Chuong 1 Cau Truc Va Tinh Chat VLXD

8/4/2019 Chuong 1 Cau Truc Va Tinh Chat VLXD

http://slidepdf.com/reader/full/chuong-1-cau-truc-va-tinh-chat-vlxd 1/8

Chương 1. Cấu trúc và tính chất của vật liệu xây dựng

1-1

Chươ ng 1

CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆUXÂY DỰNG

1.1 Khái niệm chung

Tr ọng tâm của kiến thức vật liệu xây dựng là sự hiểu biết chung về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất, đối vớ i vật liệu k ết cấu chủ yếu là tính chất cơ học, đối vớ i vật

liệu chuyên dùng có thể là tính cách nhiệt cách âm, tính chống ăn mòn, tính chống thấmnướ c, thấm hơ i và thấm khí...

Vật liệu xây dựng đượ c phân loại theo 2 cách chính:

Theo bản chất

- Vật liệu vô cơ : các loại đá thiên nhiên, các loại vật liệu nung, các chất k ết dính vô

cơ , bê tông, vữa và các loại vật liệu đá nhân tạo không nung khác.

- Vật liệu hữu cơ : gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại nhựa bitum và guđrông, cácloại chất dẻo, sơ n, vecni.

- Vật liệu kim loại: gang, thép, kim loại màu, hợ p kim.

Theo nguồn gốc

- Vật liệu đá nhân tạo: hình thành bằng sự ximăng hoá các loại các loại cốt liệu

nhiều cỡ hạt hoặc các dạng khác thành 1 khối đồng nhất bằng chất thứ 2 (chất

k ết dính) hoặc bằng liên k ết thứ 2 (hoá, điện, kim loại...) trong điều kiện nhà

máy hay tr ực tiế p tại công tr ườ ng. Chúng đượ c gọi là nhân tạo vì trên vỏ trái đất

còn có 1 nhóm vật liệu khác gọi là vật liệu đá thiên nhiên, vật liệu đá thiên nhiên

hình thành trong 1 giai đoạn lịch sử lâu dài.

- Vật liệu đá nhân tạo không nung: nhóm vật liệu mà sự r ắn chắc của chúng xẩy ra ở nhiệt độ không cao lắm và sự hình thành cấu trúc là k ết quả của sự biến đổi hoá

học và hoá lí của chất k ết dính, ở tr ạng thái dung dịch (phân tử, keo, lỏng và r ắn,

pha loãng và đậm đặc)

- Vật liệu đá nhân tạo nung: nhóm vật liệu mà sự r ắn chắc của nó xẩy ra chủ yếu là

quá trình làm nguội của dung dịch nóng chảy. Dung dịch đó đóng vai trò làm

chất k ết dính.

1.2 Tính chất vật lý1.2.1 Khối l ượ ng thể tích

Khối lượ ng thể tích ( γ0) là khối lượ ng của 1 đơ n vị thể tích vật liệu ở tr ạng thái tự

nhiên:

0

0V

G=γ

(kG/m3, kG/l, T/m

3) (1- 1)

Để xác định γ0 ta cần xác định khối lượ ng G và thể tích tự nhiên V0

Xác định G bằng cách cân vật liệu tr ực tiế p ở tr ạng thái khô để xác định γ0k hay ở tr ạng thái ẩm (để xác định γ0w).




1-2

Thể tích V0 có thể xác định theo từng tr ườ ng hợ p cụ thể vớ i vật liệu có hình dánh

hình học rõ ràng, không có hình dáng hình học hay vớ i vật liệu dạng hạt.

1.2.2 Khối l ượ ng riêng

Khối lượ ng riêng ( γa) là khối lượ ng của 1 đơ n vị thể tích vật liệu ở tr ạng thái hoàn

toàn đặc:

a

aV

G=γ

(g/cm3, kG/l, T/m

3) (1- 2)

Để xác định γa ta cần xác định khối lượ ng G và thể tích đặc Va

Khi xác định khối lượ ng G cần cân vật liệu sau khi đã sấy khô ở nhiệt độ t0 =105

- 1100C. Khi xác định Va cần thực hiện theo một trong hai tr ườ ng hợ p sau:

Vớ i vật liệu đặc xác định V a như xác định V 0.

Vớ i vật liệu r ỗng ta nghiền vật nhỏ đến cỡ hạt lọt qua sàng 900 lỗ/cm2 để loại tr ừ

thể tích các lỗ r ỗng khi xác định thể tích bằng bình tỷ tr ọng.1.2.3 Độ đặc và độ r ỗng

c ủa v ật li ệu

Độ đặc (đ),

độ r ỗng toàn phần (r) đượ c tính theo công thức:

Hay

%100.

Vd

0

0

0

a

a

a

d

V

γ

γ

γ

γ

=

==

(1- 3)

( %100).1

11

V

r

0

0

0

0

0

a

a

ar

r

d V

V V

V

γ

γ

γ

γ

−=

−=−=

−

==

(1- 4)

Để đánh giá chính xác các tính chất của vật liệu cần xác định độ r ỗng toàn phần(công thức trên) và độ r ỗng hở . Độ r ỗng hở của vật liệu đượ c xác định bằng cách cho vật

liệu bão hoà nướ c.

1.2.4 Độ hút nướ c và độ hút nướ c bão hoà

Độ

hút nướ c của vật liệu đượ c

biểu thị theo phần tr ăm khối lượ ng (H p) hay thể tích(Hv)

ann

k n

v

k

k p

V

GG

V

V H

G

V G H

γ .%100.

%100.

00

-

−==

−=

(1- 5)

%100.

Vd

0

0

0

a

a

a

d

V

γ γ

γ

γ

=

==

(1- 6)




1-3

Sự liên hệ của hai đại lượ ng này có thể biểu diễn theo công thức:

Hv = γokH p/ γan (1- 7)

Mức độ nướ c bị hút vào vật liệu đượ c đánh giá bằng hệ số bão hoà nướ c (C bh)

C bh = Hv bh/r

Trong đó:

Gk - khối lượ ng mẫu khi khô

Gư – khối lượ ng mẫu khi hút no nướ c

Vn – Thể tích của nướ c mà vật liệu hút vào

γan-khối lượ ng riêng của nướ c

Khi thí nghiệm xác định độ hút nướ c ta đem sấy khô mẫu ở nhiệt độ t0=105-1100C

r ồi ngâm mẫu ngậ p trong nướ c khoảng 3x24h.

Độ hút nướ c bão hoà đượ c thực hiện bằng một trong 2 cách sau:Thả vật liệu khô ngậ p trong nướ c, đem đun sôi, để nguội r ồi vớ t ra.

Cho vật liệu khô ngậ p trong nướ c, hạ áp suất trên mặt thoáng của nướ c xuống còn

20mmHg, sau khi thoát hết bọt khí khôi phục lại áp suất thườ ng trong 2h

1.2.5 Tính truy ền nhi ệt

Đặc tr ưng cho tính truyền nhiệt là hệ số truyền nhiệt

τ λ

).(

.0

2

0

1 t t F

aQ

−=

, kCal/m.0C.h (1- 9)

Trong đó:

Q – Nhiệt lượ ng truyền qua vật liệu khi thí nghiệm (kCal)

a – Chiều dày để nhiệt truyền qua (m)

F – Diện tích truyền nhiệt (m2)

t1, t2 - nhiệt độ ở 2 bề mặt mẫu (0C)

t - Thờ i gian thí nghiệm (h)

Quan hệ giữa hệ số truyền nhiệt và cấu tạo của vật

liệu thể hiện bở i công thức:

14,022.00196.0 2 −+= v x ρ λ , kCal/m.0C.h (1- 10)

Hoặc

14,022.00196.016,1 2 −+=v ρ λ

, W/m

.0C (1- 11)

Công thức này chỉ đúng khi vật liệu để tự nhiên trong không khí (ở độ ẩm vật liệu

W=1-7%, t = 20-250C)

Hệ số truyền nhiệt của vật liệu thay đổi, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình của mẫu

thí nghiệm, theo công thức Vlaxov:

)002.01( 0

0 tbt t += λ λ

, kCal/m.0C.h (1- 12)




1-4

Trong đó:

oλ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 00

C;

t λ –hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở ttb;

ttb –nhiệt độ trung bình của vật liệu;

1.3 Tính chất cơ học

1.3.1 Tính bi ế n d ạng c ủa v ật li ệu

Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dạng, kích thướ cdướ i sự tác động của tải tr ọng bên ngoài. Dựa vào đặc tính biến dạng ngườ i ta chia ra

biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. Biến dạng đàn hồi là biến dạng hoàn toàn mất đi khi

loại bỏ nguyên nhân gây ra biến dạng. Còn biến dạng dẻo thì không mất đi khi loại bỏ

nguyên nhân gây biến dạng.

Biến dạng đàn hồi thườ ng xảy ra khi tải tr ọng tác dụng bé và ngắn hạn. Tính đàn

hồi đượ c đặc tr ưng bằng môđun đàn hồi E

th

E ε

σ =

(1- 13)

Trong đó:

σ - ứng suất, kG/cm2

ε - biến dạng đàn hồi, đượ c xác định bằng biến dạng tươ ng đối – tỷ số giữa biến

dạng tuyệt đối ∆l so vớ i chiều dài ban đầu l của mẫu

Điều kiện của biến dạng đàn hồi: ngoại lực tác dụng lên vật chưa vượ t quá lực

tươ ng tác giữa các chất điểm của nó. Do đó công của ngoại lực sẽ sinh ra nội năng và khi

bỏ ngoại lực nội năng lại sinh ra công đưa vật liệu tr ở về vị trí ban đầu.

Khi lực tác dụng đủ lớ n và lâu dài thì ngoài biến dạng đàn hồi còn xuất hiện biếndạng dẻo. Nguyên nhân là lực tác dụng đã vượ t quá lực tươ ng tác giữa các chất điểm và

phá vỡ cấu trúc của vật liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tươ ng đối. Do đó biếndạng vẫn còn tồn tại khi loại bỏ ngoại lực. Biến dạng dẻo của vật

liệu dẻo lý tưở ng tuân

theo định luậtNiutơ n:

η

σ ε

t d

.=

(1- 14)Trong đó:

σ - ứng suất, kG/cm2

t – thờ i gian (s)

η - độ nhớ t, kG/cm2.s

Trong vật liệu xây dựng thườ ng có cả tính đàn hồi và tính dẻo. Do đó biến dạng ε là

biến dạng tổng cộng của biến dạng dư εd và biến dạng đàn hồi εđh

Dựa vào quan hệ giữa ứng suất và biến dạng ngườ i ta phân ra vật liệu loại dẻo, giòn

và đàn hồi. Vật liệu dẻo là vật liệu tr ướ c khi phá hoại có biến hình dẻo rõ r ệt (thép), còn

vật liệu giòn thì ngượ c lại.






1-6

22(

2

d D D D

P

F

P HB

−−Π==

(kG/mm2) (1- 16)

Lực P đượ c xác định theo công thức:

P=KD2 (1- 17)

Trong đó:

K là hệ số, đối vớ i kim loại đen K=30, kim loại màu K=10, kim loại mềm K=3

D là đườ ng kính của viên bi, có thể là 10; 5; 2.5; 1mm

1.3.4 Độ c ọ mòn

Độ cọ mòn (Mn) phụ thuộc vào độ cứng, cườ ng độ và cấu tạo nội bộ của vật liệu.

Nếu khối lượ ng của mẫu tr ướ c khi thí nghiệm là m1, khối lượ ng của mẫu sau khi cho

máy mài mòn quay 1000 vòng trên mâm quay có r ắc 2,5 lít cát cỡ hạt 0,3-0,6mm là m2

và

có diện tích tiết diện mài mòn là F thì:

F

mm Mn 21 −=

(g/cm2) (1- 18)

Tính chất này r ất quan tr ọng đối vớ i vật liệu làm đườ ng, lát vỉa hè, lát sàn, bậc tay vịncầu thang...

1.3.5 Độ hao mòn

Độ hao mòn Q (%) đặc tr ưng cho độ hao hụt vật liệu vừa do cọ mòn vừa do va

chạm. Độ cọ mòn đượ c thí nghiệm trên máy Đevan. Nếu khối lượ ng của hỗn hợ p vật liệu

tr ướ c khi thí nghiệm là m1 (5kG) và sau khi thí nghiệm (máy quay 10.000 vòng r ồi sàng

qua sàng 2mm ) là m2 thì

%1001

21

m

mmQ

−=

(1- 19)

Dựa vào độ hao mòn của vật liệu đượ c phân ra các loại : chống hao mòn r ất khoẻ ( Q < 4%), khoẻ (Q = 4 - 6%); trung bình (Q = 6 -10 %), yếu ( Q = 10 - 15%) và r ất yếu(Q > 15%).

1.3.6 H ệ số phẩm chấ t

Hệ số phẩm chất hay còn gọi là hệ số chất lượ ng k ết cấu của vật liệu là một đại

lượ ng đặc tr ưng bằng tỷ số giữa cườ ng độ tiêu chuẩn (kG/cm2) và khối lượ ng thể tích tiêuchuẩn (không thứ nguyên nhưng giá tr ị tính bằng T/m

3).

Đối vớ i một số loại vật liệu xây dựng có K pc như sau: Chất dẻo sợ i thuỷ tinh:

4500/2=2250; gỗ 100/0,5=200; thép cườ ng độ cao:1000/7,85=127; thép thườ ng:

3900/785=497; bê tông nhẹ: 400/1,8 = 222; bê tông nặng: 400/2,4 = 167; gạch 100/1,8 =

56.

1.4 Tuổi thọ

1.4.1 Khái ni ệm

Tuổi thọ là tính chất của vật liệu giữ đượ c khả năng làm việc trong thờ i gian nhấtđịnh. Đây là chỉ tiêu tính chất tổng hợ p. Thông thườ ng quá trình sử dụng, tiế p xúc tr ực

tiế p vớ i môi tr ườ ng, thành phần và tính chất của vật liệu bị thay đổi (thườ ng giảm theo




1-7

thờ i gian). Đến một lúc nào đó công trình mất khả năng sử dụng (phai sửa chữa, thay thế hoặc làm lại). Tuổi thọ của vật liệu và của công trình có mối quan hệ chặt chẽ vớ i nhau.

Những công trình khó sửa chữa và khó thay thế thì tuổi thọ của vật liệu phải lớ n hơ n tuổi

thọ công trình.

Để xác định tuổi thọ của vật liệu ngườ i ta dùng phươ ng pháp quan sát thực tế những

biến đổi tính chất của nó (phươ ng pháp này đòi hỏi thờ i gian quan tr ắc dài, đến hàng chụcnăm) hoặc dùng phươ ng pháp mô phỏng những yếu tố tác động lên vật liệu trong quá

trình sử dụng vớ i một cườ ng độ mạnh lên nhiều lần để rút ngắn thờ i gian thí nghiệm. Dựa

vào tuổi thọ, ngườ i ta có thể lựa chọn vật liệu sao cho phù hợ p vớ i công trình.

1.4.2 Phươ ng pháp xác đị nh

Tính chất của vật liệu xây dựng đượ c xác định dựa vào thành phần và cấu trúc r ỗng

của nó. Vì vậy để chế tạo vật liệu vớ i những tính chất định tr ướ c cần phải hiểu rõ quá

trình hình thành cấu trúc và những biến đổi của các chất trong qúa trình công nghệ.

Những vấn đề này phải đượ c nghiên cứu ở cấu trúc vi mô cũng như phân tử và ion bằng

các phươ ng pháp phân tích lý hoá.Phươ ng pháp thạch học: đượ c dùng để nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau;

clanke ximăng, đá ximăng, bê tông, thuỷ tinh, vật liệu chịu lửa, xỉ, vật liệu gốm... Các

thiết bị dùng trong phươ ng pháp này để nghiên cứu các đặc tính quang học của từng

khoáng chất, mà các đặc tính đó xác định cấu tạo bên trong của chúng. Những tính chất

quang học chủ yếu của khoáng là các chỉ tiêu khúc xạ ánh sáng, mốc ánh sáng,

màu.v.v...Hiện nay trong nghiên cứu thạch học đã xuất hiện nhiều phươ ng pháp hiện đại

như phươ ng pháp kính hiển vi phân cực, phươ ng pháp kính hiển vi phản quang, phươ ng

pháp kính hiển vi thấu quang.

Phươ ng pháp kính hiển vi điện tử: dùng để nghiên cứu màng tinh thể. Kính hiển vi

điện tử hiện đại có độ phóng đại đến 3600.000 lần, có ngh ĩ a là có thể nhìn thấy những hạt

có kích thướ c từ 0,3.10-9 đến 0,5.10-9m. Nhờ những tia điện tử có sóng ngắn hơ n sóng

ánh sáng nhìn thấy, ngườ i ta có thể xâm nhậ p sâu vào thế giớ i vimô. Kính hiển vi điện tử

có thể nghiên cứu đượ c hình dạng và kích thướ c của các tinh thể cực nhỏ; các quá trình

lớ n lên và phá huỷ tinh thể; các quá trình khuếch tán; sự biến đổi pha khi gia công nhiệt

và làm nguội; cơ học biến dạng và phá huỷ.

Phươ ng pháp phân tích biểu đồ r ơ ngen là phươ ng pháp nghiên cứu cấu tạo và thành

phần của chất bằng thực nghiệm để thu nhiễu xạ của những tia r ơ ngen trong các chất này.

Tia r ơ ngen có dao động điện từ ngang vớ i ánh sáng nhìn thấy, nhưng có bướ c sóng ngắn

hơ n. Chùm tia r ơ ngen đượ c nhìn thấy trong ống r ơ ngen nhờ k ết quả của sự đụng chạmcủa các điện tử catốt (-) vớ i anốt (+) trong sự khác biệt lớ n về điện thế. Việc sử dụng bức

xạ r ơ ngen để nghiên cứu các chất k ết tinh có cơ sở là chiều dài các bướ c sóng của nó.

Tươ ng ứng vớ i khoảng cách giữa các nguyên tử trong mạng lướ i k ết tinh của các chất.

Mạng này là lướ i nhiễu xạ tự nhiên đối vớ i tia r ơ ngen. Mỗi chất k ết tinh đặc tr ưng bằng

một tậ p hợ p những vạch nhất định trên ảnh chụ p r ơ n gen. Nhờ ảnh chụ p r ơ ngen ngườ i tacó thể xác định đượ c bản chất các pha k ết tinh chứa trong vật liệu. ảnh chụ p r ơ ngen các

hạt của mẫu đa khoáng đượ c đối chiếu hoặc là vớ i ảnh chụ p các khoáng thành phần hoặclà vớ i số liệu trong bảng có sẵn. Phươ ng pháp phân tích thành phần pha bằng tia r ơ ngen

dùng để kiểm tra nguyên liệu và sản phẩm, để điều khiển các quá trình công nghệ, cũng

như để dò khuyết tật.

Phươ ng pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) dùng để xác định thành phần khoáng và

thành phần pha của vật liệu. Cùng vớ i sự biến đổi pha trên bề mặt vật liệu còn xẩy ra hiệu




1-8

ứng nhiệt. Trong các quá trình vật lí và hoá học của sự biến đổi chất nhiệt năng có thể

đượ c hút vào hoặc nhả ra. Sự hút nhiệt sẽ sinh ra quá trình khử nướ c, phân li, nóng chảy.

Sự nhả nhiệt trùng vớ i các quá trình ôxy hoá, hình thành những liên k ết mớ i, chuyển hoá

tr ạng thái vô định hình sang k ết tinh. Trong quá trình phân tích nhiệt nhờ 1 thiết bị để ghi

4 đườ ng: đơ n giản, nhiệt vi sai và các đườ ng mất khối lượ ng tươ ng ứng. Nội dung của

phươ ng pháp DTA là so sánh phẩm chất của vật liệu thử vớ i 1 chất chuẩn. Các quá trình

thu nhiệt thể hiện ở phần lõm của ảnh chụ p nhiệt vi sai, còn quá trình toả nhiệt ở các đỉnh

của ảnh chụ p.

Phân tích quang phổ là phươ ng pháp vật lí phân tích chất lượ ng và số lượ ng của các

chất dựa trên cơ sở bức xạ quang phổ của chúng. Trong nghiên cứu vật liệu xây dựng chủ

yếu ngườ i ta sẽ dùng bức xạ quang phổ hồng ngoại. Hoạt động của máy dựa trên tác dụng

giữa chất nghiên cứu vớ i bức xạ điện từ ở vùng hồng ngoại. Quang phổ hồng ngoại có

liên quan vớ i năng lượ ng dao động của các nguyên tử và năng lượ ng xoay của các phân

tử và là một đặc tr ưng để xác định các nhóm và tổ hợ p nguyên tử. Máy chụ p quang phổ

có thể ghi đượ c các quang phổ hồng ngoại.

Documents

Chuong 1 Cau Truc Va Tinh Chat VLXD