Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu thực hành thí nghiệm kéo – nén mẫu vật liệu

MỤC ĐÍCH YÊU CẦU: Sau bài học thí nghiệm các sinh viên đạt được các yêu cầu sau: - Nâng cao sự hiểu biết về quá trình chịu lực của vật liệu từ khi bắt đầu gia tải đến khi vật liệu bị ph

MÔN HỌC: SỨC BỀN VẬT LIỆU THỰC HÀNH: THÍ NGHIỆM KÉO – NÉN MẪU VẬT LIỆU

- Ngành đào tạo: Kỹ sư xây dựng

- Số tiết thí nghiệm: 10 tiết

- Ngày thí nghiệm:

- Ngày viết báo cáo:

A MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:

Sau bài học thí nghiệm các sinh viên đạt được các yêu cầu sau:

- Nâng cao sự hiểu biết về quá trình chịu lực của vật liệu từ khi bắt đầu gia tải đến khi vật liệu bị phá hoại

- Vẽ được biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu khi chịu lực

- Xác định được các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu  - dh  - ch  - E –  – G b

- Hiểu được tính năng sử dụng của các thiết bị thí nghiệm: biết cách sử dụng thước kẹp

& đồng hồ đo chuyển vị

B TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM:

- Một nhóm thí nghiệm gồm 15 sinh viên, các sinh viên phải trực tiếp thực hành thí nghiệm kéo – nén vật liệu

- Số lượng thí nghiệm: 6 thí nghiệm

 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu dẻo

 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu giòn

 1 thí nghiệm nén mẫu vật liệu giòn

 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu gỗ

 1 thí nghiệm nén mẫu vật liệu gỗ

 1 thí nghiệm uốn mẫu vật liệu gỗ

- Giảng viên hướng dẫn cho từng nhóm sinh viên các nội dung chính:

 Cách sử dụng và đọc các loại đồng hồ trong thí nghiệm

 Các bước thí nghiệm với từng mẫu vật liệu

 Cách ghi chép và xử lý số liệu thí nghiệm

 Lập báo cáo kết quả thí nghiệm

C TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:

- Thiết bị gây tải: máy kéo nén vạn năng 100T

- Đồng hồ đo chuyển vị khuếch đại cao tầng

- Thước kẹp khuếch đại 10 lần

D KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:

Được trình bày theo nội dung của từng bài thí nghiệm

4 Xác định các chỉ tiêu cơ lý vật liệu:

- Giới hạn đàn hồi: dh

dh 0

TỶ LỆ BIẾN DẠNG DÀI TƯƠNG ĐỐI z(%)

- Mô đun đàn hồi trượt:

5 Nhận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu thép:

- Sau khi kẹp mẫu thép vào máy kéo nén vạn năng và bắt đầu tăng tải trọng đến khi mẫu thép bị đứt (có tiếng nổ lớn), ta thấy khi tăng lực kéo thì biến dạng dài tương ứng P - l cũng tăng theo, tương ứng với đó ta nhận được đồ thị quan hệ giữa ứng suất và biến dạng dài tương đối

- Đoạn từ O đến A, tương ứng với ứng suất từ 0 đến khoảng 5100,67 (kg/cm2), đồ thị là một đường hơi cong và gần như là đường thẳng Trong giai đoạn này , ứng suất và biến

dạng tỉ lệ thuận với nhau, vật liệu lamg việc tuân theo đinh luật Hook σ = Eε, trong đó

môdun đàn hồi E là hệ số góc của đường thẳng OA Đối với mẫu thép thí nghiệm có giá trị E = 73709,11(kg/cm2) Biến dạng cũng tăng từ 0 đến 11,77 mm, εz = 6,92% Giai đoạn này gọi là giai đoạn tỷ lệ; ứng suất tương ứng với điểm A gọi là giới hạn tỷ

lệ σtl Bên trên điểm A một chút cho tới điểm A’ có σz =5167,79 kg/cm2, đường thẳng hơi cong đi một chút, ứng suất và biến dạng không còn giai đoạn tỷ lệ nữa nhưng thép vẫn làm việc đàn hồi, nghĩa là nếu giảm tải thì biểu đồ sẽ quay trở lại điểm A Ứng suất tương ứng với điểm A’ gọi là giới hạn đàn hồi σđh là giới hạn của vùng làm việc đàn hồi của thép Thực tế, σđh khác rất ít với σtl nên nhiều khi người ta đồng nhất hai giai đoạn làm việc này

- Đoạn từ A’- B, là một đường cong rõ rệt Thép không còn làm việc đàn hồi nữa, mô đun đàn hồi E giảm dần đến điểm B, ứng với ứng suất chừng σz = 5234,90 kG/cm2 Giai đoạn này gọi là giai đoạn đàn hồi - dẻo

- Đoạn từ B-C gọi là giai đoạn chảy dẻo Biến dạng vẫn tăng trong khi ứng suất hầu như không đổi Đoạn nằm ngang ứng với biến dạng từ ε = 7,35% đến ε = 9,34% được gọi

là thềm chảy Ứng suất tương ứng với giai đoạn chảy dẻo gọi là giới hạn chảy σch

- Đoạn C-D quá giai đoạn chảy thép không chảy nữa và có thể chịu được lực Quan hệ ứng suất – biến dạng là một đường cong thoải, biến dạng tăng nhanh theo kiểu biến

điểm D, lúc này P khoảng 9650 kg và σ = 6476,51 kg/cm2 Ứng suất này gọi là giới hạn bền Biến dạng kéo đứt rất lớn Δl = 45,8 mm, εo = 26,33% Trong thí nghiệm trên

ta khó nhận thấy được giai đoạn này do thanh thép hình thành eo thắt và bị đứt quá nhanh

- Mặt khác,độ thắt tỉ đối  = 29,34% cho thấy độ dẻo của mẫu thép ở mức trung bình

Thép là một vật liệu chịu kéo tốt, biến dạng tương đối lớn lúc vật liệu bị phá hoại

Qua thí nghiệm trên ta cũng thực nghiệm được lý thiết tính toán:

- Khi  dh dùng lý thuyết đàn hồi, với E = const

- Khi   dh ch dùng lý thuyết đàn hồi dẻo, với E # const

- Khi  ch dùng lý thuyết dẻo Lý thuyết này xét sự làm việc của vật liệu trong vùng

chảy dẻo, với trị số giới hạn của ứng suất chảy σch Vật liệu thép được tận dụng nhất

Kết luận: Qua thí nghiệm này cho kết quả giới hạn đàn hồi, chảy và bền của mẫu thép để khi

tính toán, thiết kế kết cấu cho thép chịu lực ở giới hạn nào cho an toàn và mang tính kinh tế Tuy nhiên ở giai đoạn đàn hồi đàn hồi dẻo và giai đoạn giới hạn dẻo, quan hệ giữa ứng suất

và biến dạng còn nhiều sai số chưa giống như lý thuyết đã học

Với thép cacbon thông thường E = 2100000 (kg/cm2), Ethí nghiệm = 36458(kG/cm2), nhỏ hơn gần rất nhiều

Một số nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch trên là:

- Trong quá trình thí nghiệm: đọc các số liệu chưa chính xác có sự sai xót, có thể máy thí nghiệm không đạt chuẩn

- Điều kiện thí nghiệm: Tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặt tiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuần thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

3 Vẽ đồ thị quan hệ ứng suất z và biến dạng dài tương đối z

4 Xác định các chỉ tiêu cơ lý vật liệu:

- Giới hạn bền: b

b 0

TỶ LỆ BIẾN DẠNG DÀI TƯƠNG ĐỐI z(%)

- Mô đun đàn hồi trượt:

5 Nhận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu gang:

- Khi thí nghiệm kéo gang, do là vật liệu dòn nên thí nghiệm diễn ra nhanh hơn thí

nghiệm kéo thép, không trải qua những giai đoạn như kéo thép Biểu đồ kéo gang σ z -

ε z xem như một đường cong liên tục và kết thúc tại lúc mẫu bị đứt

- Vật liệu không có giới hạn tỉ lệ và giới hạn chảy mà chỉ có giới hạn bền

- Khi tăng tải thì chuyển vị của mẫu cũng tăng đến mức tải Pb = 3750 (kg) với biến dạng dài 6,10 (mm) ứng với εz = 3,41% thì thanh gang bị đứt đột ngột Ngay tại vị trí đứt gãy ấy hầu tạo ra eo thắt rất nhỏ (gần như không có) và đường kính không thay đổi, không có nút thắt như thí nghiệm kéo thép

- Các trị số đặc trưng cho tính dẻo của vật liệu rất bé Do vậy có thể kết luận: gang là

vật liệu dòn hầu như không có tính dẻo (chịu kéo kém) và bị phá hủy đột ngột trong khi khả năng biến dạng nhỏ

- Một số hạn chế mắc phải khi thí nghiệm:

+ Trong quá trình thí nghiệm: đọc các số liệu chưa chính xác có sự sai xót, có thể máy thí nghiệm không đạt chuẩn

Điều kiện thí nghiệm: Tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặt tiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuần thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

- Gỗ có tiết diện 20 x 20, dài 350mm, b=20mm, h=4mm, L 0=90mm

- Được gia công đưa về mẫu chịu kéo theo TCVN 364 – 70

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

3 Sơ đồ thí nghiệm:

- Sơ đồ đặt tải kéo mẫu:

- Tốc độ gia tải: 2KG/s

4 Số liệu và kết quả thí nghiệm:

- Diện tích chịu kéo F: F = a x b

- Cường độ chịu kéo giới hạn:

F (cm2)

Lực kéo giới hạn

N gh (kG)

Cường độ chịu kéo giới hạn

kéo làm việc như vật liệu dòn (không thể phân đều lại ứng suất), sẽ bị phá hoại nhanh chóng Điều này chứng tỏ gỗ là vật liệu chịu dọc thớ không tốt Trong thực

tế gỗ còn bị các khuyết tật làm giảm khả năng chịu lực nhiều

- Các kết quả thí nghiệm sai lệch nhau chứng tỏ gỗ là vật liệu không đẳng hướng và không đồng nhất, tính chịu lực không giống nhau thoe các phương và theo vị trí

6 Hình ảnh thí nghiệm:

- Gỗ dầu có tiết diện 20 x 20, dài 30

- Được gia công đưa về mẫu chịu kéo theo TCVN 363 – 70

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

F (cm2)

Lực kéo giới hạn

N gh

(kg)

Cường độ chịu kéo giới hạn

R 486,22

5 Nhận xét và kết luận:

- Trong thí nghiệm nén gỗ, ta tiến hành gia tải cho mẫu gỗ đến khi mẫu bị phá hoại với lực nén trung bình khoảng P = 4345 (kg) Gỗ bị phá hoại chủ yếu do uốn dọc cục bộ, cũng do cấu tạo là các thớ gỗ nên việc thí nghiệm kiểm tra đúng khả năng chịu nén của

- Thí nghiệm trên cho thấy mẫu gỗ có cường độ chịu nén trung bình khá cao khoảng

tb

R n 486,22 (kg/cm2) lớn hơn so với cường độ chịu kéo Rktb 200.7 (kg/ cm2) và tương đối đồng đều cho nên cường độ chịu nén dọc thớ là chỉ tiêu ổn định nhất của gỗ, được dùng để đánh giá và phân loại gỗ Nén là hình thức chịu lực thích hợp nhất đối với gỗ nên gỗ được dùng rộng rãi trong xây dựng làm cột khung

- Khả năng chịu nén của gỗ phụ thuộc vào các thớ gỗ và cách sắp xếp của chúng, mỗi loại gỗ sẽ có cường độ chịu nén khác nhau vì vậy cần phải tiến hành thử nhiều mẫu rồi lấy kết quả trung bình

Kết luận: gỗ là vật liệu không đồng nhất và chịu nén tốt

6 Hình ảnh thí nghiệm:

- Gỗ dầu có tiết diện 20 x 20, dài 300mm, L 0=240mm

- Được gia công đưa về mẫu chịu kéo theo TCVN 365 – 70

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

3 Sơ đồ thí nghiệm:

- Sơ đồ đặt tải uốn mẫu:

- Tốc độ gia tải: 1KG/s

- Gối tựa truyền tải: 4 con lăn kim loại hình trụ D = 20, L = 30

4 Số liệu và kết quả thí nghiệm:

W x

(cm3)

Chỉ số lực kế

N n

(kG)

Lực uốn giới hạn

N u =N n/2 (kG)

Moment uốn giới hạn

M gh

(kGcm)

Cường độ chịu uốn giới hạn

2133

1968

2391

474 437,33 531,33



tb k

- Thí nghiệm trên thực hiện với 3 mẫu cho kết quả cường độ chịu uốn khá chênh lệch, chứng tỏ chất lượng mẫu đem thí nghiệm chưa đồng nhất

- Khả năng chịu uốn của gỗ phụ thuộc vào các thớ gỗ và cách sắp xếp của chúng, mỗi loại gỗ sẽ có cường độ chịu uốn khác nhau vì vậy cần phải tiến hành thử nhiều mẫu rồi lấy kết quả trung bình

- Trong thí nghiệm này còn tồn tại hạn chế là máy nén chưa kiểm soát được tốc độ gia tải, ta không biết được tốc độ gia tải có tuân theo tiêu chuẩn quy định hay không Mẫu

gỗ còn khuyết tật, chưa đồng nhất

THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

A GIỚI THIỆU CHUNG

 Ngành đào tạo: Xây dựng dân dụng và công nghiệp

 Số tiết thí nghiệm: 15 tiết

 Thời điểm thí nghiệm: Các bài thí nghiệm được thực hiện sau khi sinh viên đã được học các phần lý thuyết tương ứng

 Các loại vật liệu xây dựng dùng thí nghiệm: gạch ống, gạch thẻ, xi măng, bêtông, cốt liệu

B MỤC ĐÍCH YÊU CẦU

Sau khi thực hành thí nghiệm, sinh viên cần đạt được các yêu cầu sau:

 Hiểu biết cơ bản về công tác thí nghiệm (Khâu chuẩn bị mẫu, khâu chuẩn bị trang thiết bị, khâu thí nghiệm, khâu xử lý số liệu và đánh giá kết quả)

 Nâng cao sự hiểu biết về quá trình chịu lực từ khi bắt đầu gia tải đến khi vật liệu bị phá hoại

 Xác định được một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng như: giới hạn cường độ chịu nén, chịu uốn, độ sụt và mác vật liệu

 Hiểu được tính năng sử dụng và biết vận hành các trang thiết bị, máy móc thí nghiệm

C TỔ CHỨC THÍ NGHIỆM

 Một nhóm thí nghiệm gồm có 15-20 sinh viên Sinh viên được hướng dẫn trực tiếp thực hành thí nghiệm với từng bài thí nghiệm cụ thể

 Các bài thí nghiệm gồm có:

Bài 1: Thiết kế cấp phối – Chế tạo mẫu bê tông – vữa xi măng

Bài 2: Thí nghiệm xác định độ sụt của hỗn hợp bêtông

Bài 3: Thí nghiệm xác định giới hạn cường độ chịu nén của bêtông

Bài 4: Thí nghiệm xác định giới hạn bền uốn của xi măng

Bài 5: Thí nghiệm xác định giới hạn bền nén của xi măng

Bài 6: Thí nghiệm xác định giới hạn cường độ chịu nén của gạch ống 4 lỗ

Bài 7: Thí nghiệm xác định độ bền uốn của gạch thẻ

Bài 8: Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của xi măng, cát , đá dăm, gạch, vữa xi măng, bê tông

D KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Được trình bày theo nội dung của từng bài thí nghiệm cụ thể

BÀI 1 CHẾ TẠO MẪU BÊ TÔNG – VỮA XI MĂNG

I NGUYÊN VẬT LIỆU

- Xi măng: PCB40, cường độ thực tế là 49,2 MPA ;  a = 3,1 T/m3;  o = 1,2 T/m3 ;

Mác xi măng xác định theo phương pháp TCVN 6016-1995

- Cát vàng: ac= 2,65 T/m 3 ;  oc= 1,45 T/m 3 ; W= 2 % ;

- Đá dăm : a = 2,7 T/m 3 ;  o = 1,42 T/m 3 ; W= 1 % ; Đ max = 20 mm M đl = 2,25

- Phụ gia : Không dùng phụ gia

Giảm nước: không ; Liều lượng: không;

- Chất lượng cốt liệu : Trung bình

- Nước : Dùng nước máy trong phòng thí nghiệm.

II YÊU CẦU

1 Thiết kế cấp phối bê tông mác 30 ; SN = 5 cm

2 Thí nghiệm xác định độ sụt SN của hỗn hợp bê tông (bài 2)

3 Chế tạo 3 mẫu bê tông kích thước 15x15x15cm để xác định mác bê tông theo cường độ chịu nén

4 Chế tạo 3 mẫu vữa xi măng kích thước 4x4x16cm, tỉ lệ XI MĂNG : CÁT = 1 :3; NƯỚC : XI MĂNG = 0.4 0.5 sao cho đạt độ dẻo tiêu chuẩn, để xác định mác xi măng theo cường độ chịu nén

III TRÌNH TỰ THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG

- Xác định các thông số vật lý  a,  o, r, W của các nguyên vật liệu

- Tính toán (theo phương pháp thể tích tuyệt đối và công thức thực nghiệm của Bolomey – Kramtaev) :

a Tính liều lượng nguyên vật liệu ở trạng thái khô dùng cho 1m 3 bê tông:

- Xác định tỉ số X/N: Theo tài liệu Chỉ dẫn chọn CPBT, mục 5.3, áp dụng công thức (5.1),

Hiệu chỉnh nước : Theo mục 5.2, X < 400 lít không cần hiệu chỉnh nước

- Xác định phụ gia : Không dùng phụ gia PG = 0

- Xác định lượng đá dăm: h

aD



- : Hệ số tăng vữa (hệ số bao bọc): Tra bảng với V h = 340 nên  = 1,45

- Tính lượng cát cho 1m 3 bê tông:

c Kiểm tra vật liệu bằng thực nghiệm: Lấy liều lượng nguyên vật liệu để đúc 3 mẫu bê

tông (11 lít) kích thước15x15x15cm, đem nhào trộn để kiểm tra SN, dưỡng hộ sau 28 ngày trong điều kiện chuẩn, xác định R n lấy kết quả trung bình Mác bê tông

Lượng vật liệu cần thiết để chế tạo 11 lít bê tông:

V o = 11 lít = 0,011 m 3

X’ = 0,011.X 1 = 0,011.380 = 4,18 kg

C’ = 0,011.C 1 = 0,011.654 = 7,19 kg Đ’ = 0,011.Đ 1 = 0,011.1188 = 13,07 kg N’ = 0,011.N 1 = 0,011.176 = 1,95 lít PG’ = 0

IV KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG

Bê tông mác M 30 , SN= 5 cm:

 = 1,45

A = 0,50 X/N = 1,90

Nguyên vật liệu 1m 3 bê tông 11 lít bê tông Đơn vị

V TRÌNH TỰ CHẾ TẠO 3 MẪU VỮA XIMĂNG

- Mỗi mẻ cho 3 mẫu thử sẽ gồm :

 450g ± 2g ximăng

 1350g ± 5g cát

 225g ± 1g nước

- Dùng cân kỹ thuật để cân khối lượng ximăng và cát

- Dùng ống đong lấy 225ml nước

- Cho ximăng và cát vào máng trộn, trộn khô hỗn hợp ximăng – cát bằng phương pháp trộn tay

- Cho nước vào hỗn hợp ximăng – cát và tiếp tục trộn đều

- Khuôn đúc 3 mẫu vữa ximăng 4x4x16cm đã chuẩn bị sẵn sàng Quét nhẹ 1 lớp nhớt mỏng lên thành khuôn

- Kẹp chặt khuôn đúc vào bàn dằn

- Cho hỗn hợp vữa ximăng vào khuôn làm 2 lớp, mỗi lớp có chiều cao khoảng 1/2 chiều cao khuôn

- Dằn mỗi lớp 60 cái bằng bàn dằn tương ứng với 60 giây Bàn dằn được nâng lên cao 15mm và rơi tự do, mỗi chu kì nâng lên và rơi xuống của bàn dằn là 1 giây

- Nhẹ nhàng nhấc khuôn khỏi bàn dằn và xoa phẳng mặt khuôn

- Hoàn tất quá trình đúc mẫu, ghi nhãn để nhận biết mẫu, dọn dẹp vệ sinh

- Mẫu sau khi đúc xong phải được dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn (24 giờ trong khuôn trong không khí ẩm và 27 ngày ± 8 giờ ngâm trong nước ở nhiệt độ 27 ± 2 0 C), sau đó được vớt ra để thử độ bền uốn và độ bền nén => mác ximăng

VI NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

- Bêtơng ximăng là loại đá nhân tạo, được tạo thành từ hốn hợp chất kết dính ximăng, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) và phụ gia, phối hợp với nhau theo một tỉ lệ thích hợp

- Tính tốn hay thiết kế cấp phối bêtơng là tìm thành phần của từng loại nguyên vật liệu sao cho hỗn hợp bêtơng đạt các chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu và tiết kiệm nguyên vật liệu nhất

- Xác định được cấp phối bê tơng giúp ta dự tốn được số lượng vật liệu cần dùng

- Cát (cốt liệu nhỏ) cùng với ximăng, nước tạo ra vữa ximăng để lắp đầy lỗ trống giữa các hạt cốt liệu lớn (đá dăm) và bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu lớn để tạo ra khối bêtơng đặc chắc Cát cùng với cốt liệu lớn tạo ra bộ khung chịu lực cho bêtơng

- Đá (cốt liệu lớn) tạo ra bộ khung chịu lực cho bêtơng

- Ximăng là thành phần chất kết dính để liên kết các hạt cốt liệu với nhau tạo ra cường

độ cho bêtơng Chất lượng và hàm lượng ximăng là yếu tố quan trọng quyết định cường

độ chịu lực của bêtơng Việc lựa chọn mác ximăng là rất quan trọng, vì ơhải đảm bảo vừa đạt mác bêtơng thiết kế vừa đàm bảo yêu cầu kinh tế Tránh dùng ximăng mác thấp để chế tạo bêtơng mác cao và ngược lại Ở đây chúng ta chế tạo bêtơng mác 300