Giáo trình Vật liệu xây dựng - Phạm Duy Hữu

Nội dung text: Giáo trình Vật liệu xây dựng - Phạm Duy Hữu

1. Vin khoa hc và công ngh xây dng giao thông Trưng ñi hc GTVT Huuphamduy@gmail.com LI NÓI ðU Trong các công trình xây dng, vt liu xây dng có v trí ñáng k. Cht lung ca vt liu nh hưng ln ñn cht lưng và tui th công trình. Chi phí v vt liu xây dng chim ñn 40 ÷ 60% tng chi phí xây dng. Tuỳ theo ñc tính và qui mô ca công trình, vic la chn vt liu ñóng vai trò quyt ñnh ñn cht lưng và giá thành ca công trình. Giáo trình vt liu xây dng ñưc biên son theo chương trình ñào to ngành xây dng công trình giao thông do hi ñng ngành công trình xây dng lp và ñưc B giáo dc và ðào to phê duyt. Giáo trình trình bày nhng vn ñ chung, nhng cơ s khoa hc v thành phn, cu trúc, tính cht, phương pháp thit k, các gii pháp công ngh. Các vt liu chính cho ngành xây dng: ñá, xi măng, bê tông, bi tum, bê tông asphalt, polime, sơn, thép và các vt liu khác ñã ñưc trình bày trong giáo trình. Trong quá trình biên son, các tác gi ñã tham kho nhiu tài liu trong và ngoài nưc trong thi gian gn ñây và ñưc vit theo phương châm: cơ bn, hin ñi và Vit Nam. Giáo trình dùng làm tài liu hc tp cho sinh viên ngành công trình và các ngành có liên quan khác, ñng thi cũng có th làm tài liêu tham kho cho các hc viên cao hc, k sư xây dng và cán b nghiên cu. Giáo trình biên son theo s phân công như sau: GS.TS. Phm Duy Hu ch biên, vit li nói ñu và các chương 5, 6, 7, 9, 10, 11 và 12. TS. Ngô Xuân Qung vit chương 1, 2, 3. Mai ðình Lc vit chương 4, 8. Trong quá trình biên son các tác gi ñã ñưc tp th B môn Vt liu xây dng Trưng ñi hc Giao thông Vn ti và các nhà khoa hc ñóng góp nhiu ý kin quý báu. Các tác gi xin chân thành cm ơn. Giáo trình biên son không tránh khi thiu sót. Chúng tôi ñã nhn ñưc ý kin ñóng góp phê bình ca bn ñc. 1
2. Các tác gi CÁC T CHÌA KHÓA Phm Duy Hu, Các tính cht vt lý, các tính cht cơ hc, ñá thiên nhiên, vt liu gm, bê tông, xi măng, bitum, bitum du m, g, thép xây dng, vt liu polyme, sơn. CHƯƠNG 1 NHNG TÍNH CHT CH YU CA VT LIU XÂY DNG 1. KHÁI NIM Các vt liu xây dng có th tn ti trng thái rn hay lng, có ngun gc t nhiên hay nhân to, có bn cht vô cơ hay hu cơ. Bn cht vt lý ca vt liu ñưc xác ñnh bng các thông s vt lý ñc trưng cho thành phn và cu trúc, thí d như khi lưng riêng, khi lưng th tích, ñ rng, ñ mn, v. v Khi ñã s dng vào các công trình xây dng, quá trình khai thác, s dng vt liu thưng xuyên phi chu tác ñng ti trng bên ngoài và các ñiu kin môi trưng. Nhng tác ñng này là các quá trình cơ hc, vt lý, hoá hc có th nh hưng trc tip ñn vt liu và thm chí có th phá hoi công trình. Bi vy vt liu xây dng cn phi có ñ kh năng ñáp ng vi mi ñiu kin làm vic ca công trình ñ ñm bo an toàn cho nó trong sut thi gian khai thác s dng như thit k d ñnh. Nhng kh năng này cùng vi các thông s vt lý ñã nêu trên ñưc gi là các tính cht cơ bn ca vt liu xây dng. ð nghiên cu và s dng vt liu xây dng, có th phân chia các tính cht cơ bn ca vt liu xây dng thành nhng tính cht như : nhóm các thông s ñc trưng trng thái và cu trúc, nhóm các tính cht vt lý có liên quan ñn n ưc, nhóm các tính cht vt lý có liên quan ñn nhit, nhóm các tính cht cơ hc, nhóm tính cht hoá hc . Ngoài ra còn có mt s các tính cht mang ý nghĩa tng hp khác như tính công tác, tui th v.v Các tính cht ca mt vt liu xây dng ñưc quyt ñnh bi thành phn và cu trúc ni b ca nó. Bi vy thay ñi thành phn và cu trúc ca mt loi vt liu s làm cho tính cht ca vt liu ñó thay ñi. ðó chính là cơ s ñ ci thin tính cht ca các vt liu truyn thng và ñ nghiên cu phát trin nhng vt liu mi . Các tính cht ca vt liu xây dng ñưc xác ñnh theo các phép th và tiêu chun thí nghim ñã qui ñnh cht ch trong các tiêu chun nhà nưc 2
3. (TCVN) ñ tránh nh hưng ca các yu t khách quan . Ngoài h thng tiêu chun nhà nưc còn có th s dng các tiêu chun ngành (TCN). Cùng vi thi gian, các tiêu chun này thưng ñưc thay ñi ñ phù hp vi trình ñ sn xut và nhu cu s dng ngày càng cao. Trong khi thc hin các d án hp tác quc t còn có th chn nhng tiêu chun quc t thích hp ñ s dng . Vic nghiên cu nm vng các tính cht ca vt liu xây dng là cn thit ñ làm cơ s cho vic so sánh, ñánh giá cht lưng , la chn vt liu và qui mô, kt cu công trình xây dng nhm ñt hiu qu v kinh t và k thut. Trong phm vi chương này ch ñ cp ñn nhng thông s trng thái và ñc trư ng cu trúc, cùng vi nhng tính cht vt lý và tính cht cơ hc quan trng nht ca các vt liu xây dng . 2. CÁC THÔNG S TRNG THÁI VÀ ðC TRƯNG CU TRÚC CA VT LIU XÂY DNG 2.1. Khi lưng riêng: Khi lưng riêng ρ là khi lưng ca ñơn v th tích vt liu trng thái hoàn toàn ñc. Khi lưng riêng ñưc tính bng công thc: m ρ = , ( g/cm3) Va trong ñó: m khi lưng vt liu trng thái hoàn toàn khô , g; 3 Va th tích vt liu trng thái hoàn toàn ñc, cm . Khi lưng riêng ca vt liu xây dng cũng còn ñưc tính bng các ñơn v khác như: kg/dm3, kg/l, kg/m3 hay tn/m3. ð xác ñnh khi lưng riêng ca vt liu xây dng phi xác ñnh khi lưng ca mu vt liu ñã ñưc sy khô ti khi lưng không ñi G bng cách dùng cân k thut, còn th tích ñc ca mu Va thì tuỳ theo loi vt liu c th mà dùng phương pháp thích hp. Vi nhng vt liu ñưc xem là hoàn toàn ñc (như thép, kính ), phi gia công ñ to ra mu có hình dng hình hc (hình khi lp phương, hình khi hp ch nht, hình tr ) sau ñó ño kích thưc hình hc ca mu ri dùng công thc toán hc ñ tính ra th tích ñc Va. Vi nhng vt liu có cu trúc rng (gch, bê tông ) phi nghin nh nó thành nhng ht có ñưng kính bé hơn 0.2 mm và th tích ñc Va ñúng bng th tích lng ri ch khi cho bt vt liu vào bình t trng . ði vi các vt liu xây dng trng thái lng hoc nht (thy tinh lng, bi tum lng ), có th xác ñnh khi lưng riêng ca nó bng phù k. 3
4. Khi lưng riêng ca vt liu xây dng ch ph thuc vào thành phn và cu trúc vi mô ca nó nên bin ñng trong mt phm vi rt nh (gch nung: 2,602,65; xi măng: 3,053,15 g/cm3). Trong thc t khi lưng riêng ñưc s dng ñ phân bit nhng loi vt có hình thc bên ngoài ging nhau và ñ tính thành phn ca mt s vt liu hn hp. 2.2 Khi lưng th tích: Khi lưng th tích ρ0 là khi lưng ca mt ñơn v th tích vt liu trng thái t nhiên (k c th tích l rng). Khi lưng th tích ñưc tính bng công thc: m 3 ρ0 = , (g/cm ), V0 trong ñó: m khi lưng ca mu vt liu trng thái hoàn toàn khô, g; 3 V0 th tích ca mu vt liu trng thái t nhiên, cm ðơn v ca khi lưng th tích còn có th là: kg/dm3, kg/m3, tn/m3. Theo công thc, ñ xác ñnh khi lưng th tích ca vt liu xây dng, cn phi xác ñnh hai tr s: khi lưng mu trng thái hoàn toàn khô m và th tích t nhiên ca mu V0. Khi lưng mu trng thái hoàn toàn khô m ñưc xác ñnh d dàng bng cân k thut sau khi ñã sy khô mu vt liu 105 ± 50C ti khi khi lưng mu không thay ñi, còn th tích t nhiên V0 ca mu vt liu thì còn tuỳ thuc vào vt liu mà còn có phương pháp xác ñnh tương ng thích hp. Nhìn chung có th chia các vt liu xây dng thành ba nhóm ch yu ng vi ba phương pháp xác ñnh khi lưng th tích khác nhau. Vi nhóm vt liu có hình dng hình hc rõ ràng (bao gm nhng vt liu t nó ñã có hình dng khi hình hc như hình tr, hình khi lp phương hay khi hp ch nht và nhng vt liu có th gia công hay ñúc khuôn mà có hình dng khi hình hc va nêu trên. Có th dùng thưc dt (yêu cu ñ chính xác thp) hay thưc kp có con chy (nu yêu cu, ñ chính xác cao) ñ ño các kích thưc hình hc ch yu ri sau ñó tính toán th tích t nhiên V0 bng công thc các công thc hình hc. Vi nhóm vt liu không có hình dng hình hc rõ ràng, th tích t nhiên ca mu V0 ñưc xác ñnh bng cách bc b mt mu mt lp sáp paraphin mng ri ñem cân trên cân thy tĩnh (Hình 1.1.). 4
5. Hình 1.1. Cân thu tĩnh Vi nhóm vt liu dng ht ri rc (cát, si, ñá dăm ) mà th tích l rng t nhiên bao gm c th tích l rng nm trong các ht vt liu và th tích vùng rng gia các ht vt liu, có th xác ñnh th tích t nhiên ca mu V0 bng cách s dng các loi ca hay thùng ñong có dung tích ln nh khác nhau tương ng vi ñ ln c ht vt liu. Khi này vt liu ri rc ñưc th rơi t ñ cao qui ñnh vào trong ca ri dùng thưc tì trên ming ca ñ gt nhng ht vt liu tha nm cao hơn ming. Th tích t nhiên V0 ca mu vt liu ñúng bng dung tích ca ca(hay thùng). Thông thưng mt loi vt liu, khi lưng th tích có th bin ñng trong phm vi rng hơn nhiu so vi khi lưng riêng vì nó ph thuc vào cu trúc chính ca vt liu. ði vi mt vt liu, khi lưng th tích luôn có tr s nh hơn khi lưng riêng. Ch vi vt liu ñưc xem là tuyt ñi ñc thì hai tr s này mi bng nhau. Bng 1.1. dưi ñây ñưa ra khi lưng riêng và khi lưng th tích ca mt s vt liu ñ tham kho. Khi lưng riêng và khi lưng th tích ca mt s vt liu trong xây dng B¶ng 1.1. Khi lưng riêng Khi lưng th tích Tên vt liu 3 3 ρρρ (g/cm ) ρρρ0 (g/cm ) Nưc 2770K 1,0 1,0 ðá granít (ñá dăm) 2,7 2,8 1,45 1,65 G 1,52 1,58 0,41,28 Gch ñt sét nung 2,65 2,70 1,5 1,8 Cát thch anh 2,65 1,4 – 1,65 Kính 2,45 2,65 2,45 – 2,65 Thép xây dng 7,8 7,85 7,8 – 7,85 5
6. Cn chú ý rng, còn có yêu cu xác ñnh khi lưng th tích ca vt liu trng thái m. Khi này khi lưng th tích ca vt liu s ph thuc nhiu vào ñ m ca chính vt liu. Khi lưng th tích ca vt liu có ý nghĩa rt quan trng trong k thut. Thông qua khi lưng th tích ca vt có th ñánh giá sơ b mt s tính cht khác ca nó như: ñ rng, ñ hút nưc, tính truyn nhit, cưng ñ trong thc t, khi lưng th tích ñưc s dng khi tính toán thành phn bê tông xi măng, trong bài toán vn chuyn vt liu và c tính toán tính toán kt cu xây dng. ðc bit khi lưng th tích còn ñưc dùng trc tip ñ ñnh mác ca vt liu cách nhit. 2.3 ð rng: ð rng r là t s gia th tích rng trong vt liu vi th tích t nhiên ca nó. T ñnh nghĩa này ñ rng s là mt s thp phân ñưc xác ñnh bng công thc: V r = r V0 Trong ñó: Vr – th tích rng có trong vt liu V0 – th tích t nhiên ca vt liu Tuy nhiên ñ rng còn hay ñưc tính ra phn trăm (%) theo công thc: V r =r ×100 , (%) V0 Bit rng: Vr=V0Va, trong ñó : Va – th tích vt liu trng thái hoàn toàn ñc, do ñó: VVV0 − a a  ρ0  r = =1 −  = 1 −  ; VV0 0  ρ  ρ0  hoc là: r =1 −  × 100,(%); ρ  3 trong ñó: ρ0 khi lưng th tích ca vt liu, g/cm ρ khi lưng riêng ca vt liu, g/cm3 T ñây có th thy là không cn phi tin hành thí nghim ñ xác ñnh ñ rng ca vt liu mà ch cn tính toán gián tip qua khi lưng riêng ρ và khi lưng th tích ρ0 ca vt liu. ð rng ca các vt liu xây dng bin ñng trong mt phm vi rng. Có th thy rõ ñiu này qua các s liu sau ñây. Bng 1.1a. ð rng ca mt s vt liu Tên vt liu ð rng r (%) Thép, kính 0 6
7. Bê tông xi măng nng 1016 Gch ñt sét nung 2535 Bê tông bt 5585 Cht do mipo 95 ð rng là mt ch tiêu k thut rt quan trng ca vt liu vì nó nh hưng ñn nhiu tính cht khác ca chính vt liu ñó như: cưng ñ, ñ hút nưc, tính chng thm, tính truyn nhit, kh năng chng ăn mòn Tuy nhiên mc ñ nh hưng không ch ph thuc ñơn thun vào tr s ca ñ rng ln hay nh mà còn ph thuc vào ñc trưng cu trúc ca các l rng trong vt liu (thí d như: l rng kín và riêng bit hay l rng h và thông nhau). Chng hn: cùng mt tr s rng như nhau nhưng vt liu có ñ rng vi cu trúc h và thông nhau s có cưng ñ, tính chng thm, tính chng ăn mòn và tính cách nhit kém hơn so vi cu trúc kín và riêng bit. 2.4ð mn: ð mn (hay còn gi là ñ ln) là ch tiêu k thut ñ ñánh giá kích thưc ht ca các vt liu dng ht ri rc. Khi ñ mn ca vt liu dng ht thay ñi s làm thay ñi ñ rng gia các ht, kh năng phân tán trong môi trưng và k c kh năng hot ñng hoá hc ca vt liu ñó. Bi vy tuỳ theo loi vt liu và mc ñích s dng mà ngưi ta s tăng hay gim ñ mn ca nó. ð mn ca vt liu dng ht có th ñưc ñánh giá bng cách sàng chúng bng các c sàng có ñưng kính quy ñnh theo tiêu chun ri tính t l khi lưng ht lt qua sàng (%). ð mn còn có th ñưc ñánh giá bng din tích b mt riêng (tng din tích b mt ca tt c các ht vt liu có trong 1g vt liu ñó, ñơn v ño, cm2/g) hay bng kh năng lng ñng trong cht lng ði vi vt liu ri rc, bên cnh vic xác ñnh ñ mn còn cn phi quan tâm ñn hàm lưng ca các nhóm c ht, hình dng ht và tính cht b mt ca ht (góc thm ưt, tính nhám ráp, kh năng hp th và liên kt vi các vt liu khác). 3. NHNG TÍNH CHT VT LÝ CÓ LIÊN QUAN ðN NƯC 3.1 ð m ð m W là t l phn trăm ca nưc trong vt liu ti thi ñim thí nghim. ð m ca vt liu ñưc tính toán bng công thc: 7
8. m W =n ×100,(%) m trong ñó: mn khi lưng nưc có thc trong mu vt liu m ti thi ñim thí nghim, g. m khi lưng mu vt liu hoàn toàn khô, g. m− m W =a ×100,(%) m mâ khi lưng mu vt liu m ti thi ñim thí nghim, g. m khi lưng mu vt liu hoàn toàn khô, g. Khi vt liu ñưc ñt trong môi trưng không khí, nó có th hút hay nh hơi m tuỳ theo s chênh lch gia áp sut riêng phn ca hơi nưc trong không khí và trong vt liu. Chính hin tưng này to nên s thay ñi thưng xuyên ca ñ m vt liu và làm cho ñ m ca vt liu ph thuc vào ñiu kin môi trưng cùng vi s ph thuc vào bn cht ca vt liu và ñc trưng cu trúc các l rng trong nó. ð m ca vt liu thay ñi kéo theo s thay ñi v kích thưc và th tích ca nó. ðiu này dn ti s phát sinh ni ng sut ñ gây ra hin tưng nt n trong vt liu. Ngoài ra ñ m ca vt liu thay ñi cũng làm thay ñi các tính cht khác ca nó như: cưng ñ, kh năng cách nhit, kh năng chu cách âm 3.2. ð hút nưc: ð hút nưc ca vt liu là kh năng hút và gi nưc ca nó ñiu kin bình thưng. ð tin hành thí nghim xác ñnh bng ñ hút nưc phi ngâm mu vt liu ñã ñưc sy khô vào trong nưc ñ nó hút nưc ti ht kh năng trong ñiu kin môi trưng bình thưng ( áp sut 1atm và nhit ñ 20 ± 5oC). ð hút nưc ca vt liu có th ñưc tính toán theo hai cách: theo khi lưng (Hp) và theo th tích (Hv). ð hút nưc theo khi lưng Hp là t s phn trăm gia khi lưng nưc mà vt liu hút ñưc vi khi lưng ca vt liu trng thái khô. Hp ñưc tính toán theo công thc sau: m m− m H =n.100 = u .100 , (%), p m m trong ñó mn khi lưng mà mu vt liu hút ñưc, g. mu khi lưng mu vt liu ưt sau khi ñã hút nưc, g. m khi lưng mu vt liu trng thái hoàn toàn khô, g. 8
9. ð hút nưc theo th tích Hv là t s phn trăm gia th tích nưc và vt liu hút ñưc vi th tích t nhiên ca mu vt liu, Hv ñưc tính toán theo công thc sau: Vn mu − m HV =.100 = .100,(%); V0 ρn.V o trong ñó 3 Vn – th tích nưc mà mu vt liu hút ñưc, cm . 3 V0 – th tích t nhiên ca mu vt liu, cm . 3 ρn khi lưng riêng ca nưc, g/cm . Vt liu hút ñưc và gi nưc trong các l h nên th tích nưc hút ñưc Vn không th ln hơn th tích rng ca vt liu Vr. Chính vì vy ñ hút nưc theo th tích Hv luôn luôn nh hơn 100%, trong khi ñó ñ hút nưc theo khi lưng Hp ca mt s vt liu nh và rt rng li có th ln hơn 100%. Có th tìm ñưc quan h gia Hv và Hp bng cách sau: H ρ V = 0 H P ρn ρ0 hay là: HHVP= . ρn 3 trong ñó: ρ0 khi lưng th tích ca vt liu, g/cm 3 ρn – khi lưng riêng ca nưc, 1g/cm ð hút nưc ca vt liu ph thuc vào ñ rng ca vt liu và nht là vào cu trúc ca l rng. 3.3 ð bão hoà nưc: ð bão hoà nưc là ñ hút nưc ln nht ca vt liu. Ging như ñ hút nưc, ñ bão hoà nưc cũng ñưc xác ñnh theo hai max cách: ñ bão hoà nưc theo khi lưng Hp và ñ bão hoà nưc theo th tích max Hv . Mun xác ñnh ñ bão hoà nưc ca vt liu, cn phi to ñiu kin cho mu vt liu hút nưc ti ña thc hin bng mt trong hai phương pháp cưng bc mô t dưi ñây. Phương pháp nhit ñ ñt mu vt liu ñã sy khô vào trong nưc ri ñun sôi liên tc 4 gi. Ch nưc ngui ti nhit ñ ca phòng mi vt mu ra ñ cân ri tính toán kt qu thí nghip theo công thc xác ñnh ñ hút nưc ñã trình bày trong mc 3.2. ð mu vt liu có th hút nưc ti ña, quy trình thí nghim có th ñưc lp ñi lp li vài ln liên tc. Phương pháp áp sut mu vt liu ñưc sy khô ñưc ngâm vào bình có cha nưc. H áp sut trong bình xung còn 20 mmHg và duy trì ti khi không 9
10. còn bt khí thoát ra t mu. Khôi phc li áp sut khí quyn bình thưng (760 mmHg) cho bình ri 2 gi mi vt mu ra cân và tính toán. Cũng có th lp li vài ln quy trình thí nghim va miêu t ñ mu vt liu hút ñưc nưc nhiu nht. Phn tip sau ñây ñưc giành ñ nghiên cu hai h s ñánh giá trng thái (h s bão hoà) và phm cht ca vt liu (h s mm) có liên quan ñn nưc. H s bão hoà Trong thc t, lưng nưc mà vt liu cha trong nó có th thay ñi tuỳ thuc ñiu kin ngoi cnh. ð so sánh th tích nưc mà vt liu gi ñưc mt thi ñim c th vi th tích l rng ca vt liu. Nói mt cách khác, ñ ñánh giá mc bão hoà ca nưc trong l rng ca vt liu, có th dùng h s bão hoà Cbh tính theo công thc sau: Vn Cbh = ; Vr trong ñó : 3 Vn – th tích nưc có trong mu vt liu thi ñim thí nghim, cm ; 3 Vr – th tích l rng trong mu vt liu, cm . ð bão hoà nưc cũng ñưc xác ñnh theo khi lưng và theo th tích. Vn VVH CC=n =0 , = V bhV bh Vr r r V0 3 V0 – th tích t nhiên ca mu vt liu, cm . ðây chính là công thc cui cùng ca h s bão hoà. H s bão hoà Cbh s càng ln khi lưng nưc cha trong vt liu (cũng chính là cha trong các l rng ca vt liu) càng nhiu. H s bão hoà Cbh có th bin thiên t 0 (khi vt liu hoàn toàn không cha nưc, Hv=0) ti tr s ti ña là 1(nu tt c các l rng trong vt liu ñu h và cha ñy nưc). H s mm Khi vt liu b m ưt, nht là khi ñã bão hoà nưc, nhiu tính cht ca nó s bin ñi; ñc bit là cưng ñ s gim ñi. ðiu này rt bt li cho các b phn công trình làm vic nơi m ưt hay trong nưc. ð ñc trưng cho ñ bn nưc ca vt liu có th s dng h s mm Km tính theo công thc: R K = bh m R Trong ñó: Rbh – cưng ñ vt liu trng thái bão hoà nưc, Mpa; R cưng ñ vt liu trng thái khô, Mpa. 10
11. Các vt liu xây dng thưng có Km ≤ 1. Tr s ti ña (Km=1) ñt ñưc các vt liu kim loi như: thép H s mm Km ñưc dùng ñ phân loi vt liu xây dng theo tính bn nưc. Nhng vt liu có Km > 0,75 ñưc coi là vt liu bn nưc và dùng ñ xây dng nơi m ưt hay trong nưc. ð xây dng nhng nơi khô ráo, ch cn dùng vt liu có Km = 0,10 0,15. 3.4 Tính thm nưc: Tính thm nưc là tính cht ñ cho nưc thm qua chiu dày ca nó khi gia hai b mt vt liu có chênh lch áp sut thy tĩnh. Kh năng thm nưc ca vt liu ñưc ñánh giá qua h s thm Ktn tính bng công thc: Vn . a Kth = , (m/h) S() P1− P 2 . t Trong ñó: 3 Vn – th tích nưc thm qua khi vt liu, m a – chiu dày khi vt liu, m S – din tích khi vt liu mà nưc thm qua, m2 P1, P2 áp sut thy tinh hai b mt khi vt liu, m ct nưc t – thi gian nưc thm qua khi vt liu, h 3 Như vy, v mt tr s h s Kth chính là th tích nưc thm qua Vn (m ) mt khi vt liu có din tích b mt là 1m2, chiu dày là 1m, trong thi gian 1h khi ñ chênh lch áp sut thu tĩnh ca hai b mt khi vt liu 1m ct nưc. Tính thm nưc ca vt liu ph thuc nhiu vào ñ rng và ñc trưng ca cu trúc l rng ca nó. Tính thm nưc ñc bit quan trng ñi vi các vt liu dùng cho xây dng các công trình thu li. Khi này vt liu xây dng còn ñưc ñc trưng bng mác chng thm biu th bng áp lc thy tĩnh cao nht mà mu vt liu còn chưa ñ cho nưc thm qua. 3.5 ð co ngót m: Mt s vt liu rng có ngun gc hu cơ hoc vô cơ như: (g, bê tông) khi ñ m thay ñi thì th tích và kích thưc ca chúng cũng thay ñi: co khi ñ m gim và n khi ñ m tăng lên. Hin tưng co xy ra do chiu dày lp nưc hp th (lp v hydrat) quanh các phn t vt liu gim xung, do lc mao dn bên trong có khuynh hưng làm cho các phn t vt liu này xích li gn nhau hơn. Chú ý rng s bay hơi ca nưc t do trong các l rng ln không làm cho các phân t vt liu xích li gn nhau nên hin tưng mt nưc này tuy làm gim ñ m ca vt liu nhưng thc t li không gây xut hin co ngót. 11
12. Hin tưng trương n xy ra là do các phân t nưc có cc khi xâm nhp vào khe h gia các phn t hay các si vt liu s ñy các phn t này ra xa nhau ra. Khi này lp v hyñrat càng dày thêm s làm kích thưc và th tích vt liu càng tăng lên. ð co ngót do ñ m vt liu thay ñi thưng ñưc xác ñnh bng ñ gim chiu dài ca 1m dài vt liu khi ñ m vt liu thay ñi (mm/m). Bng 1.2. dưi ñây ñưa ra ñ co ngót ca mt s vt liu. Nhng vt liu có ñ rng ln và kh năng hút m ln như g và bê tông xp s có ñ co ngót ln hơn. Khi làm vic trong ñiu kin khô m thay ñi thưng xuyên, hin tưng bin dng co n lp ñi lp li có th làm phát sinh trong vt liu vt nt và dn ñn phá hoi nó. Bng 1.2. ð co ca mt s vt liu Dng vt liu ð co ngót (mm/m) G(ngang th) 30 100 Bê tông xp 1 3 Va xây dng 0.5 1 Gch ñt sét 0.03 0.1 Bê tông nng 0.3 0.7 ðá granit 0.02 0.06 3.6. ð bn hoá hc ð bn hoá hc chng ăn mòn là kh năng chu ñng ca vt liu dưi tác dng ca nưc, khí có cha axít, xýt và mui. Trong các công trình xây dng vt liu thưng xuyên chu tác ñng ăn mòn hoá hc (lng hoc khí). Các cht này phá hoi ñu tiên trên b mt ca kt cu thép và kt cu bê tông ct thép. Trong không khí và nưc bin có cha mui và axit vi hàm lưng cao và vì vy tc ñ ăn mòn, phá hu kt cu thép và kt cu bê tông ct thép mnh lên. Phn ln các vt liu xây dng không ñm bo ñ bn khi chu tác dng ca các cht ăn mòn. Thí d như g dưi s phá hoi trong môi trưng ca các nhà máy hoá cht. Bitum b phá hoi nhanh trong môi trưng có cha mui. Nhiu loi ñá b phá hoi trong môi trưng axit(ñá vôi, can xít, ñô lô mít). Thm chí các loi xi măng b phá hoi trong môi trưng axit. Các loi vt liu gm, thu tinh và vt liu ch to ñc bit thì rt bn trong môi trưng ăn mòn. Mt s loi ñá cũng có ñ bn hoá hc cao như ñá bazan. 12
13. ð tăng tui th khai thác ca kt cu xây dng cn tăng ñ bn hoá hc là có nhng bin pháp bo v thích hp bng vt liu polyme. Các loi thép không r và các loi bê tông cht lưng cao và rt cao là nhng vt liu mi có ñ bn hoá hc cao. 4 NHNG TÍNH CHT VT LÝ CÓ LIÊN QUAN ðN NHIT: 4.1 Tính truyn nhit: Tính truyn nhit ca vt liu là tính cht ñ cho nhit truyn qua chiu dày ca khi vt liu, t phía mt gii hn có nhit ñ cao sang phía mt gii hn có nhit ñ thp. Khi ch ñ truyn nhit n ñnh và vt liu có dng tm phng thì nhit lưng truyn qua tm vt liu này ñưc tính bng công thc: F( t− t). Z Q = λ. 2 1 , (kcal) a Trong ñó: F – din tích b mt ca tm vt liu truyn nhit, m2 t1, t2 nhit ñ b mt tm vt liu phía có nhit ñ cao và phía có nhit ñ thp, 0C a – chiu dày ca tm vt liu, m z – thi gian truyn nhit, h λ h s truyn nhit ca vt liu. H s truyn nhit ca vt liu ñc trưng cho kh năng truyn nhit ca vt liu ñó và rút ra t công thc dưi dng sau: Q.a λ = (, kcal / m.0 C.h) F()t2 − t1 .Z Công thc này cho ta thy h s truyn nhit λ ca mt loi vt liu có tr s ñúng bng nhit lưng truyn qua tm làm t vt liu ñó có din tích b mt 1m2, chiu dày 1m khi thi gian truyn nhit là 1h và ñ chênh nhit ñ gia hai b mt tm là 10C. H s truyn nhit ca mt loi vt liu ph thuc vào rt nhiu yu t: khi lưng th tích, ñ rng, cu trúc l rng, ñ m và nhit ñ trung bình ca bn thân vt liu ñó. Không khí có h s truyn nhit nh hơn h s truyn nhit ca các vt cht khác (λ = 0,02 kCal/m 0Ch). Bi vy vt liu nào có ñ rng càng ln, tc là khi lưng th tích càng nh, s càng cha nhiu không khí và vì vy h s truyn nhit ca nó cũng nh. ðiu này ñưc th hin qua công thc thc nghim ca V.P Nhekraxov v quan h gia h s truyn λ vi khi lưng th tích γ ca cùng mt loi vt ñưa ra dưi ñây: 13
14. 2 λ=0.0196 + 0.22 γ 0 − 0.14 trong ñó: γ khi lưng th tích ca vt liu, g/cm3 hay T/m3 Cu trúc l rng trong vt liu cũng nh hưng nhiu ñn h s truyn nhit. Hin tưng ñi lưu ca không khí trong các l rng làm cho vt liu có l rng cu trúc h s có h s truyn nhit ln hơn so vi h s truyn nhit ca vt liu có cùng ñ rng nhưng có cùng ñ rng nhưng có l rng cu trúc kín. Khi ñ m ca vt liu càng tăng lên thì h s truyn nhit ca nó càng ln. Hin tưng này ñưc gii thích bi h s truyn nhit ca nưc là 0,51 kcal/m. 0C.h, ln gp 25 ln h s truyn nhit ca không khí. Quan h gia h s truyn nhit ca vt liu có ñ m W (λw) vi ñ m ca nó th hin qua công thc sau: 0 λw=λ + λ.W (kcal/m. C.h) trong ñó: 0 λ h s truyn nhit ca vt liu trng thái khô, (cal/m. C.h) W ñ m ca vt liu, % λ gia s ca h s truyn nhit ng vi mi phn trăm tăng ca ñ m vt liu tính theo th tích, kcal/m. 0C.h; ñưc ly như sau: Vt liu hu cơ 0,003 kcal/m. 0C.h Vt liu vô cơ 0,002 kcal/m. 0C.h Khi nhit ñ trung bình ca vt liu tăng lên thì h s truyn nhit ca nó cũng tăng lên do chuyn ñng nhit ca các phân t vt cht trong vt liu mnh hơn. ðiu này ñưc th hin qua công thc Vlaxp dưi ñây: 0 λ1=λ0(1+α.t), (kcal/m. C.h) 0 λ1=h s truyn nhit ca vt liu khi nhit ñ trung bình ca nó là t C, kcal/m. 0C.h 0 0 λ0 h s truyn nhit ca vt liu 0 C, kcal/m. C.h t – nhit ñ trung bình ca vt liu, 00C α h s gia tăng ca h s truyn nhit ng vi s thay ñi ca nhit ñ là 10C; α= 0,0025 Công thc trên ch thích hp trong phm vi nhit ñ thp hơn 1000C. Khi nhit ñ cao hơn, cn xác ñnh li công thc bng thc nghim. Tính truyn nhit có ý nghiĩa rt quan trng ñi vi nhng vt liu dùng trong các b phn công trình xây dng dân dng (như tưng bao che, mái, trn ) và ñc bit là ñi vi nhng vt liu cách nhit chuyên dùng ñ gi nhit cho các bung và thit b nhit. 14
15. 4.2 Nhit dung và nhit dung riêng: Khi vt liu ñưc nung nóng hay làm ngui, nó s hp th hay gii phóng ra mt nhit lưng nào ñó. Nhit lưng này ñưc gi là nhit dung Q và ñưc tính theo công thc: Q = C.G.(t2 t1) , (kcal) Trong ñó : C nhit dung riêng ca vt liu ; G khi lưng ca vt liu, kg ; o t2 và t1 nhit ñ ca vt liu sau và trưc khi nung nóng , C T công thc tính nhit dung va nêu, có th rút ra công thc tính nhit dung riêng C ca vt liu dưi dng: Q C = , (kcal/kg. 0C) G() t2− t 1 Nu trong công thc này, thay ñi khi lưng ca mu vt liu ñưc nung nóng là G = 1kg, và ñ chênh lch nhit ñ sau và trưc khi thí nghim (t2 t1 )= 1oC thì C = Q(kcal/kg. 0C). Như vy nhit dung riêng ca vt liu là nhit lưng cn thit ñ nung nóng 1 kg vt liu nên thêm 1oC. Mi vt liu có nhit dung riêng bit. Nu vt liu là hn hp ca nhiu vt liu thành phn thì nhit dung riêng ca vt liu hn hp Chh ñưc tính bng công thc: CGCGCG1 1+ 2 2 + + n n 0 Chh = , (kcal/kg. C) GGG1+ 2 + + n Trong ñó: G1, G2 Gn – khi lưng ca vt liu thành phn, kg C1, C2 Cn – nhit dung riêng ca các vt liu thành phn, kcal/kg. 0C. So vi các vt liu khác, nưc có nhit dung riêng ln nht (1kCal/kgoC). Bi vy khi vt liu có ñ m ca tăng thì nhit dung riêng ca vt liu cũng tăng lên và ñưc tính theo công thc: C + 0.01WC C = n , (kcal/kg. 0C) w 1+0.01W 0 trong ñó : , Cw nhit dung riêng ca vt liu m, kcal/kg. C C nhit dung riêng ca vt liu khô, kcal/kg. 0C 0 Cn nhit dung riêng ca nưc, kcal/kg. C W ñ m ca vt liu, % Nhit dung và nhit dung riêng ñưc dùng trong tính toán nhit lưng cho gia công vt liu xây dng và cũng dùng ñ la chn vt liu dùng xây dng các trm nhit. 15
16. 4.3. Tính chng cháy và tính chu la: Tính chng cháy là kh năng ca vt liu chu ñưc tác dng ca ngn la trong mt thi gian nht ñnh. Da vào tính chng cháy có th chia vt liu xây dng làm ba nhóm: nhóm vt liu không cháy, nhóm vt liu khó cháy và nhóm vt liu d cháy. Vt liu không cháy là vt liu dưi tác dng ca ngn la hay nhit ñ cao cũng không b bt la, không cháy âm và không b cacbon hoá. Khi nhit ñ cao, s ñông các vt liu trong nhóm này có bin dng nh không ñáng k như (gch ngói, bêtông, amiăng ), song trong nhóm này gm c nhng vt liu có bin dng ln (như thép). Vt liu khó cháy là nhng vt liu dưi tác dng ca ngn la hay nhit ñ cao có th b bt la, cháy âm hay b cácbon hoá mt cách khó khăn. Tuy vy khi b ngun gây cháy thì các hin tưng va nêu cũng kt thúc. Thuc v nhóm vt liu khó cháy có bê tông asphalt, tm phibrôlít, vt liu g hn hp cht chng cháy Vt liu d cháy là nhng vt liu dưi tác dng ca ngn la hay nhit ñ cao s bt la và tip tc cháy sau khi ñã b ngun cháy. Nói chung các vt liu hu cơ ñu nm trong nhóm này. Tính chu la là tính cht ca vt liu chu ñưc tác dng lâu dài ca nhit ñ cao mà không b chy và bin hình. Tuỳ theo kh năng chu la mà vt liu chia thành 3 nhóm : nhóm vt liu chu la, nhóm vt liu khó chy và nhóm vt liu d chy. Vt liu chu la có kh năng chu ñưc tác dng lâu dài ca nhit ñ cao hơn 1580oC như gch chu la samôt, ñi na Các vt liu này dùng ñ lót bên trong các lò công nghip. Vt liu khó chy chu ñưc nhit ñ t 13500C ñn 1580oC gm nhng loi gch ñc bit ñ xây lò và xây ng khói. Vt liu d chy chu ñưc nhit ñ thp hơn 3500C thí d như gch ñt sét nung thông thưng. 5. CÁC TÍNH CHT CƠ HC: 5.1. Tính bin dng ca vt liu: Tính bin dng là tính cht ca vt liu có th thay ñi hình dng và kích thưc khi chu tác dng ca ngoi lc. Thc cht ca bin dng là khi ngoi lc tác dng lên vt liu làm thay ñi hoc phá v v trí cân bng ca cht ñim trong vt liu và làm cho các cht 16
17. ñim này có chuyn v. Bin dng ca vt liu ñưc xác ñnh bng bin dng tuyt ñi và bin dng tương ñi. Bin dng tuyt ñi theo mt phương là l, mm, ñưc tính theo công thc sau: l = l1 − l 0 trong ñó: lo, l1 kích thưc ban ñu và sau khi bin dng vt liu th Bin dng tương ñi ε ñưc tính bng công thc sau: l ε = ×100 , % l0 l hoc: ε = , mm/mm l Da vào ñc tính ca bin dng có th chia ra làm bin dng ñàn hi và bin dng do. Nu sau khi b ngoi lc mà bin dng mt ñi hoàn toàn thì bin dng ñó thì ñưc coi là bin dng ñàn hi. Tính cht hi phc hình dng và kích thưc ban ñu ca vt liu sau khi d b ngoi lc gi là tính ñàn hi. Trái li nu sau khi d b ngoi lc mà vt liu không tr li ñưc hình dng và kích thưc ban ñu thì bin dng ñó gi là bin dng do và tính cht ñó ca vt liu ñưc gi là tính do. Bin dng ñàn hi xut hin khi ngoi lc tác dng chưa quá lc tương tác gia các cht ñim ca vt liu. Công ca ngoi lc s chuyn hoá thành ni năngnăng lưng ñàn hi. Nu b ngoi lc ñi, tc là năng lưng ñàn hi s sinh công ñ khôi phc v trí cân bng ban ñu cho các cht ñim. Khi bin dng ca vt liu s trit tiêu. Bin dng ñàn hi thưng xy ra khi ti trng nh và tác dng ngn hn. Tính ñàn hi ca vt liu ñưc ñc trưng bng mô ñun ñàn hi Eñh: σ E = , (daN/cm2 hay MPa) dh ε Trong ñó : σ ng sut giai ñon ñàn hi, daN/cm2 hay MPa ε bin dng ñàn hi tương ñi, %. Khi ngoi lc tác dng lên vt liu ln hơn lc tương h gia các cht ñim ca vt liu s gây nên s phá hoi cc b hay toàn b ñi vi cu trúc ca vt liu. Lúc này công do ngoi lc gây ra không chuyn hoá thành ni năng và gây phá hoi cu trúc ni b vt liu và do ñó bin dng không th b trit tiêu. Bin dng này ñưc gi là bin dng dư. Căn c vào hin tưng bin dng ti trưc lúc b phá hoi, vt liu còn ñưc chia ra làm vt liu do và vt liu giòn. 17
18. Vt liu do là vt liu trưc khi phá hoi có bin dng do và rt rõ rt thí d: thép ít cacbon, bitum . Trái li, vt liu giòn cho ti trưc khi phá hoi vn không có hin tưng bin dng do rõ rt thí d: gang, ñá thiên nhiên, bê tông Tính do và tính dòn ca vt liu bin ñi tuỳ thuc nhiu nhân t: nhit ñ, lưng ngm nưc, tc ñ tăng lc v v Ví d : bitum khi nén vi tc ñ tăng lc nhanh hay nhit ñ thp là vt liu giòn, song khi nén vi tc ñ tăng chm hay nhit ñ cao li là vt liu do. ðt sét khi khô là vt liu giòn, khi m ưt li tr thành vt liu do. Vt liu ñàn hi ñưc mô hình hoá ñ phc v cho nghiên cu bng mô hình lò xo. Bin dng ñàn hi ca vt liu ñàn hi lý tưng tuân theo ñnh lut Huc. Vt liu do lý tưng (nhu cht lng lý tưng) có bin dng tương ñi tuân theo ñnh lut Niutơn: τ.t ε = , (%) η trong ñó : τ ng sut trưt, daN/cm2 hay MPa t thi gian, s η ñ nht , daN/cm2.s hay MPa. Vi vt liu có c tính ñn hi và tính do (thí d: bê tông át phan hay tm cht do), bin dng tng hp ε bao gm hai thành phn: bin dng ñàn hi εñh và bin dng do εñ: ε =εñh+εñ σ σt ε = + E η hay  1 t  ε= σ  +   E η Khi mt ngoi lc không ñi tác dng lâu dài lên vt liu có th làm cho bin dng ca vt liu tăng theo thi gian và hin tưng này ñưc gi là t bin. Nguyên nhân gây ra t bin là do b phn phi tinh th có trong vt liu có tính cht gn ging vi cht lng và mt khác, bn thân mng lưi tinh th cũng có nhng khuyt tt (hin tưng sai lch cu trúc). Hin tưng bin hình ca vt liu dưi tác dng ca ngoi lc không b thay ñi theo thi gian mà ng sut trong vt liu gim dn theo thi gian là hin tưng chùng ng sut. Nguyên nhân ca hin tưng chùng ng sut là do mt b phn vt liu có bin hình ñàn hi dn dn chuyn sang bin dng do, năng lưng ñàn hi chuyn dn thành nhit năng và mt ñi. 18
19. 5.2 Cưng ñ: Cưng ñ là kh năng ca vt liu chng li s phá hoi do ngoi lc gây ra và ñưc xác ñnh bng ng sut ti hn khi mu vt liu b phá hoi. Trong kt cu xây dng, vt liu phi chu các ti trng khác nhau như: kéo, nén, un, ct Tương ng vi mi dng chu ti này s có các loi cưng ñ: cưng ñ chu kéo, cưng ñ chu nén, cưng ñ chu un, cưng ñ chu ct Cưng ñ là ch tiêu k thut quan trng cơ bn ñ ñánh giá cht lưng ca nhng vt liu dùng cho các b phn chu lc ca công trình. Bi vy cưng ñ ñưc dùng làm căn c ch yu ñ ñnh ra mác ca các vt liu này. Thí d: vi ñá thiên nhiên, bê tông xi măng thưng dùng cưng ñ chu nén ñ ñnh ra mác vì chúng ñu là nhng vt liu có kh năng chu nén cao (cưng ñ chu nén thưng cao hơn cưòng ñ chu kéo t 8 ñn 15 ln) và thưng ñưc dùng làm các b phn chu nén ca công trình. Trong khi ñó ñi vi thép xây dng li phi căn c vào cưng ñ chu kéo ñ ñnh ra mác. Cưng ñ ca vt liu thưng ñưc xác ñnh bng phương pháp thí nghim phá hoi mu: ñt các mu vt liu ñã ñưc ch to theo tiêu chun lên máy thí nghim, tăng ti ti khi mu b phá hoi. Cưng ñ ca vt liu ñưc tính toán t các kt qu xác ñnh trong thí nghim theo các công thc tương ng vi dng chu lc ñã ñưc nghiên cu trong cơ hc. Cưng ñ chu nén Rn và cưng ñ chu kéo Rk ca vt liu ñưc tính bng công thc: P R = max , (daN/cm2 hay MPa) n F N hoc R = max , (daN/cm2 hay MPa) n F trong ñó: Pmax, Nmax ti trng nén hoc kéo phá hoi mu, daN hay N F tit din chu lc ca mu. Cm2 hay mm2 Cưng ñ chu un Ru ca vt liu ñưc thí nghim trên mu dm, tính bng công thc: M R = , (daN/cm2 hay MPa) u W trong ñó: M – mô men un phá hoi, daN.cm hay N.mm W – mô men chng un ca tit din chu un, cm3 hay mm3. Có rt nhiu yu t nh hưng ñn kt qu thí nghim xác ñnh cưng ñ ca vt liu bng phương pháp thí nghim phá hoi mu. Dưi ñây s tìm hiu mt s yu t nh hưng ch yu. 19
20. Trưc ht là nh hưng ca hình dng mu thí nghim. Chng hn ñ xác ñnh cưng ñ chu nén, có th thí nghim vi nhiu loi hình dng mu khác nhau: mu hình khi lp phương, mu hình hp lăng tr ñng hay mu hình tr tròn. Thc nghim cho kt qu thí nghim trên các mu này s khác nhau dù cùng mt loi vt liu, chng hn cưng ñ nén mu lăng tr s nh hơn cưng ñ nén mu hình lp phương mc dù có cùng din tích chu lc. Khi hình dng ca mu thí nghim ging nhau thì kích thưc mu nh hưng rõ rt ñn kt qu thí nghim. Mu có kích thưc nh s có cưng ñ nén ln hơn mu kích thưc ln. ðiu này ñưc gii thích như sau: khi máy nén tăng ti, trên b mt mu tip xúc vi mâm nén xut hin lc ma sát có tác dng hn ch s phá hoi theo hưng ngang (hin tưng n hông) ca mu. Bi vy khi kích thưc mu càng ln, tác dng hn ch phá hoi ca lc ma sát nói trên phn gia mu càng nh khin cho cưng ñ thí nghim càng thp. Cũng cn k thêm, khi mu càng ln, xác sut xut hin sai sót trong cu trúc ca vt liu càng ln. ðc ñim b mt mu thí nghim cũng là mt yu t nh hưng kt qu thí nghim cưng ñ nén. Khi mâm nén ñưc bôi trơn bng du nhn s làm gim lc ma sát xut hin trên b mt mu s gim ñi và có th gim ti 50% so vi khi không bôi trơn b mt mâm nén. Tc ñ tăng ti trong khi thí nghim cũng nh hưng ñn kt qu thí nghim. Nu tc ñ tăng ti ln, tc ñ bin dng ca mu s chm tương ñi so vi tc ñ tăng ti trng nên tr s cưng ñ s cao hơn. Có nhiu yu t nh hưng nh hưng ñn kt qu thí nghim xác ñnh cưng ñ ca vt liu. Bi vy thí nghim xác ñnh cưng ñ ca vt liu phi ñưc tin hành theo nhng quy ñnh ca các tiêu chun Nhà nưc ñi vi tng loi vt liu. Cưng ñ vt liu xác ñnh theo các quy ñnh này ñưc gi là cưng ñ tiêu chun Rtc. Bên cnh phưong pháp thí nghim phá hoi mu ñã xut hin rt sm và cho ti nay vn gi vai trò quan trng, do yêu cu thc t và ñc bit là khi phi kim tra cưng ñ vt liu trong cu kin hay công trình, ñã ñưc nghiên cu và phát trin nhiu phương pháp thí nghim không phá hoi ñ xác ñnh cưng ñ vt liu. Da vào nguyên tc ca dng c ño có th chia các phương pháp thí nghim không phá hoi thành hai nhóm theo nguyên tc cơ hc và nhóm theo nguyên tc vt lý. Nhóm theo nguyên tc cơ hc gm các phương pháp mang tên dng c ño như: búa bi, búa có thanh chun, súng bt ny Schimidt, súng bn ñn th Nguyên tc chung ca các phương pháp này là dùng các dng c trên thc hin 20
21. tác ñng cơ hc lên b mt vt liu mà không gây ra phá hoi ñ xác ñnh các thông s ño. Tùy phương pháp c th thông s ño có th là ñ cng, bin dng cc b trên vt liu hay bin dng do phn lc t vt liu to ra trên dng c khi có tác ñng cơ hc. ðem các thông s ño ñưc này ñi chiu vi ñ th chun tương ng ca dng c ñ suy ra cưng ñ. Nhóm theo nguyên tc vt lý bao gm các phương pháp cng hưng, phóng x và xung siêu âm. Nguyên tc ca nhóm phương pháp này là da vào quy lut lan truyn ca xung ñin, tia phóng x hay sóng siêu âm khi qua vt liu ñ xác ñnh mt ñ, tn s dao ñng riêng hay vn tc sóng siêu âm. ðem ñi chiu các kt qu ño này vi ñ th chun ca tng phương pháp ñ xác ñnh cưng ñ vt liu. Trong các phương pháp theo nguyên tc vt lý, phương pháp xung siêu âm ñưc s dng rng ph bin nht. Các thông s cn ño trong thí nghim là quãng ñưng và thi gian lan truyn sóng siêu âm. Khi này vn tc ca sóng siêu âm trong vt liu v ñưc tính bng công thc: L v = , (cm/s) t− t0 trong ñó : L quãng ñưng lan truyn sóng siêu âm, (cm) t thi gian truyn sóng siêu âm, s to thi gian hiu chnh, ph thuc vào v trí ca thit b, s. T v có th da vào ñ th chun ñnh ra cưng ñ vt liu. Có th ñưa ra nhn xét chung rng các phương pháp không phá hoi ñ xác ñnh cưng ñ vt liu là rt tin li trong thc t song không th thay th hoàn toàn cho phương pháp phá hoi. ðó là chưa k các biu ñ chun ca phương pháp không phá hoi phi ñưc xây dng trên cơ s phương pháp phá hoi mu. Cưng ñ là mt ch tiêu rt quan trng ñ ñánh giá cht lưng ca vt liu v mt cơ hc. Trong thc t cưng ñ ñưc s dng ñ la chn vt liu cho công trình, cho tính toán kt cu công trình, cho kim tra ñánh giá công trình cũ và là s liu không th thiu trong h sơ nghim thu công trình. H s an toàn Trong tính toán thit k công trình ñ ñm bo an toàn, ch ñưc phép s dng cưng ñ tính toán Rtt có tr s nh hơn cưng ñ gii hn ca vt liu R. Như vy s có: R K = Rtt 21
22. Trong ñó K > 1 và ñưc gi là h s an toàn. Khi chn h s an toàn K càng ln, công trình s càng bn vng song chi phí xây dng s càng tn kém. Vic la chn h s an toàn ph thuc nhiu yu t: mc ñ chính xác ca tính toán, trình ñ nm chc tính cht ca vt liu, mc ñ thành tho trong thi công và tui th ca công trình. H s phm cht Bình thưng vt liu có cưng ñ cao thì li có khi lưng th tích ln. Song trong nhiu trưng hp nhà k thut mong mun vt liu có cưng ñ cao ñng thi khi lưng th tích càng nh thì càng tt ñ trng lưng bn thân kt cu ñưc gim nh. ð ñánh giá ñng thi vt liu xây dng trên c hai phương din này phi s dng h s phm cht Kpc tính bng công thc: R KPC = ρ0 trong ñó : R cưng ñ tiêu chun ca vt liu daN/cm2 3 ρ0 khi lưng th tích ca vt liu, kg/m . Trong tính toán và s dng thc t, h s phm cht thưng ñưc coi là mt hư s, không cn quan tâm ñn ñơn v. H s phm cht rt cn thit, khi ñánh giá cht lưng vt liu dùng cho các công trình có ñ cao ln, công trình vưt khu ñ ln và các công trình cn tháo lp cơ ñng. Cũng cn nh rng h s phm cht mang ý nghĩa tương ñôi nht là khi ñem dùng ñ so sánh các vt liu có bn cht khác xa nhau. 5.3. ð cng: ð cng là tính cht ca vt liu chng li tác dng ñâm xuyên ca vt liu khác cng hơn nó. ð cng là mt tính cht rt quan trng ñi vi vt liu làm ñưng, làm tr cu hay lát sàn, lát nn Mt khác nó cũng ñc trưng cho mc ñ khó gia công ca vt liu. Tuỳ thuc vào loi vt liu khác nhau s có các phương pháp khác nhau ñ ñánh giá ñ cng. Vi vt liu khoáng, ñ cng ñưc ñánh giá bng thang Mohr. Thang Mohr gm có 10 khoáng vt mu ñưc xp xp theo mc ñ cng tăng dn t 1 ñn 10 (xem bng 1.3.). ð xác ñnh ñ cng ca mt loi vt liu nào ñó phi ly các khoáng vt trong thang Mohr rach lên vt liu. ð cng ca vt liu s nh hơn ñ cng ca khoáng vt trong thang Mohr rch ñưc lên vt liu và ln hơn ñ cng ca khoáng vt ñng ngay trưc ñó ñ cho vt liu rch lên 22
23. ñưc. S dng thang Mohr xác ñnh ñ cng rt ñơn gin nhưng tr s ñ cng này ch mang tính quy ưc ch không có ý nghĩa ñnh lưng chính xác Bng 1.3. Thang ñ cng ca vt liu khoáng Ch s ñ Tên khoáng vt mu ðc ñim ñ cng cng 1 Tan Rch d dàng bng móng tay 2 Thch cao Rch ñưc bng móng tay 3 Canxit Rch d dàng bng dao thép 4 Fluorit Rch bng dao thép khi n nh 5 Apatit Rch bng dao thép khi n mnh 6 Octoclaz Làm xưc kính 7 Thch anh 8 Topaz 9 Corindon Rch ñưc kính theo mc ñ tăng dn 10 Kim cương ð cng ca kim loi có th ñưc xác ñnh bng phương pháp Brinelle . Dùng lc P ñ n viên bi thép ñưng kính D lên vt liu cn xác ñnh ñ cng. Viên bi s ñ li trên b mt vt liu vt lõm ñưng kính ming d. Khi này ñ cng Brinelle HB ca vt liu ñưc tính bng công thc: PP2 2 HB = = , daN/mm F π D( D− D2 − d 2 ) Trong ñó: F – din tích vt lõm hình chm cu, mm2 D ñưng kính viên bi thép, mm d ñưng kính ming vt lõm, mm P – lc ép viên bi, daN Lc P ñưc xác ñnh bng công thc: P = KD2, (daN) trong ñó: k – h s ph thuc loi vt liu: kim loi ñen: k = 30 kim loi màu: k = 10 kim loi mm: k = 3 5.4 ð mài mòn: 23
24. ð mài mòn là mc ñ hao ht khi lưng trên mt ñơn v din tích mu b mài mòn. ð mài mòn ca vt liu ph thuc vào ñ cng, cưng ñ và cu to ni b ca vt liu. ð mài mòn ñưc xác ñnh trên máy thí nghim xác ñnh ñ mài mòn (hình 1.2.). Hình 13: Máy thí nghim xác ñnh ñ mài mòn 1.Phu thch anh ; 2. B phn ñ kp mu ; 3. ðĩa ngang Mu vt liu ñá ñưc gia công thành hình tr có ñưng kính 2,5 cm và chiu cao 5 cm và ñưc gá vào b phn kp mu 2 ñ tỳ lên mâm quay 3. Mâm quay s quay ñ 1000 vòng ñ mài mu. Trong thi gian máy hot ñng, cát thch anh có ñưng kính 0,3 – 0,6 mm vi s lưng 2,5 lít s ñưc rc lên mâm quay t phu 1 ñ tăng ma sát. ð mài mòn ñưc tính bng công thc: m− m M = 1 2 , (g/cm2) n F Trong ñó: m – khi lưng mu trưc thí nghim, g m1 – khi lưng mu sau thí nghim, g F – din tích chu mài mòn, cm2 ð mài mòn rt có ý nghĩa ñi vi vt liu làm ñưng, lát sàn, lát cu thang. 5.5 ð hao mòn:(Tr s Los angeles) ð hao mòn ñc trưng cho tính cht ca vt liu va chu mài mòn va chu va chm. 24
25. ð hao mòn ca vt liu ñưc xác ñnh trên máy thí nghim Devan (hình 1.3.). Mu vt liu khoáng có khi lưng tng cng 5 kg bao gm nhng cc có khi lưng khong 100g ñưc cho vào thùng quay ca máy Devan (thùng quay hình tr ñt nm ngang, có chiu dài 500 và ñưng kính 700 mm). Sau khi máy quay 10.000 vòng, ly mu vt liu ra và sàng b nhng ht có ñưng kính nh hơn 2 mm. Cân mu vt liu còn li và tính ñ hao mòn ca vt liu theo công thc: m− m Q =1 2 ×100 , (%) m1 Trong ñó: m – khi lưng mu trưc thí nghim, 5000g m1 – khi lưng mu sau thí nghim (ñã loi b nhng ht có ñưng kính nh hơn 2 mm), g Hình 13: Thit b thí nghim xác ñnh ñ hao mòn ca vt liu Da vào ñ hao mòn, vt liu ñã ñưc phân loi như sau: ðá chng hao nòm rt kho: Q 15% ð hao mòn cũng ñưc xác ñnh trên máy thí nghim chuyên dùng Los Angeles (AASHTO T9687). Thùng máy có ñưng kính trong 711±5mm và chiu dài 508 ± 5mm. Mu vt liu có khi lưng 5.000g và ñưc tách ra thành tng phn theo kích thưc ht. ð tăng cưng ñ va ñp, ngoài mu vt liu còn ñưc ñưa thêm nhng viên bi thép có ñưng kính trung bình 46,8mm và khi lưng khong 390 445g/viên vi s lưng quy ñnh tuỳ thuc c ht ca mu vt liu. Máy quay vi tc ñ quy ñnh 3033 vòng/phút ti ñ s vòng cn 25
26. thit 500 vòng cho ñá nh (ñưng kính ht nh hơn 37,5mm) và 1000 vòng cho ñá ln (ñưng kính ht ln hơn 37,5mm). Cân mu vt liu còn li sau khi sàng b nhng ht v vn có ñưng kính nh hơn 1,7mm. Khi này ñ hao mòn ca vt liu ñưc tính bng công thc: m− m Q =1 ×100 , (%) m Trong ñó: m – khi lưng mu ban ñu, g m1 – khi lưng mu sau khi sàng, g Gii hn ñ hao mòn là 10 – 45%. Tùy theo kt cu mt ñưng mà ñòi hi vt liu có ñ mài mòn khác nhau. 5.8. Tính chng va chm: Tính chng va chm là kh năng ca vt liu chng li s phá hu do tác dng ca ti trng va chm gây ra và ñưc biu th bng công cn thit ñ ñp v mt ñơn v th tích mu vt liu. ð xác ñnh kh năng chng va chm ca mt loi vt liu phi s dng máy búa chuyên dng. Mt qu búa có khi lưng G ñưc th rơi t do t ñ cao h xung ñp vào mu thí nghim. Qu búa ñưc th rơi ñn ln th n ñ trên b mt mu xut hin vt nt ñu tiên. Công va chm ñ làm v mu Ak ñưc tính bng công thc: Ak=g.G.h.n, (N.m) Trong ñó: G – khi lung qu búa, kg h – chiu cao rơi t do ca búa, m n – s ln th búa rơi t do, g – gia tc trng trưng, 9,81 m/s2 Khi này ñ bn chng va chm ca vt liu ñưc tính bng công thc sau: Ak 3 ak = , (N.m/cm ) V0 3 Trong ñó: V0 – th tích mu vt liu, cm ð bn chng va chm rt có ý nghĩa ñi vi vt liu làm áo ñưng và lát sàn. 6. H thng tiêu chun vt liu xây dng Vit Nam hin ñang s dng 3 h thng tiêu chun xây dng ISO H thng tiêu chun quc t TCVN H thng tiêu chun Vit Nam v tính năng vt liu và phương pháp th 26
27. TCN H thng tiêu chun ngành. ðây là h thng tiêu chun ñưc áp dng các ngành t lp và áp dng cho các chuyên ngành như TCXD 22 TCN do B GTVT áp dng cho tiêu chun ngành. Các tiêu chun quc t ñưc s dng trong ngành xây dng và s dng cho công trình giao thông: BRITSH STANDARD ký hiu BS EUROPEAN STANDARD ký hiu EN Tiêu chun quc gia Nht Bn ký hiu JIS Tiêu chun Nga ΓOCT, CHuΠ Tiêu chun thí nghim vt liu ca M ASTM STANDARD Tiêu chun ca hip hi quan chc ñưng cao tc quc gia M AASHTO Tiêu chun quc gia ðc: DIN Tiêu chun quc gia Pháp NF Tiêu chun ca Vin asphalt M AC Tiêu chun ca vin bê tông M: ACI Tuỳ theo yêu cu k thut ca d án cơ quan qun lý d án la chn khung tiêu chun áp dng cho tng loi d án. Khung tiêu chun là h thng các tiêu chun cho phép áp dng nhm ñm bo s hp chun ca ñ án thit k và cht lưng xây dng công trình. nưc ngoài khung tiêu chun thưng là h thng m ch yu cung cp nhng cơ s k thut ñ ngưi k sư áp dng. H thng TCVN là mt h thng bt buc (pháp lý) mà ngưi k sư phi thc hin trong quá trình thit k, thí nghim và s dng vt liu. CÂU HI ÔN TP 1. Các tính cht vt lý ca vt liu xây dng? 2. Các tính cht cơ hc ca vt liu xây dng? 3. Phương pháp thí nghim tĩnh phá v mu? 4. Các phương pháp không phá v mu? 5. Phương pháp thí nghim ñng? 27