Bài giảng Vật liệu xây dựng - CKD và vật liệu Polymer-Composit

1Vật Liệu Xây Dựng
(Construction Materials)
Bô ̣ môn Vật liệu Silicat
Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Đại học Bách Khoa Tp. Hô ̀ Chı ́Minh
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-2
Vật liệu kết dính trong xây dựng
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-3
Khái niệm

 Là thành phần liên kết giữa các nguyên liệu khác 
tạo thành 1 sản phẩm chung, ứng dụng trong xây 
dựng.

 Chất kết dính vô cơ-khoáng

 Chất kết dính hữu cơ
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-4
Chất kết dính
Vô cơ - khoáng Hữu cơ
Không khí Thủy lực Bitume nhựa Nhựa
- Sét
- Vôi
- Thạch cao
- Vôi thủy 
lực
- XM La mã
Xi măng
Portland Portland hỗn hợp Khác
- Nhựa phủ đương, vỉa 
hè,
- Nhựa chống thấm
- Nhựa thiên nhiên,
- Nhựa tổng hợp
Acrylic, vinylic, 
polyester, epoxy
- XM Cao nhôm
- XM pozzolan
- XM xi lò cao
- XM sulfat
- XM thường
- XM trắng
- XM bền sulfat
- XM tỏa nhiệt thấp
2VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-5
Tự 
nhiên
Không 
khí
Thủy 
lực
Hữu cơ
Sét
Nhựa cây
Thạch cao
Vôi
Tiền sử Cổ đại Trung đại Hiện đại
Vôi pozzolanic
XI-MĂNG PORTLAND
XM La mã
XM thường, XM đặc biệt
XM khác
XM cao nhôm
Nhựa tổng hợp
Nhựa đường
1800 1850 1900 1950
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-6
Sét, VL kết dính tự nhiên

 Sét bao gồm các lớp alumino silicate liên kết với 
nước, đặc trưng khác nhau ở các loại sét.

 Đặc trưng bởi;
• Kích thước
• Trạng thái, tính dẻo 
• Ái lực giữ nước 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-7
Diện tích bề 
mặt riêng, 
m2/g
Trương nở 
thể tích
ít ít trung bình lớn
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-8
Tính dẻo của sét
Lớp sét Nước liên kết
Nước ẩm
Hút nước, hồ đất sét
3VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-9
Tính đóng rắn 

 Công thức Laplace: lực mao quản khi xuất hiện mặt khum trong ống
∆p : chênh lệch áp suất 
γ : sức căng bề mặt 
R1, R2: bán kính cong mặt khum trong 2 mặt phẳng trực giao 
Lớp sét Nước liên kết
Nước ẩm
Mất nước, đóng rắn
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-10
Bê-tông đất sét 

 Ưu điểm 
Không tốn nhiên liệu
Nơi hẻo lánh, tự xây dựng
Thi công thô sơ 
Tạo hình đa dạng
Chịu lửa, cách nhiệt bảo ôn 
Sử dụng kèm chất thải nông nghiệp

 Nhược điểm 
Chịu nước kém 
Bê-tông đất sét sét bùn cát nước
Kết dính
Chịu nước kém
Cần thành phần ổn định
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-11
Biện pháp tăng tính chịu nước

 Cơ học; đầm lèn cố kết chặt → giúp giảm độ rỗng 

 Gia cường, dùng sợi rơm rạ, lá cây → giúp giảm 
hiện tượng nứt 

 Chống thấm, giảm tiếp xúc với ẩm ⇒ không cho 
nước xâm nhập mao quản. 

 Kết hợp dùng cùng các chất kết dính khác; nhựa, 
vôi, xi-măng... 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-12
Xây dựng bằng đất sét
4VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-13
Xây dựng bằng đất sét
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-14
Xây dựng bằng đất sét
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-15
Thạch cao xây dựng

 Là sp khi nung khoáng gypsum ở nhiệt độ thấp 
để dehydrat hóa một phần. 

 Ưu điểm
Kiểm soát được thời gian đóng rắn
Thi công theo từng lớp, dễ dàng 
điều chỉnh theo yêu cầu chịu lực, 
trang trí tiết kiệm nguyên liệu 
Ít bị co 
Cách âm, nhiệt tốt 
Chống cháy rất tốt

 Nhược điểm
Tránh tiếp xúc trực tiếp với nước
Tính acid, ăn mòn 
Thời gian đóng rắn lâu => sp chế 
tạo sẵn 
Bụi, phế thải => sx nhà máy 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-16
Sản xuất thạch cao

 Khai thác khoáng gýp từ mỏ, 
bằng nổ mìn, đào, xúc, ủi với mỏ lộ thiên 

 Gia công đập nghiền

 Sàng phân loại theo đk < 40 mm

 Lưu kho, đồng nhất hóa 

 Nung nhiệt độ 150°c. 

 Ủ trong silo trong vòng 3 ngày
5VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-17
Sản xuất thạch cao

 Trộn 100 kg thạch cao + 70 kg chất độn

 Hồ tinh bột, khoai mì

 Phụ gia điều chỉnh thời gian đóng rắn

 Phụ gia khác
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-18
Tính đóng rắn

 CaSO4.1/2H2O hòa tan tốt  CaSO4.2H2O hòa tan 
kém hơn 5 lần 

 Cơ chế đóng rắn gồm bước hòa tan và bước kết tinh 
sản phẩm.

 8 phút  san phẳng và 15 phút  làm bằng mặt hồ
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-19
Phụ gia điều chỉnh

 Làm chậm đóng rắn: Na2SO4, Na3PO4, đường 
glucô..., đồng thời giảm nước  cường độ cao 

 Tăng tốc quá trình đóng rắn: phèn nhôm 
Al2(SO4)3, K2SO4. 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-20
Cường độ

 Phụ thuộc lớn vào lượng nước hào trộn W/P 

 Dùng dư nước W/P ↑ có thể  cường độ thấp, 
tính chịu nước càng kém đi. 

 Rnén sau 28 ngày = 10MPa và Rkéo = 2MPa.

 Khi bị thấm ẩm Rnén=3MPa và Rkéo = 0,6MPa. 
6VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-21
Tính chất khác

 Khối lượng thể tích 600 - 3000 kg/m3 

 Diện tích bề mặt riêng 1500 - 8000 kg/m2

 Khi chịu nhiệt, xảy ra phản ứng phân hủy, chuyển 
trạng thái, pha 
• < 80C : ngậm 2 phân tử nước CaSO4.2H2O
• 130-180C: ngậm 0,5 phân tử nước α,β CaSO4.0,5H2O
• 600-700C: sản phẩm anhydrit I, II, III CaSO4
• 800-1100C: Phân hủy CaSO4  CaO + SO3
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-22
Sử dụng trong xây dựng

 Khoảng ½ sử dụng trong phụ gia xi măng

 Còn lại ½
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-23
Tấm thạch cao

 Cấu tạo sandwich kẹp giữa 2 lớp cạc-tông  chịu 
nước tốt hơn, độ phẳng cần thiết thi công

 Chống cháy: 
• Tấm dày 6cm
 ngăn cháy lan 
• Tấm dày 8-10cm,
vai trò chống cháy 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-24
Vôi 

 Là sản phẩm khi nung ở nhiệt độ cao đá vôi tự 
nhiên
7VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-25
Phân biệt 3 loại vôi

 Vôi sống: dạng cục CaO

 Vôi tôi: Ca(OH)2 + H2O 

 Hồ, sữa vôi tôi: Ca(OH)2 + nH2O 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-26
Sản xuất
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-27
Tính đóng rắn

 Bao gồm một số cơ chế như sau: 

 từ quá trình mất nước

 từ quá trình kết tinh sản phẩm

 từ phản ứng carbonat hóa 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-28
Cường độ và ứng dụng

 Vữa vôi : gồm trộn 1 phần hồ vôi + 3-5 phần cát 
• Rnén sau 28 ngày: 0,5 - 1 N/mm2
• Rnén sau 1 năm: 5 - 7 N/mm2

 Lưu ý, còn phụ thuộc độ tinh khiết vôi

 Dùng trát, tô trang trí, xây,

 Xử lý nền sình: 2-4% vôi sống+đất sét  bay hơi 
nước, pứng pozzolanic về lâu dài  gia cường

 Viên xây bê-tông khí chưng áp AAC
8VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-29
vôi
nước
định lượng
nghiền mịn cát
cát
mịn
cát
thô
bãi
sàng
sơ bộ̣
phản ứng
đổ ̉ khuôn, tạo
hình ép
cắt, tạo viên autoclave
lưu kho viên silicate-calcium, chưng áp
Viên xây
silicate-
calcium, 
chưng áp
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-30
Vôi thủy lực 

 Là sản phẩm nung kết hợp đá vôi với đất sét, tồn 
tại đồng thời ở một số mỏ khai thác đá vôi
ĐÁ VÔI
6-20% SÉT
900-1200C CaO + tp thủy lực 
(C2S, F, A, C, S)
Đóng rắn 
không khí
Đóng rắn thủy 
hóa như XM
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-31
Cường độ và sử dụng

 Rnén sau 28 ngày đạt 2-5MPa tùy thuộc chất 
lượng vôi, hàm lượn sét tạo khoáng thủy lực.

 Vật liệu san nền, gia cường

 Vữa trét ngoài trời 

 Trộn sợi thực vật làm bê-tông sợi cách nhiệt 

 Dùng kết hợp xi măng ⇒ cường độ cao, thi công 
dễ, dẻo
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-32
Xi măng La Mã 

 Xi măng có tính đóng rắn nhanh, sử dụng trước 
xi măng Portland

 Sản phẩm nung đá vôi mác-nơ tự nhiên có sét 
khoảng 50% ở 900-1000°C. Thành phần thu 
được có hàm lượng 3CaO.Al2O3 (C3A) cao cho 
phép tính đóng rắn nhanh. 

 Dùng 5% thạch cao phụ gia, cho cường độ cao. 

 Vôi sống cũng chiếm một phần nhỏ trong sản 
phẩm.

 Ứng dụng sửa chữa nhanh
9VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-33
Vật liệu polymer-composite
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-34
Khái niệm và thành phần

 Vật liệu polymer hay vật liệu nhựa dẻo

 Có đặc tính chung tính dẻo khi ở trạng thái gia 
nhiệt

 Khoảng 30-40% dùng trong lĩnh vực xây dựng

 Nguồn gốc tự nhiên hay tổng hợp, VD; cao su, da, 
sợi

 Trạng thái sử dụng, dạng khối, sợi, lá, tấm, kết 
dính, nở phồng...
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-35
Ưu nhược điểm

 Ưu điểm

 Khối lượng thể tích bé (tấm 
<1000; mút <100kg/m3)

 Khả năng biến tính rất đa dạng

 Tính trơ 

 Tạo hình dễ dàng

 Cách nhiệt rất tốt, cách điện

 Nhược điểm

 Bị lão hóa

 Lưu ý tiếp xúc nhiệt độ

 Mềm, đàn hồi kém

 Bắt cháy

 Nguyên liệu sản xuất 
hạn chế
Ứng dụng thành phần không chịu lực, để bao che, 
cách nhiệt âm, bảo vệ, hoàn thiện trang trí 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-36
Nguyên liệu và tổng hợp

 Chế phẩm từ dầu mỏ, hoặc có thể từ khí gaz, 
than đá...

 Craking và chưng cất chế tạo các monomer 
liên kết chúng thành polymer

 Sản phẩm PVC, PMMA từ trùng ngưng 1 loại 
monomer

 Sản phẩm polyester PET, polyamid (PA), 
polyurethan từ trùng ngưng nhiều loại monomer 
10
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-37
Nhựa nhiệt dẻo PE

 Polyethylen (PE); dưới áp suất 1000-2000MPa ở 
nhiệt độ 150-300°C

 Monomer: CH2=CH2 

 Polymer: -CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-38
Nhựa nhiệt dẻo PTFE

 Poly tetra fluoro ethylen (PTFE Teflon)

 Monomer: CF2=CF2 

 Polymer: -CF2-CF2-CF2-CF2-CF2- 

 Bền, kết hợp
với sợi thủy tinh thành
hệ composite
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-39
Nhựa nhiệt dẻo PVC

 Poly vinyle chlorure (PVC) 

 Polymer: -CH2-CHCl-CH2-CHCl-CH2-CHCl-

 Cứng, không cháy, bền môi trường, chịu tẩy rửa 
tốt
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-40
PVC
11
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-41
Nhựa nhiệt dẻo PP

 Polypropylen (PP) 

 CT: -CH2-CHCH3-CH2-CHCH3-CH2-CHCH3-

 Bền, không tan, dưới 100C cho cường độ tốt nên 
dùng làm sợi gia cường bê-tông 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-42
Nhựa nhiệt dẻo PS

 Polystyren (PS) 

 Công thức;

 Mềm, dễ tạo hình

 Có tính nở phồng  tấm cách nhiệt
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-43
Nhựa nhiệt rắn PF, MF, UP, EP

 Nhựa phenol (PF)

 Nhựa melamin (MF) 

 Nhựa polyester (UP)

 Nhựa epoxid (EP)

 Đặc tính bền,
không cháy, chịu ăn mòn... 
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-44
Nhựa dẻo

 Biến dạng lớn >100%

 Khe co dãn, lót đỡ dầm cầu

 Chống rung, chống thấm
12
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-45
2 loại composite trên nền nhựa

 Composite dùng sợi gia cường 

 Composite cấu tạo xếp lớp
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-46
Composite dùng sợi gia cường

 Ma trận nhựa nhiệt cứng epoxid, polyester 

 Ma trận nhựa nhiệt dẻo

 Sợi thủy tinh 

 Sợi PP, sợi carbon

 Phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm sợi bao gồm độ 
bền, chiều dài, phương
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-47
Composite cấu tạo xếp lớp

 Cấu tạo sandwich gồm 3 lớp trong đó 2 lớp da 
cứng chịu lực uốn chính, 1 lớp lõi có đặc tính 
nhẹ, chịu lực nén chính.

 Ứng dụng làm mái, sàn, tường, gia cường cầu.
VLXD-CKD & Vật liệu Polymer-Composite 5-48