Bài giảng Vật liệu xây dựng (47tr)

Chia sẻ: Codon_08 Codon_08 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

198
lượt xem 45
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn cùng tìm hiểu tính chất chung; vật liệu kết dính vô cơ; bê tông; vữa xây dựng;... được trình bày cụ thể trong "Bài giảng Vật liệu xây dựng". Hy vọng tài liệu là nguồn thông tin hữu ích cho quá trình học tập và nghiên cứu của các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Vật liệu xây dựng (47tr)

BÀI GIẢNG VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHƯƠNG I - TÍNH CHẤT CHUNG §1.1. Tính chất vật lý I. KHỐI LƯỢNG RIÊNG γa - Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lỗ rỗng). GK γa = Va GK: Khối lượng vật liệu đã sấy khô (g, kg) Va: Thể tích vật liệu ở trạng tháI hoàn toàn đặc (cm3, dm3) γa: Khối lượng riêng (kg/dm3, g/cm3) VD: H2O => γ = 1 g/cm3 Đất sét nung γ = 2,6 ÷ 2,65 g/cm3 Đá => γ= 2, 2 ÷ 3,3 g/cm3 Xi măng γ = 3,1 g/cm3 Thép => γ = 7,25 ÷ 8,25 g/cm3 Gỗ γ = 1,55 g/cm3 II. KHỐI LƯỢNG ĐƠN VỊ γ0 B - Là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên. LI GK γ0 = V0 U GK: Khối lượng mẫu vật liệu khô. TT V0: Thể tích mẫu vật liệu ở trạng thái tự nhiên. Chú ý: N - Trạng thái khối lượng G và thể tích V0 là phải phù hợp với nhau. G kh « γ 0K = : Khối lượng đơn vị khô V0 K G ©m γ0 ©m = : Khối lượng đơn vị ẩm V0 © m G b · o hoμ γ 0 b · o hoμ = : Khối lượng đơn vị bão hoà V0 b · o hoμ - Khi thể tích là một khối liền ta có: γ0hạt - Khi V0 là một tập hợp của các hạt rời γ0xôp G γ 0x«p = V0 x « p 1 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
III. ĐỘ RỖNG CỦA VẬT LIỆU (r%) - Là tỷ số % giữa thể tích rỗng so với thể tích tự nhiên của vật liệu ở trạng thái khô. Vr r% = .100% V0 K V0 K − Va V Vr = V0K - Va => r% = .100% = (1 − a ).100% V0 K V0 K γ 0K r% = (1 − ).100% γa γ 0K - Vật liệu liền khối: r% = (1 − ).100% γa γ 0 xèp - Vật liệu rời (cát, sỏi) r% = (1 − ).100% γa IV. ĐỘ ĐẶC: đ% - Là tỷ số % giữa thể tích đặc so với thể tích tự nhiên của vật liệu ỏ trạng thái khô. Va V − Vr đ% = .100% = 0 K = (1 − r ).100% B V0 K V0 K LI γ 0K đ% = γa U V. NHỮNG TÍNH CHẤT VẬT LÝ LIÊN QUAN ĐẾN NƯỚC. TT 1. Các dạng nước có trong vật liệu a. Nước kết tinh (nước liên kết hoá học). N - Là nước liên kết hoá học mà các phần tử sắp xếp có quy luật và tồn tại ổn định. Khi nhiệt độ cao thì nước kết tinh mới thoát ra ngoài lúc này bản chất vật liệu thay đổi. + Thạch cao: CaSO4.2H2O ⎯200 ⎯⎯C → CaSO4 + 2H2O 0 + Đất sét: Al2O3.2SiO2.2H2O ⎯700 ⎯÷800 ⎯⎯C → Al2O3.2SiO2 + 2H2O 0 b. Nước hấp phụ - Là màng nước rất mỏng (khoảng 10-4÷10-6mm) bám mặt ngoài của VL. - Nguyên nhân: Do mặt ngoài của vật liệu có suất căng mặt ngoài và các phần tử nước có cực tính. - Do nước bao gồm các phần tử H2O bị phân cực. Các phần tử H2O bám vào màng hấp phụ tạo màng hấp phụ có tác dụng giảm sức căng mặt ngoài của vật liệu. - Độ dầy của màng nước hấp phụ lớn dần lên cho đến khi các phần tử nước ngoài cũng có thể tách ra một cách dễ dàng đó là giới hạn mạng lưới hấp phụ. 2 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
c. Nước tự do - Màng nước hấp phụ tồn tại trong môi trường ẩm ướt độ dầy của nước được tăng lên đến một lúc nào đó phần ngoài chuyển thành nước tự do. - Nước tự do tuân theo các quy luật về thuỷ lực học. Loại nước này chiếm một tỷ lệ rất lớn trong ba loại nước ở trên. Nó ảnh hưởng rất lớn đến các tính chất cơ lý của vật liệu. 2. Hiện tượng thấm nước của vật liệu. a. Vật liệu ưa nước và vật liệu ngăn nước - Vật liệu ưa nước (hay ngăn nước) được đặc trưng bởi góc ướt: θ + Đối với vật liệu ưa nước θ < 900 (00 ≤ θ ≤ 900). + θ0 = 00 vật liệu bị ướt hoàn toàn. - Trường hợp vật liệu ưa nước: + Lực hút giữa thành rắn lên chất lỏng. + Lực hút phân tử của thành chất rắn đối với các phân tử nước lớn hơn lực hút nội bộ giữa các phân tử nước. b. Hiện tượng thấm nước mao quản: B Xét một phân tố trên chu vi (giao tuyến mặt chất lỏng với thành ống) dl chịu LI một lực hút của thành ống df. U df = dl. σ.cosθ ⇒ f=σ.cosθ. ∫ dl TT f=σ.cosθ.2π.R - Áp suất phụ dưới mặt cong chất lỏng N f 2π .R.σ . cosθ 2.σ . cosθ P= = = S 2π 2 R R: Bán kính ống mao quản S: Diện tích mặt cắt ngang mao quản. P = γn.h (1) 2.σ . cos φ h= R.γ n σ: Hệ số suất căng mặt ngoài của chất lỏng + h: phụ thuộc vào σ; σ phụ thuộc vào t0 - tlớn → σnhỏ → hnhỏ - tnhỏ → σlớn → hlớn + θ: vật liệu ưa nước: θ < 900 => h > 0 Vật liệu ngăn nước θ > 900 → h < 0 3 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
+ R: Rbé → hcao Chú ý: Khi ống mao quản nằm ngang thì cột nước luôn chuyển động về phía có 0 t thấp. 3. Một số chỉ tiêu vật lý đối với vật liệu ưa nước a. Độ ẩm W% - Khi vật liệu tiếp xúc với môi trường ẩm ướt nó có khả năng hút và giữ nước và lúc đó gọi là vật liệu bị ẩm ướt. Mức độ ẩm ướt được biểu thị bằng chỉ tiêu độ ẩm. - Độ ẩm là tỷ số % giữa khối lượng nước có trong vật liệu ở trạng thái tự nhiên so với khối lượng của vật liệu khô. G n − íc cã trong vËt liÖu G am − G kh « W% = = .100% G kh « G kh « b. Hệ số báo hoà nước: B% - Bão hoà nước: Khi vật liệu hút nước và giữ nước đến mức tối đa thì người ta gọi đó là vật liệu bão hoà với nước. Mức độ bão hoà nước được đánh giá bằng hệ số bão hoà nước. B Định nghĩa: Hệ số bão hoà nước (B) là tỷ số giữa thể tích nước có trong vật liệu đã được bão hoà nước so với toàn bộ thể tích lỗ rỗng của vật liệu. LI n V baohoa B= 0≤B≤1 U Vr + B < 1: Vật liệu bão hoà nước không hoàn toàn có nghĩa là vật liệu vẫn còn lỗ TT rỗng không chứa nước. + B = 1: Vật liệu bão hoà nước hoàn toàn. Vnbão hoà = Vr N Trạng thái bão hoà nước còn phụ thuộc vào phương pháp thí nghiệm bão hoà. c. Mức hút nước theo khối lượng Hp% Định nghĩa: Là tỷ số % giữa khối lượng nước có trong vật liệu khi bão hoà nước so với khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô. Gnuoc bao hoa Gbh − Gk Hp% = .100% = .100% Gkho Gk d. Mức hút nước theo thể tích: Hv% Định nghĩa: Là tỷ số % giữa thể tích nước có trong vật liệu khi bão hoà nước so với thể tích của vật liệu ở trạng thái khô. Vnuoc bao hoa Hv%= .100% V0 K 4 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Hv G bh − G k Gk Gk γ = . = = 0K Hp γ n .V0 K G bh − G k γ n .V0 K γ n − íc HV.γnước = Hp. γ0K G am − G kh « W= ⇒ Gâm = Gkhô (1+W) G kh « Gam ⇒ Gkhô = 1+ W e. Hệ số thấm nước - Biểu thị thấm nước của các loại vật liệu khác nhau: đất, bê tông, gạch, vữa... Định nghĩa: Hệ số thấm nước được biểu thị nước thấm qua một đơn vị của vật liệu có chiều dầy xác định trong một đơn vị thời gian dưới tác dụng của một đơn vị áp suất cột nước Q.d K= (m / s) S .t.H - Q : Lượng nước thấm qua vật liệu (m3) - d : Ciều dầy của vật liệu nước thấm qua (m)B - S : Diện tích nước thấm (diện tích vuông góc với dòng nước) (m2) LI - t : Thời gian thấm (s) U - H : áp suất cột nước (m) TT PHẦN BÀI TẬP CHƯƠNG I Ví dụ 1: N Một vật ở trạng tháI ẩm 20% có khối lượng đơn vị 1,8 kg/dm3, ở trạng tháI bão hoà nức có khối lượng đơn vị là 2,0 kg/dm3, cho biết khối lượng riêng của vật là 3kg/dm3, γn = 1kg/dm3. Biết thể tích không đổi khi độ ẩm thay đổi. Tính hệ số bão hoà của vật ? G ©m γ .V GK = = © m 0 © m = γ 0 K .V0 K 1+ W 1+ W γok= γ0ẩm.V0ẩm/V0K(1+W)=1,8/(1+0.2) =1,5 kg/dm3 Vnuoc G γ .V − γ oK .VoK B= = nuoc = obh obh Vr γ n .r.V0 γ n .r.V0 r=(V0K-Va)/VoK=1-Va/VoK=1-1,5/3=0,5 Suy ra B=(2-1,5)/0,5*100=100% 5 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Ví dụ 2: Một vật ở trạng tháI ẩm 10% có khối lượng đơn vị 2,2 kg/dm3, ở trạng tháI bão hoà nước hoàn toàn có khối lượng đơn vị là 2,3 kg/dm3. Biết vật có thể tích không đổi khi độ ẩm thay đổi. Tính khối lượng riêng của vật. G ©m γ .V Ta có: GK = = © m 0 © m = γ 0 K .V0 K 1+ W 1+ W γok= γ0ẩm.V0ẩm/V0K(1+W)=2,2/(1+0.1) =2,0 kg/dm3 Vnuoc G γ .V − γ oK .VoK B= = nuoc = obh obh Vr γ n .r.V0 γ n .r.V0 r=(γ0bh -γ0K)/B. γon =2,3-2/1=0,3 γa = γ0K/(1-r) = 2/(1-0,3) = 2,86 kg/dm3 §1.2. Tính chất cơ học I. TÍNH BIẾN HÌNH - Vật liệu khi chịu tác dụng của ngoại lực -> hình dạng thay đổi -> biến hình. - Có hai loại hình xẩy ra: B LI 1. Biến hình đàn hồi. - Sẽ được triệt tiêu khi bỏ ngoại lực tác dụng. U Tất cả các loại vật liệu đều có tính biến hình đàn hồi kể cả vật liệu dòn như BT, TT gạch, ngói... khi TK công trình chúng ta chỉ được phép TK ngoại lực tín toán sao cho vật liệu chỉ làm việc trong giới hạn đàn hồi. 2. Biến dạng dư (biến dạng dẻo). N Đây là loại biến hình kế tiếp hình đàn hồi. Nó là dấu hiệu ban đầu của sự phá hoại các kết cấu xây dựng. Cho nên trong TK không được TK ngoại lực để cho vật liệu xuất hiện biến hình dẻo. 3. Biến dạng từ biến. Ngoài hai loại biến dạng trên, ở vật liệu còn có hiện tượng từ biến là hiện tượng biến dạng tăng theo thời gian khi ngoại lực không đổi, tác dụng lâu dài lên vật liệu. ở nhiệt độ cao kim loại thể hiện tính từ biến rất rõ. II. CƯỜNG ĐỘ. Định nghĩa: Cường độ là khả năng chống lại sự phá hoại của ứng suất dưới tác dụng của ngoại lực. 1. Phân loại cường độ: Tuỳ theo hình thức chọn lọc mà các kết cấu vật liệu chịu các loại cường độ sau: 6 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
a. Cường độ chịu nén: Rn P Rn = ( kg / cm 2 ) F P: Lực tác dụng vào cấu kiện làm cho cấu kiện bị phá hoại (kg). F: Diện tích tiết diện (cm2) b. Cường độ chịu kéo: RK P RK = − ( kg / cm 2 ) F c. Cường độ chịu uốn. Rn = Mmax/Wuốn 3 Pl Rn = . 2 bh 2 d. Cường độ chịu xoắn e. Cường độ chịu cắt. Chú ý: B * Trong vật liệu xây dựng phân ra vật liệu giòn và vật liệu dẻo: - VL dẻo khả năng chịu kéo, nén khác nhau. Chỉ quan tâm đến cường độ kéo. LI - VL giòn chịu nén tốt, chỉ quan tâm đến cường độ chịu nén. U * Cường độ chịu nén (Rnén) → Mác TT Định nghĩa: Mác vật liệu là cường độ chịu nén của bình quân ít nhất 3 mẫu thí nghiệm được chế tạo với kích thước tiêu chuẩn (bảo dưỡng ở điều kiện tiêu chuẩn) sau 28 ngày dưỡng hộ (dùng với XM & BT) . N n ∑R i R nen = i ( n ≥ 3) n Pi Ri = F - Loại bỏ những Ri có kết quả sai khác 20%. - Mỗi loại vật liệu có mẫu khác nhau - Hình lập phương a = 10;15; 20: Bê tông; 7,07: Vữa XD, XM - Hình trụ: (d, H) H = 2d (10, 20), (15, 30); (20, 40) - BT phải bảo dưỡng trong những phòng có nhiệt độ (20 ± 50C, độ ẩm ω > 90%) bảo dưỡng sau 28 ngày. 7 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
n R 28 b = ∑ R 28bi /n i =1 n: Số mẫu làm thí nghiệm, n>=3 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ vật liệu a. Cấu trúc vật liệu - Độ đặc: Nếu cùng là một loại vật liệu thì độ đặc càng lớn thì giá trị cường độ càng cao. Một số vật liệu ?? xi măng, BT, gạch..., khi độ đặc tăng gấp rưỡi thì cường độ tăng gấp 8 lần. - Hướng chịu lực: Cường độ theo phương dọc thì sẽ nhỏ hơn cường độ theo phương ngang thì của vật liệu gỗ. + Đồng nhất theo mật độ + Đồng nhất theo phương. b. Nhiệt độ và độ ẩm. - Nhiệt độ và độ ẩm lớn thì cường độ giảm và ngược lại. c. Thời gian chịu tải Thời gian chịu tải tăng thì R↓ B 3. Phương pháp xác định cường độ LI a. Gia công mẫu thí nghiệm U - Hình dạng: Lập phương, trụ, thanh, dây... - Kích thước: TT * Bê tông: + Hình trụ: (h, d); (20, 20); (15,30) + Lập phương: 7,07 x 7,07; 7,07; 15 x 15 x 15 N 10 x 10 x 10; 20 x 20 x 20 * Xi măng: 4 x 4 x 16cm * Đá: 5 x 5 x 5cm b. Thí nghiệm trên máy vạn năng: Kéo, nén Đọc số: áp lực, kéo, uốn Khi mẫu bị phá hoại 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm chịu nén. a. Chiều cao mẫu thí nghiệm P R= ⇒ R1 < R 2 F Giải thích: 8 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Tại mặt tiếp xúc giữa mẫu vật liệu và tấm ép khi tăng tải trọng thì xuất hiện lực ma sát (lực ma sát có tác dụng ngăn cản sự chuyển dịch của vật liệu theo phương ngang). Ảnh hưởng của lực ma sát lớn nhất tại mặt tiếp xúc bé nhất tại vùng giữa của vật liệu → h càng lớn ảnh hưởng ma sát càng ít → mẫu dễ bị phá hoại. - Tiêu chuẩn của mẫu BT: 20 x 20 x 20cm, còn lạI phảI có hệ số đIều chỉnh (bảng 1-10 trang 35) Kích thước mẫu TN Mác Bê tông (Kg/cm2) 140 200 300 400 30 x 30 x 30 1,06 1,05 1,05 1,04 20 x 20 x 20 1 1 1 1 15 x 15 x 15 0,96 0,94 0,92 0,9 10 x 10 x 10 0,87 0,85 0,83 0,81 7,07 x 7,07 x 7,07 0,91 0,88 0,86 0,84 b. Tốc độ tăng tải trọng B LI Phải có quy định về tốc độ gia tải. Tốc độ càng lớn → kết quả thấp. III. HỆ SỐ PHẨM CHẤT: PC U R TT PC = γ0 Vật liệu nhẹ → tốt ⇒ HS PC cao N VL cường độ cao nhất Suy ra PC = 1,61 Gỗ lim PC = 0,7 Thép CT3 PC = 0,51 BT PC = 0,083 IV. HỆ SỐ MỀM HOÁ: MH R b · o hoμ n − íc MH = > 0,85 (VL dùng XDCTTL) R kh « 9 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
CHƯƠNG II. VẬT LIỆU KẾT DÍNH VÔ CƠ Đ2.1. Khái niệm 1. Định nghĩa: - Là một loại vật liệu ở dạng bột, khi trộn với nước tạo thành vữa dẻo, qua quá trình biến đổi lý hoá vữa đó trở lên rắn chắc như đá. - Dựa vào tính chất này người ta sử dụng rộng rãi vật liệu dính kết vô cơ để chế tạo vữa, bê tông, các sản phẩm và vật liệu đã nhân tạo không nung dùng trong xây dựng. 2. Phân loại: Tuỳ theo khả năng và điều kiện rắn chắc, người ta chia vật liệu dính kết vô cơ ra hai loại. a. Vật liệu vô cơ rắn trong không khí: Quá trình biến đổi lý hoá diễn ra khi rắn chắc chỉ có được trong môi trường không khí, như: Thạch cao, xây dựng, các chất kết dính manhê, thuỷ tinh nước và vôi không khí... B b. Vật liệu vô cơ rắn trong nước. LI Quá trình biến đổi hoá lý diễn ra khi rắn chắc không chỉ trong môi trường không khí, mà cả trong môi trường nước, như: vôi thuỷ, xi măng, chất kết dính hỗn U hợp TT Đ2.2. Vôi không khí N I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ PHÂN LOẠI VÔI TP: CaO, MgO, Al2O3, SiO2, Fe2O3 Ngoài ra còn CaOAl3, CaOSiO2, CaOFe2O3 vôi già lửa, dựa vào tỷ lệ MgO để phân loại: - Vôi canxit (có chất lượng cao) MgO ≤ 5% - Vôi manhêzit (chất lượng TB) MgO = 5 ÷ 20% - Vôi đôlômit (chất lượng xấu) MgO = 20 ÷ 40% II. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VÔI KHÔNG KHÍ 1. Nguyên liệu Đá vôi: CaCO3, MgCO3 2. Nhiên liệu: - Than 10 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
- Củi, gỗ - Khí đốt. 3. Lò nung: 2 loại - Lò nung gián đoạn - Lò nung liên hoàn: Quá trình nung được tiến hành liên tục, chia 3 khu vực: + Khu vực sấy: Nằm giá trên t0 = 105 ÷ 1100C + Khu nung: t = cao nhất t = 11000C + Khu làm nguội: t giảm dần Đáy lò được tháo ra lấy vôi sống 2 ÷ 3h lấy 1 lần trên đỉnh lò là vật liệu được bổ sung vào liên tục như vậy. Quá trình diễn biến lý hoá khi nung. - T0 = 105 ÷ 1100C nước tự do bay hơi, tạp chất hữu cơ cháy. - T0 = 600 ÷ 6500C AlO3.2SiO2.2H2O → AlO3.2SiO2 + 2H2O↑ - 700 ÷ 8000C: AlO3 .2.SiO2 → Al2O3 + 2SiO3 - MgCO3 ---> MgO+CO2 - 9000C: Bắt đầu CaCO3 → CaO + CO2↑ B LI - 1000 ÷ 11000C: quá trình phân giải trên toàn bộ CaO tạo thành, kết thúc phụ thuộc vào áp suất CO2 trong lò nung. U - T0 > 11000C có các phản ứng kết hợp. TT nCaO + SiO2 → nCaO.SiO2 mCaO.Al2O3 → mCaO.Al2O3 N p.CaO.Fe2O3 → p.CaO.Fe2O3 Khoáng vật vôi già lửa Vôi già lửa có hại: Trong quá trình tôi thì vôi già lửa không tôi ngay. Sau một thời gian vôi già lửa mới tôi và gây rạn nứt khối xây, trát. III. TÔI VÔI: Vôi không khí tiếp xúc với nước xẩy ra phản ứng tôi vôi: CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q (nhanh) MgO + H2O → Mg(OH)2 (chậm) Ca(OH)2: Vôi tôi là những hạt nhỏ và thô Nước tự do vẫn nhiều: Ca(OH)2 + nH2O (tự do), vôi nhuyễn 11 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Cấu trúc của vôi nhuyễn: Hệ keo, chất phân tán là các hạt Ca(OH)2 môi trường phân tán là nước. Hạt Ca(OH)2 trong môi trường phân tán phát sinh lực hút và lực đẩy. Khi mới tôi mật độ các hạt Ca(OH)2 không đồng đều, sau đó do lực hút, đẩy giữa các hạt nên trong hệ keo có sự phân bố lại ngày càng đồng đều cho đến một lúc nào đó hệ keo cân bằng nội lực. Chính lúc đó vôi nhuyễn đạt được độ dẻo tốt nhất. Vì vậy thực tế sau khi tôi vôi không nên sử dụng ngay: - Để có thời gian nhiệt lượng toả ra hết. - Để tăng độ dẻo của vôi nhuyễn - Để ít nhất 30 ngày mới mang ra dùng. Chú ý: - Khi tôi vôi cần thiết cho vôi vào nước tránh đổ nước vào vôi. - Thể tích hố vôi đủ lớn mới tôi hết vôi vì khi tôi thể tích vôi nở ra khoảng 2 lần so với vôi sống. - Bố trí hố vôi trên mặt bằng thi công công trình hợp lý. - Tôi xong chưa dùng thì nên đổ cát hoặc đất lên trên. B IV. RẮN CHẮC VÔI KHÔNG KHÍ LI Chia làm hai giai đoạn: U - Vôi nhuyễn được kết tinh do hiện tượng bay hơi Ca(OH)2 + nH2O → Kết tinh tạo nên độ cứng. TT - Cacbonat hoá: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O (cường độ cao) N Diễn ra chậm, muốn nhanh cung cấp đủ CO2, cung cấp nhiệt lượng. Vôi + cát → vữa vôi cát tăng độ cứng của vữa vôi, tạo mao quản, CO2 dễ xâm nhập, hơi nước dễ thoát, tránh hiện tượng co nứt. V. VÔI SỐNG BỘT. Nghiền vôi sống trong máy nghiền Ưu điểm: Tận dụng nhiệt lượng trong khi tôi để thúc đẩy quá trình cứng hoá nhanh. Vì: CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O↑ Biến vôi già lửa mCaOAl2O3, nCaO.SiO2, pCaOFe2O3 là những thành phần có lợi thành phẩm có cường độ cao trong quá trình rắn chắc. Nước pha trộn ít hơn so với dùng vôi nhuyễn → R↑. 12 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Nhược điểm: - Giá thành cao, thiết bị điện để nghiền - Thi công khó, ảnh hưởng đến sức khoẻ người sử dụng. - Rất khó bảo quản. VI. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG VÔI 1. Kiểm tra mặt ngoài a. Màu sắc: Màu trắng ngà: Vôi tốt Mầu hồng, hơi nâu, hơi xanh,... chứa nhiều tạp chất. b. Độ cứng: Dễ vạch (mềm) vôi chín vừa Khó vạch (cứng) non lửa (đá), vôi già lửa. c. Âm thanh - Tiếng đục: vôi tốt - Tiếng có âm vang: già lửa hoặc chưa chín. 2. Các chỉ tiêu có tính chất định lượng. B LI a. Độ hoạt tính của vôi G(CaO + MgO) U X% = .100% G v « i sèng TT 2,8.V .n X% = Gvs N Trong đó: - V: Thể tích axit clohidric dùng để trung hoà hết bazơ - n: Nồng độ axit dùng để trung hoà bazơ Cho vôi sống tác dụng với axit HCl CaO + 2HCl = CaCl2 + H2O 56.n.36,5.V 56 2 x 36,5 → X = 1000.2.36,5 n.36,5.V X(g) = 1000 X = 0,028.n.V x (g ) 0,028.n.V.100% X% = .100% = Gvs Gvs 2,8.n.V X% = % Gvs 13 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
- MgO coi như CaO 2,8n.V X% = Thí nghiệm Gvs Ca(OH)2 → CaO + H2O x(g) y(g) CaO + H2O → Ca(OH)2 56 74 y x 56 y= .x (g) 74 b. Nhiệt độ tôi và tốc độ tôi - Nhiệt độ tôi là nhiệt độ cao nhất xẩy ra trong quá trình tôi vôi. - Lấy 10g vôi sống cho vào một bình đựng 20ml. Bình tiêu chuẩn được ủ bằng bông Amiăng. - Bỏ vôi vào nước bấm đồng hồ t1. Cắm thuỷ ngân để cho nhiệt độ. Theo dõi cột thuỷ ngân dừng lại t2 sau đó tụt xuống. B - Tốc độ tôi: Là khoảng thời gian kể từ khi cho nước vào vôi đến khi đạt nhiệt LI độ cao nhất. U t2 - t1 = Δt Vôi tôi nhanh: 30 phút T0 > 700C: Vôi phát nhiều nhiệt T0 < 700C: Vôi phát ít nhiệt. c. Sản lượng vôi vữa - Là thể tích vôi nhuyễn thu được khi tôi 1 kg vôi sống. SLVV = 1,6 ÷ 2,4l/1kg VS Vôi tốt: SLVV > 2, vôi xấu: SLVV < 2 d. Hàm lượng hạt sượng - Là tỷ lệ của các thành phần không tôi được so với khối lượng của vôi sống. - Vôi sống = Thành phần hoạt tính (CaO + MgO). + Thành phần không tôi được TN: Cân 200g vôi sống được vôi nhuyễn. Sàng lấy thành phần không tôi được. 14 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
VII. SỬ DỤNG VÔI KHÔNG KHÍ - Vữa xây, vữa trát Vôi + cát Vôi + Cát + Xi măng - Dùng làm vật liệu hỗn hợp hoạt tính. Vôi bột + Bột pooclăng Tính kết dính hỗn hợp + Bột xi măng - Dùng vôi trộn với tro lò: SiO2, Al2O3 Đóng gạch: SiO2 + Ca(OH)2 → CaO.SiO2 + H2O Al2O3 + Ca(OH)2 → CaOAl2O3 + H2O Đ2.2. Vôi thuỷ Là một loại chất kết dính vô cơ có khả năng rắn chắc trong môi trường không khí và môi trường nước. I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC VÀ THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT B LI - Thành phần hoá học: CaO, MgO, SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO là chủ yếu chiếm > 60%. U - Thành phần khoáng vật: TT 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 Vôi nhuyễn N CaO + Al2O3 → CaO.Al2O3 II. CHẾ TẠO VÔI THỦY. 1. Nung vôi thuỷ a. Nguyên liệu, nhiên liệu Đá vôi với hàm lượng sét 8 ÷ 20% → rất hiếm Đất sét trộn vôi sống hoặc vôi tôi → hỗn hợp sét vôi Chất đốt: Than, chỉ, gỗ, than cám. b. Lò nung * Dùng lò nung gián đoạn, không dùng là nung liên tục dễ bị tắc lò. c. Chế tạo hỗn hợp sét vôi Tỷ lệ: 1sét (vữa) + 3 vôi (nhuyễn) Vữa đất sét đánh đều với vôi nhuyễn thành một hỗn hợp đồng nhất. 15 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Đúc thànhcác viên giống viên gạch phơi khô sau đó xếp vào lò nung cùng với các viên than. d. Các diễn biến hoá lý trong quá trình nung T0 = 105 ÷ 1100C. Nước tự do bay hơi T0 = 5470C, Ca(OH)2 → CaO + H2O T0 = 600 ÷ 6500C. Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O T0 = 700 ÷ 8500C, Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 2CaO + SiO2 → 2CaO + SiO2 T0 = 1100 ÷ 12000C 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 CaO + Al2O3 → CaO.Al2O3 2. Tả vôi thuỷ - Vôi thuỷ + Nước (vừa phải) → thành bột - Có 2 phương pháp tả vôi a. Phương pháp tự nhiên B Xếp thành lớp mỏng trên nền ẩm ướt sau 2 tuần tự tả thành bột, còn lại những LI cục rắn phải nghiền bằng cơ học. b. Phun nước U Dùng 10 ÷ 15% nước phun vào vôi. Sau 2 ngày tả thành bột, cục rắn còn lại ít TT hơn. Bột vôi thuỷ đóng bao, thùng cách ẩm. N III. TÍNH CHẤT VÔI THUỶ. 1. Độ mịn - Sàng qua sàng 4900 lỗ / cm2. - Lượng sót trên sàng < 15%. 2. Nguyên lý rắn chắc của vôi thuỷ - Phần vôi không khí: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O - Phần khoáng vật: CaO.Al2O3 + nH2O → CaO.Al2O3nH2O (kết tinh rắn chắc) 2CaOSiO2 + mH2O → 2CaO.SiO2mH2O 2CaO.Fe2O3 + pH2O → 2CaOFe2O3.pH2O - Công trình có sử dụng vôi thuỷ phải để trong không khí trong thời gian 3 ÷ 4 tuần. Sau đó mới cho vào nước để tăng nhanh các phản ứng thuỷ hoá của khoáng vật. 16 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
3. Hệ số cứng hoá trong nước %CaO I= = 1,7 ÷ 9 (Al 2 O 3 + SiO 2 + Fe 2 O 3 )% I = 1,7 ÷ 4,5: Vôi thuỷ mạnh, khả năng ưa nước tốt. I = 4,5 ÷ 9: Vôi thuỷ yếu, khả năng ưa nước kém I < 1,7: Xi măng I > 9 : Vô không khí 4. Cường độ trung bình. Rmin = 18kg/cm2, Rmax = 34kg/cm2 Vôi không khí: R = 20kg/cm2 Xi măng: RTB = 400kg/cm2 IV. BẢO QUẢN VÀ SỬ DỤNG. + Bảo quản: Tránh ẩm, tránh CO2 Đóng bao cách ẩm: các thùng + Sử dụng: Cho các công trình tiểu thuỷ nông, các mương máng nhỏ phục vụ dân sinh. B LI Đ 2.3. Xi măng Pooclăng U I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA KHOÁNG VẬT. * Thành phần hoá học: TT - CaO chiếm 60 ÷ 65% - SiO2 chiếm 19 ÷ 24% N - Al2O3 chiếm 4 ÷ 7% - Fe2O3 chiếm 2 ÷ 6% - MgO chiếm > 4,5% - CaOSO3 chiếm 4 ÷ 6% (SO3 > 3%) II. SẢN XUẤT XI MĂNG POOCLĂNG. 1. Khai thác vật liệu: Nguyên liệu đá vôi CaCO3 ngoài ra còn MgCO3. Đập nhỏ cục đá dài dùng đá dăm. - Đất sét: Al2O3.SiO2.2H2O Caolinit - Quặng sắt: Fe2O3 Thái nguyên - Thạch cao: CaSO4.2H2O (Nhập từ các nước Lào) 2. Chế tạo vật liệu (Đưa vào lò nung) 17 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
- Đá vôi + quặng sắt nghiền nhỏ với nước: Lượng sắt trên sàng 4900 lỗ/cm2 > 15%. - Đất sét: Đánh trộn với nước thành bùn sau đó người ta phối hợp hỗn hợp: Đá vôi + Quặng sắt + bùn đất sét theo tỷ lệ xác định sao cho từ 75 ÷ 78% CaCO3 và từ 22 ÷ 25% (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3). Vật liệu sống hỗn hợp bùn - quặng bơm vào lỗ chứa dung tích lớn: 5000m3, 2000m3, 1000m3, 500m3. 3. Nung xi măng a. Lò nung xi măng - Lò có đường kính D = 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6m - Lò có chiều dài D = 50, 80, 100, 120, 150, 180m - Lò nung được chia thành 3 khu vực. + Khu xây ở phía trên của lò + Khu nung ở phía giữa củi lò. + Khu vực làm nguội phía dưới của lò. b. Than - Than già: Nhiệt lượng Q lớn chất bốc ngọn lửa ngắn B - Than non: Nhiệt lượng Q nhỏ chất bốc ngọn lửa rất ngắn LI - Than mỏ: Nhiệt lượng Q cao chất bốc ngọn lửa dài. U Than nghiền thành bột. c. Quá trình diễn biến lý hoá khi nung xi măng TT + T0 = 100 ÷ 1050C: Nước tự do bay hơi + T0 = 600 ÷ 6500C N Al2O3.2SiO2.2H2O → Al2O3.2SiO2 + 2H2O + T0 = 700 ÷ 8500C. Al2O3.2SiO2 → Al2O3 + 2SiO2 MgCO3 → MgO + CO2↑ + T0 = 900 ÷ 11000C CaCO3 → CaO + CO2↑ + T0 = 1100 ÷ 12000C (Pha rắn) 2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 (1 phần) CaO + Al2O3 → CaOAl2O3 2CaO + Fe2O3 → 2CaO.Fe2O3 + T0 = 1200 ÷ 13000C (Pha lỏng) 18 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
2CaO + SiO2 → 2CaO.SiO2 (C2S) (toàn bộ) CaO.Al2O3 + 2CaO → 3CaO.Al2O3 (C3A) 3CaO.Al2O3 + CaO.Fe2O3 → 4CaOAl2O3.Fe2O3 (C4AF) + T0 = 1200 ÷ 13000C Vật liệu chảy lỏng và thực hiện phản ứng pha lỏng: CaO + 2CaO.SiO2 → 3CaO.SiO2 (C3S) Nghiền với phụ gia và thạch cao (5 ÷ 7%) tạo thành bột cho vào kho → Đóng bao. III. THÀNH PHẦN KHOÁNG VẬT CỦA XI MĂNG. C3S 37 ÷ 60% (50%) C2S 15 ÷ 37% C4AF 10 ÷ 18% C3A 7 ÷ 15% - Các tỷ lệ khoáng vật thay đổi thì được xi măng thay đổi vì mỗi thành phần khoáng vật có tính chất riêng. B 1. Tính chất của khoáng vật LI a. Tốc độ thuỷ hoá và thuỷ phân U Thể hiện khả năng tác dụng với nước của xi măng nhanh hay chậm. Tốc độ phản ứng với nước nhanh: Nghĩa là đông cứng của khoáng vật nhanh và TT ngược lại. b. Nhiệt thuỷ hoá N Là lượng nhiệt toả ra khi các khoáng vật thuỷ hoá và thuỷ phân với nước. - C3A là 256 cal/g - C3S là 160 cal/g - C4AF là 136 cal/g - C2S là 80 cal/g c. Khả năng phát triển cường độ Phụ thuộc vào từng loại khoáng vật của XM. 2. Các hệ số của xi măng a. Hệ số silich SiO 2 % n= (1,7 ÷ 3,5) (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 )% Nếu n lớn → hàm lượng % SiO2 lớn → (C3S + C2S) ↑ xi măng có R cao. 19 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn
Nhược điểm: Khó nung (phải tạo T0 cao). Không đạt được nhiệt độ cao → xi măng rất xấu, quá nhiều CaO tự do, mất ổn định thể tích và R thấp. Chọn n vừa phải, phù hợp với điều kiện nung luyện nhà máy và yêu cầu cường độ của khách hàng. b. Hệ số nhôm: %Al 2 O 3 p= (1 ÷ 3) %Fe 2 O 3 - Gọi n là số phân tử Al2O3 của xi măng - Gọi n’ là số phân tử Fe2O3 của xi măng n.MAl 2 O 3 - Nếu n > n’ ⇒ p = > 64% (4TPKV) n'.MFe 2 O 3 - Nếu n = n’ ⇒ p = 0,64 (3 TPKV: Klinker), C3S, C2S, C4AF Không phải xi - Nếu n < n’. Trong cimen có 4 TPKV: C3S, C2S, C4AF, C2F măng - P > 0,64: Toả nhiều nhiệt, cường độ thấp, đông kết nhanh. - Trong khi nung sẽ có hiện tượng tắc lò do vật liệu chảy quá nhiều dính lò làm cho vật liệu không chuyển động được ⇒ không nung chảy được. c. Hệ số bão hoà vôi B LI 3. CaO.SiO2 SiO2 đã được bão hoà vôi 2.CaO.SiO2 SiO2 chưa được bão hoà vôi U SiO2 bão hoà càng nhiều thì thành phần C3S càng cao ⇒ xi măng càng tốt. TT - Tìm cách nâng tỷ lệ SiO2 bão hoà vôi càng nhiều càng tốt. Điều đó được thể hiện bằng hệ số bão hoà vôi KH. N - Thành lập công thức tính hệ số KH. C3A CF Thạch cao C3S + C2S ∑%CaO = % CaO + % CaO + % CaO + % CaO - Tính % CaO có trong C3A. 3CaO + Al2O3 → C3A 168 102 168 %CaO C3A % Al2O3 % CaOC3A = %Al 2 O 3 = 1,65.%Al2O3 102 - Tính % CaO trong CF CaO + Fe2O3 → CF 56 160 56 %CaOCF %Fe2O3 % CaOCF = %Fe 2 O 3 = 0,35%Fe2O3 160 - Tính % CaO trong thạch cao 20 http://www.ebook.edu.vn http://elib.ntt.edu.vn