Giáo trình đào tạo thí nghiệm chuyên ngành xây dựng phần 1

LỜI NÓI ĐẦU Ngày 12 tháng 10 năm 2012, Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Đề án “Tăng cường lực kiểm định chất lượng cơng trình xây dựng Việt Nam” (Đề án 1511) Quyết định số 1511/QĐ-TTg với mục tiêu “Triển khai đồng giải pháp tăng cường lực kiểm định nhằm nâng cao chất lượng đảm bảo an tồn cơng trình xây dựng, đáp ứng yêu cầu phát triển xây dựng đến năm 2015 tầm nhìn đến năm 2020” Hiện Việt Nam hội nhập vào kinh tế giới Tất sản phẩm, hàng hóa cần đánh giá, chứng nhận phù hợp, công nhận hợp quy, hợp chuẩn có sản phẩm xây dựng Cơng tác thí nghiệm vật liệu cấu kiện xây dựng khâu thiếu hoạt động xây dựng đánh giá chất lượng cơng trinh xây dựng Để kết thí nghiệm chuyên ngành xây dựng trở thành công cụ hữu hiệu phục vụ chứng nhận hợp quy, hợp chuẩn, chứng nhận phù hợp, đánh giá chất lượng cơng trình xây dựng cần có thống đào tạo cơng nhận thí nghiệm viên thực phép thử chuyên ngành xây dựng Xuất phát từ nhu cầu thực tế, Bộ Xây dựng giao Viện Khoa học Công nghệ xây dựng thực Dự án “Nghiên cứu xây dựng hồn thiện chương trình tài liệu giảng dạy thí nghiệm chuyên ngành xây dựng” thuộc Đề án 1511 "Giáo trình Đào tạo thí nghiệm chun ngành xây dựng" biên soạn làm tài liệu bồi dưỡng công tác đào tạo, bồi dưỡng nghiệp vụ thí nghiệm viên chuyên ngành xây dựng Trên sở đề cương dự án Cục Giám định Nhà nước chất lượng cơng trình xây dựng phê duyệt đồng thuận Vụ Khoa học Công nghệ Môi trường - Bộ Xây dựng, tài liệu kỹ thuật dẫn thí nghiệm bao gồm lĩnh vực: - Tài liệu kỹ thuật dẫn thí nghiệm phá hủy bao gồm: + Thí nghiệm Bê tơng vữa xây dựng; + Thí nghiệm Vật liệu xây dựng; + Thí nghiệm Thép kim loại hàn; + Thí nghiệm Đất xây dựng (trong phịng trường); + Thí nghiệm Vật liệu làm đường; + Thí nghiệm Cấu kiện kết cấu xây dựng; + Thí nghiệm Ăn mịn xây dựng; + Thí nghiệm Hóa nước, nước thải; + Thí nghiệm Mơi trường xây dựng; + Thí nghiệm Gỗ xây dựng - Tài liệu kỹ thuật dẫn thí nghiệm khơng phá hủy bao gồm cho bê tông theo phương pháp: Siêu âm, súng bật nảy, - Tài liệu kỹ thuật dẫn thí nghiệm cọc Vì tài liệu kỹ thuộc nhiều lĩnh vực, nhiều chuyên đề, nên để tiện cho bạn đọc, ban biên tập chia thành với mục tiêu tính chất Đây tài liệu kỹ thuật dẫn thí nghiệm chuyên ngành xây dựng biên soạn sở TCVN, TCXD Việt Nam tiêu chuẩn nước ngồi phép thử thí nghiệm chuyên ngành xây dựng, sở đào tạo cần phải thường xuyên cập nhật tài liệu tiêu chuẩn áp dụng thay đổi Các chuyên gia tham gia biên soạn giáo trình gồm: ThS Trần Hữu Quang chủ biên cộng tác viên - TS Trần Bá Việt, PGS.TS Đồn Thế Tường, PGS.TS Nguyễn Võ Thông, TS Nguyễn Đức Thắng, TS Nguyễn Hồng Sinh, TS Thái Bá Chu, TS Nguyễn Nam Thắng, ThS Nguyễn Sơn Lâm, Th.S Đỗ Thị Lan Hoa, ThS Nguyễn Thị Thanh Thủy, ThS Mai Bích Thủy, CN Nguyễn Thị Hồng Hạnh Ban biên tập xin chân thành cám ơn giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu quan thuộc Bộ Xây dựng Cục giám định Nhà nước chất lượng cơng trình xây dựng, Vụ Khoa học Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng chuyên gia khác tham gia góp ý để nội dung giáo trình hồn chỉnh Do thời gian có hạn, nên q trình biên soạn khó tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức trình bày, Ban biên tập mong bạn đọc đóng góp ý kiến để giáo trình tiếp tục hồn thiện Các ý kiến góp ý xin gửi địa chỉ: Bộ Xây dựng - 37 Lê Đại Hành, Hai Bà Trưng, Hà Nội; Viện Khoa học Công nghệ xây dựng, Bộ Xây dựng - 81 Trần Cung, Cầu Giấy, Hà Nội BAN BIÊN TẬP Chương ĐẠI CƯƠNG VỀ VẬT LIỆU XÂY DỰNG 1.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG Vật liệu xây dựng loại vật liệu có nguồn gốc vơ hữu với số tính chất lý phù hợp sử dụng vào mục đích xây dựng Thông thường trước đưa vào sử dụng, vật liệu xây dựng thường phải gia công học qua cơng đoạn gia cơng hố, lý khác Lĩnh vực sử dụng vật liệu xây dựng đa dạng Vật liệu xây dựng sử dụng thi cơng cơng trình xây dựng dân dụng, cơng nghiệp, giao thông, thuỷ lợi, thủy điện… Vật liệu xây dựng làm việc cơng trình phải có khả chống lại yếu tố phá hoại tác động lên thân vật liệu như: tác động học (gia tải, mài mịn…), tác động vật lý mơi trường xung quanh, khí hậu,… tác động hố học (ăn mịn hố học…) Vật liệu xây dựng phân loại theo tiêu chí khác nhau, Ví dụ: - Theo nguồn gốc vật liệu: Vật liệu tự nhiên gồm: + Vật liệu có nguồn gốc vơ (đá, đá dăm); + Vật liệu có nguồn gốc hữu (gỗ, tre, nứa…) Vật liệu nhân tạo gồm: + Vật liệu chế tạo từ nguyên liệu có nguồn gốc vơ (vữa, bê tơng, kính…); + Vật liệu chế tạo từ nguyên liệu có nguồn gốc hữu (bi tum, sơn, chất dẻo…); + Vật liệu chế tạo từ nguyên liệu có nguồn gốc hỗn hợp (bê tông polyme…) - Theo lĩnh vực sử dụng: Vật liệu chịu lực; Vật liệu bao che; Vật liệu trang trí nội, ngoại thất; Vật liệu chế tạo trang bị nội thất cơng trình xây dựng… 1.2 CÁC LOẠI VẬT LIỆU XÂY DỰNG CHÍNH 1.2.1 Đá thiên nhiên Vật liệu đá thiên nhiên khai thác, sản xuất cách gia cơng học (nổ mìn, đập, nghiền, cưa, đục, chạm, mài, đánh bóng, nghiền, sàng ) loại đá thiên nhiên bao gồm đá mác ma, đá trầm tích đá biến chất Trong lĩnh vực xây dựng đá thiên nhiên sử dụng dạng sau: Đá hộc viên đá chưa gia cơng đẽo gọt nên khơng có hình dạng hình học định, kích thước ba chiều khoảng 150 - 450 mm, khối lượng viên từ 20 tới 40 kg Đá hộc thường sản xuất từ loại đá có cấu trúc đặc đặc đá vôi, đá đôlômit, đá sa thạch, đá granit Đá hộc thường dùng để xây móng, tường nhà, tường chắn, cốt liệu cho bê tông khối lớn Đá khối tảng đá gia cơng thành dạng hình học định mà thơng thường dạng hình hộp chữ nhật Đá khối thường chia thành hai loại: đá khối đẽo thô đá khối đẽo kỹ Đá dạng vật liệu đá dạng tấm, có chiều dày nhỏ nhiều lần so với chiều dài chiều rộng, bao gồm dạng: ốp trang trí, ốp có cơng dụng đặc biệt, lợp mái Đá dạng hạt đá dăm sản xuất phương pháp đập, nghiền, xay loại đá gốc sau sàng phân loại theo cỡ hạt 1.2.2 Gốm xây dựng Vật liệu gốm xây dựng sản xuất từ nguyên liệu đất sét qua gia cơng tạo hình nung nhiệt độ cao Trong q trình nung đất sét có biến đổi hố lý tạo nên sản phẩm có thành phần tính chất khác hẳn với nguyên liệu ban đầu Theo cơng dụng chia vật liệu gốm xây dựng thành loại sau: - Vật liệu xây: loại gạch đặc, gạch rỗng, gạch xốp ; - Vật liệu lợp: loại ngói; - Vật liệu lát nền: loại gạch lát không men: gạch dừa, gạch nem, lát tráng men ; - Vật liệu ốp: loại ốp tường, ốp cột ; - Sản phẩm kỹ thuật vệ sinh: chậu rửa, bệ xí, bồn tắm, loại ống thoát nước ; - Cốt liệu rỗng nhân tạo: keramzit ; - Các sản phẩm có cơng dụng đặc biệt: vật liệu cách nhiệt, vật liệu chịu lửa, vật liệu chịu axit, vật liệu chịu kiềm 1.2.3 Thuỷ tinh Thuỷ tinh dung dịch rắn nhận cách làm nguội khối silicat nóng chảy Ngun liệu để sản xuất thuỷ tinh gồm cát thạch anh hạt nhỏ tinh khiết, xôđa (Na2CO3), Na2SO4, K2CO3, đôlômit, đá phấn loại phụ gia Các dạng sản phẩm thuỷ tinh sử dụng xây dựng gồm: kính tấm, ống thuỷ tinh, blơc thuỷ tinh, thuỷ tinh xếp lớp 1.2.4 Chất kết dính 1.2.4.1 Chất kết dính vơ Chất kết dính vơ loại vật liệu thường dạng bột nhào trộn với nước tạo thành hồ dẻo Dưới tác dụng q trình hố lí, hồ dẻo trở nên rắn chuyển thành đá Chất kết dính vơ có khả kết dính loại vật liệu hạt rời rạc (cát, đá, sỏi) thành khối đồng bê tông, gạch xi măng cát, vữa xây dựng sản phẩm amiăng Chất kết dính vơ chia làm loại: loại rắn không khí loại rắn nước Loại chất kết dính rắn khơng khí: Sau nhào trộn với nước, có khả rắn phát triển cường độ khơng khí Loại bao gồm: vơi canxi, thạch cao, chất kết dính manhê, v.v Loại chất kết dính rắn nước: Sau nhào trộn với nước, khơng có khả rắn khơng khí mà cịn rắn phát triển cường độ nước Loại bao gồm: chất kết dính hỗn hợp (vơi canxi trộn thêm phụ gia hoạt tính), vôi thuỷ xi măng La Mã, xi măng Pooclăng loại xi măng khác 1.2.4.2 Chất kết dính hữu Chất kết dính hữu thường vật liệu cao phân tử có khả dính kết vật liệu rời đun nóng phản ứng với chất hóa rắn Chất kết dính hữu gồm có: - Bitum chế phẩm từ bitum; - Các loại polyme 1.2.5 Bê tông 1.2.5.1 Bê tông sở chất kết dính vơ Bê tơng vật liệu đá nhân tạo nhận cách đổ khuôn làm rắn hỗn hợp hợp lý bao gồm chất kết dính, nước, cốt liệu (cát, sỏi hay đá dăm) phụ gia Bê tông phân loại dựa vào đặc điểm sau đây: - Theo dạng chất kết dính: Bê tơng xi măng, bê tơng silicát (chất kết dính vơi), bê tơng thạch cao, bê tơng có chất kết dính hỗn hợp, bê tơng polyme, bê tơng dùng chất kết dính đặc biệt - Theo khối lượng thể tích: Bê tơng đặc biệt nặng (γo > 2600 kg/m3), bê tông nặng γo = 2200 - 2600 kg/m3), bê tông giảm nhẹ khối lượng (γo = 1800 - 2200 kg/m3), bê tông nhẹ (γo = 500 - 1800 kg/m3) bê tông đặc biệt nhẹ (γo < 500kg/m3) - Theo công dụng phân thành: Bê tông thường (dùng kết cấu bê tơng cốt thép cơng trình dân dụng cơng nghiệp có cốt liệu lớn đến 70mm), bê tơng thuỷ cơng (dùng xây đập, cơng trình dẫn nước), bê tông mặt đường, sân bay, bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường bê tông nhẹ), bê tơng có cơng dụng đặc biệt (như bê tơng chịu nhiệt, chịu axit, bê tơng chống phóng xạ ) 1.2.5.2 Bê tơng sở chất kết dính hữu Bê tông asphalt: Hỗn hợp nhựa đường cốt liệu đặc chất độn mịn, có, lựa chọn cách hợp lý, trộn kỹ đầm chặt Bê tơng polyme: Hỗn hợp gồm polyme, chất hóa rắn cốt liệu 1.2.6 Vữa xây dựng Vữa xây dựng loại đá nhân tạo, thành phần cấu tạo bao gồm chất kết dính, nước cốt liệu nhỏ Vữa xây dựng phân loại theo dạng chất kết dính, theo khối lượng thể tích theo cơng dụng - Theo chất kết dính phân thành: Vữa xi măng, vữa vôi, vữa thạch cao vữa hỗn hợp (xi măng-vơi, xi măng-sét) - Theo khối lượng thể tích phân thành: Vữa nặng γo > 1500 kg/m3, vữa nhẹ γo ≤ 1500 kg/m3 - Theo công dụng phân thành: Vữa xây, vữa trát, vữa láng, lát, ốp, vữa trang trí, vữa đặc biệt (như vữa giếng khoan, vữa chịu axit, vữa chịu kiềm ) 1.2.7 Vật liệu gỗ Gỗ vật liệu thiên nhiên sử dụng rộng rãi xây dựng ưu điểm sau: nhẹ; có cường độ cao; cách âm, cách điện tốt; dễ gia công Sản phẩm gỗ dùng xây dựng gồm: gỗ súc, gỗ xẻ, gỗ ván, gỗ thanh, kết cấu gỗ sản phẩm mộc cửa, vách ngăn, ván lát sàn, tủ, giường, bàn, ghế… 1.2.8 Vật liệu cách nhiệt, vật liệu cách âm hút âm 1.2.8.1 Vật liệu cách nhiệt Tuỳ thuộc vào cấu tạo, vật liệu cách nhiệt chia ra: sợi rỗng (bơng khống, bơng thuỷ tinh ), hạt rỗng (perlit, vermiculit, xôvelit, keramzit…), vật liệu rỗng dạng tổ ong (bê tông tổ ong, thuỷ tinh bọt, chất dẻo xốp) Theo hình dáng, vật liệu cách nhiệt thường có loại: khối (tấm, blơc, ống trụ, bán trụ, hình dẻ quạt), cuộn (nỉ, băng, đệm), dây loại rời 1.2.8.2 Vật liệu cấu kiện cách âm Dùng chủ yếu dạng lớp lót, lớp xen, lớp bọc trần, tường phận khác nhà nhằm mục đích khơng cho tiếng ồn truyền qua tiếng lại, người nói, tiếng ồn máy móc, thiết bị… Vật liệu cách âm kết cấu nằm trạng thái xây lắp tự trạng thái treo dạng ép dán 1.2.8.3 Vật liệu hút âm Có cấu trúc rỗng, dạng hạt, dạng sợi dạng cưa Theo hình dạng vật liệu hút âm thường có dạng tấm, cuộn hạt rời Người ta thường sử dụng chúng dạng lớp vữa trát có cấu tạo xốp, trơn, đục lỗ tạo nhăn, ốp tường, trần để hút âm 1.2.9 Sơn Vật liệu sơn vật liệu trang trí bảo vệ có nguồn gốc thiên nhiên, tổng hợp dạng lỏng, có thành phần chất tạo màng, dung mơi chất độn, chất tạo màu Sơn dùng để quét lớp mỏng lên mặt sản phẩm nhằm chống gỉ cho kim loại, chống ẩm phòng mục cho gỗ, bảo vệ thiết bị chống tác dụng phá hoại hoá chất, đảm bảo điều kiện vệ sinh, trang trí cho nhà đồ dùng 1.2.10 Kim loại Vật liệu kim loại chia làm loại: kim loại đen kim loại màu Kim loại đen: Kim loại đen thường dùng xây dựng thép gang Kim loại đen (thép gang) hỗn hợp sắt-cacbon (C) với số nguyên tố khác silic, mangan, phôtpho, lưu huỳnh v.v Việc chia thép gang chủ yếu dựa vào hàm lượng C hợp kim Gang có hàm lượng C ≥ 2%; Thép có hàm lượng C < % Theo hàm lượng cacbon thép chia tiếp ra: thép cacbon thấp (C ≤ 0,25 %), thép cacbon trung bình (C = 0,25 ÷ 0,6 ) thép cacbon cao ( C = 0,6 ÷ %) Các loại thép dùng xây dựng chủ yếu là: thép cốt cho bê tơng, thép có hình dạng định, thép thép ống Kim loại màu: Kim loại màu chia làm loại: nhẹ nặng Nhôm magiê thuộc loại nhẹ Loại nặng bao gồm: đồng, thiếc hợp kim Kim loại màu nặng thường dùng cơng trình đặc biệt để chống ăn mịn khí Kim loại màu dùng phổ biến xây dựng hợp kim nhôm, thiếc đồng Chương GIỚI THIỆU VỀ CÁC TÍNH CHẤT CƠ LÝ CƠ BẢN CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2.1 CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ 2.1.1 Khối lượng riêng 2.1.1.1 Định nghĩa Khối lượng riêng vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái hoàn toàn đặc 2.1.1.2 Nguyên tắc xác định Khối lượng riêng vật liệu xây dựng xác định trạng thái sấy khô tới khối lượng không đổi Với vật liệu xem hoàn toàn đặc thể tích vật liệu xác định mẫu gia cơng có kích thước hình học rõ ràng khối lập phương, hình khối hộp chữ nhật, hình trụ Với vật liệu có cấu trúc rỗng phải nghiền nhỏ thành hạt có đường kính nhỏ 0,2 mm thể tích đặc Va xác định thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ cho bột vật liệu vào đo bình tỷ trọng Khối lượng riêng tính cơng thức: ρa = m , g/cm3 Va Trong đó: ρa - khối lượng riêng vật liệu, g/cm3; m - khối lượng mẫu vật liệu trạng thái hồn tồn khơ, g; Va - thể tích mẫu vật liệu trạng thái hoàn toàn đặc, cm3 2.1.2 Khối lượng thể tích 2.1.2.1 Định nghĩa Khối lượng thể tích vật liệu khối lượng đơn vị thể tích vật liệu trạng thái tự nhiên bao gồm thể tích lỗ rỗng có 10 14.9.11 Bài tính tốn kết mẫu Thí nghiệm đầm chặt phịng mẫu cát hạt thơ có số liệu thí nghiệm sau: Số cối Số hiệu đĩa 10 11 13 15 18 KL đĩa (g) 131,2 143,1 125,1 136,5 141,1 146,4 135,4 138,1 140,8 141,7 KL đất ướt + đĩa (g) 214,9 235,2 243,7 245,6 254,2 241,8 260,5 262,3 264,8 268,1 KL đất khô + đĩa (g) 210,4 230,2 235,0 237,4 243,9 233,0 246,8 248,5 248,9 252,0 Độ ẩm 5,7 5,8 7,9 8,1 10,0 10,1 12,3 12,5 14,7 14,6 Độ ẩm TB 5,8 8,0 10,1 12,4 14,7 Khối lượng cối (g) 2650 2650 2650 2650 2650 Thể tích cối (cm3) 1000 1000 1000 1000 1000 KL chày đầm (kg) 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Số lớp đầm 3 3 KL cối + đất 4352 4472 4565 4606 4560 Mẫu cát có hàm lượng phần trăm hạt cỡ (> mm) 10,5 % Khối lượng thể tích hạt hạt cỡ (> mm) 2,68 g/cm3 Từ số liệu trên: - Tính khối lượng thể tích ướt sau đầm tương ứng với độ ẩm; - Tính khối lượng thể tích khơ tương ứng với độ ẩm; - Vẽ biểu đồ quan hệ khối lượng thể tích khơ độ ẩm; 417 - Trên biểu đồ xác định giá trị khối lượng thể tích khơ lớn độ ẩm tốt nhất; - Áp dụng công thức hiệu chỉnh với hàm lượng phần trăm cỡ 10,5 % để xác định giá trị khối lượng thể tích khô lớn độ ẩm tối ưu hỗn hợp đất (bao gồm sỏi sạn) D CÂU HỎI KIỂM TRA Câu 1: Theo TCVN 4201, đầm nện lớp cuối cùng, mẫu đất sau đầm đủ số búa phép nhơ cao mép cối không cm? Câu 2: Theo TCVN 4201, với hỗn hợp đất chứa phần trăm cỡ hạt cỡ cần phải hiệu chỉnh kết thí nghiệm? Câu 3: Mẫu chuẩn bị cho thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn có thơng số sau: - Độ ẩm ban đầu mẫu %; khối lượng mẫu dự chế 2500 g; - Lượng nước cần phải thêm vào mẫu đất để có độ ẩm cần dự chế 10 % (g)? 418 Câu 4: Mẫu chuẩn bị cho thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn có thơng số sau: - Độ ẩm ban đầu mẫu %; - Khối lượng mẫu dự chế 2500 g Lượng nước cần phải thêm vào mẫu đất để có độ ẩm cần dự chế 15% (g)? Câu 5: Mẫu chuẩn bị cho thí nghiệm đầm chặt tiêu chuẩn có thơng số sau: - Độ ẩm ban đầu mẫu 3,5 %; - Khối lượng mẫu dự chế 2500 g Lượng nước cần phải thêm vào mẫu đất để có độ ẩm cần dự chế 14 % (g)? Câu 6: Biểu đồ đầm chặt tiêu chuẩn đường biểu diễn quan hệ đại lượng nào? Câu 7: Nêu quy trình chung để thí nghiệm xác định độ chặt tiêu chuẩn 14.10 XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CBR CỦA ĐẤT, ĐÁ DĂM TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM A PHẦN LÝ THUYẾT 14.10.1 Khái niệm CBR tỷ số (tính phần trăm) áp lực nén (do đầu nén gây ra) mẫu thí nghiệm áp lực nén mẫu tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún quy định 14.10.2 Ý nghĩa sử dụng Giá trị CBR xác định theo quy trình sở đánh giá chất lượng vật liệu sử dụng làm nền, móng đường; ngồi cịn sử dụng để đánh giá cường độ kết cấu đường ô tô đường sân bay số phương pháp thiết kế có sử dụng thông số cường độ theo CBR 14.10.3 Phương pháp xác định Thí nghiệm xác định CBR vật liệu tiến hành tổ mẫu bão hòa (3 mẫu) đầm nén độ ẩm tốt tương ứng với phương pháp đầm nén phòng Ba mẫu đầm chặt theo quy trình đầm nén với số chày đầm cho lớp khác Xác định giá trị CBR tương ứng với ba mẫu đầm Từ xác định giá trị CBR ứng với độ chặt K yêu cầu khác Trong trường 419 hợp yêu cầu đặc biệt cần xác định giá trị CBR cho mẫu đầm nén giá trị đầm chặt tiêu chuẩn 14.10.4 Các tiêu chuẩn tham khảo ASSHTO T193, ASTM D4429, BS 1377:1990: Part 14.10.5 Dụng cụ vật liệu thí nghiệm - Thiết bị gia tải máy nén có khả tạo lực nén tới 44,5 kN với tốc độ dịch chuyển đế nâng 1,27 mm/phút, có tác dụng để đầu nén xuyên vào mẫu Đầu nén làm thép hình trụ, chiều dài khơng nhỏ 102 mm, đường kính mặt cắt ngang (49,63 ± 0,13) mm - Đồng hồ đo biến dạng (thiên phân kế) dùng để đo chuyển vị đầu nén xuyên vào mẫu Hành trình tối đa đồng hồ không nhỏ 25 mm (1 in) giá trị vạch đo 0,01 mm (0,0005 in) - Cối (khn) CBR (xem Hình 14.9): - Tấm đệm khối thép hình trụ, đường kính 150,8 ± 0,8 mm, dày 61,37 ± 0,25 mm, thích hợp với thân cối cao 177,80 mm để mẫu sau đầm có chiều cao 116,43 mm (xem Hình 14.9) - Chày đầm - Dụng cụ đo độ trương nở bao gồm phận sau (xem Hình 14.9) - Tấm gia tải làm thép, có loại gia tải (xem Hình 14.9): + Tấm gia tải hình vành khun khép kín, khối lượng (2,27 ± 0,04) kg, đường kính ngồi (149,2 ± 1,6) mm đường kính lỗ 54 mm; + Tấm gia tải hình vành khun hở có đường kính ngồi đường kính lỗ với loại gia tải hình vành khun khép kín Mỗi gia tải có khối lượng (2,27 ± 0,04) kg; + Tấm gia tải loại nửa hình vành khun có đường kính ngồi đường kính lỗ với loại gia tải hình vành khun khép kín Mỗi đơi gia tải có khối lượng (2,27 ± 0,04) kg - Bể ngâm mẫu loại bể có dung tích thích hợp để ngâm mẫu thí nghiệm CBR trì mực nước ln cao bề mặt mẫu 25 mm - Cân: cân có khả cân đến 15 kg với độ xác ± g (để xác định khối lượng thể tích ẩm mẫu) cân có khả cân đến 800 g với độ xác ± 0,01 g (để xác định độ ẩm mẫu) - Dụng cụ tháo mẫu thường kích thuỷ lực dụng cụ tương đương dùng để tháo mẫu đầm khỏi cối 420 Hình 14.9 - Dụng cụ thiết bị thí nghiệm 421 B PHẦN THỰC HÀNH Phần thực hành yêu cầu học viên nắm vững: - Quy trình thí nghiệm: chuẩn bị mẫu thí nghiệm, phương pháp đầm, bão hịa mẫu, đo mức độ trương nở mẫu, xuyên mẫu… - Biết cách tính tốn kết từ số liệu thí nghiệm: vẽ biểu đồ xuyên theo độ sâu, xác định giá trị CBR cối, vẽ biểu đồ CBR theo độ chặt cối 14.10.6 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm - Mẫu vật liệu chuyển phịng thí nghiệm làm khơ cách tãi rời hong gió cho vào tủ sấy nhiệt độ không 60OC (bẻ vỡ mẫu, tách hạt vật liệu tay vồ gỗ, tránh làm vỡ hạt) - Sàng gia công mẫu: Nếu tất hạt vật liệu lọt qua sàng 19 mm tồn mẫu sử dụng để thí nghiệm Nếu có hạt vật liệu nằm sàng 19 mm phải gia công mẫu cách thay lượng hạt sàng 19 mm lượng hạt lọt qua sàng 19 mm nằm sàng 4,75 mm Lượng vật liệu dùng để thay lấy từ phần dư mẫu vật liệu loại - Khối lượng mẫu thí nghiệm: Khối lượng mẫu chuẩn bị đủ để thí nghiệm đầm nén thí nghiệm xác định CBR Tránh không sử dụng mẫu bị đầm trước 14.10.7 Chuẩn bị thiết bị - Chuẩn bị cối đầm chặt: bơi dầu, cân đo kích thước cối Lựa chọn chày đầm thích hợp - Chuẩn bị cối đầm CBR: bơi dầu, cân đo kích thước cối - Kiểm tra hoạt động máy nén, lắp đầu xuyên vòng ứng biến Lựa chọn vòng ứng biến có khả chịu tải phù hợp với loại vật liệu 14.10.8 Cách tiến hành thí nghiệm a) Thí nghiệm đầm nén mẫu Mục đích để tìm giá trị độ ẩm tốt làm sở đầm tạo mẫu CBR giá trị khối lượng thể tích khơ lớn làm sở xác định giá trị độ chặt đầm nén K mẫu CBR Bước 1: Sử dụng 35 kg vật liệu chuẩn bị, tiến hành đầm mẫu vật liệu theo hướng dẫn quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm Bước 2: Xác định giá trị độ ẩm tốt giá trị khối lượng thể tích khơ lớn vật liệu 422 GHI CHÚ: Nếu biết giá trị độ ẩm tốt khối lượng thể tích khơ lớn vật liệu (qua kết đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm tiến hành trước) bỏ qua thí nghiệm đầm nén mẫu b) Trình tự đầm tạo mẫu thí nghiệm CBR Bước 1: Chia 25 kg mẫu chuẩn bị thành phần, phần khoảng kg để đầm tạo mẫu CBR Tính lượng nước thích hợp cho vào mẫu để đạt độ ẩm tốt Bước 2: Đầm mẫu: thực cối CBR Công đầm quy định tương ứng với mẫu là: mẫu 1: 65 chày/lớp; mẫu 2: 30 chày/lớp; mẫu 3: 10 chày/lớp • Đầm mẫu Bước 1: lắp chặt khít thân cối đai cối vào đế cối Đặt đệm vào cối Đặt miếng giấy thấm lên đệm Bước 2: trộn mẫu vật liệu với lượng nước tính tốn cho độ ẩm mẫu đạt giá trị độ ẩm đầm chặt tốt Bước 3: cho mẫu vào cối để đầm với 65 chày/lớp Trình tự đầm nén theo quy định Quy trình đầm nén đất, đá dăm phịng thí nghiệm với loại chày đầm số lớp quy định Cần ý cho chiều dày lớp sau đầm nhau, chiều cao mẫu sau đầm cao cối khoảng 10 mm Bước 4: sau đầm xong, tháo đai cối ra, dùng thép thẳng cạnh gạt bỏ phần mẫu dư miệng cối, chỗ bị lõm xuống lấy hạt mịn để miết lại cho phẳng; nhấc cối khỏi đế cối, nhấc đệm ngoài, đặt miếng giấy thấm lên mặt đế cối; lật ngược cối (đã có mẫu đầm) lắp lại vào đế cối cho mặt mẫu vừa sửa phẳng tiếp xúc với mặt giấy thấm Bước 5: lấy mẫu vật liệu rời (ở chảo trộn) trước sau đầm để xác định độ ẩm Với vật liệu hạt mịn lấy 100 gam, với vật liệu hạt thơ lấy 500 gam (Khối lượng xác định độ ẩm lấy theo loại vật liệu) Độ ẩm mẫu tính trung bình cộng giá trị độ ẩm trước sau đầm • Đầm mẫu thứ mẫu thứ 3: tương tự với đầm mẫu khác mẫu thứ đầm với 30 chày/lớp, mẫu thứ đầm với 10 chày/lớp c) Ngâm mẫu thí nghiệm CBR Tất mẫu sau đầm cối CBR ngâm nước trước thí nghiệm CBR Việc ngâm mẫu tiến hành theo trình tự sau: Bước 1: Lấy đo trương nở đặt lên mặt mẫu đặt gia tải lên Tổng khối lượng gia tải quy định 4,54 kg 423 Bước 2: Đặt giá đỡ thiên phân kế có gắn đồng hồ thiên phân kế để đo trương nở lên miệng cối Điều chỉnh để chân đồng đo trương nở tiếp xúc ổn định với đỉnh trục đo trương nở Ghi lại số đọc đồng hồ, ký hiệu số đọc đầu, S1 (mm) Bước 3: Cho mẫu vào bể nước để ngâm mẫu Duy trì mực nước bể ln cao mặt mẫu 25mm Thời gian ngâm mẫu thường quy định 96 (4 ngày đêm) Sau thời gian ngâm mẫu, ghi lại số đọc đồng hồ đo trương nở, ký hiệu số đọc cuối, S2 (mm) + Xác định độ trương nở: độ trương nở, tính theo đơn vị %, xác định sau: Độ trương nở (%) = S1 − S2 × 100 H (14.64) Trong đó: S1 số đọc đồng hồ thiên phân kế trước ngâm mẫu, mm; S2 số đọc đồng hồ thiên phân kế sau ngâm mẫu, mm; H chiều cao mẫu trước ngâm, 116,43 mm Bước 5: Lấy mẫu khỏi bể nước, nghiêng cối để tháo nước mặt mẫu để nước vịng 15 Sau đó, bỏ gia tải đo trương nở ngồi Cần thao tác cẩn thận để khơng làm xáo động bề mặt mẫu GHI CHÚ: 1) Thông thường, việc thí nghiệm CBR tiến hành sau mẫu ngâm nước thời gian 96 h Tùy theo yêu cầu riêng cơng trình, theo đặc thù loại vật liệu, để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, cách thức thời gian ngâm mẫu CBR sau: - Không ngâm mẫu, tiến hành nén CBR; - Ngâm mẫu với thời gian khác nhau: 24 h, 48 h, 72 h, 96 h, 120 h, - Mẫu bảo dưỡng ẩm với tuổi định (7 ngày, 14 ngày, 28 ngày ) sau tiến hành ngâm mẫu với thời gian quy định 2) Khối lượng gia tải 4,54 kg chất lên mẫu CBR khối lượng tối thiểu bắt buộc Để phục vụ cho mục đích nghiên cứu, theo yêu cầu dẫn kỹ thuật, gia tải đựợc đặt thêm cho tạo lực với lực lớp phía gây cho lớp vật liệu thí nghiệm Các gia tải đặt thêm tăng theo cấp, cấp 2,27 kg 3) Vật liệu có độ trương nở ≥ % khơng thích hợp để xây dựng đường, sử dụng phải chấp thuận cấp có thẩm quyền Khơng sử dụng vật liệu có độ trương nở lớn % 424 d) Thí nghiệm CBR Bước 1: Đặt gia tải lên mặt mẫu Để tránh tượng lớp vật liệu mềm yếu mặt mẫu chèn vào lỗ gia tải, đặt gia tải hình vành khun khép kín lên mặt mẫu, sau đặt mẫu lên bàn nén Bật máy đầu nén tiếp xúc với mặt mẫu gia lực lên mẫu khoảng 44 N Sau tiếp tục đặt hết gia tải, với số gia tải sử dụng ngâm mẫu Bước 2: Duy trì lực đầu nén tác dụng lên mặt mẫu 44 N, lắp đồng hồ đo biến dạng Tiến hành điều chỉnh số đọc đồng hồ đo lực đồng hồ đo biến dạng điểm 0, Bước 3: Gia tải: bật máy đầu nén xuyên vào mẫu với tốc độ quy định 1,27 mm/phút (0,05 in/phút) Trong qua trình máy chạy, tiến hành ghi chép giá trị lực nén thời điểm đầu nén xuyên vào mẫu: 0,64; 1,27; 1,91; 2,54; 3,75; 5,08 7,62 mm (0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3 in) Nếu cần thiết ghi thêm giá trị lực nén thời điểm đầu nén xuyên vào mẫu là:10,16 mm 12,7 mm (0,4 0,5 in) Sau tắt máy Bước 4: Tháo mẫu: sau nén xong, chuyển công tắc vị trí hạ mẫu Bật máy để hạ mẫu vị trí ban đầu Nhấc mẫu xuống tháo mẫu GHI CHÚ: Nếu muốn xác định độ ẩm mẫu sau ngâm, lấy mẫu vật liệu khoảng mẫu nén CBR với khối lượng: 100 gam với vật liệu hạt mịn, 500 gam với vật liệu hạt thô để xác định độ ẩm C XỬ LÝ KẾT QUẢ VÀ GHI PHIẾU 14.10.9 Biểu thị kết a) Vẽ đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún - Căn số liệu thí nghiệm: giá trị áp lực nén chiều sâu ép lún tương ứng để vẽ đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún Đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún mẫu thí nghiệm biểu thị Hình 14.10a, trục hồnh biểu thị chiều sâu ép lún (mm), trục tung biểu thị áp lực nén tương ứng (daN/cm2) Áp lực nén (daN/cm2) tính tỷ số lực nén (daN) diện tích đầu nén (cm2) - Hiệu chỉnh đồ thị số trường hợp, quan hệ số giá trị áp lực nén chiều sâu ép lún tương ứng thời điểm ban đầu nén mẫu khơng tăng tuyến tính, đoạn đồ thị quan hệ áp lực nén- chiều sâu ép lún vùng gần gốc toạ độ không thẳng mà bị võng xuống Trong trường hợp này, để có quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún xác, cần phải tiến hành hiệu 425 chỉnh Việc hiệu chỉnh thực cách dời gốc tọa độ, tiến hành sau: kéo dài phần đường thẳng đồ thị xuống phía để đường kéo dài cắt trục hoành điểm - điểm gốc toạ độ (xem cách hiệu chỉnh Hình 14.10b) b) Xác định CBR mẫu thí nghiệm - Dựa đồ thị quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún, xác định giá trị áp lực nén ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (ký hiệu P1) 5,08 mm (ký hiệu P2) - Tính giá trị CBR theo cơng thức sau (làm trịn đến chữ số sau dấu phẩy) CBR1 (%) = P1 × 100 69 (14.65) CBR2 (%) = P2 × 100 103 (14.66) Trong đó: CBR1 giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), %; CBR2 giá trị CBR tính với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), %; P1 áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm2; P2 áp lực nén mẫu thí nghiệm ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm2; 69 áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 2,54 mm (0,1 in), daN/cm2; 103 áp lực nén tiêu chuẩn ứng với chiều sâu ép lún 5,08 mm (0,2 in), daN/cm2 - Xác định CBR mẫu thí nghiệm: giá trị thí nghiệm CBR1 chọn làm CBR mẫu CBR1 ≥ CBR2 Nếu CBR2 > CBR1 phải làm lại thí nghiệm; kết thí nghiệm tương tự chọn CBR2 làm CBR mẫu thí nghiệm c) Xác định số CBR vật liệu - Vẽ đồ thị quan hệ CBR- độ chặt K: kết xác định CBR mẫu hệ số đầm nén K tương ứng (trên sở khối lượng thể tích khơ mẫu CBR khối lượng thể tích khơ lớn nhất), vẽ đường cong quan hệ CBR - độ chặt K - Từ đồ thị này, giá trị độ chặt đầm nén quy định K để xác định CBR (xem Hình 14.11) Đó giá trị CBR vật liệu (được đầm độ ẩm tốt ứng với độ chặt đầm nén quy định K) 426 a) Không hiệu chỉnh b) Hiệu chỉnh cách rời gốc tọa độ Hình 14.10 - Biểu đồ quan hệ áp lực nén - chiều sâu ép lún Hình 14.11 - Biểu đồ quan hệ CBR khối lượng thể tích khơ 427 14.10.10 Kết biểu mẫu thí nghiệm 428 429 Biểu mẫu thí nghiệm cách tính tốn kết theo bảng số liệu sau: - Mẫu thí nghiệm đầm nén trước theo phương pháp đầm cải tiến để xác định giá trị khối lượng thể tích lớn độ ẩm tốt nhất: 1,70 g/cm3 18,8 % - Sau chế bị khay đất có độ ẩm tương đương với độ ẩm 18.8 % Tiến hành đầm cối (5 lớp, số chày lớp cối 10 chày, 30 chày 65 chày) Sau đầm xong xác định khối lượng thể tích ướt, độ ẩm khối lượng thể tích khơ cối Kết thể bảng kết - Tiến hành làm bão hòa ba cối đầm, đồng thời đo trương nở q trình bão hịa Xác định độ trương nở theo công thức (14.64) - Sau đạt thời gian quy định bão hòa, tiến hành xuyên với cối - Theo dõi lực xuyên (số đọc vòng ứng biến) với chiều sâu ép lún định sẵn Lực xuyên = Số vạch đọc vòng ứng biến × Hệ số vịng ứng biến - Vẽ biểu đồ quan hệ chiều sâu ép lún áp lực xuyên (áp lực xuyên = lực xuyên/diện tích đầu xuyên) Xem xét đường cong có cần hiệu chỉnh hay không Trong mẫu, đường cong cối đầm 10 chày/1 lớp có dạng cần phải hiệu chình Đường cong cối đầm 30 chày 65 chày không cần hiệu chỉnh - Tính tốn giá trị CBR cối chiều sâu ép lún 2,54 mm 5,08 mm (áp dụng công thức (14.65) công thức (14.66)) Trong mẫu giá trị CBR 2,54 lớn giá trị CBR 5,08 nên giá trị CBR 2,54 lấy làm giá trị tính tốn Kết thể bảng - Vẽ biểu đồ quan hệ giá trị CBR khối lượng thể tích khơ ứng với cối Trên biểu đồ xác định giá trị CBR ứng với giá trị khối lượng thể tích khơ khác D CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Đất để thí nghiệm CBR chế bị độ ẩm nào? Câu 2: Nêu quy trình thí nghiệm xác định số CBR phịng thí nghiệm Câu 3: Sau ngâm mẫu thí nghiệm để xác định số CBR, người ta đo số đồng hồ 42 vạch Giá trị trương nở %? (Biết đồng hồ có độ xác 0,01mm; số đọc ban đầu 0) Câu 4: Sau ngâm mẫu thí nghiệm để xác định số CBR, người ta đo số đồng hồ 51 vạch Giá trị trương nở %? (Biết đồng hồ có độ xác 0,01mm; số đọc ban đầu 0) 430 Câu 5: Tính giá trị CBR chiều sâu ép lún 2,54 mm ứng với giá trị áp lực xuyên 10 daN/cm2 Câu 6: Tính giá trị CBR chiều sâu ép lún 2,54 mm ứng với giá trị áp lực xuyên 15 daN/cm2 Câu 7: Tính giá trị CBR chiều sâu ép lún 5,08 mm ứng với giá trị áp lực xuyên 15 daN/cm2 Câu 8: Tính giá trị CBR chiều sâu ép lún 5,08 mm ứng với giá trị áp lực xuyên 25 daN/cm2 431