Báo cáo thí nghiệm vật liệu xây dựng

Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP Mục đích thí nghiệm: Tìm hiểu quan hệ giữ lực (tải trọng) và biến dạng kéo mẫu thép; Xác định một số đặc trưng cơ học của thép: Giới hạn chảy (σc); Giới hạn bền ( σb); Độ giãn dài tương đối (δ); Độ co thắt tỷ đối (ψ). Cơ sở lý thuyết: Đồ thị biểu diễn quan hệ giữ lực kéo (P) và biến dạng dài (∆L) của mẫu thí nghiệm kéo thép thường có dạng như sau: Hình 1.1: Quan hệ (P∆L) (σԑ) khi kéo thép Một số đặc trưng cơ học của thép: Giới hạn tỷ lệ: σtl = P_tlF_0 Giới hạn chảy: σc = P_cF_0 Giới hạn bền: σb = P_bF_0 Đọ giãn dài tương đối: δ = (L_1 L_0)L_0 ×100% Đọ co thắt tỷ đối: ψ = (F_0 F_1)F_0 ×100% Trong đó: F0 : diện tích mặt cắt ngang của mẫu lúc đầu; F1 : diện thích mặt cắt ngang của mẫu thử tại vị trí bị đứt; L0 : chiều dài tính toán ban đầu của mẫu thử; L1 : chiều dài tính toán sau khi bị đứt của mẫu thử. Mẫu thí nghiệm:

Hình 1.1: Quan hệ (P-∆L) & (σ-ԑ)) khi kéo thép

 Một số đặc trưng cơ học của thép:

 Giới hạn tỷ lệ: σtl = P Ftl

0

P

 Đọ co thắt tỷ đối: ψ) = F0F − F1

0

×100 %

Trong đó: F0 : diện tích mặt cắt ngang của mẫu lúc đầu;

F1 : diện thích mặt cắt ngang của mẫu thử tại vị trí bị đứt;

L0 : chiều dài tính toán ban đầu của mẫu thử;

L1 : chiều dài tính toán sau khi bị đứt của mẫu thử

 Chọn đối trọng và ngàm kéo phù hợp với kích thước mẫu thử;

 Kẹp mẫu vào ngàm kéo

1.6 Tiến hành thí nghiệm:

 Mở valve gia tải: cho máy tang lực kéo từ từ;

 Theo dõi đồng hồ trên màn hình máy tính: đọc các giá trị Pc & Pb (hoặc đọc trên biểu đồ);

 Khi mẫu bị đứt: xả áp lực và lấy mẫu thử ra

1.7 Tính toán kết quả thí nghiệm:

a) Xác định “chiều dài tính toán” của mẫu thử sau khi bị đứt:

 Gọi: O là vị trí chỗ đứt; A là vạch biên trên đoạn ngắn;

 Gọi: x là khoảng cách từ A đến O;

 Gọi: N: là số khoảng chia trên mẫu;

 Gọi: B là điểm nằm trên vạch nào đó của đoạn dài sao cho “khoảng cách từ B đến O bằng hoặc nhỏ hơn 1 vạch so với khoảng cách từ A đến O”

 Gọi: n là số khoảng chia trên AB

Kết quả đo được ghi trong bảng sau:

Hình 1.6 – Tính L1

Kết quả thí nghiệm:

Mẫu L0 (mm) d0 (mm) Ptl (kN) Pch (kN) Pb (kN) L1 (mm) d1 (mm) Thép 100 10 10,88 22,55 68,08 108 5,5

b) Tính độ giãn dài tương đối (δ);):

 Vẽ lại hình dạng mẫu thử sau khi bị đứt (đã chắp lại thật khít);

 Tính độ giãn dài tương đối: : δ); = L1− L L0

d) Tính giới hạn chảy (σc) và giới han bền (σb):

 Diện tích mặt cắt ngang lúc đầu của mẫu thử: F0 = π 4 d02 = 78,54 (mm2)

1.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:

 Nhận xét dạng biểu đồ P-∆L:

Giai đoạn tỉ lệ (0-Ptl): Quan hệ giữa P và ΔLL là tuyến tính.

Giai đoạn tỉ lệ (Ptl-Pch) : Lực Kéo P và ΔLL không còn là tuyến tính nữa Lúc này P tăng chậm

những Thép biến dạng nhanh, tức là ΔLl biến dạng nhanh.

Giai đoạn bền (Pch-Pb): Lúc này lực kéo tiếp tục tăng đến khi mẫu Thép thắt lại và bị đức

 Một số tính chất cơ học của vật liệu thép: Thép có độ cứng cao, độ dẻo thấp Thích hợp dung cho các công trình xây dựng thủy, nhà cao tầng chịu lực lớn

1.9 Thí nghiệm kéo mẫu thép cốt bê tông (thép gân):

 Trình tự thí nghiệm:

 Xác định đường kính danh nghĩa (ф) của mẫu thép;) của mẫu thép;

 Dùng thước thẳng đo chiều dài (l) mẫu thép;

 Diện tích tiết diện ngang danh nghĩa: Fdn = π 4 ф) của mẫu thép;2 (mm2)

 Diện tích tiết diện ngang thực tế: Ftt = γ m

σc (MPa) σb (MPa)

σcdn σctt σbdn σbtt

PHỤ LỤC: Các hình trong quá trình thí nghiệm

a) Mẫu thép và dụng cụ đo

b) Mẫu thép gân sau khi bị đứt

c) Máy kéo nén đa năng d) Mẫu thép tròn trơn sau thí nghiệm

e) Tiến hành thí nghiệm

f) Mẫu thép gân khi vừa bị đứt trên máy

g) biểu đồ kéo thép tròn trơn

h) Biểu đồ kéo thép gân

i) Tiến hành đo các giá trị tính toán của mẫu ban đầu của mẫu

Bài 2: THÍ NGHIỆM KÉO GANG

2.1 Mục đích thí nghiệm:

 Tìm hiểu quan hệ giữa lực (tải trọng) và biến dạng khi kéo mẫu gang;

 Xác định giới hạn bền khi chiệu kéo (σbk) của gang;

 Khi mẫu bị đứt: xả áp lực và lấy mẫu thử ra.

2.7 Tính toán kết quả thí nghiệm:

 Không có giới hạn chảy

2.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:

 Nhận xét biểu đồ P-∆L:

Giai đoạn từ (0-Pb): P và ΔLL tuyến tính.

Giai đoạn bền: P tăng nhanh đến giá trị cực đại và bị đức Trong khi biến dạng dài rất ít

 Một số tính chất cơ học của gang: gang giòn, không có giới hạn dẽo, dễ bị bể, gãy Độ bền thấp

Bài 3: THÍ NGHIỆM NÉN THÉP

3.1 Mục đích thí nghiệm:

 Quan sát biến dạng của mẫu thép khi chịu nén;

 Xác định giới hạn chảy (σc) của thép khi chịu nén (rất khó xác định)

3.2 Cơ sở lý thuyết:

 Đồ thị biễu diễn quan hệ giữa lực nén (P) và biến dạng dài (∆L) của mẫu thí nghiệm nén thép

có dạng như sau:

Hình 3.1-a: Quan hệ P-∆L khi nén thép; Hình 3.1-b: Mẫu thí nghiệm;

 Giới hạn chảy của thép khi chịu nén: σcn = Pc n

Fo ;

3.3 Mẫu thí nghiệm:

 Mẫu có dạng trụ tròn (hình 3.1-b) hoặc lăng trụ đa giác, với kích thước:

 Đo d0 & h0;

 Gắn và điều chỉnh bàn nén;

 Đặt mẫu vào bàn nén; điều chỉnh cho mẫu đứng thẳng và đúng tâm;

 Chọn đối trọng thích hợp;

 Điều chỉnh kim chỉ lực về vị trí “O” trên đồng hồ;

 Gắn giấy vẽ vào ru-lô;

 Kiểm tra kim chỉ lực và bút vẽ của ru-lô

3.6 Tiến hành thí nghiệm:

 Mở valve gia tải: cho máy tăng lực nén từ từ;

 Quan sát biến dạng của mẫu thép, khi mẫu bị co ngắn khoảng 50% thì xả áp lực và lấy mẫu thử ra

3.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:

 Đánh giá tính chất cơ học của vật liệu thép khi chịu nén:

- Mẫu vật liệu dẻo (thép): Ta có giới hạn chảy σcn = Pc n

Fo = 431.8 (MPa) dựa vào

4.1 Mục đích thí nghiệm:

 Tìm hiểu quan hệ giữa lực và biến dạng khi nén gang;

 Xác định giới hạn bền khi chịu nén (σb) của gang

4.2 Cơ sở lý thuyết:

 Đồ thị biễu diễn

Hình 4.1-a: Quan hệ P-∆L khi nén gang hinh 4.1-b: mẫu thí nghiệm

 Giới hạn bền khi chịu nén: σb = Pb n

 Hình dạng mẫu thử sau thí nghiệm:

Giải thích:

Khi ta nén vật liệu thì vật liệu chỉ chịu ứng suất tiếp do đó

Ta có thể nói phân tố tách ra ở trạng thái trượt thuần túy

-Ứng suất tiếp trên các mặt trượt l ứng suất tiếp cực trị,mặt chính tạo với mặt trượt thuần túy

τalignl ¿max¿min¿=± √ ( σx− σy

hay σ1= − σ3= τ

Hai phương chính được xác định theo):

4.8 Nhận xét, giải thích kết quả thí nghiệm:

 Trình bày cơ tính của vật liệu gang:

- Gang có cơ tính kém

- Độ bền thấp, giới hạn bền kém< 350-400 MPa (thường nằm trong khoảng 150-350MPa) chỉ

bằng nữa của thép thông dụng (1/3-1/5 thép hợp kim)

- Độ dẻo thấp, được xem là vật liệu giòn

 So sánh tính chất của gang và thép:

cacbon hơn thép.Gang rất cứng,dòn không thể nén hay kéo thành sợi

Thép Gang và thép đều là hợp kim của

sắt và cacbon

Trong thành phần của thép có ít cacbon hơn gang và còn có một số thành phần khác.Thép có tính cứng, bền, dẻo và khả năng chống gỉ (phụ thuộc vào thanh phần)

5.1 Mục đích thí nghiệm:

 Kiểm tra, đánh giá cơ tính của vật liệu;

 So sánh với tiêu chuẩn của sản phẩm đã công bố

 Chiều rộng mẫu thử (vuông, chữ nhật hay đa giác):

 Nếu vật liệu có chiều rộng ban đầu b0 ≤ 20 mm lấy b = b0;

 Nếu vật liệu có b0 > 20 mm gia công để có b = (20 ÷ 50) mm, sao cho b = 2.a

 Nếu vật liệu có a0≤ 3 mm lấy a = a0; b ≤ 20 mm (± 5 mm)

 Chiều dày mẫu thử (vuông, chữ nhật hay đa giác);

 Khi a0 ≤ 25 mm lấy a = a0;

 Khi a 0 >25 mm gia công để có a = 25mm;

(Khi uốn: để mặt không bị gia công về phía chịu kéo)

 Đường kính mẫu thử (tròn):

 Các dụng cụ cần thiết.

 Chọn búa uốn (D) thích hợp với kích thước mẫu: D=(2,5 ÷ 3,0).ϕ;

 Gắn búa uốn vào máy;

 Điều chỉnh khoảng cách 2 gối đỡ;

 Mở máy, điều chỉnh cho búa uốn chạm vào mẫu thử;

 Gia tải từ từ để uốn mẫu đến góc 90° lấy mẫu ra, xem xét có vết nứt hay không;Nếu mẫu thử chưa nứt đặt mẫu vào và uốn tiếp cho đến khi xuất hiện vết nứt hoặc đến

180°

 Trạng thái mẫu khi α = 90° : không thấy xuất hiện vết nứt

 Góc uốn lớn nhất: α<180o

 Thí nghiệm uốn đối với thép cường lực được sử dụng để kiểm tra độ dẻo Mẫu không được giảm độ bền của nó và không được phép dò thấy điểm nứt thông qua kiểm tra bằng giác quan Nhiều đế đỡ và khuôn tròn khác nhau được xác định, phụ thuộc vào tiêu chuẩn, góc uốn theo quy luật góc 90° hoặc 180

 Do thép có khả năng chịu uốn lớn nên trong xây dựng người ta rất hay sử dụng thép ví có thể bẻ cong từ một thanh thép thẳng thành một khung hình chữ nhật, hình tròn ,chữ U

12 : moment quán tính của tiết diện;

L: chiều dài nhịp tính toán;

 Dùng thước kẹp đo kích thước tiết diện ngang;

 Gắn đồng hồ đo biến dạng vào giá đỡ;

 Dùng thước thẳng đo chiều dài nhịp;

 Lắp thiết bị treo tải vào mẫu thử đọc (ghi lại) con số trên đồng hồ đo biến dạng: (δ0);

 Đặt một quả cân vào vị trí treo tải (mỗi quả cân có trọng lượng 10N) đọc (ghi lại) số

trên đồng hồ đo biến dạng: (δ1);

 Đặt tiếp quả cân thứ hai lên giá treo tải đọc (ghi lại) số trên đồng hồ đo biến dạng: (δ2);

 Tiếp tục quá trình trên (đến khi hết 5 quả cân)

7.1 Mục đích thí nghiệm:

 Xác định module chống trượt (G) của thép;

 So sánh với giá trị G đã được công bố.

 Khi xoắn thuần túy một thanh có mặt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương đối 2 mặt cắt A, B

cách nhau một đoạn LAB được tính như sau:

φAB = Mz∙ LAB

G∙ Jp J p =

π

Trong đó: M z: moment xoắn (hằng số trên chiều dài AB),

J p : moment quán tính đối với tâm của tiết diện ngang,

G: module chống trượt của vật liệu,

L AB : khoảng cách giữa 2 mặt cắt đang xét

 Từ quan hệ trên, có thể tính được G nếu đo được các giá trị còn lại.

 Thước kẹp có độ chính xác 0,02 mm;

 Thước thẳng bằng kim loại (hợp kim);

 Đồng hồ đo biến dạng có độ chính xác 1/1000 mm;

 Các dụng cụ phụ trợ khác: kẹp, giá đỡ …

 Dùng thước kẹp đo đường kính mẫu thử,

 Gắn đồng hồ đo biến dạng vào giá đỡ,

 Dùng thước thẳng đo khoảng cách giữa A và B (L AB),

 Đo khoảng cách từ trục mẫu [1] đến vị trí đồng hồ đo biến dạng (a),

 Đo khoảng cách từ trục mẫu [1] đến vị trí treo các quả cân (b),

 Lắp thiết bị treo tải vào đầu console [3] đọc (ghi lại) các con số trên đồng hồ đo biến

dạng: (δ A,0 và δ B,0);

 Đặt một quả cân vào vị trí treo tải (mỗi quả cân có trọng lượng 10N) đọc (ghi lại) số

trên hai đồng hồ đo biến dạng: (δ A,1 và δ B,1)

 Đặt tiếp quả cân thứ hai lên giá treo tải đọc (ghi lại) số trên đồng hồ đo biến dạng:

Nhận xét và so sánh độ lớn G tìm được với lý thuyết:

-Với vật liệu bằng thép theo lý thuyết Glt=80000MPa, như vậy G đo được lớn hơn donguyên nhân sai số