Thí nghiệm và kiểm định công trình Part 2

Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 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 loại vật liệu xây dựng: kim loại, bê tông, gạch đá, vữa, gỗ Phương pháp thí nghiệm cho phép quan sát trực tiếp hình ảnh tiêu lý trạng thái ứng suất biến dạng vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn ) qua giai đoạn làm việc phá hoại hoàn toàn Kết thí nghiệm thu sở để đánh giá chất lượng thực tế vật liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2.1.1 Thí nghiệm vật liệu thép Thí nghiệm kéo đứt TCVN197-2002 – “Kim loại – Phương pháp thử kéo” a Nội dung phương pháp thử Đây phương pháp thí nghiệm xác định đặc trưng học kim loại cách kéo mẫu thử với tốc độ phù hợp mẫu bị phá hỏng Các đặc trưng học xác định qua phép thử : Giới hạn chảy, giới hạn bền, biến dạng dài độ thắt tương đối b Mẫu thử CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Mẫu thử tiêu chuẩn Mẫu thử nguyên dạng (SD: đánh giá SP xuất xưởng; kích thước lớn (SD: kiểm tra VLKL sử dụng thi công công trình có đủ hồ sơ kiểm tra cần GC, độ xác cao hơn) xuất xưởng, độ xác không cao) IA IA L0 = 5.65 L0 = 11.3 A-A A mẫu ngắn (Thép tròn, L0=5d) A mẫu dài (Thép tròn L0=10d) CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG c Tiến hành thử tính toán kết thí nghiệm Chọn thang lực máy thích hợp: Lực phá hoại (20-80)% giá trị tối đa thang lực Mẫu thí nghiệm phải đảm bảo tâm Tốc độ gia tải 6-60 N/mm2/s (MPa/s) tùy E vật liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Các thông số cần tính toán: Giới hạn chảy: σ ch Giới hạn bền: σb = Biến dạng dài đứt: Pch = A0 ε =( Pb (max) A0 ∆L L1 − L0 = ) *100% L0 L0 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG d Đánh giá kết luận Việc đánh giá chất lượng kim loại thông qua phép thử kéo thực việc so sánh tiêu lý thực tế thu sau thí nghiệm với tiêu yêu cầu tiêu chuẩn đánh giá (TCVN 1651-1985; TCVN 1651-2008, ) Thí nghiệm uốn TCVN 198-2008.Kim loại – PP thử uốn a Nội dung phương pháp thử Đây phương pháp thử đánh giá độ dẻo kim loại cách uốn mẫu quanh gối uốn cố định trước, đường kính gối uốn góc uốn xác dịnh tương ứng cho loại vật liệu Việc đánh giá khả chịu uốn kim loại tiến hành cách quan sát mức độ phá huỷ (nếu có) bề mặt vật liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG b Mẫu thử Mẫu thử uốn: Với thông số d: chiều dày mẫu đường kính mẫu Có thể nguyên dạng gia công (thép hình, kích thước lớn); với tiết diện chữ nhật b≥2d (khi b >20mm) Sơ đồ uốn hình vẽ; góc uốn đạt được: α≥[α] CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG c Tiến hành thử Việc uốn mẫu thực máy thí nghiệm chuyên dùng uốn phương pháp thủ công sử dụng bàn uốn, etô (đối với mẫu có kích thước nhỏ) d Đánh giá kết luận Mẫu sau uốn kiểm tra mắt, soi kính lúp, mẫu được coi đạt yêu cầu uốn thoả mãn đồng thời yếu tố: đạt góc uốn yêu cầu, mẫu không xuất trạng thái phá hoại cục : nứt, gãy, tách lớp vật liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG Thí nghiệm phá hoại kiểm tra mối nối Trong thực tế xây dựng có nhiều loại mối nối liên kết 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 tất dạng mối nối : Khả chịu lực mối nối phải không nhỏ khả chịu lực chủng loại quy định cho kim loại (do thiết kế tiêu chuẩn hành quy định) vị trí phá huỷ tốt nằm phạm vi mối nối c Thí nghiệm xác định độ hút nước gạch xây TCVN 6355-4:2009 Lượng mẫu sử dụng thí nghiệm viên gạch nguyên vệ sinh Sấy mẫu nhiệt độ 105 0C -1100C thời gian không 24h đến khối lượng không đổi (sai số kế cận tiếp không 0.2%), tiến hành cân mẫu xác định dung trọng khô Gk Sau mẫu thử ngâm 24h ngập nước, Sau vớt mẫu thử cân mẫu để xác định trọng lượng mẫu bão hoà Gw (thời gian vớt đến cân xong không phút) Độ hút nước mẫu thử tỷ số độ chênh lệch khối lượng hai loại mẫu (Gw –Gk)/Gk d Đánh giá chất lượng gạch xây Căn vào tiêu lý xác định yêu cầu tiêu chuẩn đánh giá, từ xác định chủng loại gạch tương ứng Với gạch đất sét nung, đánh giá theo TCVN 1451 :1998 (gạch đặc) TCVN 1650: 1998 (Gạch rỗng) Vữa xây dựng TCVN(3121-2003 phần 1-20) a Thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn vữa đóng rắn TCVN 312111:2003 • Thử uốn mẫu: Mẫu kích thước 40x40x160, lắp vào gá uốn, khoảng cách gối uốn 100mm; điểm đặt lực mẫu Mặt tiếp xúc với gối uốn mặt bên tiếp xúc với thành khuôn tạo mẫu Tiến hành uốn mẫu với tốc độ tăng tải từ 10N/s – 50N/s mẫu bị phá huỷ Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn • Cường độ uốn mẫu thử (Ru), tính N/mm2, xác đến 0,05N/mm2, theo công thức: Ru=3/2PuL/bh2 • Pu lực uốn gãy, tính Niutơn; L khoảng cách hai gối uốn, tính milimét (100mm); b, h chiều rộng, chiều cao mẫu thử, tính milimét (40mm 40mm) • Kết thử giá trị trung bình cộng mẫu thử, xác đến 0,1N/mm2 Nếu có kết sai lệch lớn 10% so với giá trị trung bình loại bỏ kết Khi kết thử giá trị trung bình cộng hai mẫu lại b Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén vữa đóng rắn TCVN 3121-11:2003 Mẫu thử nén nửa viên mẫu gãy sau thử uốn Nén mẫu với tốc độ tăng tải từ 100N/s - 300N/s mẫu bị phá huỷ Ghi lại tải trọng phá huỷ lớn • Cường độ nén mẫu thử (Rn), tính N/mm2, xác đến 0,05N/mm2, theo công thức: Rn=P/A • đó: P lực phá hoại (N); A: diện tích mẫu (mm 2) • Kết thử giá trị trung bình cộng mẫu thử, xác đến 0,1N/mm2 Nếu kết viên mẫu sai lệch lớn 15% so với giá trị trung bình viên mẫu loại bỏ kết viên mẫu Khi kết thử giá trị trung bình cộng viên mẫu lại 2.3 Phương pháp thí nghiệm không phá hoại (Non-Destructive Testing (NDT)) Phương pháp TNKPH sử dụng nguyên lý so sánh chuẩn hay sử dụng biểu đồ chuẩn để làm nguyên lý để khảo sát chất lượng vật liệu Quan hệ thông số trực tiếp đại diện cho chất lượng vật liệu (như cường độ , độ rỗng, kích thước khuyết tật ) thông số gián tiếp thu từ thiết bị KPH (như kích thước vết lõm, trị số bật nảy, tốc độ truyền sóng siêu âm ) thiết lập từ việc khảo sát trực tiếp mẫu chuẩn phòng thí nghiệm quan hệ cụ thể hóa thành biểu đồ chuẩn Thông qua biểu đồ chuẩn, thông số trực tiếp đại diện cho chất lượng vật liệu kết cấu xác định thông qua thông số gián tiếp khảo sát thực tế kết cấu Số lượng mẫu chuẩn dùng để thiết lập biểu đồ chuẩn quy định cụ thể theo phương pháp thí nghiệm Số lượng mẫu chuẩn lớn độ xác phép thử cao Phương pháp sử dụng súng bật nảy phương pháp siêu âm quy định số lượng tối thiểu 20 tổ mẫu Trong trường hợp không đủ mẫu mẫu để xây dựng biểu đồ chuẩn, cho phép sử dụng sử dụng đường chuẩn loại bê tông tương tự (về cốt liệu, tuổi , tỷ lệ nước - xi măng ) phải hiệu chỉnh số mẫu đúc 2.3.1 Phương pháp thí nghiệm không phá hoại với vật liệu bê tông Xác định cường độ BT qua độ cứng bề mặt sử dụng súng bật nảy (TCVN 9334:2012) a Nội dung phương pháp thử: Đây phương pháp kiểm tra chất lượng vật liệu thông qua độ cứng bề mặt thiết bị dựa nguyên lý nảy va chạm b Phạm vi áp dụng: Bê tông có mác từ 100 đến 500, cốt liệu có Dmax < 40mm Bê tông không bị nứt rỗ, phân tầng khuyết tật Bê tông không bị tác động hóa chất hỏa hoạn Bê tông không thuộc dạng khối lớn đường sân bay, trụ cầu, móng đập c Thiết bị thử: Dựa nguyên lý nảy va chạm gồm có loại sau: Loại N: Năng lượng va chạm E=2.205 Nm dùng cho công trình dân dụng Loại L: E=0.735 Nm: Dùng cho KC mỏng, đánh giá loại gạch đá nhân tạo Loại M: E=29.43 Nm: Thử KC BT khối lớn, mặt đường BT; đường sân bay Loại P: E=0.883 Nm: Thử vật liệu có độ cứng nhỏ, cường độ thấp Thực tế sử dụng: NR: CT dân dụng; NA: BT kết cấu nước; LR: BT kết cấu mỏng d Xây dựng biểu đồ chuẩn • Để đánh giá chất lượng bê tông trường, phải xây dựng biểu đồ quan hệ thực nghiệm cường độ nén xác định tiến hành nén phá hoại (R) trị số bật nảy trung bình (n) bắn súng mẫu thử (được đúc trình thi công để thử nén phá hoại) Trong trình thử, cần đảm bảo yêu cầu sau : • Để xây dựng biểu đồ chuẩn cho loại mác: Cần 20 tổ mẫu (mỗi tổ gồm viên) Đối với mẫu khoan, việc xây dựmg biểu đồ chuẩn cần số lượng mẫu 20 mẫu có đường kính không nhỏ 10cm • Hàm quan hệ R-n tuyến tính dạng hàm mũ tùy thuộc vào khoảng dao động lớn hay nhỏ Thông thường biểu đồ chuẩn thiết lập đường quan hệ R-n với ba phương kiểm tra : ngang, xuống lên d Tiến hành thử đánh giá cường độ bê tông trường Chuẩn bị vùng thử với diện tích >=400cm2 Mỗi cấu kiện riêng biệt cần thử 12 vùng Mỗi cấu kiện lô sản phẩm cần thử vùng Xác định trị số bật nảy trung bình (n) cho vùng thử Xác định cường độ bê tông vùng từ quan hệ R-n Xác định hệ số biến động (v) cường độ bê tông (v≤20%) Khi v=0.11-0.15 Ryc=(1-1.15)Rtk; v=0.16-0.18 Ryc=(1.2-1.3)Rtk; Khi v=0.19-0.2 Ryc=(1.3-1.5)Rtk Điều kiện đạt yêu cầu là: Rht≥Ryc 15 16 Xác định cường độ bê tông qua vận tốc truyền sóng xung siêu âm (TCVN 9357:2012) a Khái niệm phương pháp siêu âm Siêu âm dao động học đàn hồi truyền môi trường vật chất với tần số dao động từ 20kHz trở lên b Thiết bị kỹ thuật đo: Với cấu tạo BT, thiết bị đo phù hợp loại máy với đầu dò có tần số từ 25-200KHz Thông dụng loại tần số 50-60KHz, phù hợp với bê tông có cỡ hạt tối đa 40mm Cách phân bố đầu đo: Kết phép đo cho vận tốc truyền sóng: v=L/T (m/s) Trong bê tông v=3500-5000m/s ®o xuyªn ®o gãc ®o mÆt c Xây dựng đường cong chuẩn Thiết lập quan hệ R-v với 20 tổ mẫu Trường hợp đường cong chuẩn sử dụng công thức: Rkc=a.Vkc4; a=Rlp/Vlp4 Xác định khuyết tật bê tông: a Phát đo bọt rỗng tồn kết cấu bê tông Khi kích thước lỗ rỗng lớn đầu dò xác định kích thước lỗ rỗng theo công thức sau:  tr D = d + L   tk   −  b Xác định chiều sâu vết nứt L h= 2  tn    −  tk  2 L 4t1 − t h= t 2 − t12 c Dự đoán chiều dày lớp BT chất lượng a= l0 V2 − V1 l −l l −l ; V1 = ; V2 = V2 + V1 t − t1 t − t3 Xác định cường độ bê tông phương pháp kết hợp siêu âm súng bật nảy (TCVN 9335:2012) Đây phương pháp kết hợp, dễ thực hiện, cải thiện sai số phương pháp riêng lẻ nói 2.3.2 Phương pháp thí nghiệm không phá hoại với vật liệu kim loại Phương pháp siêu âm xác định khuyết tật chiều dày kim loại • Phương pháp kiểm tra chất lượng kim loại sóng siêu âm dựa sở nghiên cứu trình lan truyền sóng dao động đàn hồi có tần số từ 0,5 đến 25 MHz môi trường vật liệu kết cấu Quá trình thực phép kiểm tra theo nhiều nguyên lý khác như: bóng tật, xung đột, cộng hưởng, tổng trở dao động tự do; dùng phổ biến có hiệu phương pháp dò bóng tật phương pháp xung ngắt quãng Phương pháp dò bóng tật Phương pháp xung ngắt quãng 2.3.3 Phương pháp điện từ xác định chiều dày lớp bê tông bảo vệ, vị trí đường kính cốt thép (TCVN 9356:2012) • Các thiết bị dùng để xác định đặc trưng cốt thép nằm kết cấu bêtông cốt thép (kích thước đường kính, vị trí cốt thép chiều dày lớp bêtông bảo vệ) chế tạo dựa hiệu ứng tượng cảm ứng điện từ Việc áp dụng thiết bị khảo sát kết cấu BTCT cần ý: người sử dụng cần nắm vững cấu tạo BTCT để tránh vùng cốt thép dày (vùng nối) kết phép đo đường kính cốt thép đảm bảo xác Các thao tác thí nghiệm cụ thể hướng dẫn phòng thí nghiệm CTXD ... 1 72 230 139.3 M3 27 70 9 62 174 23 2 137.8 STT Yêu cầu Đánh giá loại thép có KQTN bên theo TCVN: 1651-1985 20 08 CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2. 2 .2. .. +1 − σ i ε i +1 − ε i 2. 2.3 Thí nghiệm xác định tính chất lý số vật liệu khác Gạch xây TCVN 6355 -20 09 (Phần 1-8) a Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén gạch xây TCVN 635 52: 2009 Chuẩn bị tối thiểu... thực tế vật liệu CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2. 1.1 Thí nghiệm vật liệu thép Thí nghiệm kéo đứt TCVN197 -20 02 – “Kim loại – Phương pháp thử kéo”