Thí nghiệm và kiểm định công trình Part 2

Phương pháp thí nghiệm phá hoại.Phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu thử: áp dụng các loại vật liệu xây dựng: kim loại, bê tông, gạch đá, vữa, gỗ ..Phương pháp thí nghiệm này cho phép qua

CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG

2.1 Phương pháp thí nghiệm phá hoại.

Phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu thử: áp dụng các loại vật liệu xây dựng: kim loại, bê tông, gạch đá, vữa, gỗ Phương pháp thí nghiệm này cho phép quan sát trực tiếp hình ảnh và các chỉ tiêu cơ

lý về trạng thái ứng suất biến dạng của vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn ) qua từng giai đoạn làm việc cho đến khi phá hoại hoàn toàn Kết quả thí nghiệm thu được là cơ sở để đánh giá chất lượng thực tế của vật liệu

2.1.1 Thí nghiệm vật liệu thép.

1 Thí nghiệm kéo đứt TCVN197-2002 – “Kim loại – Phương pháp thử kéo”.

a Nội dung phương pháp thử

Đây là phương pháp thí nghiệm xác định đặc trưng cơ học của kim loại bằng cách kéo mẫu thử với tốc độ phù hợp cho đến khi mẫu bị phá hỏng Các đặc trưng cơ học xác định được qua phép thử này

là : Giới hạn chảy, giới hạn bền, biến dạng dài và độ thắt tương đối.

b Mẫu thử

Mẫu thử tiêu chuẩn

(SD: đánh giá SP xuất xưởng; kích thước lớn

cần GC, độ chính xác cao hơn)

Mẫu thử nguyên dạng

(SD: kiểm tra VLKL sử dụng thi công công trình đã có đủ hồ sơ kiểm tra xuất xưởng, độ chính xác không cao)

I A

I A

A-A

L0 = 5.65 mẫu ngắn (Thép tròn, L A 0=5d)

c Tiến hành thử và tính toán kết quả thí nghiệm

Chọn thang lực trên máy thích hợp: Lực phá hoại (20-80)% giá trị tối đa thang lực Mẫu thí nghiệm phải đảm bảo đúng tâm Tốc độ gia tải 6-60 N/mm2/s (MPa/s) tùy E của vật liệu.

* )

(

0

0 1

L

L L

∆

=

ε

d Đánh giá và kết luận

Việc đánh giá chất lượng của kim loại thông qua phép thử kéo được thực hiện bằng việc so sánh các chỉ tiêu cơ lý thực tế thu được sau khi thí nghiệm với các chỉ tiêu yêu cầu trong các tiêu chuẩn đánh giá (TCVN 1651-1985; TCVN 1651-2008, )

2 Thí nghiệm uốn TCVN 198-2008.Kim loại – PP thử uốn.

a Nội dung phương pháp thử

Đây là phương pháp thử đánh giá độ dẻo của kim loại bằng cách uốn mẫu quanh một gối uốn cố định trước, đường kính gối uốn và góc uốn được xác dịnh tương ứng cho từng loại vật liệu Việc đánh giá khả năng chịu uốn của kim loại được tiến hành bằng cách quan sát mức độ phá huỷ (nếu có) trên bề mặt vật liệu.

b Mẫu thử

Mẫu thử uốn:

Với thông số cơ bản d: chiều dày

mẫu hoặc đường kính mẫu Có

thể nguyên dạng hoặc gia công

(thép hình, hoặc khi kích thước

quá lớn); với tiết diện chữ nhật

thì b≥2d (khi b >20mm) Sơ đồ

uốn như hình vẽ; góc uốn đạt

được: α ≥ [α]

c Tiến hành thử

Việc uốn mẫu được thực hiện trên các máy thí nghiệm chuyên dùng hoặc có thể uốn bằng phương pháp thủ công như sử dụng bàn uốn, etô (đối với các mẫu có kích thước nhỏ)

d Đánh giá và kết luận

Mẫu sau khi uốn được kiểm tra bằng mắt, hoặc có thể soi bằng kính lúp, mẫu được được coi là đạt yêu cầu về uốn khi thoả mãn đồng thời các yếu tố: đạt được góc uốn yêu cầu, trên mẫu không xuất hiện trạng thái phá hoại cục bộ : nứt, gãy, tách lớp vật liệu

3 Thí nghiệm phá hoại kiểm tra các mối nối.

Trong thực tế xây dựng hiện nay có khá nhiều loại mối nối liên kết được thực hiện: mối nối hàn, mối nối ren, ống dập nguội, liên kết bu lông, đinh tán, liên kết nút không gian tinh thể

Nguyên tắc chung đối với tất cả các dạng mối nối là : Khả năng chịu lực của mối nối phải không nhỏ hơn khả năng chịu lực của chủng loại quy định cho kim loại cơ bản (do thiết kế hoặc tiêu chuẩn hiện hành quy định) và vị trí phá huỷ tốt nhất nằm ngoài phạm vi mối nối.

a Thí nghiệm kéo và uốn mối hàn

Tham khảo các tiêu chuẩn sau: (TCVN5403-1991; TCVN 5401-1991)

b Thí nghiệm kéo mối nối ren.

TCVN 8163-2009 – Thép cốt bê tông, mối nối bằng ống ren.

4 Thép thanh cốt bê tông - Đánh giá các chỉ tiêu cơ lý

• Thép thanh cốt bê tông là loại vật liệu dùng cho các công trình xây

dựng kết cấu bê tông cốt thép Mẫu thí nghiệm được sử dụng dưới hình thức mẫu nguyên dạng, số mẫu được lấy theo theo TCVN 1651-

2008, số lượng mẫu thử cho 1 lô hàng 50 tấn là 15 thanh thép cùng chủng loại để đánh giá các giá trị đặc trưng Hoặc có thể lấy bất kỳ

để đánh giá chỉ tiêu tối thiểu Thực tế xây dựng hiện nay: mỗi chủng loại thép lấy 03 thanh để thử kéo và 03 thanh để thử uốn Khi cắt lấy mẫu: biện pháp cơ học Mỗi chủng loại cắt 03 thanh có chiều dài 1000 đến 1200mm: xác định các thông số dung sai về trọng lượng

• Mỗi thanh lại được cắt ra thành 02 thanh có chiều dài 600mm dùng

cho thử kéo và thanh có chiều dài từ 400mm đến 600mm dùng cho thử uốn

a Xác định các thông số về kích cỡ, dung sai trọng

lượng của thép sử dụng làm cốt cho bê tông.

Trọng lượng đơn vị thực tế:

Trong đó: Q m (kG) là trọng lượng của mẫu thí

nghiệm với chiều dài đo được L m (m).

Dung sai trọng lượng:

Trong đó G tc (kG/m) được tính theo đường kính

danh nghĩa D (mm):

Đường kính thực tế của thanh:

) /

( kG m L

Q G

m

m

tt =

%100

*

tc

tc tt

7356

12

L

Q D

Các giá trị sai lệch cho phép theo

b Thí nghiệm kéo xác định chỉ tiêu cơ lý

Tiến hành thí nghiệm, xác định các

thông số.

TCVN -2008: A (i) là diện tích danh

nghĩa của các thanh thép thí nghiệm;

TCVN -1985: A (i) là diện tích thực của

các thanh thí nghiệm.

% 100

( ) ( ) (

)

( )

( )

(

)

( )

(

L

L

L A

P A

i i

i

b i

b i

i

ch i

Nhóm

thép

σch σb

Độ dãn dài (%)

c Thí nghiệm uốn xác định tính dẻo.(Góc uốn đạt được 160-1800)

d Đánh giá tổng hợp.

• Trên cơ sở kết quả thí nghiệm kéo đứt và thí nghiệm uốn đối chiếu

với các tiêu chuẩn hiện hành về thép cốt bê tông để đánh giá

loại thép có KQTN bên theo TCVN: 1651-1985

và 2008

2.2.2 Thí nghiệm vật liệu bê tông.

1 Phương pháp lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu

Mẫu bê tông được đúc thành các viên theo các tổ mẫu, mỗi tổ mẫu có 3 viên

Số lượng tổ mẫu tuỳ thuộc vào khối lượng bê tông thi công và đặc điểm của kết cấu Trong trường hợp khối lượng bê tông thực tế thi công nhỏ hơn khối lượng quy định thì vẫn phải lấy tối thiểu một tổ hợp mẫu.

Đối với mỗi hạng mục, phải có ít nhất một tổ hợp mẫu để nén ở tuổi 28 ngày Nếu cần dự báo trước sự phát triển cường độ để triển khai các hạng mục tiếp theo thì cần phải đúc thêm các tổ hợp khác để thử tại thời điểm yêu cầu Các mốc thời gian thông thường hay sử dụng để kiểm tra là 7,14,21 ngày.

Theo TCVN 4453: 1995: Đối với các móng lớn, cứ 100m3 bê tông lấy một tổ mẫu nhưng không ít hơn một tổ mẫu cho một khối móng; Đối với khung và các kết cấu móng (cột, dầm, bản, vòm…) cứ 20m3 bê tông lấy một tổ mẫu; Để kiểm tra tính chống thấm nước của bê tông, cứ 500m3 lấy một tổ mẫu)

Khuôn đúc mẫu bê tông phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật về độ kín, bằng phẳng, vuông vắn Hỗn hợp bê tông được đúc theo từng lớp tùy theo chiều cao của khuôn mẫu, thiết bị đầm sử dụng tùy thuộc vào điều kiện thi công hoặc có thể dầm thủ công bằng tay.

Các mẫu bê tông sau khi đúc phải được hưởng chế độ bảo dưỡng và đóng rắn kể từ lúc đúc xong đến ngày thử mẫu giống như chế độ bảo dưỡng và đóng rắn của kết cấu sản phẩm đó.

Thời gian giữ mẫu trong khuôn là 16-24h đối với bê tông M100 trở lên, 2 hoặc 3 ngày đêm đối với bê tông có phụ gia chậm đóng rắn hoặc M75 trở xuống Lý lịch và các ký hiệu trên mẫu được ghi trên mặt mẫu theo phương đúc hoặc theo phương không chịu tải.

Công tác khoan lấy mẫu được áp dụng đối với trường hợp cần kiểm tra cường độ bê tông phần kết cấu công trình cũ không còn mẫu lưu, kết cấu công trình có nghi ngờ về khả năng chịu lực hoặc

a Nội dung của phương pháp

• Phương pháp thí nghiệm này nhằm mục đích xác định cường độ chịu nén

của mẫu bê tông bằng cách gia tải nén mẫu cho đến phá hoại.

b Chuẩn bị mẫu thử

Các mẫu thử phải có đủ thông tin về mẫu như : ngày tháng, hạng mục, vị trí lấy mẫu, mác thiết kế và có sự xác nhận của đơn vị chủ quản và giám sát chất lượng công trình.

Trước khi thử mẫu phải tiến hành kiểm tra kích thước, trạng thái mẫu: Phẳng: 0.05mm/100mm; thẳng: 1mm/100mm

Nếu mẫu thử không đạt các yêu cầu dung sai cho phép đã quy định thì phải chỉnh sửa lại mẫu bằng cách gia công theo các phương pháp cơ học như mài, trát đệm lớp mỏng hồ vữa xi măng

Xác định diện tích chịu lực của mẫu: A=0.5(A1+A2)

Chọn thang lực thích hợp: tải trọng phá hoại khi nén:

20-80% tải trọng cực đại Mẫu thử phải được đặt đúng

tâm Tốc độ tăng tải trọng khi nén phải đảm bảo:

6±4daN/cm2/s Cường độ bê tông càng thấp thì tốc độ

gia tải nhỏ và ngược lại Thông thường với mác của bê

tông từ 150-300, chọn tốc độ gia tải 2-4daN/cm2/s; với

bê tông mác cao hơn chọn tốc độ gia tải 4-6daN/cm2/s.

Giá trị tải trọng nén phá hoại mẫu là giá trị lực cao

nhất đạt được trước khi mẫu bị phá hoại hoàn toàn.

A2

Cường độ nén của các viên mẫu bê tông được tính theo công thức:

R i = α P maxi / A i

α : là hệ số chuyển đổi do ảnh hưởng của kích thước hình học; α=0.91 khi a=100; α=1.05 khi a=200; α=1.1 khi a=200; Với mẫu trụ tròn: α=1.16 khi D=71.5; 100mm; α=1.2 khi D=100 và α=1.24 khi D=200.

Xử lý kết quả: Sắp xếp giá trị cường độ của các viên mẫu theo thứ tự:

R 1 ≤R 2 ≤R 3 Nếu sai lệch cường độ các viên so với cường độ viên R 2 không quá 15% thì dùng trung bình cộng 03 viên làm cường độ của tổ mẫu Nếu sai lệch quá 15% thì R 2 chính là cường độ của tổ mẫu So sánh cường độ của tổ mẫu với mác TK để kết luận

(Lưu ý đây là đánh giá theo TCVN3118-1993; còn để nghiệm thu cần theo TCVN 4453-1995 với chú ý: Cường độ của từng viên mẫu không ít hơn 85% mác TK).

mẫu bê tông TCVN 3119-1993.

Thí nghiệm uốn mẫu thử bê tông thường được

dùng nhiều trong các nghiên cứu khoa học, chế

tạo vật liệu mới, kiểm tra BT cường độ cao

Mẫu thử uốn có dạng dầm tiết diện vuông L=4a)

Tốc độ gia tải uốn được khống chế trong khoảng 0,6±0,4 daN/cm2/s Cường độ khi uốn được tính theo công thức:Rku = γPL*/ba2 Trong đó P:

là tải trọng tối đa uốn gãy mẫu

L*=3a: là nhịp uốn của mẫu; b,a chiều rộng và chiều cao mẫu ; γ hệ số chuyển đổi do ảnh hưởng của kích thước mẫu chuẩn γ=1.05 với mẫu 100x100x400; γ=0.95 với mẫu 200x200x800

Việc xử lý số liệu, tính toán cường độ kéo trung bình của nhóm (tổ) mẫu từ cường độ các viên mẫu được thực hiện giống như đối với thí nghiệm xác định cường độ nén

• - Mẫu thử có hình khối lăng trụ với chiều cao gấp 4 lần kích thước của cạnh Tiết diện tuỳ thuộc vào cỡ hạt trong hỗn hợp bê tông có thể chọn một trong ba loại kích thước mẫu : 100x100x400; 150x150x600; 200x200x800.

• Số viên mẫu dùng cho 01 tổ mẫu để xác định mô đun đàn hồi của bê tông là 06 viên, trong đó

03 viên dùng để xác định cường độ lăng trụ để dự kiến về tải trọng nén lớn nhất cho loại mẫu này Ba viên còn lại dùng để xác định mô đun đàn hồi

• b Tiến hành thí nghiệm

• Nén phá hoại 03 viên mẫu để xác định Pmax dự kiến

• Tiến hành lắp đặt các cặp dụng cụ đo biến dạng trên mỗi mặt xung quanh của mẫu thí

nghiệm để đo biến dạng của vật liệu theo phương dọc trục mẫu Thí nghiệm sẽ tiến hành bằng cách tăng dần tải trọng theo các cấp, mỗi cấp là 1/10P max dự kiến cho đến P phá hoại với mỗi cấp Pi đọc và ghi và trên các dụng cụ đo tương ứng.

• +Mô đun đàn hồi ban đầu:

• +Mô đun biến dạng tức thời: 3 0

0 3 0

ε ε

b

E

ε ε

là 5 nửa của 5 viên gạch nguyên được cắt đôi

Sau khi cắt, ngâm các nửa viên gạch vào nước từ 2 đến 5 phút Sử dụng vữa XM- cát để trát phẳng hai mặt của mẫu tiếp xúc với máy nén, chiều dày lớp trát không quá 3mm, yêu cầu của vữa trát đảm bảo cường độ nén ở tuổi 3 ngày đạt trên 16MPa Sau khi trát, mẫu được đặt trong điều kiện phòng thí nghiệm (nhiệt độ và độ ẩm thông thường) không ít hơn 72h rồi đem thử nén Nén mẫu ở trạng thái ẩm tự nhiên.

Yêu cầu của máy nén:

Thang lực phù hợp (Lực phá hoại mẫu thử nằm trong phạm vi từ 10% đến 90% thang lực của máy nén); tốc độ tăng tải đều: 0.2-0.3MPa/s.

theo công thức: Rn=P/S

Trong đó: P là lực nén phá hoại mẫu, tính bằng Niutơn (N), S là trung bình cộng của tiết diện hai mặt ép, tính bằng mm2 (Diện tích mỗi mặt nén được tính bằng cách đo mỗi mặt mẫu theo hai chiều với độ chính xác 1mm, mỗi chiều đo là trung bình cộng của

3 phép đo tại hai cạnh ngoài và tại giữa của mẫu).

• Kết quả trung bình cộng của 5 mẫu thử với độ chính xác đến

0.1MPa.

• Xử lý kết quả:

• Nếu một trong năm kết quả sai lệch quá 35% so với trị trung bình

thì tính trung bình cộng của 4 kết quả còn lại Nếu hai kết quả sai lệch quá 35% thì phải lấy mẫu khác thử lại Kết quả lần hai được

• Sơ đồ thí nghiệm như hình vẽ:

Số lượng mẫu thử 05 viên Các bước chuẩn bị giống như thí nghiệm nén.

Đo kích thước với độ chính xác đến 1mm Chiều cao mẫu thử (h) là trung bình cộng của hai lần đo chiều cao hai mặt cạnh tại giữa mẫu thử Chiều rộng (b) là trung bình cộng hai lần đo chiều rộng mặt trên và mặt dưới của mẫu ở khoảng giữa của mẫu thử Khoảng cách giữa hai gối lăn từ 150 đến 200mm.

Trong đó P là lực phá hoại mẫu thử tính bằng N.

Kết quả là trung bình cộng của 05 mẫu thử chính xác đến 0.1MPa.

Nếu 1 trong 5 kết quả cường độ uốn sai lệch quá 50% so với trị trung bình thì loại bỏ kết quả đó và kết quả sẽ là trung bình cộng của 4 mẫu còn lại Nếu hai kết quả sai lệch quá 50% thì phải lấy mẫu khác thử lại Kết quả lần hai được coi là kết quả cuối cùng.

Lượng mẫu sử dụng trong thí nghiệm là 5 viên gạch nguyên được vệ sinh sạch sẽ Sấy mẫu ở nhiệt độ 105 0 C -110 0 C trong thời gian không ít hơn 24h đến khối lượng không đổi (sai số 2 làn kế cận tiếp không quá 0.2%), tiến hành cân mẫu xác định được dung trọng khô Gk

Sau đó mẫu thử được ngâm trong 24h ngập trong nước, Sau đó vớt mẫu thử ra và cân mẫu để xác định trọng lượng mẫu đã bão hoà Gw (thời gian vớt ra đến khi cân xong không quá 3 phút)

Độ hút nước của mẫu thử là tỷ số giữa độ chênh lệch khối lượng giữa hai loại mẫu (Gw –Gk)/Gk.

d Đánh giá chất lượng gạch xây

Căn cứ vào chỉ tiêu cơ lý đã xác định và yêu cầu trong tiêu chuẩn đánh giá,

từ đó xác định chủng loại gạch tương ứng Với gạch đất sét nung, đánh giá theo TCVN 1451 :1998 (gạch đặc) và TCVN 1650: 1998 (Gạch rỗng).

• Thử uốn mẫu: Mẫu kích thước 40x40x160, được lắp vào bộ gá uốn, khoảng cách

2 gối uốn là 100mm; điểm đặt lực tại chính giữa mẫu Mặt tiếp xúc với các gối uốn là 2 mặt bên tiếp xúc với thành khuôn khi tạo mẫu Tiến hành uốn mẫu với tốc độ tăng tải từ 10N/s – 50N/s cho đến khi mẫu bị phá huỷ Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn nhất.

• Cường độ uốn của mỗi mẫu thử (Ru), tính bằng N/mm2, chính xác đến

0,05N/mm2, theo công thức: R u =3/2P u L/bh 2

• Pu là lực uốn gãy, tính bằng Niutơn; L là khoảng cách giữa hai gối uốn, tính

bằng milimét (100mm); b, h là chiều rộng, chiều cao mẫu thử, tính bằng milimét (40mm và 40mm).

• Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 3 mẫu thử, chính xác đến 0,1N/mm2

Nếu có một kết quả sai lệch lớn hơn 10% so với giá trị trung bình thì loại bỏ kết quả đó Khi đó kết quả thử là giá trị trung bình cộng của hai mẫu còn lại.

Mẫu thử nén là 6 nửa viên mẫu gãy sau khi đã thử uốn Nén mẫu với tốc

độ tăng tải từ 100N/s - 300N/s cho đến khi mẫu bị phá huỷ Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn nhất.

• Cường độ nén của mỗi mẫu thử (Rn), tính bằng N/mm2, chính xác đến

0,05N/mm2, theo công thức: R n =P/A

• trong đó: P lực phá hoại (N); A: diện tích mẫu (mm 2 )

• Kết quả thử là giá trị trung bình cộng của 6 mẫu thử, chính xác đến

0,1N/mm2 Nếu kết quả của viên mẫu nào sai lệch lớn hơn 15% so với giá trị trung bình của các viên mẫu thì loại bỏ kết quả của viên mẫu đó Khi đó kết quả thử là giá trị trung bình cộng của các viên mẫu còn lại.