Bài giảng môn vật liệu xây dựng

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TP. ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG TRUNG CẤP CHUYÊN NGHIỆP
Ý VIỆT

BÀI GIẢNG

VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Năm 2012

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

TRƯỜNG

TCCN Ý VIỆT

MỤC LỤC
ĐỀ CƯƠNG ……………..……………………………………………………………....1
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ……………………………………………………………….…...7
CHƯƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU ……………………….9
1.1. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHỦ YẾU ……………………………………….....9
1.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU ………………………………………..17
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN ………………………………….…...23
2.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ……………………………………………….….23
2.2. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG CỦA ĐÁ …………….….....24
2.3. SỬ DỤNG ĐÁ ………………………………………………………………….….27
CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU GỐM XÂY DỰNG ………………………………….…...29
3.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI …………………………………………….…….29
3.2. NGUYÊN LIỆU VÀ SƠ LƯỢC QUÁ TRÌNH CHẾ TẠO …………….………30
3.3. CÁC LOẠI SẢN PHẨM GỐM XÂY DỰNG …………………………….….….31
CHƯƠNG 4: CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ …………………………………….….…..37
4.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ………………………………………….….…...37
4.2. VÔI RẮN TRONG KHÔNG KHÍ …………………………………………..…...37
4.3. THẠCH CAO XÂY DỰNG ……………………………………………….……..40
4.4. XI MĂNG POOCLĂNG …………………………………………………....……42
4.5. CÁC LOẠI XIMĂNG KHÁC …………………………………………..….…….53
CHƯƠNG 5: BÊ TÔNG ……………………………………………………..…….….62
5.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI …………………………………………………..62
5.2. VẬT LIỆU CHẾ TẠO BÊ TÔNG NẶNG ………………………………………63
5.3. CÁC TÍNH CHẤT CHỦ YẾU CỦA HỖN HỢP BÊTÔNG&BÊTÔNG ...........69
5.4. TÍNH TOÁN THÀNH PHẦN BÊTÔNG NẶNG ……………………………….78
5.5. MỘT SỐ LOẠI BÊ TÔNG KHÁC …………………………….………………..84
ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP ………………………………………………...……………….91

-0-

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

CHƢƠNG MỞ ĐẦU
I. Tầm quan trọng của vật liệu:
Trong mọi hoạt động xây dựng thì bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò chủ yếu.Vật liệu
quyết định chất lượng, mỹ thuật, giá thành và cả thời gian thi công công trình.
Thông thường chi phí về vật liệu rất lớn trong tổng giá thành xây dựng: đối với các
công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp nó chiếm khoảng 75 - 80 %, đối với các công
trình giao thông 70 - 75%, đối với các công trình thuỷ lợi: 50- 55%, còn lại là chi phí về
nhân công, máy xây dựng, chi phí quản lý và chi phí khác v.v…
II. Sơ lƣợc hình thành phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng:
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành vật liệu xây dựng
cũng đã phát triển từ thô sơ đến tinh vi, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng cũng được
ngày càng nâng cao.
Từ xưa loài người đã biết dùng những loại vật liệu đơn giản có sẵn trong tự nhiên
như: đất, rơm rạ, đá, gỗ… để xây nhà cửa, cung điện, cầu cống. Ở những nơi xa núi đá,
người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi dần dần về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét
nung. Để gắn các viên gạch, đá rời rạc lại với nhau người ta dùng chất kết dính như: vôi,
thạch cao. Do nhu cầu xây dựng trong nước, người ta đã dần dần nghiên cứu tìm ra những
chất kết dính mới có khả năng rắn trong nước như : hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí
với chất phụ gia hoạt tính, sau đó phát minh ra vôi thuỷ và đến đầu thế kỷ 19 thì phát minh
ra ximăng Pooclăng. Đến thời kỳ này người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật
liệu kim loại: bêtông cốt thép, bêtông dự ứng lực trước, bêtông dự ứng lực sau, gạch silicát
v.v…
Kỹ thuật sản xuất và sử dụng vật liệu trên thế giới vào những năm cuối cùng của thế kỷ
20 này đã đạt đến trình độ cao, nhiều phương pháp và công nghệ tiên tiến được áp dụng
như: nung vật liệu bằng lò tuy nen, nung xi măng bằng lò quay với nhiên liệu lỏng hoặc khí,
sản xuất cấu kiện bêtông dự ứng lực trước với kích thước lớn, sản xuất vật liệu ốp lát gốm
granite bằng phương pháp ép bán khô.
Ở Việt Nam từ xưa có những công trình bằng gỗ, gạch đá xây dựng rất tinh vi, ví dụ:
công trình đá thành Nhà Hồ (Thanh Hoá), công trình đất Cổ Loa (Đông Anh - Hà Nội).
Nhưng trong suốt thời kỳ phong kiến thực dân thống trị, kỹ thuật về vật liệu xây dựng
không được đúc kết, đề cao và phát triển, sau chiến thắng thực dân Pháp (1945) và nhất là
kể từ khi Ngành Xây dựng Việt Nam ra đời (29.4.1958) đến nay Ngành công nghiệp vật
liệu xây dựng đã phát triển nhanh chóng. Trong 40 năm từ những vật liệu xây dựng truyền
thống như: gạch, ngói, đá, cát, ximăng, ngày nay ngành vật liệu xây dựng Việt Nam đã bao
gồm hàng trăm chủng loại khác nhau: từ vật liệu thông dụng nhất đến vật liệu cao cấp với
chất lượng tốt, có đủ các mẫu mã, kích thước, màu sắc đáp ứng nhu cầu xây dựng trong
nước và hướng ra xuất khẩu.
Nhờ có đường lối của Đảng, ngành vật liệu xây dựng đã chuyển sang một bước ngoặc
mới, phát huy tiềm năng, nội lực sử dụng nguồn tài nguyên phong phú, đa dạng với sức lao
động dồi dào, hợp tác liên doanh, liên kết trong và ngoài nước, ứng dụng công nghệ tiên
tiến của thế giới vào hoàn cảnh cụ thể của nước ta. Đầu tư, liên doanh với nước ngoài xây
dựng nhiều nhà máy mới trên khắp ba miền như : ximăng Bút Sơn (1,4 triệu tấn/năm),
ximăng Nghi Sơn (2,27 triệu tấn/năm), ximăng Sao Mai (1,76 triệu tấn/năm)…Về gốm sứ
xây dựng có nhà máy ceramic Hữu Hưng, Thanh Thanh, Thạch Bàn, Việt Trì, Đà Nẵng,
Đồng Tâm…Về kính xây dựng có nhà máy kính Đáp Cầu, với sản phẩm kính phẳng dày 2 -

-7-

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

5 mm, kính phản quang, kính màu, kính an toàn, gương soi đã đạt sản lượng 5,3 triệu m2
trong năm 1997.
III. Phân loại vật liệu xây dựng:
Vật liệu xây dựng có nhiều loại, nhưng đều nằm trong 3 nhóm sau đây.
1. Vật liệu vô cơ:
Vật liệu vô cơ bao gồm các loại vật liệu đá thiên nhiên, các vật liệu nung, các loại
chất kết dính vô cơ, bêtông, vữa, các loại vật liệu đá nhân tạo không nung vv…
2. Vật liệu hữu cơ:
Bao gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại bitum và guđrông, vật liệu keo và chất
dẻo, các loại sơn và vécni vv…
3. Vật liệu kim loại:
Bao gồm các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, các loại vật liệu bằng kim
loại màu và hợp kim.
Mỗi loại vật liệu có thành phần, cấu tạo và đặc tính riêng biệt, do đó phạm vi nghiên
cứu của môn học rất rộng. Tuy nhiên là môn học cơ sở, nhiệm vụ chủ yếu của môn học là
nghiên cứu các tính năng của vật liệu, cách sử dụng hợp lý các loại vật liệu và sản phẩm,
đồng thời có đề cập sơ bộ đến nguyên liệu, thành phần, dây chuyền công nghệ có ảnh
hưởng nhiều đến tính năng của chúng.

-8-

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

CHƢƠNG 1: CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU
1.1. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CHỦ YẾU
1.1.1. Khối lƣợng riêng
a) Định nghĩa: Khối lượng riêng (KLR) của vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể
tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng).
- KLR của vật liệu được ký hiệu bằng a (g/cm3, kg/lít, kg/m3, tấn/m3)
- Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô ký hiệu bằng Ga (g, kg, tấn).
- Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu ký hiệu bằng Va (cm3, m3,lít)

 G
V

a

a

a

Chú ý: Trạng thái khô là trạng thái vật liệu được sấy
khô ở nhiệt độ 1050C
b) Cách xác định:
- Việc xác định khối lượng của vật liệu được thực
hiện bằng cách sấy mẫu thí nghiệm ở nhiệt độ 1050C 1100C cho tới khi khối lượng không đổi rồi cân chính
xác đến khối lượng  0,1g.
- Thể tích đặc của vật liệu thì tuỳ theo từng loại
vật liệu mà có cách xác định khác nhau.
+ Với vật liệu (thép, kính...) có hình dạng hình học
rõ ràng ta đo chính xác  0,1mm rồi dùng công thức
hình học ta tính ra Va
Ví dụ: Hình nón: Va = (R2h)/3
4 R 3
Hình cầu : V a 
3
+ Với vật liệu đặc nhưng không có hình dạng hình
học rõ ràng thì ta thả vật liệu vào bình chất lỏng, khi đó
thể tích chất lỏng dâng lên chính là thể tích của vật liệu
đặc. Với vật liệu rỗng (gạch, đá, bê tông...) thì V a được
xác định bằng phương pháp bình tỷ trọng. Mẫu được
sấy khô rồi nghiền nhỏ, sàng qua sàng tiêu chuẩn
(< 0,2mm), cân khối lượng bột vật liệu được G1, cho
bột vật liệu vào bình tỷ trọng (hình 1.1), nếu chất lỏng
trong bình là V1 sau khi cho bột vật liệu vào mức chất
lỏng dâng tới V2 đem cân lượng bột vật liệu còn lại
được G2 khi đó:

a 

G1  G 2
V1  V2

Hình 1-1 Bình tỷ trọng
xác định khối lượng riêng

; g/cm3

Lƣu ý: Chất lỏng dùng để thí nghiệm không có phản ứng hoá học với vật liệu.
Ví dụ: Xác định thể tích đặc của bột ximăng ta dùng xăng không được dùng nước.
- KLR của vật liệu phụ thuộc vào thành phần hoá học, khoáng vật và cấu trúc của vật
liệu.

-9-

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

- Giá trị KLR của vật liệu biến đổi trong phạm vi hẹp, đặc biệt những vật liệu cùng loại
có KLR tương tự nhau.
Ví dụ: + Gạch đất sét:
a = 2,65 g/cm3
+ Bê tông xi măng:
a = 2,6 g/cm3
+ Cát:
a = 2,6 g/cm3
- Ngoài ra KLR được ứng dụng để phân biệt những vật liệu khác nhau và tính toán
thành phần của một số loại vật liệu như: vữa, bê tông.
1.1.2. Khối lƣợng thể tích
a) Định nghĩa: Khối lượng thể tích của vật liệu (KLTT) là khối lượng của một đơn vị
thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên (kể cả các lỗ rỗng).
- KLTT được ký hiệu bằng 0

 G
V

a

0

, (g/cm3, kg/lít, kg/m3, tấn/m3)

0

Trong đó:

- Ga là khối lượng vật liệu ở trạng thái khô (g, kg, tấn)
- V0 là thể tích tự nhiên của vật liệu (cm3, dm3, lít, m3)
b) Cách xác định:
- Xác định khối lượng của vật liệu được thực hiện bằng cách sấy mẫu thí nghiệm ở nhiệt
độ 1050C -1100C cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác đến  0,1 g.
- Thể tích tự nhiên của vật liệu thì tuỳ theo hình dáng của mẫu thí nghiệm mà ta có
phương pháp xác định khác nhau.
+ Với mẫu có hình dạng hình học rõ ràng ta đo chính xác đến  0,1 mm rồi dùng công
thức hình học tính được V0.
+ Với mẫu không có hình dạng hình học rõ ràng thì ta dùng phương pháp chiếm chỗ
trong chất lỏng như sau: Sau khi sấy khô cân mẫu được G 1, lấy parafin đun chảy rồi nhúng
mẫu vào parafin để parafin bao bọc quanh mẫu sau đó cân mẫu được G2. Sau đó thả mẫu
vật liệu vào bình chất lỏng. Mức chất lỏng ban đầu là V1, khi cho mẫu vật liệu đã bao bọc
parafin vào, mức chất lỏng dâng lên là V2, thể tích parafin bọc quanh mẫu vật liệu là Vp.
Khi đó thể tích tự nhiên của vật được tính như sau:
V0= V2- V1- Vp
Trong đó:

Vp 

G 2  G1 ;
op

cm3, với op: Khối lượng thể tích của parafin op = 0,9 g/cm3

+ Đối với vật liệu liệu rời:(ximăng, cát, sỏi,...) thì ta đổ vật liệu đã sấy khô từ một chiều
cao nhất định xuống một cái ca có thể tích biết trước, rồi cân vật liệu ở trong ca, khối lượng
thể tích sẽ bằng:

0  Ga , (g/cm3, kg/lít)
V0

- Khối lượng thể tích phụ thuộc vào loại vật liệu,. cấu tạo của vật liệu, với vật liệu cùng
loại nhưng cấu tạo (đặc, rỗng) khác nhau thì giá trị khối lượng thể tích cũng khác nhau.
- Giá trị KLTT của vật liệu xây dựng biến đổi trong phạm vi rộng
Ví dụ: + Bêtông nặng
o = 2400 kg/m3
+ Gạch đặc
o = 1700 - 1900 kg/m3
+ Bê tông nhẹ
o = 1000 kg/m3

- 10 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

+ Gạch rỗng
o = 1200-1500 kg/m3
- Dựa vào KLTT của vật liệu có thể phán đoán được một số tính chất như: cường độ, độ
rỗng, độ đặc, khả năng hút nước, ...Ngoài ra KLTT còn được sử dụng để tính toán trọng
lượng bản thân của kết cấu, tính cấp phối cho bê tông, vữa, lựa chọn phương tiện vận
chuyển...
1.1.3. Độ đặc và độ rỗng
a) Độ đặc: là tỷ số giữa thể tích đặc với thể tích tự nhiên của vật liệu
- Độ đặc được ký hiệu bằng: đ và được xác định theo công thức:

d



V a  100%
V0

hoặc

d



0
 100%
a

,

Trong đó:

Va: Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu
V0: Thể tích tự nhiên của vật liệu
- Đa số các loại vật liệu đều có độ đặc < 100%, riêng một số loại vật liệu như thép,
kính... thì đ = 100%.
- Độ đặc của vật liệu phụ thuộc vào mức độ rỗng của vật liệu và biến đổi trong phạm
vi rộng.
- Thông qua độ đặc của vật liệu có thể dự đoán được một số tính chất của vật liệu
như: cường độ chịu lực, khả năng cách nhiệt, âm, mức độ hút nước...
b) Độ rỗng: là tỷ số giữa thể tích rỗng với thể tích tự nhiên của vật liệu
- Độ rỗng được ký hiệu là: r

r



V r  100%
V0

Chú ý: độ rỗng luôn < 1 trừ kính, thép
Trong đó:
Vr: Thể tích của tất cả các lỗ rỗng trong vật liệu
V0 : Thể tích tự nhiên của vật liệu
- Lỗ rỗng trong vật liệu bao gồm lỗ rỗng kín và lỗ rỗng hở:
+ Lỗ rỗng hở: là lỗ rỗng thông với môi trường bên ngoài.Vật liệu chứa nhiều
lỗ rỗng hở thì hút ẩm và hút nước cao.
+ Lỗ rỗng kín: là lỗ rỗng không thông với môi trường bên ngoài. Vật liệu
chứa nhiều lỗ rỗng kín thì cách nhiệt tốt.
- Độ rỗng của vật liệu biến động trong phạm vi rộng.
Ví dụ:
+ Gạch đất sét đặc r = 15-20%; kính r = 0,2%
+ Gạch đất sét rỗng r = 30-50%; bê tông nặng r =
5-10%
- Cũng giống như độ đặc thông qua độ rỗng có thể dự đoán được một số tính chất
của vật liệu như: cường độ chịu lực, khả năng cách nhiệt, độ hút nước...
* Mối quan hệ giữa KLR, KLTT và độ đặc, độ rỗng:
+ Đối với vật liệu hoàn toàn đặc thì o = a , đ = 1, r = 0
Ví dụ: nhựa đường, thuỷ tinh, parafin, thép
+ Đối với vật liệu rỗng thì o < a , đ <1, r > 0
Ví dụ: gạch, đá, bêtông, gỗ.......

- 11 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Giá trị o và a của vật liệu càng chênh lệnh thì vật liệu đó càng rỗng.
1.1.4. Các tính chất của vật liên quan đến nƣớc
a) Độ ẩm: là chỉ tiêu đánh giá lượng nước có thật Gn trong vật liệu tại thời
điểm thí nghiệm. Là tỷ số giữa khối luợng nước có trong vật liệu với khối lượng vật liệu
khô.
- Độ ẩm được ký hiệu là W và được xác định theo công thức:

G
W
G





 100%   Gam G k   100%

Gk 
k

n

Trong đó: + Gn: là khối lượng nước có trong vật liệu do hút ẩm trong không khí tại thời
điểm thí nghiệm
+ Gam Ga: là khối lượng vật liệu khi ẩm và khi khô
- Cách xác định độ ẩm của vật liệu: Ta lấy vật liệu trong không khí đem ra cân được
Gam. Mang mẫu này sấy khô ở nhiệt độ 1050C-1100C cho tới khối lượng không đổi khi đó
xác định khối lượng của mẫu tại thời điểm đó là Ga, rồi dùng công thức tính độ ẩm để tính.
- 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 quá trình thuận nghịch, hiện tưọng này xảy ra hoàn toàn
tự nhiên mà không có sự tác động nào.
- Trong cùng một điều kiện môi trường nếu vật liệu càng rỗng thì độ ẩm càng cao.
Đồng thời độ ẩm còn phụ thuộc vào bản chất vật liệu và đặc tính của lỗ rỗng. 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.
Khi độ ẩm của vật liệu tăng làm thể tích của vật tăng, khả năng thu nhiệt cũng tăng
nhưng cường độ chịu lực và khả năng cách nhiệt giảm đi.
b) Độ hút nƣớc:
- 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 ở nhiệt độ 20  50C. Trong điều kiện
đó nước có thể chui vào các lỗ rỗng hở. Do đó, thông thường độ hút nước luôn nhỏ hơn độ
rỗng của vật liệu.
Ví dụ: độ rỗng của bêtông nhẹ có thể là 50-60% nhưng độ hút nước của nó chỉ đến
20-30%
- Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích.
+ Độ hút nước theo khối lượng: ký hiệu là Hp (%) là tỷ số giữa khối lượng
nước mà vật liệu hút vào với khối lượng của vật liệu khô:


 G u  Ga 
G
n
Hp   100%  
  100%

Ga
 Ga 

+ Độ hút nước theo thể tích: ký hiệu: Hv (%) là tỷ số giữa thể tích nước mà vật liệu
hút vào Vn với thể tích tự nhiên V0




 G u  Ga 
V
  100%
Hv  n  100%  


V0
 Va  an 

Trong đó:

+ Gn, Vn là khối lượng và thể tích nước mà vật đó đã hút
+ an là khối lượng riêng của nước = 1g/cm3

- 12 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

+ Gu, Ga là khối lượng của vật liệu khi đã hút nước (ướt) và khi khô.
+ V0 là thể tích tự nhiên của vật liệu
- Để xác định độ hút nước của vật liệu ta lấy mẫu vật liệu đã sấy khô đem ra cân rồi
ngâm vào nước. Tuỳ từng vật liệu mà thời gian ngâm vào dài, ngắn khác nhau. Sau khi vật
liệu hút nước no, vật liệu được vớt ra đem cân rồi xác định độ hút nước theo khối lượng và
theo thể tích bằng các công thức trên.
- Độ hút nước được tạo thành khi ngâm trực tiếp vào nước, do đó với cùng một mẫu
vật liệu đem thí nghiệm thì độ hút nước sẽ lớn hơn độ ẩm. Nhưng độ hút nước theo thể tích
thì không thể vượt quá thể tích rỗng.
- Độ hút nước của vật liệu phụ thuộc vào độ rỗng, đặc tính lỗ rỗng và thành phần vật
liệu.
Ví dụ: Độ hút nước theo khối lượng của:
+ Đá granit
Hv = 0,02 - 0,7%
+ Bê tông nặng
Hv = 2 - 4%
+ Gạch
Hv = 8 - 18%
- Khi độ hút nước tăng lên sẽ làm cho thể tích của vật liệu và khả năng thu nhiệt
tăng nhưng cường độ chịu lực và khả năng cách nhiệt giảm.
c) Độ bão hoà nƣớc:
- Độ bão hoà nước là độ hút nước cực đại của vật liệu trong điều kiện cưỡng bức
(bằng nhiệt độ hay áp lực).
- Có hai cách xác định độ bão hoà nước: xác định theo khối lượng và theo thể tích
tương tự như độ hút nước trong điều kiện thường.
+ Xác định theo khối lượng:

H

bh
p



G bh
n

 100%

Hay:

H

Ga

bh
p

G

bh
u

 Ga

G



a

100%
+ Xác định theo thể tích:

H

bh
v 

bh

vn
V0

 100%

Hay:

H

bh
V



 Ga
V o   an

G bh
u

 100%

- Để xác định độ bão hoà nước của vật liệu có thể thực hiện một trong hai cách sau:
+ Phương pháp nhiệt độ: luộc mẫu vật liệu đã được sấy khô trong nước, 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 20mmHg cho đến khi không còn bột
khí thoát ra thì trả lại áp lực bình thường và giữ thêm 2 giờ nữa rồi vớt mẫu ra và tính toán
- Độ bão hoà 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 hoà nước được
bh
đánh giá bằng hệ số bão hoà Cbh thông qua độ bão hoà nước theo thể tích Hv và độ rỗng r.
bh

C

H

bh
n

r

Cbh thay đổi từ 0 (tất cả các lỗ rỗng trong vật liệu là kín) ÷ 1(tất cả các lỗ rỗng trong vật
liệu là hở). Khi hệ số bão hoà lớn tức là trong vật liệu có nhiều lỗ rỗng hở.
- Độ hút nước và đặc biệt là độ bão hoà nước có ảnh hưởng xấu đến tính chất của vật
liệu xây dựng: thể tích tăng, độ dẫn nhiệt tăng, cường độ chịu lực giảm đi, do đó mức độ

- 13 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

bền của vật liệu được đánh giá bởi hệ số mềm (K m) thông qua cường độ của mẫu bão hoà
nước (Rbh) và cường độ của mẫu khô (Ra)
R bh

Km =

Ra

Km có thể thay đổi từ 0 (đất sét bị phân rã) đến 1 (kim loại). Những vật liệu có K m >
0,75 là vật liệu chịu nước, những vật liệu này dùng cho tất cả các công trình ở dưới nước.
d) Tính thấm nƣớc:
Là tính chất để cho nước thấm qua khi có độ chênh áp lực (từ phía có áp lực cao đến
phía có áp lực thấp). Tính thấm nước được đặc trưng bởi hệ số thấm (Kth) (m/giờ)
Kth =

Vn  a
S(P1  P2 )  t

K th là thể tích nước thấm qua Vn (m3) một bức tường có chiều dày a = 1m, diện tích S =
1m 2, sau thời gian t = 1 giờ, khi độ chênh áp lực thuỷ tĩnh ở hai mặt là P1  P2 = 1 m 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 bêtông được đánh giá bằng áp lực nước lớn nhất ứng với lúc
xuất hiện nuớc qua bề mặt mẫu bêtông hình trụ có đường kính và chiều cao bằng 150mm.
Mức độ thấm nước của vật liệu phụ thuộc vào bản chất của vật liệu, độ rỗng, tính
chất của lỗ rỗng và áp lực nước lên vật liệu. Nếu vật liệu có nhiều lỗ rỗng lớn và thông
nhau thì mức độ thấm sẽ lớn hơn khi vật liệu có lỗ rỗng nhỏ và cách nhau.
e) Hiện tƣợng mao dẫn: là tính dẫn nước lên cao trong các mao quản của vật liệu.
Hiện tượng này xảy ra khi ngâm một phần vật liệu vào trong nước. Chẳng hạn khi ngâm
1/2 viên gạch vào chậu nước và để một thời gian ta thấy vết ẩm của viên gạch cao hơn
mực nước trong chậu, đây là hiện tượng mao dẫn của gạch.
Nước ngầm có thể dâng lên theo các ống mao quản làm ướt phần dưới của tường
nhà. Hiện tượng mao dẫn của nền móng làm cho chân tường bị ẩm ướt làm cho công trình
kém bền vững. Để khắc phục hiện tượng này trước khi xây tường ta nên trát lên bề mặt
móng một lớp vật liệu chống ẩm bằng vữa ximăng mác cao 20-30mm hoặc quét một lớp
nhựa đường.
Độ hút nước mao quản được đặc trưng bởi chiều cao mực nước dâng trong vật liệu
(h) và được xác định bằng công thức sau:



h



2 cos 
r  an g

+  : 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 mao
quản luôn luôn thay đổi nên trong thực tế người ta ít dùng mà dùng phương pháp “nguyên
tử đánh dấu” hay đo độ dẫn điện.
Trong đó:

- 14 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Thể tích nước V mà các mao quản vật liệu hút vào ở giai đoạn đầu sau thời gian t
tuân theo quy luật parapol.
V2 = kt
Trong đó: k là hệ số hút nước
Việc giảm độ hút nước có nghĩa là giảm hệ số k, có thể thực hiện bằng cách hoàn
thiện cấu trúc của vật liệu.
1.1.5. Các tính chất của vật liệu có liên quan đến nhiệt
a) Tính dẫn nhiệt
Tính dẫn nhiệt của vật liệu là tính chất để cho nhiệt truyền qua từ mặt này qua mặt
khác (phía có nhiệt độ cao sang nhiệt độ thấp).
Nhiệt lượng truyền qua tấm vật liệu được xác định theo công thức:
Q=

.F.(t1  t 2 )
.
a

Trong đó:F : Diện tích bề mặt của tấm vật liệu ( m2)
a : Chiều dày của tấm vật liệu (m)
t1, t2 : Nhiệt độ ở hai bề mặt của tấm vật liệu (oC)
 : Thời gian nhiệt truyền qua (giờ)
 : Hệ số dẫn nhiệt (kcal/m. oC.h)
Khi F= 1m2, a= 1m, t1 - t2 = 1oC, T =1 h thì  = Q
Vậy hệ số dẫn nhiệt là nhiệt lượng truyền qua một bức tường dày 1m, có diện tích 1
2
m trong một giờ khi độ chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt đối diện là 1 0C.
Hệ số dẫn nhiệt phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Loại vật liệu, độ rỗng và tính chất của lỗ
rỗng, độ ẩm, nhiệt độ bình quân giữa hai bề mặt vật liệu.
Như vậy khi độ rỗng càng cao, lỗ rỗng kín và cách nhau thì hệ số dẫn nhiệt thấp, khả
năng cách nhiệt của vật liệu tốt. Nếu độ ẩm của vật liệu và nhiệt độ bình quân tăng thì hệ số
dẫn nhiệt tăng lên, khả năng cách nhiệt của vật liệu kém đi. Nhưng vật liệu càng nặng (o
càng lớn) thì dẫn nhiệt càng tốt vì theo công thức của V.P.Necraxov thì:



0,0169  0, 22  o2

 0,14

Trong thực tế, hệ số dẫn nhiệt được dùng để lựa chọn vật liệu cho các kết cấu
bao che, tính toán kết cấu để bảo vệ các thiết bị nhiệt.
Giá trị hệ số dẫn nhiệt của một số loại vật liệu thông dụng:
Bêtông nặng
:  = 1,0 – 1,3 kcal/m0C.h
Bêtông nhẹ
:  = 0,2 – 0,3 kcal/m0C.h
Gỗ
:  = 0,15 – 0,2 kcal/m0C.h
Gạch đất sét đặc :  = 0,5 – 0,7 kcal/m0C.h
Gạch đất sét rỗng :  = 0,3 – 0,4 kcal/m0C.h
Thép xây dựng
:  = 50
kcal/m0C.h
b) Nhiệt dung và nhiệt dung riêng:
Nhiệt dung là nhiệt lượng mà vật liệu thu vào khi được đun nóng:

Q  C. G a ( t 2

 t1 )

Trong đó :Ga : Khối lượng của vật liệu (kg)
t1, t2 : Nhiệt độ trước và sau khi đun (0C)

- 15 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

C : Nhiệt dung riêng (hệ số thu nhiệt) của vật liệu (Kcal/kg.oC)
Khi G =1 kg, t1 - t2 =10C, thì C=Q
Nhiệt dung riêng: là nhiệt lượng cần thiết để đun nóng 1 kg vật liệu lên 1oC.
Khả năng thu nhiệt của vật liệu phụ thuộc vào loại vật liệu, thành phần vật liệu và độ ẩm.
Mỗi loại vật liệu có giá trị hệ số thu nhiệt khác nhau. Vật liệu vô cơ thường có hệ số
thu nhiệt từ 0,75 ÷ 0,92 kcal/kg0C, vật liệu gỗ là 0,7 ÷ 0,92 kcal/kg0C.
Nước có hệ số thu nhiệt lớn nhất: 1 kcal/kg0C. Do đó khi độ ẩm của vật liệu tăng thì hệ
số thu nhiệt cũng tăng.

Cw 

nước.

C  0,01 WC n

1  0,01 W
Trong đó: Ca, Cw, CN :Hệ số thu nhiệt của: vật liệu khô, vật liệu có độ ẩm w và của

Khi vật liệu là hỗn hợp của nhiều vật liệu thành phần có hệ số thu nhiệt C 1, C2…Cn
và khối lượng tương ứng là G1, G2… Gn thì hệ số thu nhiệt của vật liệu hỗn hợp này sẽ được
tính theo công thức:
C=

C1.G1  C 2 .G 2  ....  C n .G n

G1  G 2  ...  G n
Hệ số thu nhiệt được sử dụng để tính toán nhiệt lượng khi gia công nhiệt cho vật liệu
xây dựng và lựa chọn vật liệu trong các trạm nhiệt.
c) Tính chống cháy và tính chịu lửa:
Tính chống cháy: Là khả năng của vật liệu chịu được tác dụng của ngọn lửa trong một
thời gian nhất định. Dựa vào khả năng chống cháy, vật liệu được chia làm 4 nhóm:
+ Vật liệu không cháy: là vật liệu dưới tác dụng của ngọn lửa hay nhiệt độ cao mà
không bị cháy và không biến hình nhiều như: gạch, ngói, bêtông…
+ Vật liệu không cháy nhưng biến hình như : thép khi nhiệt độ > 600 0C (những kết
cấu như vậy cần phải được bảo vệ bằng những loại vật liệu bền chống cháy), hoặc bị phân
huỷ ở nhiệt độ cao như: đá vôi, đá đôlônít.
+ Vật liệu khó cháy: Là những vật liệu mà bản thân thì cháy được nhưng nhờ có lớp
bảo vệ nên khó cháy như: tấm vỏ bào ép có trát vữa ximăng ở ngoài.
+ Vật liệu dễ cháy: Là những vật liệu có thể cháy bùng lên dưới tác dụng của ngọn
lửa hay nhiệt độ cao như: tre, gỗ, vật liệu chất dẻo ( chúng cần phải được bảo vệ bằng
những vật liệu chống cháy)
Tính chịu lửa: là tính chất của vật liệu chịu được tác dụng lâu dài của nhiệt độ cao
mà không bị chảy và biến hình. Dựa vào khả năng chịu lửa mà người ta chia vật liệu thành
ba nhóm:
+ Vật liệu chịu lửa
: Chịu được nhiệt độ >= 1580 0C
+ Vật liệu khó cháy : Chịu được nhiệt độ từ 1350 –1580 0C
+Vật liệu dễ cháy
: Chịu được nhiệt độ < 1350 0C

- 16 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

1.2. CÁC TÍNH CHẤT CƠ HỌC CHỦ YẾU
1.2.1. Cƣờng độ chịu lực của vật liệu
a) Khái niệm chung :
Cường độ là khả năng của vật liệu chống lại sự phá hoại dưới tác dụng của ngoại lực
hoặc điều kiện môi trường.
Kết cấu xây dựng chịu lực dưới nhiều hình thức khác nhau: kéo, nén, uốn, va chạm,
vv…Tương ứng với nó cường độ cũng có nhiều loại.
Cường độ của vật liệu phụ thuộc 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 ta phải tiến hành thí nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn. Khi đó dựa vào cường độ giới
hạn để định ra mác của vật liệu xây dựng.
Mác (số hiệu)của vật liệu là cường độ cường độ chịu lực giới hạn của vật liệu thi
nghiệm trong điều kiện tiêu chuẩn như: kích thước mẫu, cách chế tạo mẫu, phương pháp và
thời gian bảo dưỡng trước khi thử.
b) Phƣơng pháp xác định:
Có hai phương pháp xác định cường độ của vật liệu: Phương pháp phá hoại và phương
pháp không phá hoại:
+ Phƣơng pháp phá hoại mẫu : Cường độ của vật liệu được xác định bằng cách
cho ngoại lực tác dụng vào mẫu có kích thước tiêu chuẩn (tuỳ thuộc vào từng loại vật liệu)
cho đến khi mẫu bị phá hoại rồi tính theo công thức sau:
* Cường độ nén :

Rn =

Pn

; kG/cm2

F
Trong đó: Rn : Cường độ chịu nén (kG/cm2)
Pn
: Lực nén đã phá hoại mẫu (kG)
F
: Tiết diện chịu nén (cm2)
Mẫu để thí nghiệm cường độ nén thường có hình lập phương hoặc hình trụ.
Cường độ chịu nén là đặc trưng quan trọng nhất, vì hầu hết vật liệu dùng trong kết cấu
công trình là chịu nén. Ví dụ: Móng cột, tường chịu lực…
Hình dáng và kích thƣớc của mẫu
(mm)
Mẫu lập phƣơng
100 x 100 x 100
150 x 150 x 150
200 x 200 x 200
300 x 300 x 300
Mẫu trụ (d x h)
1,14 x 143 hoặc 100 x 200
150 x 300
200 x 400
* Cường độ chịu kéo:

Rk =

Pk

F

Hệ số chuyển đổi

0,91
1
1,05
1,1
1,16
1,2
1,24

, kG/cm2, N/mm2, MPa

- 17 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Trong đó: Rk
: Cường độ chịu kéo, kG/cm2
Pk
: Lực kéo đã phá hoại mẫu, kG
F
: Tiết diện chịu kéo, cm2
Những kết cấu chịu kéo như: dây cáp trong cầu treo, một số thanh dẫn trong kết cấu dàn,
một số thanh thép trong dàn bêtông.
Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của thép thường là d = 1cm, l =5cm.
Mẫu thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của bêtông thông thường được chế tạo hình
dầm: 5 x 5 x 50 cm hoặc 1 0 x 10 x 80 cm.
* Cường độ chịu uốn : Để xác định cường độ chịu uốn người ta chế tạo các mẫu hình
dầm sau đó tiến hành thí nghiệm uốn theo 1 trong 2 dạng sơ đồ sau:
Sơ đồ dầm giản đơn chịu một lực tập trung ở giữa.
P

h
b
L/2

;

L/2

kG/cm2

L

Ví dụ:
Mẫu ximăng 4 x 4 x 16 cm. Mẫu gạch 11x6x18 cm.
Sơ đồ dầm đơn giản, chịu 2 lực tập trung bằng nhau, cách nhau gối tựa và cách nhau một
khoảng 1/3 khoảng cách giữa 2 gối tựa:
P/2

h

P/2

b

kG/cm2
l/3

l/3

l/3

l

Ví dụ: Mẫu bêtông 15 x 15 x 60 cm. Mẫu gỗ 2 x 2 x 30 cm.
Trong 2 công thức trên:
Rk
: Cường độ chịu uốn (kG/cm2)
P
: Lực uốn phá hoại mẫu (kG)
l
: Khoảng cách giữa hai gối tựa (cm)
B, h : Chiều rộng và chiều cao của dầm (cm)
Do vật liệu có cấu tạo không đồng nhất nên cường độ của nó được xác định bằng cường
độ trung bình của một nhóm mẫu (thường không ít hơn 3 mẫu).
Ví dụ: Mẫu bêtông: 15 x 15 x 15 cm; Mẫu gỗ : 2 x 2 x 2 cm

- 18 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

+ Phƣơng pháp không phá hoại mẫu: Là phương pháp cho ta xác định định được
cường độ của vật liệu mà không cần phá hoại mẫu. Phương pháp này rất tiện lợi cho việc
xác định cường độ cấu kiện hoặc cường độ kết cấu trong công trình. Trong phương pháp
không phá hoại mẫu, phương pháp âm học được sử rộng rãi nhất, cường độ vật liệu được
đánh giá gián tiếp thông qua tốc độ truyền sóng siêu âm.
1.2.2. Độ cứng:
a) Định nghĩa:
Độ cứng của vật liệu là khả năng của vật liệu chống lại được sự xuyên đâm của vật
liệu khác cứng hơn nó.
Độ cứng của vật liệu ảnh hưởng đến một số tính chất khác của vật liệu, vật liệu càng
cứng thì khả năng chống cọ mòn tốt nhưng khó gia công và ngược lại.
b) Phƣơng pháp xác định:
Độ cứng của vật liệu được xác định bằng 1 trong 2 phương pháp sau:
+ Phương pháp Morh: là phương pháp dùng để xác định độ cứng của các vật
liệu dạng khoáng, trên cơ sở dựa vào bảng thang Morh bao gồm 10 khoáng vật mẫu được
sắp xếp theo độ cứng tăng dần:
Muốn tìm độ cứng của một loại vật liệu dạng khoáng nào đó ta đem những khoáng vật
trong Bảng 1-1 rạch lên vật liệu cần thử. Độ cứng của vật liệu sẽ tương ứng với độ cứng
của khoáng vật mà khoáng vật đứng ngay trước đó không rạch được vật liệu, còn khoáng
vật đứng ngay sau nó lại dễ dàng rạch được.
Độ cứng của các khoáng vật sắp xếp trong Bảng chỉ nêu ra chúng hơn kém nhau mà
thôi, không có ý nghĩa định lượng chính xác.
Bảng 1-1
Chỉ số độ
Tên khoáng vật liệu
Đặc điểm độ cứng
cứng
mẫu
1
Tan (Mg3(Si4O10) (OH)2
- Rạch dễ dàng bằng móng
2
3
4

Thạch cao (CaSO4.2H2O)
Can xít (CaCO3)
Florits (CaF2)

- Rạch được bằng móng tay
- Rạch dễ dàng bằng dao thép
- Rạch bằng thép khi ấn nhẹ

5
6
7

Apatit (Ca5(PO4)3F
Octocla (K(AlSi3O8)
Thạch anh (SiO2)
Topa (Al2(SiO4)(F,OH)2

- Rạch bằng giao thép khi ấn mạnh
- Làm xước kính

8

9
10

Corinđon (Al2O3)
Kim cương (C)

- Rạch được kính theo mức độ tăng dần

+ Phương pháp Brinen : Là phương pháp dùng để xác định độ cứng của vật liệu kim loại,
gỗ, bêtông, vv…Người ta dùng hòn bi thép có đường kính là D mm đem ấn vào vật liệu
định thử với một lực P (hình 1-2) rồi dựa vào vết lõm trên vật liệu sâu hay nông mà xác
định độ cứng bằng công thức sau:
HBR =

2P
P
=
, kG/cm2
F .D(D  D 2  d 2 )

- 19 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG
P

D

d

Hình 1-2
Bi Brinen
Trong đó: P: Lực ép viên bi vào vật liệu thí nghiệm, kG
F : Diện tích hình chỏm cầu của vết lõm, mm2
D : Đường kính viên bi thép (10; 5; 2,5; 1)mm
d : Đường kính vết lõm, mm
*
P đƣợc xác định theo công thức:
P = KD2
Trong đó: K là hệ số - Đối với kim loại đen: K = 30
- Đối với kim loại màu: K = 10
- Đối với kim loại mềm: K = 3
1.2.3. Tính đàn hồi, dẻo, giòn của vật liệu
a) Tính đàn hồi: Là tính chất của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực thì
bị biến dạng nhưng khi bỏ ngoại lực thì hình dạng cũ được phục hồi. Ví dụ : dây lò xo khi
kéo (trong phạm vi đàn hồi của vật liệu) thì biến dạng, khi bỏ ngoại lực ra thì chúng trở về
trạng thái ban đầu.
b) Tính dẻo: Là tính của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực thì bị biến
dạng, khi bỏ ngoại lực thì hình dạng cũ không được phục hồi. Ví dụ: Đất sét, thanh thép ít
các bon.
c) Tính dòn: Là tính của vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực tới mức nào
đó thì bị phá hoại mà trước khi xảy ra sự phá hoại thì hầu như không có sự biến dạng dẻo.
1.3. BÀI TẬP
1.3.1. Tính toán các chỉ tiêu vật lí của vật liệu.
1.3.2. Tính toán kiểm tra các đặc trƣng cơ học của vật liệu.

BÀI TẬP CHƢƠNG 1
Bài 1.1: Cho một mẫu đá khô hình dáng không rõ ràng, cân trong không khí được
80g. Sau khi bọc kín bề mặt 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 riêng của parafin là
0.9g/cm3, của nước là 1.0 g/cm3.
Bài 1.2: Một mẫu đá thiên nhiên hình trụ tròn có đường kính là 5cm, chiều cao 5cm.
Ở trạng thái khô có khối lượng là 245g. Sau khi hút no nước khối lượng tăng lên đến 249g.
Xác định khối lượng thể tích và độ hút nước (theo thể tích và theo khối lượng).

- 20 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Bài 1.3: Một mẫu đá khô có khối lượng là 77g, sau khi hút nước cân được 79g. Tính
khối lượng thể tích, độ đặc và độ rỗng của đá nếu khối lượng riêng của nó là 2.67g/cm3, độ
hút nước theo thể tích là 4.28%.
Bài 1.4: Một mẫu đá granit có khối lượng thể tích là 2,7g/cm3. Khi cho mẫu hút nước
dưới áp lực thì mẫu có độ hút nước theo khối lượng là 3,71%. Biết C bh = 0,8. Xác định khối
lượng riêng của đá.
Bài 1.5: Một mẫu đá khô có khối lượng 250g. Khi nhúng ngập mẫu vào ống đong
nước để thoát hết bọt khí, thì mẫu làm nước dâng lên 100ml. Nhấc mẫu ra rồi lại nhúng vào
ống đong thì mẫu chiếm chỗ của 125ml nước. Sau khi sấy khô mẫu, nghiền nhỏ, cho vào
bình tỷ trọng xác định được thể tích đặc của nó là 90cm3. Xác định khối lượng thể tích của
đá ở trạng thái khô, độ hút nước theo khối lượng và theo thể tích, khối lượng riêng, độ rỗng
hở, độ rỗng toàn phần và hệ số bão hoà của vật liệu.
Bài 1.6: Một mẫu vật liệu để trong không khí có khối lượng thể tích là 1400kg/m3 và
độ ẩm 3%. Sau khi mẫu hút nước đến bão hoà thì khối lượng thể tích của nó là 1700kg/m3.
Cho biết hệ số bão hào Cbh = 1,0. Hãy xác định độ rỗng của vật liệu này.
Bài 1.7: Một mẫu vật liệu có khối lượng 250g, bị đốt nóng từ 10 0C lên 450C tiêu tốn
một lượng nhiệt hữu ích là 2187,5 Cal. Hãy xác định nhiệt dung riêng của vật liệu này khi
nó có độ ẩm 20%. Biết nhiệt dung riêng của nước là 1kCal/kg. 0C.
Bài 1.8: Một mẫu đá khô nặng 300g, sau khi hút nước ở điều kiện thường 3 ngày đêm
đem cân được 309g. Khối lượng thể tích của đá khô là 2400kg/m3. Hãy tính độ hút nước
theo khối lượng và theo thể tích, độ rỗng toàn phần và khối lượng riêng của đá này. Cho
biết Cbh = 0.7.
Bài 1.9: Một mẫu vật liệu để trong không khí có khối lượng thể tích là 1400kg/m3 và
độ ẩm 3%. Sau khi mẫu hút nước đến bảo hoà thì khối lượng thể tích của nó là 1700kg/m3.
Cho biết hệ số bảo hoà Cbh = 1.00. Hãy xác định độ rỗng của vật liệu này.
Bài 1.10: Tính độ ẩm của cát theo kết quả thí nghiệm sau đây: Đổ 1kg cát ẩm vào
ống đong có chia sẵn 520ml nước, nước trong ống dân lên đến vạch 910ml. Cho biết khối
lượng riêng của cát là 2,6g/cm3.
Bài 1.11: Thiết lập công thức tính khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô khi
biết khối lượng thể tích ở trạng thái ẩm và độ ẩm của nó. Giả thiết khi thay đổi độ ẩm thì
thể tích của vật liệu không thay đổi.
Áp dụng:

 0w  2650kg / m 3

; W = 5%.

Bài 1.12: Hãy xác định thể tích tự nhiên và khối lượng thể tích của 1kg cát ở độ ẩm W
= 0.88%. Biết khối lượng riêng của cát là 2.6g/cm3.
Bài 1.13: Một loại vật liệu ở độ ẩm 0% có khối lượng thể tích là 2,4kg/dm3, sau khi
bão hoà nước khối lượng thể tích là 2.7kg/dm3 và hệ số bão hoà nước là 0.9.
Hãy xác định độ rỗng của vật liệu nếu lấy khối lượng thể tích của nước là
0.98g/cm và coi như thể tích của vật liệu không thay đổi.
3

Bài 1.14: Một loại vật liệu ở độ ẩm 20% có khối lượng thể tích là 1.8 kg/dm3 và ở
trạng thái bão hoà nước khối lượng thể tích là 2.0 kg/dm3. Khối lượng riêng của vật liệu là
3.0kg/dm3.

- 21 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

Hãy xác định hệ số bão hoà nước của vật liệu đó. Giả thiết thể tích của nó không
thay đỏi khi hút nước.
Bài 1.15: Lựa chọn công suất của máy ép thuỷ lực đủ để thí nghiệm uốn một dầm
bêtông tiết diện là 15x15cm, chiều dài l = 100cm, với một lực tập trung đặt giữa nhịp. Biết
giới hạn bền của bêtông khi chịu uốn đạt tới 80kG/cm2.
Bài 1.16: Hãy tính xem lực cần thiết của máy nén phải giảm đi bao nhiêu lần khi thí
nghiệm gạch và bêtông nếu như đang thí nghiệm nén thì chuyển qua thí nghiệm uốn với
một lực tập trung ở giữa nhịp. Gạch được uốn cả viên với nhịp tính toán là 18cm, Khi nén
thì cưa đôi với kích thước mặt nén là 10.5x11.0cm. Bêtông nén với mẫu lập phương có
cạnh a = 20cm và uốn với mẫu 15x15x80cm nhịp tính toán 60cm. Cho biết gạch có R u =
0.22Rn và bêtông có Ru = 0.16Rn.
Bài 1.17: Một cột nhà làm bằng đá gabrô tiết diện vuông có cạnh 20cm, chịu tải trọng
nén đúng tâm khi làm việc là 350T. Được biết cường độ nén tiêu chuẩn của loại đá này là
1500kG/cm2 và hệ số mềm của nó là 0.70. Hãy kiểm tra mức độ an toàn của công trình khi
có nạn lụt.

h

Bài 1.18: Một mẫu vật liệu có tiết diện vuông chiều dài 30cm, đặt trên hai gối tựa
cách nhau 24cm. Có hai lực tập trung đặt tại điểm cách gối tựa 1/3 chiều dài nhịp (hình
1.1). Biết vật liệu này có cường độ chịu uốn Ru = 1350kG/cm2. Hãy xác định tiết diện tối
thiểu của mẫu.
P
P

b
8cm

8cm

8cm

24cm
Hình 1.1

- 22 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU ĐÁ THIÊN NHIÊN
2.1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI:
2.1.1. Khái niệm:
Đá thiên nhiên có hầu hết ở khắp mọi nơi trong vỏ trái đất. Đó là những khoáng chất
chứa một hay nhiều khoáng vật khác nhau. Còn vật liệu đá thiên nhiên thì được chế tạo từ
đá thiên nhiên bằng cách gia công cơ học, do đó tính chất của vật liệu đá thiên nhiên giống
tính chất của đá gốc.
Vật liệu đá thiên nhiên được sử dụng phổ biến trong xây dựng vì chúng có cường độ cao,
khả năng trang trí tốt, bền vững trong môi trường, hơn nữa nó là vật liệu có sẵn trong địa
phương hầu như đâu cũng có, do đó giá thành tương đối thấp (không tốn công vận chuyển).
Bên cạnh những điểm cơ bản trên, vật liệu đá thiên nhiên cũng có một số những khuyết
điểm như : Khối lượng thể tích lớn, vận chuyển và thi công khó khăn, ít nguyên khối và độ
cứng cao nên quá trình gia công phức tạp.
2.1.2. Phân loại
Căn cứ vào điều kiện hình thành và tình trạng địa chấn có thể chia đá thiên nhiên
làm 3 loại: đá mác ma, đá trầm tích và đá biến chất.
a) Đá mác ma:
Đá mác ma là do khối silicát nóng chảy từ lòng trái đất xâm nhập lên phần trên của
vỏ trái đất hoặc phun ra ngoài mặt đất nguội đi tạo thành. Do vị trí và điều kiện nguội của
các khối mác ma khác nhau nên cấu tạo và tính chất của chúng cũng khác nhau. Đá mác ma
được phân ra làm hai loại xâm nhập và phún xuất.
+ Đá xâm nhập: thì ở sâu hơn, chúng nằm trong vỏ trái đất, chịu áp lực lớn hơn của
các lớp bên trên và nguội dần đi mà thành. Do đó nó có đặc điểm chung là: cấu trúc tinh thể
lớn, đá đặc trắc, cường độ cao, ít hút nước.
+ Đá phún xuất: được tạo ra do đá mắcma phun lên trên mặt đất và nguội nhanh
trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp nên các khoáng vật không kịp kết tinh hoặc chỉ kết
tinh được một bộ phận với kích thước tinh thể bé, chưa hoàn chỉnh, còn đa số tồn tại ở dạng
vô định hình. Mặt khác các tính chất khí và hơi nước không kịp thoát ra, để lại nhiều lỗ
rỗng làm cho đá nhẹ, có loại nổi lên trên mặt nước.
b) Đá trầm tích:
Đá trầm tích được tạo thành trong điều kiện nhiệt động học của vỏ trái đất thay đổi.
Các loại đá khác nhau do sự tác động của các yếu tố nhiệt độ, nước và các tác dụng hoá học
mà bị phong hoá vỡ vụ ra. Sau đó chúng được gió và nước cuốn đi rồi lắng đọng lại thành
từng lớp. Dưới áp lực và trải dài qua các thời kỳ địa chấn và chúng được gắn kết lại bằng
các chất keo liên kết trong tự nhiên tạo thành đá trầm tích.
Do điều kiện tạo thành như vậy nên đá trầm tích có đặc tính chung là : có tính phân
lớp rõ rệt, chiều dày, màu sắc, thành phần, độ lớn của hạt, độ cứng của các lớp cũng khác
nhau. Độ cứng, độ đặc và cường độ chịu lực của đá trầm tích thấp hơn đá mác ma nhưng độ
hút nước lại cao hơn.
Căn cứ vào điều kiện tạo thành , đá trầm tích được chia làm ba loại như sau:
+ Đá trầm tích cơ học: là sản phẩm phong hoá của nhiều loại đá có trước,
thành phần khoáng vật rất phức tạp.
Ví dụ: cát, sỏi, đất sét vv…

- 23 -

TRƢỜNG TCCN Ý VIỆT

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG

+ Đá trầm tích hoá học: Do khoáng vật hoà tan trong nước rồi lắng đọng tạo thành. Ví dụ:
đá thạch cao, đôl lô mít, ma nhê zít.
+ Đá trầm tích hữu cơ: Được tạo thành do sự tích tụ xác vô cơ của loại động vật và thực
vật sống trong nước biển nước ngọt. Ví dụ : đá vôi, đá vôi sò, đá điatômít.
c) Đá biến chất:
Đá biến chất được tạo thành từ đá mácma, đá trầm tích do tác động của nhiệt độ cao
hay áp lực lớn.
Nói chung đá biến chất chúng rắn chắc hơn đá trầm tích, nhưng đá biến chất từ đá
mắcma thì do cấu tạo dạng phiến nên về tính chất cơ học kém hơn đá mắcma. Đặc điểm nổi
bậc của phần lớn đá biến chất (trừ đá mắcma và đá quắc zít) là quá nửa khoáng vật trong nó
có cấu tạo dạng lớp song song nhau nên dễ tách thành những phiến đá mỏng.
2.2. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG CỦA ĐÁ
2.2.1. Đá mác ma
a) Thành phần khoáng vật:
Thành phần khoáng vật của đá mác ma rất phức tạp nhưng có một khoáng vật rất
quan trọng quyết định đến tính chất cơ bản của đá đó là thạch anh, fenpat và mi ca.
+ Thạch anh:( Si O2 ) ở dạng kết tinh trong suốt hoặc màu trắng và trắng sữa. Độ
cứng 7, khối lượng riêng 2,65 g/cm3, cường độ chịu nén cao 10.000 kG/cm2, chống mài
mòn tốt, ổn định đối với axit (trừ một số axit mạnh). Ở nhiệt độ thường thạch anh không tác
dụng với vôi nhưng ở trong môi trường hơi nước bão hoà và nhiệt độ 175 -200 0C có thể
sinh ra phản ứng silicát, ở nhiệt độ 575 0C thể tích nở 15%, ở nhiệt độ 17100C bị chảy.
+ Fenspat : Bao gồm : fenspat kali
: K2O.Al2O3.6SiO2 (octocla)
fenspat
natri
:
Na2O.Al2O3.6SiO2 (plagiocla)
fenspat
canxi:
CaO.Al2O3.2SiO2 (fenspat canxi)
Tính chất cơ bản của fenspat : Màu biến đổi từ màu trắng, trắng xám, vàng đến hồng
và đỏ, khối lượng riêng 2,55 - 2,67 g/cm3, độ cứng 6-6,5 cường độ 1200 – 1700 kG/cm2,
khả năng chống phong hoá kém, kém ổn định đối với nước và đặc biệt là nước có chứa
CO2.
+ Mica: là những alumosilicát ngậm nước rất dễ tách thành lớp mỏng. Mica có hai
loại: mica trắng và mica đen.
Mica trắng: (K2OAl2O3. 6SiO2.2 H2O) trong suốt như thuỷ tinh, không có màu,
chống ăn mòn hoá học tốt, cách điện, cách nhiệt tốt.
Mica đen: (K(Mg,Fe)3. Si3AlO10). (OHF)2 kém ổn định hoá học hơn mica trắng.
Mica có độ cứng từ 2-3, khối lượng riêng 0 = 2,76 ÷ 3.2g/cm3.
Khi đá có chứa nhiều mica sẽ làm cho quá trình mài nhẵn, đánh bóng sản
phẩm vật liệu đá khó hơn.
b) Tính chất và công dụng của một số loại đá mácma thƣờng dùng:
Đá granít (đá hoa cƣơng) : Thường có màu tro nhạt, vàng nhạt hoặc màu
hồng, các màu này xen những chấm đen. Đây là một loại đá rất đặc, khối lượng thể tích
2600 kg/cm3, khối lượng riêng 2700 kg/m3, cường độ chịu nén cao 1200 – 2500 kG/cm2, độ
hút nước nhỏ (Hp <1 %), độ cứng 6-7, khả năng chống phong hoá rất cao, độ chịu lửa kém.
Đá grannit được sử dụng rộng rãi trong xây dựng như : ốp, lát, xây tường, trụ cho các công
trình vv…

- 24 -