Giáo trình Vật liệu Xây dựng (2010) - Tài liệu học tập ngành xây dựng

• Chuyên ngành: Xây dựng
• Đề tài: Vật liệu xây dựng
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình vật liệu xây dựng Bộ Xây dựng

Giáo trình Vật liệu xây dựng do Bộ Xây dựng ban hành là tài liệu đào tạo chính thức cho hệ Trung học kỹ thuật xây dựng. Cuốn sách dày 181 trang, được Nhà xuất bản Xây dựng phát hành, trình bày đầy đủ các kiến thức nền tảng về vật liệu sử dụng trong ngành xây dựng. Nội dung giáo trình bao quát từ tính chất cơ bản của vật liệu, vật liệu đá thiên nhiên, gốm xây dựng, chất kết dính vô cơ, bê tông, vữa xây dựng đến các vật liệu khác như gỗ, thép, kính. Giáo trình nhấn mạnh vai trò quyết định của vật liệu đối với chất lượng, mỹ thuật, giá thành và thời gian thi công công trình. Chi phí vật liệu thường chiếm 75-80% tổng giá thành xây dựng công trình dân dụng và công nghiệp. Đây là nguồn tài liệu học tập không thể thiếu cho học sinh ngành xây dựng và người làm công tác xây dựng nói chung.

1.1. Mục đích biên soạn giáo trình

Giáo trình được biên soạn theo đề cương chương trình đào tạo do Bộ Xây dựng ban hành. Mục tiêu chính là giới thiệu những vấn đề chung về quá trình sản xuất vật liệu, phân tích cơ sở lý thuyết mối tương quan giữa thành phần, cấu trúc và tính chất. Giáo trình cũng trình bày các biện pháp cần thiết để đạt chỉ tiêu chất lượng yêu cầu cho từng loại vật liệu. Nội dung hướng đến giúp người học hiểu bản chất và tính năng kỹ thuật của vật liệu xây dựng, từ đó sử dụng đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao.

1.2. Đối tượng sử dụng giáo trình

Giáo trình chủ yếu phục vụ học sinh hệ Trung học kỹ thuật xây dựng trong quá trình đào tạo chính quy. Ngoài ra, cuốn sách còn là tài liệu tham khảo hữu ích cho kỹ sư, cán bộ kỹ thuật và những người làm công tác xây dựng nói chung. Người học có thể tra cứu thêm các phụ lục được trình bày ở cuối giáo trình để mở rộng kiến thức. Tài liệu cũng phù hợp cho sinh viên các trường đại học, cao đẳng chuyên ngành xây dựng tham khảo.

II. Phân tích nội dung các chương trong giáo trình

Giáo trình vật liệu xây dựng được cấu trúc thành bảy chương chính, mỗi chương tập trung vào một nhóm vật liệu cụ thể. Chương I trình bày các tính chất cơ bản gồm tính chất vật lý và cơ học chủ yếu. Chương II giới thiệu vật liệu đá thiên nhiên, phân loại, thành phần và công dụng. Chương III đề cập vật liệu gốm xây dựng từ nguyên liệu đến sản phẩm hoàn thiện. Chương IV trình bày các chất kết dính vô cơ như vôi, thạch cao, xi măng pooclăng và các loại xi măng khác. Chương V là nội dung trọng tâm về bê tông nặng, bao gồm vật liệu chế tạo, tính chất, tính toán thành phần. Chương VI giới thiệu vữa xây dựng và Chương VII đề cập các vật liệu khác như đá nhân tạo, gỗ, thép, kính. Mỗi chương đều có hệ thống bài tập và ví dụ minh họa.

2.1. Nhóm vật liệu đá và gốm xây dựng

Vật liệu đá thiên nhiên được phân loại theo nguồn gốc thành đá mácma, trầm tích và biến chất. Giáo trình trình bày cách xác định cường độ đá thông qua thí nghiệm nén trong xi lanh thép, chia đá dăm thành 8 mác theo TCVN 1771-1987. Vật liệu gốm xây dựng bao gồm gạch, ngói, ống gốm được sản xuất từ đất sét nung. Quá trình chế tạo gốm gồm các bước từ khai thác nguyên liệu, tạo hình, sấy khô đến nung trong lò ở nhiệt độ cao. Chất lượng sản phẩm phụ thuộc vào thành phần khoáng và quy trình công nghệ.

2.2. Nhóm chất kết dính và bê tông

Chất kết dính vô cơ gồm hai loại chính: rắn trong không khí như vôi, thạch cao và rắn trong nước như xi măng pooclăng. Xi măng pooclăng được phát minh đầu thế kỷ 19, đánh dấu bước ngoặt quan trọng trong ngành xây dựng. Bê tông nặng là vật liệu composite gồm cốt liệu lớn (đá dăm, sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính và nước. Mác của đá dăm phải cao hơn mác bê tông, không dưới 1,5 lần cho bê tông dưới mác 300. Tính toán thành phần bê tông đảm bảo cường độ và tính thi công.

III. Phương pháp học tập và ứng dụng giáo trình hiệu quả

Để học tập hiệu quả giáo trình vật liệu xây dựng, cần kết hợp lý thuyết với thực hành thí nghiệm. Giáo trình cung cấp phương pháp thử các chỉ tiêu cơ-lý chủ yếu theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam. Người học nên bắt đầu từ chương tính chất cơ bản để hiểu nền tảng trước khi đi vào từng loại vật liệu cụ thể. Việc nắm vững mối quan hệ giữa thành phần, cấu trúc và tính chất là chìa khóa để hiểu bản chất vật liệu. Khi học về bê tông, cần chú ý cách đọc bảng tra cứu mác đá dăm và cốt liệu theo TCVN 1771-1987. Thực hành tính toán cấp phối bê tông và vữa giúp củng cố kiến thức. Người học nên tham khảo thêm tài liệu ở phần phụ lục để mở rộng hiểu biết. Việc áp dụng kiến thức vào thực tế thi công giúp nâng cao hiệu quả học tập đáng kể.

3.1. Phương pháp tiếp cận theo từng chương

Mỗi chương trong giáo trình được xây dựng theo trình tự logic từ khái niệm, phân loại đến tính chất và ứng dụng. Chương I về tính chất cơ bản nên được học đầu tiên vì cung cấp nền tảng cho toàn bộ giáo trình. Các chương tiếp theo có thể học song song với giờ thực hành thí nghiệm. Phần phụ lục cuối giáo trình cung cấp thêm bảng tra cứu và dữ liệu kỹ thuật cần thiết. Người học nên ghi chú các tiêu chuẩn TCVN được trích dẫn để tra cứu khi cần. Việc ôn tập thường xuyên giúp ghi nhớ lâu các chỉ tiêu kỹ thuật quan trọng.

3.2. Ứng dụng kiến thức vào thực tế xây dựng

Kiến thức từ giáo trình được áp dụng trực tiếp vào công tác lựa chọn và kiểm tra vật liệu tại công trường. Kỹ sư cần biết cách đánh giá chất lượng đá dăm, cát, xi măng trước khi đưa vào sản xuất bê tông. Việc hiểu tính chất vật lý và cơ học giúp dự đoán hành vi của vật liệu trong điều kiện làm việc thực tế. Kiểm soát chất lượng vật liệu đầu vào là yếu tố then chốt đảm bảo chất lượng công trình. Giáo trình cũng giúp người học hiểu tại sao chi phí vật liệu chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành xây dựng.

IV. Kết luận và tầm quan trọng của giáo trình vật liệu xây dựng

Giáo trình Vật liệu xây dựng do Bộ Xây dựng ban hành là tài liệu đào tạo cốt lõi, đóng vai trò quan trọng trong việc chuẩn hóa kiến thức cho đội ngũ kỹ thuật xây dựng. Cuốn sách 181 trang này hệ thống hóa toàn diện các loại vật liệu từ truyền thống đến hiện đại, từ đá thiên nhiên đến bê tông cốt thép. Giá trị cốt lõi nằm ở việc trình bày mối tương quan giữa thành phần, cấu trúc và tính chất của vật liệu. Giáo trình giúp người học hiểu rằng vật liệu quyết định chất lượng, mỹ thuật, giá thành và tiến độ thi công công trình. Với chi phí vật liệu chiếm 50-80% tổng giá thành tùy loại công trình, kiến thức về vật liệu là không thể thiếu. Giáo trình còn là cầu nối giữa lý thuyết và thực hành, giữa tiêu chuẩn và ứng dụng thực tế. Đây vẫn là tài liệu tham khảo giá trị cho mọi người làm công tác xây dựng.

4.1. Vai trò của giáo trình trong đào tạo xây dựng

Giáo trình đóng vai trò chuẩn hóa nội dung đào tạo cho hệ Trung học kỹ thuật xây dựng trên toàn quốc. Nội dung được biên soạn theo đề cương chính thức do Bộ Xây dựng ban hành, đảm bảo tính thống nhất và khoa học. Giáo trình cung cấp nền tảng lý thuyết vững chắc kết hợp với phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn Việt Nam. Đây là công cụ không thể thiếu để đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật có chất lượng cho ngành xây dựng. Giáo trình cũng phản ánh trình độ phát triển của ngành sản xuất vật liệu xây dựng tại thời điểm biên soạn.

4.2. Giá trị tham khảo lâu dài của giáo trình

Mặc dù được xuất bản từ năm 2010, giáo trình vẫn giữ nguyên giá trị tham khảo về mặt nguyên lý cơ bản. Các tính chất vật lý, cơ học của vật liệu và mối tương quan cấu trúc-tính chất không thay đổi theo thời gian. Phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN được trình bày trong giáo trình vẫn được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, người dùng cần cập nhật thêm các tiêu chuẩn mới ban hành để phù hợp với thực tế hiện nay. Giáo trình vẫn là tài liệu khởi đầu hữu ích cho những ai muốn tìm hiểu sâu về vật liệu xây dựng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ XÂY DỰNG GIAO TRINH | VAT LIEU XAY DUNG NHA XUAT BAN XAY DUNG HA NO} - 2000 LỜI NÓI ĐẦU Vật liệu xây dựng chiếm một vị trí đặc biệt trong các công trình xây dựng. Chất lượng của vật liệu có ảnh hưởng lớn đến chất lượng và tuổi thọ công trình. Muốn sử dụng vật liệu xây dựng đạt hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao cần hiểu biết về bản chất và những tính năng kỹ thuật của chúng. Giáo trình “Vật liệu xây dựng" này được biên soạn theo đề cương của chương trình đào tạo Trung học kỹ thuật xây dựng do Bộ Xây dựng ban hành, sẽ giới thiệu những vấn đề chung về quá trình sân xuất, phân tích những cơ sở lý thuyết của mối tương quan giữa thành phần, cấu trúc và tính chất với các biện pháp cân thiết để đạt được những chỉ tiêu tỉnh chất yêu cầu của từng loại vật liệu xây dựng. Bên cạnh những nội dung chủ yếu trên cuốn sách cũng trình bày phương pháp thử các chỉ tiêu cơ lý chủ yếu của một số loại vật liệu thông thường theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam. Phân cuối của giáo trình giới thiệu một số phụ lục để người học tham khảo thêm trong quá trình nghiên cứu. Cuốn sách này chủ yếu dùng làm tài liệu học tập cho học sinh ngành xây dựng, đồng thời cũng có thể là tài liệu tham khảo cho những người làm công tác xây dựng nói chung. Mặc dù đã có nhiều cố gắng song giáo trình chắc chắn vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả mong nhận được ý kiến phê bình của bạn đọc để cuốn sách xuất bản lần sau được tốt hơn. Người biên soạn BÀI MỞ ĐẦU I. Tam quan trọng của vật liệu Trong công tác xây dựng bao giờ vật liệu cũng đóng vai trò chủ yếu. Vật liệu quyết định chất lượng, mỹ thuật, giá thành và cả thời gian thi công công trình, Thông thường chỉ phí về vật liệu xây dựng chiếm một tỷ lệ tương đối lớn trong tổng giá thành xây dựng : 75 + 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 thủy lợi. Sơ lược tình hình phát triển ngành sản xuất vật liệu xây dựng Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật nói chung, ngành vật liệu xây dựng cũng đã phát triển từ thô sơ đến tỉnh vi, từ giản đơn đến phức tạp, chất lượng vật liệu ngày càng được nâng cao. Từ xưa loài người đã biết dùng những loại vật liệu đơn giản có trong thiên nhiên như đất, rơm rạ, đá, gỗ, v. để xây dựng nhà cửa, cung điện, thành quách, cầu cống. Ở những nơi xa núi đá, người ta đã biết dùng gạch mộc, rồi dần đần về sau đã biết dùng gạch ngói bằng đất sét nung. Để gắn các viên đá, gạch rời rạc lại với nhau, từ xưa người ta đã biết dùng một số chất kết dính 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 đân dần nghiên cứu tìm ra những chất kết dính mới, có khả năng rắn trong nước, đầu tiên là chất kết dính hỗn hợp gồm vôi rắn trong không khí với chất phụ gia hoạt tính, sat đó phát minh ra vôi thủy và đến đầu thế ky 19 thì phát minh ra xi măng Pooc lăn. Đến thời kỳ này người ta cũng đã sản xuất và sử dung nhiều l.¿i vạt liệu kim loại, bê tông cốt thép, bê tông ứng lực trước, gạch silicat, bê tầng xỉ lò cao v v. Kỹ thuật sản xuất và sử dụng vật liệu trên thế giới vào những năm cuối cùng của thế kỷ 20 này đã đạt đến trình độ cao, nhiều phương pháp công nghệ tiên tiến được ấp dụng như nung vật liệu gốm bằng lò tuy nen, nung xi măng bằng lò quay với nhiên liệu lỏng hoặc khí, sản xuất các cấu kiện bê tông ứng lực trước với kích thước lớn, sản xuất vật liệu ốp lát gốm granite bằng phương pháp ép bán khô. Ở Việt Nam ta từ xưa đã có những công trình bằng gỗ, gạch đá xây dựng rất tỉnh vi, ví dụ công trình đá Thành nhà Hồ (Thanh Hóa), công trình đất Cổ Loa (Đông Anh - Hà Nội). Nhưng trong suốt thời kỳ phong kiến thực dân thống trị, kỹ thuật về vật liệu xây dựng không được đúc kết, đề cao và phát triển, sau chiến thắng thực dân Pháp (1954) và nhất là kể từ khi Ngành Xây dựng Việt Nam ra đời (29.1958) đến nay ngành công nghiệp vật liệu xây dựng đã phát triển nhanh chóng. Trong 40 năm, từ những vật liệu xây dựng truyền thống như gạch, ngói, đá, cát, xi măng, ngày nay ngành vật liệu xây dựng Việt Nam đã bao gồm hàng trăm chủng loại vật liệu khác nhau. từ vật liệu thông dụng nhất đến vật liệu co cấp với chất lượng tốt, có đủ các mẫu mã, kích thước, màu sắc đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nước và hướng ra xuất khẩu. Nhờ có đường lối phát triển kinh tế đúng đắn của Đảng, ngành vật liệu xây dựng đã là một ngành đi trước một bước, phát huy tiềm năng, nội lực sử dụng nguồn tài nguyên phong phú, đa dạng với sức lao động đồi dào, hợp tác, liên doanh, liên kết trong và ngoài nước, ứng dụng công nghệ tiên tiến, kỹ thuật hiện đại của thế giới vào hoàn cảnh cụ thể của nước ta, đầu tư, liên doanh với nước ngoài xây dựng nhiều nhà máy mới trên khắp ba miền như: xi măng Bút Sơn (1,4 triệu tấn/năm), xi măng Chin fon - Hải Phòng (1,4 triệu tấn/năm), xi măng Sao Mai (1,76 triệu tấn/năm), xi măng Nghi Sơn (2,27 triệu tấn/năm). Dự kiến đến năm 2000 sẽ có tổng công suất thiết kế 18 - 20 triệu tấn xi măng. Về gốm sứ xây dựng có nhà máy ceramic Hữu Hưng, Thanh Thanh, Thạch Bàn, Việt Trì, Đà Nẵng, Đồng Tâm, Taicera, Shilar v. Năm 1992 chúng ta mới sản xuất được 160.000 mˆ loại ceramic tráng men ốp tường 100 x 100mm, thì năm 1997 đã cung cấp cho thị trường 2 5 triệu mỶ loại: 300 x 300, 400 x 400, 500 x 500mm Một thành tựu quan trọng của ngành gốm sứ xây dựng là sự phát triển đột biến của sứ vệ sinh. Hai nhà máy sứ Thiên Thanh và Thanh Trì đã nghiên cứu sản xuất sứ từ nguyên liệu trong nước, tự vay vốn đầu tư trang bị dây chuyền công nghệ tiên trến, thiết bị hiện đại đưa sản lượng hai nhà máy lên 800000 sản phẩm/năm. Nếu kể cả sản lượng của các liên doanh thì năm 1997 đã sản xuất được 1,206 triệu sản phẩm sứ vệ sinh có chất lượng cao. Về kính xây dựng có nhà máy kính Đáp Cầu. với các sản phẩm kính phẳng dày 2 + 5 mm, kính phản quang, kính màu, kính an toàn. gương soi đã đạt sản lượng 5,3 triệu mỶ trong năm 1997. Ngoài các loại vật liệu cơ bản trên, các sản phẩm vật liệu trang :.í hoàn thiện như đá ốp lát thiên nhiên sản xuất từ đá cẩm thạch, đá hoa cương, sơn silicát, vật liệu chống thấm, vật liệu làm trần, vật liệu lợp đã được phát triển với tốc độ cao, chất lượng ngày càng được cải thiện. Tuy nhiên, bên cạnh các nhà máy vật liệu xây dựng được đầu tư với công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại thì cũng còn nhiều nhà máy vẫn phải duy trì công nghệ lạc hậu, thiết bị quá cũ, chất lượng sản phẩm không ổn định. Phương hướng phát triển ngành công nghệ vật liệu trong thời gian tới là phát huy nội lực về nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú, lực lượng lao động đồi dào, tích cực huy động vốn trong dân, tăng cường hợp tác trong nước, ngoài nước, đầu tư phát 6 triển nhiều công nghệ tiên tiến, sản xuất các mặt hàng mới thay thế hàng nhập khẩu như vật liệu cao cấp, vật liệu cách âm, cách nhiệt, vật liệu trang trí nội thất, hoàn thiện để tạo lập một thị trường vật liệu đồng bộ phong phú, thỏa mãn nhu cầu của toàn xã hội với tiềm lực thị trường to lớn trong nước, đủ sức cạnh tranh, hội nhập thị trường khu vực và thế giới. Mục tiêu năm 2010 là sản xuất 40 + 45 triệu tấn xi măng, 40 + 50 triệu m” gạch men lát nền, ốp tường, 4 + 5 triệu sản phẩm sứ vệ sinh với phụ kiện đồng bộ, 80 + 90 triệu mỉ kính xây dựng các loại. 18 + 20 tỷ viên gạch, 30 + 35 triệu mỶ tấm lợp, 35 + 40 triệu mỶ đá xây dựng, 2 triệu m đá ốp lát, 50.000 tấm cách âm, cách nhiệt, bông, sợi thủy tinh, vật liệu mới, vật liệu tổng hợp. Phân loại vật liệu xây dựng Vật liệu xây dựng có rất nhiều loại, nhưng đều nằm trong 3 nhóm chính sau đây. Vật liệu vô cơ Bao gồm các loại vật liệu đá thiên nhiên, các vật liệu nung, các loại chất kết dính vô cơ, bê tông, vữa, các loại vật liệu đá nhân tạo không nung, v v. Vật liệu liều cơ Bao gồm các loại vật liệu gỗ, tre, các loại bi tum và guđrông, vật liệu keo và chất đẻo, các loại sơn và véc ni v v. Vật liệu kim loại Bao gồm các loại vật liệu và sản phẩm bằng gang, thép, các loại vật liệu bằng kim loại màu và hợp kim. Mỗi loại vật liệu có thành phần, cấu tạo và đặc tính riêng biệt, do đó phạm vi nghiên cứu của môn học rất rộng. Tuy nhiên là môn học cơ sở, nhiệm vụ chủ yếu của môn học là nghiên cứu các tính năng vật liệu, cách sử dụng hợp lý các loại vật liệu và sản phẩm, đồng thời cũng có đề cập sơ bộ đến nguyên liệu. thành phần, dây chuyền công nghệ có ảnh hưởng nhiều đến tính năng của chúng. Chương ] CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU §1-1 CAC TINH CHAT VAT LY CHU YEU I. Khối lượng riêng 1.Định nghĩa Khối lượng riêng của vật liệu là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái hoàn toàn đặc (không có lô rồng). Khối lượng riêng được ký hiệu bằng y, và tính theo công thức : ea gicm? ; kgf ; kg/m? ; t/m’. Tron£ đó : G : Khối lượng của vật liệu ở trạng thái khô, g, kg, t. 15 | V, : Thể tích hoàn toàn đặc của vật liệu, cm”, mỶ,/. Cách xác định Việc xác định khối lượng của vật liệu được thực hiện bằng cách sấy mẫu thí 243 nghiệm ở nhiệt độ t? = 105 + 110°C cho đến khi khối lượng không đổi rồi cân chính xác tới + 0,1g. Còn thể tích đặc của vật liệu thì tùy theo từng loại vật liệu mà có cách xác định khác nhau.