CHƯƠNG 1 VẬT LIỆU XÂY DỰNG Giới thiệu Trong nuôi trồng thủy sản, điều kiện làm việc hàng ngày là đất và nước. Do đó, để các công trình cũng như thiết bị thủy sản hoạt động an toán, kéo dài thời gian sử dụng ta cần phải nắm được bản chất của vật liệu xây dựng để tạo nên các công trình kiên cố trong những điều kiện nhất định. Và biết được bản chất của từng loại vật liệu để có được những lựa chọn hợp lý. Mục tiêu + Kiến thức - Phân biệt được các loại vật liệu dùng trong xây dựng công trình thiết bị thủy sản.
- Tính chất, vai trò của vật liệu xây dựng trong xây dựng các công trình, thiết bị thủy sản. + Kĩ năng - Chọn vật liệu xây dựng phù hợp cho xây dựng các công trình và thiết bị nuôi trồng thủy sản + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: - Tuân thủ trình tự, tiêu chuẩn, nghiêm túc. Khái niệm Vật liệu xây dựng là một trong 3 yếu tố cơ bản để xây dựng công trình (con người, vật liệu xây dựng, công cụ xây dựng) nó chiếm 1 tỷ lệ lớn trong tổng chi phí xây dựng, thông thường là hơn 50%. Vì vậy việc tìm hiểu nguồn gốc, tính năng, cách sử dụng, bảo quản vật liệu xây dựng là một yêu cầu quan trọng trong quá trình xây dựng cơ bản để có thể nâng cao tuổi thọ của công trình và hạ giá thành xây dựng.
Các vật liệu xây dựng sau khi được sử dụng trong công trình phải chịu tác dụng của nhiều lực và các nhân tố môi trường xung quanh. Các yếu tố này tác động tổng hợp lên công trình làm vật liệu bị phá hoại. Do đó khi sử dụng vật liệu xây dựng cần chú ý đến các mặt sau: + Tìm hiểu kỹ các tính chất cơ bản của vật liệu để xây dựng thích hợp với công trình hay từng bộ phận của công trình. Ví dụ: Công trình ngập nước không sử dụng vữa vôi vì sẽ bị các Acid trong môi trường nước trung hòa.
1 + Tìm hiểu các yếu tố bên ngoài tác động vào công trình trong quá trình làm việc, đặc biệt các yếu tố phá hoại như: tải trọng, độ ẩm, nhiệt độ…để có biện pháp ngăn ngừa. Ví dụ: dựa vào sức bền vật liệu để tính tải trọng cho phép và số lượng nguyên vật liệu. + Nắm vững được kỹ thuật thi công đối với các loại vật liệu thông thường, nhất là các loại vật liệu có nguồn gốc từ địa phương dễ cung cấp. + Biết cách sản xuất, bảo quản các loại vật liệu phổ biến trong quá trình thi công.
Ví dụ: Xi măng tránh để nơi ẩm ướt. + Riêng đối với công trình thủy sản cần chú ý đến điều kiện làm việc lâu dài trong môi trường nước của công trình. Tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng 2. Tính chất vật lý Trọng lượng riêng (tỷ trọng) Là trọng lượng của một đơn vị thể tích vật liệu xây dựng ở trạng thái hoàn toàn khô và đặc.
(Kg/m3, g/cm3) Trong đó: Gk – Trọng lượng mẫu thí nghiệm sau khi sấy khô. Va – Thể tích tuyệt đối đặc của mẫu thí nghiệm. Trọng lượng riêng của các loại vật liệu xây dựng thường lớn hơn 1g/ cm3. + Gỗ, chất dẻo: 0,8 – 1,6.
+ Gạch, đất sét nung: 2,6. Trọng lượng riêng dùng để xác định độ đặc, độ rỗng của vật liệu xây dựng và tính toán cấp phối nhào trộn. Trọng lượng thể tích (Trọng lượng đơn vị, dung trọng) Là trọng lượng của một đơn vị thể tích vật liệu khô ở trạng thái tự nhiên. (Kg/m3, g/cm3) Trong đó: Gk – Trọng lượng mẫu thí nghiệm sau khi sấy khô.
V0 – Thể tích tự nhiên của mẫu thí nghiệm. 2 Ở trạng thái tự nhiên trọng lượng thể tích cùng một vật liệu bao giờ cũng nhỏ hơn trọng lượng riêng. (γ0 < γa ) trừ các vật liệu đặc như kính, kim loại.1: Trọng lượng thể tích của các vật liệu thông thường Vật liệu o (kg/m3 ) Vật liệu o (kg/m3 ) Đá hoa cương 2.700 Cát ở trạng thái khô 1.700 Gạch đất sét nung 1.900 Gỗ thông 400 600 Bêtông thường 2.400 Thép 7,850 Bêtông than xỉ 1.400 Trọng lượng thể tích dùng để tính cường độ chịu lực của vật liệu, trọng lượng bản thân kết cấu, dự kiến khối lượng vận chuyển. Độ rỗng của vật liệu là tỷ số theo phần trăm giữa thể tích rỗng so với thể tích tự nhiên của vật liệu.
Độ rỗng của vật liệu thay đổi rất lớn từ 0 % (thép, kính) đến 90 % như các loại vật liệu cách nhiệt, cách âm. Độ rỗng ảnh hưởng đến dung trọng (Độ rỗng lớn thì dung trọng nhỏ và ngược lại), cường độ chịu lực của vật (Độ rỗng lớn cường độ chịu lực giảm và ngược lại). Hiện nay người ta quan tâm sản xuất và sử dụng các loại vật liệu có độ rỗng lớn nhưng có cường độ chịu lực lớn để giảm trọng lượng của công trình. Khác với độ rỗng thì độ đặc là tỷ số tính theo phần trăm giữa thể tích hoàn toàn đặc và thể tích tự nhiên của vật.
Tính chất cơ học của vật liệu Tính biến dạng Biến dạng là hiện tượng vật liệu bị thay đổi hình dạng và thể tích khi có ngoại lực tác dụng vào. Dựa vào trạng thái của vật sau khi bị tác dụng ngoại lực thì chia ra 2 trạng thái biến dạng: Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo. 3 + Biến dạng đàn hồi: Là sự biến dạng tạm thời khi có ngoại lực tác dụng, nếu ngoại lực bị hủy bỏ thì vật liệu trở lại hình dạng ban đầu. Ví dụ tác dụng vào quả bóng, kéo 2 đầu dây thun… + Biến dạng dẻo: Là biến dạng vĩnh cửu, vật liệu không có khả năng trở lại hình dạng ban đầu sau khi ngừng tác dụng ngoại lực.
Ví dụ: Tác dụng vào cục đất sét, bẻ cong thanh sắt… Ngoài ra người ta còn căn cứ vào sự biến dạng của vật liệu trước khi bị phá hủy mà phân loại vật liệu dòn hay vật liệu dẻo. + Vật liệu dòn: là vật liệu trước khi bị phá hủy không có biến dạng rõ rệt, như: đá, bê tông, gang… + Vật liệu dẻo: Là vật liệu trước khi bị phá hủy thì biến dạng dẻo xuất hiện rõ rệt, như: cao su, thép, chì, nhôm, đất sét,… Cường độ Cường độ là khả năng chống lại tác dụng phá hoại do tải trọng gây ra. Đây chính là tính chất quan trọng nhất của vật liệu xây dựng. Trong kết cấu công trình, vật liệu thường chịu nhiều loại tải trọng tác dụng theo nhiều phương khác nhau: nén, kéo, uốn, cắt, xoắn….
Cường độ của vật liệu xây dựng được giới hạn bởi cường độ nén và kéo. Gọi R là cường độ vật liệu thì: R=P/F. Trong đó: F là Smặt cắt ngang ban đầu chịu nén hoặc kéo P là tải trọng phá hoại vật liệu khi nén hay kéo. Để đánh giá cường độ cao hay thấp của vật liệu người ta thường dùng số hiệu Mac (Mark), số hiệu Mac càng lớn thì cường độ vật liệu càng cao.2: Cường độ của các vật liệu thông thường Vật liệu Cường độ nén Vật liệu Cường độ nén (Kg/cm2 ) (Kg/cm2 ) Đá hoa cương 1.200 Gỗ lim 550 800 Gạch đất sét 50 200 Thép tốt 10.000 Gạch rỗng 75 150 Đá vôi đặc 100 1.500 Bê tông nặng 50 600 Xi măng Pooc lăng 200 400 Bê tông nhẹ 15 50 4 Ví dụ: Mác xi măng là 200, nghĩa là một hỗn hợp xi măng và cát của mẫu theo tiêu chuẩn 1 xi măng x 3 cát và nước.
Đúc mẫu có kích thước 40mm x 40mm x 40mm, sau 28 ngày dưỡng hộ ở nhiệt độ 200C – 250C và độ ẩm lớn hơn 90% thì mẫu có thể chịu được lực nén 200 Kg/cm2. Hệ số an toàn Khi chịu tác dụng của tải trọng lâu dài, trùng lặp, có chu kỳ và các yếu tố của môi trường luôn thay đổi như nhiệt độ, độ ẩm, mưa…khả năng chịu lực của vật liệu sẽ giảm. Trong trường hợp này cường độ chịu lực sẽ nhỏ hơn cường độ giới hạn. Vậy để vật liệu và công trình làm việc ổn định khi thiết kế người ta dùng hệ số an toàn K.
K = R / [R] Trong đó: R – Cường độ giới hạn. [R] – Cường độ cho phép. K – Hệ số an toàn K > 1. K phụ thuộc cấp và tuổi thọ của công trình.
Một số vật liệu thông dụng: 3. Vật liệu đá thiên nhiên Đá thiên nhiên là vật liệu thông dụng, có cường độ chịu lực cao, bền vững trong môi trường, giá thành rẻ và có nhiều ở mọi nơi. Tùy theo kỹ thuật khai thác và kích thước của đá ta có thể phân thành các loại sau. Đá hộc Được lấy theo phương pháp nổ mìn, không cần gia công, đẽo, gọt.
Viên đá dày ít nhất là 10 cm, dài 25 cm, bề rộng tối thiểu gấp 2 lần bề dày. Mặt không được lồi lõm quá 3 cm. Đá hộc được dùng để xây móng, mái bằng, mái nghiêng, sân tiêu năng…của những công trình nhỏ, yêu vầu chống thấm không cao.1: Đá hộc 5 Đá dăm Là loại đá vụn có đường kính từ 0,5 – 10 cm, ngoài ra người ta còn gọi là đá (1x2) : (2x3) : (4x6) là các loại đá dùng trong xây dựng kích thước các cạnh theo cm tương ứng. Đá 1 – 2 cm Đá 4 – 6 cm Hình 1.2: Đá dăm Cát Là các hạt rời rạc của các loại đá trong quá trình phân hóa tự nhiên chia làm cát mịn và cát thô.
Đường kính thay đổi (0,14 – 5 mm) được dùng làm cốt liệu bê tông và (0,06 – 2 mm) dùng làm vữa xây. Vật liệu đất sét nun Gạch thường Gạch đặc và gạch 2 lỗ có kích thước dài 20cm, rộng 9,5 cm, dày 5 cm. gạch 4 lỗ có kích thước tương ứng là 20 : 9,5 : 9,5 cm. Gạch tàu có kích thước 40 : 40 : 20.
Thường các gạch này được sản xuất theo kích thước tiêu chuẩn, cường độ chịu lực có thể thay đổi từ 50 – 150 kg/cm2. Để xây nhà người ta thường sử dụng gạch có số hiệu 50, 70; xây những kết cấu nhô ra ngoài người ta sử dụng gạch có số hiệu 100, 150, 200. Ống sành Ống sành được dùng phổ biến trong công trình nuôi thủy sản dưới quy mô như ống cấp và tiêu nước Đường kính ống sành được sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau từ 10 – 40 cm, chiều dài 40 – 100 cm, dày 1 – 4 cm. Thường được làm từ loại đất sét tốt, ít tạp chất, nung ở nhiệt độ cao hơn 2.0000C nên cường độ chịu lực của ống sành cao 200 – 2000kg/cm2.
Vật liệu keo kết vô cơ Vôi Được chế tạo từ đá vôi CaCO3 sau khi nung ở 1.