Bài giảng môn học Vật liệu xây dựng (Chuẩn kiến thức)

Nội dung text: Bài giảng môn học Vật liệu xây dựng (Chuẩn kiến thức)

1. VẬT LIỆU XÂY DỰNG 01. ĐÁ THIÊN NHIÊN. 02. GỐM XÂY DỰNG. 03. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 04. BÊ TÔNG XI MĂNG - VỮA. 05. VẬT LIỆU KIM LOẠI. 06. VẬT LIỆU GỖ 07. CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ 08. VẬT LIỆU CHẤT DẺO 09. VẬT LIỆU SƠN.
2. 1- ĐÁ THIÊN NHIÊN 1. Khái niệm. - Là vật liệu xây dựng được SX từ đá thiên nhiên, có hoặc không gia công cơ học (nghiền, đập, nổ mìn, cưa, đục, chạm, đánh bóng ) giữ nguyên được tính chất với đá gốc. - Khoáng vật là những chất tạo thành từ quá trình lý hóa trong tự nhiên trong lớp vỏ trái đất. - Đá thiên nhiên là tổ hợp một hay nhiều loại khoáng vật. 2. Đá thiên nhiên. 2.1. Đá magma. - Tạo thành từ các khối silicate nóng chảy từ lòng xâm nhập vào lớp vỏ của trái đất, phun lên và nguội tạo thành.
3. ĐÁ THIÊN NHIÊN - Có 2 loại đá magma: + Magma xâm nhập: nằm sâu trong vỏ trái đất, có độ tinh thể lớn, chịu lực, nước, nhiệt độ tốt + Magma phún xuất: được phun lên mặt đất, có nhiều lỗ rỗng nên chịu lực, nước và nhiệt độ kém. - Các khoáng vật trong đá magma gồm: + Thạnh anh (SiO2) cấu trúc tinh thể hình lục lăng, chịu nén, mài mòn, acid, nóng chảy 1710oC. + Phenspat: có màu biến đổi, có mặt trong nhiều loại đá. + Mica: hợp chất phức tạp ngậm nước, khó mài nhẵn, phổ biến có hai loại biotit, muscovit. + Khoáng vật màu sẫm từ lục đến đen, khó gia công gồm có amfibon, piroxen, olivin
4. ĐÁ THIÊN NHIÊN - Tên một số đá magma thường gặp: + Granite (magma acid - đá hoa cương): loại đá magma xâm nhập, dùng dưới dạng đá hộc, đá dăm lát đường, bê tông + Syenite (magma trung tính): sẫm hơn granite dùng khá rộng rãi thay cho granite. + Diorite (magma trung tính): màu xanh, xám lục có hạt trắng thường làm mặt đường tấm ốm. + Gabro (magma base): màu xẫm. + Poocfia (phún xuất acid): sản xuất cấu kiện, đá dăm, tấm ốp + Diabaz (phún xuất base): màu xẫm gần giống gabro chủ yếu dùng làm đường.
5. ĐÁ THIÊN NHIÊN + Bazan (phún xuất base): gần giống gabro khá phổ biến dùng làm đường, bê tông Tên một số đá magma thường gặp: + Andezit (phún xuất trung tính): chống acid. 2.2. Đá trầm tích. - Tạo thành trong điều kiện nhiệt động học do vỏ trái đất thay đổi, bị phong hóa vỡ vụn nhờ nước, áp lực, chất kết dính tự nhiên tạo thành đá. - Có ba loại đá trầm tích: + Đá trầm tích cơ học: do phong hóa, tích tụ lắng đọng, rời rạc (cát, sỏi), gắn kết (sa thạch). + Đá trầm tích hóa học: do hòa tan trong nước lắng đọng tạo thành như đá vôi, thạch cao, magneit. + Đá trầm tích hữu cơ: do xác động vật lắng đọng được kết dính tự nhiên như đá vôi sò, đá phấn
6. ĐÁ THIÊN NHIÊN - Các khoáng vật có trong đá trầm tích: + Oxit silic: opan, thạch anh trầm tích, hanxedoan. + Carbonate: canxit(CaCO3), dolomit, manhezit. + Khoáng chất sét: Kaolinit, montmonrilinit, mica. + Nhóm sulfate: thạch cao, anhydrite. - Các loại đá trầm tích thường gặp: + Sa thạch (trầm tích cơ học): đá dăm làm đường, cốt liệu bêtông, đá hộc, đá lát. + Cát sỏi (trầm tích cơ học): dạng rời rạc, là vật liệu quan trọng làm cốt bê tông, vữa. + Cuội kết, dăm kết (trầm tích cơ học): dạng bê tông tự nhiên như sa thạch, làm đá dăm, đá hộc. + Đất sét (trầm tích cơ học): vật liệu làm gốm xây dựng, gạch, ngói, xi măng.
7. ĐÁ THIÊN NHIÊN + Đá vôi (trầm tích hóa học) chủ yếu là CaCO3 dùng tạo đá ốp trang trí, cốt liệu bê tông, đá dăm, đá học, sản xuất vôi, xi măng. + Dolomit (trầm tích hóa học) có chất lượng cao hơn đá vôi còn dùng làm vật liệu chịu lửa, chất dính. + Manhezit (trầm tích hóa học) chịu lửa, chất dính. + Thạch cao, anhydrite (trầm tích hóa học): sản xuất xi măng pooclang. + Đá vôi vỏ sò (trầm tích hữu cơ): vật liệu xây tường, cốt liệu bê tông nhẹ, nung vôi. + Đá phấn (trầm tích hữu cơ): sản xuất bột màu thiên nhiên, sơn, chất kết dính vô cơ.
8. ĐÁ THIÊN NHIÊN 2.3. Đá biến chất. - Là loại đá tạo thành do quá trình biến chất (áp suất, nhiệt độ, chất hóa học) từ đá magma, đá trầm tích. - Có hai loại đá biến chất: + Biến chất khu vực: do sụt, kiến tạo vỏ đất. + Biến chất tiếp xúc: do magma nóng chảy xâm nhập lên vỏ trái đất. - Một số loại đá biến chất thường gặp: + Đá gnai (phiến magma): gần như đá granite. + Đá hoa: làm tấm ốp trang trí, bậc thang, lát sàn, cốt liệu cho đá granito. + Đá quaczit: tấm ốp, trụ cầu, đá dăm + Diệp thạch sét: làm vật liệu lợp.
9. ĐÁ THIÊN NHIÊN 3. Đặc điểm chung của đá thiên nhiên. - Phân loại đá thiên nhiên thành hai dạng: + Đá nặng: khối lượng thể tích >1800kg/cm3 dùng xây móng, tường, đường, cốt bê tông nặng. + Đá nhẹ: khối lượng thể tích <1800kg/cm3, làm xây tường cách nhiệt, cốt liệu bê tông nhẹ - Hình thù đá thường gặp trong xây dựng: + Dạng khối: đá hộc, khối đẽo thô, khối đẽo kỹ. + Dạng tấm: tấm ốp, tấm lợp mái. + Dạng hạt: cát sỏi, đá dăm, bột màu, sơn * Quá trình khai thác đá thiên nhiên phải đảm bảo không hủy hoại môi trường và an toàn.
10. 2- GỐM XÂY DỰNG 1. Khái niệm. - Gốm là loại vật liệu SX từ đất sét qua quá trình gia công tạo hình và nung. - Phân loại gốm như sau: + Theo công dụng: dựng tường (gạch, tấm tường), lợp (ngói), lát nền (gạch lát, tấm lát), kỹ thuật vệ sinh (chậu rửa, bệ xí, bồn tắm), cốt liệu (cát cazemit) + Theo độ rỗng: gốm đặc, gốm rỗng. + Theo cấu trúc: gốm tinh, gốm thô, tráng men, không tráng men. - Ưu nhược điểm của gốm: + Ưu: nguyên liệu có sẵn, phong phú, bền, công nghệ đơn giản, giá thành rẻ. + Nhược: giòn, tốn nhiên liệu, đất, khó cơ giới.
11. GỐM XÂY DỰNG 2. Nguyên liệu. 2.1. Đất sét. - Đất sét là loại đá trầm tích tạo thành do phong hóa của nhiều khoáng vật fenspat. - Một số tính chất cơ bản của đất sét như sau: + Tính dẻo ở trạng thái ẩm. + Co khi sấy và nung (do sự mất nước). + Biến đổi lý hóa khi nung (cứng hóa). 2.2. Chất phụ gia. - Phụ gia gầy: giảm độ co khi sấy, tro xỉ, cát mịn. - Phụ gia tăng dẻo: thuận lợi quá trình tạo hình. - Phụ gia cháy: tăng độ rỗng, mùn cưa, than bột. - Phụ gia hạ nhiệt độ nung: hạ thấp nhiệt độ kết khối tăng độ đặc và giảm chi phí nhiên liệu.
12. GỐM XÂY DỰNG 3. Các dạng gốm xây dựng. 3.1. Vật liệu dựng tường. - Gạch đặc nén dẻo: chủ yếu hình hộp chữ nhật kích thước 220x105x22, 190x90x45 phải đảm bảo yêu cầu về độ cong, vết nứt. - Gạch rỗng nén dẻo: nhằm giảm khối lượng thể tích, tăng khả năng cách nhiệt, có 9 loại gạch rỗng khác nhau. - Gạch xốp: gạch rỗng đặc biệt trộn phụ gia cháy (mùn cưa, than ) trước khi nung. 3.2. Vật liệu lợp. - Ngói đất sét vật liệu lợp phổ biến, đẹp và bền. - Hai dạng ngói phổ biến thường gặp là: + Ngói lợp: 340x205, 335x210. + Ngói úp (ngói bò): 360x210, 450x210.
13. GỐM XÂY DỰNG 3.3. Gạch lát không men. - Gạch lá dừa: hình chữ nhật 200x100, mặt có rãnh sử dụng lát vỉa hè, sân bãi. - Gạch lá nem: hình vuông 200, dày 15 dùng lát sân, sân thượng, sàn nhà. 3.4. Vật liệu có men. - Tấm gốm tráng men: 108x108, 150x150, 200x200, 300x300 dùng trang trí mặt công trình, nhà bếp - Thiết bị vệ sinh: chậu rửa, bệ xí, bệ tiểu - Ống sành thoát nước. 3.5. Ceramzit. - Vật liệu gốm rỗng dùng thay thế cốt nhẹ tự nhiên làm bê tông nhẹ, vữa nhẹ
14. 3- CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 1. Khái niệm. - Là các chất vô cơ ở dạng bột mịn, lỏng hòa trộn với nhau thành hồ dẻo, sau quá trình hóa lý trở nên rắn chắc và chuyển thành đá. - Phân loại chất kết dính vô cơ: + Rắn trong không khí gồm: vôi rắn trong không khí (CaO), manhe (MgO), thạch cao (CaSO4), thủy tinh lỏng - silicate natri hay kali (Na2.nSiO4, K2.mSiO4). + Rắn trong nước gồm: xi măng silicate, xi măng pooclang, xi măng alumin. + Rắn trong hơi nước quá nhiệt: vôi - silic, vôi - tro, vôi - xỉ.
15. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 2. Một số chất kết dính vô cơ. 2.1. Vôi canxi. - Là chất kết dính vô cơ rắn trong không khí thành phần chủ yếu là CaO. - Nguyên liệu sản xuất từ đá giàu khoáng canxi như đá phấn, đá vôi, đá polomit. - Có hai dạng vôi canxi: + Vôi tôi: nước khoảng 70%, tôi trong 30 ngày, dựa và hàm lượng Ca(OH)2 có vôi chín (100%), vôi nhuyễn (khoảng 50%), vôi sữa ( kết tinh > carbon hóa.
16. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 2.2. Thạch cao. - Là chất kết dính vô cơ rắn trong không khí bao gồm thạch cao nửa phân tử nước hay anhydrite. - Nguyên liệu sản xuất từ khoáng thạch cao. - Có hai dạng thạch cao: nung ở nhiệt độ thấp (150-170oC) như thạch cao xây dựng, nung ở nhiệt độ cao (700-1000oC) như xi măng anhydrite. 2.3. Thủy tinh lỏng. - Có thành phần Na2O.nSiO2 hay K2O.mSiO2. - Nguyên liệu ban đầu chủ yếu là thạch anh (SiO2) và Na2CO3. - Sử dụng rộng rãi làm xi măng chống acid, phụ gia cho bê tông và các vật liệu khác.
17. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 2.4. Chất kết dính hỗn hợp. - Là hỗn hợp của vôi và phụ gia vô cơ hoạt tính nghiền mịn. - Sử dụng chế tạo bê tông mác thấp, vữa xây dựng, cốt nền cấp thấp 2.5. Vôi thủy và xi măng lamã. - Là chất kết dính trong nước được sản xuất bằng cách nung đá macno (vôi lẫn đất sét). - Vôi thủy (hàm lượng sét 6-20%) rắn 7 ngày trong không khí, 21 ngày trong nước dùng chế tạo vữa, bê tông mác thấp. - Xi măng la mã (hàm lượng sét >20%) có chất lượng cao hơn vôi thủy.
18. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 2.6. Xi măng pooc lăng (xi măng silicate). - Rắn trong nước, bền với nước chứa 70-80% silicate canxi, 15% aluminat canxi. - Sản phẩm của thạch cao nghiền mịn với clinke hạt SX lần đầu tiên tại Anh năm 1824. - Để SX 1 tấn xi măng cần 1.5 tấn nguyên liệu gồm đá vôi, đất sét, các phụ gia nung để tạo clinke sau đó nghiền với phụ gia thạch cao. - Quá trình rắn chắc xi măng qua 03 giai đoạn: + Khoảng 1-3 giờ: dạng hồ dễ nhào trộn và tạo hình bắt đầu ninh kết. + Khoảng 5-10 giờ: đặc dần lại, cứng nhưng cường độ không lớn. + Chuyển thành rắn chắc và tăng cường độ.
19. CHẤT KẾT DÍNH VÔ CƠ 2.7. Xi măng đặc biệt. - Pooc lăng rắn nhanh dùng chế tạo bê tông thép lắp ghép. - Pooc lăng bền sulfate sử dụng làm bê tông cốt thép trong môi trường muối sulfate. - Có phụ gia hữu cơ làm tăng độ dẻo, giảm lượng nước, tăng độ đặc, chống thấm như xi măng có phụ gia hạt mịn hoạt tính, puzolan, xỉ, muội silic. - Pooc lăng trắng và màu từ đá vôi và đất sét trắng dùng làm vữa bê tông trang trí. - Aluminate cường độ cao, rắn chắc nhanh sản xuất từ đá vôi và đá giàu nhôm chế tạo bê tông rắn nhanh, bê tông nở
20. 4- BÊ TÔNG XI MĂNG - VỮA 1. Bê tông xi măng 1.1. Khái niệm. - Là vật liệu đá nhân tạo nhận được sau quá trình rắn chắc hỗn hợp bê tông gồm xi măng, nước, cốt liệu, phụ gia. Là vật liệu chính sử dụng trong xây dựng giao thông, thủy lợi. - Mác bê tông lập trên cơ sở cường độ chịu nén gồm trong 28 ngày không nhỏ hơn 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 60, 80 MPa: 1.2. Vật liệu chế tạo bê tông nặng. - Chủ yếu là xi măng pooc lăng: cấp bê tông 20 chọn mác xi 30, 30 chọn 30-40, 40 chọn 40-50 lượng xi tối thiểu 300kg/m3. - Cốt liệu nhỏ là cát kích thước 0.14-5mm.
21. BÊ TÔNG XI MĂNG - VỮA - Cốt liệu lớn là đá dăm, sỏi kích thước 5-70mm. - Phụ gia hóa học gồm 07 nhóm A, B, C, D, E, F, G. - Nước dùng chế tạo bê tông, rửa cốt liệu 1.3. Công nghệ chế tạo bê tông. - Trộn gồm hai kiểu: trộn tự do, trộn cưỡng bức. - Máy trộn: nghiêng, thùng lật, ba phần hình côn. 1.4. Các loại bê tông đặc biệt. - Bê tông thủy công: dùng cho công trình thủy hoặc nằm sâu dưới nước. - Bê tông làm đường: sử dụng làm các lớp áo đường ô tô, trong xí nghiệp, đường phố, sân bay - Bê tông chất lượng cao (HPC): mác >60MPa. - Bê tông tự đầm: sử dụng làm mô cầu, đập, nhà cao tầng
22. BÊ TÔNG XI MĂNG - VỮA - Bê tông nhẹ: khối lượng thể tích 500-1800kg/m3 gồm các loại: cấu tạo đặc, xốp, hốc lớn 2. Vữa xây dựng. - Là hỗn hợp được trộn theo tỷ lệ nhất định giữa chất kết dính vô cơ với cát đá. - Phân loại: + Vữa vôi (cát đen + vôi cục). + Vữa xi măng (xi măng + cát). + Vữa tam hợp (xi măng + vôi + cát). + Vữa acid (thạch anh+thủy tinh+thuốc trừ sâu). + Vữa chịu nhiệt (xi măng xỉ+samot+cát vàng) + Vữa chống mòn (pooclăng+cát vàng+phoi thép)
23. 5- VẬT LIỆU KIM LOẠI 1. Khái niệm. - Vật liệu chế tạo từ kim loại hoặc hợp kim. - Kim loại đen: gang và thép. - Kim loại màu: hợp kim nhôm. - Ưu điểm: chịu lực cao, nhẹ hơn bê tông cốt thép, vượt khẩu độ lớn, nhược điểm: giá cao, bị ăn mòn. 1.1. Hợp chất sắt - carbon. - Hợp kim sắt chia ra hai loại thép (C=0-2.14%), gang (C>2.14%). - Các dạng thép xây dựng: + Thép carbon: chủ yếu là Fe, C, ngoài ra còn có Mn, Si, P, S, Cr, Ni, Cu, W, Mo, Ti với lượng rất ít. Có 03 loại thép loại A (qui định cơ tính), B (qui định hóa học), C (qui định chung).
24. VẬT LIỆU KIM LOẠI + Thép hợp kim: tương tự như thép carbon nhưng lượng kim loại đưa vào với lượng nhất định. Có hai loại thép: thép tròn (Ф6,8,10,12,14 34) và thép hình (T, U, I, H, Z, thép ray, tam giác, oval, vuông ) - Gang độ chịu nén tốt nhưng giòn và độ đặc thấp, có hai loại gang: + Gang xám. + Gang cầu. 1.2. Hợp kim nhôm. Hợp kim nhôm có ưu điểm cường độ cao, nhẹ và ít ăn mòn hơn thép. Hợp kim nhôm có hai loại duara (nhôm+đồng), silumin (nhôm+silic).
25. 6- VẬT LIỆU GỖ 1. Khái niệm. - Là vật liệu thiên nhiên sử dụng rộng rãi trong xây dựng. - Ưu điểm: nhẹ, cách âm, cách nhiệt, dễ gia công, thẩm mỹ cao. - Nhược điểm: dễ hút nhà nước, bị sâu nấm mọt, nhiều khuyết tật. 2. Bảo quản gỗ. - Phòng nấm và côn trùng: sơn, ngâm kiềm, tẩm hóa chất. - Phòng chống hà dùng gỗ cứng (thiết mộc), gỗ dẻo quánh (tếch), gỗ có nhựa (bạch đàn). - Chống mục: bảo quản, phơi sấy
26. VẬT LIỆU GỖ 3. Phân loại gỗ. - Theo hình dáng: + Gỗ súc (tròn) được phân làm 7 nhóm đường kính từ 15 đến 800mm. + Gỗ xẻ gồm gỗ ván, gỗ thanh (dàixrộng). + Gỗ dán dạng tấm. - Theo gỗ mộc (08 nhóm). + Nhóm I: gỗ quí như lát, gụ, dáng hương, mun, trắc, kim giao, cẩm lai, pơ mu, trầm hương + Nhóm II: chịu lực như đinh, lim, táu, sến, nghiến + Nhóm III-VII: màu như vàng tâm, giò chỉ, re xanh, gội, nếp, giổi, sao vàng, mường, sang, xà cừ, xoài + Nhóm VIII: tạp như dâu da xoan, duối rừng.
27. 7- CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ 1. Khái niệm. - Chất kết dính hữu cơ có thể ở dạng cứng, quánh ở nhiệt độ thường nguồn gốc từ các hydrocarbon cao phân tử. - Dùng làm vật liệu lợp, cách nước, làm đường như bitum, gudrong, nhũ tương, nhựa màu. 2. Bitum dầu mỏ. - Hợp chất phức tạp màu đen hòa tan trong benzen, cloruaphoc có thể chứa dầu, nhựa, asphate - Bitum dầu mỏ thường sử dụng làm đường, và được biến tính bằng cách thêm các phụ gia cần thiết đáp ứng các yêu cầu về mặt đường ngày nay.
28. CHẤT KẾT DÍNH HỮU CƠ 3. Nhũ tương xây dựng. - Nhũ tương là hệ thống keo phức tạp gồm hai chất lỏng không hòa tan với nhau. - Vật liệu chế tạo nhũ tương gồm chất kết dính, nước, chất nhũ hóa. - Những chất nhũ tương hay gặp trong xây dựng như bột vôi tôi, đất sét dẻo, trepen
29. 8- VẬT LIỆU DẺO XÂY DỰNG 1. Khái niệm. - Được chế tạo từ polyme và chất độn. 2. Vật liệu dẻo trong xây dựng. - Bao che chịu lực không lớn như ván gỗ ép, tấm lát trần, vải dán tường - Làm nền lợp như linolein, PVC, nitrocellulose - Chịu lực: chất dẻo thủy tinh, sợi carbon. - Bê tông, vữa polyme.
30. 9- VẬT LIỆU SƠN 1. Khái niệm. - Là vật liệu dạng lỏng có thành phần chính là dung môi, dầu sơn và các chất tạo màu. - Là vật liệu chống gỉ cho kim loại, chống ẩm mốc cho gỗ, chống hóa chất cho thiết bị - Sơn được phân làm hai loại: sơn, vecni. 2. Sơn xây dựng. - Thành phần sơn gồm chất kết dính, chất tạo màu, chất độn, dung môi, chất làm khô, chất pha loãng. + Sơn dầu: chất tạo màu, chất độn nghiền nhỏ trộn với dầu thực vật dùng sơn kim loại, gỗ, bê tông + Sơn men: huyền phù chất tạo màu vô cơ, hữu cơ với vecni tổng hợp. + Sơn polime-xi măng, sơn silicate, sơn vôi
31. VẬT LIỆU SƠN 3. Vecni. - Là dung dịch nhựa trong dung môi hữu cơ ankin hoặc nhựa tổng hợp biến tính bằng dầu khô sử dụng quét mặt trong, mặt ngoài đồ gỗ. - Vecni tổng hợp không có dầu là dung dịch nhựa dung môi hữu cơ dùng quét sàn gỗ, gỗ dán. - Vecni bitum và asphat trong dung môi hữu cơ làm lớp màng chống ăn mòn, sơn lò nung, bếp - Vecni alcol, vecni bóng là dung dịch nhựa thiên nhiên trong rượu đánh bóng gỗ, kim loại. - Vecni nitrocellulose, estecellulose dùng quét các sản phẩm gỗ có màu, không màu. 4. Các vật liệu khác. - Matit bồi mặt, matit gắn chất bột, sơn lót, sơn phủ ngoài, epoxy