Xác định được một số chỉ tiêu cơ lý của vật liệu xây dựng như: giới hạn cường độ chịu nén, chịu kéo, chịu uốn, độ sụt và mác vật liệu.. Bài 3: Thí nghiệm xác định độ sụt của hỗn hợp bê
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC TPHCM
KHOA XÂY DỰNG BỘ MÔN KẾT CẤU CÔNG TRÌNH
o0o
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Trang 2THÍ 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 vien đã được học các phần lý thuyết tương ứng
Các loại vật liệu xây dựng dùng thí nghiệm: gạch ống, gạch thẻ, ximăng, bêtông, cốt liệu, gỗ
B MỤC ĐÍCH YÊU CẦU VÀ NỘI DUNG THÍ NGHIỆM:
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 kéo, 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 15-18 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 bêtông – vữa ximăng
Bài 2: Thí nghiệm xác định khối lượng thể tích của gạch, vữa ximăng, bêtông
Bài 3: Thí nghiệm xác định độ sụt của hỗn hợp bêtông
Bài 4: Thí nghiệm xác định giới hạn bền nén của bêtông
Bài 5: Thí nghiệm xác định giới hạn bền uốn của ximăng
Bài 6: Thí nghiệm xác định giới hạn bền nén của ximăng
Bài 7: Thí nghiệm xác định giới hạn bền nén của gạch ống 4 lỗ
Bài 8: Thí nghiệm xác định độ bền uốn của gạch thẻ
D KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Được trình bày theo nội dung từng bài thí nghiệm cụ thể
Trang 3BÀI 1 CHẾ TẠO MẪU BÊTÔNG – VỮA XIMĂNG
I NGUYÊN VẬT LIỆU:
- Ximăng: PCB 40, γa = 3.1T/m3
Mác ximăng xác định theo phương pháp ướt
- Cát vàng: ac = 2.65T/m3 ; oc = 1.45T/m3; w = 2%
- Đá dăm: ađ = 2.7T/m3 ; ođ = 1.4T/m3; w = 0.5%; Đmax = 20mm
- Phụ gia: không sử dụng phụ gia
Chất lượng cốt liệu: trung bình
II YÊU CẦU:
1.Thiết kế cấp phối bêtông mác 300; SN = 2 5 cm
2 Thí nghiệm xác định độ sụt SN của hỗn hợp bêtông( bài 3)
3 Chế tạo 3 mẫu bêtông kích thước 15x15x15cm để xác định mác bêtông theo cường độ chịu nén
4 Chế tạo 6 mẫu vữa ximăng kích thước 4x4x16cm, tỉ lệ XIMĂNG : CÁT = 1 : 3; NƯỚC : XMĂNG = 0.4 : 0.5 sao cho đạt độ dẻo tiêu chuẩn, để xác định mác ximăng theo cường độ chịu nén và chịu uốn
III TRÌNH TỰ THIẾT KẾ:
- Xác định các thông số vật lý a, 0 , 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 bêtông:
- Xác định tỷ số X/N:
X
R X
N A R
; Khi 1.4 < X/N < 2.5 hoặc Rb ≤ 500kG/cm2 +
1
0.5
b X
R X
N A R
; Khi X/N > 2.5 hoặc Rb > 500kG/cm2
4006.0
3005
R N
X
- Xác định N: (Tra bảng, căn cứ vào SN (hoặc ĐC) yêu cầu của hỗn hợp,
Dmax của cốt liệu, loại cốt liệu)
Độ sụt SN = 2 5, Đmax = 20mm N=195 (lít)
Không dùng phụ gia: tt
Trang 44.11
aD
D D
r
)(2.11717
.2
14
.1
41.1.48.0
2
2 1171 1
3
25 341
) ( 87 705 ) 02 0 1 (
03 692 ) 1 (
C C
)(06.1177)
005.01.(
2.1171)
1.(
)(3.175)2.1171005.003.69202.0(195
PG =0
c Kiểm tra vật liệu bằng thực nghiệm: Lấy liều lượng nguyên vật liệu để
đúc 3 mẫu bêtông (11 lít) hoặc 6 mẫu bêtông (22 lít) kích thước 15x15x15cm, đem nhào trộn để kiểm tra SN, dưỡng hộ 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn, xác định Rn, Rkb lấy kết quả trung bình Mác bêtông
IV KẾT QUẢ THIẾT KẾ:
Mẫu : Bêtông mác M300, SN: 2 5 cm
=1.41
A = 0.6
N/X = 0.57
V NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Mục đích chế tạo các mẫu bê tông để xác định cường độ chịu nén của bê tông sau 28 ngày bảo dưỡng có đạt cường độ yêu cầu hay không, để điều chỉnh lại cấp phối cho hợp lý và kinh tế
Trước khi chế tạo mẫu, ta cần tính cấp phối cho hỗn hợp bê tông Mục đích là tìm ra một tỉ lệ phối trộn hợp lý giữa các thành phần vật liệu( xi măng, cát, đá nước, phụ gia) trong 1m3 bê tông, nhằm có loại bê tông đạt cường độ yêu cầu và kinh tế
Nguyên vật liệu 1m3 bêtông 11 lít bêtông Đơn vị Ximăng = 341.25 3.75 kg Cát vàng = 705.87 7.77 kg Đá dăm = 1177.06 12.95 kg
Trang 5 Trước khi tính toán cần có các dữ kiện sau:
- Mác bê tông và độ sụt yêu cầu
- Các chỉ tiêu cơ lý: γa, γo, W, Đmax , chất lượng cốt liệu
- Có dùng phụ gia hay không
- Điều kiện thi công bằng tay hay bằng máy…
Sau khi tính toán ta có tỉ lệ khối lượng các loại vật liệu trong 1m3 bê tông như sau: 1: 2,07: 3,45: 0,53 Ta thấy đá( cốt liệu lớn) là thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất
Ta tiến hành trộn 11 lít bê tông theo cấp phối (chế tạo 3 mẫu bê tông kích thước 15x15x15 cm có V= 10,125 lít, trộn 11 lít để trừ hao hụt khi trộn) Khi trộn phải đảm bảo trộn đều hỗn hợp với nhau
Cuối cùng là tiến hành thử độ sụt và chế tạo 3 mẫu bê tông
Chú ý: phải thoa một ít nhớt lên khuôn trước khi đổ mẫu, nó sẽ giúp dễ tháo mẫu sau này; đầm lèn kĩ bê tông và phả bằng mặt; ghi chú các thông tin mẫu( ngày đổ, mác và độ sụt thiết kế, người làm)
Lý do: phải kiểm tra thực nghiệm lại độ sụt và cường độ bê tông vì khi tính toán ta sử dụng các bảng tra, công thức thực nghiệm nên không chính xác theo điều kiện thực tế; độ ẩm vật liệu thay đổi; cốt liệu chưa sạch,…
Phải giữ lại các số liệu cấp phối để có thể điều chỉnh sau này nếu cần Số liệu cấp phối hoàn thiện sẽ được sử dụng cho công tác bê tông
Kết Luận:
+ Tính toán thiết kế cấp phối là một công tác quan trọng và thực tế, với một cấp phối hợp lý nhất ta sẽ có được loại bê tông có cường độ cao nhất và kinh tế nhất + Công tác chế tạo mẫu phải được tiến hành đúng theo các qui chuẩn đề ra, chúng
giúp xác định chính xác cường độ vật liệu để kiểm tra lại cường độ so với thiết kế
Trang 6BÀI 2 XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG THỂ TÍCH CỦA BÊTÔNG, VỮA XIMĂNG, GẠCH
(Theo TCVN 340 : 1986; TCVN 6355-5 : 1998; TCVN 3115 : 1993)
I MỤC ĐÍCH: Xác định khối lượng thể tích của các nguyên vật liệu gạch,
bêtông, vữa ximăng
II THIẾT BỊ THỬ:
- Thước lá kim loại
- Thùng đong
- Cân kỹ thuật
- Tủ sấy, sàng cốt liệu
III SỐ LIỆU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
1 Bêtông:
STT Lần thử mẫu mẫu, VThể tích
0 (lít)
Khối lượng mẫu,G(gam)
Khối lượng thể tích, o (kG/m3) Ghi chú
Khối lượng thể tích, o (kG/m3) Ghi chú
1 Lần 1 0,2746 590 2148,6 1 lít = 1 dm3
o
tb= 2190,35
3 Gạch xây 4 lỗ:
STT Lần thử mẫu mẫu, VThể tích
0 (lít) mẫu,G(gam) Khối lượng
Khối lượng thể tích, o (kG/m3) Ghi chú
Trang 7 tb= 1005,42
4 Gạch xây 2 lỗ:
STT Lần thử mẫu mẫu, VThể tích
0 (lít) mẫu,G(gam) Khối lượng
Khối lượng thể tích, o (kG/m3) Ghi chú
IV NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Do bê tông, vữa xi măng và gạch là các loại vật liệu có hình dạng hình học xác định nên ta xác định như sau:
- Dùng thước lá đo các kích thước b, l,h để xác định thể tích V0 = b l h
- Dùng cân để cân khối lượng G0 của mẫu
Suy ra: otbbêtông > otbvữa ximăng > otbgạch the û > otbgạch 4 lỗ
R bêtông > R vữa ximăng > R gạch thẻ > R gạch 4 lỗ
r bêtông < r vữa ximăng < r gạch thẻ< r gạch 4 lỗ
Kết Luận:
+ o là khối lượng của một đơn vị thể tích vật liệu ở trạng thái tự nhiên, nó có ý nghĩa rất quan trọng và thực tế, giúp ta:
- Xác định tải trọng và khối lượng vật liệu trong tính toán
- Tính cấp phối bê tông
- Đánh giá sơ bộ chất lượng vật liệu, o càng cao thì vật liệu càng đặc chắc, cường độ càng cao
+ Trong 4 loại vật liệu trên thì bê tông có cường độ cao nhất và đặc chắc nhất
Trang 8BÀI 3 THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘ SỤT (SN) CỦA HỖ HỢP BÊTÔNG
(Theo TCVN 3106 : 1993)
I MỤC ĐÍCH: Xác định độ sụt SN của hỗn hợp bêtông
II THIẾT BỊ THỬ:
- Côn thử độ sụt tiêu chuẩn: d = 100, D = 200, H = 300mm
- Que đầm ( thanh thép tròn trơn Ф16, dài 600mm, 2 đầu múp tròn)
- Thước lá kim loại (dài 30cm)
III LẤY MẪU THÍ NGHIỆM:
- Hỗn hợp bêtông được trộn bằng tay
- Khối lượng nguyên vật liệu: theo bài 1
IV TIẾN HÀNH THỬ:
- Đặt côn lên nền ẩm, không thấm nước
- Đổ hỗn hợp bêtông qua phễu vào côn làm 3 lớp, chiều cao mỗi lớp khoảng 1/3 chiều cao côn
- Dùng que chọc mỗi lớp 25 lần và chọc đều từ ngoài vào giữa, lớp sau xuyên qua lớp trước 2-3cm, lớp cuối vừa chọc vừa đổ
- Xoa bằng mặt, từ từ nhấc côn lên theo phương thẳng đứng(trong khoảng 5 – 10s)
- Đặt côn sang bên cạnh và đo chênh lệch giữa chiều cao miệng côn và điểm cao nhất của khối hỗn hợp (chính xác đến 0.5cm) Số liệu đo được chính là độ sụt của hỗn hợp bêtông.(Tổng thời gian từ khi đổ hỗn hợp và côn đến khi nhấc côn khỏi khối hỗn hợp không quá 150s)
V SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM:
Trang 9VI SỐ LIỆU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
STT Loại bêtông SN lý thuyết, cm SN thực tế, cm
VII NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Thí nghiệm thử độ sụt SN nhằm xác định độ sụt của hỗn hợp bêtông đã trộn, từ đó kiểm tra lại có thỏa so với độ sụt yêu cầu ban đầu không để có thể điều chỉnh lại cấp phối cho hợp lý hơn
Quá trình thử phải tiến hành theo đúng các bước trên, chú ý yêu cầu khi sử dụng que chọc:
+ nếu chọc quá ít, chọc cạn hỗn hợp bêtông không lèn chặt, để lại lỗ rỗng
+ nếu chọc quá nhiều, cọc sâu hỗn hợp bêtông bị phân tầng, tách lớp Kết quả thử SN sẽ không chính xác
Kết quả thử SN: ta đo chênh lệch độ cao giữa miệng côn và điểm cao nhất của khối hỗn hợp là 4cm SN = 4cm, nằm trong khoảng 2-5 cm Vậy hỗn hợp bê tông đạt yêu cầu, ta đem bê tông đi đúc mẫu
Ngoài ra, nếu:
- Độ sụt thực tế < độ sụt yêu cầu: hỗn hợp bê tông khô, cần điều chỉnh tăng hêm lượng nước và xi măng sao cho X/N = const
- Độ sụt thực tế > độ sụt yêu cầu: hỗn hợp bê tông nhão, cần điều chỉnh tăng hêm lượng đá và sỏi sao cho C/D = const
Kết Luận:
- Độ sụt SN đặc trưng cho tính dẻo của hỗn hợp bê tông Bê tông có tính dẻo thích hợp sẽ có cấu trúc đồng đều, đặc chắc và cường độ cao
- Hỗn hợp bê tông có SN càng lớn thì hỗn hợp bê tông càng dẻo( nhão)
- Hỗn hợp bê tông có SN càng nhỏ thì hỗn hợp bê tông càng khô( cứng)
- Hỗn hợp bê tông có SN nhỏ sẽ khó đầm lèn hơn hỗn hợp bê tông có SN lớn
Trang 10BÀI 4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN BỀN NÉN CỦA BÊTÔNG
(Theo TCVN 3118 : 1993)
I MỤC ĐÍCH: Xác định mác bêtông theo giới han cường độ chịu nén
Theo TCVN 6025 : 1995 phân loại mác bêtông theo cường độ chịu nén như sau:
II MẪU THÍ NGHIỆM:
- Mỗi nhóm mẫu gồm 3 viên mẫu
- Kích thước viên mẫu chuẩn là 150 x 150 x 150mm,(Các viên mẫu khác kích thước khi thử nén cần tính đổi kết quả về viên mẫu chuẩn)
Sơ đồ đặt tải nén mẫu:
Mác bêtông Cường độ nén ở tuổi 28 ngày (kG/cm2), không nhỏ hơn
Trang 11V HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM:
Mẫu bêtông trước và sau khi bị phá hoại
VI SỐ LIỆU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Mẫu thiết kế: M300, SN: 6 8 cm
Ngày tuổi
a
Diện tích chịu nén
F
Lực nén phá hoại
N
Cường độ chịu nén (tuổi
a ngày), Rn
Cường độ chịu nén (tuổi
28 ngày), Rn
Mác bêtông
VII NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Thí nghiệm nén bê tông nhằm xác định cường độ chịu nén của mẫu bê
tông sau 28 ngày bảo dưỡng trong điều kiện chuẩn, giúp ta kiểm tra lại
Trang 12 Trong quá trình cân mẫu và đo các kích thước mẫu cần kí hiệu mặt nén,
không được nén ở mặt tự nhiên của mẫu vì không bằng phẳng, nếu nén mặt này sẽ cho kết quả không chính xác
Cho mẫu vào máy nén, cần đặt đúng tâm Khi lực tác dụng đạt đến một
giá trị đáng kể, mẫu bắt đầu xuất hiện các vết nứt li ti theo phương tác dụng của lực nén Tiếp tục tăng lực lên, những vết nứt sẽ phát triển liền nhau; khi biến dạng nở ngang vượt quá khả năng chịu lực của bêtông và làm phá vỡ mối liên kết giữa: đá xi măng và cốt liệu, bản thân đá xi măng và bản thân cốt liệu mẫu bị phá hoại
Kết quả thu được: Rntb 7 ngày = 132 (kG/cm2)
Qui đổi ra Rntb 28 ngày = Rntb 7 ngày x
7 log
28 log = 226 (kG/cm2)
Mác bê tông bằng 200 < mác thiết kế 300
Rntb 7 ngày = 0,58 Rntb 28 ngày
Ta phải tính lại cấp phối ban đầu hoặc thêm xi măng
- Nếu cường độ thực tế = cường độ thiết kế, cấp phối đạt yêu cầu, có thể đưa vào sử dụng
- Nếu cường độ thực tế > 15% cường độ thiết kế phải tính lại cấp phối ban đầu hoặc giảm bớt xi măng cho kinh tế
Mẫu bị phá hoại không đều, nguyên nhân có thể là:
- tính cấp phối sai
- các điều kiệ dưỡng hộ không đảm bảo
- đặt mẫu chưa đúng tâm
- quá trình đúc mẫu khôn đầm lèn kĩ nên mẫu có lỗ rỗng
- cường độ xi măng không đúng như thiết kế…
- Bê tông có cường độ chịu nén cao
- Khi nén bê tông ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực nén , bê tông còn bị nở ngang, thường sự nở ngang quá mức làm bê tông bị phá hoại
- Mẫu dùng để xác định cường độ phải được bảo dưỡng ở điều kiện chuẩn
27 ngày, nhiệt độ 272 0C, độ ẩm >90% để loại trừ các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bê tông làm sai lệch kết quả( kích thước mẫu, tốc độ gia tải, thời gian bảo dưỡng,…)
Trang 13BÀI 5 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN BỀN UỐN CỦA XIMĂNG
(Theo TCVN 6016 : 1995)
I MỤC ĐÍCH: Xác định giới hạn cường độ chịu uốn của mẫu vữa ximăng
II MẪU THÍ NGHIỆM:
- Xác định cường độ uốn trên mẫu lăng trụ kích thước: 40 x 40 x160mm
- Số lượng mẫu thử: 3 mẫu
- Mẫu được dúc từ vữa dẻo tỉ lệ ximăng : cát = 1 : 3, tỉ lệ N/XM = 0.5
- Mẫu được bảo dưỡng 24 giờ trong không khí ẩm và tháo khuôn rồi ngâm ngập trong nước cho đến khi đem thử độ bền
- Thời gian bảo dưỡng mẫu 28 ngày
III SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM:
Trang 14V HÌNH ẢNH THÍ NGHIỆM:
VI NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN:
Thí nghiệm tiến hành nhằm mục đích xác định cường độ chịu uốn của mẫu vữa xi măng, nó sẽ được kết hợp với giá trị cường độ chịu nén của bài sau để xác định mác xi măng thực tế và giúp so sánh với mác xi măng ghi trên bao bì
Sau khi cân và đo các kích thước cần thiết, ta phải ký hiệu các vị trí gối tựa và đặt lực tác dụng, ký hiệu mặt sẽ uốn nhằm tiến hành uốn chính xác, tránh sai số do sai lầm
Đặt lực theo sơ đồ uốn mẫu, bắt đầu gia tải lên mẫu, lúc này mẫu xuất hiện vùng nén bên trên và vùng kéo phía dưới Khi lực tác dụng đáng kể mẫu xuát hiện vết nứt theo phương lực tác dụng, từ dưới lên Khi đạt đến giá trị phá hoại, vết nứt đủ lớn và mẫu bị bẻ gãy làm đôi
Kết quả thu được: mẫu thí nghiệm có cường độ chịu uốn Rutb= 45,12 (kG/cm2) Các mẫu đều gãy theo tiết diện thẳng góc.Ru khá nhỏ Thời gian phá hoại nhanh
Trang 15 Kết luận:
- Vữa xi măng có cường độ chịu uốn thấp Khi dùng chế tạo các cấu kiện chịu uốn phải kết hợp với cốt thép
BÀI 6 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN BỀN NÉN CỦA XIMĂNG
(Theo TCVN 6016 : 1995)
I MỤC ĐÍCH: Xác định mác ximăng theo giới hạn cường độ chịu nén
II NGUYÊN TẮC:
Giới hạn cường độ chịu nén của ximăng được xác định bằng cách nén vỡ các nửa mẫu vữa ximăng kích thước 4x4x16cm sau khi chịu uốn
III MẪU THÍ NGHIỆM:
- Sau khi thử uốn, mẫu bị bẻ gãy thành 2 nửa, và mỗi nửa mẫu gãy được dùng để thử độ bền nén
- Số lượng mẫu thử: 6 mẫu
IV SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM:
V SỐ LIỆU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Loại xi măng sử dụng: PCB30
STT
Kích thước mặt Diện tích
Chịu nén F(cm2)
Lực nén phá hoại
Nn(kN)
Cường độ chịu nén
Rn (kG/cm2)
Mác ximăng