BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU VẬT LIỆU XÂY DỰNG

PH ẦN I: THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU Ngành đào tạo: Kỹ sư xây dựng Số tiết thí nghiệm: 5 tiết Ngày thí nghiệm: Ngày viết báo cáo: Sau bài học thí nghiệm các sinh viên đạt

Bu ổi học : Chiều thứ 7

TP HCM, 30/4/2020

PH ẦN I: BÁO CÁO THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Phân công công vi ệc trong nhóm:

- Bảng phân công dưới đây là phân công thực hiện báo cáo, xử lý số liệu, nhận xét và đánh giá

1 Phạm Quốc Cường 18520100045 B1: TN kéo thép (Vật liệu dẻo);

Nhóm trưởng, tổng hợp, xử lý số liệu

2 Nguyễn Thanh Hải 17520800133 B2: TN kéo gang (Vật liệu dòn)

3 Lê Võ Quang Bình 17520800041 B3: TN nén gang (Vật liệu dòn)

4 Đinh Khắc Tuấn Anh 17520800013 B4: TN kéo gỗ dọc thớ

5 Nguyễn Văn Toàn 18520100387 B5: TN nén gỗ dọc thớ

6 Nguyễn Hoàng Phúc 18520100286 B6: TN uốn phẳng mẫu gỗ

7 Bùi Xuân Khải 18520100168 B7: Chế tạo mẫu bê tông - vữa xi

măng B8: Thí nghiệm thử độ sụt (SN)

8 Lê Quang Hùng 17520800170 B9: TN xác định giới hạn bền nén

của bê tông

9 Nguyễn Thanh Hùng 17520800175 B10: TN xác định độ bền nén của

gạch ống 4 lỗ

10 Nguyễn Văn Diêu 16520860013 B11: TN xác định độ bền uốn của

gạch thẻ

PH ẦN I: THÍ NGHIỆM SỨC BỀN VẬT LIỆU

Ngành đào tạo: Kỹ sư xây dựng

Số tiết thí nghiệm: 5 tiết

Ngày thí nghiệm:

Ngày viết báo cáo:

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

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

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

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

- Một nhóm thí nghiệm gồm 18 sinh viên, các sinh viên phải trục tiếp thực hành thí nghiệm kéo – nén vật liệu

- Số lượng thí nghiệm: 6 mẫu thí nghiệm

o 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu dẻo

o 1 thí nghiệm kéo mẫu vật liệu dòn

o 1 mẫu thí nghiệm nén mẫu vật liệu dòn

o 1 mẫu thí nghiệm kéo vật liệu gỗ

o 1 mẫu thí nghiệm nén vật liệu gỗ

o 1 thí nghiệm uốn mẫu vật liệu gỗ

- Giáo viên hướng dẫn cho sinh viên các nội dung chính:

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

o Các bước thí nghiệm với từng mẫu thí nghiệm

o Cách chép và sử lý số liệu thí nghiệm

o Lập báo cáo kết quả thí nghiệm

- Thiết bị gây tải: máy kéo vạn năng 5T

- Đồng hồ đo chuyển vị khuếch đại cao tầng

- Thước kẹp khuếch đại 10 lần

- Được trình bày theo nội dung từng bài thí nghiệm

BÀI 1: THÍ NGHI ỆM KÉO THÉP (VẬT LIỆU DẺO)

1 Kích thước mẫu

a) Trước khi thí nghiệm:

- Mẫu hình trụ

- Chiều dài: l0 = 181mm

- Đường kính: Không gân d0 = 12,3 mm, có gân d1 = 14,1 mm

- Đường kính trung bình : 0

12, 3 14,1

13, 22

tb

d    mm

- Diện tích tiết diện ngang : F0 = 136,85 mm2 = 1,3685 cm2

b) Sau khi thí nghiệm:

- Chiều dài:

- Đường kính: Không gân d0 = 8,5 mm, có gân d1 = 9,2 mm

- Diện tích tiết diện ngang : F1 = 61.5 mm2 = 0.615 cm2

2

(kG/ cm )

N F

3 V ẽ biểu đồ quan hệ ứng suất zvà bi ến dạng dài tương đối z

4 Xác định các chỉ tiêu cơ lý vật liệu

0

7700

5626.6 / 1.3685

dh dh

P

kG cm F

ch ch

P

kG cm F

730.73 1461.45 2192.18 2922.91 3653.64 4384.36

5115.09 5626.60 5699.67 6028.50 6393.86 6649.62 6722.69 6576.54

Giới hạn bền:  2

0

9200

6722.7 / 1.3685

b b

P

kG cm F

105962.34 / 0.0531

5 Nh ận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu thép:

- Trong quá trình kéo thép, ta vẽ được biểu đồ ứng suất – biến dạng như trên, bao gồm các giai đoạn sau :

+ Từ mức tải trọng 0 kG đến mức tải trọng 7700 kG, tương ứng với ứng suất từ 0 kG/cm2 đến 5626.6 kG/cm2, biểu đồ gần như một đường thẳng Đây là giai đoạn biến dạng đàn hồi của thép Khi đó, mối quan hệ của ứng suất và biến dạng là tuyến tính và tuân theo định luật Hooke Giá trị ứng suất 5626.6 kG/cm2 được gọi là giới hạn đàn hồi

+ Tiếp tục gia tăng tải trọng nhưng giá trị không đang kể, trong khi đó giá trị biến dạng tăng nhanh Đồ thị có dạng gần như là đường thẳng hằng số nằm ngang Đây là giai đoạn thép chảy dẻo Giá trị tải trọng giai đoạn này là 7800 kG tương ứng với giá trị ứng suất 5699.67 kG/cm2 Đây cũng là giá trị của giới hạn chảy của thép.+ Sau giai đoạn chảy dẻo, tiếp tục gia tải thì thấy thép không chảy nữa và lại có thể chịu được lực (thép như được gia cường) Lúc này, tải trọng tăng và biến dạng cũng tăng Đồ thị có dạng đường cong Giai đoạn này được gọi là giai đoạn củng cố Giá trị tải trọng 9200 kG là giá trị tải trọng lớn nhất mà thép có thể chịu được và giá trị ứng suất 6722.7 kG/cm2 ứng với giới hạn bền Tại vị trí này mẫu thép bắt đầu xuất hiện eo thắt

+ Tiếp tục gia tải, ta thấy đồng hồ đo biến dạng tăng nhanh nhưng đồng hồ tải trọng bắt đầu giảm và khi kim đồng hồ tải trọng chỉ đến vị trí 7000 (kG) thì có tiếng nổ lớn và mẫu thép bị đứt gãy ngay tại vị trí eo thắt

- Sau đó lấy mẫu ra kiểm tra thấy đường kính tại eo thắt chỉ còn 8.5 (mm) giảm 3.8 (mm) so với ban đầu, độ thắt tỉ đối là 55.06%

- Từ thí nghiệm trên, ta có thể kết luận thép là vật liệu dẻo Các kết quả thu được tương đối phù hợp với lý thuyết về vật liệu dẻo Tuy nhiên, vẫn còn một số điểm chưa phù hợp như trong giai đoạn đàn hồi, đồ thị chưa chính xác là tuyến tính, biến dạng tương đối

lớn,… Nguyên nhân của những sai số này là do đọc đồng hồ chưa chính xác, vị trí tiếp xúc giữa thép và máy chưa phù hợp tiêu chuẩn, sai sót khi sản xuất thép,…

BÀI 2: THÍ NGHI ỆM KÉO GANG (VẬT LIỆU DÒN)

b) Sau khi thí nghiệm:

- Chiều dài:

3 V ẽ biểu đồ ứng suất 𝛔 z và bi ến dạng tỉ đối 𝛆 z

b b

P

kG cm F

13835 / 0.2412

5 Nh ận xét quá trình thí nghiệm kéo mẫu gang:

- Khác với thí nghiệm kéo thép, khi tiến hành thí nghiệm kéo gang, tải trọng tăng thì biến dạng cũng tăng nhưng tăng rất chậm Tăng tải trọng đến mức 9100 kG thì thanh bị đứt đột ngột (có tiếng nổ lớn) Gang không trải qua những giai đoạn chảy như thép nên không có giới hạn chảy mà chỉ có giới hạn bền

- Trên biểu đồ ứng suất –biến dạng khi kéo gang, đồ thị xem như một đường cong liên tục và kết thúc tại lúc mẫu gang bị đứt, không chia ra các giai đoạn như trong thí nghiệm kéo thép

- Khi tăng tải trọng đến mức tải Pb = 9100 (KG) với biến dạng dài 52.63 (mm) ứng với εz = 38.99 % thì thanh gang bị đứt đột ngột Ngay tại vị trí đứt gãy ấy hầu như không tạo

ra eo thắt và đường kính cũng không thay đổi cũng như không có nút thắt như trong thí nghiệm kéo thép

- Các đặc trưng cơ học của gang: Gang là vật liệu dòn, biến dạng của gang tăng ít khi tải trọng tăng Gang chỉ tồn tại giới hạn bền khi kéo

- Do vậy có thể kết luận: gang là vật liệu dòn, chịu kéo kém

- Kết quả thí nghiệm tương đối phù hợp về đặc tính của gang Tuy nhiên vẫn còn nhiều chỗ chưa hợp lý như biểu đồ bị gãy khúc ở nhiều vị trí, biến dạng rất lớn, gang không bị đứt gãy ngay khi đạt đến giá trị tải trọng 9100 kG mà còn biến dạng thêm khá nhiều rồi mới đứt Nguyên nhân là do sai sót trong quá trình đọc đồng hồ đo, mẫu gang thí nghiệm có thành phần chưa đúng như thiết kế về gang, vị trí tiếp xúc giữa máy và mẫu gang chưa đúng với tiêu chuẩn

BÀI 3: THÍ NGHI ỆM NÉN GANG (VẬT LIỆU DÒN)

3 V ẽ biểu đồ quan hệ ứng suất và bi ến dạng dài tương đối :

b b

P

kG cm F

51608.6 / 0.111

Giống như trong thí nghiệm kéo gang,khi tăng tải trọng thì biến dạng của gang tăng,

biểu đồ ứng suất – biến dạng của gang có đồ thị là đường cong dạng đồ thị logarit Khi tải trọng tăng đều giá trị tương đối lớn 14850 kG thì mẫu gang bị phá hoại Ứng với giá trị tải trọng 14850 kG là giá trị ứng suất 5733.6 kG/cm2 – giá trị của giới hạn bền

Kết luận: Gang là vật liệu chịu nén tốt Kết quả thí nghiệm tương đối phù hợp về đặc tính của gang, tuy nhiên vẫn còn những sai sót trong quá trình đọc đồng hồ đo nên đồ thị chưa được chính xác tuyệt đối

385.76

771.52

1157.28

1543.04 1928.80 2314.57 2700.33 3086.09 3471.85 3857.61 4243.37 4629.13 5014.89

b h

100 30

100 30

- Gỗ có tiết diện 20 x 20, dài 350mm, b=20mm,h=4mm, L0=90mm

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

- Độ ẩm mẫu gỗ: trong điều kiện tự nhiên

Lực kéo

giới hạn

Ngh(kG)

Cường độ chịu kéo giới hạn Rk (kG/cm2)

R 1004.85

5 Nh ận xét và kết luận:

- Gỗ bị phá hoại theo thớ dọc của gỗ

- Trong quá trình thí nghiệm, biến dạng của gỗ tương đối nhỏ Do không thể phân đều ứng suất nên gỗ bị phá hoại nhanh chóng

- Các kết quả thí nghiệm sai lệch nhau (mẫu 1) chứng tỏ gỗ là vật liệu không đẳng hướng và không đồng nhất (độ ẩm, tuổi thọ), tính chịu lực không giống nhau theo các

phương và theo vị trí Trong thực tế gỗ còn bị các khuyết tật dẫn đến giảm khả năng chịu lực

BÀI 5: THÍ NGHI ỆM NÉN GỖ DỌC THỚ

1 M ục đích:

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

2 M ẫu 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

Lực nén giới hạn

Ngh(kG)

Cường độ chịu nén giới hạn Rn(kG/cm2)

BÀI 6: THÍ NGHI ỆM UỐN PHẲNG MẪU GỖ

1 M ục đích:

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

2 M ẫu thí nghiệm:

- Gỗ dầu có tiết diện 20 x 30, dài 300mm, L0=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 kéo mẫu:

- Tốc độ gia tải: 1KG/sm

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

4 S ố liệu và kết quả thí nghiệm:

Wx (cm^3)

Chỉ số Lực

kế

Nn (kG)

Lực uốn

giới hạn

Nu=Nn/2 (kG)

Moment uốn giới hạn Mgh (kGcm)

Cường độ chịu uốn giới hạn

Ru kG/cm^2

- Kết quả thí nghiệm có nhiều sai biệt khá lớn do gỗ là vật liệu không đồng nhất

- Gỗ chịu uốn khá tốt (nhỏ hơn kéo dọc và lớn hơn nén dọc)

Ph ần II: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ

- 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

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

- 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: Thi ết kế cấp phối – chế tạo mẫu bê tông – vữa xi măng

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

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

Bài 4: thí nghi ệm xác định giới hạn bền uốn của xi măng

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

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

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

Bài 8: Thí nghi ệm xác định khối lượng thể tích của xi măng, cát , đá dăm, gạch, vữa,

xi măng, bê tông

Được trình bày theo nội dung từng thí nghiệm cụ thể

BÀI 1: CH Ế TẠO VỮA BÊ TÔNG XÂY DỰNG

1 Nguyên V ật Liệu

- Xi măng: PCB 40; a = 3.1 T/m3; o= 1.1 T/m3; Cường độ bằng 40 MPa

- Cát vàng: ac = 2.65 T/m3 ; oc = 1.45 T/m3 ; W= 2 % ;

- Đá dăm: a đ = 2.7 T/m3 ; ođ = 1.42 T/m3 ; W= 0 % ; Đmax = 20 mm

- Phụ gia: Sử dụng phụ gia: Không

Giảm nước: Không; Liều lượng: Không;

Chất lượng cốt liệu: Trung bình

2 Yêu C ầu

- Thiết kế cấp phối bê tông mác 250; SN = 4-6 cm

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

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

3 Trinh bày thi ết 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 li ều lƣợng nguyên vật liệu ở trạng thái khô dùng cho 1m 3 bê tông:

R N X

c Ki ểm tra vật liệu bằng thực nghiệm: Lấy liều lượng nguyên vật liệu để đúc 3

mẫu bê tông (11 lít) kích thước 15x15x15cm, đem nhào trộn để kiểm tra SN, dưỡng

hộ sau 28 ngày trong điều kiện chuẩn, xác định Rn lấy kết quả trung bình Mác bê tông

4 K ết quả thiết kế cấp phối bê tông

BÀI 2:THÍ NGHI ỆM THỬ ĐỘ SỤT (SN) CỦA HỖN HỢP

BÊ TÔNG

(Theo TCVN 3106:1993)

1 Mục Đích: Xác định độ sụt SN của hỗn hợp bê tông

2 Thiết bị thử:

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

- Que đầm (thanh thép tròn trơn Ø16, dài 600mm, 2 đầu múp tròn)

-Thước lá kim loại (dài 30cm)

3 Lấy mẫu thí nghiệm:

- Hỗn hợp bê tông được trộn bằng tay

- Khối lượng nguyên vật liệu: theo bài 1

4 Tiến hành thử:

- 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 2-3 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 cuẩ khối hỗn hợp (chính xác đến 0,5cm) Số liệu đo được chính là độ sụt của hỗn hợp bê tông (Tổng thời gian từ khi hỗn hợp vào côn đến khi nhấc côn khỏi khối hỗn hợp không quá 150s)

5 Sơ đồ thí nghiệm:

6 Số liệu và kết quả thí nghiệm :

BÀI 3: THÍ NGHI ỆM XÁC ĐỊNH GIỚI HẠN BỀN NÉN CỦA

BÊ TÔNG (Theo TCVN 3118:1993)

1 M ục đích:

-Xác định mác bê tông theo giới hạn cường độ chịu nén

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

Mác bê tông Cường độ chịu nén ở tuổi 28 ngày

(kG/cm2),không nhỏ hơn M100

M125 M150 M200 M250 M300 M350 M400 M450 M600 M800

-Nhóm mẫu gồm 3 viên mẫu

-Kích thước viên mẫu chuẩn 150x150x150 mm (Các viên mẫu khác kích thước trên khi thử nén cần tính đổi kết về viên mẫu chuẩn )

5 S ố liệu và kết quả thí nghiệm:

Ngày

tuổi a Diện tích

nén,F

Lực nén phá hoại,N

Cường độ

chịu nén (tuổi a ngày)

Rn

Cường độ

chịu nén (tuổi 28 ngày),Rn

Mác

bê tông

trộn, mẫu chưa được bảo dưỡng đúng cách

- Dựa trên cường độ chịu nén của bê tông trong thí nghiệm, ta thấy bê tông là vật liệu chịu nén tốt

- Xác định mác gạch theo giới hạn cường độ chịu nén của gạch 4 lỗ

- Theo TCVN 1450:1986, gạch rỗng đất sét nung được phân thành các mác sau:35; 50; 75; 100; 125; 150

Các kí hiệu quy ước:

 Số lượng mẫu thử nén là 5 mẫu gạch được gia công theo TCVN 6355-1:1998

 Khi thử, mẫu ở trạng thái ẩm tự nhiên

4 Sơ đồ thí nghiệm:

1 Mặt cắt ngang 1 viên gạch

2 Sơ đồ đặt tải nén mẫu

5 Số liệu và kết quả thí nghiệm mẫu:

Lực nén phá

BÀI 7: THÍ NGHI ỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN UỐN CỦA GẠCH THẺ

2 Sơ đồ đặt tải uốn mẫu:

5 S ố liệu và kết quả thí nghiệm mẫu:

stt Kích thước mẫu

(mm)

Đườn

g kính

D (mm)

Khối lượng mẫu

G (kg)

Mome

n kháng

uốn

Wxth (cm3)

Lực uốn phá

hoại

N (kN)

Mome

n uốn lớn nhất

Mmax (kG.cm)

Cường độ chịu uốn

Ru(kG/cm2)