Luận văn tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng

6,266
696
76
Luận văn
TÍNH CHẤT CƠ BẢN
CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Luận văn TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG
CHƯƠNG I
CÁC TÍNH CHT CƠ BN CA VT LIU XÂY DNG
1.1. Khái nim chung
1.1.1. Phân loi tính cht ca vt liu xây dng (VLXD)
Quá trình làm vic trong kết cu công trình, vt liu phi chu s tác dng
ca ti trng bên ngoài và môi trường xung quanh. Ti trng s gây ra biến dng
ng sut trong vt liu. Do đó, để kết cu công trình làm vic an toàn thì
trước tiên vt liu phi có các tính cht cơ hc theo yêu cu. Ngoài ra, vt liu
còn phi có đủ độ bn vng chng li các tác dng vt lý và hóa hc ca môi
trường. Trong mt s trường hp đối vi vt liu còn có mt s yêu cu riêng v
nhit, âm, chng phóng x v.v... Như vy, yêu cu v tính cht ca vt liu rt
đa dng. Song để nghiên cu và s dng vt liu, có th phân tính cht ca nó
thành nhng nhóm như: nhóm tính cht đặc trưng cho trng thái và cu trúc,
nhóm tính cht vt lý, tính cht cơ hc, tính cht hóa hc và mt s tính cht
mang ý nghĩa tng hp khác như tính công tác, tính tui th v.v...
Các tham s đặc trưng cho trng thái và cu trúc ca vt liu là nhng tính
cht đặc trưng cho quá trình công ngh, thành phn pha, thành phn khoáng hóa,
thí d khi lượng riêng, khi lượng th tích, độ rng, độ đặc, độ mn, v.v...
Nhng tính cht vt lý xác định mi quan h ca vt liu vi môi trường
như tính cht có liên quan đến nước, đến nhit, đin, âm, tính lưu biến ca vt
liu nht, do...
Nhng tính cht cơ hc xác định quan h ca vt liu vi biến dng và s
phá hy nó dưới tác dng ca ti trng như cường độ, độ cng, độ do v.v...
Các tính cht hóa hc có liên quan đến nhng biến đổi hóa hc và độ bn
vng ca vt liu đối vi tác dng ca các nhân t hóa hc.
Để tránh nhng nh hưởng ca các yếu t khách quan trong quá trình thí
nghim, các tính cht ca vt liu phi được xác định trong điu kin và phương
pháp chun theo quy định ca tiêu chun nhà nước Vit Nam. Khi đó tính cht
được xác định là nhng tính cht tiêu chun. Ngoài các tiêu chun nhà nước còn
các tiêu chun cp ngành, cp b.
Các tiêu chun có th được b sung và chnh lí tùy theo trình độ sn xut và
yêu cu s dng vt liu.
Hin nay nước ta, đối vi 1 s loi VLXD chưa có tiêu chun và yêu cu
k thut quy định thì có th dùng các tiêu chun ca nước ngoài.
1.1.2 Quan h gia cu trúc và tính cht
Cu trúc ca vt liu được biu th 3 mc: cu trúc vĩ mô (cu trúc có th
quan sát bng mt thường), cu trúc vi mô (ch quan sát bng kính hin vi) và
cu trúc trong hay cu to cht (phi dùng nhng thiết b hin đại để quan sát và
nghiên cu như kính hin vi đin t, phân tích rơngen)
Cu trúc vĩ .Bng mt thường người ta th phân bit các dng cu trúc
này như: đá nhân to đặc, cu trúc t ong, cu trúc dng si, dng lp, dng ht
ri...
3
CHƯƠNG I CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1. Khái niệm chung 1.1.1. Phân loại tính chất của vật liệu xây dựng (VLXD) Quá trình làm việc trong kết cấu công trình, vật liệu phải chịu sự tác dụng của tải trọng bên ngoài và môi trường xung quanh. Tải trọng sẽ gây ra biến dạng và ứng suất trong vật liệu. Do đó, để kết cấu công trình làm việc an toàn thì trước tiên vật liệu phải có các tính chất cơ học theo yêu cầu. Ngoài ra, vật liệu còn phải có đủ độ bền vững chống lại các tác dụng vật lý và hóa học của môi trường. Trong một số trường hợp đối với vật liệu còn có một số yêu cầu riêng về nhiệt, âm, chống phóng xạ v.v... Như vậy, yêu cầu về tính chất của vật liệu rất đa dạng. Song để nghiên cứu và sử dụng vật liệu, có thể phân tính chất của nó thành những nhóm như: nhóm tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc, nhóm tính chất vật lý, tính chất cơ học, tính chất hóa học và một số tính chất mang ý nghĩa tổng hợp khác như tính công tác, tính tuổi thọ v.v... Các tham số đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc của vật liệu là những tính chất đặc trưng cho quá trình công nghệ, thành phần pha, thành phần khoáng hóa, thí dụ khối lượng riêng, khối lượng thể tích, độ rỗng, độ đặc, độ mịn, v.v... Những tính chất vật lý xác định mối quan hệ của vật liệu với môi trường như tính chất có liên quan đến nước, đến nhiệt, điện, âm, tính lưu biến của vật liệu nhớt, dẻo... Những tính chất cơ học xác định quan hệ của vật liệu với biến dạng và sự phá hủy nó dưới tác dụng của tải trọng như cường độ, độ cứng, độ dẻo v.v... Các tính chất hóa học có liên quan đến những biến đổi hóa học và độ bền vững của vật liệu đối với tác dụng của các nhân tố hóa học. Để tránh những ảnh hưởng của các yếu tố khách quan trong quá trình thí nghiệm, các tính chất của vật liệu phải được xác định trong điều kiện và phương pháp chuẩn theo quy định của tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam. Khi đó tính chất được xác định là những tính chất tiêu chuẩn. Ngoài các tiêu chuẩn nhà nước còn các tiêu chuẩn cấp ngành, cấp bộ. Các tiêu chuẩn có thể được bổ sung và chỉnh lí tùy theo trình độ sản xuất và yêu cầu sử dụng vật liệu. Hiện nay ở nước ta, đối với 1 số loại VLXD chưa có tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật quy định thì có thể dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài. 1.1.2 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất Cấu trúc của vật liệu được biểu thị ở 3 mức: cấu trúc vĩ mô (cấu trúc có thể quan sát bằng mắt thường), cấu trúc vi mô (chỉ quan sát bằng kính hiển vi) và cấu trúc trong hay cấu tạo chất (phải dùng những thiết bị hiện đại để quan sát và nghiên cứu như kính hiển vi điện tử, phân tích rơngen) Cấu trúc vĩ mô .Bằng mắt thường người ta thể phân biệt các dạng cấu trúc này như: đá nhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trúc dạng sợi, dạng lớp, dạng hạt rời... 3
Vt liu đá nhân to đặc rt ph biến trong xây dng như bê tông nng,
gch p lát, gch silicat. Nhng loi vt liu này thường có cường độ, kh năng
chng thm, chng ăn mòn tt hơn các loi vt liu rng cùng loi, nhưng nng
và tính cách âm, cách nhit kém hơn. Bng mt thường cũng có th nhìn thy
nhng liên kết thô ca nó, ví d: thy được lp đá xi măng liên kết vi ht ct
liu, độ dày ca lp đá, độ ln ca ht ct liu: phát hin được nhng ht, vết
rn nt ln, v.v...
Vt liu cu to rng có th là nhng vt liu có nhng l rng ln như
tông khí, bê tông bt, cht do t ong hoc nhng vt liu có nhng l rng bé
(vt liu dùng đủ nước, dùng ph gia cháy). Loi vt liu này có cường độ, độ
chng ăn mòn kém hơn vt liu đặc cùng loi, nhưng kh năng cách nhit, cách
âm tt hơn. Lượng l rng, kích thước, hình dng, đặc tính và s phân b ca l
rng có nh hưởng ln đến tính cht ca vt liu.
Vt liu có cu to dng si, như g, các sn phm có t bông khoáng và
bông thy tinh, tm si g ép v.v... có cường độ, độ dn nhit và các tính cht
khác rt khác nhau theo phương dc và theo phương ngang th.
Vt liu có cu trúc dng lp, như đá phiến ma, dip thch sét v.v... là vt
liu có tính d hướng (tính cht khác nhau theo các phương khác nhau).
Vt liu ht ri như ct liu cho bê tông, vt liu dng bt (xi măng, bt vôi
sng) có các tính cht và công dng khác nhau tùy theo thành phn độ ln và
trng thái b mt ht.
Cu trúc vi mô ca vt liu có th là cu to tinh th hay vô định hình.
Cu to tinh th và vô định hình ch là hai trng thái khác nhau ca cùng mt
cht. Ví d oxyt silic có th tn ti dng tinh th thch anh hay dng vô định
hình (opan). Dng tinh thđộ bn và độ n định ln hơn dng vô định hình.
SiO
2
tinh th không tương tác vi Ca(OH)
2
điu kin thường, trong khi đó
SiO
2
định hình li có th tương tác vi Ca(OH)
2
ngay nhit độ thường.
Cu to bên trong ca các cht là cu to nguyên t, phân t, hình dng
kích thước ca tinh th, liên kết ni b gia chúng. Cu to bên trong ca các
cht quyết định cường độ, độ cng, độ bn nhit và nhiu tính cht quan trng
khác.
Khi nghiên cu các cht có cu to tinh th, người ta phi phân bit chúng
da vào đặc đim ca mi liên kết gia các phn t để to ra mng lưới không
gian. Tùy theo kiu liên kết, mng lưới này có th được hình thành t các
nguyên t trung hòa (kim cương, SiO
2
) các ion (CaCO
3
,
kim loi), phân t
(nước đá) .
Liên kết cng hóa tr được hình thành t nhng đôi đin t dùng chung,
trong nhng tinh th ca các cht đơn gin (kim cương, than chì) hay trong các
tinh th ca hp cht gm hai nguyên t (thch anh). Nếu hai nguyên t ging
nhau thì cp đin t dùng chung thuc c hai nguyên t đó. Nếu hai nguyên t
có tính cht khác nhau thì cp đin t b lch v phía nguyên t có tính cht á
kim mnh hơn, to ra liên kết cng hóa tr có cc (H
2
O). Nhng vt liu có liên
kết dng này có cường độ, độ cng cao và rt khó chy.
4
Vật liệu đá nhân tạo đặc rất phổ biến trong xây dựng như bê tông nặng, gạch ốp lát, gạch silicat. Những loại vật liệu này thường có cường độ, khả năng chống thấm, chống ăn mòn tốt hơn các loại vật liệu rỗng cùng loại, nhưng nặng và tính cách âm, cách nhiệt kém hơn. Bằng mắt thường cũng có thể nhìn thấy những liên kết thô của nó, ví dụ: thấy được lớp đá xi măng liên kết với hạt cốt liệu, độ dày của lớp đá, độ lớn của hạt cốt liệu: phát hiện được những hạt, vết rạn nứt lớn, v.v... Vật liệu cấu tạo rỗng có thể là những vật liệu có những lỗ rỗng lớn như bê tông khí, bê tông bọt, chất dẻo tổ ong hoặc những vật liệu có những lỗ rỗng bé (vật liệu dùng đủ nước, dùng phụ gia cháy). Loại vật liệu này có cường độ, độ chống ăn mòn kém hơn vật liệu đặc cùng loại, nhưng khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn. Lượng lỗ rỗng, kích thước, hình dạng, đặc tính và sự phân bố của lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu. Vật liệu có cấu tạo dạng sợi, như gỗ, các sản phẩm có từ bông khoáng và bông thủy tinh, tấm sợi gỗ ép v.v... có cường độ, độ dẫn nhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương dọc và theo phương ngang thớ. Vật liệu có cấu trúc dạng lớp, như đá phiến ma, diệp thạch sét v.v... là vật liệu có tính dị hướng (tính chất khác nhau theo các phương khác nhau). Vật liệu hạt rời như cốt liệu cho bê tông, vật liệu dạng bột (xi măng, bột vôi sống) có các tính chất và công dụng khác nhau tùy theo thành phần độ lớn và trạng thái bề mặt hạt. Cấu trúc vi mô của vật liệu có thể là cấu tạo tinh thể hay vô định hình. Cấu tạo tinh thể và vô định hình chỉ là hai trạng thái khác nhau của cùng một chất. Ví dụ oxyt silic có thể tồn tại ở dạng tinh thể thạch anh hay dạng vô định hình (opan). Dạng tinh thể có độ bền và độ ổn định lớn hơn dạng vô định hình. SiO 2 tinh thể không tương tác với Ca(OH) 2 ở điều kiện thường, trong khi đó SiO 2 vô định hình lại có thể tương tác với Ca(OH) 2 ngay ở nhiệt độ thường. Cấu tạo bên trong của các chất là cấu tạo nguyên tử, phân tử, hình dạng kích thước của tinh thể, liên kết nội bộ giữa chúng. Cấu tạo bên trong của các chất quyết định cường độ, độ cứng, độ bền nhiệt và nhiều tính chất quan trọng khác. Khi nghiên cứu các chất có cấu tạo tinh thể, người ta phải phân biệt chúng dựa vào đặc điểm của mối liên kết giữa các phần tử để tạo ra mạng lưới không gian. Tùy theo kiểu liên kết, mạng lưới này có thể được hình thành từ các nguyên tử trung hòa (kim cương, SiO 2 ) các ion (CaCO 3 , kim loại), phân tử (nước đá) . Liên kết cộng hóa trị được hình thành từ những đôi điện tử dùng chung, trong những tinh thể của các chất đơn giản (kim cương, than chì) hay trong các tinh thể của hợp chất gồm hai nguyên tố (thạch anh). Nếu hai nguyên tử giống nhau thì cặp điện tử dùng chung thuộc cả hai nguyên tử đó. Nếu hai nguyên tử có tính chất khác nhau thì cặp điện tử bị lệch về phía nguyên tố có tính chất á kim mạnh hơn, tạo ra liên kết cộng hóa trị có cực (H 2 O). Những vật liệu có liên kết dạng này có cường độ, độ cứng cao và rất khó chảy. 4
Liên kết ion được hình thành trong các tinh th vt liu mà các nguyên t
khi tương tác vi nhau nhường đin t cho nhau hình thành các ion âm và ion
dương. Các ion trái du hút nhau để to ra phân t. Vt liu xây dng có liên kết
loi này (thch cao, anhiđrit) có cường độđộ cng thp, không bn nước,
trong nhng loi VLXD thường gp như canxit, fenspat vi nhng tinh th phc
tp gm nhng tinh th gm c liên kết cng hóa tr và liên kết ion. Bên trong
ion phc tp là liên kết cng hóa tr. Nhưng chính nó liên kết vi Ca
2
3
CO
2+
bng liên kết ion (CaCO
3
) có cường độ khá cao.
Liên kết phân t được hình thành ch yếu trong nhng tinh th ca các cht
có liên kết cng hóa tr.
Liên kết silicat là liên kết phc tp, được to thành t khi 4 mt SiO
4
liên
kết vi nhau bng nhng đỉnh chung (nhng nguyên t oxi chung) to thành
mng lưới không gian ba chiu vi nhng tính cht đặc bit cho VLXD. Điu đó
cho phép coi chúng như là các polime vô cơ.
1.1.3. Quan h gia thành phn và tính cht
Vt liu xây dng được đặc trưng bng 3 thành phn: Hóa hc, khoáng vt
và thành phn pha.
Thành phn hóa hc được biu th bng % hàm lượng các oxyt có trong
vt liu. Nó cho phép phán đoán hàng lot các tính cht ca VLXD: tính cht
chu la, bn sinh vt, các đặc trưng cơ hc và các đặc tính k thut khác. Riêng
đối vi kim loi hoc hp kim thì thành phn hóa hc được tính bng % các
nguyên t hóa hc
Thành phn hóa hc được xác định bng cách phân tích hóa hc (kết qu
phân tích được biu din dưới dng các oxyt)
Các oxyt trong vt liu vô cơ liên kết vi nhau thành các mui kép, được
gi là thành phn khoáng vt.
Thành phn khoáng vt
Thành phn khoáng vt quyết định các tính cht cơ bn ca vt liu.
Khoáng 3CaO.SiO
2
và 3CaO.Al
2
O
3
trong xi măng pooc lăng quyết định tính
đóng rn nhanh, chm ca xi măng, khoáng 3Al
2
O
3
2SiO
2
quyết định tính cht
ca vt liu gm.
Biết được thành phn khoáng vt ta có th ta có th phán đoán tương đối
chính xác các tính cht ca VLXD.
Vic xác định thành phn khoáng vt khá phc tp, đặc bit là v mt định
lượng. Vì vy người ta phi dùng nhiu phương pháp để h tr cho nhau : phân
tích nhit vi sai, phân tích ph rơnghen, laze, kính hin vi đin t v.v...
Thành phn pha
Đa s vt liu khi làm vic đều tn ti pha rn. Nhưng trong vt liu luôn
cha mt lượng l rng, bên ngoài pha rn nó còn cha c pha khí (khi khô)
pha lng (khi m). T l ca các pha này trong vt liu có nh hưởng đến cht
lượng ca nó, đặc bit là các tính cht v âm, nhit, tính chng ăn mòn, cường
độ v.v...
5
Liên kết ion được hình thành trong các tinh thể vật liệu mà các nguyên tử khi tương tác với nhau nhường điện tử cho nhau hình thành các ion âm và ion dương. Các ion trái dấu hút nhau để tạo ra phân tử. Vật liệu xây dựng có liên kết loại này (thạch cao, anhiđrit) có cường độ và độ cứng thấp, không bền nước, trong những loại VLXD thường gặp như canxit, fenspat với những tinh thể phức tạp gồm những tinh thể gồm cả liên kết cộng hóa trị và liên kết ion. Bên trong ion phức tạp là liên kết cộng hóa trị. Nhưng chính nó liên kết với Ca −2 3 CO 2+ bằng liên kết ion (CaCO 3 ) có cường độ khá cao. Liên kết phân tử được hình thành chủ yếu trong những tinh thể của các chất có liên kết cộng hóa trị. Liên kết silicat là liên kết phức tạp, được tạo thành từ khối 4 mặt SiO 4 liên kết với nhau bằng những đỉnh chung (những nguyên tử oxi chung) tạo thành mạng lưới không gian ba chiều với những tính chất đặc biệt cho VLXD. Điều đó cho phép coi chúng như là các polime vô cơ. 1.1.3. Quan hệ giữa thành phần và tính chất Vật liệu xây dựng được đặc trưng bằng 3 thành phần: Hóa học, khoáng vật và thành phần pha. Thành phần hóa học được biểu thị bằng % hàm lượng các oxyt có trong vật liệu. Nó cho phép phán đoán hàng loạt các tính chất của VLXD: tính chất chịu lửa, bền sinh vật, các đặc trưng cơ học và các đặc tính kỹ thuật khác. Riêng đối với kim loại hoặc hợp kim thì thành phần hóa học được tính bằng % các nguyên tố hóa học Thành phần hóa học được xác định bằng cách phân tích hóa học (kết quả phân tích được biểu diễn dưới dạng các oxyt) Các oxyt trong vật liệu vô cơ liên kết với nhau thành các muối kép, được gọi là thành phần khoáng vật. Thành phần khoáng vật Thành phần khoáng vật quyết định các tính chất cơ bản của vật liệu. Khoáng 3CaO.SiO 2 và 3CaO.Al 2 O 3 trong xi măng pooc lăng quyết định tính đóng rắn nhanh, chậm của xi măng, khoáng 3Al 2 O 3 2SiO 2 quyết định tính chất của vật liệu gốm. Biết được thành phần khoáng vật ta có thể ta có thể phán đoán tương đối chính xác các tính chất của VLXD. Việc xác định thành phần khoáng vật khá phức tạp, đặc biệt là về mặt định lượng. Vì vậy người ta phải dùng nhiều phương pháp để hỗ trợ cho nhau : phân tích nhiệt vi sai, phân tích phổ rơnghen, laze, kính hiển vi điện tử v.v... Thành phần pha Đa số vật liệu khi làm việc đều tồn tại ở pha rắn. Nhưng trong vật liệu luôn chứa một lượng lỗ rỗng, bên ngoài pha rắn nó còn chứa cả pha khí (khi khô) và pha lỏng (khi ẩm). Tỉ lệ của các pha này trong vật liệu có ảnh hưởng đến chất lượng của nó, đặc biệt là các tính chất về âm, nhiệt, tính chống ăn mòn, cường độ v.v... 5
Thành phn các pha biến đổi trong quá trình công ngh và dưới s tác động
ca môi trường. S thay đổi pha làm cho tính cht ca vt liu cùng thay đổi. Ví
d nước cha nhiu trong các l rng ca vt liu s nh hưởng xu đến tính
cht nhit, âm và cường độ ca vt liu, làm cho vt liu b n ra v.v...
Ngoài vt liu rn, trong xây dng còn loi vt liu ph biến trng thái
nht do. Các cht kết dính khi nhào trn vi dung môi (thường là nước), khi
chưa rn chc có cu trúc phc tp và biến đổi theo thi gian: giai đon đầu
trng thái dung dch, sau đó trng thái keo. Trng thái này quyết định các tính
cht ch yếu ca hn hp. Trong h keo, mi ht keo gm có nhân keo, lp hp
th và ngoài cùng là lp khuyếch tán. Chúng được liên kết vi nhau bng các
lc phân t, lc ma sát, lc mao dn, v.v... mi loi cht kết dính khi nhào trn
vi dung môi thích hp s cho mt h keo nht định.
1.2. Tính cht vt lý
1.2.1. Các thông s trng thái
Khi lượng riêng
Khi lượng riêng ca vt liu là khi lượng ca mt đơn v th tích vt liu
trng thái hoàn toàn đặc (không có l rng).
Khi lượng riêng được ký hiu bng
ρ
và tính theo công thc :
33
kg/mkg/l;;g/cm
V
m
ρ =
Trong đó :
m : Khi lượng ca vt liu trng thái khô, g, kg
V :
Th tích hoàn toàn đặc ca vt liu, cm
3
, l, m
3
.
Tu theo tng loi vt liu mà
có nhng phương pháp xác định
khác nhau. Đối vi vt liu hoàn
toàn đặc như kính, thép v.v...,
ρ
được xác định bng cách cân và đo
mu thí nghim, đối nhng vt liu
rng thì phi nghin đến c ht <
0,2 mm và nhng loi vt liu ri
có c ht bé (cát, xi măng...) thì
ρ
được xác định bng phương pháp
bình t trng (hình 1.1).
Khi lượng riêng ca vt liu
ph thuc vào thành phn và cu
trúc vi mô ca nó, đối vi vt liu
rn thì nó không ph thuc vào
thành phn pha. Khi lượng riêng
ca vt liu biến đổi trong mt
Hình 1-1: Bình t trng
6
Thành phần các pha biến đổi trong quá trình công nghệ và dưới sự tác động của môi trường. Sự thay đổi pha làm cho tính chất của vật liệu cùng thay đổi. Ví dụ nước chứa nhiều trong các lỗ rỗng của vật liệu sẽ ảnh hưởng xấu đến tính chất nhiệt, âm và cường độ của vật liệu, làm cho vật liệu bị nở ra v.v... Ngoài vật liệu rắn, trong xây dựng còn loại vật liệu phổ biến ở trạng thái nhớt dẻo. Các chất kết dính khi nhào trộn với dung môi (thường là nước), khi chưa rắn chắc có cấu trúc phức tạp và biến đổi theo thời gian: giai đoạn đầu ở trạng thái dung dịch, sau đó ở trạng thái keo. Trạng thái này quyết định các tính chất chủ yếu của hỗn hợp. Trong hệ keo, mỗi hạt keo gồm có nhân keo, lớp hấp thụ và ngoài cùng là lớp khuyếch tán. Chúng được liên kết với nhau bằng các lực phân tử, lực ma sát, lực mao dẫn, v.v... mỗi loại chất kết dính khi nhào trộn với dung môi thích hợp sẽ cho một hệ keo nhất định. 1.2. Tính chất vật lý 1.2.1. Các thông số trạng thái Khối lượng riêng Khối lượng riêng của vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng). Khối lượng riêng được ký hiệu bằng ρ và tính theo công thức : 33 kg/mkg/l;;g/cm V m ρ = Trong đó : m : Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô, g, kg V : Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu, cm 3 , l, m 3 . Tuỳ theo từng loại vật liệu mà có những phương pháp xác định khác nhau. Đối với vật liệu hoàn toàn đặc như kính, thép v.v..., ρ được xác định bằng cách cân và đo mẫu thí nghiệm, đối những vật liệu rỗng thì phải nghiền đến cỡ hạt < 0,2 mm và những loại vật liệu rời có cỡ hạt bé (cát, xi măng...) thì ρ được xác định bằng phương pháp bình tỉ trọng (hình 1.1). Khối lượng riêng của vật liệu phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc vi mô của nó, đối với vật liệu rắn thì nó không phụ thuộc vào thành phần pha. Khối lượng riêng của vật liệu biến đổi trong một Hình 1-1: Bình tỉ trọng 6
phm vi hp, đặc bit là nhng loi vt liu cùng loi s có khi lượng riêng
tương t nhau. Người ta có th dùng khi lượng riêng để phân bit nhng loi
vt liu khác nhau, phán đoán mt s tính cht ca nó.
Khi lượng th tích
Khi lượng th tích ca vt liu là khi lượng ca mt đơn v th tích vt
liu trng thái t nhiên (k c l rng).
Nếu khi lượng ca mu vt liu là m và th tích t nhiên ca mu là V
v
thì:
)T/m,kg/m,g/cm(
V
m
ρ
333
V
V
=
Bng 1-1
Tên VLXD
ρ,
(g/cm
3
)
ρ
v
,
(g/cm
3
)
r, (%)
H s dn nhit λ,
(kCal/m°Ch)
Bê tông
-nng
-nh
-t ong
Gch :
-thường
-rng rut
-granit
-túp núi la
Thu tinh:
-kính ca s
-thu tinh bt
Cht do
-cht do ct thu tinh
-mipo
Vt liu g :
-g thông
-tm si g
2,6
2,6
2,6
2,65
2,65
2,67
2,7
2,65
2,65
2,0
1,2
1,53
1,5
2,4
1,0
0,5
1,8
1,3
1,4
1,4
2,65
0,30
2,0
0,015
0,5
0,2
10
61,5
81
3,2
51
2,40
52
0,0
88
0,0
98
67
86
1,00
0,30
0,17
0,69
0,47
0,43
0,50
0,10
0,43
0,026
0,15
0,05
T s liu bng 1-1, ta thy:
ρ
v
ca vt liu xây dng dao động trong mt
khong rng. Đối vi vt liu cùng loi có cu to khác nhau thì ρ
v
khác nhau,
ρ
v
còn ph thuc vào độ m ca môi trường. Vì vy, trong thc tế buc phi xác
định ρ
v
tiêu chun. Vic xác định khi lượng mu được thc hin bng cách
cân, còn V
v
thì tùy theo loi vt liu mà dùng mt trong ba cách sau : đối vi
mu vt liu có kích thước hình hc rõ ràng ta dùng cách đo trc tiếp; đối vi
mu vt liu không có kích thước hình hc rõ ràng thì dùng phương pháp chiếm
ch trong cht lng; đối vi vt liu ri (xi măng, cát, si) thì đổ vt liu t mt
chiu cao nht định xung mt dng c có th tích biết trước.
Da vào khi lượng th tích ca vt liu có th phán đoán mt s tính cht
ca nó, như cường độ, độ rng, la chn phương tin vn chuyn, tính toán
trng lượng bn thân kết cu.
7
phạm vi hẹp, đặc biệt là những loại vật liệu cùng loại sẽ có khối lượng riêng tương tự nhau. Người ta có thể dùng khối lượng riêng để phân biệt những loại vật liệu khác nhau, phán đoán một số tính chất của nó. Khối lượng thể tích Khối lượng thể tích của vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả lỗ rỗng). Nếu khối lượng của mẫu vật liệu là m và thể tích tự nhiên của mẫu là V v thì: )T/m,kg/m,g/cm( V m ρ 333 V V = Bảng 1-1 Tên VLXD ρ, (g/cm 3 ) ρ v , (g/cm 3 ) r, (%) Hệ số dẫn nhiệt λ, (kCal/m°Ch) Bê tông -nặng -nhẹ -tổ ong Gạch : -thường -rỗng ruột -granit -túp núi lửa Thuỷ tinh: -kính cửa sổ -thuỷ tinh bọt Chất dẻo -chất dẻo cốt thuỷ tinh -mipo Vật liệu gỗ : -gỗ thông -tấm sợi gỗ 2,6 2,6 2,6 2,65 2,65 2,67 2,7 2,65 2,65 2,0 1,2 1,53 1,5 2,4 1,0 0,5 1,8 1,3 1,4 1,4 2,65 0,30 2,0 0,015 0,5 0,2 10 61,5 81 3,2 51 2,40 52 0,0 88 0,0 98 67 86 1,00 0,30 0,17 0,69 0,47 0,43 0,50 0,10 0,43 0,026 0,15 0,05 Từ số liệu ở bảng 1-1, ta thấy: ρ v của vật liệu xây dựng dao động trong một khoảng rộng. Đối với vật liệu cùng loại có cấu tạo khác nhau thì ρ v khác nhau, ρ v còn phụ thuộc vào độ ẩm của môi trường. Vì vậy, trong thực tế buộc phải xác định ρ v tiêu chuẩn. Việc xác định khối lượng mẫu được thực hiện bằng cách cân, còn V v thì tùy theo loại vật liệu mà dùng một trong ba cách sau : đối với mẫu vật liệu có kích thước hình học rõ ràng ta dùng cách đo trực tiếp; đối với mẫu vật liệu không có kích thước hình học rõ ràng thì dùng phương pháp chiếm chỗ trong chất lỏng; đối với vật liệu rời (xi măng, cát, sỏi) thì đổ vật liệu từ một chiều cao nhất định xuống một dụng cụ có thể tích biết trước. Dựa vào khối lượng thể tích của vật liệu có thể phán đoán một số tính chất của nó, như cường độ, độ rỗng, lựa chọn phương tiện vận chuyển, tính toán trọng lượng bản thân kết cấu. 7
1.2.2. Đặc trưng cu trúc
Đặc trưng cu trúc ca vt liu xây dng là độ rng và độ đặc.
Độ rng r (s thp phân, %) là th tích rng cha trong mt đơn v th tích
t nhiên ca vt liu.
Nếu th tích rng là V
r
và th tích t nhiên ca vt liu là V
v
thì :
v
r
V
V
r =
Trong đó : V
r
= V
v
-V
Do đó :
ρ
ρ
==
=
v
vr
v
1
V
V
1
V
VV
r
L rng trong vt liu gm l rng kín và l rng h. L rng h là l rng
thông vi môi trường bên ngoài.
Đối vi vt liu dng ht còn phân ra l rng trong ht và l rng gia các
ht.
Độ rng h (r
h
) là t s gia tng l rng cha nước bão hòa và th tích t
nhiên ca vt liu:
nv
12
h
1
V
mm
r
ρ
×
=
Trong đó: m
1
và m
2
là khi lượng ca mu trng thái khô và trng thái
bão hòa nước.
L rng h có th thông vi nhau và vi môi trường bên ngoài, nên chúng
thường cha nước điu kin bão hòa bình thường như ngâm vt liu trong
nước. L rng h làm tăng độ thm nước và độ hút nước, gim kh năng chu
lc. Tuy nhiên trong vt liu và các sn phm hút âm thì l rng h và vic
khoan l li cn thiết để hút năng lượng âm.
Độ rng kín (r
k
): r
k
= r-r
h
Vt liu cha nhiu l rng kín thì cường độ cao, cách nhit tt.
Độ rng trong vt liu dao động trong mt phm vi rng t 0 đến 98%. Da
vào độ rng có th phán đoán mt s tính cht ca vt liu: cường độ chu lc,
tính chng thm, các tính cht có liên quan đến nhit và âm.
Độ đặc (đ) là mc độ cha đầy th tích vt liu bng cht rn: đ
ρ
ρ
v
=
Như vy r + đ = 1 ( hay 100%), có nghĩa là vt liu khô bao gm b khung
cng để chu lc và l rng không khí.
Độ mn hay độ ln ca vt liu dng ht, dng bt là đại lượng đánh giá
kích thước ht ca nó.
Độ mn quyết định kh năng tương tác ca vt liu vi môi trường (hot
động hóa hc, phân tán trong môi trường), đồng thi nh hưởng nhiu đến độ
rng gia các ht. Vì vy tu theo tng loi vt liu và mc đích s dng người
ta tăng hay gim độ mn ca chúng. Đối vi vt liu ri khi xác định độ mn
thường phi quan tâm đến tng nhóm ht, hình dng và tính cht b mt ht, độ
nhám, kh năng hp th và liên kết vi vt liu khác.
8
1.2.2. Đặc trưng cấu trúc Đặc trưng cấu trúc của vật liệu xây dựng là độ rỗng và độ đặc. Độ rỗng r (số thập phân, %) là thể tích rỗng chứa trong một đơn vị thể tích tự nhiên của vật liệu. Nếu thể tích rỗng là V r và thể tích tự nhiên của vật liệu là V v thì : v r V V r = Trong đó : V r = V v -V Do đó : ρ ρ −=−= − = v vr v 1 V V 1 V VV r Lỗ rỗng trong vật liệu gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở. Lỗ rỗng hở là lỗ rỗng thông với môi trường bên ngoài. Đối với vật liệu dạng hạt còn phân ra lỗ rỗng trong hạt và lỗ rỗng giữa các hạt. Độ rỗng hở (r h ) là tỉ số giữa tổng lỗ rỗng chứa nước bão hòa và thể tích tự nhiên của vật liệu: nv 12 h 1 V mm r ρ × − = Trong đó: m 1 và m 2 là khối lượng của mẫu ở trạng thái khô và trạng thái bão hòa nước. Lỗ rỗng hở có thể thông với nhau và với môi trường bên ngoài, nên chúng thường chứa nước ở điều kiện bão hòa bình thường như ngâm vật liệu trong nước. Lỗ rỗng hở làm tăng độ thấm nước và độ hút nước, giảm khả năng chịu lực. Tuy nhiên trong vật liệu và các sản phẩm hút âm thì lỗ rỗng hở và việc khoan lỗ lại cần thiết để hút năng lượng âm. Độ rỗng kín (r k ): r k = r-r h Vật liệu chứa nhiều lỗ rỗng kín thì cường độ cao, cách nhiệt tốt. Độ rỗng trong vật liệu dao động trong một phạm vi rộng từ 0 đến 98%. Dựa vào độ rỗng có thể phán đoán một số tính chất của vật liệu: cường độ chịu lực, tính chống thấm, các tính chất có liên quan đến nhiệt và âm. Độ đặc (đ) là mức độ chứa đầy thể tích vật liệu bằng chất rắn: đ ρ ρ v = Như vậy r + đ = 1 ( hay 100%), có nghĩa là vật liệu khô bao gồm bộ khung cứng để chịu lực và lỗ rỗng không khí. Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích thước hạt của nó. Độ mịn quyết định khả năng tương tác của vật liệu với môi trường (hoạt động hóa học, phân tán trong môi trường), đồng thời ảnh hưởng nhiều đến độ rỗng giữa các hạt. Vì vậy tuỳ theo từng loại vật liệu và mục đích sử dụng người ta tăng hay giảm độ mịn của chúng. Đối với vật liệu rời khi xác định độ mịn thường phải quan tâm đến từng nhóm hạt, hình dạng và tính chất bề mặt hạt, độ nhám, khả năng hấp thụ và liên kết với vật liệu khác. 8
Độ mn thường được đánh giá bng t din b mt (cm
2
/g) hoc lượng lt
sàng, lượng sót sàng tiêu chun (%). Dng c sàng tiêu chun có kích thước ca
l ph thuc vào tng loi vt liu.
1.2.3. Nhng tính cht có liên quan đến môi trường nước
Liên kết gia nước và vt liu
Trong vt liu luôn cha mt lượng nước nht định. Tu theo bn cht ca
vt liu, thành phn, tính cht b mt và đặc tính l rng ca nó mà mc độ liên
kết gia nước vi vt liu có khác nhau. Da vào mc độ liên kết đó, nước trong
vt liu được chia thành 3 loi: Nước hoá hc, nước hoá lý và nước cơ hc.
Nước hoá hc là nước tham gia vào thành phn ca vt liu, có liên kết bn
vi vt liu. Nước hoá hc ch bay hơi nhit độ cao (trên 500°C). Khi nước
hoá hc mt thì tính cht hóa hc ca vt liu b thay đổi ln.
Nước hoá lý có liên kết khá bn vi vt liu, nó ch thay đổi dưới s tác
động ca điu kin môi trường như nhit độ, độ m và khi bay hơi nó làm cho
tính cht ca vt liu thay đổi mt mc độ nht định.
Nước cơ hc (nước t do), loi này gn như không có liên kết vi vt liu,
d dàng thay đổi ngay trong điu kin thường. Khi nước cơ hc thay đổi, không
làm thay đổi tính cht ca vt liu.
Độ m
Độ m W (%) là ch tiêu đánh giá lượng nước có tht m
n
trong vt liu ti
thi đim thí nghim. Nếu khi lượng ca vt liu lúc m là m
a
và khi lượng
ca vt liu sau khi sy khô là m
k
thì:
(%)100
m
m
Whay(%)100
m
mm
W
k
n
k
ka
×=×
=
.
Trong không khí vt liu có th hút hơi nước ca môi trường vào trong các
l rng và ngưng t thành pha lng. Đây là mt quá trình có tính cht thun
nghch. Trong cùng mt điu kin môi trường nếu vt liu càng rng thì độ m
ca nó càng cao. Đồng thi độ m còn ph thuc vào bn cht ca vt liu, đặc
tính ca l rng và vào môi trường. môi trường không khí khi áp lc hơi nước
tăng (độ m tương đối ca không khí tăng) thì độ m ca vt liu tăng.
Độ m ca vt liu tăng làm xu đi tính tính cht nhit k thut, gim
cường độđộ bn, làm tăng th tích ca mt s loi vt liu. Vì vy tính cht
ca vt liu xây dng phi được xác định trong điu kin độ m nht định.
Độ hút nước
Độ hút nước ca vt liu là kh năng hút và gi nước ca nó điu kin
thường và được xác định bng cách ngâm mu vào trong nước có nhit độ 20
±
0,5
o
C. Trong điu kin đó nước ch có th chui vào trong l rng h, do đó mà
độ hút nước luôn luôn nh hơn độ rng ca vt liu. Thí d độ rng ca bê tông
nh có th là 50 ÷ 60%, nhưng độ hút nước ca nó ch đến 20 ÷ 30% th tích.
Độ hút nước được xác định theo khi lượng và theo th tích.
Độ hút nước theo khi lượng là t s gia khi lượng nước mà vt liu hút
vào vi khi lượng vt liu khô.
9
Độ mịn thường được đánh giá bằng tỷ diện bề mặt (cm 2 /g) hoặc lượng lọt sàng, lượng sót sàng tiêu chuẩn (%). Dụng cụ sàng tiêu chuẩn có kích thước của lỗ phụ thuộc vào từng loại vật liệu. 1.2.3. Những tính chất có liên quan đến môi trường nước Liên kết giữa nước và vật liệu Trong vật liệu luôn chứa một lượng nước nhất định. Tuỳ theo bản chất của vật liệu, thành phần, tính chất bề mặt và đặc tính lỗ rỗng của nó mà mức độ liên kết giữa nước với vật liệu có khác nhau. Dựa vào mức độ liên kết đó, nước trong vật liệu được chia thành 3 loại: Nước hoá học, nước hoá lý và nước cơ học. Nước hoá học là nước tham gia vào thành phần của vật liệu, có liên kết bền với vật liệu. Nước hoá học chỉ bay hơi ở nhiệt độ cao (trên 500°C). Khi nước hoá học mất thì tính chất hóa học của vật liệu bị thay đổi lớn. Nước hoá lý có liên kết khá bền với vật liệu, nó chỉ thay đổi dưới sự tác động của điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và khi bay hơi nó làm cho tính chất của vật liệu thay đổi ở một mức độ nhất định. Nước cơ học (nước tự do), loại này gần như không có liên kết với vật liệu, dễ dàng thay đổi ngay trong điều kiện thường. Khi nước cơ học thay đổi, không làm thay đổi tính chất của vật liệu. Độ ẩm Độ ẩm W (%) là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có thật m n trong vật liệu tại thời điểm thí nghiệm. Nếu khối lượng của vật liệu lúc ẩm là m a và khối lượng của vật liệu sau khi sấy khô là m k thì: (%)100 m m Whay(%)100 m mm W k n k ka ×=× − = . Trong không khí vật liệu có thể hút hơi nước của môi trường vào trong các lỗ rỗng và ngưng tụ thành pha lỏng. Đây là một quá trình có tính chất thuận nghịch. Trong cùng một điều kiện môi trường nếu vật liệu càng rỗng thì độ ẩm của nó càng cao. Đồng thời độ ẩm còn phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, đặc tính của lỗ rỗng và vào môi trường. Ở môi trường không khí khi áp lực hơi nước tăng (độ ẩm tương đối của không khí tăng) thì độ ẩm của vật liệu tăng. Độ ẩm của vật liệu tăng làm xấu đi tính tính chất nhiệt kỹ thuật, giảm cường độ và độ bền, làm tăng thể tích của một số loại vật liệu. Vì vậy tính chất của vật liệu xây dựng phải được xác định trong điều kiện độ ẩm nhất định. Độ hút nước Độ hút nước của vật liệu là khả năng hút và giữ nước của nó ở điều kiện thường và được xác định bằng cách ngâm mẫu vào trong nước có nhiệt độ 20 ± 0,5 o C. Trong điều kiện đó nước chỉ có thể chui vào trong lỗ rỗng hở, do đó mà độ hút nước luôn luôn nhỏ hơn độ rỗng của vật liệu. Thí dụ độ rỗng của bê tông nhẹ có thể là 50 ÷ 60%, nhưng độ hút nước của nó chỉ đến 20 ÷ 30% thể tích. Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích. Độ hút nước theo khối lượng là tỷ số giữa khối lượng nước mà vật liệu hút vào với khối lượng vật liệu khô. 9
Độ hút nước theo khi lượng ký hiu là H
P
(%) và xác định theo công thc:
(%) 100
m
mm
(%) 100
m
m
H
k
ku
k
n
P
×
=×=
Độ hút nước theo th tích là t s gia th tích nước mà vt liu hút vào vi
th tích t nhiên ca vt liu.
Độ hút nước theo th tích được ký hiu là H
V
(%)
và xác định theo công
thc :
(%) 100
V
V
H
v
n
V
×=
hay
(%) 100
V
mm
H
nv
k
V
×
×
=
ρ
Trong đó : m
n
, V
n
: Khi lượng và th tích nước mà vt liu đã hút .
ρ
n
: Khi lượng riêng ca nước
ρ
n
= 1g/cm
3
m
ư
, m
k
: Khi lượng ca vt liu khi đã hút nước (ướt) và khi khô
V
v
: Th tích t nhiên ca vt liu .
Mi quan h gia H
V
và H
P
như sau :
n
v
p v
n
v
p
v
HHhay
H
H
ρ
ρ
=
ρ
ρ
=
(
ρ
v
:
khi lượng th tích tiêu chun).
Để xác định độ hút nước ca vt liu, ta ly mu vt liu đã sy khô đem
cân ri ngâm vào nước. Tùy tng loi vt liu mà thi gian ngâm nước khác
nhau. Sau khi vt liu hút no nước được vt ra đem cân ri xác định độ hút nước
theo khi lượng hoc theo th tích bng các công thc trên.
Độ hút nước được to thành khi ngâm trc tiếp vt liu vào nước, do đó vi
cùng mt mu vt liu đem thí nghim thì độ hút nước s ln hơn độ m.
Độ hút nước ca vt liu ph thuc vào độ rng, đặc tính ca l rng và
thành phn ca vt liu.
Ví d: Độ hút nước theo khi lượng ca đá granit 0,02 ÷ 0,7% ca bê tông
nng 2 ÷ 4% ca gch đất sét 8 ÷ 20%.
Khi độ hút nước tăng lên s làm cho th tích ca mt s vt liu tăng và
kh năng thu nhit tăng nhưng cường độ chu lc và kh năng cách nhit gim
đi.
Độ bão hòa nước
Độ bão hòa nước là ch tiêu đánh giá kh năng hút nước ln nht ca vt
liu trong điu kin cưỡng bc bng nhit độ hay áp sut.
Độ bão hòa nước cũng được xác định theo khi lượng và theo th tích,
tương t như độ hút nước trong điu kin thường.
Độ bão hòa nước theo khi lượng:
(%) 100
m
m
H
k
bh
N
bh
P
×=
hay
(%) 100
m
mm
H
k
k
bh
bh
P
×
=
Độ bão hòa nước theo th tích :
(%) 100
V
V
H
V
bh
N
bh
V
×=
hay
(%) 100
V
mm
H
NV
k
bh
bh
v
×
=
ρ
Trong các công thc trên :
bh
N
m
, : Khi lượng và th tích nước mà vt liu hút vào khi bão hòa.
bh
N
V
10
Độ hút nước theo khối lượng ký hiệu là H P (%) và xác định theo công thức: (%) 100 m mm (%) 100 m m H k ku k n P × − =×= Độ hút nước theo thể tích là tỷ số giữa thể tích nước mà vật liệu hút vào với thể tích tự nhiên của vật liệu. Độ hút nước theo thể tích được ký hiệu là H V (%) và xác định theo công thức : (%) 100 V V H v n V ×= hay (%) 100 V mm H nv k− V × × − = ρ Trong đó : m n , V n : Khối lượng và thể tích nước mà vật liệu đã hút . ρ n : Khối lượng riêng của nước ρ n = 1g/cm 3 m ư , m k : Khối lượng của vật liệu khi đã hút nước (ướt) và khi khô V v : Thể tích tự nhiên của vật liệu . Mỗi quan hệ giữa H V và H P như sau : n v p v n v p v HHhay H H ρ ρ = ρ ρ = ( ρ v : khối lượng thể tích tiêu chuẩn). Để xác định độ hút nước của vật liệu, ta lấy mẫu vật liệu đã sấy khô đem cân rồi ngâm vào nước. Tùy từng loại vật liệu mà thời gian ngâm nước khác nhau. Sau khi vật liệu hút no nước được vớt ra đem cân rồi xác định độ hút nước theo khối lượng hoặc theo thể tích bằng các công thức trên. Độ hút nước được tạo thành khi ngâm trực tiếp vật liệu vào nước, do đó với cùng một mẫu vật liệu đem thí nghiệm thì độ hút nước sẽ lớn hơn độ ẩm. Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính của lỗ rỗng và thành phần của vật liệu. Ví dụ: Độ hút nước theo khối lượng của đá granit 0,02 ÷ 0,7% của bê tông nặng 2 ÷ 4% của gạch đất sét 8 ÷ 20%. Khi độ hút nước tăng lên sẽ làm cho thể tích của một số vật liệu tăng và khả năng thu nhiệt tăng nhưng cường độ chịu lực và khả năng cách nhiệt giảm đi. Độ bão hòa nước Độ bão hòa nước là chỉ tiêu đánh giá khả năng hút nước lớn nhất của vật liệu trong điều kiện cưỡng bức bằng nhiệt độ hay áp suất. Độ bão hòa nước cũng được xác định theo khối lượng và theo thể tích, tương tự như độ hút nước trong điều kiện thường. Độ bão hòa nước theo khối lượng: (%) 100 m m H k bh N bh P ×= hay (%) 100 m mm H k k bh − bh P × − = Độ bão hòa nước theo thể tích : (%) 100 V V H V bh N bh V ×= hay (%) 100 V mm H NV k bh − bh v × − = ρ Trong các công thức trên : bh N m , : Khối lượng và thể tích nước mà vật liệu hút vào khi bão hòa. bh N V 10
bh
m
, : Khi lượng ca mu vt liu khi đã bão hòa nước và khi khô.
k
m
V
V
: Th tích t nhiên ca vt liu.
Để xác định độ bão hòa nước ca vt liu có th thc hin mt trong 2
phương pháp sau:
Phương pháp nhit độ: Luc mu vt liu đã được ly khô trong nước 4
gi, để ngui ri vt mu ra cân và tính toán.
Phương pháp chân không: Ngâm mu vt liu đã được sy khô trong mt
bình kín đựng nước, h áp lc trong bình xung còn 20 mmHg cho đến khi
không còn bt khí thoát ra thì tr li áp lc bình thường và gi thêm 2 gi na
ri vt mu ra cân và tính toán.
Độ bão hòa nước ca vt liu không nhng ph thuc vào thành phn ca
vt liu và độ rng mà còn ph thuc vào tính cht ca các l rng, do đó độ bão
hòa nước được đánh giá bng h s bão hòa C
bh
thông qua độ bão hòa nước theo
th tích độ rng r :
bh
V
H
r
H
C
bh
V
bh
=
C
bh
thay đổi t 0 đến 1. Khi h s bão hòa ln tc là trong vt liu có nhiu
l rng h .
Khi vt liu b bão hòa nước s làm cho th tích vt liu và kh năng dn
nhit tăng, nhưng kh năng cách nhit và đặc bit là cường độ chu lc thì gim
đi. Do đó mc độ bn nước ca vt liu được đánh giá bng h s mm (K
m
)
thông qua cường độ ca mu bão hòa nước R
bh
và cường độ ca mu khô R
k
:
k
bh
m
R
R
K =
Nhng vt liu có K
m
> 0,75 là vt liu chu nước có th dùng cho các công
trình thy li.
Tính thm nước
Tính thm nước là tính cht để cho nước thm qua t phía có áp lc cao
sang phía có áp lc thp. Tính thm nước được đặc trưng bng h s thm K
th
(m/h):
)tpS(p
.aV
K
21
n
th
=
Như vy, K
th
là th tích nước thm qua V
n
(m
3
) mt tm vt liu có chiu
dày a=1m, din tích S = 1m
2
, sau thi gian t = 1 gi, khi độ chênh lch áp lc
thu tĩnh hai mt là p
1
- p
2
= 1m ct nước.
Tùy thuc tng loi vt liu mà có cách đánh giá tính thm nước khác
nhau.
Ví d: Tính thm nước ca ngói lp được đánh giá bng thi gian xuyên
nước qua viên ngói, tính thm nước ca bê tông được đánh giá bng áp lc nước
ln nht ng vi lúc xut hin nước qua b mt mu bê tông hình trđường
kính và chiu cao bng 150 mm.
Mc độ thm nước ca vt liu ph thuc vào bn cht ca vt liu, độ
rng và tính cht ca l rng. Nếu vt liu có nhiu l rng ln và thông nhau
thì mc độ thm nước s ln hơn khi vt liu có l rng nh và cách nhau.
11
bh − m , : Khối lượng của mẫu vật liệu khi đã bão hòa nước và khi khô. k m V V : Thể tích tự nhiên của vật liệu. Để xác định độ bão hòa nước của vật liệu có thể thực hiện một trong 2 phương pháp sau: Phương pháp nhiệt độ: Luộc mẫu vật liệu đã được lấy khô trong nước 4 giờ, để nguội rồi vớt mẫu ra cân và tính toán. Phương pháp chân không: Ngâm mẫu vật liệu đã được sấy khô trong một bình kín đựng nước, hạ áp lực trong bình xuống còn 20 mmHg cho đến khi không còn bọt khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt mẫu ra cân và tính toán. Độ bão hòa nước của vật liệu không những phụ thuộc vào thành phần của vật liệu và độ rỗng mà còn phụ thuộc vào tính chất của các lỗ rỗng, do đó độ bão hòa nước được đánh giá bằng hệ số bão hòa C bh thông qua độ bão hòa nước theo thể tích và độ rỗng r : bh V H r H C bh V bh = C bh thay đổi từ 0 đến 1. Khi hệ số bão hòa lớn tức là trong vật liệu có nhiều lỗ rỗng hở . Khi vật liệu bị bão hòa nước sẽ làm cho thể tích vật liệu và khả năng dẫn nhiệt tăng, nhưng khả năng cách nhiệt và đặc biệt là cường độ chịu lực thì giảm đi. Do đó mức độ bền nước của vật liệu được đánh giá bằng hệ số mềm (K m ) thông qua cường độ của mẫu bão hòa nước R bh và cường độ của mẫu khô R k : k bh m R R K = Những vật liệu có K m > 0,75 là vật liệu chịu nước có thể dùng cho các công trình thủy lợi. Tính thấm nước Tính thấm nước là tính chất để cho nước thấm qua từ phía có áp lực cao sang phía có áp lực thấp. Tính thấm nước được đặc trưng bằng hệ số thấm K th (m/h): )tpS(p .aV K 21 n th − = Như vậy, K th là thể tích nước thấm qua V n (m 3 ) một tấm vật liệu có chiều dày a=1m, diện tích S = 1m 2 , sau thời gian t = 1 giờ, khi độ chênh lệch áp lực thuỷ tĩnh ở hai mặt là p 1 - p 2 = 1m cột nước. Tùy thuộc từng loại vật liệu mà có cách đánh giá tính thấm nước khác nhau. Ví dụ: Tính thấm nước của ngói lợp được đánh giá bằng thời gian xuyên nước qua viên ngói, tính thấm nước của bê tông được đánh giá bằng áp lực nước lớn nhất ứng với lúc xuất hiện nước qua bề mặt mẫu bê tông hình trụ có đường kính và chiều cao bằng 150 mm. Mức độ thấm nước của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, độ rỗng và tính chất của lỗ rỗng. Nếu vật liệu có nhiều lỗ rỗng lớn và thông nhau thì mức độ thấm nước sẽ lớn hơn khi vật liệu có lỗ rỗng nhỏ và cách nhau. 11