Bài giảng Vật liệu xây dựng - Các tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu xây dựng - Các tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng

1. Cá c tí nh ch ất cơ ly ́ VLXD
   nh hưng ca cu trúc và thành ph n n tính ch t Vt Liu Xây Dng ca vt li u
   Kh i lưng riêng, kh i lưng th tích, kh i lưng th (Construction Materials ) tích ông, rng, hng gi a các ht vt li u ri, thành ph n ht
   Các tính ch t trong môi tr ưng nưc: hút nưc, ̣ ậ ệ Bô môn V t li u Silicat bão hòa nưc, tính th m nưc và bi n dng m. Khoa Công Nghê ̣ Vật Li ệu Đại họ c Bá ch Khoa Tp. Hô ̀ Chı Minh
   Các tính ch t nhi t (bi n dng nhi t, tính dn nhi t, ́ nhi t dung riêng, tính ch ng cháy và ch u la)
   Các tính ch t c (bi n dng, cưng , mài mòn) - nh ch t c 1-2 Hướ ng ti ếp cận Ảnh hưởng cấu trúc
   Gm các dng, s lưng, hình dáng, kích th ưc
   Từ bên ngoài: tu theo công nng khi làm vi c và s phân b các pha tr ng thái rn • Tác ng c hc (tr ng lưng bn thân, gió, ho t ti s dng, sóng, ng t, bng tuy t, ng th n )
   Cu trúc v mô (macrostructure): thô, quan sát ư c bng mt th ưng, gi i hn n 200µm • Tác ng hóa hc (xâm th c ca môi tr ưng axit, nưc 5 bi n, sinh vt bi n, nưc mưa )
   Cu trúc vi mô (microstructure): kính hi n vi x10 • Các tác dng khác (áp su t hi, nhi t, phóng x)
   Từ bên trong : • Các liên kt (ion, phân t, cng hoá tr ) • Hàm lưng các thành ph n khoáng, thành ph n pha • S sp xp cu trúc - nh ch t c 1-3 - nh ch t c 1-4 1
2. Ảnh hưởng cấu trúc Kh ối lượng riêng (g/cm3, t/m3)
   Kh i lưng riêng là kh i lưng (m) trên ca mt
   Cu trúc v mô (macrostructure): là thu t ng n v th tích vt li u tr ng thái c hoàn toàn dùng ch cu trúc thô, có th quan sát ưc (Va) m - m : kh i l ưng cân khô v t li u bng mt th ưng, gi i hn n 200µm γ = a -Va: th tích đặc tuy ệt đối ca Va vt li u không tính l rng
   Cu trúc vi mô (microstructure): quan sát bng các lo i kính hi n vi, gi i hn n phóng i
   Ý ngh a: xác nh bn ch t ca vt li u, 5 10 ln. rng, phân bi t và tính toán ph i li u. →Tính ch ất của vật li ệu ph ụ thu ộc vào cấu trúc • Mu bt : s dng bình t tr ng xác nh kh i lưng vĩ mô, cấu trúc vi mô riêng ca vt li u thông qua th tích b chi m ch bi ch t lng (tr ) • Mu có hình dng: cân kh i lưng và o kích th ưc - nh ch t c 1-5 - nh ch t c 1-6 Dụng cụ xác định Kh ối lượng riêng (g/cm3, t/m3)
   nh hưng ca kh i lưng riêng n tính ch t ca vt li u. • Không nh hưng nhi u n c tính ca vt li u nh ư: bn, hút nưc, • nh hưng n các tính ch t nh ư: kh nng ch u nhi t, cng, kh nng n mòn hóa hc
   Các yu t nh hưng n kh i lưng riêng • Thành ph n hóa ca vt li u. • iu ki n thí nghi m? - nh ch t c 1-7 - nh ch t c 1-8 2
3. Kh ối lượ ng thê ̉ tı ch́ (g/cm3, t/m3) Kh ối lượ ng thê ̉ tı ch́ (g/cm3, t/m3)
   Kh i lưng th tích là kh i lưng (m) ca mt n
   Kh i lưng th tích ca mt s lo i vt li u xây dng v th tích ca vt li u tr ng thái t nhiên bao gm c l rng (V0) Vt li u (kg/m 3) Vt li u (kg/m 3) - ; khi l ư ng t nhiên c a v t li u m Thép 7850 Gch t sét 1600 – 1900 γ 0 = - V0; th tích ca vt li u bao gm Xi mng 1150 – 1400 Bê tông th ưng 1800 – 2500 c l rng (t nhiên) V 0 Cát 1400 -1650 Bê tông nh <1800
   i vi vt li u n n c KLTT KLR á (si) 1400 – 1700 á hoa cư ng 2500 - 2700
   Ph ư ng pháp xác nh; Si khoáng 200 - 300 • Cân và o vi vt li u có kích th ưc hình hc rõ ràng.
   Ý ngh a c a kh i l ưng th tích • Bc mu bng parafin, cân trong ch t lng tìm th tích ch t • D án ưc bn c h c c a v t li u. lng di ch . Áp dng cho mu có hình dáng bt k. • ánh giáưc kh ách nhi t, m, rng, c • Dùng dng c có dung tích xác nh i vi vt li u dng S dng trong tính toán các k t c u, nh n nh, v n chuy n ri rc. • - nh ch t c 1-9 - nh ch t c 1-10 Kh ối lượ ng thê ̉ tı ch́ đổ đống Độ rỗng
   p ng vi c vt li u ri nh ư cát, á, xim ng
   rng ca vt li u là t l ph n tr m th tích pha là kh i lưng (m) ca mt n v th tích ca các không ph i là rn (khí, l ng) / th tích t nhiên c a ht vt li u ng bao gm rng ca các ht kh i v t li u. Th ư ng nh bng và rng gi a các ht (Vx). V r = r ( r < 1 ) V m - ; khi l ư ng t nhiên v t li u 0 γ = γ 0 X V - Vx: th tích ca vt li u bao gm r = 1 − X c l tr ng c c h t γ a
   ư ư Th ng c xác nh tr ng thái t nhiên hay
   Mt s ph ư ng pháp xác nh rng: o tr c ti p, lèn ch t. ng ng trong nh n vn chuy n, kho bay hi nưc, hp th khí, quang hc p nh, xâm nh p th y ngân - nh ch t c 1-11 - nh ch t c 1-12 3
4. Độ rỗng Độ đặc
   rng là ch tiêu quan tr ng, nh hưng n
   Ng ư c vi ô rng nh ng tính ch t khác ca vt li u nh ư kh i lưng V th tích, cưng , hút nưc, h s truy n nhi t d = a ( d 100% i vi l rng ca vt li u dưi áp lc th ưng (tư nhiên) . vt li u rt rng và rt nh .
   hút nưc bi u di n theo kh i lưng (Hp) và
   hút nưc ph thu c rng và c im l theo th tích (Hv) rng ca vt li u, n ch t vì vy có th dùng Hp m − m và Hv ánh giá truy n nhi t, ô th m và m1 − m 1 H = .100 % H v = ×100 % p và nh ng tính ch t khác cư ng ô, KLTT ca vt li u. m ρnV0 • Ví d: Gch t sét tt Hp = 8-20%
   Mi quan h gi a Hp và Hv • Gch t sét xu Hp = 25-30% H Trong ó: • Bê tông nng Hp = 3%. H p . v= γ 0 - m1: kh i l ưng m u ng m n ưc.
   Ý ngh a: ρn - m: kh i l ưng m u ban u, sy khô • Xác nh gián ti p rng ca vt li u. - 0: th ch t nhiên c a m u • ánh giá kh nng s dng vt li u trong môi tr ưng nưc - nh ch t c 1-15 - nh ch t c 1-16 4
5. Độ hu ́ t nướ c bã o hò a Độ hu ́ t nướ c bã o hò a
   Là hút nưc ti a ca vt li u trong mt iu
   Ph ư ng pháp 1: ki n thí nghi m nh t nh ( 20mmHg ho c un • Sy khô mu thí nghi m, cân m. sôi). ư c nh gia bng h s bão hòa nưc Cbh • un trong nưc sôi, ngu i. H v V n C bh = , C bh = • Cân m1, tính tóan theo công th c hút nưc trên. r V r
   hay ti sô % th tích nưc ch a trong vt li u
   Ph ư ng pháp 2: tr ng thái bão hòa vi th tích rng ca vt li u • Ngâm mu trong bình nưc có np y kín. max H áp su t xu ng 20mmHg, rút chân không.
   Cbh = 1. Khi Cbh tng lưng nưc vào l rng • ca vt li u càng nhi u. Vt li u càng bão hòa • Gi áp su t này n khi không còn bt khí thoát ra na. nưc, KLTT, th tích, h s truy n nhi t càng tng • ư a v áp su t bình th ưng 760mmHg. nh ưng cưng s gi m nh. • Gi sau 2 gi , vt mu, cân và tính kt qa. - nh ch t c 1-17 - nh ch t c 1-18 Hê ̣ sô ́ mềm Độ ẩm tự nhiên
   tr ng thái bão hòa nưc, bn ca VL gi m.
   m là t l ph n tr m lưng nưc có th t nm ánh giá ch t lưng ca vt li u trong môi trong vt li u. m ph thu c vào môi tr ưng khô tr ưng nưc ng ưi ta dùng h s mm. m xung quanh m − m m − m
   H s mm K : là h s gi m cưng ca vt • ô m tư ng i 2 2 m Wrh = Wah = li u khi bão hòa nưc. • ô m tuy t i m m2 Trong ó:
   m thay i theo môi tr ưng, khi m tng RMBH K = -RMBH : Cưng mu tr ng thái bão hòa hay gi m làm cho th tích vt li u tng và gi m m R K -RK: Cưng mu khô theo, gây hi n tưng co n th tích, sinh ra ni ng su t phá hy cu trúc ca vt li u. • K 0,75: Vt li u bn nưc ( p, nh). m
   Phu thu c vt li u, ph ư ng bi n ng. Ví d: G có • Km < 0,75: Vt li u kém bn nưc, không nên s dng n dc th 1% và n ngang th 3-10%. trong iu ki n tác dng ca nưc (t sét không nung) - nh ch t c 1-19 - nh ch t c 1-20 5
6. Tí nh th ấm Tính dẫn nhi ệt
   Là tính ch t cho nưc th m qua khi có s
   Là tính ch t ca vt li u cho nhi t truy n qua t chênh lch áp lc nưc th y tnh phía có nhi t cao sang phía có nhi t th p, tc gradient nhi t ô (∇T).
   c tr ưng ca tính th m nưc bng h s th m Kth
   c tr ưng ca tính dn nhi t là h s dn nhi t. Trong ó
   Mi liên h gi a h s dn nhi t vi kh i lưng th V .a - Vn: th tích nưc th m qua, m 3 K = n tích, nhi t : th - a: Chi u dày mu, m S( p1 − p2 ). t 2 2 - S: di n tích ca mu, m λ = 0,0196 + 0,22 ρ v − 0,14 - (p -p ): chênh áp su t th y tnh hai mt, 0 1 2 λt = λ0 1( + ,0 002 t)( 0 ≤ t ≤ 200 C) m H2O - t: th i gian, h
   H s dn nhi t ph thu c rt ln vào bn ch t ca vt li u - nh ch t c 1-21 - nh ch t c 1-22 3 g/m 00k Nhi ệt dung riêng hay ti ̉ nhi ệt t 4 nhi ch c á ch G
   Nhi t dung riêng là nhi t lưng cn cung cp cho 3 3 m 3 0 g/ //m /m 0k 3 g / 1kg vt li u tng lên 1 C 50 /m g kg m kg/ k 0k lciu 00k 0 3 e ca 5 0 1 es d ium 1 e cat alc g in
   Nhi t dung riêng ph thu c vào bn ch t ca vt Sili e c n m at á lu ilic o a Si h i k ii S li u và m 3 S /m Nhi t dung riêng ca VL hu c ln hn VL khoáng, kg • 45 1 nh ti • Chênh lch nhi t dung riêng ch t rn và khí không áng k, y th út 3 Nhi t dung riêng pha lng ln hn nhi u so vi hai pha kia. m g/m • m 0k 20 T m lciu
   ca Ví d: T nhi t ca mt s lo i vt li u thông dng ate ilic 0 S 3 á thiên nhiên, nhân to: C=0,18 – 0,22 kCal/kg. C. kg/m • e 32 than 0 yure -1 -1 G: C=0,57 – 0,65 kCal / kg. C. pol λ(Wm K ) vs. T(°C) • Mút • Thép: C=0,115 kCal / kg. 0C. 0 Bê -tông c t li u á calcite (EC) • Nưc: C=1,00 kCal / kg. C - nh ch t c 1-23 - nh ch t c 1-24 6
7. Nhi ệt dung, nhi ệt dung riêng
   Nhi t dung a mt kh i vt li u G hp thu ê tng nhi t ô tư t1 n 2 l : Q = C.G.(t2-t1) (kCal)
   S ph thu c ca nhi t dung riêng ca vt li u ph thu c vào m: C0+ , 01WC C = n W 10+ , 01W
   Xác nh giá tr nhi t dung riêng c a v t li u: Cp(kJkg -1K-1) vs. T(°C) • Bng các phân tích DSC, DTA, • Bng tính toán khi bi t các thành ph n h n h p. m1C1 + m2C 2 + + m C C = n n Bê -tông c t li u á calcite (EC) m1 + m2 + + mn - nh ch t c 1-25 - nh ch t c 1-26 Tí nh ch ống chá y, chị u lửa Chuy ển hoá thành ph ần
   Tính ch ng cháy là kh nng ca vt li u ch u
   30 – 105 0C: bay hi m. ưc tác dng ca ng n la trong mt kho ng
   110 – 170 0C: s phân hu ca th i gian nh t nh. th ch cao (quá trình thu nhi t)
   180 – 300 0C: s mt nưc do
   Phân lo i: phân hu CSH và CAH • Vt li u không cháy : là vt li u không cháy dưi ng n
   450 – 550 0C: mt nưc ca la nhi t cao nh ưng có th b phá hy ho c b canxi hydroxit. 0 bi n dng nhi t >600 C.
   700 – 900 0C: phân hu ca • Vt li u khó cháy: là vt li u b cháy dưi tác dng ca canxi cacbonat ca xi-mng và ng n la hay nhi t cao nh ưng khi ng ng tác nhân mt s lo i ct li u giàu calcite. gây cháy thì vt li u cng ng ng cháy.
   Trên 1000 0C: phá ho i cu trúc. Mt s thành ph n bt • Vt li u d cháy: là vt li u có th bùng cháy dưi tác u có hi n tưng chuy n pha dng ca nhi t cao. lng. Ngu ồn : A.M.Neville, Properties of Concrete, Longman Scientific & Technical - nh ch t c 1-27 - nh ch t c 1-28 7
8. Tí nh ch ống chá y, chị u lửa Cá c tí nh ch ất cơ họ c
   Tính ch u la: Là kh nng ch u ưc tác dng lâu
   Tính ch t c hc ca vt li u là tính bi n hình và dài ca nhi t cao mà không b bi n dng và b kh nng ch ng li s phá ho i khi có ngo i lc tác ch y. dng.
   Có 3 nhóm vt li u:
   nh bi n ng • Vt li u ch u la: ch u tác dng t°> 1580°C. Gch sam t.
   Cư ng ôu lc • Vt li u khó ch y: ch u tác dng t°∈ [1350 - 1580°C]. • Vt li u d ch y: ch u la < 1350°C. Gch t sét.
   Vt li u ch u la ưc s dng xây các b ph n ti p xúc vi la nh ư bu ng t, ng khói, và nh ng b ph n ph i ch u lc nhi t cao th ưng xuyên. - nh ch t c 1-29 - nh ch t c 1-30 Tí nh bi ến dạ ng Tí nh bi ến dạ ng đàn hồi
   Là tính thay i hình
   Vt li u bi n ng khi ch u tác dng ca ngo i dáng và bi n i th tích lc va khi không còn tác dng ca ngo i lc na ca vt li u khi có ngo i thi nó tr li hình dáng ban u. Tính ch t ph c hi lc tác dng. y gi là tính àn hi gm 2 giai n.
   n ch t là do ngo i lc • G1: Khi ngo i lc gây bi n dng nh hn lc liên kt trong tác dng làm thay i bn thân vt li u, nó s gây bi n dng àn hi. Công do hay phá ho i v trí cân ngo i lc sinh ra s bi n thành ni nng ca vt li u, ó bng gi a các phân t chính là nng lưng àn hi. bên trong ca vt li u • G2: Khi b tác dng ca ngo i lc, nng lưng àn hi s làm cho chúng có s chuy n li thành công dch chuy n các ch t im v v chuy n v tư ng i. trí cân bng làm cho bi n dng tri t tiêu. - nh ch t c 1-31 - nh ch t c 1-32 8
9. Tí nh bi ến dạ ng dẻ o
   Là bi n dng không ph c hi ca kh i vt li u dưi tác dng ca ngo i lc.
   Bi n dng do xu t hi n khi ngo i lc tác dng ln hn lc liên kt gi a các ch t im. Lúc này ngo i lc sinh ra không bi n ht thành ni nng và ng th i gây lc phá ho i mi liên kt gi a các ch t im trong cu trúc vt li u, làm cho bi n dng
   Tính bi n dng ca vt li u ph thu c vào không th tri t tiêu,
   Thành ph n và cu trúc ca vt li u th hi n
   Hi n tưng bi n dng tr ưc khi pha i, phân bi t modul àn hi E vt li u thu c lo i do: p t carbon. •
   Nhi t . • hay vt li u dòn: bê-tông, gang.
   Tc tng p lc - nh ch t c 1-33 - nh ch t c 1-34 Tí nh bi ến dạ ng khá c Cườ ng độ chiu ̣ lực
   Hi n tưng t bi n là hi n tưng bi n dng tng
   Cưng là kh nng ch u lc ca vt li u ch ng dn theo th i gian khi ngo i lc không i tác dng li s phá ho i khi có tác dng ca ngo i lc (nh ư lâu dài lên vt li u rn. nhi t cao vt li u có ti tr ng, nhi t , gió, thay i th i ti t, ). hi n tưng t bi n rt rõ rt.
   Cưng ca vt li u ph thu c vào thành ph n
   Hi n tưng chùng ng su t hay n hi m cu to, ng nh t ca cu trúc, lo i vt li u, dưi tác dng ca ngo i lc, gi cho bi n dng
   Cưng ca vt li u ưc bi u th bng cưng không i và ng su t àn hi vt li u gi m dn ch u nén gi i hn Rn, ch u un Ru, ch u kéo Rk, theo th i gian. sc ch u ct Rc, ca vt li u.
   nh hư ng tr c ti p n nh bn sưng.
   Nh ng giá tr này tư ng ng vi ng su t khi mu b phá ho i, tc ng io vt nt bt u xu t hi n. - nh ch t c 1-35 - nh ch t c 1-36 9
10. Cườ ng độ chiu ̣ né n, ké o, cắt Cườ ng độ chiu ̣ né n, ké o, cắt
    Là t s gi a lc phá ho i P tác dng lên mu khi nén, kéo, ct vi ti t di n F ban u ca mu vt li u. P P R = n , N / mm 2 R = k , N / mm 2 n F k F
    Pp phá y mu: mu ưc gia tng lc cho n khi mu b phá ho i (xu t hi n các vt nt, b tách lp hay bi n hình )
    Pp không phá hy mu: s dng súng bt ny và máy siêu âm. - nh ch t c 1-37 - nh ch t c 1-38 Cườ ng độ chiu ̣ uốn Độ cứng
    Là tính ch t ca vt li u ch ng li s xuyên âm
    Khi thi nghi m gia lc c ng ph n trên ch u nén, ca mt vt li u khác cng hn nó. Có 2 ph ư ng ph n dưi ch u kéo cho n khi mu b phá ho i pháp xác nh: hoàn toàn.
    1 im t lc 2 im t lc c ng Morh ( i v i v t li u khoáng); so nh tư ng i hn hay m
    cng Brinell (i vi vt li u kim lo i, g, bê tông). Dùng viên bi thép có ưng kính D mm, n vào vt li u cn th mt lc P. Da vào vt lõm trên vt li u nông hay sâu xác nh cng. 3Pl 3 P (l − a ) R u = 2 R = 2bh u bh 2 - nh ch t c 1-39 - nh ch t c 1-40 10
11. Độ ma ̀ i mò n Độ hao mòn
    hao mòn là kh nng ca vt li u ch u tác dng
    mài mòn là kh nng ca vt li u ch u tác dng ca lc ma sát. Hi n tưng này th ưng gp mt ng th i ca 2 lc mài mòn và va ch m. hao ưng, mt cu, ưng ray. mòn xác nh bng máy quay hình tr ng Devan. -G , G : kh i l ưng m u tr ư c, sau.
    Xác nh mài mòn bng kh i lưng vt li u mt 1 2 -H : hao m n % i trên mt n v di n tích trong mt n v th i m gian.
    i vi hao mòn a á ư c qui nh: m − m 1 • Hm = 4% : á ch ng hao mòn rt kh e. M m = F • Hm = 4-6% : á ch ng hao mòn kh e. • Hm = 6-10% : á ch ng hao mòn trung bình.
    mài mòn ph thu c vào cng, • Hm = 10-15%: á ch ng hao mòn yu. cưng và cu trúc ca vt li u • Hm > 15% : á ch ng hao mòn rt yu. - nh ch t c 1-41 - nh ch t c 1-42 11