Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngChương 1NHỮNG TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG.1.1 Khái niệm chung về tính chất của Vật liệu xây dựng.1.1.1 Phân loại tính chất của vật liệu xây dựng.Yêu cầu về tính chất của VLXD là rất đa dạng. VLXD trong công trình chịu tác động:- Của tải trọng bên ngoài: gây ra biến dạng và ứng suất trong vật liệu.- Của môi trường: tác dụng vật lý, hoá học như không khí, hơi nước, nuớc, các chất tan trong nước,nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, vi sinh vật …Một số trường đối với vật liệu còn có những yêu cầu riêng về nhiệt, âm, chống phóng xạ …Vì vậy, để kết cấu công trình được làm việc an toàn thì trước tiên vật liệu phải có tính chất cơ họcyêu cầu [tính biến dạng, cường độ, độ cứng …]Người ta phân loại tính chất vật liệu xây dựng theo các nhóm:1.1.1.1 Tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúcLà những tính chất đặc trưng cho quá trình công nghệ, thành phần pha, thành phần khoáng hóa:khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ đặc, độ mịn …1.1.1.2 Những tính chất vật lý:Xác định mối quan hệ của vật liệu với môi trường như tính chất có liên quan đến nước, nhiệt, điện,âm, tính lưu biến của vật liệu nhớt và dẻo …1.1.1.3 Những tính chất cơ họcXác định quan hệ của vật liệu với biến dạng và sự phá huỷ của nó dưới tác dụng tải trọng, nhưcường độ, độ cứng, dộ dẻo, …1.1.1.4 Các tính chất hoá họcCó liên quan đến những biến đổi hoá học và độ bền vững của vật liệu đối với tác dụng ăn mòn hoáhọc.Để tránh được ảnh hưởng của những yếu tố khách quan trong quá trình thí nghiệm, các tính chấtcủa vật liệu phải được xác định theo điều kiện và phương pháp chuẩn. Khi đó tính chất được xác định gọilà những tính chất tiêu chuẩn.- Tuân theo những quy định của nhà nước – TCVN.- Tiêu chuẩn cấp ngành, cấp bộ.Tiêu chuẩn có thể thay đổi tuỳ theo trình độ sản xuất và yêu cầu sử dụng vật liệu. Đối với một sốVLXD còn chưa có tiêu chuẩn VN, còn sử dụng các tiêu chuẩn nước ngoài.1.1.2 Sự phụ thuộc của tính chất vào cấu trúc và thành phần:1.1.2.1 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất:Khái niệm về cấu trúc:- Cấu trúc vĩ mô.- Cấu trúc vi mô.- Cấu trúc trong [cấu tạo chất].8Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngNghiên cứu cấu trúc là để hiểu được tính chất và cưới cùng là quyết định một vấn đề thực tế quantrọng: sử dụng vật liệu ở dâu, như thế nào để hiệu quả kinh tế – kỹ thuật là tốt nhất.Cấu trúc vĩ mô: Là cấu trúc bằng mắt thường ta có thể phân biệt được các dạng cấu trúc. Như: đánhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trức dạng sợi, dạng hạt rời …- Vật liệu đá nhân tạo đặc: gạch, gốm, sành, bê tông nặng … Có cường độ cao, khả năng chốngthấm tốt, chống ăn mòn … Tuy nhiên loại này thường nặng nề, tính chất về âm, về nhiệt kémhơn.- Vật liệu cấu tạo rỗng, tổ ong: Bê tông khí, bê tông bọt, chất dẻo tổ ong. Loại vật liệu này cótính chất là khả năng cách âm và cách nhiệt tốt, nhẹ hơn so với vật liệu đặc. Nhưng khả năngchịu lực kém, chống thấm và ăn mòn kém hơn vật liệu đặc.- Vật liệu dạng sợi, lớp: gỗ, bông khoáng, bông thủy tinh, tấm sợi gỗ ép …Có cường độ, độ dẫnnhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương dọc và thớ ngang [tính dị hướng].- Vật liệu hạt rời: Cốt liệu cho bê tông [cát, đá, sỏi, đá dăm], vật liệu dạng bột [xi măng, bột vôisống …]. Tính chất rất đa dạng phụ thuộc vào kích thước hạt, thành phần, độ rỗng, trạng thái bềmặt hạt.Cấu trúc vi mô: Chỉ quan sát được bằng kính hiển vi. Gồm 2 loại: cấu tạo tinh thể hay vô định hình.Cấu tạo tinh thể và vô định hình chỉ là hai trạng thái khác nhau của một chất. Dạng tinh thể có độbền và độ ổn định lớn hơn dạng vô định hình. Cấu tạo tinh thể là có nhiệt độ nóng chảy [ở áp suất khôngđổi] có dạng hình học nhất định. [Cùng một chất nhưng có thể tồn tại ở các dạng tinh thể khác nhau –dạng thù hình]Cấu trúc tinh thể:- Tính chất của đơn tinh thể: các tinh thể giống nhau sắp xếp theo một trật tự vì vậy tính chất củavật liệu này [cường độ, tính dẫn nhiệt, dẫn điện…] không giống nhau theo các phương khácnhau [dị hướng].- Tính chất đa tinh thể: gồm những tinh thể khác nhau sắp xếp không theo một trật tự nhất định,những vật liệu như vậy được coi như là vật liệu đẳng hướng. Trong xây dựng người ta thườngsử dụng những vật liệu đá đa tinh thể.Cấu trúc trong: được quan sát bằng những thiết bị hiện đại [kính hiển vi điện tử, phân tích tiarơnghen]. Cấu tạo bên trong của các chất đặc trưng bằng cấu tạo nguyên tử, phân tử, hình dáng kíchthước tinh thể, liên kết nội bộ giữa chúng. Cấu tạo bên trong quyết định cường độ, độ cứng, độ bền nhiệtvà các tính chất quan trọng khác.1.1.2.2 Quan hệ giữa thành phần và tính chất:VLXD được đặc trưng bằng 3 thành phần:- Thành phần hóa học.- Thành phần khoáng vật.- Thành phần pha.Thành phần hóa học: Được biểu thị bằng % hàm lượng các ôxit có trong vật liệu. Riêng đối với kimloại nó biểu thị bằng hàm lượng nguyên tố hóa học. Nó cho phép phán đoán hàng loạt các tính chất củaVLXD: Tính chịu lửa, bèn sinh vật, các đặc trưng cơ học và các đặc tính cơ học khác.Đối với các vật liệu nhân tạo, dựa vào thành phần hoá học của nó, người ta có thể lựa chọn thànhphần nguyên liệu sản xuất.9Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngThành phần hóa học thường được xác định bằng phân tích hóa học.Thành phần khoáng vật: Biểu thị bằng % hàm lượng khoáng vật trong vật liệu.Khoáng vật là cácôxit vô cơ trong vật liệu thường tồn tại độc lập mà kết hợp với nhau tạo ra các muối kép. Các muối kép đóđược gọi là khoáng vật.VD: Trong xi măng [xi măng Pooclăng] có 4 khoáng vật:3CaO.Al2O3 ; 3CaO.SiO2 ; 2CaO.SiO2 ; 4CaO.Al2O3.F2O3.Ý nghĩa của thành phần khoáng vật: Quyết định các tính chất cơ bản của vật liệu [VD:3CaO.Al2O3; 3CaO.SiO2 quyết định tính đóng rắn nhanh, chậm của xi măng Pooclăng]. Việc xác địnhthành phần khoáng vật là rất phức tạp, đặc biệt là về mặt định lượng.Thành phần pha: [pha răn, pha lỏng, pha khí]. Đa số các vật liệu khi làm việc đều tồn tại ở pha rắn.Nhưng vật liệu không phải là đặc hoàn toàn mà luôn chứa một số lỗ rỗng nên ngoài pha rắn còn có cả phakhí [khí khô] và pha lỏng [khí ẩm]. Tỷ lệ của các pha này trong vật liệu có ảnh hưởng đến chất luợng củanó, đặc biệt là các tính chất về âm, nhiệt, tính chống ăn mòn, cường độ, …1.2 Các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng.1.2.1 Khối lượng riêng.1.2.1.1 Định nghĩaKhối lượng riêng vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc.Khối lượng riêng được ký hiệu bằng a và tính theo công thức:Ga g/cm3 ; kg/l ; kg/m3 ; t/m3.Va[1-1]Trong đó:G - Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô, g , kg , t;Va : Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu, cm3 , m3 , l.1.2.1.2 Cách xác địnhXác định khối lượng của vật liệu được thể hiện bằng cách sấy mẫu thí nghiệm ở nhiệt độ 105 C đến110C cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới 0,1g. Còn thể tích thì tuỳ theo từng loạivật liệu mà có cách xác định riêng. Đối với vật liệu đặc [thép, kính] hình dạng hình học rõ ràng thi ta cóthể đo và tính bằng công thức hình học. Vật liệu đặc không có hình dạng hình học rõ ràng thì ta có thểdùng phương pháp chiếm chỗ trong chất lỏng.Đối với vật liệu có lỗ rỗng [gạch, bêtông, cát, đá …] thì đươc xác định bằng phương pháp bình tỷtrọng. Mẫu được sấy khô, nghiền nhỏ tới cỡ hạt < 0,2mm sau đó cho vào bình tỷ trọng.Khối lượng riêng của vật liệu phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc vi mô của nó, không phụ thuộcvào thành phần pha.1.2.2 Khối lượng thể tích:1.2.2.1 Định nghĩaKhối lượng thể tích là khối lượng của một đơn vị thể tích ở trạng thái tự nhiên [kể cả các lỗ rỗng].Khối lượng thể tích được ký hiệu bằng 0G 0 g cm 3 ; kG l ; kG m 3 ; t m 3 .V0[1-2]10Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngTrong đóG - Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô, g , kg , t;V0 - Thể tích tự nhiên của vật liệu, cm3 , m3 , l.1.2.2.2 Cách xác địnhXác định khối lượng được thực hiện bằng cách cân, còn thể tích V0 thì tuỳ theo loại vật liệu màdùng một trong ba cách sau: vật liệu có kích thước hình học thì dùng cách đo; đối với vật liệu không cókích thước rõ ràng thì dùng phương pháp chiếm chỗ trong chất lỏng; đối với vật liệu rời thì đổ vật liệu từmột chiều cao nhất định xuống một cái ca thể tích biết trước.Khối lượng thể tích dao động trong một khoảng khá rộng. Đối với cùng một loại vật liệu nếu có cấutrúc khác nhau thì có khối lượng riêng khác nhau.Khối lượng thể tích được dùng nhiều trong tính toán trọng lượng bản thân kết cấu.1.2.3 Độ rỗng1.2.3.1 Định nghĩaĐộ rỗng là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự nhiên của vật liệu. Độ rỗng được ký hiệubằng r.Vr rV0hoặcr[1-3]Vr.100%V0Trong đóVr- Thể tích tất cả của các lỗ rỗng trong vật liệu;V0- Thể tích tự nhiên của vật liệu.VìVr = V0 – VaNênV VaVr 01 a 1 0V0V0a r 1 0 .100% a hoặcLỗ rỗng trong vật liệu gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở, lỗ rỗng hở là lỗ rỗng thông với môi trườngbên ngoài. Rỗ rỗng trong vật liệu dao động trong phạm vi rộng 0% - 98%.Vật liệu chức nhiều lỗ rỗng kín thì cường độ cao, cách nhiệt tốt. Vật liệu chức nhiều lỗ rỗng hở thìhút ẩm tốt.Đối với dạng vật liệu hạt rời- Lỗ rỗng trong bản thân hạt vật liệu.- Lỗ rỗng ở giữa các hạt vật liệu.1.2.4 Độ mịn [dùng cho vật liệu dạng hạt rời].11Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngĐịnh nghĩa: Độ mịn còn gọi là độ lớn của vật liệu rời, là đại lượng đáng giá kích thước hạt của nó.Độ mịn của vật liệu quyết định khả năng tương tác của chúng với môi trường, đồng thời ảnh hưởngnhiều đến đỗ rỗng giữa các hạt.Độ mịn của vật liệu được xác định bằng cách sàng [% lọt sàng], bằng tỉ diện tích bề mặt [cm 2/g] haybằng khả năng lắng đọng.1.3 Những tính chất liên quan đến môi trường nước.1.3.1 Liên kết giữa nước và vật liệu.Trong vật liệu luôn luôn chứa một lượng nước nhất định. Tuỳ theo bản chất vật liệu, thành phần,tính chất bề mặt, đặc tính lỗ rỗng mà có mức đọ liên kết với nước. Dựa vào mức độ liên kết đó nước trongVLXD được chia là 3 loại:- Nước hoá học.- Nước hoá lý.- Nước cơ học.Nước hoá học: là nước tham gia vào trong thành phần vật liệu, có liên kết bền với vật liệu. Nướchoá học chỉ bay hơi ở nhiệt độ cao [trên 500C]. Khi nước hoá học mất đi thì tính chất của vật liệu thayđổi rất lớn.VD: Đất caolinít [Al2O3.2SiO2.2H2O] mất nước sẽ mất tính dẻo.Amiăng [3MgO.2SiO2.2H2O] mất nước ở nhiệt độ >580C trở nên giòn, cường độ giảm.Nước hoá lý: [nước hấp phụ] có liên kết khá bền với vật liệu bằng lực hút phân tử Vandecvan hoặclực tĩnh điện bề mặt [nước màng]. Nước hoá lý thay đổi dưới sự tác động của điều kiện môi trường [nhiệtđộ, độ ẩm]. Sự biến đổi này ở một mức độ nào đó làm cho tính chất của vật liệu cũng thay đổi.Nước cơ học: [nước tự do hay nước mao quản] gần như không liên kết với vật liệu. Nó xâm nhậpvào vật liệu do tác dụng của lực mao dẫn [nước mao quản] hay lực trọng trường [nước tự do]. Nước cơhọc dễ dàng thay đổi trong điều kiện thường, sự thay đổi này không làm ảnh hưởng đến tính chất của vậtliệu.1.3.2 Độ ẩm và độ hút ẩm:1.3.2.1 Độ ẩmKhái niệm: độ ẩm là chỉ tiêu đáng giá lượng nước có thực trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm.Độ ẩm được ký hiệu là W[100%]WGG A GK.100%W N .100%GKGKhay[1-4]Trong đóGn - Là khối lượng nước có trong vật liệu do hút ẩm trong không khí;GA, GK - Khối lượng của vật liệu trước và sau khi sấy khô, nhiệt độ sấy 105C - 110C.Vật liệu hút hơi nước từ môi trường vào trong các lỗ rỗng và ngưng tụ thành pha lỏng, vật liệu càngrỗng thì độ ẩm của nó càng cao.Độ ẩm còn phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, đặc tính của lỗ rỗng và lượng lỗ rỗng, vào áp lựchơi nước của môi trường.12Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngPhương trình thực nghiệm Freidlica = k . p 1/n[1-5]a - Lượng nước hút vào;p - áp lực cân bằng của hơi nước;k, n - hệ số thực nghiệm.lg a lg k 1lg pn[1-6]Từ đó thiết lập được biểu đồ quan hệHình 1.1. Biểu đồ hút nướcĐiểm A là điểm bão hoà hơi nước.1.3.2.2 Sự hút nước mao quản:Khái niệm: Sự hút nước xảy ra khi một bộ phận kết cấu nằm trong nước, nước nhấm có thể dâng lêntheo các ống mao quản làm ướt phần dưới của công trình.Độ hút nước mao quản được đặc trưng bằng chiều cao mực nước dâng lên trong vật liệu h và đượcxác định bằng công thức sau:h 2 . cos /[r. aN .g ][1-7]Trong đó: - sức căng bề mặt; - góc thấm ướt;r - bán kính mao quản;an - khối lượng riêng của nước;g - gia tốc trọng trường.Việc xác định h theo công thức trên là vấn đề khó vì hình dáng và tiết diện của mao quản luôn luônthay đổi. Nên người ta dùng phương pháp “nguyên tử đánh dấu” hay đo độ dẫn điện.Thể tích nước hút vàoV2 = k . t[1-8]V - Thể tích nước;13Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngk - Hệ số phụ thuộc bản chất vật liệu;t - Thời gian.1.3.2.3 Độ hút nướcKhái niệm: Độ hút nước là chỉ tiêu đánh giá khả năng hút và giữ nước của vật liệu khi ta ngâm vậtliệu vào nước ở điều kiện thường.Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích.- Độ hút nước theo khối lượng được ký hiệu là Hp:Hp GNG GK.100% u.100%GKGK[1-9]- Độ hút nước theo thể tích được ký hiệu HV:VG GKH V N .100%HV u.100%V0V0aNhay[1-10]Trong đó:GN, VN - Khối lượng và thể tích nước mà vật liệu đã hút;aN - Khối lượng riêng của nước;Gư, GK - Khối lượng của vật liệu khi đã hút nước [ướt] và khi khô;VN - Thể tích tự nhiên của vật liệu.Cách xác định: ta lấy mẫu vật liệu đã sấy khô đem cân rồi ngâm vào nước ở điều kiện thường. Saukhi vật liệu hút no nước, vớt ra đem cân rồi xác định độ hút nước theo khối lượng hoặc theo thể tích.1.3.2.4 Độ bão hoà nướcKhái niệm: Độ bão hoà nước là độ hút nước cực đại của vật liệu trong điều kiện cưỡng bức [bằngnhiệt độ hay áp lực].Có 2 điều kiện cưỡng bức- Nhiệt độ: Đun mẫu vật liệu trong nước sôi 4 giờ, sau đó để nguội rồi vớt ra.- Áp suất: Ngâm mẫu vật liệu trong một bình kín đựng nước sau đó hạ áp lực trong bình xuống20mmHg cho đến khi khoong còn bọt khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và giữ thêm 2giờ nữa rồi vớt ra.Độ bão hoà dược đánh nước của vật liệu được đánh giá bằng hệ số bão hòa:C bh Hvrbh[1-11]Trong đó:Hvbh - lượng nước trong một đơn vị thể tích;r - lượng lỗ rỗng trong một đơn vị thể tích.Cbh thay đổi từ 0 đến 1 [0: tất cả lỗ rỗng đều kín; 1: tất cả lỗ rỗng là hở].Độ hút nước và đặc biệt độ bão hòa nước có ảnh hưởng đến xấu đến tính chất của VLXD. Nó làmthể tích vật liệu tăng, dộ dẫn nhiệt, dẫn điện tăng trong khi cường độ lại giảm.14Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngDo đó mức độ bền nước của vật liệu được đánh giá bằng hệ số mềm thông qua cường độ của mẫubão hòa nước Rbh và cường độ của mẫu khô RK.Km RbhRK[Km: 0 -> 1][1-12]Đối với ngành công trình thủy công yêu cầu sử dụng các loại vật liệu chịu nước có Km > 0,75.1.3.2.5 Tính thấm nướcKhái niêm: Tính thấm nước là tích chất để cho nước thấm qua khi có độ chêng lệch áp lực. Tínhthấm nước được đặc trưng bởi hệ số thấm:K th V n .aS p1 p 2 .t[1-13]Trong đó:Vn - Thể tích nước thấm qua;a - Chiều dày của bức tường;S - Diện tích của tường theo phương vuông góc dòng thấm;t - Thời gian thấm.p1-p2 - Hệ số chênh lệch áp lực thủy tĩnh trước và sau tường.Đối với vật liệu có yêu cầu về chống thấm cần phải có hệ số thấm Kth nhỏ.1.3.2.6 Tính thấm hơi và thấm khíKhái niệm: Sự thấm hơi và thấm khí xảy ra thông qua lỗ rỗng hoặc vết nứt của vật liệu khi trên haimặt của vật liệu xuất hiện áp lực hơi hoặc khí.Công thức Đacxi-Furie:V K thS .t.Pa[1-14]Trong đó:S - Diện tích tường vuông góc dòng hấm;a - Chiều dày của tường;t : Thời gian thấm;P : Độ chênh lệch áp lực hai bên tường;V : Lượng khí thấm qua tường;1.3.2.7 Biến dạng ẩmKhái niệm: Các loại vật liệu rỗng hữu cơ hoặc vô cơ [gỗ hay bê tông] khi thay đổi độ ẩm thì thể tíchcủa chúng cũng thay đổi theo: bị co khi sấy khô và trương nở khi hút nước. Liên quan đến nước hoá lý.Đối với một số loại vật liệu dạng sợi, thớ… thì biến dạng ẩm là dị hướng [ngang thớ, dọc thớ].1.4 Những tính chất liên quan đến nhiệt.1.4.1 Tính chất dẫn nhiệt.15Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngKhái niệm: Tính chất dẫn nhiệt của vật liệu là tính chất để cho nhiệt truyền từ phía có nhiệt độ caosang phía có nhiệt độ thấp.Nhiệt lượng truyền qua tấm vật liệu được xác dịnh theo công thức:Q.F t1 t 2 .a[1-15]Trong đó:F - Diện tích bề mặt của tấm vật liệu, m2;a - Chiều dày của tấm vật liêu, m;t1,t2 - Nhiệt độ ở hai bề mặt của tấm vật liệu, C; - Thời gian nhiệt truyền qua, h; - Hệ số dẫn nhiệt, kcal/m. C. h;Khi F = 1m2, a = 1m, t1 - t2 = 1C, = 1h thì = Q.Vậy hệ số dẫn nhiệt trong là nhiệt lượng truyền qua một bức tường dày 1m có diện tích 1m 2 trongmột giờ khi chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt đối diện là 1C.Khi độ rỗng cao, lỗ rỗng kín và cách nhau thì hệ số dẫn nhiệt thấp, khả năng cách nhiệt của vật liệukém đi.1.4.2 Nhiệt dung và nhiệt dung riêng.Khái niệm. Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi được đun nóng. Nhiệt lượng thu vàođược xác định theo công thức:Q = C.G.[t1 - t2] , kcal[1-16]Trong đó:G - Khối lượng của vật liệu, kg;t1,t2 - Nhiệt độ của vật liệu trước va sau khi đun, C;C - Hệ số thu nhiệt [ gọi là nhiệt dung riêng hay tỷ nhiệt], kcal/kg. C.Khi G = 1kg, .t1 - t2 = 1C thì C = Q. Vậy hệ số thu nhiệt [nhiệt dung riêng] là nhiệt lượng cần thiếtđể đun nóng 1 kg vật liệu lên 1C.1.5 Tính chất cơ học.1.5.1 Tính biến dạng của vật liệu.Khái niệm: Tính biến dạng của vật liệu là tính chất của nó có thể thay đổi hình dáng, kích thướcdưới sự tác dụng của tải trọng bên ngoài.- Biến dạng đàn hồi: là phần biến dạng hoàn toàn mất đi khi thôi tác dụng tải trọng.- Biến dạng dẻo: biến dạng không mất đi khi thôi tác dụng tải trọng.Biến dạng đàn hồi thường xảy ra khi tải trọng tác dụng bé và ngắn hạn. Biến dạng đàn hồi được đặctrưng bằng môđul đàn hồi E:E[1-17]16Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngTrong đó: - ứng suất, kg/cm2 ; - biến dạng tương đối.Điều kiện của biến dạng đàn hồi: Ngoại lực tác dụng lên vật liệu chưa vượt quá lực tương tác giữacác chất điểm của nó. Do đó công của ngoại lực sẽ sinh ra nội năng và khi bỏ ngoại lực nội năng lại sinhcông đưa vật liệu trở về vị trí ban đầu.Biến dạng dẻo xảy ra khi tải trọng tác dụng đủ lớn và dài hạn thì ngoài biến dạng đàn hồi còn xuấthiện biến dạng dẻo. Nguyên nhân là lực tác dụng đã vượt quá lực tương tác giữa các chất điểm, phá vỡcấu trúc của vật liệu làm các chất điểm có chuyển dịch tương đối. Do đó biến dạng vẫn còn tồn tại khiloại bỏ ngoại lực.Cấu trúc của vật liệu và biến dạng của nó có quan hệ chặt chẽ với nhau. Khi lực tác dụng lên vậtliệu làm cho kích thước l của nó thay đổi một lượng l thì biến dạng tương đối của nó là:ll[1-18]Biến dạng xảy ra làm cho khoảng cách giữa các phân tử biến đổi.1.5.2 Cường độ của vật liệu.Khái niệm: Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại của ứng suất xuất hiện trongvật liệu do ngoại lực hoặc do điều kiện môi trường.Kết cấu xây dựng chịu nhiều loại tải trong khác nhau: kéo, nén, uốn, cắt, va chạm… Tương ứng vớinó cũng có nhiều loại cường độ.Cường độ của vật liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố: thành phần cấu trúc, phương pháp thí nghiệm,môi trường, hình dáng kích thước mẫu. Do đó, để so sánh khả năng chịu lực của vật liệu người ta thườngtiến hành thí nghiệm trong những điều kiện tiêu chuẩn.Dựa vào cường độ của vật liệu [cường độ giới hạn] người ta định ra mác của vật liệu xây dựng.Xác định mác của vật liệu giòn dựa chủ yếu vào cường độ chịu nén, còn vật liệu dẻo thì dựa vàocường độ chịu kéo. Có hai phương pháp xác định cường độ: Phương pháp phá hoại và phương phápkhông phá hoại.- Phương pháp phá hoại: xác định cường độ của vật liệu trên những mẫu tiêu chuẩn. Phương phápnày bị ảnh hưởng lớn do hình dạng, kích thước, trạng thái bề mặt của mẫu thí nghiệm. Mẫu lậpphương kích thước nhỏ có cường độ chịu nén lớn hơn cường độ mẫu có kích thước lớn. Cườngđộ mẫu lăng trụ nhỏ hơn cường độ mẫu lập phương có cùng tiết diện ngang. Lực ma sát giữamâm nén và bề mặt mẫu sẽ giữ phần mẫu tiếp xúc với mâm nén không nở ngang khi bị pháhoại, tránh được khi lực ma sát nhỏ làm giảm cường độ mẫu.- Phương pháp không phá hoại: Phương pháp này rất tiện lợi cho công việc xác định cường độ củacấu kiện hoạc kết cấu công trình. Phương pháp âm học được dùng rộng rãi nhất, cường độ vậtliệu gián tiếp được đánh giá qua tốc độ truyền sóng siêu âm qua nó.1.5.3 Độ cứng.Khái niệm: Độ cứng là tính chất của vật liệu là khả năng chống lại tác dụng đâm xuyên của vật liệukhác cứng hơn nó.Độ cứng của vật liệu khoáng được đánh giá bằng bảng Thang Morh.17Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngĐộ cứng của kim loại, gỗ, bê tông, … có thể xác định theo phương pháp Brinen. Độ cứng được xácđịnh dựa vào lực ép P lên viên bi thép có đường kính D và vết lõm có đường kính d do viên bi dể lại trênbề mặt vật liệu.HB P2P, kg / mm 2F D D D 2 d 2[1-19]P = KD2Trong đó:D = 10 ; 5 ; 2,5 ; 1 mmK - Hệ số, kim loại đen K = 30, kim loại mầu K = 10, kim loại mềm K = 3.1.5.4 Độ cọ mòn.Khái niệm: Độ cọ mòn Mn phụ thuộc vào độ cứng và cường độ, cấu trúc nội bộ của vật liệu.Nếu khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm là m1, khối lượng mẫu sau khi cho máy quay 1000vòng trên mâm quay có rắc 2,5 lít cát cỡ hạt 0,3 –0,6 mm là m2 và diện tích tiết diện mài mòn là F thì:Mn m1 m 2, g / cm 2F[1-20]1.5.5 Độ hao mòn.Khái niệm: Độ hao mòn là đắc trưng cho độ hao hụt của vật liệu vừa do cọ mòn, vừa do va chạm.Xác định bằng máy Đêvan, nếu khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm là m1, khối lượng mẫusau khi cho máy quay 10.000 vòng rồi sàng qua sàng 2mm là m2 thì:Mn m1 m 2m1, g / cm 2[1-21]Dựa vào độ hao mòn ta chia:Vật liệu chống hao mòn rất khoẻ Q < 4%khoẻ Q = 4 - 6%;TB Q = 6 - 10%;yếu Q = 10 - 15%;rất yếu Q> 15%.1.5.6 Hệ số phẩm chất:Hệ số phẩm chất hay còn gọi là hệ số chất lượng kết cấu vật liệu là một đại lượng đắc trưng bằng tỉsố giữa cường độ tiêu chuẩn và khối lượng thể tích tiêu chuẩn.K pc Rtc 0tc[1-22]1.5.7 Tuổi thọ.Tuổi thọ là tính chất của vật liệu giữ dược khả năng làm việc trong một thời gian nhất định. Tuổi thọcủa vật liệu và tuổi thọ của công trình có liên quan chặt chẽ tới nhau.Có 2 cách xác định tuổi thọ là: quan trắc thực tế và mô phỏng.18Chương 1. Những tính chất cơ bản của Vật liệu xây dựngCâu hỏi ôn tập chương 11] Nêu các mức cấu trúc của vật liệu xây dựng, trình bày chi tiết về cấu trúc vĩ mô.2] Các loại thành phần của vật liệu xây dựng.3] Trình bày các thông số trạng thái và đặc trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng.4] Các loại nước trong vật liệu xây dựng, độ ẩm, độ hút nước, độ bão hoà nước.5] Tính biến dạng của VLXD.6] Trình bày về cường độ, độ cứng, độ cọ mòn, độ hao mòn và hệ số phẩm chất của VLXD.Bài tập ôn tập chương 11] Một mẫu đá khô hình dáng không rõ ràng, cân trong không khí được 80g. Sau khi bọc kín bềmặt mẫu bằng 0,72g parafin, khối lượng của nó cân trong nước được 37g.Xác định khối lượng thể tích của đá. Cho biết khối lượng của parafin là 0,9g/cm 3, của nước là1,0g/cm3.2] Thiết lập công thức tính khối lượng riêng của một loại vật liệu hỗn hợp gồm 2 vật liệu thànhphần. Biết khối lượng riêng của từng loại vật liệu thành phần và tỉ lệ phối hợp của nó trong vậtliệu hỗn hợp [theo khối lượng].3] Một mẫu đá thiên nhiên có đường kính là 5cm, chiều cao 5cm, ở trạng thái khô có khối lượnglà 245g. Sau khi hút no nước khối lượng tăng lên đến 249g. Xác định khối lượng thể tích và độhút nước [theo thể tích và theo khối lượng] của đá này.4] Một mẫu đá khô có khối lượng là 77g, sau khi hút nước cân được 79g. Tính khối lượng thểtích, độ đặc và độ rỗng của đá nếu khối lượng riêng của nó là 2,67g/cm3, độ hút nước theo thể tíchlà 4,28%.Đáp số1] Khối lượng thể tích đá:1,86g/cm2] Kết quả: 3 1. 2 1.P 2 2.P13] Độ hút nước: 4,08%4] Độ đăc: 62%, độ rống 38%19