Giáo trình Vật liệu Xây dựng (Hệ Cao đẳng) - Ngành Xây dựng Cầu đường

Giáo trình nghiên cứu vật liệu xây dựng nghề xây dựng cầu đường trình độ cao đẳng, trình bày lý thuyết rõ ràng, minh họa ví dụ thực tế, phù hợp sinh viên kỹ thuật.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Xây Dựng
• Chuyên ngành: Vật Liệu Xây Dựng
• Đề tài: Giáo Trình Vật Liệu Xây Dựng Nghề Xây Dựng Cầu Đường Trình Độ Cao Đẳng
• Loại tài liệu: Giáo Trình

Tóm tắt

I. Tổng quan giáo trình vật liệu xây dựng ngành cầu đường

Giáo trình Vật liệu xây dựng dành cho nghề Xây dựng Cầu đường trình độ Cao đẳng là một tài liệu học thuật nền tảng, đóng vai trò then chốt trong chương trình đào tạo kỹ sư và kỹ thuật viên tương lai. Tầm quan trọng của vật liệu được thể hiện rõ qua chi phí, khi nó chiếm một tỷ trọng rất lớn trong tổng giá thành công trình. Cụ thể, tài liệu gốc chỉ ra rằng "chi phí về vật liệu xây dựng chiếm... 70-75% đối với các công trình giao thông". Điều này khẳng định việc nắm vững kiến thức về vật liệu không chỉ quyết định chất lượng, độ bền mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế của dự án. Giáo trình được biên soạn nhằm mục đích chuẩn hóa và thống nhất nội dung giảng dạy, cung cấp cho người học một hệ thống kiến thức cơ bản và toàn diện. Nội dung bao quát từ các tính chất cơ lý của vật liệu như khối lượng riêng, cường độ, độ cứng, đến việc phân loại và ứng dụng các vật liệu cụ thể như đá thiên nhiên, gỗ, chất kết dính vô cơ, vữa, và bê tông xi măng. Việc ban hành một tài liệu chuẩn như thế này giúp giải quyết bài toán thiếu hụt tài liệu tham khảo đồng bộ, tạo điều kiện thuận lợi cho cả giảng viên và sinh viên trong quá trình dạy và học, đảm bảo chất lượng đầu ra đáp ứng yêu cầu của kỹ thuật xây dựng công trình giao thông hiện đại. Đây là bước đi quan trọng để trang bị cho người học những kiến thức cốt lõi, làm tiền đề cho các môn học chuyên ngành sâu hơn và cho hoạt động thực tiễn sau này.

1.1. Vai trò cốt lõi của môn học vật liệu xây dựng

Môn học vật liệu xây dựng là học phần bắt buộc và có vai trò xương sống trong chương trình đào tạo ngành xây dựng cầu đường. Kiến thức từ môn học này là yếu tố quyết định đến chất lượng, giá thành và thời gian thi công. Một kỹ sư cầu đường phải hiểu rõ bản chất, tính năng và phạm vi ứng dụng của từng loại vật liệu để đưa ra lựa chọn tối ưu nhất. Việc lựa chọn sai vật liệu có thể dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng như giảm tuổi thọ công trình, tăng chi phí bảo trì, thậm chí gây mất an toàn. Theo giáo trình, vật liệu quyết định đến 70-75% giá thành của một công trình giao thông, cho thấy sự ảnh hưởng to lớn của nó đến tính kinh tế của dự án. Do đó, việc nắm vững kiến thức từ môn học này giúp người học hình thành tư duy kỹ thuật logic, khả năng phân tích và đánh giá để ứng dụng vào thực tế một cách hiệu quả nhất.

1.2. Mục tiêu đào tạo của tài liệu vật liệu xây dựng

Mục tiêu chính của tài liệu vật liệu xây dựng này là trang bị cho người học những kiến thức cơ bản nhưng hệ thống về các loại vật liệu xây dựng thông dụng. Cụ thể, giáo trình giúp sinh viên phân biệt được các loại vật liệu dựa trên nguồn gốc và bản chất (vô cơ, hữu cơ, kim loại); hiểu rõ các tính chất vật lý, cơ học, hóa học đặc trưng. Nội dung được cấu trúc một cách khoa học, đi từ các khái niệm chung về tính chất vật liệu đến từng nhóm vật liệu cụ thể như đá, gỗ, xi măng poóc lăng, vữa, bê tông. Thông qua đó, người học có khả năng lựa chọn, sử dụng và bước đầu tiến hành kiểm định chất lượng vật liệu theo các tiêu chuẩn kỹ thuật, đáp ứng yêu cầu của các công trình xây dựng cầu đường trong thực tế.

II. Thách thức khi thiếu tài liệu vật liệu xây dựng chuẩn

Trước khi giáo trình chuẩn được ban hành, công tác giảng dạy và học tập môn học vật liệu xây dựng đối mặt với không ít thách thức. Lời mở đầu của tài liệu gốc đã nêu rõ thực trạng: "Hiện nay các cơ sở dạy đào tạo đều đang sử dụng tài liệu giảng dạy theo nội dung tự biên soạn, chưa được có giáo trình giảng dạy chuẩn ban hành thống nhất". Tình trạng này dẫn đến sự thiếu đồng bộ trong kiến thức mà sinh viên tiếp thu, gây khó khăn cho việc đánh giá năng lực một cách công bằng và toàn diện. Giảng viên phải tốn nhiều thời gian và công sức để tự biên soạn tài liệu, trong khi sinh viên thiếu một nguồn tham khảo chính thống, đáng tin cậy. Sự thiếu hụt một tài liệu vật liệu xây dựng chuẩn hóa cũng tạo ra một khoảng trống trong việc cập nhật các công nghệ mới, các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) và quốc tế. Điều này có thể làm cho kiến thức của sinh viên sau khi ra trường trở nên lạc hậu, khó bắt kịp với tốc độ phát triển nhanh chóng của ngành xây dựng. Việc biên soạn và ban hành giáo trình này là một giải pháp cấp thiết, hướng tới việc xây dựng một chương trình đào tạo chất lượng cao, có tính hệ thống và liên thông, đáp ứng nhu cầu cấp bách của xã hội và ngành giao thông vận tải.

2.1. Khó khăn trong việc biên soạn slide bài giảng vật liệu xây dựng

Khi không có giáo trình gốc thống nhất, mỗi giảng viên phải tự tìm tòi, tổng hợp kiến thức từ nhiều nguồn khác nhau để xây dựng slide bài giảng vật liệu xây dựng. Quá trình này không chỉ tốn thời gian mà còn tiềm ẩn nguy cơ thiếu sót, không nhất quán về nội dung và thuật ngữ giữa các lớp học, các khóa học. Chất lượng bài giảng phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và khả năng tổng hợp của từng cá nhân, dẫn đến sự chênh lệch trong chất lượng đào tạo. Một giáo trình chuẩn cung cấp một khung sườn kiến thức vững chắc, giúp giảng viên tập trung hơn vào việc đổi mới phương pháp giảng dạy, thiết kế các hoạt động thực hành, thay vì tốn quá nhiều công sức cho việc biên soạn lại những kiến thức nền tảng.

2.2. Sự thiếu thống nhất trong đề cương môn học vật liệu xây dựng

Hệ quả trực tiếp của việc thiếu tài liệu chuẩn là sự thiếu thống nhất trong đề cương môn học vật liệu xây dựng giữa các cơ sở đào tạo. Mỗi nơi có thể nhấn mạnh vào những mảng kiến thức khác nhau, bỏ qua một số nội dung quan trọng hoặc sắp xếp các chương mục một cách tùy ý. Điều này gây khó khăn cho việc liên thông, chuyển đổi tín chỉ của sinh viên và làm cho các nhà tuyển dụng khó đánh giá chính xác mặt bằng kiến thức chung của ứng viên từ các trường khác nhau. Giáo trình này, với cấu trúc rõ ràng gồm 7 chương chính, đã đặt ra một khung chương trình chuẩn, đảm bảo sinh viên ngành Xây dựng Cầu đường được trang bị đầy đủ và đồng bộ các kiến thức cốt lõi cần thiết.

III. Hướng dẫn các tính chất cơ lý của vật liệu xây dựng

Chương đầu tiên của giáo trình tập trung vào các tính chất cơ bản của vật liệu xây dựng, đây là phần kiến thức nền tảng bắt buộc phải nắm vững. Vật liệu trong công trình luôn chịu tác động của tải trọng và môi trường, do đó việc hiểu rõ các tính chất cơ lý của vật liệu là điều kiện tiên quyết để đảm bảo kết cấu làm việc an toàn và bền vững. Giáo trình phân loại các tính chất thành nhiều nhóm: nhóm đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc (khối lượng riêng, độ rỗng), nhóm tính chất vật lý (liên quan đến nước, nhiệt, âm), và nhóm tính chất cơ học (cường độ, độ cứng, biến dạng). Mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất được nhấn mạnh, cho thấy cấu trúc vĩ mô và vi mô quyết định trực tiếp đến khả năng chịu lực, độ bền và các đặc tính khác. Ví dụ, một vật liệu có cấu trúc đặc chắc thường có cường độ cao hơn nhưng cách âm, cách nhiệt kém hơn vật liệu có cấu tạo rỗng. Việc nghiên cứu các tính chất này không chỉ dừng lại ở lý thuyết mà còn phải thông qua các thí nghiệm vật liệu xây dựng theo quy trình chuẩn để có được số liệu chính xác, phục vụ cho công tác thiết kế và thi công.

3.1. Phân loại và cấu trúc quyết định tính chất vật liệu

Giáo trình chỉ rõ, tính chất cơ lý của vật liệu phụ thuộc chặt chẽ vào cấu trúc bên trong của nó. Cấu trúc được xem xét ở ba mức độ: vĩ mô (quan sát bằng mắt thường), vi mô (qua kính hiển vi), và cấu trúc trong (cấu tạo nguyên tử, phân tử). Ví dụ, cấu trúc dạng sợi của gỗ làm cho cường độ theo phương dọc thớ và ngang thớ rất khác nhau. Tương tự, cấu trúc tinh thể và vô định hình của cùng một chất hóa học cũng tạo ra các đặc tính khác biệt. Silic điôxít (SiO₂) ở dạng tinh thể (thạch anh) có độ bền cao và ít hoạt tính, nhưng ở dạng vô định hình lại có thể phản ứng hóa học ở nhiệt độ thường. Hiểu rõ mối quan hệ này giúp kỹ sư có thể dự đoán được hành vi của vật liệu và lựa chọn loại phù hợp nhất cho từng hạng mục công trình.

3.2. Phương pháp thí nghiệm vật liệu xây dựng cơ bản

Để xác định các đặc trưng kỹ thuật, việc tiến hành thí nghiệm vật liệu xây dựng là không thể thiếu. Giáo trình giới thiệu các phương pháp thí nghiệm phổ biến để xác định các chỉ tiêu quan trọng như cường độ chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, độ cứng, độ mài mòn. Có hai phương pháp chính là phá hủy và không phá hủy. Phương pháp phá hủy (như nén mẫu bê tông đến vỡ) cho kết quả trực tiếp về cường độ giới hạn. Trong khi đó, phương pháp không phá hủy (như dùng sóng siêu âm) cho phép đánh giá cường độ của vật liệu ngay trên kết cấu hiện hữu mà không làm hỏng nó. Việc thực hiện thí nghiệm phải tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về kích thước mẫu, điều kiện bảo dưỡng và tốc độ gia tải để đảm bảo kết quả có độ tin cậy cao.

3.3. Các tiêu chuẩn vật liệu xây dựng TCVN cần nắm vững

Mọi hoạt động từ sản xuất, thí nghiệm đến nghiệm thu vật liệu đều phải dựa trên một hệ thống quy chuẩn kỹ thuật. Giáo trình nhấn mạnh rằng các tính chất của vật liệu phải được xác định trong điều kiện và phương pháp chuẩn theo quy định của tiêu chuẩn vật liệu xây dựng TCVN. Đây là cơ sở pháp lý để đánh giá vật liệu có đạt yêu cầu chất lượng hay không. Việc tuân thủ TCVN không chỉ đảm bảo tính khách quan, công bằng trong giao dịch thương mại mà còn là yếu tố sống còn để đảm bảo an toàn và tuổi thọ cho công trình. Đối với một số vật liệu mới chưa có tiêu chuẩn trong nước, giáo trình cũng gợi mở việc tham khảo áp dụng tiêu chuẩn của nước ngoài.

IV. Top vật liệu xây dựng cầu đường phổ biến trong giáo trình

Nghề xây dựng cầu đường đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về các loại vật liệu đặc thù, có khả năng chịu tải trọng nặng, chống mài mòn và bền vững trước các tác động khắc nghiệt của thời tiết. Giáo trình cung cấp một cái nhìn tổng quan về các nhóm vật liệu quan trọng nhất. Trong đó, chất kết dính vô cơ như xi măng poóc lăng là thành phần không thể thiếu để sản xuất bê tông cho mố, trụ cầu và các kết cấu chịu lực. Đá thiên nhiên, sau khi được gia công thành cấp phối đá dăm, đóng vai trò là lớp móng nền, quyết định khả năng chịu lực của toàn bộ kết cấu áo đường. Đối với mặt đường, bê tông asphalt là lựa chọn phổ biến nhất nhờ các đặc tính ưu việt như bằng phẳng, chịu mài mòn tốt và dễ dàng sửa chữa. Bên cạnh đó, các kết cấu bê tông trong xây dựng cầu không thể hoàn thiện nếu thiếu cốt thép trong xây dựng cầu, thành phần chịu kéo chính giúp kết cấu vượt được những nhịp lớn. Giáo trình đã hệ thống hóa kiến thức về thành phần, tính chất và công dụng của những vật liệu làm đường bộ và cầu cống này, giúp người học có được cái nhìn toàn cảnh và chi tiết.

4.1. Xi măng poóc lăng và các loại phụ gia bê tông hiện đại

Xi măng poóc lăng là chất kết dính thủy lực quan trọng nhất, có khả năng rắn chắc trong cả không khí và môi trường nước, tạo thành vật liệu đá nhân tạo có cường độ cao. Đây là thành phần chính để chế tạo bê tông và vữa xây dựng. Để cải thiện và điều chỉnh các tính chất của bê tông cho phù hợp với yêu cầu thi công phức tạp của các công trình cầu đường, người ta thường sử dụng các loại phụ gia bê tông. Phụ gia có thể giúp tăng độ dẻo (phụ gia hóa dẻo), rút ngắn hoặc kéo dài thời gian đông kết, tăng khả năng chống thấm và cải thiện cường độ của bê tông, giúp tối ưu hóa quá trình thi công và chất lượng kết cấu.

4.2. Đặc tính kỹ thuật của bê tông asphalt và cấp phối đá dăm

Bê tông asphalt, hay còn gọi là bê tông nhựa nóng, là hỗn hợp gồm cốt liệu (đá dăm, cát, bột khoáng) và chất kết dính asphalt được trộn nóng và rải thảm để làm lớp mặt đường. Vật liệu này tạo ra bề mặt êm thuận, chống thấm tốt và có khả năng chịu tải trọng động từ xe cộ. Nằm bên dưới lớp bê tông asphalt là các lớp móng đường, trong đó cấp phối đá dăm là vật liệu chủ chốt. Đây là hỗn hợp các loại đá dăm có kích cỡ khác nhau được phối trộn theo một tỷ lệ nhất định để đạt được độ chặt và mô-đun đàn hồi cao nhất sau khi lu lèn, tạo ra một nền móng vững chắc để phân bố tải trọng.

4.3. Vai trò của cốt thép trong xây dựng cầu và công trình

Bê tông có cường độ chịu nén tốt nhưng cường độ chịu kéo rất kém. Để khắc phục nhược điểm này, cốt thép trong xây dựng cầu được đưa vào vùng chịu kéo của cấu kiện, tạo thành vật liệu composite là bê tông cốt thép. Thép có cường độ chịu kéo và chịu nén đều rất cao. Sự kết hợp này tận dụng được ưu điểm của cả hai vật liệu, cho phép xây dựng các kết cấu cầu có nhịp lớn, hình dáng kiến trúc đa dạng và khả năng chịu tải vượt trội. Việc lựa chọn loại thép, bố trí và thi công cốt thép đúng theo thiết kế là yếu tố cực kỳ quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và ổn định của toàn bộ công trình.

V. Bí quyết kiểm định chất lượng vật liệu xây dựng cầu đường

Lý thuyết về vật liệu chỉ thực sự có giá trị khi được áp dụng vào thực tiễn thông qua công tác kiểm soát và kiểm định chất lượng vật liệu. Một công trình cầu đường bền vững bắt nguồn từ những vật liệu đầu vào đạt chuẩn. Quy trình này đòi hỏi sự chặt chẽ, từ khâu lấy mẫu, vận chuyển, bảo quản mẫu đến thực hiện các phép thử tại phòng thí nghiệm và đối chiếu kết quả với hệ thống tiêu chuẩn vật liệu xây dựng TCVN cũng như yêu cầu kỹ thuật của dự án. Giáo trình cung cấp các kiến thức nền tảng để người học hiểu được tầm quan trọng và các nguyên tắc cơ bản của công tác này. Bên cạnh các vật liệu truyền thống, các vật liệu mới như vải địa kỹ thuật cũng ngày càng được ứng dụng rộng rãi, đòi hỏi kỹ sư phải nắm vững phương pháp kiểm tra và tiêu chuẩn nghiệm thu riêng. Việc am hiểu quy trình kiểm định giúp kỹ sư tương lai có khả năng giám sát chất lượng thi công, phát hiện kịp thời các vật liệu không đạt yêu cầu, từ đó ngăn ngừa các rủi ro tiềm ẩn cho công trình, đảm bảo an toàn và hiệu quả đầu tư. Đây là một kỹ năng không thể thiếu trong kỹ thuật xây dựng công trình giao thông.

5.1. Quy trình kiểm định chất lượng vật liệu đầu vào

Quy trình kiểm định chất lượng vật liệu đầu vào là hàng rào kiểm soát đầu tiên và quan trọng nhất. Nó bao gồm các bước: kiểm tra chứng chỉ xuất xưởng, nhãn mác của nhà sản xuất; tiến hành lấy mẫu đại diện theo đúng quy định của tiêu chuẩn; thực hiện các thí nghiệm cần thiết tại phòng thí nghiệm hợp chuẩn (LAS-XD) để xác định các chỉ tiêu cơ lý. Các vật liệu chính như xi măng, cốt thép, đá dăm, nhựa đường đều phải trải qua quá trình này. Kết quả thí nghiệm sẽ được so sánh với yêu cầu của TCVN và chỉ dẫn kỹ thuật của dự án. Lô vật liệu chỉ được phép đưa vào sử dụng khi có kết quả kiểm định đạt yêu cầu.

5.2. Ứng dụng vải địa kỹ thuật trong kỹ thuật xây dựng công trình

Trong kỹ thuật xây dựng công trình giao thông hiện đại, đặc biệt là khi thi công trên nền đất yếu, vải địa kỹ thuật là một giải pháp hiệu quả. Đây là vật liệu dạng tấm, được sản xuất từ polymer tổng hợp, có chức năng chính là phân cách, gia cường, lọc và tiêu thoát nước. Khi được trải giữa lớp đất nền và lớp móng đường, vải địa kỹ thuật giúp ngăn chặn sự trộn lẫn giữa hai lớp vật liệu, tăng cường khả năng chịu tải của nền đất và cải thiện hệ thống thoát nước ngầm. Việc kiểm định chất lượng vải địa kỹ thuật tập trung vào các chỉ tiêu như cường độ chịu kéo, độ giãn dài, hệ số thấm, đảm bảo vật liệu hoạt động đúng chức năng thiết kế.

VI. Tương lai ngành vật liệu xây dựng công trình giao thông

Giáo trình Vật liệu xây dựng không chỉ cung cấp kiến thức hiện tại mà còn mở ra định hướng cho tương lai của ngành. Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đang thúc đẩy ngành kỹ thuật xây dựng công trình giao thông tiến về phía trước với sự ra đời của nhiều loại vật liệu mới có tính năng ưu việt hơn, thân thiện với môi trường và bền vững hơn. Xu hướng sử dụng vật liệu tái chế, bê tông tính năng siêu cao (UHPC), nhựa đường polymer, và các vật liệu composite đang ngày càng trở nên phổ biến. Những vật liệu này giúp tăng tuổi thọ công trình, giảm chi phí bảo trì và giảm tác động tiêu cực đến môi trường. Để đáp ứng yêu cầu của thời đại, người kỹ sư cầu đường không thể chỉ dừng lại ở những kiến thức cơ bản. Họ cần liên tục cập nhật, nghiên cứu và mạnh dạn ứng dụng những công nghệ vật liệu tiên tiến. Nền tảng kiến thức vững chắc mà giáo trình này cung cấp chính là bệ phóng quan trọng, giúp các kỹ sư tương lai tự tin tiếp cận, làm chủ các công nghệ mới, từ đó nâng cao năng lực cạnh tranh và đóng góp hiệu quả vào sự phát triển hạ tầng giao thông của đất nước.

6.1. Xu hướng phát triển vật liệu mới và bền vững

Tương lai của ngành vật liệu xây dựng gắn liền với yếu tố bền vững. Các nhà khoa học và kỹ sư đang không ngừng nghiên cứu các giải pháp thay thế cho vật liệu truyền thống nhằm giảm thiểu khai thác tài nguyên thiên nhiên và lượng khí thải carbon. Các loại vật liệu như bê tông tự liền, bê tông thấm nước, vật liệu tái chế từ rác thải nhựa hay xỉ lò cao đang được nghiên cứu và ứng dụng thử nghiệm. Những vật liệu làm đường bộ thế hệ mới này không chỉ hướng đến việc cải thiện các đặc tính kỹ thuật mà còn đáp ứng các tiêu chí xanh, phù hợp với xu thế phát triển chung của toàn cầu.

6.2. Nâng cao năng lực cạnh tranh cho kỹ sư cầu đường tương lai

Trong bối cảnh hội nhập và cạnh tranh, năng lực của người kỹ sư được đo lường không chỉ bằng kiến thức chuyên môn mà còn bằng khả năng thích ứng và sáng tạo. Việc nắm vững bản chất của vật liệu từ giáo trình nền tảng kết hợp với việc cập nhật các xu hướng mới sẽ tạo ra lợi thế cạnh tranh rất lớn. Một kỹ sư giỏi phải có khả năng phân tích, so sánh để lựa chọn giải pháp vật liệu tối ưu nhất về cả kỹ thuật, kinh tế và môi trường. Chính vì vậy, việc đầu tư vào công tác đào tạo, bắt đầu từ những cuốn tài liệu vật liệu xây dựng chất lượng như thế này, là sự đầu tư chiến lược cho tương lai của ngành xây dựng cầu đường Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: CÁC TINH CHAT CO BAN CUA VAT LIEU XAY DUNG 1. Khái niệm chung. Phân loại tính chất cũa vật liệu xây dựng (VL.XD) Quá trình làm việc trong kết cấu công trình, vật liệu ph ải chịu sự tác dụng của tải trọng bên ngoài và môi trường xung quanh. Tải trọng sẽ gây ra biến dạng.

và ứng suất trong vật liệu. Do đó, để kết cầu công trình làm việc an toàn thì trướ c tiên vật li u phải có các tính chất cơ học theo yêu cầu. Ngoài ra, vật liệu còn phải có đủ độ bền vững chỗ ng lại các tác d ung vật lý và hóa học của môi trường. Trong một số trường hợp đồi với vật liệu còn có mộ t số yêu cầu riêng về nhiệt, âm, chống phóng xạ v.

Như vậy, yêu cầu vẻ tính chất của vật liệu rất đa dạng. Song để nghiên cứu và sử dụng vật liệu, có thể phân tính ch at củ thành những nhóm nh tr: nhóm tính chất đặc trưng cho trạng thái và cấu trúc, nhóm tính ch ất vật lý, tính chất cơ học, tính chất hóa học và một số tính chất mang ý nghĩa tổng hợp khác như tính công tác, tỉnh tuổi thọ v. Các tham số đặc trưng cho tr ạng thái và cầu trúc của vật liệu là những tính chất đặc trưng cho quá trình công nghệ, thành phần pha, thành phần khoáng hóa, thí dụ khối lượng riêng, khối lượng thê tích, độ rỗng, độ đặc, độ mịn, v. "Những tính chất vật lý xác định mồi quan hệ củ a vật liệu với môi trường như tính chất có liên quan đến nước, đến nhiệt, điện, âm, tính lưu biến của vật liệu nhớt, dẻo.

Những tính chất cơ học xác định quan hệ củ a vật liệu với bi én dạng và sự phá hủy nó dưới tác dụng của tải trọng như cường độ, độ cứng, độ dẻo v. Các tính chất hóa học có liên quan đến những bỉ ên đổi hóa học và độ bền 'vững của vật liệu đối với tác dụng của cácnhân tổ hóa học. Để tránh nh ững ảnh hưởng của các yếu tố khách quan trong quá trình thí nghiệm, các tính chất của vật liệu phải được xác định trong điều kiện và phươn: pháp chu ẩn theo quy đị nh của tiêu chuẩn nhà nước Việt Nam. Khi đó tính chất dug e xác định là những tính chất tiêu chuẩn.

Ngoài các tiêu chuẩn nhà nước còn các tiêu chuẩn cấp ngành, cấp bộ. Các tiêu chuẩn có thể được bổ sung và chỉnh lí tùy theo trình độ sản xuất và yêu cầu sử dụng vật liệu. Hiện nay ở n ước ta, đồ ¡ với 1 số loại VLXD chưa có tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật quy định thì có thể dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài.2 Quan hệ giữa cấu trúc và tính chất Cấu trúc của vật liệu được biểu thị ở 3 mức: cấu trúc vĩ mô (cấu trúc có thể quan sát bằng mắt thường), cá u trúc vi mô (chỉ quan sát bằng kính hiển vi) và cầu trúc trong hay cấu tạo chất (phải dùng những thiết bị hiện đại dé quan sát và nghiên cứu như kính hiễn vi điện tử, phân tích rơngen) Cấu trúc vĩ mô .Bằng mắt thường ng ười ta thể phân biệt các dạng cấu trúc này như: đá nhân tạo đặc, cấu trúc tổ ong, cấu trúc dạng sợi, dạng lớp, dạng hạt rời. Vật liệu đá nhân tạo đặc r ất phổ biến trong xây d ựng như bê tông nặng, gach6 p lát, gạch silicat.

Những loại vật liệu này thường có cường độ, khả năng ch ống thắm, chống ăn mòn t ốt hơn các loại vật li Gu rong cing loại, nhưng, nặng và tính cách âm, cách nhiệt kém hơn. Bằng mắt thườ ng cũ ng có thê nhìn thấy những liên kết thô của nó, ví dụ : thấy được lớp đá xi măng liên kết với hạt cốt liệu, độ dày của lớp đá, độ lớn của hạt cốt liệu: phát hiện được những hạt, vết rạn nứt lớn, v. 4 edu tao réng c6 thé 1a nh ững vật liệu có những 1 ỗ rỗng lớn như bê tông khí, bê tông bọt, chất déo tổ ong hoặc những vật liệu có những lỗ r ông bé (vật liệu dùng đủ n ước, dùng phụ gia cháy). Loại vật liệu này có cường độ, độ.

chỗ ng ăn mòn kém hơn vật liệu đặc cing lo ai, nhưng khả năng cách nhiệt, cách âm tốt hơn. Lượng lỗ r ỗng, kích thước, hình dạng, đặc tính và sự phân bổ của lỗ rỗng có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu. Vật li êu có cầu tạo dạ nợ sợi, như gỗ, các sản phẩm có từ bông khoáng và bông thủy tỉnh, tắm sợi gỗ ép v. có cường độ, độ dẫn nhiệt và các tính chất khác rất khác nhau theo phương dọc và theo phương ngang thé.

Vật liệu có câu trúc dạng lớp, như đ á phi ên ma, diệp thạch sét v. là vật liệu có tính đị hướng (tính chất khác nhau theo các phương khác nhau). Vật liệu hạt r oi nh ư cốt liệu cho bê tông, vật liệu dạng bột (xi măng, bột vôi sống) có các tính chất và công dụng khác nhau tùy theo thành phần độ lớn và trạng thái bề mặt hạt. Cấu trác vỉ mô của v ật liệu có thể là cấu tao tinh th ê hay vô định hình.

Cấu tạo tinh thé va vô định hình chi là hai trạng thái khác nhau của cùng một chất. Ví dụ oxyt silie có thể t ồn tại ở di thé thạch anh hay dạng vô định hình (opan). Dang tinh thé có độ bên và độ ô n định lớn h ơn dạng vô định hình. SiO> tinh thể không tương tác với Ca(OH)s ở điề u kiện thường, trong khi đó SiOa vô định hình lại có thể tương tác với Ca(OH); ngay ở nhiệt độ thường.

Cấu tạo bên trong của các chỗ t là câu tạo nguyên tử, phân tử, hình d ạng. kích thước của tỉnh thể, liên kết nội bộ giữa chúng. Câu tạo bên trong của các chất quyết định cường độ, độ cứng, độ bên nhiệt và nhiều tính chất quan trọng, cứu các chất có cấu tạo tỉnh thể, ng ười ta phải phân biệt chúng củ a mồ ¡ liên kết giữa các phân tử đề tạo ra mạng lưới không gian. Tùy theo kiểu liên kết, mạng lưới này có thể được hình thành từ các nguyên tử trung hòa (kim cương, SiO2) các ion (CaCOs , kim loại), phân tử (nước đá).

Liên kết cộng hỏa trị được hình thành từ những đôi di én tir dung chung, trong những tỉnh thể của các chất đơn giản (kim cương, than chi) hay trong các tỉnh thể của hợp chất gồm hai nguyên tổ (thạch anh). Néu hai nguyên tử giỗ ng nhau thì cặp điện tử dùng chung thuộc cả hai nguyên tử đó. Nếu hai nguyên tử có tính ch ất khác nhau thì cặp điện tử bị lệch về phía nguyên tố có tính chất á kim mạnh hơn, tạo ra liên kết cộng hóa trị có cực (HạO). Những vật liệu có liên kết dạng này có cường độ, độ cứng cao và rất khó chảy.

Liên kết ion được hình thành trong các tỉnh thể v ật liệu mà các nguyên tử. khi tươ ng tác v ới nhau nhường điện tử cho nhau hình thành các ion âm và ion dươ ng. Các ion trái dấu hút nhau để tạo ra phân tử. Vật liệu xây dựng có liên kết loại này (thạch cao, anhidrit) có cường độ và độ cứng thấp, không b ên nước, trong nh ững loại VLXD thườ ng gặp như canxit, fenspat với những tỉnh thể phúc tạp gồm những tỉnh thể gồm cả liên kết cộng hóa trị và liên kết ion.

Bên trong ion phức tạp CO ạˆ là liên kết cộng hóa trị. Nhưng chính nó liên kết với Ca”T bằng liên kết ion (CaCO2) có cường độ khá cao. Liên kết phân tử được hình thành chủ yếu trong những tỉnh thể của các chất có liên kết cộng hóa trị. Liên kết silicat là liên kết phức tạp, được tạo thành từ kh ối 4 mặt SiOx liên kết với nhau bằng nh ững đỉnh chung (những nguyên từ oxi chung) tạo thành mạng lướ i không gian ba chiều với nh tg tính chất đặc biệt cho VLXD.

Dieu đó cho phép coi chúng như là các polime vô cơ. Quan hệ giữa thành phần và tính chất ây dựng được đặc trưng bằng 3 thành phần: Hóa học, khoáng vật và thành phần pha. Thành phần hóa học được biểu thị bằng % hàm lượng các oxyt có trong vật liệu. Nó cho phép phán đoán hàng loạt các tính chất của VLXD: tính chất chịu lửa, bền sinh vật, các đặc tr ưng cơ họ c và các đặc tính kỹ thuật khác.

Riêng đối với kim lo ai hoặc hợp kim thì thành phần hóa học được tính bing % các nguyên tố hóa học Thành phần hóa họ e được xác định bằng cách phân tích hóa học (kết quả phân tích được biểu diễn dưới dạng các oxyt). Các oxyt trong vật liệu vô cơ liên kết với nhau thành các muối kép, được gọi là thành phần khoáng vật. Thành phận khoáng vật Thành phần khoáng vật quyết định các tính chất cơ b ản của vật liệu. Khoáng 3CaO.SiO; và 3CaO.Al2Os trong xi măng pooc lăng quyết định tính đóng rắn nhanh, chậm của xi măng, khoáng 3AlaOs 2SiO; quyết định tính chất của vật liệu gồm.

Biết đượ c thành phần khoáng vật ta có thể ta có thể phán đoán tương đối chính xác các tính chất của VLXD. Việc xác định thành phần khoáng v at khá phức tạp, đặc biệt là về mặt định lượng. Vì vậy người ta phải dùng nhiêu phương pháp đẻ hỗ trợ cho nhau : phân tích nhiệt vi sai, phân tích phổ rơnghen, laze, kính hién vỉ điện tử v. Thành phần pha Ba s 6 vat ligu khi làm việc đề u tồn tại ở pha r ấn.

Nhưng trong vật liệu luôn chứa một lượng lỗ rỗng, bên ngoài pha rắn nó còn chứa cả pha khí (khi khô) và pha lỏ ng (khi âm). Tỉ lệ của các pha này trong vật liệu có ảnh hưởng đến chất lượng của nó, đặc biệt là các tính chất về âm, nhiệt, tính chống ăn mòn, cường độ v. Thành phần các pha biến đỗ ¡ trong quá trình công nghệ và dưới sự tác động của môi trường. Sự thay đổi pha làm cho tính chất của vật liệu cùng thay đỗ ¡.

Ví dụ n ước chứa nhiều trong các lỗ rỗng của vật liệu sẽ ảnh hưởng xâu đến tính chất nhiệt, âm và cường độ của vật liệu, làm cho vật liệu bị nở ra v. Ngoài vật liệu rắn, trong xây dựng cỏn lo ại vật liệu phô biến ở trạng thái nhớt đẻo. Các chất kết dinh khi nhào trộn với dung môi (thud ng là nước), khi chưa rắn chắc có cầu trúc phức tap và biển đổi theo thời gian: giai đoạn đầu ở trạng thái dung dịch, sau đ ó ở trạng thái keo.