nghiên cứu xác định nhanh cường độ bêtông thiết bị đo không phá hoại Th.s - Nguyễn Quang Phú - Bộ môn Vật liệu Xây dựng - ĐHTL Th.s - Đỗ Viết Thắng - T T Kết cấu CT - Viện Khoa học Thủy lợi Tóm tắt: Kiểm tra chất lượng bê tông trình thi công bê tông đánh giá nghiệm thu trước đưa vào sử dụng khai thác khâu quan trọng đảm bảo chất lượng công trình Vì phương pháp kiểm tra cần phản ánh ngày sát với chất lượng thực bê tông công trình Do việc quản lý kiểm tra chất lượng bê tông công việc quan trọng, góp phần đảm bảo nâng cao tuổi thọ công trình mà thúc đẩy cho việc thi công công trình tiến độ, đáp ứng tiêu chí vỊ kü tht vµ kinh tÕ Thùc tÕ cã phương pháp xác định cường độ bê tông (phương pháp phá hoại phương pháp không phá hoại) Tuy nhiên phương pháp phá hoại phức tạp trình lấy mẫu làm ảnh hưởng đến kết cấu công trình; phương pháp không phá hoại sử dụng phương pháp kết hợp xung siêu âm súng bật nảy, kết có độ xác chưa cao làm chậm tiến độ thi công bê tông Từ vấn đề nêu trên, báo đưa nghiên cứu bước đầu phương pháp xác định nhanh cường độ bê tông thiết bị không phá hoại I- Mục tiêu nghiên cứu : + Trên sở khoa học tìm quan hệ độc lập cường độ chịu nén bê tông với vận tốc xung siêu âm Rb = f(v); cường độ chịu nén bê tông với giá trị vạch súng bật nẩy Rb = f(n) để xác định nhanh cường độ chịu nén cho mác bê tông M150, M200 M300 thiết bị đo không phá hoại theo lý thuyết phương pháp bình phương nhỏ từ số liệu đo công trình thực tế số liệu thÝ nghiƯm phßng + Xư lý sè liƯu thùc tế đo công trình số liệu thí nghiệm phần mềm MATLAB 7.0 ii- Xác định quan hệ R = f(n), R = f(v) công thức thực nghiệm: 2.1.Cơ sở lý thuyết phương pháp bình phương nhỏ : 2.1.1.Sự xấp xỉ trung bình bình phương : Vấn đề tìm giá trị hàm số cho bảng giá trị đối số bảng giải ®a thøc néi suy, thĨ thay hµm f(x) bëi đa thức nội suy P(x) Một cách tổng quát thay hàm f(x) hàm g(x) khác, cho g(x) dễ tính Cách thay f(x) g(x) coi xấp xỉ hàm f(x) Nhưng với cách xấp xỉ rõ ràng không phù hợp, hay nói khác chưa thật tốt hàm số f(x) hàm tuần hoàn Trong trường hợp người ta thường xấp xỉ hàm tuần hoàn f(x) đa thức lượng giác Hơn nữa, xây dựng đa thức nội suy P(x), đòi hỏi yi = f(xi) = P(xi) mốc nội suy xi Điều khó thực thực tế giá trị yi tính gần mà Khi người ta thường xây dựng hàm số xấp xỉ theo nguyên tắc sau Chọn P(x) thuộc lớp hàm cho đơn giản f(x), có nghĩa P(x) phụ thuộc vào số tham số theo cách Chẳng hạn chọn P(x) thuộc lớp đa thực bậc 3, P(x) có dạng : P( x) a b x c x d x Râ rµng P phơ thc vµo tham sè a, b, c, d mét c¸ch tuyÕn tÝnh Sau ta xác định tham số P(x) cho sai số trung bình bình phương : n f ( x i ) P ( xi ) n i 1 nhỏ ( xi, i=1,,n điểm ta biết f(xi), dù gần đúng) Phương pháp xấp xỉ hàm gọi phương pháp bình phương nhỏ 2.1.2 Lựa chọn công thức thực nghiệm : Giả sử có hai đại lượng x y có quan hệ hàm số với nhau, tìm quan hệ hàm số Muốn vậy, ta làm loạt thí nghiệm; sau quan sát, đo đạc, tính toán ta thu bảng kết sau : x xo x1 x2 ……………………………………xn y yo y1 y2 yn Từ tìm hệ thức hàm số y = f(x) cụ thể Cách tìm gọi lập công thức thực nghiệm Nói chung hy vọng tìm hàm f(x) hoàn toàn, nên tìm hàm xấp xỉ với hàm số f(x) mà Ngay việc tìm hàm xấp xỉ đơn giản, nên người ta thường giả thiết dạng hàm xấp xỉ biết, chẳng hạn dạng sau : y a b x y a b cos x c sin x y a e b x y a b x c x y a b x c x d x y a x b tìm tham số a, b, c, d Các tham số xác định phương pháp bình phương nhỏ Muốn làm cho sai số trung bình bình phương nhỏ cần làm cho đại lượng S nhỏ đủ n S f ( x i ) P ( xi ) (2-1) i 1 2.2.X¸c định hàm số quan hệ R = f(n) R = f(v) : 2.2.1.Xác định phương trình quan hệ R = f(n) : Nếu khoảng dao động cường độ bêtông Ximax - Ximin 200 daN/cm2, phương trình quan hƯ R = f(n) cã d¹ng tun tÝnh : (2-2) R a o a1 n NÕu kho¶ng dao ®éng cêng ®é Ximax - Ximin > 200 daN/cm2, phương trình quan hệ R = f(n) có dạng hàm mò : (2-3) R bo e b n Các hệ số ao, a1, bo, b1 xác định theo c«ng thøc : a o R a1 n N (n a1 i (2-4) n) ( Ri R ) i 1 N (n i n) (2-5) i 1 N (n b1 i n) (ln Ri ln R ) i 1 N (n i n) i 1 (2-6) bo e ln R b1 n (2-7) Giá trị cường độ trung bình bêtông R giá trị bật nẩy trung bình n để xác định hệ số lÊy theo c«ng thøc : N R i i 1 R (2-8) N N n n i i 1 (2-9) N N ln R i i 1 ln R (2-10) N Trong ®ã : Ri, ni - Các giá trị tương ứng với cường độ bêtông giá trị bật nẩy mẫu thứ i N - Số mẫu sử dụng để xây dựng biểu đồ * Đánh giá sai số quan hệ R ~ n : + Sai sè cđa quan hƯ R ~ n đánh giá đại lượng độ lệch bình phương trung bình ST, theo công thức : N (R ST Rsti ) ni i (2-11) N : Rni Rsti - cường độ trung bình bêtông tổ mẫu thứ i, xác định máy nén súng thử N - số tổ mẫu thử ®Ĩ x©y dùng biĨu ®å quan hƯ R ~ n + Quan hƯ R ~ n ph¶i cã hƯ sè hiệu dụng F không nhỏ độ lệch bình phương trung bình ST không vượt 12% cường độ trung bình Rn tất mẫu thử máy nén xây dựng biểu đồ quan hệ Giá trị Rn F tính theo c«ng thøc : N Rni Rn F i 1 (2-12) N So ST (2-13) N So 14) ®ã : ( Rni Rn) i 1 N 1 (2- So - độ lệch bình phương trung bình cường độ bêtông nén N mẫu thử Nếu F m nghiệm Vì (3-1 ) nghiệm xác nên ta coi (3-1) vấn đề tìm tối ưu, với toán tìm tối thiểu diễn đạt : C x d (3-5), 2 (3-5) lµ chuÈn toàn phương Euclid vector Nếu ta thay F(x) = C.x - d vµo vµ tÝnh chuÈn Euclid, ta thu ®ỵc : n Fi ( x) (3-6) i Fi(x) sai lệch thành phần thứ i (3-1) với nghiệm xác Ta phải tìm vector x, cho tổng bình phương sai phân ( 3-6) nhỏ 3.2 kết thí nghiệm đo siêu âm - bắn súng - ép mẫu bê tông: 3.2.1 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm: Một số thành phần đặc trưng bê tông tiêu chuẩn quy định sau : + Chất kết dính : ximăng Pooclăng PC30 + Cốt liệu lớn : đá dăm với Dmax = 40mm + Cốt liệu nhỏ : cát vàng có Mđl từ 2,0 ~ 3,0 Cốt liệu đạt chất lượng tốt Cát, đá đạt thành phần cấp phối hạt tiêu chuẩn Sau đúc tổ mẫu (mỗi tổ mẫu) tiêu chuẩn kích thước (150x150x150)mm, bảo dưỡng tổ mẫu điều kiện môi trường tiêu chuẩn sau 28 ngày tuổi thí nghiệm kiểm tra cường ®é 3.2.2 KÕt qu¶ thÝ nghiƯm: B¶ng 3-1 : KÕt thí nghiệm bê tông M150 Tổ 10 Thêi gian truyền Trị số bật nẩy Lực ép Cường độ VË tèc trun (s) (v¹ch) (tÊn) (daN/cm ) (m/s) 38.4 39.0 38.2 38.1 36.9 36.7 38.1 36.7 37.2 36.5 21 20 24 23 25 24 20 25 24 25 34.7 33.5 35.6 36.0 39.4 40.5 35.8 40.3 38.0 41.6 154 149 158 160 175 180 159 179 169 185 3910 3850 3930 3940 4065 4085 3935 4085 4034 4110 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 38.4 38.3 39.0 38.2 36.5 37.3 36.5 38.2 39.0 36.9 37.3 37.2 36.9 37.2 36.5 36.6 38.2 37.2 39.2 38.2 38.4 37.5 38.4 36.3 36.6 38.2 39.0 38.3 36.9 39.0 38.2 37.3 38.2 39.0 36.9 23 22 24 21 24 24 26 22 24 25 23 24 26 24 27 22 19 21 19 19 21 22 20 26 25 19 19 21 24 20 21 23 20 18 24 34.7 35.1 33.3 35.3 41.9 37.6 41.9 35.6 33.3 39.4 37.6 37.8 39.4 37.8 41.6 41.0 35.3 37.8 32.6 35.3 34.4 36.7 34.7 42.1 41.0 35.3 33.3 35.1 39.4 33.3 35.3 37.6 35.6 33.5 39.6 154 156 148 157 186 167 186 158 148 175 167 168 175 168 185 182 157 168 145 157 153 163 154 187 182 157 148 156 175 148 157 167 158 149 176 3910 3920 3845 3925 4115 4025 4115 3930 3845 4065 4025 4030 4065 4030 4110 4095 3925 4030 3830 3925 3905 4005 3910 4130 4095 3925 3845 3920 4065 3845 3925 4025 3930 3850 4070 Lực ép Cường độ Bảng 3-2 : Kết thí nghiệm bê tông M200 Tổ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Thêi gian truyÒn Trị số bật nẩy Vậ tốc truyền (s) (vạch) (tÊn) (daN/cm ) (m/s) 36.9 37.0 37.8 36.7 36.9 37.2 36.9 36.4 36.9 36.8 36.1 36.9 37.1 36.5 36.2 37.2 37.9 35.6 36.1 36.9 36.0 23 24 24 26 24 25 28 25 25 24 25 28 24 27 24 28 24 28 25 26 25 45.5 45.0 41.6 46.6 45.7 43.2 45.7 47.0 45.2 45.9 47.9 45.2 44.1 46.8 47.5 43.4 41.0 52.2 47.9 45.7 50.0 202 200 185 207 203 192 203 209 201 204 213 201 196 208 211 193 182 232 213 203 222 2060 4050 3970 4090 4060 4030 4070 4120 4060 4080 4160 4060 4040 4110 4140 4030 3960 4210 4160 4070 4170 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 37.3 36.8 36.4 37.0 37.0 35.9 37.1 37.0 35.2 36.2 37.4 37.8 36.1 36.9 36.5 36.9 37.0 35.4 36.9 36.1 36.8 37.1 36.1 37.4 26 28 27 26 24 27 26 25 29 29 24 23 26 27 25 24 22 28 23 28 24 23 27 23 43.0 46.4 47.3 43.9 43.7 50.2 43.4 45.2 54.7 49.1 42.8 41.2 47.7 44.1 48.6 45.0 43.7 53.6 44.1 47.9 45.5 43.4 49.7 43.0 191 206 210 195 194 223 193 201 243 218 190 183 212 196 216 200 194 238 196 213 202 193 221 191 4020 4080 4120 4050 4050 4180 4040 4050 4260 4140 4010 3970 4150 4060 4110 4070 4050 4240 4070 4150 4080 4040 4160 4010 Lực ép Cường độ Bảng 3-3 : Kết thí nghiệm bê tông M300 Tổ 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Thêi gian trun TrÞ sè bËt nÈy VË tèc trun (s) (v¹ch) (tÊn) (daN/cm ) (m/s) 35.7 35.9 35.2 35.4 35.1 35.5 35.1 35.2 35.4 35.5 35.6 35.5 35.5 35.5 36.1 35.0 35.5 35.9 35.5 35.5 36.0 35.4 35.1 35.6 35.3 35.2 35.1 35.4 35.0 35.3 35.5 35.7 31 29 31 29 33 29 33 31 34 33 29 33 34 28 30 35 31 30 32 31 29 31 31 30 33 32 33 32 33 34 30 30 66.8 64.4 70.9 69.5 71.3 69.1 71.6 70.2 70.0 70.4 65.5 67.1 68.4 68.9 64.4 72.2 68.0 65.0 68.2 67.1 65.0 68.4 71.3 66.6 68.4 69.5 70.0 68.9 70.4 69.1 67.1 66.2 297 286 315 309 317 307 318 312 311 313 291 298 304 306 286 321 302 289 303 298 289 304 317 296 304 309 311 306 313 307 298 294 4200 4180 4260 4240 4270 4230 4270 4260 4240 4230 4210 4220 4230 4220 4160 4290 4220 4180 4220 4220 4170 4240 4270 4210 4250 4260 4270 4240 4280 4250 4230 4200 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 35.4 35.5 35.2 35.1 35.3 35.9 35.2 35.0 35.0 35.6 36.1 35.6 35.9 33 29 34 33 33 31 33 34 33 31 30 32 29 70.2 67.3 70.7 70.9 69.3 66.6 70.0 71.1 71.3 67.3 65.9 67.7 65.9 312 299 314 315 308 296 311 316 317 299 293 301 293 4240 4220 4260 4270 4250 4180 4260 4280 4290 4210 4160 4210 4180 HÖ sè hiệu dụng F