Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
Chương Mở Đầu
I. Tầm quan trọng của vật liệu xây dựng
- Vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ rất lớn trong tổng giá thành xây dựng ct
+ (70
÷
80)% đối với các công trình dân dụng và công nghiệp.
+ (70
÷
75)% đối với các công trình giao thông.
+ (50
÷
55)% đối với các công trình thuỷ lợi.
II. Sơ lược tình hình phát triển ngành SX VLXD
- Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành VLXD cũng đã
phát triển từ thô sơ đến hiện đại, từ đơn giản đến phức tạp; chất lượng vật liệu
ngày càng được nâng cao.
- Từ xưa loài người đã biết dung các vật liệu có sẵn trong thiên nhiên như: đất,
rơm rạ, đá gỗ, gạch mộc, gạch ngói bằng đất sét nung.
- Để gắn kết viên gạch, đá rời rạc lại với nhau, người xưa đã biết dùng 1 số chất
kết dính (CKD) rắn trong không khí như vôi, thạch cao.
- Do nhu cầu xây dựng những công trình tiếp xúc với nước và nằm trong nước,
người ta đã nghiên cứa ra những CKD mới như: CKD hỗn hợp; vôi thuỷ; XMPL -
Đến nay, người ta cũng đã sản xuất và sử dụng nhiều loại vật liệu kim loại, BTCT,
BT ứng lực trước, gạch Silicat, BT nhẹ, BT cách nhiệt, chịu nhiệt…
- Kỹ thuật sản xuất và sử dụng VLXD trên thế giới đã đạt đến trình độ cao, nhiều
phương pháp công nghệ tiên tiến được áp dụng như nung vật liệu gốm bằng lò
tunel, nung ximăng bằng lò quay với nhiên liệu lỏng, khí; SX các cấu kiện bêtông
ứng lực trước với kích thước lớn…
- Phương hướng phát triển ngành VLXD:
+ Xây dựng thêm nhiều nhà máy SX VLXD công suất lớn với kỹ thuật hiện đại.

- Khối lượng thể tích của vật liệu (g/cm
3
, kg/m
3
, T/m
3
).
m - Khối lượng của mẫu VL ở trạng thái tự nhiên (g).
V
0
- Thể tích của VL ở trạng thái tự nhiên (cm
3
).
Ví dụ: Gạch:
v
ρ
= (1,7
÷
1,9) g/cm
3
; Cát:
v
ρ
= (1,5
÷
1,65) g/cm
3
;
Đá:
v

c
1
2
c
3
c
1
a
1
b
a
3
a
2
b
2
b
3
a
tb
= (a
1
+ a
2
+ a
3
)/3
d
tb
= (d

= (c
1
+ c
2
+ c
3
)/3
V
Tru
o
= π.
2
tb
d
.h
tb
/4
V
hh
0
= a
tb

×
b
tb

×
c
tb

.
+ Nhỳng mu vo parafin (nn) núng chy v cõn c m
2
.
+ Cho nc vo trong ng nghim n vch V
1
.
+ Nhỳng mu vo trong ng nghim, mc nc tng n vch V
2
.
(* Lu ý: Cỏch c giỏ tr mc nc l giỏ tr thp nht ca mt cong.)
Mẫu VL ban đầu Mẫu VL sau khi nhúng
Paraphin

V
1
V
2

Hỡnh 1.2: Xỏc nh KLTT ca VL cú hỡnh dng bt kỡ.
- Mu ri rc (ximng, cỏt, ỏ, si): vt liu t 1 chiu cao nht nh xung
1dng c cú th tớch ó bit trc theo quy nh (ca, thựng ong 1l, 2l, 5l).

100
4
5


Công thức này chỉ đúng khi VL không thay đổi thể tích khi có độ ẩm (đá).
Ví dụ: Độ ẩm tiêu chuẩn của gỗ : w
tc
= 12%.
1.5. Ý nghĩa và ứng dụng thực tế
- Phán đoán một số tính chất: cường độ, độ hút nước, độ rỗng, độ dẫn nhiệt
→

xem VL nặng hay nhẹ.
- Lựa chọn phương tiện vận chuyển, kho chứa.
- Tính toán trọng lượng bản thân của kết cấu.
2. Khối lượng riêng của vật liệu
2.1. Định nghĩa
KLR là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc.
2.2. Công thức Trong đó:

ρ
- là khối lượng riêng của vật liệu, (g/cm
3
, kg/m
3
, T/m
3
).
m - là khối lượng mẫu vật liệu ở trạng thái hoàn toàn khô, (g).
V
a

b. Thể tích V
a
:
- Vật liệu có hình học rõ ràng
→
Đo trực tiếp kích thước và tính theo công thức.
- Vật liệu có hình dạng bất kì
→
Dùng phương pháp chất lỏng rời chỗ để tìm V
a
.
- Vật liệu có lỗ rỗng thì tìm bằng phương pháp bình tỷ trọng.
+ Nghiền nhỏ mẫu VL lọt qua sàng 0,25 mm
→
Cân được m
1
+ Cho chất lỏng vào trong bình có thể tích V
1
.
+ Cho VL vào trong bình, dâng lên có thể tích V
2
.
+ Đem cân lượng VL còn lại là m
2
.
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 4 -

ρ
w
v

3.1. Định nghĩa
a/ Độ rỗng: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích các lỗ rỗng có trong vật liệu trên thể
tích tự nhiên của vật liệu đó.
b/ Độ đặc: Là tỉ lệ phần trăm giữa thể tích đặc của VL và thể tích tự nhiên của nó.
3.2. Công thức
a/ Công thức và đơn vị đo độ rỗng:
Trong đó:
r - là độ rỗng, %
V
r
- là thể tích lỗ rỗng trong vật liệu, cm
3
V
o
- là thể tích tự nhiên của vật liệu, cm
3
Ngoài ra, độ rỗng còn có thể được tính theo công thức sau:
Trong đó :
v
ρ
- là khối lượng thể tích của vật liệu ở trạng thái khô, g/cm
3
;
ρ
- là khối lượng riêng của vật liệu, g/cm
3
.
b/ Công thức và đơn vị đo độ đặc:
Trong đó:
đ - là độ đặc, %;

V
V
a
(%)
(1-9)
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
3.3. Quan hệ giữa độ rỗng và độ đặc
3.4. Phương pháp xác định
Thông qua
v
ρ
và
ρ
3.5. Các yếu tố ảnh hưởng
Không chịu ảnh hưởng của bất kì yếu tố nào.
3.6. Ý nghĩa và ứng dụng
Có ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất khác của VL như: KLR, KLTT, cường
độ, độ hút nước, tính truyền nhiệt v.v
4. Độ mịn của vật liệu
4.1. Định nghĩa
Độ mịn hay độ lớn của vật liệu dạng hạt, dạng bột là đại lượng đánh giá kích
thước hạt của nó.
4.2. Phương pháp xác định
Đánh giá bằng tỉ diện tích bề mặt (cm
2
/g) hoặc bằng lượng lọt sàng, lượng sót
sàng tiêu chuẩn (%). Dụng cụ sàng tiêu chuẩn phụ thuộc vào từng loại VL.
Ví dụ: Độ mịn của xi măng được sàng qua sàng tiêu chuẩn N
o
009 (4900 lỗ/cm

VL với lực liên kết rất lớn. Khi nhiệt độ của của nước t
0
2
OH
> 500
0
C thì nước mới
tách ra khỏi liên kết.
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 6 -
r = (1- đ ).100% (1-10)
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
Ví dụ: Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O > 750
0
C Al
2
O
3
.2SiO
2
+ 2 H
2
O

b/ Công thức và đơn vị đo
Độ hút nước được xác định theo khối lượng và theo thể tích:
- Theo khối lượng H
p
:
- Theo thể tích H
v
:
Trong đó:
m
n
- Khối lượng nước hút (giữ) trong VL (g).
m
k
- Khối lượng của VL ở trạng thái khô (g).
m
u
- Khối lượng của VL ở trạng thái ướt (g).
V
0
- Thể tích tự nhiên của VL (cm
3
).
V
n
- Thể tích của nước có trong VL (cm
3
).

n

100.
o
n
V
V
(%) =
100.
.
0 n
ku
V
mm
ρ
−
(%) (1-12)
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
c/ Phương pháp xác định: Bằng thực nghiệm
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Cấu tạo, cấu trúc của vật liệu.
- Bản chất của vật liệu (độ rỗng, tính chấ lỗ rỗng …)
e/ Ý nghĩa: Với một VLXD xác định chỉ có 1 giá trị độ hút nước.
2.2. Độ ẩm (W)
a/ Định nghĩa: là đại lượng đánh giá lượng nước (tự do) có thật trong VL tại thời
điểm xác định.
b/ Công thức và đơn vị đo:
Trong đó:
m
a
- Khối lượng của VL ở trạng thái ẩm tự nhiên (g).
m

p
.
n
Tc
v
ρ
ρ
; (
Tc
v
ρ
ở w
tc
= 0 %) (1-13)
W =
100.
k
ka
m
mm −
(%) =
100.
k
n
m
m
(%) (1-14)
H
bh
p

k
bh
u
V
mm
ρ
−
(%) (1-16)
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
Trong đó:
m
bh
n
, V
bh
n
- Khối lượng và thể tích nước mà VL hút vào khi bão hoà.
m
bh
u
, m
k
- Khối lượng của mẫu VL khi đã bão hoà nước và khi khô.
V
0
- Thể tích tự nhiên của VL.
c/ Phương pháp xác định: 2 phương pháp
- Phương pháp nhiệt độ: Luộc mẫu đã được sấy khô trong 4h, để nguội, vớt ra cân
và tính toán.
- Phương pháp chân không (áp suất): Ngâm mẫu vật liệu đã được sấy khô trong 1

); C
bh
= (0
÷
1)

→
Đánh giá mức độ ngập nước trong toàn thể tích lỗ rỗng.
*Chú ý: Khi VL bão hoà nước làm cho thể tích VL và khả năng dẫn nhiệt tăng
nhưng khả năng cách nhiệt và cường độ giảm
→
Mức độ bền nước của VL đánh
giá bằng hệ số mềm (K
m
)

Trong đó:
R
bh
- Cường độ mẫu bão hoà.
R
k
- Cường độ mẫu khô.
⇒
Tính chịu nước: là đặc tính của VL chống lại sự suy giảm của các tính chất vật
lý, cơ học, đặc biệt là cơ học.
e/ Ý nghĩa và ứng dụng thực tế.
- Xác định khả năng chịu lực khi bão hoà nước thông qua C
bh
- Độ bão hoà nước dùng để ngâm tẩm và xử lý VL gỗ.

b/ Bản chất thấm và điều kiện thấm:
Là sự dịch chuyển có hướng của các phần tử nước do có khoảng trống thông
nhau và do độ chênh áp lực ở 2 phía phân tử nước.
c/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm K
th
( m/s; m/h)
Trong đó:
V - Thể tích nước thấm qua (m
3
).
a - Chiều dày vật liệu (m)
S - Diện tích mặt vật liệu thấm (m
2
)
p
1
- p
2
=
∆
p - độ chênh áp lực thủy tĩnh ( chiều cao cột nước)
t - Thời gian thấm, h.
d/ Các yếu tố ảnh hưởng:
- Nhiệt độ.
- Bản chất của VL.
- Áp lực do hiện tượng mao dẫn.
2.5. Tính thấm hơi và thấm khí của vật liệu
a/ Định nghĩa: là tính chất biểu thị khả năng VL cho khí hoặc hơi thấm qua khi có
sự chênh lệch áp lực hơi hoặc khí giữa hai mặt của VL.
b/ Công thức và đơn vị đo: đặc trưng bởi hệ số thấm Ktk

.
21
−
(1-19)
Ktk =
tppS
aV
) (
.
21
−
(1-20)
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
a/ Định nghĩa: Tính dẫn nhiệt là tính chất của VL cho nhiệt truyền từ mặt này sang
mặt khác (từ phía có nhiệt độ cao sang phía có nhiệt độ thấp).
b/ Bản chất thấm nhiệt (chỉ xét thấm nhiệt qua VL rắn): là hiện tượng lan truyền có
hướng của dao động nhiệt nhờ liên kết cứng giữa các phần tử cấu trúc.
c/ Công thức và đơn vị đo:
Trong đó:

λ
- Hệ số dẫn nhiệt (kCal/m
0
C.h).
a - Chiều dày bức tường (m)
S - Diện tích bức tường (m
2
)

τ

0
C.
m - Khối lượng của VL, kg.
t
2
, t
1
- Nhiệt độ của VL sau và trước khi nung nóng,
0
C.
* Chú ý: Khi m = 1 kg; t
2
- t
1
= 1
0
C thì C = Q.
2.2. Nhiệt dung riêng
a/ Định nghĩa: là nhiệt lượng cần thiết để nung nóng 1kg VL lên 1
0
C.
(Hay: là tính chất biểu thị khả năng của VL thu nhận năng lượng nhiệt khi bị đốt
nóng hoặc giải phóng năng lượng nhiệt khi nguội).
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 11 -

λ
=
τ

.

0
C;
C
VLvôcơ
= (0,75
÷
0,92) kCal/kg
0
C.
b/ Công thức:
- Nhiệt dung riêng:

- Khi VL có độ ẩm:
Trong đó:
C, C
w
, C
n
- Nhiệt dung riêng của VL khô, VL có độ ẩm và nhiệt dung riêng của
nước.
- Khi VL hỗn hợp nhiều VL thành phần:
Trong đó:
C
1
, C
2
, ,C
k
- Nhiệt dung riêng của VL1, VL2, , VL thứ k.
m

1580)
0
C.
- VL dễ chảy: chịu được t
0
C < 1350
0
C.
IV. Những tính chất cơ học của vật liệu
1. Tính biến dạng của vật liệu
1.1. Định nghĩa
Là tính chất biểu thị khả năng vật liệu thay đổi hình dạng, kích thước, thể tích
dưới tác dụng của tải trọng, chuyển vị, nhiệt độ hoặc các nguyên nhân khác mà
chưa bị phá hoại.
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 12 -
C = Q (1-24)
C
w
=
W
CWC
n
01,01
01,0
+
+
(1-25)
C =
k
kk

Không xuất hiện ứng suất
σ
.
- Biến dạng dẻo tuân theo định luật Niutơn:
Trong đó:
τ
- Ma sát trượt.

η
- Độ nhớt động học.
1.3. Các hiện tượng có liên quan đến biến dạng
a/ Hiện tượng từ biến: Là hiện tượng biến dạng của VL tăng theo khi VL chịu tải
trọng dài hạn có giá trị không đổi.
- Nguyên nhân: là do sự chuyển hoá cấu trúc.
+ Tái kết tinh.
+ Kết tinh từ VĐH.
+ Chảy nhớt của chất rắn.
+ Sự thay đổi của màng nước hấp phụ.
b/ Chùng ứng suất: Là hiện tượng giá trị ứng suất trong kết cấu giảm theo thời
gian khi VL chịu tác dụng của lực dài hạn mà
ε
= const.
c/ Mỏi: Là hiện tượng khả năng biến dạng giảm khi VL chịu tải trọng lặp theo thời
gian.
d/ Giòn: Là hiện tượng khả năng biến dạng rất bé khi chịu tải trọng tác dụng.
2. Cường độ chịu lực
2.1. Định nghĩa
- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng của VL chống lại tác dụng phá hoại của
ứng suất sinh ra trong VL dưới tác dụng của ngoại lực hay điều kiện môi trường
(tải trọng, chuyển vị, nhiệt độ, hoặc các nguyên nhân khác).

W - Môđun chống uốn (m
3
).
2.3. Phương pháp xác định cường độ
a/ Phương pháp phá hoại
- Lấy mẫu vật liệu (tuỳ theo VL có trạng thái ứng suất khác nhau):
Nén: Mẫu trụ, mẫu lập phương; uốn: mẫu trụ; kéo: mẫu số 8.
- Đưa mẫu vào mẫu thử tạo ra trạng thái ứng suất tương ứng.
- Tăng dần tải trọng đến khi phá hoại.
- Ghi lại, lấy giá trị ứng suất làm cường độ.
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 14 -

n
σ
=
F
P
→
R
n
=
F
P
n
(1-29)

k
σ
=
F

- Cộng hưởng (f = f
0
): Xác định tần số dao động riêng của vật liệu
→
R
- Siêu âm bê tông: Vận tốc xung
→
Tra biểu đồ
→
R
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 15 -
Bµi gi¶ng VËt LiÖu X©y Dùng
Hình 1.6: Thiết bị siêu âm bê tông
2.4. Các yếu tố ảnh hưởng
- Thành phần, cấu trúc, cấu tạo vật liệu.
- Nhiệt độ, độ ẩm.
- Yếu tố thí nghiệm: hình dạng, kích thước mẫu, phương pháp chế tạo mẫu, tuổi
mẫu, bảo dưỡng mẫu, trình độ nhân viên v.v
3. Độ cứng của vật liệu
3.1. Định nghĩa
Độ cứng là tính chất của vật liệu chống lại sự khắc sâu và đâm xuyên của vật
liệu khác cứng hơn.
3.2. Phương pháp xác định
a/ Phương pháp Morh: 10 khoáng vật cơ bản được xếp theo mức độ cứng tăng
dần.
Chỉ số ĐC Tên khoáng vật mẫu Đặc điểm
1 Talc Màu trắng, rất mềm, dễ nghiền ra thành bột
2 Gypse (đá thạch cao) Xanh da trời nhạt, cấu tạo dạng thớ như gỗ.
3 Canxit Tinh thể lăng trụ, 6 mặt thoi
4 Fluorit Màu xanh

m
2
- Khối lượng của mẫu sau khi mài mòn, (g).
F - Diện tích mẫu bị mài mòn (cm
2
).
5. Độ hao mòn (Q)
Trong đó:
m
1
- Khối lượng của mẫu trước khi thí nghiệm, (g).
m
2
- Khối lượng của mẫu sau khi thí nghiệm, (g).
6. Hệ số phẩm chất
6.1. Định nghĩa
Là một đại lượng đặc trưng bằng tỉ số giữa cường độ tiêu chuẩn R
tc
(kG/cm
2
)
và khối lượng thể tích tiêu chuẩn
tc
v
ρ
( không thứ nguyên, nhưng giá trị được tính
bằng T/m
3
)
6.2. Công thức

Là số năm tồn tại của vật liệu trong công trình mà VL giũa được tính năng sử
dụng.
7.2. Các yếu tố ảnh hưởng
- Đặc điểm môi trường.
- Phẩm chất của vật liệu.
- Ý thức của con người.
v.v…
V. Độ bền hoá học và sinh vật của vật liệu
- Trong qua trình sử dụng, VL tiếp xúc với môi trường xung quanh. Vì vậy, VL chiu
ảnh hưởng của yếu tố môi trường.
- Dưới tác dụng của môi trường vật liệu hay các kết cấu của nó có thể bị ăn mòn,
xâm thực…hay bị các vi sinh vật phá hoại (mối, mọt,…) có thể dẫn đến bị phá
hoại.
- Độ bền của VL phụ thuộc nhiều yếu tố như: Đặc điểm môi trường, phẩm chất VL,
biện pháp bảo quản v.v…
GVC.Ths Trương Thị Kim Xuân - 18 -