Báo cáo thí nghiệm sức bền vật liệu

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: σđh – σch – σb – E – μ – G.Hiểu được tính năng sử dụng của các thiết bị thí nghiệm: biết cách sử dụng thước kẹp và đồng hồ đo chuyển vị.

PHẦN I: THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU THỰC HÀNH: THÍ NGHIỆM KÉO – NÉN MẪU VẬT LIỆU

Ngành đào tạo: Kỹ sư xây dựng

Số tiết thí nghiệm: 5 tiết

Ngày thí nghiệm: 08-04-2021

Ngày viết báo cáo: 29-04-2021

A.MỤC ĐÍCH YÊU CẦU:

Sau bài học thí nghiệm 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 pháhoại

- 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: σđh – σch – σb – E – μ – G

- Hiểu được tính năng sử dụng của các thiết bị thí nghiệm: biết cách sử dụng thước kẹp và đồng hồ đochuyển 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 - nénvật liệu

- Số lượng thí nghiệm: 6 thí nghiệm

• 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu dẻo

• 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu dòn

• 1 thí nghiệm nén mẫu vật liệu dòn

• 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu gỗ

• 1 thí nghiệm nén mẫu vật liệu gỗ

• 1 thí nghiệm uốn mẫu vật liệu gỗ

- Giáo viên hướng dẫn cho từng nhóm sinh viên các nôi dung chính:

• Cách sử dụng và đọc các loại đồng hồ thí nghiệm

• Các bước thí nghiệm với từng mẫu vật liệu

• Cách ghi chép và sử 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 5T

- 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

BÀI 1: THÍ NGHIỆM KÉO THÉP (VẬT LIỆU DẺO)

1 Kích thước mẫu

N F

ĐỒ THỊ QUAN HỆ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG

4 Xác định các chỉ tiêu cơ lý vật liệu

- Mô đun đàn hồi trượt : G = (kG/cm2)

5 Nhận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu thép

- Khi gắn mẫu thép vào máy cho gia tải thì cặp tải trọng ban đầu là nhỏ nhất,trongkhi đó Δl là nhỏ nhất

- Trong khoảng ứng suất từ σ z = 2.64 kG/cm 2 đến σ z = 4609.93 kG/cm 2 đường cong biểu đồ gần như là

một đường thẳng Trong giai đoạn này, ứng suất và biến dạng có quan hệ gần như tuyến tính, vật liệu

làm việc trong giai đoạn đàn hồi và tuân theo định luật Hook : (kG/cm 2 ), trong đó mô đun đàn hồi E là

hệ số ( với góc α là góc tạo bởi đường thẳng đồ thị với trục hoành) Khi cấp tải trọng tăng lên thì Δl

tăng dần, cấp tải trọng tăng lên tới một giá trị thì không tăng nữa, trong khi đó Δl vẫn tiếp tục tăng Lúc

này, thép đang trong quá trình chảy dẻo, ứng với ứng suất khoảng σ z = 4964.54 kG/cm 2

- Sau đó, cấp tải trọng tăng đến một giá trị giới hạn và xuất hiện eo thắt Khi cấp tải trọng vượt qua giới

hạn cho phép thì mẫu bị đứt gãy, khi đó Δl là lớn nhất Lúc này lực P rơi vào khoảng 8000 kG và σ z = 5673.36 kG/cm 2 Ứng suất này gọi là giới hạn bền Biến dạng kéo đứt rất lớn Δl = 28.1 mm, Trong thí

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

- Đại lượng biến dạng dài tương đối εz tỉ lệ thuận với Δl và ứng suất σz tỉ lệ thuậnvới cấp tải trọng, khi đạt ngưỡng cấp tải trọng không đổi khi đó σz cũng khôngđổi đó là giá trị σgh Vượt qua giới hạn này, mẫu sẽ bị phá hoại.

- Đồ thị biểu diện mối quan hệ giữa ứng suất σz và biến dạng dài tương đối εz cóchiều tăng dần có nghĩa là khi đại lượng này tăng thì đại lượng kia cũng tăng chođến khi mẫu bị phá hủy

- Với thép cacbon thông thường E = 2.06×106 kG/cm 2 so với Ethí nghiệm = 62128 kG/cm 2 thì nhơ hơn 33.16

lần

- Từ thí nghiệm ta có thể thấy, thép là loại vật liệu có khả năng chịu kéo lơn, biến dạng của thép là lớntrước khi bị phá hoại Từ đó, ta kết luận rằng thép là vật liệu bị phá hoại dẻo

- Một số nguyên nhân dẫn đến sự sai số :

• Trong quá trính thí nghiệm : đọc số liệu thí nghiệm chưa chính xác có sự xai xót, có thể máy thínghiệm không đạt chuẩn

• Điều kiện thí nghiệm : tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặttiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuân thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

N F

(kG/cm2)

ĐỒ THỊ QUAN HỆ ỨNG SUẤT VÀ BIẾN DẠNG

4 Xác định các chỉ tiêu cơ lý của vật liệu

- Giới hạn bền : (kG/cm2)

- Mô đun đàn hồi : E = (kG/cm2)

- Hệ số nở hông : ( hệ số passan )

- Mô đun đàn hồi trượt : G = (kG/cm2)

5 Nhận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu gang

- Khi gắn mẫu thép vào máy cho gia tải thì cặp tải trọng ban đầu là nhỏ nhất, trongkhi đó Δl là nhỏ nhất

- Khi cấp tải trọng tăng lên thì Δl tăng dần, cấp tải trọng tăng lên tới một giá trị giới hạn thì không tăngnữa, trong khi đó Δl vẫn tiếp tục tăng

- Khi cấp tải trọng vượt qua giới hạn cho phép thì mẫu bị đứt gãy, khi đó Δl là lớn

nhất ứng với tải trọng P = 3850 kG Giới hạn này là giới hạn bền, ứng suất giới hạn là σ z = 822.14 kG/cm 2 Ngay tại vị trí đứt hầu như không tạo ra eo thắt và đường kính không thay đổi, không có nút

thắt như thí nghiệm kéo thép

- Đại lượng biến dạng dài tương đối εz tỉ lệ thuận với Δl và ứng suất σz tỉ lệ thuậnvới cấp tải trọng, khi đạt ngưỡng cấp tải trọng không đổi khi đó σz cũng khôngđổi đó là giá trị σgh Vượt qua giới hạn này, mẫu sẽ bị phá hoại

- Đồ thị biểu diện mối quan hệ giữa ứng suất σz và biến dạng dài tương đối εz cóchiều tăng dần có nghĩa là khi đại lượng này tăng thì đại lượng kia cũng tăng chođến khi mẫu bị phá hủy

- Ứng suất giới hạn của gang là σ z = 822.14 kG/cm 2 bé hơn khoảng 7.9 lần so với thép là σ z = 5673.36 kG/cm 2 Ta có thể kết luận rằng : gang là loại 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 nguyên nhân dẫn đến sự sai số trong số liệu :

• Trong quá trính thí nghiệm : đọc số liệu thí nghiệm chưa chính xác có sự xai xót, có thể máy thínghiệm không đạt chuẩn

• Điều kiện thí nghiệm : tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặttiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuân thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

Hình ảnh thí nghiệm kéo gang :

BÀI 3 : THÍ NGHIỆM NÉN GANG (VẬT LIỆU DÒN)

- Giới hạn bền : (kG/cm2).

4 Nhận xét quá trình thí nghiệm nén mẫu gang

- Ứng suất giới hạn của gang : (kG/cm2) là tương đối lớn Cho thấy gang là loại vật liệu chịu nén tốt

- Sau thí nghiệm mẫu bị phá hoại xiên góc 45 so với trục của mẫu, thời gian phá hoại mẫu nhanh Vậygang là vật liệu bị phá hoại giòn

- Một số nguyên nhân dẫn đến sự sai số trong số liệu :

• Trong quá trính thí nghiệm : đọc số liệu thí nghiệm chưa chính xác có sự xai xót, có thể máy thínghiệm không đạt chuẩn

• Điều kiện thí nghiệm : tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặttiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuân thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

Hình ảnh thí nghiệm kéo gang :

BÀI 4 : THÍ NGHIỆM KÉO GỖ DỌC THỚ

1 Mục đích

Xác định giới hạn cường độ chịu kéo dọc thớ của mẫu gỗ ở độ ẩm tự nhiên

2 Mẫu thí nghiệm

- Gỗ có tiết diện mặt cắt ngang : b×h = 28×5 (mm)

- Chiều dài mẫu gỗ : lo = 105 (mm)

- 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: hình vẽ

- Tốc độ gia tải: 250 kG/s

4 Số liệu và kết quả thí nghiệm

Số TT

mẫu

Kích thước mẫu (mm)

Diện tích chịu kéo

F (cm2)

Lực kéogiới hạn

Ngh (KG)

Cường độ chịu kéo giới hạn

- Dựa vào kết quả thí nghiệm ta thấy được khả năng chịu kéo của gỗ là Rk = 292.86 (kG/cm2) rất nhỏ,

nhỏ hơn nhiều so với khả năng chịu kéo của thép và gang lần lượt là = 5673.36 kG/cm 2 và = 822.14 kG/cm 2 Ta kết luận rằng : gỗ là loại vật liệu dòn hầu như không có tính dẻo (chịu kéo kém) và bị phá hủy đột ngột trong khi biến dạng nhỏ

- Một số nguyên nhân dẫn đến sự sai số trong số liệu :

• Trong quá trính thí nghiệm : đọc số liệu thí nghiệm chưa chính xác có sự xai xót, có thể máy thínghiệm không đạt chuẩn

• Điều kiện thí nghiệm : tốc độ gia tải khi thí nghiệm, hình dáng kích thước mẫu, tính chất mặttiếp xúc giữa mẫu và máy kéo chưa tuân thủ chặt chẽ theo tiêu chuẩn

Hình ảnh thí nghiệm kéo gỗ :

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

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

3 Sơ đồ thí nghiệm

- Sơ đồ đặt tải nén mẫu: hình vẽ

F (cm2)

Lực néngiới hạn

Ngh (KG)

Cường độ chịu kéo giới hạn

- Lực nén lúc này tăng rất nhanh đến giá trị cực đại và tốc độ gia tải không đều

- Sau khi đạt đến giá trị cực đại, gỗ bị phá hoại thì giá trị lực nén sẽ dừng lại Ta gọi đó là lực nén giới hạn của mẫu gỗ

- Mẫu gỗ bị phá hoại dưới dạng trượt ở đầu tiếp xúc với máy gia tải do lực nén đúng trọng tâm của mẫu gỗ

- Cường độ chịu nén của gỗ bé hơn cường độ chịu nén của gang

- Kết luận: Gỗ là vật liệu không đồng nhất và chịu nén dọc trục khá tốt

Hình ảnh thí nghiệm nén gỗ :

BÀI 6: THÍ NGHIỆM UỐN PHẲNG MẪU GỖ

1 Mục đích

Xác định giới hạn cường độ chịu uốn của mẫu gỗ ở độ ẩm tự nhiên

2 Mẫu thí nghiệm

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

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

4 Số liệu và kết quả thí nghiệm

Số

TT

mẫu

Kích thước mẫu(mm)

Mômenkhánguốn

Wx(cm3)

DiệnTíchF(cm2)

Chỉ số

lực kế

Nn(KG)

Lực uốngiới hạn

Ru(KG/cm2)

- Sau khi bị phá hoại, giá trị momen dừng ở giá trị cực đại, tốc độ gia tải giảm dần và về giá trị 0 như banđầu

- Dựa vào kết quả chịu kéo , nén và uốn thì ta thấy được khả năng chịu uốn của gỗ là tốt hơn kéo và nén,

vì vậy người ta thường sử dụng gỗ trong xây dựng để bố trí vào những nơi cần khả năng chịu uốn cao

- Hình ảnh thí nghiệm uốn gỗ :

PHẦN HAI : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT

LIỆU XÂY DỰNG

A) GIỚI THIỆU CHUNG

Ngành đạo tạo : Xây dựng dân dụng và công nghiệp

Số thiết thí nghiệm: 15 tiết

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

Loại vật liệu xây dựng dùng trong thí nghiệm : Bê tông.

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 thínghiệm, khâu xử lý số liệu và đánh giá kết quả)

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

Xác định 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 xử lý và biết vận hành các trang thiết, máy móc thí nghiệm

C) TỐ CHỨC THÍ NGHIỆM

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 hổn hợp bê tông

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

- Phụ gia : không sử dụng phụ gia.

Giảm nước : không; Liều lượng :…;

Chất lượng cốt liệu :…

- Nước : dùng nước máy trong phòng thí nghiệm.

II YÊU CẦU

1 Thiết kế cấp phối mác : 300; độ sụt lý thuyết SN= 12 cm

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

3 Chế tạo 2 mẫu bê tông khích thước (15x15x15)cm để xác định mác bê tông theo cường độ chịunén

III.TRÌNH BÀY THIẾT KẾ CẤP PHỐI BÊ TÔNG

- Xác định các thông số vật lý , r ,W của các nguyên 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 1m3 bê tông

- Xác định tỉ số X/N :





- Xác định N : (tra bảng, căn cứ vào SN (hoặc ĐC) yêu cầu của hỗn hợp, Dmax của

cốt liệu, loại cốt liệu)

Khi dùng phụ gia giảm nước :

- Xác định X : ; kg (So sánh với lượng XM quy đinh tối thiểu, chọn giá trị max).

- Xác định phụ gia : PG = [ định thức ]×X; (lít).

- Xác định lượng đá dăm hay sỏi :

b Tính liều lượng nguyên vật liệu ở trạng thái ẩm cho 1m3 bê tông :

X 1 = X

C 1 = C w = C×(1+W c )

Đ 1 = Đ w = Đ×(1+W đ )

PG 1 = PG

c Kiểm tra vật liệu bằng thực nghiệm : lấy liều lượng nguyên vật liệu để đúc 2 mẫu bê tông kích thước

15x15x15cm, đem nhào trộn để kiểm tra SN, dưỡng hộ sau 28 ngày trong điều kiện chuẩn, xác định Rnlấy kết quả trung bình→Mác bê tông

IV.KẾT QUẢ THIẾT KẾ CẤP PHỐI

Bê tông mác M300, SN = 12cm :

α = 1.41

A =

X/N = 1.54

Nguyên vật liệu 1m3 bê tông Đon vị

- 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 lí

- Trước khi chế tạo mẫu, cần tính toán cấp phối cho hỗn hợp bê tông Mục đích là tìm ra tỉ lệ phối trộnhợp lí giữa các thành phần vật liệu (xi măng, cát, đá, nước, phụ gia ) trong 1 m3 bê tông, cho ra loại bêtông đạt cường độ yêu cầu và kinh tế

- Trước khi tính toán cần có các dữ liệu sau :

+ Mác bê tông và độ sụt yêu cầu

+ Các chỉ tiêu cơ lý : , r ,W, chất lượng cốt liệu

+ Có dùng phụ gia hay không

+ Thi công bằng tay hay bằng máy

- Sau khi tính toán ta thấy đá ( cốt liệu lớn ) là thành phần chiếm tỉ lệ cao nhất

- Tiến hành trộn 11 m3 bê tông, khi trộn phải đảm bảo trộn đều hỗn hợp với nhau

- Phải kiểm tra lại độ sụt và cường độ bê tông vì khi tính toán sử dụng các bảng tra, công thức thựcnghiệm nên không chính xác theo điều kiện thực tế, độ ẩm vật liệu thay đổi, cốt liệu chưa sạch…

- Phải giữ lại 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 và chế tạo các cấu kiện từ bêtông

BÀI 2 : THÍ NGHIỆM THỬ ĐỘ SỤT (SN) CỦA HỖN HỢP BÊ TÔNG

(Theo TCVN 3106:1993)

I MỤC ĐÍCH

Xác định độ sụt SN của hỗn hợp bê tông

II THIẾT BỊ THỬ

Côn thử độ sụt tiêu chuẩn : d = 100mm, D = 200mm, H = 300mm

Que đầm (thanh thép tròn trơn φ16, dài 600mm, 2 đâu múp tròn)

Thước lá kim loại (dài 30cm)

III LẤY MẪU THÍ NGHIỆM

Hỗn hợp bê tông được trộn bằng tay.

Khối lượng vật liệu : theo bài 1

IV TIẾN HANH THÍ NGHIỆM

- Đặt côn lên nền ẩm, không thấm nước

- Đổ hỗn hợp bê tông 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 đén 3 cm, 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 bê tông ( Tổng thời gian từ khi hỗn hợp vào côn đến khi nhấc côn khối hỗn hợp không quá 150s )

V SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM

VI SỐ LIỆU VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

VII NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN

Ta cho bê tông vào côn lần lượt 3 lớp, mỗi lớp 1/3 chiều cao côn, sau khi đổ từng lớp dùng thép

φ16 đầm theo quy chuẩn

Sau đó lấy côn ra và tiến hành đo độ sụt

Độ sụt không đạt yêu cầu thiết kế, chất lượng không đạt, thí nghiệm không

thành công

Mục đích của thí nghiệm là đo lượng sự đồng nhất của bê tông

Có thể dùng thí nghiệm trên để các định tính kết và giữ nước của hỗn hợp bê

tông

Độ sụt của hỗn hợp bê tông có quan hệ chặt chẽ với tỉ lệ n/x

Tùy theo loại kết cấu, loại và lượng cốt thép trong cấu kiện nhiều hay ít mà có

yêu cầu độ sụt khác nhau trong bê tông nếu hỗn hợp bê tông có độ sụt không

đạt yêu cầu sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình thi công và chất lượng công trình

sau này

 Kết luận :

Tùy từng loại kết cấu, lượng cốt thép dùng trong kết cấu (với mật độ dày hay ít), theo yêu cầu

về dộ chịu lực và phương pháp thi công, ta lựa chọn tính dẻo (độ

sụt hoặc độ cứng) khác nhau cho hỗn hợp bê tông Nếu hỗn hợp bê tông có tính dẻo

không đạt yêu cầu sẽ ảnh hưởng lớn đến quá trình thi công cũng như chất lượng

công trình sau này

BÀI 3 : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN NÉN CỦA BÊ TÔNG

I MỤC ĐÍCH

Xác định mac bê tông theo giới hạn cường độ chịu nén

Theo TCVN 6025:1995 phân loại mác bê tông theo cường độ chịu nén nhứ sau:

Mác bê tông Cường độ nén ở tuổi 28 ngày (kG/cm 2 ), không

nhỏ hơn

M100M125M150M200M250M300M350M400M450M600M800

10012515020250300350400450600800

II MẪU THÍ NGHIỆM

Nhóm mẫu gồm 3 viên mẫu

Kích thước viên mẫu chuẩn là 150x150x150 mm (Các viên mẫu khác kích

thước trên khi thử nén cần tính đổi kết quả về viên mẫu chuẩn)