tài liệu nhằm giúp cho sinh viên có tài liệu để nghiên cứu nội dung và trình tự các bước tiến hành cũng như cách thể hiện số liệu thí nghiệm qua báo cáo kết quả, tác giả đã biên soạn tài liệu H
Trang 1KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG BỘ MÔN: VẬT LIỆU XÂY DỰNG
THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Trang 21
Bài 1: XÁC ĐỊNH KHỐI LƯỢNG RIÊNG VÀ KHỐI LƯỢNG
THỂ TÍCH CỦA CÁC LOẠI VẬT LIỆU
1) Mục đích thí nghiệm:
- Làm quen với thí nghiệm xác định khối lượng riêng và khối lượng thể tích của các loại vật liệu xi măng, cát, đá, và gạch đất sét nung
- Đưa vào ứng dụng thực tế một số vấn đề như:
+ Thiết kế cấp phối bê tông
+ Lựa chọn các phương tiện vận chuyển vật liệu cho phù hợp
2) Dụng cụ thí nghiệm:
a) Xác định khối lượng riêng:
o Xi măng:
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Bình Le Chatelier
- Tủ sấy, bình hút ẩm, sàng 0.63 (mm)
- Phễu, giấy thấm
- Xi măng, dầu hỏa
o Cát:
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Tủ sấy, bình hút ẩm, sàng 5 (mm)
- Bình khối lượng riêng có vạch chuẩn
- Phễu
- Cát
b) Xác định khối lượng thể tích:
o Xi măng:
- Tủ sấy, bình hút ẩm
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Thùng đong 2.83 (lít), phễu, dao gạt
(thước gạt)
- Xi măng
o Cát:
- Tủ sấy, bình hút ẩm
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Thùng đong 2.83 (lít), phễu, dao gạt
(thước gạt)
- Cát
o Đá:
- Cân đồng hồ, độ chính xác 200 (g)
- Thùng đong 14.16 (lít), dao gạt (thước gạt)
- Các loại đá cần thiết: đá dăm, đá 1-2, đá 4-6
o Gạch và bê tông:
- Tủ sấy, bình hút ẩm
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Thước (thước kẹp, thước gập)
- Gạch 2 lỗ, gạch 4 lỗ, các mẫu bê tông
Trang 3- Xi măng được sấy khô ở nhiệt độ 105 – 110oC trong hai giờ, sau đó để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng thí nghiệm Sàng xi măng qua sàng 0.63 (mm) để loại bỏ tạp chất và hạt xi măng đã vón cục
- Đổ dầu hỏa vào bình Le Chatelier tới khi mặt thoáng của dầu ở vạch số không (0) (dùng phễu thủy tinh để cho dầu vào bình) Dùng giấy thấm hết các giọt dầu dính ở thành bình (phía trên mặt thoáng)
- Cân 65 (g) xi măng đã chuẩn bị ở các bước trên
- Cho 65 (g) xi măng từ từ vào bình Le Chatelier Sau đó, nghiêng và xoay nhẹ bình để không khí trong xi măng thoát hết ra ngoài (đến khi không còn bọt khí xuất hiện)
- Ghi lại vị trí mặt thoáng của dầu trong bình Le Chatelier Thể tích tăng thêm của dầu chính là thể tích đặc của 65 (g) xi măng
- Khối lượng riêng của xi măng được tính theo công thức:
o Cát:
- Chúng ta quy ước rằng: trong mỗi hạt cát không tồn tại lỗ rỗng kín Do đó, thể tích đặc của mẫu cát thí nghiệm chính là tổng thể tích của từng hạt cát trong mẫu đó Để xác định thể tích đặc của mẫu cát đem thí nghiệm, chúng ta dùng phương pháp “thể tích chất lỏng bị chiếm chỗ” Để xác định khối lượng mẫu cát đem thí nghiệm, ta cân bằng cân kỹ thuật
- Cát được sàng qua sàng 5 (mm) để loại bỏ hạt lớn hơn 5 (mm) Sau đó, cát được rửa sạch để loại bỏ hạt nhỏ hơn 0.14 (mm), sấy khô đến khối lượng không đổi ở nhiệt độ
105 – 110oC Cát được để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng
- Bình khối lượng riêng được rửa sạch, sấy khô Cho nước vào bình tới khi mực nước đến vạch chuẩn
Trang 4- Tiếp tục cho nước vào bình tới khi mực nước đến vạch chuẩn Đem cân bình, ghi lại khối lượng m2 (g)
- Đổ hết cát và nước trong bình ra, rửa sạch bình
- Khối lượng riêng của cát cũng tuân theo công thức (1-1) Ta tính như sau:
- Kết quả thí nghiệm xác định khối lượng riêng của cát [chính xác đến 0.1 (g/cm3)] là trị số trung bình cộng của 2 lần thí nghiệm, mà kết quả 2 lần thử này không sai nhau quá 0.02 (g/cm3)
b) Xác định khối lượng thể tích:
o Xi măng:
- Cân thùng đong 2.83 (l) bằng cân kỹ thuật, được giá trị m1 (g)
- Đem xi măng sấy khô tới khối lượng không đổi Sau đó đổ vào thùng đong bằng phễu Miệng tháo của phễu nằm cách mặt thùng đong là 10 (cm)
- Dùng dao gạt từ giữa sang 2 bên sao cho bằng mặt thùng Đem cân thùng đã chứa đầy xi măng, được giá trị m2 (g)
- Khối lượng thể tích của xi măng tuân theo công thức sau:
o Cát:
- Cân thùng đong 2.83 (l) bằng cân kỹ thuật, được giá trị m1 (g)
- Đem cát sấy tới khối lượng không đổi Cát được đổ vào thùng đong thông qua 1 cái phễu Miệng tháo của phễu nằm cách mặt thùng đong là 10 (cm)
- Dùng dao gạt từ giữa sang 2 bên sao cho bằng mặt thùng Đem cân thùng đã chứa đầy cát, được giá trị m2 (g)
- Khối lượng thể tích của cát tuân theo công thức sau:
o Đá:
- Cân thùng đong 14.16 (l) bằng cân đồng hồ, được giá trị m1 (g)
- Đá được phơi khô Sau đó được đổ vào thùng đong, độ cao rơi so với miệng thùng đong là 10 (cm) Dùng thước gạt từ giữa sang 2 bên sao cho bằng mặt thùng
Trang 54
- Đem cân thùng đã chứa đầy đá (dùng cân đồng hồ), được giá trị m2 (g)
- Khối lượng thể tích của cát tuân theo công thức (2-1) Ta tính như sau:
- Làm thí nghiệm lần lượt với 3 loại đá: đá dăm, đá 1-2, và đá 4-6
o Bê tông:
- Đem mẫu bê tông sấy tới khối lượng không đổi
- Dùng cân kỹ thuật để cân khối lượng m của mỗi mẫu bê tông
- Dùng thước đo các cạnh của mẫu bê tông Mỗi cạnh đo 4 lần và lấy giá trị trung bình cộng để làm giá trị tính toán của cạnh đó
- Đem gạch sấy tới khối lượng không đổi
- Dùng cân kỹ thuật để cân khối lượng G của mỗi viên gạch
- Dùng thước đo các cạnh của từng viên gạch Mỗi cạnh đo 4 lần và lấy giá trị trung bình cộng để làm giá trị tính toán của cạnh đó
Trang 6- Làm thí nghiệm lần lượt với các mẫu bê tông, gạch 2 lỗ và gạch 4 lỗ
4) Tính toán kết quả – Nhận xét:
a) Xác định khối lượng riêng:
o Xi măng:
• Kết quả:
Lần 1 Lần 2
Va (cm3) 22.3 22.35 '( *)
7 )8 / 2.632 2.637
• Nhận xét:
5 đạt yêu cầu
- Vậy:
b) Xác định khối lượng thể tích:
o Xi măng, cát, và đá:
Trang 7cTB(cm)
*9 *:; (:; <:; .:;
Trang 87
Vậy:
o Gạch 4 lỗ (lỗ hình chữ nhật):
• Kích thước viên gạch:
cTB(cm) (V:;TB < (cm:; .:;
Trang 9cTB(cm) VTB (cm
Trang 109
Bài 2: XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC TIÊU CHUẨN CỦA XI
MĂNG VÀ MÁC XI MĂNG
1) Mục đích thí nghiệm:
- Làm quen với phương pháp và thao tác thí nghiệm xác định lượng nước tiêu chuẩn
NTC và mác của xi măng
- Từ lượng nước tiêu chuẩn:
+ Biết hồ xi măng có độ dẻo tiêu chuẩn Xác định được thời gian ninh kết của xi măng, từ đó tính toán được thời gian thi công của xi măng, hay bê tông
+ Xác định được lượng nước ứng với lúc hỗn hợp bê tông có độ lưu động tốt nhất mà không bị phân tầng
- Xác định mác xi măng để có thể tính toán cấp phối bê tông
2) Dụng cụ thí nghiệm:
a) Xác định lượng nước tiêu chuẩn của xi măng:
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Sàng 0.63 (mm)
- Ống đong thủy tinh hình trụ loại 150 (ml)
- Chảo hình chỏm cầu
- Bay (khi trộn bằng tay); hoặc máy trộn
- Khăn lau ẩm
- Đồng hồ bấm giây
- Tấm mica
- Dụng cụ Vicat + Khâu hình côn bằng nhựa
- Xi măng, nước
b) Xác định mác xi măng:
- Khuôn đúc mẫu xi măng có kích thước 4 x 4 x 16 (cm)
- Chày đầm có kích thước mặt đáy là 3.5 x 3.5 (cm)
- Dầu (nhớt)
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Ống đong thủy tinh hình trụ loại 500 (ml)
- Chảo hình chỏm cầu
- Khăn lau ẩm
- Bay (khi trộn bằng tay); hoặc máy trộn
- Búa cao su
Trang 1110
- Thiết bị dưỡng hộ
- Máy uốn và ép mẫu, tấm đệm ép
- Xi măng, cát tiêu chuẩn, nước
3) Trình tự thí nghiệm:
a) Xác định lượng nước tiêu chuẩn của xi măng:
o Lượng nước tiêu chuẩn:
Lượng nước tiêu chuẩn của xi măng là lượng nước đảm bảo chế tạo hồ xi măng đạt độ dẻo tiêu chuẩn, được tính bằng % so với lượng xi măng Độ dẻo tiêu chuẩn của xi măng được xác định bằng dụng cụ vicat, với kim vicat có đường kính 10 (mm) Cho kim rơi ở độ cao 40 (mm) cắm vào hồ xi măng, nếu độ cắm sâu của kim vicat từ 33 đến 35 (mm) thì hồ
xi măng đó có độ dẻo tiêu chuẩn, và lượng nước ứng với độ dẻo đó chính là lượng nước tiêu chuẩn
o Trình tự thí nghiệm:
- Cân 500 (g) xi măng đã được sàng qua sàng 0.63 (mm)
- Đong 125 (g) nước ( = 25% khối lượng xi măng)
- Nếu trộn bằng tay:
+ Lau ẩm dụng cụ: bay, chảo trộn
+ Cho xi măng vào chảo, dùng bay moi thành hốc ở giữa, cho nước vào, sau 30 giây bắt đầu trộn theo kiểu dằn mạnh và giật lùi, thời gian trộn khoảng 5 phút
- Nếu trộn bằng máy:
+ Lau ẩm dụng cụ: nồi trộn, cánh trộn, bay
+ Cho nước vào nồi trộn trước, sau đó cho xi măng vào, tổng thời gian là từ 5 đến 10 giây
+ Lắp cánh trộn vào máy Cho máy trộn ở tốc độ thấp trong 90 giây, rồi dừng máy + Dùng bay vét sạch hồ xi măng dính ở cánh trộn và thành nồi trong 15 giây
+ Tiếp tục cho máy trộn ở tốc độ cao trong 90 giây
- Bôi dầu nhớt vào vành khâu và tấm đế mica
- Sau khi trộn, dùng bay cho hồ xi măng vào đầy vành khâu, ép vào tấm mica, dằn 5 đến 6 lần, dùng bay gạt cho hồ xi măng bằng miệng khâu
- Đặt khâu vào dụng cụ vicat, hạ đầu kim tựa lên vành khâu, khóa chặt kim vicat, điều chỉnh kim chia vạch về số 40 (thang chia bên phải của dụng cụ) hoặc số 10 (nếu là thang chia bên trái), rồi khóa chặt kim chia vạch
- Di chuyển tấm mica sao cho kim vicat ở ngay giữa vành khâu, mở vít cho kim vicat rơi tự do cắm vào hồ xi măng
Trang 1211
- Sau 30 giây, ta vặn cố định kim lại, rồi đọc giá trị Nếu đầu kim cách đáy 5 đến 7 (mm) thì đạt Nếu không đạt thì phải trộn mẻ xi măng khác với lượng nước nhiều hơn hoặc ít hơn 0.5% (tức là lượng nước bằng 24.5% đến 25.5% lượng xi măng)
b) Xác định mác xi măng:
o Mác xi măng: mác xi măng được xác định dựa theo:
- Cường độ chịu uốn của 3 mẫu vữa xi măng tiêu chuẩn
- Cường độ chịu nén của 6 nửa mẫu tạo thành từ 3 mẫu ở trên
- 3 mẫu ban đầu dùng xác định cường độ chịu uốn phải thỏa yêu cầu sau:
+ Kích thước mẫu là 4 x 4 x 16 (cm)
+ Vữa xi măng là hỗn hợp gồm: xi măng – cát theo tỉ lệ 1:3, và nước – xi là 1:2 + Mẫu vữa sau khi đúc xong phải được dưỡng hộ 1 ngày trong phòng thí nghiệm (trong khuôn) và 27 ngày trong môi trường nước ở nhiệt độ thường (to = 27 @ 2oC, và độ ẩm > 95%)
o Trình tự thí nghiệm:
- Lắp ráp khuôn và lau dầu khuôn, lắp nắp nối phía trên vào khuôn
- Cân 450 (g) xi măng, 1350 (g) cát (đảm bảo tỉ lệ X/C = 1:3) Cát được dùng ở đây là cát tiêu chuẩn (cỡ hạt từ 0.5 đến 1 (mm), có SiO2 > 95 %)
- Đong 225 (g) nước (đảm bảo tỉ lệ N/X = 1:2)
- Nếu trộn tay:
+ Lau ẩm dụng cụ: bay, chảo trộn
+ Cho xi măng và cát vào chảo, trộn đều Sau 1 phút, ta dùng bay moi thành hốc ở giữa, sau đó cho nước vào và tiếp tục trộn đều
- Nếu trộn máy:
+ Lau ẩm dụng cụ: nồi trộn, cánh trộn, bay
+ Cho nước vào nồi trộn trước, rồi cho xi măng vào, tổng thời gian là từ 5 đến 10 giây
+ Lắp cánh trộn vào máy Cho máy trộn ở tốc độ thấp trong 30 giây, rồi cho cát từ từ vào nồi trộn trong thời gian 30 giây, dừng máy, rồi lại bật máy ở tốc độ cao trong 30 giây
+ Dừng máy trộn 90 giây Trong vòng 15 giây đầu dùng bay vét vữa bám ở cánh trộn và thành nồi trộn Sau đó tiếp tục trộn ở tốc độ cao trong 60 giây nữa
- Tiến hành đúc mẫu ngay sau khi trộn xong vữa xi măng Cho hỗn hợp vữa vào khuôn 2 lần: lần 1 cho vữa khoảng hơn 1/2 chiều cao của khuôn, dùng chày đầm 20 chày qua lại dọc theo chiều dài khuôn (2 lượt đi và 2 lượt về, mỗi lượt là 5 chày); lần
2 tiếp tục cho vữa vào đầy khuôn và cũng đầm qua lại 20 chày (phải đầm bằng 2 tay) Nếu đầm bằng máy thì phải cho khuôn vào bàn dằn và đầm mỗi lần 60 cái
Trang 1312
- Dằn mỗi đầu khuôn 5 cái, dùng búa cao su gõ nhẹ vào thành khuôn, dùng bay đã lau ẩm miết cho nhẵn mặt vữa Ghi và dán nhãn mẫu
- Dưỡng hộ mẫu 1 ngày trong khuôn, sau đó lấy ra ngâm nước 27 ngày
- Sau khi dưỡng hộ 28 ngày, lấy mẫu ra lau ráo mặt và thử cường độ ngay, không để chậm quá 10 phút
- Tiến hành thí nghiệm uốn mẫu, mỗi mẫu thử bị gãy thành hai nửa Cường độ chịu uốn được tính theo công thức:
AB 32 C B D
Với l = 10 (cm) là khoảng cách giữa 2 gối tựa
Pu là lực uốn gây phá hoại mẫu
b là cạnh của tiết diện vuông của lăng trụ
- Sau đó tiến hành xác định cường độ chịu nén với 6 nửa mẫu tương ứng Giá trị cường độ chịu nén được tính toán:
Với Pn là lực nén phá hoại ứng với mỗi nửa mẫu
F = 16 (cm2) là tiết diện chịu lực của mỗi nửa mẫu
- Nếu một kết quả trong số 6 lần xác định vượt @ 10% so với giá trị trung bình của 6 lần thì loại bỏ kết quả đó và chỉ tính giá trị trung bình của 5 kết quả còn lại Nếu một trong số 5 kết quả này vượt @ 10% so với giá trị trung bình của chúng thì loại bỏ toàn bộ kết quả, làm lại thí nghiệm
4) Tính toán kết quả – Nhận xét:
a) Xác định lượng nước tiêu chuẩn:
- Vì loại xi măng thí nghiệm là PCB 40 nên ta dùng lượng nước nhiều hơn: 28% khối lượng xi măng Ta có: m xi măng = 500 (g), m nước = 0.28 x 500 = 140 (g)
- Tiến hành thí nghiệm 1 lần, đầu kim cách đáy 7 (mm) 5 đạt yêu cầu
- Nhận xét: lượng nước tiêu chuẩn NTC = 28%
b) Xác định mác xi măng:
o Cường độ chịu uốn:
Trang 1514
Bài 3: PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN HẠT CỦA CỐT LIỆU
DÙNG CHO TÍNH TOÁN CẤP PHỐI BÊ TÔNG
1) Mục đích thí nghiệm:
- Làm quen với phương pháp và thao tác thí nghiệm xác định thành phần hạt cốt liệu (xác định đường cấp phối hạt của đá dăm và cát vàng: xác định Dmax của đá và modul độ lớn của cát vàng)
- So sánh đường cấp phối hạt thực nghiệm với tiêu chuẩn để rút ra kết luận là loại cát và đá đó có thích hợp với việc chế tạo hay không
- Dự đoán mức độ chặt sít của hỗn hợp bê tông; xác định lượng dùng xi măng, lượng dùng nước cho hỗn hợp bê tông
2) Dụng cụ thí nghiệm:
- Tủ sấy
- Cân đồng hồ, độ chính xác 200 (g)
- Cân kỹ thuật, chính xác đến 0.1 (g)
- Bộ rây sàng theo tiêu chuẩn AFNOR có đường kính mắt sàng lần lượt như sau:
32 – 25 – 20 – 12.5 – 10 – 5 (mm)
- Bộ rây sàng có đường kính mắt sàng lần lượt như sau:
5 – 2.5 – 1.25 – 0.63 – 0.315 – 0.16 (mm)
- Rổ đựng, giá xúc
- Đá dăm, cát vàng
3) Trình tự thí nghiệm:
a) Xác định thành phần hạt của đá dăm:
- Rửa sạch và sấy khô đá Cân 1 khối lượng đá: m = 15 (kg)
- Sắp xếp sàng theo thứ tự đường kính lỗ sàng từ lớn đến nhỏ: 32 – 25 – 20 – 12.5 – 10 – 5 (mm)
- Đem khối lượng đá trên sàng qua bộ sàng tiêu chuẩn, cân lượng đá sót trên mỗi sàng: mi (i = 32; 25; 20; 12.5; 10; 5) Tính lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng theo công thức:
Trang 16- Vùng cấp phối hạt cho phép của đá dăm dùng cho bê tông là:
Dmin 0.5(Dmax + Dmin) Dmax 1.25Dmax
Lượng sót tích lũy Ai (%) 90 – 100 40 – 70 0 – 10 0
b) Xác định thành phần hạt của cát:
- Rửa sạch và sấy khô cát vàng
- Đem cát sàng qua sàng 5 (mm)
- Cân 1 khối lượng cát: m = 1000 (g)
- Sắp xếp sàng theo thứ tự đường kính lỗ sàng từ lớn đến nhỏ: 5 – 2.5 – 1.25 – 0.63 – 0.315 – 0.16 (mm)
- Đem lượng cát trên sàng qua bộ sàng tiêu chuẩn trên Cân lượng cát sót trên mỗi sàng: mi (i = 5; 2.5; 1.25; 0.63; 0.315; 0.16) Tính lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng theo công thức:
4) Tính toán kết quả – Nhận xét:
a) Đối với đá dăm:
D (mm) mi (g) ai (%) Ai (%)
32 330 2.184 2.184
25 6900 45.667 47.851
20 3800 25.15 73.001
Trang 17- Ta có tổng khối lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng:
∆ 15109.5 1500015000 100% 0.73% 4 1% 5 đạt yêu cầu
- Dmax là đường kính lớn nhất của cỡ hạt tương ứng với đường kính mắt sàng của sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 10% nhất ⇒ Dmax = 32 (mm)
- Dmin là đường kính nhỏ nhất của cỡ hạt, tương ứng với đường kính mắt sàng của sàng có lượng sót tích lũy lớn hơn và gần 90% nhất ⇒ Dmin = 12.5 (mm)
- Phạm vi thành phần hạt:
12.5 (mm) 22.25 (mm) 32 (mm) 40 (mm) Lượng sót tích lũy Ai (%) 90 – 100 40 – 70 0 – 10 0
- Biểu đồ:
* Nhận xét:
Thành phần hạt của đá dăm nằm trong phạm vi giới hạn cho phép nên đó là cốt liệu
tốt, đạt tiêu chuẩn, thích hợp cho việc chế tạo vữa bê tông
Biểu đồ thành phần hạt của đá dăm
Đường giới hạn dưới Đường giới hạn trên Đường thành phần hạt
40
Trang 18b) Đối với cát:
- Ta có tổng khối lượng sót riêng biệt trên mỗi sàng:
∆ 1000 992.81000 100% 0.72% 4 1% 5 đạt yêu cầu
- Dmax là đường kính lớn nhất của cỡ hạt tương ứng với đường kính mắt sàng của sàng có lượng sót tích lũy nhỏ hơn và gần 10% nhất ⇒ Dmax = 1.25 (mm)
- Dmin là đường kính nhỏ nhất của cỡ hạt, tương ứng với đường kính mắt sàng của sàng có lượng sót tích lũy lớn hơn và gần 90% nhất ⇒ Dmin = 0.315 (mm)
- Vùng cấp phối hạt cho phép của cát vàng dùng cho bê tông là: