›
›

Bài tập Vật liệu xây dựng

pdf 47 trang hapham 990
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài tập Vật liệu xây dựng", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_tap_vat_lieu_xay_dung.pdf

Nội dung text: Bài tập Vật liệu xây dựng

  1. BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHƯƠNG I - TÍNH CHẤT CHUNG §1.1. Tính chất vật lý I. KHỐI LƯỢNG RIÊNG γa - Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng). GK γ a = Va GK: Khối lượng vật liệu đã sấy khô (g, kg) 3 3 Va: Thể tích vật liệu ở trạng tháI hoàn toàn đặc (cm , dm ) 3 3 γa: Khối lượng riêng (kg/dm , g/cm ) 3 3 VD: H2O => γ = 1 g/cm Đất sét nung γ = 2,6 ÷ 2,65 g/cm Đá => γ= 2, 2 ÷ 3,3 g/cm3 Xi măng γ = 3,1 g/cm3 Thép => γ = 7,25 ÷ 8,25 g/cm3 Gỗ γ = 1,55 g/cm3 II. KHỐI LƯỢNG ĐƠN VỊ γ0 - Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên. GK γ 0 = V0 GK: Khối lượng mẫu vật liệu khô. V0: Thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên. Chú ý: - Trạng thái khối lượngNTTULIB G và thể tích V0 là phải phù hợp với nhau. G γ = kh« : Khối lượng đơn vị khô 0K V 0K G ©m γ0©m = : Khối lượng đơn vị ẩm V0©m G b·o hoμ γ 0b·o hoμ = : Khối lượng đơn vị bão hoà V0b·o hoμ - Khi thể tích là một khối liền ta có: γ0hạt - Khi V0 là một tập hợp của các hạt rời γ0xôp G γ 0x«p = V0x«p 1
  2. III. ĐỘ RỖNG CỦA VẬT LIỆU (r%) - Là tỷ số % giữa thể tích rỗng so với thể tích tự nhiên của vật liệu ở trạng thái khô. V r% = r .100% V0K V0K − Va Va Vr = V0K - Va => r% = .100% = (1 − ).100% V0K V0K γ r% = (1 − 0K ).100% γ a γ - Vật liệu liền khối: r% = (1 − 0K ).100% γ a γ - Vật liệu rời (cát, sỏi) r% = (1− 0xèp ).100% γ a IV. ĐỘ ĐẶC: đ% - Là tỷ số % giữa thể tích đặc so với thể tích tự nhiên của vật liệu ỏ trạng thái khô. V V − V đ% = a .100% = 0K r = (1 − r).100% V0K V0K γ đ% = 0K γ a V. NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC. 1. Các dạng nước có trong vật liệu a. Nước kết tinh (nước liên kết hoá học). - Là nước liên kết hoáNTTULIB học mà các phần tử sắp xếp có quy luật và tồn tại ổn định. Khi nhiệt độ cao thì nước kết tinh mới thoát ra ngoài lúc này bản chất vật liệu thay đổi. 2000 C + Thạch cao: CaSO4.2H2O ⎯⎯⎯→ CaSO4 + 2H2O 700÷8000 C + Đất sét: Al2O3.2SiO2.2H2O ⎯⎯⎯⎯→ Al2O3.2SiO2 + 2H2O b. Nước hấp phụ - Là màng nước rất mỏng (khoảng 10-4÷10-6mm) bám mặt ngoài của VL. - Nguyên nhân: Do mặt ngoài của vật liệu có suất căng mặt ngoài và các phần tử nước có cực tính. - Do nước bao gồm các phần tử H2O bị phân cực. Các phần tử H2O bám vào màng hấp phụ tạo màng hấp phụ có tác dụng giảm sức căng mặt ngoài của vật liệu. - Độ dầy của màng nước hấp phụ lớn dần lên cho đến khi các phần tử nước ngoài cũng có thể tách ra một cách dễ dàng đó là giới hạn mạng lưới hấp phụ. 2
  3. c. Nước tự do - Màng nước hấp phụ tồn tại trong môi trường ẩm ướt độ dầy của nước được tăng lên đến một lúc nào đó phần ngoài chuyển thành nước tự do. - Nước tự do tuân theo các quy luật về thuỷ lực học. Loại nước này chiếm một tỷ lệ rất lớn trong ba loại nước ở trên. Nó ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ lý của vật liệu. 2. Hiện tượng thấm nước của vật liệu. a. Vật liệu ưa nước và vật liệu ngăn nước - Vật liệu ưa nước (hay ngăn nước) được đặc trưng bởi góc ướt: θ + Đối với vật liệu ưa nước θ h > 0 Vật liệu ngăn nước θ > 900 → h < 0 3
  4. + R: Rbé → hcao Chú ý: Khi ống mao quản nằm ngang thì cột nước luôn chuyển động về phía có t0 thấp. 3. Một số chỉ tiêu vật lý đối với vật liệu ưa nước a. Độ ẩm W% - Khi vật liệu tiếp xúc với môi trường ẩm ướt nó có khả năng hút và giữ nước và lúc đó gọi là vật liệu bị ẩm ướt. Mức độ ẩm ướt được biểu thị bằng chỉ tiêu độ ẩm. - Độ ẩm là tỷ số % giữa khối lượng nước có trong vật liệu ở trạng thái tự nhiên so với khối lượng của vật liệu khô. G n − íc cã trong vËt liÖu G − G W% = = am kh« .100% G kh« G kh« b. Hệ số báo hoà nước: B% - Bão hoà nước: Khi vật liệu hút nước và giữ nước đến mức tối đa thì người ta gọi đó là vật liệu bão hoà với nước. Mức độ bão hoà nước được đánh giá bằng hệ số bão hoà nước. Định nghĩa: Hệ số bão hoà nước (B) là tỷ số giữa thể tích nước có trong vật liệu đã được bão hoà nước so với toàn bộ thể tích lỗ rỗng của vật liệu. V n B = baohoa 0 ≤ B ≤ 1 Vr + B < 1: Vật liệu bão hoà nước không hoàn toàn có nghĩa là vật liệu vẫn còn lỗ rỗng không chứa nước. n + B = 1: Vật liệu bão hoà nước hoàn toàn. V bão hoà = Vr Trạng thái bão hoà nướcNTTULIB còn phụ thuộc vào phương pháp thí nghiệm bão hoà. c. Mức hút nước theo khối lượng Hp% Định nghĩa: Là tỷ số % giữa khối lượng nước có trong vật liệu khi bão hoà nước so với khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô. Gnuoc bao hoa G − G Hp% = .100% = bh k .100% Gkho Gk d. Mức hút nước theo thể tích: Hv% Định nghĩa: Là tỷ số % giữa thể tích nước có trong vật liệu khi bão hoà nước so với thể tích của vật liệu ở trạng thái khô. V Hv%= nuoc bao hoa .100% V0K 4
  5. Hv G − G G G γ = bh k . k = k = 0K Hp γ n .V0K G bh − G k γ n .V0K γ n − íc HV.γnước = Hp. γ0K G am − G kh« W = ⇒ Gâm = Gkhô (1+W) G kh« Gam ⇒ Gkhô = 1 + W e. Hệ số thấm nước - Biểu thị thấm nước của các loại vật liệu khác nhau: đất, bê tông, gạch, vữa Định nghĩa: Hệ số thấm nước được biểu thị nước thấm qua một đơn vị của vật liệu có chiều dầy xác định trong một đơn vị thời gian dưới tác dụng của một đơn vị áp suất cột nước Q.d K = (m / s) S.t.H - Q : Lượng nước thấm qua vật liệu (m3) - d : Ciều dầy của vật liệu nước thấm qua (m) - S : Diện tích nước thấm (diện tích vuông góc với dòng nước) (m2) - t : Thời gian thấm (s) - H : áp suất cột nước (m) PHẦN BÀI TẬP CHƯƠNG I Ví dụ 1: Một vật ở trạng tháI ẩmNTTULIB 20% có khối lượng đơn vị 1,8 kg/dm3, ở trạng tháI bão hoà nức có khối lượng đơn vị là 2,0 kg/dm3, cho biết khối lượng riêng của vật là 3kg/dm3, = 1kg/dm3. Biết thể tích không đổi khi độ ẩm thay đổi. Tính hệ số bão hoà γn của vật ? G ©m γ ©m .V0©m GK = = = γ .V 1 + W 1 + W 0K 0K 3 γok= γ0ẩm.V0ẩm/V0K(1+W)=1,8/(1+0.2) =1,5 kg/dm V G γ .V − γ .V B= nuoc = nuoc = obh obh oK oK Vr γ n.r.V0 γ n.r.V0 r=(V0K-Va)/VoK=1-Va/VoK=1-1,5/3=0,5 Suy ra B=(2-1,5)/0,5*100=100% 5
  6. Ví dụ 2: Một vật ở trạng tháI ẩm 10% có khối lượng đơn vị 2,2 kg/dm3, ở trạng tháI bão hoà nước hoàn toàn có khối lượng đơn vị là 2,3 kg/dm3. Biết vật có thể tích không đổi khi độ ẩm thay đổi. Tính khối lượng riêng của vật. G ©m γ ©m .V0©m Ta có: GK = = = γ .V 1 + W 1 + W 0K 0K 3 γok= γ0ẩm.V0ẩm/V0K(1+W)=2,2/(1+0.1) =2,0 kg/dm V G γ .V − γ .V B= nuoc = nuoc = obh obh oK oK Vr γ n.r.V0 γ n.r.V0 r=(γ0bh -γ0K)/B. γon =2,3-2/1=0,3 3 γa = γ0K/(1-r) = 2/(1-0,3) = 2,86 kg/dm §1.2. Tính chất cơ học I. TÍNH BIẾN HÌNH - Vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực -> hình dạng thay đổi -> biến hình. - Có hai loại hình xẩy ra: 1. Biến hình đàn hồi. - Sẽ được triệt tiêu khi bỏ ngoại lực tác dụng. Tất cả các loại vật liệu đều có tính biến hình đàn hồi kể cả vật liệu dòn như BT, gạch, ngói khi TK công trình chúng ta chỉ được phép TK ngoại lực tín toán sao cho vật liệu chỉ làm việc trong giới hạn đàn hồi. 2. Biến dạng dư (biến dạng dẻo). Đây là loại biến hình NTTULIBkế tiếp hình đàn hồi. Nó là dấu hiệu ban đầu của sự phá hoại các kết cấu xây dựng. Cho nên trong TK không được TK ngoại lực để cho vật liệu xuất hiện biến hình dẻo. 3. Biến dạng từ biến. Ngoài hai loại biến dạng trên, ở vật liệu còn có hiện tượng từ biến là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian khi ngoại lực không đổi, tác dụng lâu dài lên vật liệu. ở nhiệt độ cao kim loại thể hiện tính từ biến rất rõ. II. CƯỜNG ĐỘ. Định nghĩa: Cường độ là khả năng chống lại sự phá hoại của ứng suất dưới tác dụng của ngoại lực. 1. Phân loại cường độ: Tuỳ theo hình thức chọn lọc mà các kết cấu vật liệu chịu các loại cường độ sau: 6
  7. a. Cường độ chịu nén: Rn P 2 Rn = (kg / cm ) F P: Lực tác dụng vào cấu kiện làm cho cấu kiện bị phá hoại (kg). F: Diện tích tiết diện (cm2) b. Cường độ chịu kéo: RK P 2 RK = − (kg / cm ) F c. Cường độ chịu uốn. Rn = Mmax/Wuốn 3 Pl Rn = . 2 bh 2 d. Cường độ chịu xoắn e. Cường độ chịu cắt. Chú ý: * Trong vật liệu xây dựng phân ra vật liệu giòn và vật liệu dẻo: - VL dẻo khả năng chịu kéo, nén khác nhau. Chỉ quan tâm đến cường độ kéo. - VL giòn chịu nén tốt, chỉ quan tâm đến cường độ chịu nén. * Cường độ chịu nén (Rnén) → Mác Định nghĩa: Mác vật liệu là cường độ chịu nén của bình quân ít nhất 3 mẫu thí nghiệm được chế tạo với kích thước tiêu chuẩn (bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn) sau 28 ngày dưỡng hộ (dùng với XM & BT) . n NTTULIB ∑R i i R nen = (n ≥ 3) n P R = i i F - Loại bỏ những Ri có kết quả sai khác 20%. - Mỗi loại vật liệu có mẫu khác nhau - Hình lập phương a = 10;15; 20: Bê tông; 7,07: Vữa XD, XM - Hình trụ: (d, H) H = 2d (10, 20), (15, 30); (20, 40) - BT phải bảo dưỡng trong những phòng có nhiệt độ (20 ± 50C, độ ẩm ω > 90%) bảo dưỡng sau 28 ngày. 7
  8. n 28 28 R b = ∑R bi /n i=1 n: Số mẫu làm thí nghiệm, n>=3 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu a. Cấu trúc vật liệu - Độ đặc: Nếu cùng là một loại vật liệu thì độ đặc càng lớn thì giá trị cường độ càng cao. Một số vật liệu ?? xi măng, BT, gạch , khi độ đặc tăng gấp rưỡi thì cường độ tăng gấp 8 lần. - Hướng chịu lực: Cường độ theo phương dọc thì sẽ nhỏ hơn cường độ theo phương ngang thì của vật liệu gỗ. + Đồng nhất theo mật độ + Đồng nhất theo phương. b. Nhiệt độ và độ ẩm. - Nhiệt độ và độ ẩm lớn thì cường độ giảm và ngược lại. c. Thời gian chịu tải Thời gian chịu tải tăng thì R↓ 3. Phương pháp xác định cường độ a. Gia công mẫu thí nghiệm - Hình dạng: Lập phương, trụ, thanh, dây - Kích thước: * Bê tông: + Hình trụ: (h, d); (20, 20); (15,30) + Lập phương: 7,07 x 7,07; 7,07; 15 x 15 x 15 10 x 10 x 10; 20 x 20 xNTTULIB 20 * Xi măng: 4 x 4 x 16cm * Đá: 5 x 5 x 5cm b. Thí nghiệm trên máy vạn năng: Kéo, nén Đọc số: áp lực, kéo, uốn Khi mẫu bị phá hoại 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm chịu nén. a. Chiều cao mẫu thí nghiệm P R = ⇒ R < R F 1 2 Giải thích: 8
  9. Tại mặt tiếp xúc giữa mẫu vật liệu và tấm ép khi tăng tải trọng thì xuất hiện lực ma sát (lực ma sát có tác dụng ngăn cản sự chuyển dịch của vật liệu theo phương ngang). Ảnh hưởng của lực ma sát lớn nhất tại mặt tiếp xúc bé nhất tại vùng giữa của vật liệu → h càng lớn ảnh hưởng ma sát càng ít → mẫu dễ bị phá hoại. - Tiêu chuẩn của mẫu BT: 20 x 20 x 20cm, còn lạI phảI có hệ số đIều chỉnh (bảng 1-10 trang 35) Kích thước mẫu TN Mác Bê tông (Kg/cm2) 140 200 300 400 30 x 30 x 30 1,06 1,05 1,05 1,04 20 x 20 x 20 1 1 1 1 15 x 15 x 15 0,96 0,94 0,92 0,9 10 x 10 x 10 0,87 0,85 0,83 0,81 7,07 x 7,07 x 7,07 0,91 0,88 0,86 0,84 b. Tốc độ tăng tải trọng Phải có quy định về tốc độ gia tải. Tốc độ càng lớn → kết quả thấp. III. HỆ SỐ PHẨM CHẤT: PC R PC = γ 0 ⇒ HS PC cao Vật liệu nhẹ → tốt VL cường độ cao nhấtNTTULIB Suy ra PC = 1,61 Gỗ lim PC = 0,7 Thép CT3 PC = 0,51 BT PC = 0,083 IV. HỆ SỐ MỀM HOÁ: MH R MH = b·o hoμ n − íc > 0,85 (VL dùng XDCTTL) R kh« 9
  10. CHƯƠNG II. VẬT LIỆU KẾT DÍNH VÔ CƠ Đ2.1. Khái niệm 1. Định nghĩa: - Là một loại vật liệu ở dạng bột, khi trộn với nước tạo thành vữa dẻo, qua quá trình biến đổi lý hoá vữa đó trở lên rắn chắc như đá. - Dựa vào tính chất này người ta sử dụng rộng rãi vật liệu dính kết vô cơ để chế tạo vữa, bê tông, các sản phẩm và vật liệu đã nhân tạo không nung dùng trong xây dựng. 2. Phân loại: Tuỳ theo khả năng và điều kiện rắn chắc, người ta chia vật liệu dính kết vô cơ ra hai loại. a. Vật liệu vô cơ rắn trong không khí: Quá trình biến đổi lý hoá diễn ra khi rắn chắc chỉ có được trong môi trường không khí, như: Thạch cao, xây dựng, các chất kết dính manhê, thuỷ tinh nước và vôi không khí b. Vật liệu vô cơ rắn trong nước. Quá trình biến đổi hoá lý diễn ra khi rắn chắc không chỉ trong môi trường không khí, mà cả trong môi trường nước, như: vôi thuỷ, xi măng, chất kết dính hỗn hợp Đ2.2. Vôi không khí I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌNTTULIBC VÀ PHÂN LOẠI VÔI TP: CaO, MgO, Al2O3, SiO2, Fe2O3 Ngoài ra còn CaOAl3, CaOSiO2, CaOFe2O3 vôi già lửa, dựa vào tỷ lệ MgO để phân loại: - Vôi canxit (có chất lượng cao) MgO ≤ 5% - Vôi manhêzit (chất lượng TB) MgO = 5 ÷ 20% - Vôi đôlômit (chất lượng xấu) MgO = 20 ÷ 40% II. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÔI KHÔNG KHÍ 1. Nguyên liệu Đá vôi: CaCO3, MgCO3 2. Nhiên liệu: - Than 10
  11. - Củi, gỗ - Khí đốt. 3. Lò nung: 2 loại - Lò nung gián đoạn - Lò nung liên hoàn: Quá trình nung được tiến hành liên tục, chia 3 khu vực: + Khu vực sấy: Nằm giá trên t0 = 105 ÷ 1100C + Khu nung: t = cao nhất t = 11000C + Khu làm nguội: t giảm dần Đáy lò được tháo ra lấy vôi sống 2 ÷ 3h lấy 1 lần trên đỉnh lò là vật liệu được bổ sung vào liên tục như vậy. Quá trình diễn biến lý hoá khi nung. - T0 = 105 ÷ 1100C nước tự do bay hơi, tạp chất hữu cơ cháy. - T0 = 600 ÷ 6500C AlO3.2SiO2.2H2O → AlO3.2SiO2 + 2H2O↑ 0 - 700 ÷ 800 C: AlO3 .2.SiO2 → Al2O3 + 2SiO3 - MgCO3 > MgO+CO2 0 - 900 C: Bắt đầu CaCO3 → CaO + CO2↑ - 1000 ÷ 11000C: quá trình phân giải trên toàn bộ CaO tạo thành, kết thúc phụ thuộc vào áp suất CO2 trong lò nung. - T0 > 11000C có các phản ứng kết hợp. nCaO + SiO2 → nCaO.SiO2 mCaO.Al2O3 → mCaO.Al2O3 p.CaO.Fe2O3 → p.CaO.FeNTTULIB2O3 Khoáng vật vôi già lửa Vôi già lửa có hại: Trong quá trình tôi thì vôi già lửa không tôi ngay. Sau một thời gian vôi già lửa mới tôi và gây rạn nứt khối xây, trát. III. TÔI VÔI: Vôi không khí tiếp xúc với nước xẩy ra phản ứng tôi vôi: CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q (nhanh) MgO + H2O → Mg(OH)2 (chậm) Ca(OH)2: Vôi tôi là những hạt nhỏ và thô Nước tự do vẫn nhiều: Ca(OH)2 + nH2O (tự do), vôi nhuyễn 11
  12. Cấu trúc của vôi nhuyễn: Hệ keo, chất phân tán là các hạt Ca(OH)2 môi trường phân tán là nước. Hạt Ca(OH)2 trong môi trường phân tán phát sinh lực hút và lực đẩy. Khi mới tôi mật độ các hạt Ca(OH)2 không đồng đều, sau đó do lực hút, đẩy giữa các hạt nên trong hệ keo có sự phân bố lại ngày càng đồng đều cho đến một lúc nào đó hệ keo cân bằng nội lực. Chính lúc đó vôi nhuyễn đạt được độ dẻo tốt nhất. Vì vậy thực tế sau khi tôi vôi không nên sử dụng ngay: - Để có thời gian nhiệt lượng toả ra hết. - Để tăng độ dẻo của vôi nhuyễn - Để ít nhất 30 ngày mới mang ra dùng. Chú ý: - Khi tôi vôi cần thiết cho vôi vào nước tránh đổ nước vào vôi. - Thể tích hố vôi đủ lớn mới tôi hết vôi vì khi tôi thể tích vôi nở ra khoảng 2 lần so với vôi sống. - Bố trí hố vôi trên mặt bằng thi công công trình hợp lý. - Tôi xong chưa dùng thì nên đổ cát hoặc đất lên trên. IV. RẮN CHẮC VÔI KHÔNG KHÍ Chia làm hai giai đoạn: - Vôi nhuyễn được kết tinh do hiện tượng bay hơi Ca(OH)2 + nH2O → Kết tinh tạo nên độ cứng. - Cacbonat hoá: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (cường độ cao) Diễn ra chậm, muốn nhanhNTTULIB cung cấp đủ CO2, cung cấp nhiệt lượng. Vôi + cát → vữa vôi cát tăng độ cứng của vữa vôi, tạo mao quản, CO2 dễ xâm nhập, hơi nước dễ thoát, tránh hiện tượng co nứt. V. VÔI SỐNG BỘT. Nghiền vôi sống trong máy nghiền Ưu điểm: Tận dụng nhiệt lượng trong khi tôi để thúc đẩy quá trình cứng hoá nhanh. Vì: CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O↑ Biến vôi già lửa mCaOAl2O3, nCaO.SiO2, pCaOFe2O3 là những thành phần có lợi thành phẩm có cường độ cao trong quá trình rắn chắc. Nước pha trộn ít hơn so với dùng vôi nhuyễn → R↑. 12
  13. Nhược điểm: - Giá thành cao, thiết bị điện để nghiền - Thi công khó, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng. - Rất khó bảo quản. VI. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÔI 1. Kiểm tra mặt ngoài a. Màu sắc: Màu trắng ngà: Vôi tốt Mầu hồng, hơi nâu, hơi xanh, chứa nhiều tạp chất. b. Độ cứng: Dễ vạch (mềm) vôi chín vừa Khó vạch (cứng) non lửa (đá), vôi già lửa. c. Âm thanh - Tiếng đục: vôi tốt - Tiếng có âm vang: già lửa hoặc chưa chín. 2. Các chỉ tiêu có tính chất định lượng. a. Độ hoạt tính của vôi G(CaO + MgO) X% = .100% G v«i sèng 2,8.V.n X % = Gvs Trong đó: - V: Thể tíchNTTULIB axit clohidric dùng để trung hoà hết bazơ - n: Nồng độ axit dùng để trung hoà bazơ Cho vôi sống tác dụng với axit HCl CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O 56.n.36,5.V 56 2 x 36,5 → X = 1000.2.36,5 n.36,5.V X(g) = 1000 X = 0,028.n.V x(g) 0,028.n.V.100% X% = .100% = Gvs Gvs 2,8.n.V X% = % Gvs 13
  14. - MgO coi như CaO 2,8n.V X% = Thí nghiệm Gvs Ca(OH)2 → CaO + H2O x(g) y(g) CaO + H2O → Ca(OH)2 56 74 y x 56 y = .x (g) 74 b. Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi - Nhiệt độ tôi là nhiệt độ cao nhất xẩy ra trong quá trình tôi vôi. - Lấy 10g vôi sống cho vào một bình đựng 20ml. Bình tiêu chuẩn được ủ bằng bông Amiăng. - Bỏ vôi vào nước bấm đồng hồ t1. Cắm thuỷ ngân để cho nhiệt độ. Theo dõi cột thuỷ ngân dừng lại t2 sau đó tụt xuống. - Tốc độ tôi: Là khoảng thời gian kể từ khi cho nước vào vôi đến khi đạt nhiệt độ cao nhất. t2 - t1 = Δt Vôi tôi nhanh: 30 phút T0 > 700C: Vôi phát nhiNTTULIBều nhiệt T0 2, vôi xấu: SLVV < 2 d. Hàm lượng hạt sượng - Là tỷ lệ của các thành phần không tôi được so với khối lượng của vôi sống. - Vôi sống = Thành phần hoạt tính (CaO + MgO). + Thành phần không tôi được TN: Cân 200g vôi sống được vôi nhuyễn. Sàng lấy thành phần không tôi được. 14
  15. VII. SỬ DỤNG VÔI KHÔNG KHÍ - Vữa xây, vữa trát Vôi + cát Vôi + Cát + Xi măng - Dùng làm vật liệu hỗn hợp hoạt tính. Vôi bột + Bột pooclăng Tính kết dính hỗn hợp + Bột xi măng - Dùng vôi trộn với tro lò: SiO2, Al2O3 Đóng gạch: SiO2 + Ca(OH)2 → CaO.SiO2 + H2O Al2O3 + Ca(OH)2 → CaOAl2O3 + H2O Đ2.2. Vôi thuỷ Là một loại chất kết dính vô cơ có khả năng rắn chắc trong môi trường không khí và môi trường nước. I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT - Thành phần hoá học: CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO là chủ yếu chiếm > 60%. - Thành phần khoáng vật: 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 Vôi nhuyễn CaO + Al2O3 → CaO.AlNTTULIB2O3 II. CHẾ TẠO VÔI THỦY. 1. Nung vôi thuỷ a. Nguyên liệu, nhiên liệu Đá vôi với hàm lượng sét 8 ÷ 20% → rất hiếm Đất sét trộn vôi sống hoặc vôi tôi → hỗn hợp sét vôi Chất đốt: Than, chỉ, gỗ, than cám. b. Lò nung * Dùng lò nung gián đoạn, không dùng là nung liên tục dễ bị tắc lò. c. Chế tạo hỗn hợp sét vôi Tỷ lệ: 1sét (vữa) + 3 vôi (nhuyễn) Vữa đất sét đánh đều với vôi nhuyễn thành một hỗn hợp đồng nhất. 15
  16. Đúc thànhcác viên giống viên gạch phơi khô sau đó xếp vào lò nung cùng với các viên than. d. Các diễn biến hoá lý trong quá trình nung T0 = 105 ÷ 1100C. Nước tự do bay hơi 0 0 T = 547 C, Ca(OH)2 → CaO + H2O 0 0 T = 600 ÷ 650 C. Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O 0 T = 700 ÷ 8500C, Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 2CaO + SiO2 → 2CaO + SiO2 T0 = 1100 ÷ 12000C 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 CaO + Al2O3 → CaO.Al2O3 2. Tả vôi thuỷ - Vôi thuỷ + Nước (vừa phải) → thành bột - Có 2 phương pháp tả vôi a. Phương pháp tự nhiên Xếp thành lớp mỏng trên nền ẩm ướt sau 2 tuần tự tả thành bột, còn lại những cục rắn phải nghiền bằng cơ học. b. Phun nước Dùng 10 ÷ 15% nước phun vào vôi. Sau 2 ngày tả thành bột, cục rắn còn lại ít hơn. Bột vôi thuỷ đóng bao, thùng cách ẩm. III. TÍNH CHẤT VÔI THUNTTULIBỶ. 1. Độ mịn - Sàng qua sàng 4900 lỗ / cm2. - Lượng sót trên sàng < 15%. 2. Nguyên lý rắn chắc của vôi thuỷ - Phần vôi không khí: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O - Phần khoáng vật: CaO.Al2O3 + nH2O → CaO.Al2O3nH2O (kết tinh rắn chắc) 2CaOSiO2 + mH2O → 2CaO.SiO2mH2O 2CaO.Fe2O3 + pH2O → 2CaOFe2O3.pH2O - Công trình có sử dụng vôi thuỷ phải để trong không khí trong thời gian 3 ÷ 4 tuần. Sau đó mới cho vào nước để tăng nhanh các phản ứng thuỷ hoá của khoáng vật. 16
  17. 3. Hệ số cứng hoá trong nước %CaO I = = 1,7 ÷ 9 (Al2O3+ SiO2 + Fe2O3 )% I = 1,7 ÷ 4,5: Vôi thuỷ mạnh, khả năng ưa nước tốt. I = 4,5 ÷ 9: Vôi thuỷ yếu, khả năng ưa nước kém I 9 : Vô không khí 4. Cường độ trung bình. 2 2 Rmin = 18kg/cm , Rmax = 34kg/cm Vôi không khí: R = 20kg/cm2 2 Xi măng: RTB = 400kg/cm IV. BẢO QUẢN VÀ SỬ DỤNG. + Bảo quản: Tránh ẩm, tránh CO2 Đóng bao cách ẩm: các thùng + Sử dụng: Cho các công trình tiểu thuỷ nông, các mương máng nhỏ phục vụ dân sinh. Đ 2.3. Xi măng Pooclăng I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA KHOÁNG VẬT. * Thành phần hoá học: - CaO chiếm 60 ÷ 65% - SiO2 chiếm 19 ÷ 24%NTTULIB - Al2O3 chiếm 4 ÷ 7% - Fe2O3 chiếm 2 ÷ 6% - MgO chiếm > 4,5% - CaOSO3 chiếm 4 ÷ 6% (SO3 > 3%) II. SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG. 1. Khai thác vật liệu: Nguyên liệu đá vôi CaCO3 ngoài ra còn MgCO3. Đập nhỏ cục đá dài dùng đá dăm. - Đất sét: Al2O3.SiO2.2H2O Caolinit - Quặng sắt: Fe2O3 Thái nguyên - Thạch cao: CaSO4.2H2O (Nhập từ các nước Lào) 2. Chế tạo vật liệu (Đưa vào lò nung) 17
  18. - Đá vôi + quặng sắt nghiền nhỏ với nước: Lượng sắt trên sàng 4900 lỗ/cm2 > 15%. - Đất sét: Đánh trộn với nước thành bùn sau đó người ta phối hợp hỗn hợp: Đá vôi + Quặng sắt + bùn đất sét theo tỷ lệ xác định sao cho từ 75 ÷ 78% CaCO3 và từ 22 ÷ 25% (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3). Vật liệu sống hỗn hợp bùn - quặng bơm vào lỗ chứa dung tích lớn: 5000m3, 2000m3, 1000m3, 500m3. 3. Nung xi măng a. Lò nung xi măng - Lò có đường kính D = 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6m - Lò có chiều dài D = 50, 80, 100, 120, 150, 180m - Lò nung được chia thành 3 khu vực. + Khu xây ở phía trên của lò + Khu nung ở phía giữa củi lò. + Khu vực làm nguội phía dưới của lò. b. Than - Than già: Nhiệt lượng Q lớn chất bốc ngọn lửa ngắn - Than non: Nhiệt lượng Q nhỏ chất bốc ngọn lửa rất ngắn - Than mỏ: Nhiệt lượng Q cao chất bốc ngọn lửa dài. Than nghiền thành bột. c. Quá trình diễn biến lý hoá khi nung xi măng + T0 = 100 ÷ 1050C: Nước tự do bay hơi + T0 = 600 ÷ 6500C NTTULIB Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O + T0 = 700 ÷ 8500C. Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 MgCO3 → MgO + CO2↑ + T0 = 900 ÷ 11000C CaCO3 → CaO + CO2↑ + T0 = 1100 ÷ 12000C (Pha rắn) 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 (1 phần) CaO + Al2O3 → CaOAl2O3 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 + T0 = 1200 ÷ 13000C (Pha lỏng) 18
  19. 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 (C2S) (toàn bộ) CaO.Al2O3 + 2CaO → 3CaO.Al2O3 (C3A) 3CaO.Al2O3 + CaO.Fe2O3 → 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) + T0 = 1200 ÷ 13000C Vật liệu chảy lỏng và thực hiện phản ứng pha lỏng: CaO + 2CaO.SiO2 → 3CaO.SiO2 (C3S) Nghiền với phụ gia và thạch cao (5 ÷ 7%) tạo thành bột cho vào kho → Đóng bao. III. THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT CỦA XI MĂNG. C3S 37 ÷ 60% (50%) C2S 15 ÷ 37% C4AF 10 ÷ 18% C3A 7 ÷ 15% - Các tỷ lệ khoáng vật thay đổi thì được xi măng thay đổi vì mỗi thành phần khoáng vật có tính chất riêng. 1. Tính chất của khoáng vật a. Tốc độ thuỷ hoá và thuỷ phân Thể hiện khả năng tác dụng với nước của xi măng nhanh hay chậm. Tốc độ phản ứng với nước nhanh: Nghĩa là đông cứng của khoáng vật nhanh và ngược lại. b. Nhiệt thuỷ hoá Là lượng nhiệt toả ra khiNTTULIB các khoáng vật thuỷ hoá và thuỷ phân với nước. - C3A là 256 cal/g - C S là 160 cal/g 3 - C4AF là 136 cal/g - C2S là 80 cal/g c. Khả năng phát triển cường độ Phụ thuộc vào từng loại khoáng vật của XM. 2. Các hệ số của xi măng a. Hệ số silich SiO % n = 2 (1,7 ÷ 3,5) (Al2O3 + Fe2O3 )% Nếu n lớn → hàm lượng % SiO2 lớn → (C3S + C2S) ↑ xi măng có R cao. 19
  20. Nhược điểm: Khó nung (phải tạo T0 cao). Không đạt được nhiệt độ cao → xi măng rất xấu, quá nhiều CaO tự do, mất ổn định thể tích và R thấp. Chọn n vừa phải, phù hợp với điều kiện nung luyện nhà máy và yêu cầu cường độ của khách hàng. b. Hệ số nhôm: %Al O p = 2 3 (1 ÷ 3) %Fe2O3 - Gọi n là số phân tử Al2O3 của xi măng - Gọi n’ là số phân tử Fe2O3 của xi măng n.MAl O - Nếu n > n’ ⇒ p = 2 3 > 64% (4TPKV) n'.MFe2O3 - Nếu n = n’ ⇒ p = 0,64 (3 TPKV: Klinker), C S, C S, C AF 3 2 4 Không phải xi - Nếu n 0,64: Toả nhiều nhiệt, cường độ thấp, đông kết nhanh. - Trong khi nung sẽ có hiện tượng tắc lò do vật liệu chảy quá nhiều dính lò làm cho vật liệu không chuyển động được ⇒ không nung chảy được. c. Hệ số bão hoà vôi 3. CaO.SiO2 SiO2 đã được bão hoà vôi 2.CaO.SiO2 SiO2 chưa được bão hoà vôi SiO2 bão hoà càng nhiều thì thành phần C3S càng cao ⇒ xi măng càng tốt. - Tìm cách nâng tỷ lệ SiO2 bão hoà vôi càng nhiều càng tốt. Điều đó được thể hiện bằng hệ số bão hoà vôi KH. - Thành lập công thức tính hệ số KH. NTTULIB C3A CF Thạch cao C3S + C2S ∑%CaO = % CaO + % CaO + % CaO + % CaO - Tính % CaO có trong C3A. 3CaO + Al2O3 → C3A 168 102 C3A 168 C3A % CaO = %Al O = 1,65.%Al2O3 %CaO % Al2O3 102 2 3 - Tính % CaO trong CF CaO + Fe2O3 → CF 56 160 CF 56 CF % CaO = %Fe O = 0,35%Fe2O3 %CaO %Fe2O3 160 2 3 - Tính % CaO trong thạch cao 20
  21. TC CaO SO3 = CaSO4 56 80 TC 56 TC % CaO = %SO = 0,7% SO3 % CaO %CaO 80 3 - Tính % CaO Giả thiết toàn bộ SO2 ở trong xi măng bão hoà vôi hết chỉ có C3S và C2S. - Tính % CaO trong trường hợp chỉ có C3S 3CaO + SiO2 → 3CaO.SiO2 168 60 C S 168 C3S % CaO 3 = %SO %CaO %SiO2 60 2 Thực tế trong xi măng vừa có C3S và C2S. C3S + C2S % CaO < 2,8% SiO2 = KH.2,8%.SiO2 ∑%CaO = 1,65%Al2O3 + 0,35%Fe2O3 + 0,7.SO3 + KH.2,8%SiO2 ∑%CaO − (1,65%Al2O3 + 0,35%Fe2O3 + 0,7%SO3 ) ⇒ KH = 2,8%SiO2 ⇒ Mức độ bão hoà vôi - KH → 1 thực tế không bằng 1 tại vì trong xi măng bao giờ cũng tồn tại C2S. - KH = 0,85 ÷ 0,95 KH = 0,95 tương đương Mác 1000 (P1000) KH = 0,88 tương đương với Mác 500 ÷ 600 KH = 0,87 tương đương với Mác 400 (P400) KH = 0,85 tương đương với Mác 100 (P100) IV. NGƯNG KẾT VÀ RẮNNTTULIB CHẮC CỦA XI MĂNG POOCLĂNG. Là 1 quá trình hoá lý, diễn biến phức tạp và từ trước tới nay có nhiều giả thiết khác nhau. Theo thuyết Baicốp được viện sĩ Rêbinđe bổ sung là đúng và hợp lý hơn. Sự ngưng kết và cứng hoá của xi măng có 3 thời kỳ: hoà tan, hoá keo, kết tinh: + Thời kỳ hoà tan: Khi hạt xi măng tiếp xúc với nước thì lớp ngoài của hạt xi măng tác dụng với nước theo các phản ứng thuỷ hoá và thuỷ phân sau: 3CaO.SiO2 + (n + 1)H2O → 2CaO.SiO2 nH2O + Ca(OH)2 Thuỷ hoá 2CaO.SiO2 + nH2O → 2CaO.SiO2.nH2O 3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O Thuỷ phân 4CaO.Al2O3.Fe2O3 + mH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3(m-6).H2O 21
  22. Các sản phẩm thuỷ hoá và thuỷ phân hoà tan với nước mạnh nhất là Ca(OH)2, 3CaOAl2O3.6H2O tan cho đến khi dung dịch được bão hoà vôi. + Thời kỳ hoá keo Trong dung dịch đã bão hoà vôi các sản phẩm thuỷ hoá và thuỷ phân không tan nữa mà tách ra khỏi dung dịch tạo thành các hạt lơ lửng hoặc kết tủa. Mật độ các hạt này ngày càng dầy, đồng thời với nước tự do bị bay hơi dung dịch trở thành hệ keo lúc này nhiệt thuỷ hoá của ximăng rất lớn vữa xi măng mất dần tính dẻo, tuy nhiên chưa có cường độ. + Thời kỳ kết tinh Trong thể keo của vữa xi măng xuất hiện các mầm kết tinh. Trước hết là của Hyđroxit canxi và Aluminat canxi. Sau đó đến các thành phần khác. Các mầm kết tinh phát triển thànhcác tinh thể có dạng hình kim, các tinh thể ngày càng dày đặcvà đan chéo vào nhau tạo thành các khuy cứng của vữa xi măng. Lúc này vữa xi măng có khả năng chịu lực. Cường độ phát triển nhanh từ 1 ÷ 3 ngày rồi đến 7 ngày. Từ 14 ngày chậm dần đến 28 ngày, chậm một cách rõ rệt sau 28 ngày cường độ vẫn tăng nhưng không đáng kể tuy nhiên có nhiều thí nghiệm chứng tỏ rằng sau 1 ÷ 2 năm cường độ vẫn tăng nhưng rất chậm. Từ trước đến nay quy ước lấy cường độ xi măng ở tuổi 28 ngày làm mác ximăng. V. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG POOCLĂNG. 1. Độ mịn. Yêu cầu: - Lượng còn lại trên sàng (4900 lỗ/cm2) không được > 15%. - Tỷ diện tính: 2500 ÷ NTTULIB3000cm2/g Độ mịn càng tăng thì sự ngưng kết và cứng hoá càng tăng ⇒ Rx↑ 2. γa, γo 3 + γa: là khối lượng riêng của xi măng: (3,05 ÷ 3,2) g/cm . γa phụ thuộc vào khoáng vật (C3S, C2S, C3A, C2AF). 3 + γo: Là khối lượng đơn vị (ở dạng xốp bình thường = 1,3 g/cm , ở trạng tháI lèn trặt =1,7 g/cm3) phụ thuộc vào các khoáng vật của xi măng, đặc biệt là độ mịn của xi măng. Nếu độ mịn càng tăng thì γo ↓. 3. Tính tiết nước. XM + H2O → Vữa xi măng có độ dẻo nhất định. - Nếu hạt xi măng có tính giữ nước tốt → độ dẻo của hạt vữa xi măng tăng và ngược lại. 22
  23. - Nếu hạt xi măng mất nước thì hạt xi măng mất tính dẻo. - Xi măng có tính giữ nước tốt → tăng được liên kết dính bê tông trong khối bê tông. 4. Lượng nước tiêu chuẩn. Khoảng 25-30% lượng XM; được xác định bằng thí nghiệm dùng kim vica. Lấy 400g XM cho vào chảo, dùng lượng nước bằng 25-30% lượng XM đảo đều với XM ở trên sau đó cho vữa XM vào khẩu hình côn, lấy dao gạt bằng mặt, đặt khẩu hình côn vào đế kim vica điều chỉnh kim sát với mặt vữa (kim có đường kính 10mm). 5. Thời gian ninh kết. * Thời gian tinh kết ban đầu: Là thời gian kể từ khi xi măng với nước (NTC) cho đến khi vữa xi măng bắt đầu ninh kết, trạng thái bắt đầu ninhkết được xác định bằn kim vica: - Cân 400g xi măng cho vào chao lấy một lượng nước khoảng 25 ÷ 30% lượng xi măng cho vào chảo dùng bay đảo đều. - Ngay sau khi trộn xong dùng bay xúc vào đây khâu hình côn kim loại mặt trong bôi dầu, đã được đặt trên một tấm kính. Dằn tấm kính xuống mặt bàn 5 ÷ 6 cái, rồi dùng dao gạt vữa thừa vào miết bằng mặt. - Đặt khâu hình côn vào đế kim vica. Điều chỉnh kim (1mm) xuống sát mặt vữa. Cứ 5 phút cho kim loại rơi 1 lần vào vữa cho đến khi kim cách dáy từ 5 ÷ 7mm, ta ghi lại thời gian. Đó chính là thời gian ninh kết ban đầu. * Thời gian ninh kết cuối cùng: Là khoảng thời gian kể từ khi trộn nước vào xi măng cho đến khi vữa xi măng kết thúc quá trình ngưng kết và chuyển sang kết tinh. Được xác định bằn kim vica. NTTULIB - Cứ 15 phút chokim cắm 1 lần đến khi kim chỉ cắm vào mặt vữa 5 ÷ 7mm ta ghi lại thời gian. Thời gian kể từ khi cho xi măng vào nước đến khi kim cắm vào mặt vữa từ 5 ÷ 7mm đó là thời gian ninh kết cuối cùng. Δt càng lớn xi măng càng xấu. Tiêu chuẩn quốc tế. TGNIBD 10h XMVN (Hải Phòng) TGNKBĐ: 1h30’ ÷ 2h30’ TGNKCC: 3h30’ ÷ 4h30’ 6. Tính ổn định thể tích. Tính chất giữ cho vữa xi măng không thay đổi trong quá trình đông kết và rắn chắc của vữa xi măng. 23
  24. Trong quá trình đông rắn vữa xi măng thường bị nở ra gây nên các vết nứt làm giảm cường độ xi măng. Nguyên nhân hiện tượng mất ổn định. - Do CaO tự do + H2O → Ca(OH)2 nở - Do CaSO4 quá nhiều 3CaSO4 + 3Ca.Al2O3.6H2O + 25H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.3H2O Vữa 2,5 lần Để tránh mất ổn định thể tích xi măng - Loại trừ CaO tự do - Không cho quá nhiều thạch cao. 7. Nhiệt thủy hoá. Trong quá trình đông rắn của vữa xi măng, nhiệt độ toả ra rất lớn do phản ứng thuỷ hoá và thuỷ phân của xi măng tốt: mùa đông ở xứ lạnh cần cung cấp Q đủ tốc độ Pn. Xấu: Mùa hè xứ nóng cần giảm nhiệt độ để tránh ứng suất nhiệt trong các công trình bê tông khối lớn. 8. Hiện tượng co khô của vữa xi măng Trong quá trình đông rắn lượng nước thuỷ hoá, thuỷ phân thường chiếm 20% so với xi măng, lượng nước pha trộn vào BT thường 50 ÷ 60% so với xi măng, còn khoảng 40% nước tự do sẽ bay hơi. Bảo dưỡng công trình bằng cách duy trì độ ẩm cao ở ngoài công trình. 9. Cường độ xi măng: Rx: Phụ thuộc thành phần khoáng vật: C3S cao → Rx cao - Độ mịn: Độ mịn cao NTTULIB→ Rx cao N - Độ đặc của đá xi măng: thÊp Rx cao X - Môi trường có độ ẩm lớn → Rx cao, T0 cao → Rx↑ Định nghĩa: Cường độ xi măng là trị số cường độ chịu nén của bình quân ít nhất 3 mẫu thí nghiệm được chế tạo tiêu chuẩn và được dưỡng hộ sau 28 ngày ở điều kiện tiêu chuẩn: Nhiệt độ 20 ± 500C, độ ẩm > 90%. VI. XÂM THỰC XI MĂNG POOCLĂNG VÀ BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA Đặc trưng của bê tông thuỷ công là thường xuyên tiếp xúc với nước. 1. Nguyên nhân của hiện tượng xâm thực xi măng. - Do hiện tượng hoà tan các thành phần khoáng vật chủ yếu là Ca(OH)2 bị tan vào nước làm cho kết cấu bê tông rỗng dẫn đến R↓. 24
  25. - Do hợp chất hoá học trong nước hoá hợp với khoáng vật trong đó xi măng tạo nên những hợp chất mới có thể bị hoà tan hoặc không tan (xốp không có khả năng kết dính hoặc kết tinh nở thể tích dẫn đến rạn nứt). 2. Các dạng xâm thực của xi măng Pooclăng a. Xâm thực hoà tan (xâm thực nước ngọt) - Nguyên nhân: Do trong thành phần khoáng vật chủ yếu là Ca(OH)2; 3CaOAl2O3.6H2O tan trong H2O trong quá trình tan tiếp diễn cho đến lúc đạt được nồng độ bão hoà vôi thì dừng lại. - Có 2 dạng môi trường: + Môi trường nước chuyển động: Không bao giờ nước đạt được bão hoà vôi do đó mà không dừng lại, hoà tan liên tục, tạo nên nguy cơ phá hoại công trình. + Môi trường nước yên tĩnh: Hoà tan trong một thời gian sau đó nồng độ nước bão hoà, vôi dùng hoà tan → không có nguy cơ cho công trình. b. Xâm thực CO2 Trong nước tự nhiên thường có lượng CO2 nhất định gọi là CO2 cân bằng. CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 (*) Nếu CO2 nhiều thì tác dụng Ca(OH)2 trong đá xi măng. CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O CaCO3 bị hoà tan do CO2 theo phản ứng (*) Kết thúc là: Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 + H2O Ca(HCO3) mức độ hoà tan lớn gấp nhiều lần so với Ca(OH)2. -2 + c. Xâm thực sulfat: SO4 + Ca → CaSO4 3. Biện pháp phòng ngừa. ????????????????????????NTTULIB Đ2.4. Phụ gia khoáng vật Định nghĩa: Phụ gia khoáng vật là các khoáng vật những đất, đá, cát, ở dạng tự nhiên hoặc đã được nghiền nhỏ dùng để trộn với xi măng hoặc vôi nhằm mục đích cải thiện một số tính chất của chúng hoặc tăng sản lượng tính kết dính. I. PHỤ GIA KHOÁNG VẬT TRƠ. - Khi trộn chất kết dính trong quá trình đông kết rắn chắc nó không tham gia phản ứng có tác dụng như chất độn. - Mục đích tăng sản lượng chất kết dính đồng thời giảm max xi măng trong trường hợp không dùng mac cao. - Nguyên tắc pha trộn phụ gia khoáng vật tư: 25
  26. R P0 .X P0 = const = R hh .X hh = R hh (X P0 + Tr%.X P0 ) x X x X hh = X P0 + Tr. P0 R x cường độ xi măng pooclăng. P0 VD : Tr = 0,2T = 20% XMP0. Tính 0,2T Tr + 1 tấn X P hh P0 0 hh R x R x − R y R x = → Tr% = hh 1 + Tr% R x P0 2 R x = 500kg / cm Tr = 25% 500 R hh = = 400kg / cm2 x 1 + 0,25 Mác xi măng R100 M100 II. PHỤ GIA KHOÁNG VẬT HOẠT TÍNH. Định nghĩa : là khi pha trộn với xi măng trong quá trình đông kết và rắn chắc nó tham gia phản ứng với khoáng vật cua xi măng tạo nên sản phẩm có thể đông kết và rắn chắc trong môi trường nước và không khí ẩm. Thông thường có hai loại : xỉ lò cao dạng hạt và puzilam. 1. Phụ gia khoáng vật hoạt tính xỉ lò cao dạng hạt. a. Nguồn gốc và thành phần. Xỉ lò cao dạng hạt là phế loại của công cụ gang thép. Khi luyện trong lò cao, phần gang có khối lượng riêng lớn chìm xuốn, phần xỉ khối lượng riêng nhỏ nổi lên trên cần phải vứt bỏ. Người ta vận dụng phế liệu này qua xử lý nguội nhanh có kết cấu dạng hạt nên gọi là xỉ lò cao NTTULIBdạng hát. Xỉ lò cao dạng hạt nếu nghiền thành bột mịn và trộn với nước sẽ có khả năng ngưng kết vì rắn chắc như xi măng. Tuy nhiên quá trình tự rắn chắc xảy ra chậm và rất yếu nên trong thực tế chỉ dùng làm phụ gia trộn với xi măng poolăng hoặc trộn với vôi làm chất kết dính. *Xử lý xỉ lò cao: - Phương pháp khô: cho luồng không khí lạnh t/x xỉ đun nóng. - Phương pháp ướt: cho xỉ dung nóng chẩy vào bể đựng nước. - Kết hợp phương pháp khô và phương pháp ướt *Thành phần MgO, CaO, Al2O3, SiO2, Fe), CuS, MgS, FeS Hàm lượng các oxits chiếm > 90% Còn lại CaS, MgS, FeS < 10%. b. Các tính chất 26
  27. %(CaO + MgO) - Hệ số kiềm M 0 = %(Al2O3 + SiO2 ) M0 > 1 xỉ lò cao có tính kiềm M0 < 1 xỉ lò cao có tính axit %Al2 O3 - Hệ số hoạt tính M A = %SiO2 MA, M0 càng lớn thì xỉ có chất lượng càng cao. Các phương pháp xác dịnh độ hoạt tính của xỉ quặng. + Dựa vào kết quả phân tích thành phần hoá học của M0, MA. + Dùng kính hiển vi quan sát cấu trúc, xác định tỷ lệ phần cấu trúc vô định hình và phần cấu trúc kết tinh. Nếu cấu trúc vô định hình là tốt. + Dùng bột xi (có pha thêm 3 ÷ 5% thạch cao) đúc mẫu để thí nghiệm cường độ. Dựa vào kết quả độ hoạt tính + Thí nghiệm mức độ hút CuSO4. Nếu xỉ hoạt tính cao sẽ hút được 200mg/20g xỉ. Nếu xỉ hoạt tính trung bình sẽ hút được ÷ 200g/20g xỉ. Nếu xỉ hoạt tính thấp sẽ hút được < 100g/20g xỉ. 2. Puzolan Là khoáng vật hoạt tính không có khả năng tự rắn chắc mà phải trộn vào với vôi hoặc xi măng Poolăng nó mới có thể rắn chắc được. a. Thành phần và phân loại. - Thành phần Si02 và SiO2nH20 vô định hình. Phân loại: NTTULIB + Loại thiên nhiên: - Có nguồn gốc từ đá tiềm tích phong hoá như đất, dá điatômi, trêpen, apôka Loại có nguồn gốc từ sản phẩm từ sản phẩm núi lửa, như ??, tup núi lửa, trút núi lửa Thành phần chủ yếu SiO2 và định hình, ngoài ra còn có Al2O3. Loại nhân tạo: Gồm đất sét nung non, bã than, tro . Thành phần hoá học của Puzolan Sơn Tây Lượng mất SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 khi nung 69,8% 6,75% 0,8% 0,8% 0,5% 0,034% Hoạt tính của Puzoolan xCa(OH)2 + SiO2.nH2O → xCaOSiO2 (n+1)H2O X: trị số phụ thuộc vào độ hoạt tính của phụ gia và nhiệt độ của môi trường diễn ra phản ứng. 27
  28. Để đánh giá hoạt tính của Puzôlan người ta thường dùng phương pháp thí nghiệm độ hút vôi của Pyzôlan trong dung dịch. Đ2.5. Xi măng Poolăng - Puzôlan Định nghĩa: Xi măng Poolăng - Puzôlan là hỗn hợp gồm xi măng Poolăng với 20 ÷ 40% puzôlan (so với khối lượng xi măng poolăng). Ngoài ra còn khoảng 5% thạch cao sống. CaSO42H2O. I. QUÁ TRÌNH ĐÔNG KẾT VÀ RẮN CHẮC CỦA XI MĂNG Gồm 2 quá trình - Thủy phân, thuỷ khoáng vật Clonker. 3CaOSiO2 + nH2O → 2CaOSiO2 (n - 1)2 + Ca(OH)2. 2CaOSiO2 + mH2O → 2CaOSiO2.mH2O 3CaOAl2O3 + 6H2O → 3CaOAl2O36H2O 4.CaOAl2O3.Fe2O3 + pH2O → 3CaOAl2O3.6H2O + CaOFe2O3 (p-6).H2O. 3.CaSO4 + 3CaO.Al2O3.6H2O + 25H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4 - 31H2O Quá trình hút vôi của thành phần hoạt tính SiO2 + Ca(OH)2 → CaO.SiO2.H2O Thực hiện khá chậm Al2O3 + Ca(OH)2 → CaO.Al2O3.H2O + Thạch cao: Tác dụng: Làm cho xi măng Po kéo dài thời gian đông kết, làm cho xi măng Pooclăng Puzoolan tăng nhanh quá trình đông rắn. Thời kỳ hoá keo, hạt keo có nhân Silic. Các hạt keo có điện tíchNTTULIB (-) đẩy nhau làm chậm quá trình đông kết. 3+ Trong xi măng Pooclăng 3CaOAl2O3.6H2O hoà tan phân ly các Al . Trung hoà điện tích hạt keo → hiện tượng hoá keo nhanh (làm nhanh quá trình đông kết). Nếu kéo dài quá trình đông kết vữa xi măng, phủ khử Al3+ cho thạch cao: CaSO4 + 3.CaO.Al2O3.6H2O + 25H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O Xi măng Pooclăng - Puzolem tăng nhanh quá trình đông rắn → kéo dài thời gian đông kết xi măng Pooclăng. Phản ứng thuỷ phân C3S được nhiều → Ca(OH)2 tạo thành nhiều. Ca(OH)2 + SiO2 + nH2O → CaOSiO2. (n + 1)H2O Ca(OH)2 + Al2O3 + mH2O → CaOAl2O3 (m + 1).H2O II. TÍNH CHẤT CỦA XI MĂNG POOCLĂNG - PUZÔLEM 1. Độ mịn 28
  29. Puzôlem mềm và xốp nên dễ nghiền nhỏ hơn xi măng Pooclăng. Nên nói chung là xi măng Pooclăng - Puzôlem mịn hơn. Nhưng theo quy đinịh thì vẫn yêu cầu lượng sót trên sàng 4900lỗ/m2 không vượt quá 15%. Tỷ diện tích: 2500 ÷ 3000cm2/g 2. Khối lượng riêng và khối lượng đơn vị 3 3 γa = 2,8 ÷ 2,95kg/m , γo = 0,9 ÷ 1,1 kg/dm . 3. Lượng nước tiêu chuẩn - Do xi măng Pooclăng Puzôlan hạt mịn và các hạt Puzôlan xốp dễ hút nước và giữ nước cho nên xi măng Pooclăng Puzôlan có lượng nước tiêu chuẩn lớn hơn xi măng Pooclăng thường khoảng 30 ÷ 40%. 4. Ổn định thể tích Xi măng Pooclăng: Thường 1 số không ổn định thể tích vì có CaO tự do > 1%. CaO + H2O → Ca(OH)2 CaO + SiO2.Al2O3 + H2O → CaOSiO2.H2O + 25H2O.CaOAl2O3.H2O CaSO4 + 3CaO.Al2O3.6H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4 - 31H2O Nở 2,5 lần thể tích. 5. Nhiệt thuỷ hoá Thấp hơn xi măng Pooclăng. Dùng xi măng Pooclăng - Puzôlem đổ làm các công trình bê tông khối lớn. 6. Thời gian ninh kết Kéo dài hơn xi măng Pooclăng: Đông kết, rắn chắc gồm 2 quá trình. Chậm hơn 1 ÷ 2h so với xi măng Pooclăng. 7. Xâm thực NTTULIB Xi măng Pooclăng - Puzôlem có tính chống xâm thực tốt hơn xi măng Pooclăng. Xi măng Pooclăng - Puzôlem có lượng Ca(OH)2 thấp. 3CaOAl2O3.6H2O 8. Co nở thể tích do hút ẩm - Do lượng nước tiêu chuẩn dùng nhiều hơn xi măng Pooclăng nên lượng nước bay hơi lớn để lại các lỗ rỗng dẫn đến co nở thể tích lớn hơn xi măng Pooclăng. - Không nên dùng xi măng Pooclăng Puzôlem và những công trình có mực nước thay đổi liên tục. 9. Cường độ của xi măng Pooclăng - Puzôlam 29
  30. - R của xi măng Pooclăng - Puzôlem chậm hơn R của Pooclăng do quá trình đông rắn dài do phản ứng hút vôi xẩy ra chậm. Ca(OH)2 + SiO2 + nH2O → CaO.SiO2.(n + 1).H2O Nếu t0 > 800C thì phản ứng nhanh. III. SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN XI MĂNG POOCLĂNG - PUZÔLAM. 1. Sử dụng: - Chỉ sử dụng xi măng Pooclăng - Puzôlam ở môi trường nước hoặc môi trường có độ ẩm lớn. Nếu dùng ở những nơi khô ráo thì không tốt bằng xi măng Pooclăng. - Không nên dùng ở những nơi có nước thay đổi. - Dùng cho những công trình khối lớn do nhiệt thuỷ hoá thấp. - Không nên dùng những nơi có nước chảy qua liên tục, nơi có các lực ma sát lớn vì khả năng chống mài mòn của xi măng Pooclăng - Puzôlem là kém. 2. Bảo quản: Việc bảo quản xi măng Pooclăng - Puzôlam giống như bảo quản xi măng Pooclăng. NTTULIB 30
  31. CHƯƠNG III - BÊ TÔNG Đ3.1. Khái niệm. I. HỖN HỢP BÊ TÔNG: Được tạo bởi X, C, D, N, phụ gia Lượng xi măng chiếm khoảng 8 ÷ 15% cát, đá (cốt liệu), chiếm khoảng 80 ÷ 85% khối lượng bê tông. - Xi măng là thành phần hoạt tính của bê tông (chất kết dính) còn cốt liệu (cát, đá) là bộ phận xương, cốt. - Xi măng trên với nước tạo thành vữa xi măng, vữa này bao bọc các hạt cát và đá, lấp đầy các lỗ rỗng và làm cho hỗn hợp bê tông có độ nhạy nhất định. Vữa xi măng cứng rắn lại gắn kết các hạt cốt liệu với nhau và làm cho bê tông cứng như đá, vì vậy người ta thường gọi bê tông là nhân tạo. - Để điều chỉnh các tính chất của bê tông và hỗn hợp bê tông người ta trộn thêm vào bê tông các phụ gia hoá học khác nhau. Các phụ gia này làm cho bê tông cứng nhanh hay cứng chậm, tăng độ dẻo, cường độ, tính chống thấm của bê tông. - Bê tông được dùng phổ biến trong các ngành xây dựng nói chung và xây dựng thuỷ lợi nói riêng vì các lý do sau: + Cường độ cao + Giá thành hợp lý + Dễ chế tạo. + Hình dáng bất kỳ II. PHÂN LOẠI. 1. Phân loại theo khốNTTULIBi lượng đơn vị của hỗn hợp 3 - Bê tông đặc biệt nặng γ0 ≥ 2,7kg/dm Cốt hiện dùng là đá rất tốt, cát thạch anh thành phần hạt tốt. Dùng để làm móng các công trình quan trọng để đảm bảo ổn định và độ chắc của móng. 3 - Bê tông nặng γ0 = 2,4 ÷ 2,6 kg/dm (bê tông phổ thông) Cốt liệu đá trầm tính, đã hoàn chất, đá vôi, đá sienit, dùng cho các công trình kiến trúc, xây dựng, thuỷ lợi. 3 - Bê tông nhẹ γ0 = 1,8 ÷ 2kg/dm . Cốt liệu: đã có độ rỗng lớn, hạt gốm. Dùng vào công trình kiến trúc chọn lọc là chính có thêm yêu cầu vô cách âm, cách nhiệt và tải trọng. - Bê tông đặc biệt nhẹ: γ0 < 1,8kg/dm3 31
  32. Cốt liệu: Đá có độ rỗng lớn, polime. Dùng vào những công trình cách nhiệt, cách âm, giảm tải chịu lực là phụ. 2. Phân loại theo độ lưu động của hỗn hợp bê tông. - Bê tông rất khô (rất ít nước pha trộn). Dùng đầm rung công suất lớn. Phần lớn dùng cho các công trình giao thông. - Bê tông khô (ít nước pha trộn). Kết cấu chịu lực lớn cường độ cao. Dùng cho giao thông, thuỷ lợi. - Bê tông dẻo (lực nước pha trộn vừa phải). Dùng phổ thông cả thi công cơ giới lẫn thi công thủ công đều được. - Bê tông chảy (lượng nước nhiều). Dùng cho những công trình có kết cấu phức tạp, thi công cơ giới. - Bê tông rất chảy (lượng nước rất nhiều) hoặc có pha trộn thêm phụ gia. Dùng để thi công trong những môi trường đặc biệt. Có thể vận chuyển bằng các đường ống lớn. 3. Phân loại theo yêu cầu sử dụng bê tông. - Bê tông nhiệt - Bê tông ít toả nhiệt (khối lớn) tránh ứng suất nhiệt. - Bê tông chọn axit - Bê tông cường độ cao. * Bê tông thuỷ công: Ngoài các yêu cầu về chịu lực như các bê tông khác, còn có 3 yêu cầu sau: - Chống thấm - Chống xâm thực NTTULIB - Chống bào mòn. Đ3.2. Vật liệu chế tạo bê tông A. Xi măng - Chọn loại xi măng (môi trường nước). Tra bảng xâm thực trang 270 (sách cũ), trang 296 và 297 (sách mới). - Chọn mác xi măng. Tham khảo RBT > 250 → Rx = 1,5RBT RBT < 250 → Rx = (1,5 ÷ 2,5)RBT B. Cát: Cốt liệu nhỏ I. NGUỒN GỐC, THÀNH PHẦN VÀ PHÂN LOẠI CÁT (PHONG HOÁ CỦA ĐÁ TRẦM TÍCH). 32
  33. Thành phần: SiO2 kết tinh (thạch anh, tạp chất đá khác, khoáng vật khác). 1. Cát núi: Tạo thành nguy cơ tại nơi phong hoá (hoặc gần nơi phong hoá). Hạt to, sắc cạnh. Nhược điểm: Rất bẩn vì có chất hữu cơ, nhiều sét và bụi, cần xử lý, sản lượng ít, phân tán không tập trung. 2. Cát sông: Từ cát núi (khe suối) chuyển ra sông: hạt đều, ít hạt to, sạch, ít tạp chất, tập trung bãi lớn. 3. Cát biển: Thường lẫn nhiều vỏ sò, nhiều khoáng vật muối và các khoáng vật có hại khác. Không được dùng. Ở một số vùng biển nước ta như: Quảng Bình, Nha Trang, Cam Ranh có loại cát trắng, lượng ngậm SiO2 rất cao (> 90%) cát này rất quý dùng để thí nghiệm xi măng và chế tạo thuỷ tinh. II. TẠP CHẤT CÓ HẠI TRONG CÁT. 1. Bụi, bùn, sét. d = 0,1 ÷ 0,01mm bụi d = 0,01 ÷ 0,005 bùn d 5% bê tông thường. > 3% bê tông thuỷ công. Sét > 1% các loại bê tông. Xác định bụi, bùn, sét bằng phương pháp rửa. 2. Muối sunfat Có hại đối với các tínhNTTULIB chất của bê tông, đặc biệt đối với bê tống cứng rắn ở nhiệt đọo và độ ẩm cao và đối với bê tông làm việc trong điều kiện ẩm thay đổi. %SO3 > 1% xác định bằng phương pháp hoá học. 3. Mica Các mảnh mica mỏng, nhẵn mặt nên dính kết với mi măng không tốt làm giảm cường độ của bê tông, mặt khác mica đen dễ bị phong hoá, ảnh hưởng xấu đến độ bền của bê tông. Hàm lượng mica trong cát được xác định bằng phương pháp gạt bằng tay cho bám lên giấy hoặc bằng máy hút từ. 4. Tạp chất hữu cơ Xác chết của động thực vật giảm cường độ và độ bền của bê tông xác định bằng phương pháp so màu. - Mầu đen: quá bẩn - Mầu vàng: Tương đối sạch 33
  34. - Mầu nâu đen: Bẩn - Mầu vàng nhạt: Rất sạch - Mầu nâu: ít bẩn hơn - Mầu nâu vàng: bình thường III. THÀNH PHẦN HẠT VÀ ĐỘ LỚN CỦA CÁT. 1. Thành phần hạt: Các hạt có đường kính 0,14mm ÷ 5mm phân thành 5 cấp hạt. 5 ÷ 2,5mm 0,63 ÷ 0,315mm 2,5 ÷ 1,5mm 0,315 ÷ 0,14mm 1,25 ÷ 0,63mm Phân cấp bằng phương pháp sàng. Dùng bộ sàng. Lấy 1kg cát cho vào chồng sàng tiêu chuẩn được xắp xếp theo thứ tự 2,5 ÷ 0,14 lắp vào máy sàng khoảng 5 ÷ 7 phút. Sau đó bỏ chồng sàng ra ta cân được lượng xót riêng biệt ở từng mắt sàng, tiếp theo tính lượng xót tích luỹ theo %, và cuối cùng vẽ biểu đồ cấp phối lên biểu đồ cấp phối tiêu chuẩn. ĐK mắt sàng Lượng xót Riêng biệt Lượng sót tích Tiêu chuẩn (mm) (g) % luỹ 2,5 100g 10% 10% 0 ÷ 20 1,25 200g 20% 30% 15 ÷ 40 0,63 200g 20% 50% 35 ÷ 70% 0,315 300g 30% 80% 70 ÷ 90 0,14 150g NTTULIB15% 95% 90 ÷ 100 Lượng sót riêng biệt: 2. Độ lớn cát là chỉ tiêu đánh giá mức độ to nhỏ của cát A + A + A Mđl = 2,5 1,25 0,14 100 Trong đó: A2,5 A0,14: Lượng sót tích lũy trên sàng có đường kính mắt sàng lần lượt bằng 2,5 0,14mm. Bảng 5 - 5 (trang 162) Loại cát Môđun độ lớn Tỷ diện Phần lọt qua sàng 0,14 (% theo khối lượng) Cát to > 2,5 - Nhỏ hơn 10 34
  35. Trung bình 2 ÷ 2,5 - < 10 Cát nhỏ 1,5 ÷ 2,0 100 ÷ 200 < 15 Rất nhỏ 1,0 ÷ 1,5 200 ÷ 300 IV. CÁC TÍNH CHẤT CỦA CÁT. 1. Khối lượng riêng γa - Dùng để xác định mức hổng của cát và tính thành phần cấp phối của bê tông. Khối lượng riêng của cát thường bằng 2,6 ÷ 2,7g/cm3. 2. Khối lượng đơn vị γ0 (ở trạng thái xốp, khô) - γ0 càng lớn mức hổng càng nhỏ và cấp phối càng tốt. - Nói chung khối lượng thể tích của cát thường nằm trong phạm vi 1,35 ÷ 1,65 3 3 kg/dm . Nếu đầm chặt γ0 có thể đạt tới 1,6 ÷ 1,7kg/dm . 3. Mức hổng của cát (r%) γ - r% = (1 − 0 ).100% γ a ΔV = f(W) G − G W = am K G K C. Đá Đường kính bằng 5 ÷ 70mm 1. Phân loại đá NTTULIB a. Đá dăm Chế tạo từ đá trầm tích, đá vôi, bazan các loại sau: 0,5 ÷ 1cm; 1 ÷ 2cm; 2 ÷ 4cm; 4 ÷ 7cm. Đặc điểm: Mặt đá xù xì, gắn kết với xi măng tốt. Lắm gốc cạnh, độ lưu động bê tông kém → khó thi công. Cường độ của nó đồng nhất. b. Sỏi: Do đá trầm tích phong hoá tạo thành. Đặc điểm: Nhẵn → độ lưu động của bê tông cao, lực gắn kết kém không đồng nhất về cường độ → giảm cường độ của bê tông. 2. Tạp chất có trong đá a. Bụi, bùn, sét: Được xác định bằng phương pháp rửa b. Muối sunfat Tiêu chuẩn giống cát 35
  36. c. Hữu cơ 3. Thành phần hạt: 5 ÷ 70mm Chia thành 5 cấp hạt: 5 ÷ 10mm 10 ÷ 20mm 20 ÷ 40mm Xác định thành phần hạt 40 ÷ 70mm 70 ÷ 150mm Thành phần hạt: tỷ lệ theo khối lượng của hạt cấp hạt chứa trong hỗn hợp. Đường kính mắt sàng: 5; 10; 20; 40; 70mm Trình tự làm thí nghiệm: Cân 5kg đá cho vào chồng sàng tiêu chuẩn; sàng khoảng 5 ÷ 7 phút, sau đó cân lượng sót riêng biệt trên các sàng. Tính lượng sót tích luỹ trên các sàng. Tìm Dmax, Dmin. Dmax: Coi là đường kính lỗ sàng nào có lượng sót tích luỹ nhỏ hơn và gần 5% nhất. Dmin: Coi là đường kính lỗ sàng nào có lượng sót tích luỹ lớn hơn và gần 95% nhất. Từ kết quả chọn Dmax, Dmin ta vẽ biểu đồ cấp phối hạt lượng sót tích luỹ trên sàng cho phép Đường kính lỗ sàng LSTL (%) 1,25 Dmax 0 Dmax NTTULIB0 ÷ 10 Dmax + Dmin 40 ÷ 70 Dmin 95 ÷ 100 Ví dụ: Lượng sót trên các mắt sàng như sau: 70mm = 0% 40mm = 4% 20mm = 50% 10mm = 80% 5mm = 98% ⇒ Dmax = 40mm Dmin = 5mm 36
  37. D + D D max min = 22,5mm ≈ min = 20 2 2 4. Tính chất của đá a. Cường độ: RÁ → Rđá RÁ ≤ 150 → Rđá ≥1,2RÁ RÁ > 150 → Rđá ≥ 1,5RÁ Xác định Rđá: + Phương pháp trực tiếp: Gia công mẫu đá hình lập phương có kích thước 5x5x5cm hoặc hình trụ đường kính 5cm, chiều cao 5cm sau đó ép được kết quả. Cho mẫu đá dăm (sỏi) vào hình trụ dày, cho vào máy ép đá bị vỡ ra sau đó cho vào sàng có kích thước quy định sàng. Cân lượng sót qua sàng, từ đó biết được tỷ lệ vỡ của đá là bao nhiêu tra quy phạm biết được cường độ của đá. + Phương pháp gián tiếp: Cho Sỏi, đá, xi măng, nước đúc mẫu bê tông (xi măng mác cao, cát tốt) đem mẫu nén xác định cường độ. Nếu đá, sỏi không bị vỡ kết luận cường độ của đá, sỏi. b. Lượng hòn dòn: Cách xác định: Sỏi được phân làm 3 cấp; 5÷10mm, 10÷20mm, >20mm - Sỏi có đường kính 5÷10mm: dùng lực ép tĩnh là 15kg hòn nào vỡ nhặt riêng. - Sỏi có đường kính 10÷20mm: dùng lực ép tĩnh là 25kg hòn nào vỡ nhặt riêng. - Sỏi có đường kính >20mm: dùng lực ép tĩnh là 35kg hòn nào vỡ nhặt riêng. Cân lượng hòn vỡ, tính tỷ lệ hòn dòn theo công thức: NTTULIBLuonghonvo Ty le hon don% = 100% 2 lần cạnh ngắn (hòn dài). - Kích thước cạnh ngắn < 2 lần cạnh dài (hòn dẹt). LuonghonT, D Luong hon T, D% = 100% <= 15% SoiTN d. Mức hút nước HP%. Gbaohoanuoc − GK H P % = 100% GK Đối với Bê tông thường: HP không được lớn hơn 10%. Đối với Bê tông thuỷ công: HP không được lớn hơn 5%. 37
  38. Đối với Bê tông cốt thép: HP không được lớn hơn 3%. e. Khối lượng riêng và khối lượng đơn vị. đá 3 γa phải lớn hơn 2,3 kg/dm mới được dùng cho bê tông chịu lực. đá 3 Thường thì γa =2,6÷2,7kg/dm đá 3 γ0 =2,0÷2,7kg/dm ảnh hưởng rất lớn đến cường độ của đá: đá 3 2 γ0 =2,0kg/dm → Rđá =200 kg/cm đá 3 2 γ0 =2,5kg/dm → Rđá =800 kg/cm đá 3 2 γ0 =2,7kg/dm → Rđá =2000 kg/cm D. Nước dùng cho bê tông Loại nước uống được đều có thể dùng để sản xuất bê tông. Các loại nước sau đây không thể dùng để trộn bê tông: - Nước ở đầm ao, cống, rãnh. - Nước chứa các chất có hại như axit, muối, đường, mỡ . . . - Nước có nồng độ pH<4. - Nước biển. - Nước sông có nhiều phù sa. E. Xử lý cốt liệu không đạt yêu cầu về độ bẩn và cấp phối.  Khi cát đá bẩn quá giới hạn quy định thì phải rửa.  Khi gập các loại cát mà cấp phối không đạt yêu cầu thì có thể trộn 2 hoặc 3 loại cát với nhau để ra một loại cát hỗn hợp đảm bảo cấp phối. Phối hợp 2 loại cát: + Phương pháp dùng khối lượNTTULIBng thể tích (γ0) lớn nhất: Lấy 2 loại cát trộn với nhau theo nhiều tỷ lệ khác nhau xác định khối lượng thể tích của hỗn hợp. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa γ0 và tỷ lệ giữa 2 loại cát. Qua biểu đồ tìm được γ0max ứng với γ0max tìm được tỷ lệ phối hợp tốt nhất. + Phương pháp toạ độ chữ nhật: Sau khi sàng 2 loại cát A, B xác định được lượng sót tích luỹ qua sàng thứ i (0,14; ; 2,5) của cốt liệu A, B là Ai% và Bi%, ghi vị trí Ai, Bi lên trục tung, nối hai điểm Aivà Bi với nhau thành 1 đường thẳng. Tương ứng với mắt sàng thứ i có phạm vi cấp phối tiêu chuẩn của cát A, B tương ứng là mAi, nAi và mBi, nBi , sau đó nối mAivới mBi và nAi, nBi được 2 đường thẳng song song với trục hoành cắt đường AiBi tại 2 điểm, dóng 2 điểm này cắt trục hoành tại hai điểm pAi, qAi đó là phạm vi cho phép của tỷ lệ phối hợp cát A, B ứng với mắt sàng thứ i. Làm lần lượt với 5 mắt sàng thì được 5 phạm vi cho phép, lấy 38
  39. khoảng hợp của 5 phạm vi cho phép này được phạm vi cho phép phối hợp của cát A và cát B. Tỷ lệ phối hợp cát B 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 100 100 90 Ai 90 80 80 70 mAi mBi 70 a cát A 60 60 ũ a cát B ũ 50 nAi nAi 50 40 Bi 40 ng sót tích l 30 30 ng sót tích l ượ L ượ 20 20 L 10 10 0 pAi qAi 0 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Tỷ lệ phối hợp cát A NTTULIBĐ3.3. Cường độ bê tông I. CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG (CHỊU NÉN). N K R BT = (> ÷ 15) R BT 1. Cường độ chịu nén của bê tông * Mác bê tông: Cường độ của bê tông được làm tròn bội số của 50 - Mác thấp: 50, 100 - Mác trung bình: 150, 200 - Mác cao: 300, 350, 400 chịu lực lớn * Xác định cường độ bê tông N C § - Căn cứ vào (RÁ)TK, tính vào , , với vật liệu đã xác định: C, D, X, N. X X X 39
  40. - Dựa vào tỷ lệ tính toán trên và vật liệu đã có sẵn ta đúc mẫu TN để xác định (RBT)TN và so sánh (R ) − (R ) 0 ≤ b TNo b TK ≤ 5% (R b )TK - Nếu không đạt yêu cầu trên thì ta phải điều chỉnh lại lượng xi măng và đúc mẫu TN lại. 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến Rb N a. Lượng nước pha trộn: Rx , X Bê tông bị phá hoại do 3 nguyên nhân: - Vữa XM bị vỡ Thường xảy ra - Lực gắn kết bị bung ra - Bản thân cốt liệu bị vỡ N Rx↑ → Rb ↑, ↑ → Rb↓ X Độ rỗng bê tông do nước thừa sinh ra N − ω.X r% = .100% 1000 Trong đó: N, X: Lượng nước, xi măng dùng trong 1m3 bê tông. Lượng nước liên kết hoá học tính theo khối lượng xi măng. N ( − ω).X r% = X .100% 1000 NTTULIB N Như vậy cường độ bê tông phụ thuộc vào Rx, X N Rb = f(Rx, ) X Từ trước đến nay nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu cường độ bê tông và đưa ra các công thức thực nghiệm dạng hàm số trên: b. Ảnh hưởng của cốt liệu Khả năng chịu lực của các thành phần đá xi măng, cốt liệu và lực dính kết của đá xi măng và cốt liệu không đồng nhất nên khi chịu lực bê tông có thể bị vỡ ở phần đá xi măng, ở cốt liệu hoặc ở mặt tiếp giáp giữa chúng hoặc nứt vỡ ở nhiều bộ phận cùng một lúc. 40
  41. Cường độ cốt liệu chỉ ảnh hưởng đến cường độ bê tông trong trường hợp RCL ≤ RVXM. Trường hợp bê tông nặng, dùng cốt liệu đặc chắc thì thông thường cường độ cốt liệu lớn hơn cường độ vữa xi măng. Vì vậy trường hợp này cường độ của cốt liệu không ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. c. Ảnh hưởng của cấu tạo bê tông Cường độ bê tông không những chỉ phụ thuộc vào cường độ xi măng, chất lượng cốt liệu mà còn phụ thuộc vào độ đặc chắc của bê tông, nghĩa là phụ thuộc vào việc lựa chọn thành phần và chất lượng thi công bê tông. Nếu như trong bê tông có lỗ rỗng thì nước không những làm giảm diện tích chịu lực mà còn tạo ra ứng suất tập trung ở hai bê lỗ rỗng. Ứng suất này làm giảm khả năng chịu lực của bê tông khi có ngoại lực tác dụng. II, CÁC CÔNG THỨC THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG. 1, Công thức Bêlaiép. R 28 R28 = x 6 N K( )1,5 X K: Hệ số kinh nghiệm K = 3,5 đá dăm K = 4 đá sỏi N Tỷ lệ = 0,4 ÷ 0,8 X Nếu giảm nữa Rb↓ độtNTTULIB ngột. Nhận xét: N - Tỷ lệ Rb = f( ) quan hệ hypecbon X N - BT dẻo: tỷ lệ = 0,4 ÷ 0,8 X - Cốt liệu: Đá, sỏi có thành phần hạt tốt - Hệ số kinh nghiệm mới đề cấp đến 2 yếu tố còn thiếu nhiều yếu tố. - Công thức này có sai số 2, Công thức Bôlômây: X R28 = K.Rx.( − 0,5) 6 N 41
  42. K: Hệ số kinh nghiệm, K = 0,5 sỏi K = 0,55 đá Nhận xét: N - Quan hệ: Rb = f( ) đường thẳng X X - BT dẻo: > 1,4 ÷ 2,5 N - Cốt liệu: Đá, sỏi có thành phần hạt tốt, sạch. - Hệ số kinh ngihệm K chưa đề cập đầy đủ đến các yếu tố ảnh hưởng. 3, Công thức Bôlômây - Xkrămtacv N X - Bê tông dẻo ( = 0,4 ÷ 0,7), Rb = K1.Rx( + 0,5) X N N X - Bê tông khô ( < 0,4), Rb = K2.Rx( - 0,5) X N Loại vật liệu K1 K2 Tốt 0,5 0,65 0,33 0,43 Trung bình 0,45 0,6 0,3 0,4 Xấu 0,4 0,55 0,27 0,37 3. Tính biến hình của bê tông khi chịu tải Trong quá trình đông kết và rắn chắc thể tích của bê tông có thể bị biến dạng (biến hình) có hai loại biến hình sau: a. Biến hình do co ngót Nguyên liệu: Trong quáNTTULIB trình đông rắn nước tự do sẽ dần dần bay hơi làm cho thể tích bê tông co lại mặt ngoài khối bê tông co nhanh hơn phía trong → do đó gây nên rạn nứt mặt ngoài làm giảm Rb và độ bền của bê tông. Khắc phục: Trong quá trình đông rắn hạn chế sự bay hơi của khối bê tông. b. Biến hình do từ biến Sau 28 ngày trở lên tác dụng lực tập trung P làm cho cột lún xuống Δ1. Biến dạng tức thời ngay sau khi P tác dụng. Nếu duy trì P một thời gian dài thì cột bê tông tiếp xúc biếtn dạng Δ2 sau đó thôi. Δ2 từ biến. - Nguyên nhân: Trong đá có: 2CaOSiO2 (n-1)H2O là sản phẩm của quá trình thuỷ hoá và thuỷ phân xi măng tồn tại thể keo, khi chịu tác dụng của lực sẽ bị các thành phần kết tinh dồn ép và nó chuyển dịch vào các lỗ rỗng trong bê tông do đó nó gây nên từ biến. Hiện 42
  43. tượng này có lợi tạo nên độ đặc của bê tông. Phân bố lại ứng suất trong đá bê tông làm cho bê tông đồng nhất về cường độ. Đ3.4. Phụ gia cho bê tông I. PHỤ GIA ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐÔNG RẮN CỦA BÊ TÔNG. Thực chất là tăng nhanh quá trình đông rắn của bê tông. Nguyên lý: Muốn quá trình đông rắn nhanh hay chậm thì ta phải điều chỉnh Hydrocanxit trong dung dịch vữa xi măng. CHƯƠNG IV - VỮA XÂY DỰNG Chất dính + nước + cát + (vôi)NTTULIB I. Vật liệu chế tạo vữa 1. Xi măng: - Loại XM, tra bảng xâm thực chọn XM - XM căn cứ vào vữa chọn → Rx Rv = 25 kg/cm2 → Rx = 200 # = 50 → Rx = 200 ÷ 300 = 75 → Rx = 300 ÷ 350 = 100, 150, 200 → Rx = 400, 500 2. Cát: thành phần hạt ĐK lỗ sang (mm) 5 1,25 0,315 0,14 LSTL (%) 0 ÷ 55 0 ÷55 30 ÷95 75 ÷100 Độ bẩn cho phép (tối đa ) Rv ≤ 10 kr/cm2 → Độ bẩn tối đa ≤ 20% Rv = 25 ÷ 50kg/m2 → ≤ 10% Rv = 100 kg/m2 → ≤ 5% 43
  44. 3. Vôi: Vôi tôi lây khoảng cách 20 ÷ 30 ngày. Công trình to dùng vôi sống nghiền nhỏ thi công khó hơn. II. CÁC TÍNH CHẤT CỦA VỮA XÂY DỰNG 1. Tính lưu động: vữa yêu cầu có tính chất lưu động lớn các để thi công dễ dàng. Dùng thí nghiệm độ cắm chuỳ để xác định lưu đọng của vữa. ĐC (cm) ĐC càng lớn vữa càng tốt. Su cao để thi công cần thiết chọn độ lưu động theo loại khối xây. Loại khối xây Trồi nóng VL kém dạc ẩm ướt, lạnh, đặc chắc gạch DC = 8 ÷ 10mm DC = 6 ÷ 8mm Đá hộc 6 ÷ 7 4 ÷ 5 Đá hốc dùng máy di động 2 ÷ 3 1 ÷ 2 2. Tính giữ nước: Vữa sau khi trộn phải có khả năng giữ nước tức không để nước chảy ra ngoài làm ảnh hưởng quá trình thuỷ hoá, thuỷ phân xi măng. Đồng thời giảm tính nhiễm dều vữa - tính công trình kém. Trong thí nghiệm dùng độ cân bằng để đánh giá tính giữ nước của vữa. Có 2 phương pháp để điều trị phân tầng. a. Phương pháp để lắng, dùng 2 cốc kim loại hình óng vữa sau khi trộn xong cốc cao đo độ căm dày sau đó để im 30 phút có thể hạt cát to lắng xuống vữa XM. Nớc ổi lên tren làm mặt dộ vữa in cốc không đồng đều. 2 Lấy bỏ phía trên cốc còn 1/3 dưới đáy cốc đem trộn lại chođều và cho vào 3 NTTULIB cốc thứ hai và tiến hành đo độ lưu động ĐCr và phân tàng: Pt = ĐC1 - ĐC2. b. Phương pháp chấn động: Ta có 3 hình trụ kim loại ghép vào nhau cho vữa mới trộn và hình trụ ghép đầy mặt lấy hay gạt bằng cho ống hình trụ ghép có vữa lên máy chấn động cho máy chạy 30 giây cho bảng a ∈ Đ sang trái (mũi tên ) và bảng b CĐ sang phải (mũi tên) nó sẽ chia vữa t hành 3 phần khác nhau trong 3 hình trụ 1, 2, 3. Chúng ta đo độ cắm dùng ĐC1 (ống 1) ĐC3 (ống 3). Phân tầng: PT = ĐC1 - ĐC2 (cm) III. Cường độ của vữa: 1. Cường độ chịu nén ⎛ X ⎞ - Trường hợp VL xây dựng đặc trắc (đá) Rv = 0,25.Rx ⎜ − 0,4⎟ (kg/m2) ⎝ N ⎠ 44
  45. - Trường hợp VL hút nước (gạch, đá xốp) Rv = K.Rx (X - 0,05) + 4 (kg/m2) Rv - cường độ vữa tuổi 28 ngày Rx - Mác XM tuổi 28 ngày X - Tỷ lệ xi măng trên nước dùng để trộn đối VL xây chắc N X - Lượng xi măng tính theo "tấn" dùng với 1m3 cát (đồng nghĩa với dùng 1m3 vữa) K - Hệ số kinh nghiệm Rx được xác định theo phương pháp khô TOCT 310 ÷ 41 Cát lớn MK > 2,5 → k = 1 Cát vừa MK = 2 ÷ 2,5 → K = 0,8 Cát nhỏ MK = 1,5 ÷ 2 → K = 0,5 ÷ 0,7 Rx xác định theo phương pháp ướt TOCT 310 ÷ 60 Cát lớn → K = 2,2 Cát vừa → K = 1,8 Cát nhỏ → K = 1,4 Rv Đối VL xốp gạch đá xốp X = .1000 (kg) (1) K.Rx X: Lượng dùng XM với 1m3 cát vàng có Mk = 2 ÷2,5 và cát có W = 1 ÷2%. Nếu MK = 1,5 ÷ 2 và NTTULIBW = 0 thì tăng 10 ÷ 15 % xi măng trong trường hợp pha vôi (vữa ba ta) (X + V + N + C) Vôi nhuyễn V = 170 ( 1 - 0,002X) γcv (kg) X tính theo CT (1) 2. Cường độ dính kết: - Cường độ chống kéo H 1,8 R V = .R V 14 + R V - Cường độ chống cắt: C 3 R V = .R V 14 + R V RV: cường độ chịu nén của vữa 45
  46. IV. Xác định T/P của vữa: 1. Phương pháp tính toán kết hợp thực nghiệm chỉ cần biết xi măng, cát, nước cho vào để thi công là được. NTTULIB 46
  47. TK Cho biết: R v − a và có các vật liệu sẵn x, c a. Tính toán: áp dụng công thức kinh nghiệm tính ra cho 1m3 bê tông RV = K.Rx (X - ox5) + 4 (VL kém đặc) R X = V .1000 (kg) K.R x Tính ra lượng xi măng dùng với 1m3 cát nghĩa cho ta 1m3 vữa. Đo γox và γoc. 3 Biểu thị thép khối lượng: X = γoc ((kg) (kg/m ) γ 1: oc X γ Cứ 1 đơn vị XM trộn với oc đơn vị của cát. X X γ - Theo thể tích :1 1: ox γ ox X γ - Cứ 1 đv thể tích XM trộn với ox đơn vị của cát. X * Đối với ba ta: tính ra theo CT kinh nghiệm lượng vôi dùng cho 1m3 vữa biểu V γ oc thị theo khối lượng X : V : γoc ⇔ 1 : : X X X V V γ γ Biểu thị theo thể tích : :1 ⇔ 1 : : oc : oc γ ox γ ov γ ov X X b. Kiểm tra bằng thựcNTTULIB nghiệm: sau khi tính toán xong trộn màu vữa theo tỷ lệ tính toán với lượng nước thích hợp cho độ lưu động phù hợp với thi công và đúc mẫu TN để xác định cường độ và cuối cùng ta được Rv TN TT R v − R v Yêu cầu 15% > TK > 0 R v Nếu chỉ số 15% điều chỉnh T/p của vữa 2. Phương pháp thực nghiệm hoàn toàn, xây dựng nên các quan hệ thực nghiệm từ VL sẵn có của công trường. Đấn vấn đề: cho biết toàn bộ các nguyên vật liệu (các tính chất, chỉ tiêu cơ số) TK y/cầu cho biết RV ĐC (độ chảy yêu cầu) 47