Bài giảng Vật liệu Xây dựng - Chương I: Những tính chất cơ bản của VLXD - TS. Nguyễn Quang Phú

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu Xây dựng - Chương I: Những tính chất cơ bản của VLXD - TS. Nguyễn Quang Phú

1. Trường Đại học Thủy lợi Bộ môn Vật liệu Xây dựng Môn học: Vật liệu Xây dựng Giáo viên HD: TS. Nguyễn Quang Phú Email: phuvlxd@wru.edu.vn Email SV dowload tài liệu: vlxdcd50@yahoo.com.vn – password: tinchi
2. * CÁC MÔN HỌC LIÊN QUAN ◼ Học phần tiên quyết: Hóa học, Vật lý. ◼ Học phần học trước: Sức bền vật liệu; Địa chất công trình. ◼ Học phần song hành: Cơ học vật rắn.
3. TÀI LIỆU PHỤC VỤ MÔN HỌC ◼ Giáo trình Vật liệu Xây dựng - Trường ĐH Thủy lợi. ◼ Basic Construction Materials (Vật liệu Xõy dựng cơ bản) - Theodore W.Marotta - Giỏo trỡnh dịch của Mỹ. ◼ Giáo trình Thớ nghiệm Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Thủy lợi. ◼ Các tiêu chuẩn trong nước về VLXD (TCVN, TCN) ◼ Các tiêu chuẩn nước ngoài (ASTM: American Society of Testing and Material; ACI: American Concrete Institute; BS: British Standard, ) ◼ Các tài liệu tham khảo khác có liên quan đến vật liệu, thông tin trên mạng Internet.
4. * NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH HỌC MÔN VLXD 3 tớn chỉ (45 tiết) - Lý thuyết : 30 tiết - Bài tập nhỏ + Bài tập lớn + Kiểm tra:15 tiết
5. * CÁCH ĐÁNH GIÁ ĐIỂM Điểm quá trình : 30% Điểm thi : 70% Cỏch tớnh điểm quỏ trỡnh: Chuyên cần: 10 điểm BTL : 10 điểm Kiểm tra : 10 điểm Tổng: 30/3 → ĐQT
6. Yêu cầu đối với Sinh viên sau khi học xong môn học VLXD - Nắm được tại sao phải sử dụng VLXD và tầm quan trọng của VL trong xây dựng. - Phát triển kiến thức cơ bản về khoa học vật liệu và những thuộc tính cơ bản của VLXD. - Làm quen và hiểu được những Tiêu chuẩn và những Quy định về kiểm tra chất lượng vật liệu trong các Tiêu chuẩn cùng với việc kiểm soát chất lượng đó. - Hiểu và đánh giá được những tiêu chí ban đầu trong việc lựa chọn vật liệu hợp lý và đảm bảo độ bền của vật liệu.
7. Yêu cầu đối với Sinh viên sau khi học xong môn học VLXD - Hiểu sâu hơn về những tính chất của Vật liệu ảnh hưởng thế nào đến thiết kế và làm thế nào để giảm thiểu được sự hư hỏng của vật liệu do sự hạn chế của vật liệu hoặc do quá trình thiết kế. - Phát triển những kỹ năng cơ bản về thí nghiệm VLXD và nắm được cách sử dụng các dụng cụ và thiết bị thí nghiệm. - Có thể sử dụng được những công cụ về thống kê cơ bản phù hợp để lượng hóa các tính chất của vật liệu. - Nâng cao khả năng phân tích, biểu thị các số liệu và chuẩn bị các báo cáo kỹ thuật về vật liệu, vấn đề kiểm tra chất lượng vật liệu và các tính chất kỹ thuật của VLXD.
8. MỞ ĐẦU 1. Vai trò của VLXD 2. Sơ lược lịch sử phát triển của VLXD 3. Quá trình xây dựng công trình 4. Sự cần thiết của VLXD với yêu cầu chất lượng khác nhau 5. Lựa chọn sử dụng VLXD
9. I. VAI TRÒ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG ◼ Là một yêu cầu không thể thiếu trong XD ◼ Chi phí vật liệu chiếm tỷ lệ lớn trong tổng giá thành công trình (50-75%) ◼ Chất lượng vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng công trình. ➔ VLXD có vai trò quan trọng quyết định ➢ Chất lượng (Yêu cầu kỹ thuật) ➢ Giá thành (Tớnh kinh tế)
10. II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH VLXD THỄ SƠ HIỆN ĐẠI TINH VI
11. III. QUÁ TRÌNH XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH - Tên gọi đơn vị: CHỦ ĐẦU TƯ - Cá nhân hoặc Tổ chức (Tư nhân hoặc nhà nước) - N/vụ: Lựa chọn địa điểm xây dựng và các yêu cầu của CTrình - Xác định nguồn kinh phí Giám sát - Tên gọi đơn vị: TƯ VẤN THIẾT KẾ qua - N/vụ: Thiết kế công trình theo nhiệm vụ của chủ đầu tư đề ra, TƯ VẤN - Tuân theo đúng các qui phạm và tiêu chuẩn của nhà nước, ngành GIÁM - S/phẩm: Hồ sơ thiết kế (Bản vẽ + thuyết minh + dự toán) SÁT Giám sát - Tên gọi đơn vị: THI CÔNG - Sử dụng: Vật liệu; Nhân công; Máy móc - N/vụ và S/phẩm: Thi công và bàn giao CTrình đã hoàn thành đúng thời hạn, đúng yêu cầu chất lượng.
12. IV. SỰ CẦN THIẾT SỬ DỤNG VLXD VỚI YẤU CẦU CHẤT LƯỢNG KHÁC NHAU - Móng Phân bố đều trọng lượng của công trình lên phần đất nền Chống được nứt do sự lún của đất nền Chống được sự ăn mòn của đất và nước - Sàn tầng hầm Tạo bề mặt phẳng Có khả năng chịu nước Chống được nứt do áp lực đẩy ngược của nước và do đất nền lún Chống ẩm tốt Chống được sự ăn mòn của đất và nước - Tường tầng hầm Có khả năng chịu tải từ các tầng trên của nhà Chịu được ứng suất bên của đất Chống ẩm tốt Chống lại sự ăn mòn của đất và nước
13. IV. SỰ CẦN THIẾT SỬ DỤNG VLXD VỚI YẤU CẦU CHẤT LƯỢNG KHÁC NHAU - Các loại sàn và trần khác Tạo bề mặt phẳng Có khả năng chịu nước Chịu được tải trọng của đồ vật và người đặt lên mà không bị võng hoặc vỡ Tạo dáng vẻ bề ngoài đẹp, có tính thẩm mỹ Dễ lau chùi Có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt - Tường bao ngoài Gối đỡ cho sàn các tầng trên và mái Chịu được lực xô ngang của gió Tạo dáng vẻ bề ngoài đẹp, có tính thẩm mỹ
14. IV. SỰ CẦN THIẾT SỬ DỤNG VLXD VỚI YẤU CẦU CHẤT LƯỢNG KHÁC NHAU - Vách ngăn Gối đỡ cho sàn và mái Tạo dáng đẹp, có tính thẩm mỹ Có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt - Mái Chống ẩm tốt Chịu được tuyết và các loại tải trọng khác Chịu được các lực tác dụng của gió, giữ cho mái không bị bay đi hay bị hất ra khỏi nhà Tạo dáng vẻ ngoài đẹp, có tính thẩm mỹ Có khả năng cách âm, cách nhiệt tốt
15. V. LỰA CHỌN SỬ DỤNG VẬT LIỆU 1. Phân tích vấn đề (Yêu cầu chất lượng, tuổi thọ, chi phí cho phép và chi phí bảo dưỡng). 2. So sánh những vật liệu hay sản phẩm sẵn có theo những tiêu chí đặt ra ở bước 1. 3. Thiết kế hay lựa chọn loại vật liệu, kích thước, hình dạng, phương pháp bảo quản và phương pháp nhanh tại chỗ.
16. Chương I: Những tính chất cơ bản của VLXD 1. Tính chất vật lý: Khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ đặc, độ ẩm, độ bão hòa 2. Tính chất cơ học: Cường độ VL, biến dạng.
17. 3 I. Khối lượng riêng (tỷ khối): a (g/cm ) 1. Định nghĩa: KLR là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu khô ở trạng thái hoàn toàn đặc (bên trong không có lỗ rỗng). k Gm 3 2. Công thức:  a = (g / cm ) Va 3. Ứng dụng: KLR dùng để xác định độ đặc, độ rỗng và phán đoán chất lượng VL 3 VD: a của gạch đất sét: 2,6-2,65 g/cm , bê tông nặng: 2,4-2,6 g/cm3, cát : 2,50-2,65 g/cm3, 17
18. k 3 II. Khối lượng thể tích (dung khối): o (g/cm ) 1. Định nghĩa: KL thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu khô ở trạng thái tự nhiên (bên trong có lỗ rỗng). Gk  k = m g / cm3 2. Công thức: o k ( ) Vo 3. Ứng dụng: KLTT dùng để xác định độ đặc, độ rỗng, tính toán phương tiện vận chuyển, khối lượng cấu kiện; phân loại và phán đoán cường độ vật liệu. k 3 VD: o của gạch đất sét: 1,6-1,9 g/cm , bê tông nặng: 2,0-2,4 g/cm3, cát khô : 1,45-1,65 g/cm3, 18
19. II. Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích khô: • Nếu vật liệu có thể tích Gk không đổi khi độ ẩm thay k = m g / cm3 o k ( ) đổi: V k = V â = V bh Vo o o o Khối lượng thể tích ẩm: â • Nếu vật liệu có thể tích thay â Gm 3 o = â (g / cm ) đổi khi độ ẩm thay đổi: Vo k â bh Khối lượng thể tích bão hòa: Vo ≠ Vo ≠ Vo Gbh bh m 3 • Trong sx đá dăm o = bh (g / cm ) Vo đv đd ok = a 19
20. III. Độ rỗng: r (%) 1. Định nghĩa: Là tỷ số tính theo phần trăm giữa thể tích rỗng có trong vật liệu so với thể tích tự nhiên của vật liệu đó ở trạng thái khô. V 2. Công thức: r r = k 100% Vo 3. Ứng dụng: Dùng để phân loại và phán đoán cường độ vật liệu, tính cấp phối bê tông, đánh giá hệ số thấm và hệ số truyền nhiệt của VL. VD: gạch đất sét: r=25-35%; cát, sỏi, đá dăm khô: r=20- 60%; Đá granít: 0,05-0,5%. 20
21. IV. Độ đặc: đ (%) 1. Định nghĩa: Là tỷ số tính theo phần trăm giữa thể tích đặc của vật liệu so với thể tích tự nhiên của vật liệu đó ở trạng thái khô. Va 2. Công thức: đ = k 100% Vo 3. Ứng dụng: Dùng để phân loại và đánh giá cường độ vật liệu 21
22. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 1. Các dạng nước có trong vật liệu: a/ Nước kết tinh + Cao lanh: Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O (ở 700-800oC ) o + Thạch cao: CaSO4.2H2O → CaSO4 + 2H2O (ở 700 C) b/ Nước hấp phụ c/ Nước mao quản Hiện tượng làm ướt mặt ngoài VL; thấm nước mao quản; thấm nước khuếch tán. 22
23. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 2. Độ ẩm, W(%) ◼ Định nghĩa: Là tỷ số giữa khối lượng nước có trong vật liệu ở trạng thái ẩm so với khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô. â ◼ Công thức: G n W% = k 100% G m 23
24. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 3. Mức hút nước theo khối lượng, Hp (%) ◼ Định nghĩa: Là tỷ số tính theo phần trăm giữa khối lượng nước chứa trong vật liệu ở trạng thái bão hoà so với khối lượng vật liệu đó ở trạng thái khô. bh ◼ Công thức: Gn Hp % = k 100% Gm 24
25. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 4. Mức hút nước theo thể tích, Hv (%) ◼ Định nghĩa: Là tỷ số tính theo phần trăm giữa thể tích nước chứa trong vật liệu ở trạng thái bão hoà so với thể tích vật liệu ở trạng thái khô. bh Vn ◼ Công thức: Hv% = k 100% Vo 25
26. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 5. Hệ số bão hòa nước B (%) ◼ Định nghĩa: Là tỷ số tính theo phần trăm giữa thể tích nước chứa trong vật liệu ở trạng thái bão hoà so với thể tích rỗng của vật liệu. bh Vn ◼ Công thức: B% = 100% Vr bh - Vn = 0 → B = 0: Vật không thấm nước bh - Vn < Vr → B < 1: Vật bão hoà nước không hoàn toàn bh - Vn = Vr → B = 1: Vật bão hoà nước hoàn toàn 26
27. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 6. Hệ số mềm hóa Mh: - Định nghĩa: Hệ số mềm hoá là tỷ số giữa cường độ vật liệu ở trạng thái bão hoà nước so với cường độ của nó ở trạng thái khô. R bh - Công thức: Mh = R k Mh > 0,8 gọi là VL chịu nước; Mh càng cao VL càng chịu được nước. Đối với CTTL yêu cầu Mh ≥ 0,85 27
28. V. Những tính chất vật lý có liên quan đến nước 7. Tính thấm nước của VL: Tính thấm nước của VL được đặc trưng bằng hệ số thấm K hoặc mác chống thấm B. Q d ◼ Công thức: K = (cm / s) F t H Mác chống thấm B: Trị số áp lực lớn nhất mà mẫu thử không để nước thấm qua. Mác chống thấm thường là B-2, B-4, B-6, B-8, ◼ BT: mẫu cao 15cm; Vữa: mẫu cao 3cm; Mẫu được bảo dưỡng 28 ngày (hoặc 60, 90, 180 ngày). ◼ Xung quanh mẫu bọc parafin 28
29. §3. Những tính chất cơ học của Vật liệu I. Cường độ của VL 1. Khái niệm về cường độ VL: - Định nghĩa: Cường độ của vật liệu biểu thị khả năng chống lại sự phá hoại của ứng suất xuất hiện trong vật liệu do ngoại lực gây ra. Ký hiệu là R (KG/cm2 = daN/cm2; MPa = 1N/mm2) - Phân loại: cường độ nén (Rn), kéo (Rk), uốn (Ru), xoắn (Rx). - Phân loại vật liệu: VL giòn; VL dẻo - Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ của VL: i) Thành phần cấu tạo và cấu trúc vật liệu; ii) Độ đặc, độ rỗng của VL; iii) Nhiệt độ và độ ẩm môi trường; iv) Hướng và thời gian chịu tải; tốc độ tăng tải; v) Kích thước mẫu TN
30. Hệ số hiệu chỉnh cường độ bê tông khi dùng khuôn mẫu khác nhau
31. I. Cường độ của VL 2. Xác định cường độ: a/ PP phá hoại: Đúc mẫu tại hiện trường hoặc khoan lấy mẫu (kích thước tiêu chuẩn), nén (kéo, uốn ) để xác định cường độ phá hoại. b/ PP không phá hoại (Non Destructive Testing) Dùng xung siêu âm Dùng súng bật nảy Kết hợp xung siêu âm và súng bật nẩy. 31
32. Hình dạng kích thước mẫu tiêu chuẩn: + Rk: Rk = Pk/F 2 → Mẫu lăng trụ: Rk = Pk/a ; BT: axaxh = (5x5x50) cm (hoặc: 10x10x80 cm) 2 → Mẫu trụ tròn: Rk = 4Pk/pd (Xi măng: Mẫu số 8) 2 + Ru: Ru = 3Pl/2bh (1 lực tập trung) 2 Ru = 3P(l-a)/bh (2 lực tập trung) - Đối với XM: (4x4x16) cm; BT: (15x15x60) cm; gỗ: (2x2x30) cm
33. I. Cường độ của VL ◼ Hình dạng kích thước mẫu tiêu chuẩn: + Rn : Rn = Pn/F 2 → Mẫu lập phương: Rn = Pn/a - Đối với bê tông: Dmax = 50 mm, a = 20cm; Dmax 50 mm, a = 30cm - Vữa: (7,07x7,07x7,07) cm; - Đá thiên nhiên: (5x5x5) cm 2 → Mẫu trụ tròn: Rn = 4Pn/pd ; (Đối với BT: D = 15 cm; H = 30cm) 33
34. I. Cường độ của VL 3. Số hiệu (mác) của vật liệu: M20, M30, M40 . Là giá trị qui ước được làm tròn từ cường độ giới hạn (R ứng với tải trọng phá hoại) lấy trung bình của ít nhất 3 mẫu TN xác định trong các điều kiện tiêu chuẩn (khuôn mẫu, cách chế tạo mẫu, cách bảo dưỡng mẫu và thời gian bảo dưỡng). 34
35. II. Tính biến dạng của VL 1. Biến dạng đàn hồi: Là loại biến dạng sẽ bị mất đi sau khi loại bỏ lực tác dụng. 2. Biến dạng dư: Là loại biến dạng không thể khôi phục lại trạng thái ban đầu sau khi loại bỏ lực tác dụng. 3. Từ biến: Là loại biến dạng tăng theo thời gian khi lực tác dụng không đổi, tác dụng lâu dài lên vật liệu. 35