xác định trong hệ hai hoặc nhiều cấu tử phức tạp, thuộc tính tạo thành thủy
tinh của chúng tăng nhanh và có thể trở thành nhân tố chính để làm nên các loại thủy
tinh độc lập. Nhƣ vậy có thể phân ra loại thủy tinh silicat, borat, photphat, gecmanat,
telurit, aluminat và các loại khác. Từ mỗi loại trên có thể phân ra các nhóm phụ thuộc
vào bản chất của các ôxyt đi kèm dạng Me2O3, MeO2, Me2O5 nằm trong thành phần
thủy tinh. Phổ biến nhất là loại thủy tinh chứa đồng thời hai hoặc ba chất tạo thành

thủy tinh.
Nhóm thủy tinh silicat có ý nghĩa quan trọng nhất trong thực tế vì nó đƣợc sử
dụng rộng rãi nhất. Trong tƣơng lai, thủy tinh hữu cơ có thể cạnh tranh với nó về mặt
sản lƣợng.


15
Sự vƣợt trội quyết định của thủy tinh silicat có đƣợc là do nguồn nguyên liệu dễ
kiếm với giá thành sản xuất rẻ, bền hóa cao trong các mơi trƣờng ăn mịn hóa học phổ
biến, độ cứng cao, sản xuất công nghiệp triển khai dễ dàng và đơn giản. Chỉ có sản
xuất thạch anh cần nấu ở nhiệt độ quá cao 1750-1900ºC là khó thực hiện do thiếu hụt
các thiết bị cơng nghệ ở nhiệt độ cao. Do đó trong sản xuất công nghiệp thủy tinh
silicat ngƣời ta đƣa vào các thành phần có nhiệt độ nóng chảy thấp trộn thêm vào phối
liệu chứa SiO2 là chính. Tuy vậy trong nhiều hệ silicat hai cấu tử khi nấu chảy xảy ra
q trình thiên tích tức là hiện tƣợng chất lỏng phân lớp khơng hịa trộn lẫn đƣợc. Các
hệ khơng trộn lẫn đƣợc khi nấu chảy không thuận lợi để sản xuất thủy tinh đồng nhất.
Bảng 1.2. Miền tạo thành thủy tinh trong các hệ silicat hai thành phần
Thành phần thứ hai

% mol SiO2

Thành phần thứ hai

% mol SiO2

LiO2

100-64

ZnO

65-51

Na2O

100-48

CdO

100-44

K2 O

100-46

PbO

100-33

Ti2O

50-33

B2O4

100-0

BeO

100-60

Al2O3

100-50

MgO

61-55

GeO2

100-0

CaO

70-45

TiO2

100-84

SrO

80-60

ZrO2

100-77

BaO

100-60

1.4.2.3. Halogen thủy tinh
Hai halogen có khả năng tạo thủy tinh là BeF2, ZnCl2. Trên cơ sở BeF2 tạo đƣợc
nhiều loại thủy tinh Fluorit.
1.4.2.4. Chancogenhit thủy tinh
Chancogenhit thủy tinh là loại thủy tinh đƣợc tạo thành từ sunfit, selenit, tellurit.
Chất tạo thành thủy tinh trong các hệ đó là lƣu huỳnh, tellu, selen. Cùng kết hợp với
chúng khi đƣa vào thành phần của thủy tinh cịn có phốt pho, silic, giecmani, antimon,
bitmut, thiếc, bạc, chì, gali, inđi, tali, kẽm,…
Chancogenhit rất đa dạng theo thành phần. Tất cả chúng không trong suốt với
ánh sáng nhìn thấy, nhƣng lại trong suốt trong vùng phổ hồng ngoại rộng. Thủy tinh
chancogenhit dễ dàng tạo thành tinh thể. Do vậy để đƣa chất nóng chảy sang trạng thái
thủy tinh cần làm nguội nhanh (từ 1-200 độ/giây).