Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Bài Giảng Vật Liệu Xây Dựng
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
TS. LÊ TẤN QUỲNH
Bài giảng
VẬT LIỆU XÂY DỰNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP, 2014
2
3
LỜI NÓI ĐẦU
Để phục vụ cho công tác đào tạo kỹ sư ngành Kỹ thuật xây dựng công
trình và ngành Công thôn (Công nghiệp phát triển nông thôn) của Trường Đại
học Lâm nghiệp, Bộ môn Kỹ thuật Công trình – Khoa Cơ điện và Công trình
tiến hành biên soạn Bài giảng môn học Vật liệu xây dựng.
Bài giảng này được biên soạn theo chương trình môn học đã được phê
duyệt, cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về các loại vật liệu chủ
yếu sử dụng trong xây dựng các công trình dân dụng và công nghiệp, công trình
giao thông, thủy lợi…
Trong quá trình biên soạn, tác giả có tham khảo các giáo trình, bài giảng
môn học Vật liệu xây dựng của các Trường Đại học Xây dựng, Đại học Giao
thông, Đại học Thủy lợi…, các bài giảng trên mạng Internet và các tài liệu khoa
học kỹ thuật về lĩnh vực vật liệu xây dựng.
Tác giả xin trân trọng cám ơn Hội đồng Khoa học – Đào tạo Khoa Cơ
điện và Công trình Trường Đại học Lâm nghiệp đã đóng góp những ý kiến quý
báu, giúp cho tập bài giảng này được hoàn thiện hơn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do trình độ có hạn và một số lý do
khác, tập bài giảng này không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót nhất định.
Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học, các chuyên
gia và các bạn đồng nghiệp để tập bài giảng này ngày càng hoàn thiện hơn. Các
ý kiến đóng góp xin gửi về địa chỉ: Bộ môn Kỹ thuật Công trình, Khoa Cơ điện
và Công trình – Trường Đại học Lâm nghiệp.
Tác giả
4
5
Chương 1
NHỮNG TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
1.1. Khái niệm chung
Vật liệu xây dựng là các vật thể vật lý, được sử dụng để xây dựng các
công trình. Sự tồn tại của vật liệu xây dựng được xác định bằng các thông số vật
lý đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của chúng (khối lượng thể tích, khối
lượng riêng, độ rỗng, độ xốp…).
Khi đã được sử dựng vào công trình xây dựng, vật liệu phải chịu các tác
động mang tính chất cơ – lý – hóa… của tải trọng và của môi trường, gây nên
những ảnh hưởng có hại đến vật liệu, chúng có thể làm hư hỏng vật liệu và dẫn
đến phá hoại kết cấu, phá hoại công trình.
Để không xảy ra các hiện tượng hư hỏng và phá hoại nêu trên, vật liệu
xây dựng phải đáp ứng được những yêu cầu sau:
- Có đủ khả năng chịu được tải trọng yêu cầu theo thiết kế;
- Đảm bảo được tính ổn định cần thiết chống lại những ảnh hưởng có hại
của các nhân tố môi trường trong suốt quá trình sử dụng.
Để có thể sử dụng vật liệu xây dựng đảm bảo được các yêu cầu trên,
những tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng cần quan tâm nghiên cứu là: Khả
năng chịu tải; Khả năng ổn định chống lại tác động của các nhân tố môi trường;
Các thông số vật lý đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của vật liệu.
Để thuận lợi cho việc nghiên cứu và sử dụng vật liệu xây dựng, có thể
chia các tính chất cơ bản của chúng thành các nhóm như sau:
- Nhóm các thông số đặc trưng cho thành phần và cấu trúc của vật liệu;
- Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nước;
- Nhóm tính chất vật lý liên quan đến nhiệt;
- Nhóm tính chất cơ học;
- Nhóm tính chất hóa học;
- Tính công tác;
- Tuổi thọ…
Các tính chất của vật liệu xây dựng được quyết định bởi thành phần và
cấu trúc nội bộ của chúng. Khi cấu trúc và thành phần của vật liệu thay đổi thì
tính chất của chúng cũng sẽ thay đổi theo. Đây chính là cơ sở để đưa ra những
giải pháp nhằm cải thiện tính chất của vật liệu cũng như để phát triển công nghệ
vật liệu mới.
6
Việc xác định các tính chất của vật liệu xây dựng được tiến hành theo các
quy trình chặt chẽ đã được quy định trong các tiêu chuẩn Nhà nước, tiêu chuẩn
ngành hoặc tiêu chuẩn Quốc tế.
1.2. Các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng
1.2.1. Khối lượng riêng ρ
Khối lượng riêng ρ là khối lượng của 1 đơn vị
thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc và được
xác định bằng công thức sau:
Va
G
; (g/cm3
)
Trong đó: G - khối lượng của vật liệu (g)
(Va) -Thể tích của vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (cm3
)
Khối lượng riêng ρ chỉ phụ thuộc vào thành
phần và cấu trúc vi mô của vật liệu nên nó chỉ biến
động trong phạm vi rất nhỏ. Nó được dùng để phân
biệt các loại vật liệu có hình thức bề ngoài giống nhau.
Khối lượng riêng ρ được xác định bằng
phương pháp xấy và cân như sau:
- Đối với vật liệu hoàn toàn đặc: Gia công mẫu
hình học rồi đo đếm và cân;
- Đối với vật liệu rỗng: Nghiền nhỏ đến kích
thước các hạt vật liệu d < 0,2mm rồi cân trong bình
tỷ trọng (Hình 1.1.);
- Đối với vật liệu lỏng, nhớt: Dùng phù kế.
1.2.2. Khối lượng thể tích γ
Khối lượng thể tích γ là khối lượng của 1 đơn vị thể tích vật liệu ở trạng
thái tự nhiên (có cả các lỗ rỗng), được xác định bằng công thức sau:
V0
G
; (g/cm3
)
Trong đó: G – Khối lượng của vật liệu, (g); V0 – Thể tích của vật liệu, (cm3
)
Bảng 1.1. Khốilượng riêngρvà khối lượng thể tích γ của một sốloại vật liệu xây dựngthông dụng
Loại vật liệu ρ (g/cm3
) γ (g/cm3
)
Nước ở 2770K (4
0C) 1,0 1,0
Đá granit 2,7 – 2,8 2,6 – 2,8
Gỗ 1,52 – 1,58 0,4 – 1,28
Gạch đất sét nung 2,65 – 2,70 1,5 – 1,8
Cát thạch anh 2,65 1,4 – 1,65
Kính 2,45 – 2,65 2,45 – 2,65
Thép xây dựng 7,8 – 7,85 7,8 – 7,85
Hình 1.1. Bình tỷ trọng
7
Khối lượng thể tích γ phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc và độ ẩm của
vật liệu nên nó biến động trong phạm vi tương đối rộng và được xác định bằng
phương pháp như sau:
+ Xác định G :
- Dùng phương pháp cân thông thường.
+ Xác định V0:
- Đối với nhóm các vật liệu có dạng hình học rõ ràng hoặc có thể gia công
được theo mẫu hình học rõ ràng thì tiến hành gia công và đo trực tiếp bằng thước;
- Đối với nhóm các vật liệu không có dạng hình học rõ ràng thì tiến hành
bọc sáp paraphin rồi cân thủy tĩnh;
- Đối với nhóm các vật liệu vụn rời, vật liệu lỏng thì dùng ca, thùng để
định hình. Vật liệu được rót vào ca, thùng với góc rót nghiêng theo quy định là
450 và ở độ cao 10cm.
Ý nghĩa của khối lượng thể tích γ:
Khối lượng thể tích γ được dùng để đánh giá sơ bộ một số tính chất của
vật liệu như độ rỗng, khả năng hút nước, khả năng truyền nhiệt…, đồng thời
khối lượng thể tích còn được sử dụng để tính toán thành phần hỗn hợp vật liệu,
tính toán khối lượng vận chuyển…
1.2.3. Độ rỗng r
Độ rỗng r là một thông số biểu thị mức độ các lỗ rỗng có trong vật liệu,
nó được tính bằng tỷ số giữa thể tích lỗ rỗng có trong vật liệu (Vr) với thể tích tự
nhiên của vật liệu (V0):
V0
V
r
r
, .100(%)
V0
V
r
r
Nếu thay Vr = V0 – Va thì ta có:
11
0 0
0
0 V
V
V
VV
V
V
r
r a a
hoặc
%100.1
r
Độ rỗng r của vật liệu có thể biến đổi trong một phạm vi rất rộng, là tính
chất quan trọng của vật liệu vì nó ảnh hưởng đến các tính chất khác của vật liệu
như cường độ, độ hút nước, khả năng chống thấm, chống ăn mòn, truyền nhiệt,
cách âm…
Mức độ ảnh hưởng của độ rỗng r đến các tính chất khác của vật liệu phụ
thuộc vào trị số độ rỗng r và đặc điểm cấu trúc của các lỗ rỗng (kín, hở, thông
nhau…).
8
1.2.4. Độ mịn
Độ mịn (hay còn được gọi là độ lớn) là chỉ tiêu kỹ thuật để đánh giá kích
thước hạt của các vật liệu dạng hạt rời rạc.
Độ mịn của vật liệu thay đổi sẽ làm thay đổi mức độ phân tán, thay đổi độ
rỗng, dẫn đến làm thay đổi tính chất của vật liệu.
Độ mịn được xác định bằng phương pháp sàng và được biểu thị bằng %
hàm lượng hoặc bằng tỷ diện tích (cm2
/g) của từng cỡ hạt.
1.3. Các tính chất vật lý có liên quan đến nước
1.3.1. Độ ẩm W
Độ ẩm W là thông số biểu thị mức độ chứa nước trong vật liệu, được tính
bằng tỷ lệ phần trăm của khối lượng nước có thực trong vật liệu tại thời điểm thí
nghiệm so với khối lượng của vật liệu không chứa nước (vật liệu khô tuyệt đối):
(%)100.
k
n
G
G
W hay
(%)100.
k
kâ
G
GG
W
Trong đó: Gn – Khối lượng nước có trong vật liệu tại thời điểm tiến hành
thí nghiệm; Gk – Khối lượng vật liệu ở trạng thái khô tuyệt đối; Gâ – Khối lượng
vật liệu ở trạng thái ẩm.
Khi tồn tại trong không khí, vật liệu có thể hút hay nhả hơi ẩm tùy thuộc
vào sự chênh lệch áp suất hơi nước và sẽ làm thay đổi độ ẩm W, dẫn đến làm
thay đổi một số tính chất của vật liệu như cường độ, khả năng cách nhiệt, cách
âm….
1.3.2. Độ hút nước Hp, Hv
Độ hút nước (theo khối lượng Hp hoặc theo thể tích Hv) là khả năng hút và
giữ nước của vật liệu ở điều kiện bình thường, được tính bằng các công thức sau:
100. %100.
G
GG
G
G
H
n u
p
hay
%100.
.
100.
0 V0
GG
V
V
H
n
n u
v
Trong đó: Gn và Vn – Khối lượng và thể tích nước được hút và giữ trong
vật liệu; G và V0 – Khối lượng và thể tích vật liệu ở trạng thái khô tuyệt đối; Gu
– Khối lượng vật liệu ở trạng thái ướt; ρn – Khối lượng riêng của nước.
Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc biệt là cấu trúc của
lỗ rỗng (lỗ rỗng kín, hở, thông nhau...). Độ hút nước theo khối lượng Hp có thể
lớn hơn 100%, nhưng độ hút nước theo thể tích Hv luôn nhỏ hơn 100%.
Giữa Hp và Hv có quan hệ như sau:
p nn
v
V
G
H
H
.
0
hay
p
n
v HH
9
1.3.3. Độ bão hòa nước Hp
max , Hv
max
Độ bão hòa nước của vật liệu là độ hút nước cực đại Hp
max ; Hv
max của vật liệu.
Phương pháp xác định :
- Phương pháp nhiệt độ: Đun sôi mẫu thí nghiệm trong 4h rồi vớt mẫu ra
xác định độ bão hòa;
- Phương pháp áp suất: Hạ áp suất trong bình đựng mẫu xuống đến
20mm thủy ngân đến khi hết bọt khí, để sau 2h thì vớt mẫu ra rồi xác định độ
bão hòa.
Hệ số bão hòa Cbh: Để đánh giá mức độ bão hòa của nước trong các lỗ
rỗng của vật liệu có thể dùng Hệ số bão hòa theo các công thức sau:
r
n
bh V
V
C
; Có thể biến đổi như sau:
r
H
VV
VV
V
V
C
v
r
n
r
n
bh
0
0
/
/
;
Hệ số bão hòa Cbh có thể = 0 ÷ 1.
1.3.4. Hệ số mềm Km
Hệ số mềm biểu thị mức độ giảm độ cứng (cường độ) của vật liệu khi bị
ẩm ướt và được tính theo công thức sau:
R
R
K
bh
m
; Các vật liệu xây dựng thường có Km ≤ 1.
Trong đó: Rbh – Cường độ của vật liệu ở trạng thái bão hòa nước; R -
Cường độ của vật liệu ở trạng thái khô.
Hệ số mền Km được dùng để phân loại vật liệu xây dựng theo tính bền
nước:
- Nếu Km ≥ 0,75 – Vật liệu được coi là bền nước và có thể sử dụng được
ở nơi ẩm ướt;
- Nếu Km = 0,1÷ 0,15 - Vật liệu được coi là kém bền nước nên chỉ có thể
sử dụng chỉ ở nơi khô ráo.
1.3.5. Tính thấm nước
Tính thấm nước của vật liệu là tính chất của vật liệu cho nước thấm qua
chiều dày của nó khi có sư chênh lệch áp suất thủy tĩnh giữa hai bề mặt.
Tính thấm nước của vật liệu được biểu thị bằng Hệ số thấm Kth và tính
theo công thức:
tppS
aV
K
n
th
.
.
21
; (m/h).
10
Trong đó: Vn – Vận tốc thấm nước trong vật liệu; a – Chiều dày của vật
liệu; S – Diện tích mặt cắt ngang của dòng thấm; p1 và p2 – Áp suất thủy tĩnh ở
mặt trước và mặt sau của tấm vật liệu; t – Thời gian thấm.
Khi S = 1m2
, a = 1m, t = 1h, (p1 – p2) = 1m cột nước thì Kth = Vn.
Tính thấm nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng và cấu trúc của các lỗ
rỗng trong vật liệu.
Mác chống thấm của vật liệu được đặc trưng bởi độ chênh lệch áp suất
thủy tĩnh tối đa (p1 – p2)max mà vật liệu chưa cho nước thấm qua.
1.3.6. Độ co ngót
Độ co ngót là tính chất của một số loại vật liệu thay đổi thể tích khi độ ẩm
của chúng thay đổi.
Nguyên nhân gây nên sự co ngót của vật liệu là:
- Khi độ ẩm W giảm: Chiều dày lớp nước hấp phụ (lớp vỏ hydrat) bao
quanh các phần tử của vật liệu giảm, làm cho lực mao dẫn bên trong kéo các
phần tử của vật liệu xích lại gần nhau hơn gây nên hiện tượng co.
- Khi độ ẩm W tăng: Do các phân tử H2O có cực thâm nhập vào các lỗ
rỗng và đẩy các phần tử của vật liệu ra xa nhau, làm cho lớp vỏ hyddrat tăng lên
gây nên hiện tượng nở.
Độ co ngót do thay đổi độ ẩm của vật liệu được đặc trưng bằng độ thay
đổi chiều dài của vật liệu (mm/m) như Bảng 1.2:
Bảng 1.2. Độ co ngót của một số loại vật liệu xây dựng
Tên vật liệu Độ co ngót (mm/m)
Gỗ (ngang thớ) 30 – 100
Bê tông xốp 1 – 3
Vữa xây dựng 0,5 – 1
Gạch đất sét 0,03 – 0,1
Bê tông nặng 0,3 – 0,7
Đá granit 0,02 – 0,06
Những vật liệu có độ rỗng lớn, có khả năng hút ẩm cao sẽ có độ co ngót lớn.
Khi độ ẩm W thay đổi thường xuyên sẽ gây nên hiện tượng co nở lặp đi lặp
lại, làm phát sinh các vết nứt, dẫn đến phá hoại công trình.
1.4. Các tính chất vật lý có liên quan đến nhiệt
1.4.1. Tính truyền nhiệt
Tính truyền nhiệt là tính chất để cho nhiệt lượng Q truyền qua chiều dày
của khối vật liệu từ phía mặt có nhiệt độ cao sang phía mặt có nhiệt độ thấp.
11
Khi Độ truyền nhiệt ổn định thì nhiệt lượng truyền qua khối vật liệu dạng
tấm phẳng sẽ là:
a
ZttF
Q
21
; (Kcal).
Trong đó: λ – Hệ số truyền nhiệt của vật liệu; F – Diện tích bề mặt truyền
nhiệt; t1 và t2 – Nhiệt độ ở mặt trước và mặt sau của tấm vật liệu; Z – Thời gian
truyền nhiệt; a – Chiều dày của tấm vật liệu dẫn nhiệt.
Khi F = 1m2
, a =1m, Z = 1h, (t2 –t1) = 10C thì Hệ số truyền nhiệt λ = Q.
Hệ số truyền nhiệt λ phụ thuộc vào khối lượng thể tích , độ rỗng r, cấu
trúc lỗ rỗng, độ ẩm W và nhiệt độ trung bình của bản thân vật liệu.
Do không khí có hệ số truyền nhiệt λ nhỏ (λ = 0,02 Kcal/m.0C.h) nên khi
độ rỗng r của vật liệu càng lớn (khối lượng thể tích càng nhỏ)sẽ làm cho hệ số
truyền nhiệt λ của vật liệu càng nhỏ. Sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt λ vào
khối lượng thể tích của vật liệu được xác định bằng công thức thực nghiệm của
V.P. Nhekraxov:
,00196,0 22 ,014 2
; (Kcal/m.0C.h)
Khi trong vật liệu có các lỗ rỗng hở sẽ xảy ra hiện tượng đối lưu không
khí, làm cho hệ số truyền nhiệt λ của vật liệu tăng lên.
Sự phụ thuộc của hệ số truyền nhiệt λ vào độ ẩm W của vật liệu là do hệ
số truyền nhiệt của nước (λ = 0,51 Kcal/m.0C.h) lớn gấp 25 lần hệ số truyền
nhiệt λ của không khí nên khi độ ẩm W tăng, tức là lượng nước có trong vật liệu
tăng, làm cho hệ số truyền nhiệt λ của vật liệu cũng tăng:
w .W
; (Kcal/m.0C.h)
Trong đó: λ Hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở trạng thái khô; ∆λ – Gia số
truyền nhiệt ứng với mỗi % tăng của độ ẩm W theo thể tích, (Kcal/m.0C.h).
Đối với vật liệu hữu cơ : ∆λ = 0,003 (Kcal/m.0C.h).
Đối với vật liệu vô cơ : ∆λ = 0,002 (Kcal/m.0C.h).
Sự phụ thuộc của Hệ số truyền nhiệt λ vào nhiệt độ trung bình t của vật
liệu được thể hiện qua công thức sau:
t
t 0 .1
; (Kcal/m.0C.h).
(Công thức này chỉ phù hợp khi t < 1000C ).
Trong đó: λ0 – Hệ số truyền nhiệt của vật liệu ở 00C; α – Hệ số gia tăng
của hệ số truyền nhiệt ứng với sự thay đổi nhiệt độ 10C; α = 0,0025.
12
Ý nghĩa của ệ số truyền nhiệt λ: Hệ số truyền nhiệt λ được dùng để tính
toán lựa chọn vật liệu, tính toán chiều dày các cấu kiện cách nhiệt.
1.4.2. Nhiệt dung và nhiệt dung riêng
Nhiệt dung Q là lượng nhiệt hấp thụ hay giải phóng khi vật liệu được
nung nóng hay làm nguội.
Nhiệt dung của vật liệu được tính bằng công thức sau:
12
..
ttGCQ
; (Kcal).
12
ttG
Q
C
; (Kcal/kg.0C)
Trong đó: C – Nhiệt dung riêng của vật liệu; G – Khối lượng vật liệu; t2
và t1 – Nhiệt độ của vật liệu sau và trước khi nung nóng hoặc làm nguội.
Khi G = 1kg, (t2 – t1) = 10C thì C = Q – chính là nhiệt dung riêng của vật
liệu. Như vậy, Nhiệt dung riêng C là lượng nhiệt hấp thụ hay giải phóng khi
nung nóng hay làm nguội một đơn vị khối lượng vật liệu (1kg) lên 10C:
Mỗi loại vật liệu có nhiệt dung riêng biệt. Nhiệt dung riêng của vật liệu
hỗn hợp Chh được tính theo công thức:
n
nn
hh GGG
GCGCGC
C
.....
.....
21
2211
; (Kcal/kg.0C).
Trong đó: C1, C2…Cn – Nhiệt dung riêng của các vật liệu thành phần; G1,
G2 …Gn – Khối lượng của các vật liệu thành phần.
Nhiệt dung riêng của nước rất lớn (Cn = 1Kcal/kg.0C) nên độ ẩm có ảnh
hưởng đáng kể đến nhiệt dung riêng của vật liệu. Sự phụ thuộc của nhiệt dung
riêng vào độ ẩm của vật liệu được thể hiện qua công thức sau :
W
CWC
C
n
W
,01 01.
,0 01 ..
; (Kcal/kg.0C).
Trong đó: Cw và C – Nhiệt dung riêng của vật liệu ở trạng thái ẩm và trạng
thái khô tuyệt đối; W – Độ ẩm của vật liệu; Cn – Nhiệt dung riêng của nước.
Nhiệt dung và nhiệt dung riêng được sử dụng trong tính toán nhiệt lượng
cho gia công nhiệt của vật liệu, hoặc dùng để lựa chọn vật liệu xây dựng các
trạm nhiệt.
1.4.3. Tính chống cháy và tính chịu lửa
a) Tính chống cháy
Tính chống cháy là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn
lửa trong một khoảng thời gian nhất định.
13
Dựa vào tính chống cháy có thể chia vật liệu xây dựng thành 3 nhóm sau:
- Nhóm vật liệu không cháy: Là nhóm vật liệu không bắt lửa, không cháy
âm ỷ và không bị cacbon hóa dưới tác dụng của ngọn lửa hoặc nhiệt độ cao.
Đa số những vật liệu không cháy thường ít bị biến dạng khi nhiệt độ cao.
- Nhóm vật liệu khó cháy: Là nhóm vật liệu mà dưới tác dụng của ngọn lửa
hoặc nhiệt độ cao có thể bị bắt lửa, cháy âm ỷ và bị cacbon hóa một cách khó
khăn. Khi bỏ nguồn gây cháy (ngọn lửa) thì các hiện tượng trên cũng kết thúc.
- Nhóm vật liệu dễ cháy: Là nhóm vật liệu mà dưới tác dụng của ngọn lửa
hoặc nhiệt độ cao sẽ bắt lửa, tiếp tục cháy và cacbon hóa ngay cả khi đã bỏ
nguồn lửa.
Hầu hết các vật liệu hữu cơ đều thuộc nhóm vật liệu dễ cháy.
b) Tính chịu lửa
Tính chịu lửa là tính chất của vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của
nhiệt độ cao mà không bị cháy và không bị biến dạng.
Theo khả năng chịu lửa vật liệu được chia thành 3 nhóm:
- Vật liệu chịu lửa: Là loại vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt
độ >15800C (gạch chịu lửa sa mốt, đi na…dùng để lót lò cao);
- Vật liệu khó cháy: Là loại vật liệu chịu được nhiệt độ 1350 ÷ 15800C
(Các loại gạch đặc xây vỏ lò cao, ống khói…);
- Vật liệu dể cháy: Là loại vật liệu chịu được nhiệt độ < 13500C (gạch đất
sét thường…).
1.5. Các tính chất cơ học của vật liệu xây dựng
1.5.1. Tính biến dạng
Tính biến dạng là tính chất của vật liệu có thể thay đổi hình dạng và kích
thước dưới tác dụng của ngoại lực.
Bản chất của hiện tượng biến dạng là dưới tác dụng của ngoại lực, vị trí
cân bằng của các chất điểm trong vật liệu bị thay đổi hoặc bị phá vỡ, gây nên sự
chuyển vị tương đối của các chất điểm trong vật liệu.
Dựa vào đặc tính biến dạng có thể chia biến dạng thành 2 loại là biến
dạng đàn hồi và biến dạng dẻo.
a) Biến dạng đàn hồi
Biến dạng đàn hồi là loại biến dạng mà sẽ mất đi khi ngoại lực ngừng tác
dụng, khi đó vật liệu sẽ khôi phục lại hình dạng và kích thước ban đầu. Tính
chất này của vật liệu gọi là tính đàn hồi.
14
Biến dạng đàn hồi xuất hiện khi ngoại lực tác dụng chưa vượt quá lực
tương tác giữa các chất điểm trong vật liệu. Công của ngoại lực sẽ chuyển hóa
thành nội năng dưới dạng năng lượng đàn hồi.
Khi ngoại lực ngừng tác dụng thì nội năng (năng lượng đàn hồi) sẽ sinh
công để khôi phục vị trí cân bằng ban đầu cho các chất điểm, vật liệu sẽ khôi
phục lại hình dạng ban đầu và làm cho biến dạng bị triệt tiêu.
Biến dạng đàn hồi chỉ xảy ra khi vật liệu chịu tải trọng nhỏ trong một thời
gian ngắn.
Tính đàn hồi của vật liệu được đặc trưng bởi Mô đun đàn hồi Eđh :
Edh
; (daN/cm2 hay Mpa);
l
l
Trong đó : σ - Ứng suất trong vật liệu ở giai đoạn đàn hồi, (daN/cm2 hay
Mpa); ε – Biến dạng đàn hồi tương đối; l – Độ biến dạng tuyệt đối của vật liệu,
(mm); l – Chiều dài ban đầu của vật liệu, (mm).
b) Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo là loại biến dạng mà không bị mất đi khi ngoại lực ngừng
tác dụng, vật liệu không khôi phục lại được hình dạng và kích thước ban đầu.
Tính chất này của vật liệu được gọi là tính dẻo.
Biến dạng dẻo xuất hiện khi ngoại lực tác dụng vượt quá lực tương tác
giữa các chất điểm trong vật liệu, gây nên sự phá hoại cục bộ hay toàn bộ cấu
trúc vật liệu. Lúc này công của ngoại lực không chuyển hóa thành nội năng mà
được dùng để phá hoại cấu trúc của vật liệu, do đó khi ngoại lực ngừng tác dụng
thì biến dạng sẽ không bị triệt tiêu.
Căn cứ vào đặc điểm của hiện tượng biến dạng trước khi bị phá hoại, vật
liệu được chia thành vật liệu dẻo và vật liệu giòn.
Vật liệu dẻo là vật liệu mà trước khi bị phá hoại có biến dạng rất rõ rệt
(Thép, nhôm, đồng, Bitum… );
Vật liệu giòn là loại vật liệu mà trước khi bị phá hoại không thấy có biến
dạng rõ rệt (Gang, Đá tự nhiên, Bê tông…).
Tính dẻo và tính giòn của vật liệu phụ thuộc vào nhiều nhân tố như nhiệt
độ, lượng ngậm nước (độ ẩm), tốc độ tăng lực…(Thí dụ như Bitum, đất sét…).
Để tiến hành nghiên cứu, vật liệu đàn hồi được mô hình hóa dưới dạng
một chiếc lò xo. Biến dạng đàn hồi của vật liệu đàn hồi lý tưởng sẽ tuân theo
định luật Huc.
15
Biến dạng dẻo tương đối của vật liệu dẻo lý tưởng tuân theo định luật
Niuton :
.t
; (%).
Trong đó: τ - Ứng suất trượt, (daN/cm2 hay Mpa); t – Thời gian, (s); η –
Độ nhớt, (daN/cm2
.s hay Mpa.s).
Đối với vật liệu vừa có tính dẻo, vừa có tính đàn hồi thì biến dạng tổng
hợp ε của nó sẽ là:
đh d hay
t
E
.
Trong quá trình chịu tải trọng, ở một số loại vật liệu có khả năng xuất hiện
hiện tượng từ biến và hiện tượng chùng ứng suất.
Hiện tượng từ biến là hiện tượng khi một ngoại lực không đổi tác dụng
lâu dài lên vật liệu gây nên biếng dạng tăng dần theo thời gian.
Nguyên nhân gây nên hiện tượng từ biến là do có sự tồn tại của một số bộ
phận phi tinh thể trong vật liệu có tính chất gần giống với chất lỏng, hoặc bản
thân mạng lưới tinh thể có khuyết tật (hiện tượng sai lệch cấu trúc).
Hiện tượng chùng ứng suất là hiện tượng mà biến hình của vật liệu không
thay đổi theo thời gian dưới tác dụng của ngoại lực, nhưng ứng suất trong vật
liệu lại giảm dần theo thời gian.
Nguyên nhân của hiện tượng chùng ứng suất là do một bộ phận vật liệu có
biến hình đàn hồi chuyển dần sang biến dạng dẻo, năng lượng đàn hồi biến
thành nhiệt năng, thoát ra ngoài và mất đi.
1.5.2. Cường độ
Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại do tải trọng gây
ra và được biểu thị bằng ứng suất tới hạn khi mẫu vật bị phá hoại.
Tương ứng với dạng tải trọng là loại cường độ (Kéo, nén, uốn, cắt…).
Cường độ là chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng nhất để đánh giá chất lượng của
vật liệu dùng trong các kết cấu chịu lực và được dùng làm căn cứ chủ yếu để
định ra mác vật liệu.
Cường độ của vật liệu được xác định bằng phương pháp thí nghiệm phá
hoại mẫu và tính toán bằng các công thức trong môn học sức bền vật liệu:
- Cường độ chịu nén:
F
P
Rn
max
, (daN/cm2 hay MPa);
- Cường độ chịu kéo:
F
P
Rk
max
, (daN/cm2 hay MPa);