Báo cáo Thí nghiệm chuyên môn đường bộ

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN Danh sách nhóm II – Đường bộ K50 Vũ Trung Hiếu Đỗ Văn Hiếu Bùi Lê Hoàng Nguyễn Văn Hoàng Đỗ Mạnh Huấn Nguyễn Bá Khải Phan Hữu Khéo Nguyễn Văn Khoa Nguyễn Trung Kiên Trần Mạnh Kiên Đoàn Thế Linh Đoàn Văn Luân Hà Văn Luân Nguyễn Tiến Mạnh Phùng Tuấn Minh A-PHẦN LÝ THUYẾT CHƯƠNG I : VAI TRÒ VÀ NHIỆM VỤ CỦA CÔNG TÁC THÍ NGHIỆM VÀ KIỂM ĐỊNH CHẤT LƯỢNG CÔNG TRÌNH Công trình xây dựng là sản phẩm được tạo thành bởi sức lao động của con người, vật liệu xây dựng, thiết bị lắp đặt vào công trình, được liên kết định vị với đất, có thể bao gồm phần dưới mặt đất, phần trên mặt đất, phần dưới mặt nước và phần trên mặt nước, được xây dựng theo thiết kế. Chính vì vậy, chất lượng công trình xây dựng phụ thuộc nhiều vào chất lượng vật liệu xây dựng. Để đảm bảo được chất lượng công trình xây dựng, cần tiến hành các thí nghiệm kiểm tra và giám sát chất lượng chúng trước khi đưa vào sử dụng. Quản lý chất lượng công trình xây dựng công trình bao gồm các hoạt động quản lý chất lượng của nhà thầu thi công thông qua việc tiến hành công tác thí nghiệm, giám sát thi công xây dựng công trình và nghiệm thu công trình xây dựng của chủ đầu tư, giám sát tác giả của nhà thầu thiết kế xây dựng công trình. Do đó, công tác thí nghiệm vật liệu là một trong những công tác chính của công tác quản lý chất lượng vật liệu nói riêng và công tác quản lý chất lượng công trình nói chung. Các căn cứ pháp lý khẳng định vai trò của thí nghiệm trong thực tiễn sản xuất. - Theo Luật xây dựng, Điều 76: Quyền và nghĩa vụ của nhà thầ thi công xây dựng công trình quy định: Nhà thầu xây dựng phải có nghĩa vụ: d. Kiểm định vật liệu, sản phẩm xây dựng. - Nghị định 12/2009/NĐ-CP ngày 10 tháng 02 năm 2009 của Chính phủ về Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình yêu cầu năng lực của tố chức cá nhân tham gia hoạt động xây dựng như sau: Tổ chức, cá nhân khi tham gia các lĩnh vực sau đây phải có đủ điều kiện về năng lực: Lập dự án đầu tư xây dựng công trình; Quản lý dự án đầu tư xây dựng công trình; Thiết kế quy hoạch xây dựng; Thiết kế xây dựng công trình; đ. Khảo sát xây dựng công trình; e. Thi công xây dựng công trình; g. Giám sát thi công xây dựng công trình; h. Thí nghiệm chuyên ngành xây dựng; i. Kiểm định chất lượng công trình xây dựng; k. Chứng nhận đủ điều kiện bảo đảm an toàn chịu lực công trình xây dựng và chứng nhận sự phù hợp về chất lượng công trình xây dựng. Quyết định 22/2008/QĐ-BGTVT: Quy chế giám sát trong ngành giao thông vận tải. Yêu cầu tư vấn giám sát phải kiểm tra năng lực thí nghiệm trước khi khởi công, thi công công trình. Quyết định 14/2008/QĐ-BGTVT: Ban hành Quy định công nhận và quản lý hoạt động phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng giao thông. Quyết định 11/2008/QĐ-BXD: Ban hành Quy định công nhận và quản lý hoạt động phòng thí nghiệm chuyên ngành xây dựng. Thông tư 03/2011/TT-BXD: Hướng dẫn hoạt động kiểm định, giám định và chứng nhận đủ điều kiện đảm bảo an toàn chịu lực, chứng nhận sự phù hợp về chất lượng công trình xây dựng. Vai trò của thí nghiệm đối với công tác nghiên cứu Nghiên cứu tính chất cơ lý của vật liệu. - Thông qua thí nghiệm, người ta có thể đánh giá được tính chất cơ lý của vật liệu từ đó đề xuất ứng dụng làm các cấu kiện phù hợp. - Là thống số đầu vào quan trọng cho việc tính toán kết cấu. - Kiểm chứng các loại vật liệu mới và đề xuất hình dạng, kết cấu mới, kết cấu đặc biệt. Thí nghiệm đo đạc đánh giá cấu kiện, kết cấu mới. - Bổ trợ cho việc tính toán lý thuyết (tính toán cần giả thiết một số tham số đầu vào, có nhiều sai số) - Thực hiện đo đạc trên mô hình kết hợp với tính toán lý thuyết giúp cho việc ứng dụng kết cấu đảm bảo an toàn tiết kiệm. Thí nghiệm đo đạc lập trạng thái ban đầu, đánh giá tuổi thọ còn lại của công trình. - Việc đo đạc lấy các thông tin trạng thái ban đầu để khẳng định chất lượng theo yêu cầu của thiết kế và là cơ sở để theo dõi chất lượng công trình theo thời gian. - Thông qua đo đạc kiểm tra hiện trạng dự báo tuổi thọ còn lại của công trình. Nghiên cứu điều chỉnh giả thiết lý thuyết. - Trong khoa học kỹ thuật chuyên ngành, trong cơ học vật rắn biến dạng và cơ học công trình, việc nghiên cứu lý thuyết chưa giải quyết được đầy đủ mà phải có kết quả nghiên cứu thực nghiệm để làm cơ sở cho việc đánh giá sự phù hợp của các giả thiết đưa ra và xác nhận giá trị đúng đắn của kết quả nhận được từ nghiên cứu lý thuyết. CHƯƠNG II : CÁC PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM §Æt vÊn ®Ò YÕu tè ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Çu tiªn ®Õn chÊt l­îng, kh¶ n¨ng lµm viÖc vµ tuæi thä cña c«ng tr×nh lµ chÊt l­îng cña vËt liÖu sö dông. ChÊt l­îng ®ã ®­îc thÓ hiÖn qua gi¸ trÞ cña c¸c lo¹i c­êng ®é giíi h¹n, biÕn d¹ng giíi h¹n, m«®un ®µn håi, tÝnh chÊt vµ sè l­îng c¸c khuyÕt tËt ®· tån t¹i hoÆc xuÊt hÖn míi trªn c«ng tr×nh trong qu¸ tr×nh thi c«ng vµ khai th¸c. C¸c ®Æc tr­ng vÒ c­êng ®é biÕn d¹ng còng nh­ c¸c khuyÕt tÊt cña vËt liÖu lµ nh÷ng sè liÖu vµ th«ng tin cÇn thiÕt cho c¶ qu¸ tr×nh thiÕt kÕ, chÕ t¹o thi c«ng vµ khai th¸c sö dông c«ng tr×nh. §Ó cã kh¶ n¨ng thÊu hiÓu sù lµm viÖc cña c«ng tr×nh, tr­íc tiªn ph¶i tiÕn hµnh x¸c ®Þnh vµ ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña vËt liÖu. HiÖn nay trong kü thuËt x©y dùng, viÖc kh¶o s¸t vµ x¸c ®Þnh c¸c ®Æc tr­ng c¬ b¶n cña vËt liÖu b»ng thÝ nghiÖm th­êng ®­îc thùc hiÖn theo hai ph­¬ng ph¸p c¬ b¶n lµ ph­¬ng ph¸p ph¸ ho¹i mÉu vµ ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i. Phương pháp thí nghiệm ph¸ hoại mẫu VËt liÖu kh¶o s¸t ®· cã s½n hoÆc lÊy ra tõ c«ng tr×nh ®­îc chÕ t¹o thµnh c¸c mÉu thö. H×nh d¹ng vµ kÝch th­íc cña mÉu thö ®­îc x¸c ®Þnh tuú theo: - CÊu t¹o vËt liÖu - Môc ®Ých thÝ nghiÖm - C¸c quy ®Þnh trong tiªu chuÈn C¸c mÉu vËt liÖu ®­îc ®­a vµo m¸y thÝ nghiÖm t­¬ng øng víi tr¹ng th¸i lµm viÖc cña vËt liÖu (kÐo, nÐn, uèn, xo¾n), cho chÞu t¸c dông cña lùc ngoµi cã gi¸ trÞ t¨ng dÇn theo tõng cÊp cho ®Õn lóc mÉu bÞ ph¸ ho¹i hoµn toµn. D­íi t¸c dông cña lùc ngoµi, vËt liÖu trong mÉu thö sÏ bÞ biÕn d¹ng t­¬ng øng víi trÞ sè cña øng suÊt do c¸c cÊp lùc t¸c dông g©y ra trong mÉu. T­¬ng øng víi mçi gi¸ trÞ cña øng suÊt, dïng c¸c dông cô ®o ®Ó ®o trÞ sè biÕn d¹ng t­¬ng ®èi trong vËt liÖu cña mÉu thö. C¸c cÆp trÞ sè cña øng suÊt vµ biÕn d¹ng t­¬ng ®èi nhËn ®­îc trong qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i mÉu cho phÐp x©y dùng mét ®­êng cong biÓu diÔn quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña vËt liÖu kh¶o s¸t vµ ®­îc gäi lµ biÓu ®å ®Æc tr­ng cña vËt liÖu, bëi v× qua ®å thÞ nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c ®Æc tr­ng c¬ - lý cña vËt liÖu kh¶o s¸t. BiÓu ®å vËt liÖu (s - e) nhËn ®­îc qua qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i mÉu thö th­êng lµ biÓu diÔn quan hÖ gi÷a øng suÊt kÐp hoÆc nÐn víi biÕn d¹ng t­¬ng ®èi theo mét trôc d­íi t¸c dông cña t¶i träg cã tèc ®é chËm r¶i, ë m«i tr­êng nhiÖt ®é phßng thÝ nghiÖm. Víi ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm ®ã sÏ t¹o ra trong mÉu sù kÐo hoÆc nÐn tù do d­íi ¶nh h­ëng cña tr­êng øng suÊt kh«ng ®æi trªn suèt chiÒu dµi lµm viÖc cña mÉu thö. Tuy nhiªn, sù lµm viÖc thùc tÕ cña vËt liÖu trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh th­êng chÞu c¸c tr¹ng th¸i øng suÊt phøc t¹p h¬n, kh«ng gièng hoµn toµn sù lµm viÖc cña vËt liÖu trong c¸c mÉu thö. §Ó cã ®­îc mét biÓu ®å vËt liÖu ph¶n ¸nh ®óng ®¾n tr¹ng th¸i lµm viÖc thùc tÕ cña vËt liÖu trong mÉu lµ rÊt phøc t¹p trong c¸c kh©u: ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm, kü thuËt ®o vµ biÖn ph¸p xö lý kÕt qu¶. Ch¼ng h¹n, khi thÝ nghiÖm vµ xö lý kÕt qu¶ thÝ nghiÖm kÐo ph¸ ho¹i mÉu thö ®Ó x¸c ®Þnh quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña vËt liÖu sÏ x¶y ra ba tr­êng hîp sau: a/ BiÓu ®å x©y dùng trªn quan hÖ s = f(e) chÞu kÐo víi gi¸ trÞ tÝnh to¸n vÒ øng suÊt s vµ biÕn d¹ng t­¬ng ®èi e xuÊt ph¸t tõ tiÕt diÖn ban ®Çu Fo vµ chiÒu dµi chuÈn ®o ban ®Çu Lo cña mÉu thö. s = P/Fo vµ e = Dl/Lo X©y dùng biÓu ®å (s - e) theo ph­¬ng ph¸p nµy th­êng rÊt ®¬n gi¶n cho viÖc thÝ nghiÖm, nh­ng thùc ra ch­a ph¶i lµ biÓu ®å ph¶n ¸nh ®óng ®¾n sù lµm viÖc cña vËt liÖu (®­êng a trªn h×nh 2.18). b/ BiÓu ®å (s - e) x©y dùng víi gi¸ trÞ tÝnh to¸n øng suÊt s xuÊt ph¸t tõ tiÕt diÖn bÞ thu hÑp cña mÉu thö. Thùc ra trong qu¸ tr×nh chÞu kÐo, tiÕt diÖn cña mÉu sÏ kh«ng cßn gi÷ nguyªn h×nh d¹ng ban ®Çu mµ ®· bÞ thu hÑp l¹i theo sù ph¸t triÓn cña t¶i träng (®Æc biÖt trong vïng cã eo ch¶y). NÕu tÝnh to¸n gi¸ trÞ cña øng suÊt theo tiÕt diÖn co th¾t ë eo th× sÏ nhËn ®­îc ®­êng quan hÖ (s - e) kh¸c víi ®­êng (a) §­êng quan hÖ (s - e) ®­îc x©y dùng víi s = P/Feo vµ e = Dl/Lo sÏ cho d¹ng gÇn ®óng víi sù lµm viÖc cña vËt liÖu h¬n (®­êng b trªn h×nh 2.18) H×nh 2.21. BiÓu ®å quan hÖ gi÷a øng suÊt - biÕn d¹ng parabol ®èi víi kÕt cÊu bª t«ng chÞu nÐn kh«ng cã kiÒm chÕ c/ BiÓu ®å (s - e) x©y dùng víi gi¸ trÞ tÝnh to¸n øng suÊt s vµ biÕn d¹ng t­¬ng ®èi e xuÊt ph¸t tõ tiÕt diÖn bÞ thu hÑp vµ chiÒu dµi cuèi cïng cña mÉu thö. §­êng biÓu diÔn quan hÖ (s - e) ë tr­êng hîp (b) còng ch­a ph¶n ¸nh ®Çy ®ñ mèi quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng trong mÉu chÞu kÐo. ThËt vËy, khi gi¸ trÞ øng suÊt trong mÉu t¨ng (s = P/Feo) th× ®é gi·n dµi Dl cña mÉu cóng sÏ t¨ng nhanh nh­ng kh«ng r¶i ®Çu trªn toµn bé chiÒu dµi Lo ban ®Çu, mµ chØ t¨ng nhanh t¹i vïng xuÊt hiÖn eo ch¶y. NÕu x©y dùng quan hÖ (s - e) víi øng suÊt s = P/Feo vµ biÕn d¹ng t­¬ng ®èi e=Dleo/Leo th× sÏ nhËn ®­îc ®­êng c trªn h×nh 2.1. §­êng biÓu diÔn nµy thÓ hiÖn ®óng ®¾n mèi quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng cña vËt liÖu kh¶o s¸t. Qua qu¸ tr×nh nghiªn cøu c¸c vËt liÖu x©y dùng cho thÊy, biÓu ®å ®Æc tr­ng vËt liÖu (s - e) nhËn ®­îc b»ng ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i mÉu sÏ chÞu ¶nh h­ëng trùc tiÕp c¸c yÕu tè sau: a/ Tèc ®é gia t¶i. §Ó nhËn ®­îc quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng s¸t víi thùc tÕ lµm viÖc cña vËt liÖu, khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm kÐo ph¸ ho¹i mÉu b×nh th­êng, cÇn khèng chÕ tèc ®é gia t¶i lªn mÉu quanh giíi h¹n 100kG/cm2/s. Khi tèc ®é gia t¶i v­ît qu¸ giíi h¹n ®ã, biÓu ®å biÕn d¹ng cña vËt liÖu nhËn ®­îc sÏ cho gi¸ trÞ giíi h¹n ch¶y cao h¬n. Ng­îc l¹i, khi thÝ nghiÖm víi tèc ®é thÊp h¬n 100kG/cm2/s, sÏ ®­îc biÓu ®å cã gi¸ trÞ giíi h¹n ch¶y thÊp h¬n b×nh th­êng. Tuy nhiªn gi¸ trÞ m« ®un biÕn d¹ng cña vËt liÖu vÉn gi÷ nguyªn trÞ sè, kh«ng chÞu ¶nh h­ëng cña tèc ®é gia t¶i thÝ nghiÖm. Bëi vËy, t­¬ng øng víi c¸c tèc ®é gia t¶i ta sÏ ®­îc mét hä ®­êng cong biÕn d¹ng n»m trong mét vïng x¸c ®Þnh. b/ NhiÖt ®é m«i tr­êng. Thùc tÕ kh¶o s¸t cho thÊy, khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm kÐo ph¸ ho¹i mÉu trong m«i tr­êng nhiÖt ®é kh¸c nhau th× c¸c biÓu ®å vËt liÖu nhËn ®­îc sÏ kh¸c nhau. Ngoµi viÖc t¨ng hoÆc gi¶m gi¸ trÞ giíi h¹n ch¶y, khi tiÕn hµnh thÝ nghiÖm trong m«i tr­êng nhiÖt ®é kh¸c víi nhiÖt ®é b×nh th­êng th× gi¸ trÞ cña m«®un biÕn d¹ng cña vËt liÖu còng thay ®æi theo: m« ®un biÕn d¹ng cña vËt liÖu sÏ gi¶m khi nhiÖt ®é m«i tr­êng t¨ng vµ ng­îc l¹i. c/ Tr¹ng th¸i øng suÊt t¸c dông. BiÓu ®å quan hÖ gi÷a øng suÊt vµ biÕn d¹ng sÏ kh«ng gièng nhau khi c¸c mÉu vËt liÖu chÞu t¸c dông cña tr­êng øng suÊt theo hai trôc vµ theo ba trôc. Ph­¬ng ph¸p ph¸ ho¹i mÉu vËt liÖu th­êng ®­îc tiÕn hµnh trong c¸c phßng thÝ nghiÖm, ë ®©y c¸c ®iÒu kiÖn thö nghiÖm nh­: thiÕt bÞ m¸y mãc, m«i tr­êng vµ thêi gian ®Òu ®­îc khèng chÕ chuÈn; c¸c sè liÖu nhËn ®­îc cña ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm nµy th­êng Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña c¸c yÕu tè kh¸c, v× vËy kÕt qu¶ nhËn ®­îc sÏ ph¶n ¸nh tèt tÝnh chÊt vèn cã cña vËt liÖu. Khi vËt liÖu lµm viÖc trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh thùc tÕ sÏ chÞu nhiÒu yÕu tè ¶nh h­ëng kh¸c lµm thay ®æi kh¶ n¨ng chÞu lùc so víi c¸c ®iÒu kiÖn chuÈn. C¸c ph­¬ng ph¸p ph¸ ho¹i mÉu thö th­êng Ýt cã kh¶ n¨ng xÐt ®Õn sù thay ®æi ®ã. Trªn thùc tÕ, ®Ó cã thÓ kÓ ®Õn tÊt c¶ nh÷ng yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn sù lµm viÖc cña vËt liÖu trªn c«ng tr×nh th­êng dïng c¸c ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu b»ng c¸ch kh¶o s¸t gi¸n tiÕp, kh«ng ph¸ ho¹i vËt liÖu. Ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ hñy mÉu. Ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i cã ­u ®iÓm lµ trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vËt liÖu kh«ng bÞ h­ háng vµ kh«ng ®ßi hái ph¶i gi¶i phãng vËt liÖu khái tr¹ng th¸i lµm viÖc thùc tÕ. Ngoµi ra, mét sè c¸c ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i cßn cã kh¶ n¨ng ®¸nh gi¸ chÊt l­îng vµ ph¸t hiÖn c¸c khuyÕt tËt n»m s©u bªn trong vËt liÖu vµ kÕt cÊu c«ng tr×nh. V× vËy c¸c ph­¬ng ph¸p kh¶o s¸t vËt liÖu kh«ng ph¸ ho¹i ®­îc sö dông réng r·i vµo viÖc ®¸nh gi¸ chÊt l­îng ngay trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh thùc tÕ. Ph­¬ng ph¸p kh«ng ph¸ ho¹i th­êng gi¶i quyÕt hai nhiÖm vô c¬ b¶n sau: - NhiÖm vô thø nhÊt, x¸c ®Þnh c­êng ®é t¹i nhiÒu vÞ trÝ kh¸c nhau, qua ®ã ®¸nh gi¸ ®­îc møc ®é ®ång nhÊt cña vËt liÖu. Trong ph­¬ng ph¸p kh«ng ph¸ ho¹i, c¸c tham sè ®o ®­îc thùc hiÖn b»ng nh÷ng dông cô ®o th­êng lµ: + C¸c ®¹i l­îng liªn quan ®Õn ®é cøng H cña vËt liÖu nh­ kÝch th­íc cña vÕt h»n trªn bÒ mÆt vËt liÖu, ®é nÈy ®µn håi cña mét vËt thÓ cã khèi l­îng x¸c ®Þnh khi va ch¹m víi mÆt ngoµi cña vËt liÖu kh¶o s¸t ... + C¸c ®¹i l­îng liªn quan ®Õn ®é ®Æc ch¾c cña vËt liÖu nh­ thêi gian truyÒn sãng siªu ©m, tèc ®é truyÒn c¸c sãng dao ®éng ®µn håi còng nh­ c¸c sãng dao ®éng ®iÖn tõ xuyªn qua m«i tr­êng vËt liÖu nghiªn cøu. §Ó x¸c ®Þnh ®é cøng mÆt ngoµi cña vËt liÖu, th­êng dïng c¸c dông cô c¬ häc nh­ bóa bi, bóa cã thanh chuÈn, sóng bi ... nh»m môc ®Ých t¹o nªn nh÷ng vÕt lâm trªn vÒ mÆt vËt liÖu mµ kÝch th­íc cña nã ®Æc tr­ng cho ®é cøng cña vËt liÖu; hoÆc c¸c thiÕt bÞ bËt nÈy ®µn håi mµ trÞ sè cña kho¶ng nÈy ®µn håi ®ã ph¶n ¸nh ®é cøng cña bÒ mÆt vËt liÖu. §Ó x¸c ®Þnh ®é ®Æc ch¾c cña m«i tr­êng vËt liÖu th­êng dïng c¸c lo¹i m¸y thö b»ng ©m thanh, siªu ©m, c¸c m¸y räi tia r¬ngen, gamma ®Ó truyÒn c¸c sãng dao ®éng ®µn håi, c¸c sãng dao ®éng ®iÖn tõ xuyªn qua m«i tr­êng vËt liÖu ®Ó x¸c ®Þnh thêi gian truyÒn sãng (hay tèc ®é truyÒn sãng), gi¸ trÞ cña c¸c tham sè nµy phô thuéc vµo ®é ®Æc ch¾c còng nh­ c­êng ®é cña vËt liÖu. Trong ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i, ®Ó x¸c ®Þnh ®­îc c­êng ®é cña vËt liÖu cÇn ph¶i dïng nguyªn lý so s¸nh chuÈn, tøc lµ tõ c¸c sè ®o nhËn ®­îc khi thö vËt liÖu trªn kÕt cÊu c«ng tr×nh ®­a vµo ®å thÞ chuyÓn ®æi chuÈn ®Ó suy ra gi¸ trÞ cña c­êng ®é vËt liÖu thùc. ChuÈn ë ®©y lµ mèi quan hÖ gi÷a c­êng ®é vËt liÖu víi tham sè ®o trªn dông cô ®o ®­îc tiÕn hµnh thö trùc tiÕp trªn mÉu vËt liÖu trong c¸c ®iÒu kiÖn tiªu chuÈn. V× thÕ trong ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu nµy, ®å thÞ chuyÓn ®æi chuÈn cña mçi m¸y ®o gi÷ mét vai trß quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh chÝnh x¸c gi¸ trÞ c­êng ®é vËt liÖu kh¶o s¸t. Khi cã ®å thÞ chuyÓn ®æi ®óng th× møc ®é sai lÖch cña thiÕt bÞ ®o sÏ gi¶m vµ ®é chÝnh x¸c cña kÕt qu¶ ®o sÏ t¨ng. ViÖc x©y dùng biÓu ®å chuyÓn ®æi chuÈn cho mçi mét thiÕt bÞ ®o lµ kh«ng thÓ thiÕu ®­îc vµ th­êng mÊt rÊt nhiÒu c«ng søc. Liªn quan ®Õn viÖc x©y dùng biÓu ®å chuÈn nµy cÇn ph¶i chÕ täc mét sè l­îng lín c¸c mÉu thö vËt liÖu; ch¼ng h¹n, ®Ó cã ®­îc m¸c cña bª t«ng th× chØ cÇn cã kÕt qu¶ nÐn ph¸ ho¹i cña 3 ®Õn 9 mÉu thö, nh­ng ®Ó nhËn ®­îc mét ®iÓm trung b×nh ®Æc tr­ng cho c­êng ®é cña bª t«ng trªn ®å thÞ chuÈn cÇn ph¶i tiÕn hµnh tõ 70 ®Õn 100 thÝ nghiÖm. V× vËy, ®Ó x©y dùng mét biÓu ®å chuÈn cho sóng bi hay sóng bËt nÈy th× cÇn ph¶i tiÕn hµnh thö tõ 700 ®Õn 1000 thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i mÉu. + NhiÖm vô thø hai vµ còng lµ nhiÖm vô chñ chèt cña ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i vËt liÖu lµ ph¸t hiÖn c¸c khuyÕt tËt tån t¹i bªn trong m«i tr­êng vËt liÖu do qu¸ tr×nh chÕ t¹o, do ¶nh h­ëng cña c¸c t¸c ®éng kh¸c bªn ngoµi hoÆc t¶i träng t¸c dông. C¸c khuyÕt tËt ®ã th­êng lµ lç rçng, bät khÝ, vÕt nøt, søt mÎ, líp vËt liÖu bªn ngoµi bÞ biÕn chÊt ... C¸c khuyÕt tËt nµy cã thÓ lµ nguyªn nh©n trùc tiÕp dÉn ®Õn lµm gi¶m tuæi thä hoÆc ph¸ ho¹i kÕt cÊu c«ng tr×nh. Cho nªn, viÖc th¨m dß, ph¸t hiÖn vµ ®o ®¹c x¸c ®Þnh kÝch th­íc c¸c khuyÕt tËt tån t¹i trong m«i tr­êng vËt liÖu lµ vÊn ®Ò quan träng trong viÖc ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña kÕt cÊu c«ng tr×nh. Tõ nhu cÇu ®ã cña thùc tÕ s¶n xuÊt, trong lÜnh vùc ®o l­êng ®o h×nh thµnh mét hÖ thèng m¸y mãc thiÕt bÞ th¨m dß vµ ph¸t hiÖn hoµn chØnh c¸c khuyÕt tÊt trong vËt liÖu, ®Æc biÖt lµ trong kÕt cÊu kim lo¹i vµ ®­êng hµn. C¸c lo¹i thiÕt bÞ th¨m dß khuyÕt tËt nµy ®­îc nghiªn cøu vµ chÕ t¹o theo nhiÒu c¬ së vËt lý kh¸c nhau nh­ kü thuËt v« tuyÕn ®iÖn tö, kü thuËt ®iÖn tõ, ©m thanh, tõ tr­êng vµ c¸c tia vËt lý phãng x¹ ... HiÖn nay trong s¶n suÊt, khi kh¶o s¸t c¸c ®Æc tr­ng c¬ - lý cña vËt liÖu x©y dùng th­êng ®­îc tiÕn hµnh ®ång thêi cïng mét lóc c¶ hai ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm ph¸ ho¹i vµ thÝ nghiÖm kh«ng ph¸ ho¹i vËt liÖu. KÕt qu¶ nhËn ®­îc tõ hai ph­¬ng ph¸p nµy sÏ båi bæ cho nhau ®Ó cã ®­îc nh÷ng kÕt luËn ®¸nh gi¸ chÊt l­îng cña vËt liÖu trªn c«ng tr×nh víi ®é tin cËy vµ chÝnh x¸c cao. CHƯƠNG III : MỘT SỐ DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ ĐO DÙNG TRONG THÍ NGHIỆM VÀ KIỂM ĐỊNH CÔNG TRÌNH 3.1. Súng bật nảy (TCXDVN 162:2004 Bê tông nặng- phương pháp xác định cường độ nén bằng súng bật nảy) Trong phương pháp khảo sát không phá hủy cường độ vật liệu, các tham số đo được xác định thông qua một tham số nào đó của vật liệu có liên quan đến đặc trưng cường độ như độ cứng bề mặt, độ đặc chắc của vật liệu. Khi đo các đại lượng liên quan đến độ cứng của vật liệu như kích thước vết hằng trên bề mặt vật liệu, độ nảy đàn hồi của một vật thể có khối lượng xác định khi va chạm với mặt ngoài của vật liệu khảo sát…, ta thường dùng các dụng cụ cơ học như búa bi, búa có thanh chuẩn, súng bi…nhằm mục đích tạo nên những vết lõm trên về mặt vật liệu mà kích thước của nó đặc trưng cho độ cứng của vật liệu hoặc các thiết bị bật nảy đàn hồi mà trị số của khoảng nẩy đàn hồi đó phản ánh độ cứng của bề mặt vật liệu. 3.1.1. Phạm vi áp dụng Tiªu chuÈn nµy dïng ®Ó x¸c ®Þnh c­êng ®é nÐn vµ ®é ®ång nhÊt cña bª t«ng nÆng trong kÕt cÊu b»ng sóng bËt nÈy.Sóng bËt nÈy lµ ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm gi¸n tiÕp: c­êng ®é nÐn cña bª t«ng ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua viÖc x¸c ®Þnh ®é cøng (trÞ bËt nÈy) cña líp bª t«ng bÒ mÆt cña kÕt cÊu. Lùa chän ph­¬ng ph¸p thÝ nghiÖm theo tiªu chuÈn TCXD 239:2000. Kh«ng ¸p dông tiªu chuÈn nµy trong c¸c tr­êng hîp sau: - §èi víi bª t«ng cã m¸c d­íi 100 vµ trªn 500; - §èi víi bª t«ng dïng c¸c lo¹i cèt liÖu lín cã kÝch th­íc trªn 40 mm (Dmax>40mm); - §èi víi vïng bª t«ng bÞ nøt, rç hoÆc cã c¸c khuyÕt tËt; - §èi víi bª t«ng bÞ ph©n tÇng hoÆc lµ hçn hîp cña nhiÒu lo¹i bªt«ng kh¸c nhau; - §èi víi bª t«ng bÞ ho¸ chÊt ¨n mßn vµ bª t«ng bÞ ho¶ ho¹n; - Kh«ng ®­îc dïng tiªu chuÈn nµy thay thÕ yªu cÇu ®óc mÉu vµ thö mÉu nÐn. 3.1.2. Các yêu cầu súng bật nảy và quy định khi thí nghiệm a. Để tiến hành thí nghiệm, sử dụng các súng bật nảy Schimdt hoặc các thiết bị có cấu tạo và tính năng tương tự. b. Các súng bật nảy được dùng để thí nghiệm xác định cường độ bê tông phải được kiểm định 6 tháng một lần. Sau mỗi lần hiệu chỉnh hoặc thay chi tiết của súng bật nảy, phải kiểm định lại. c. Việc kiểm định súng bật nảy được tiến hành trên đe thép thuẩn hình trụ có khối lượng không nhỏ hơn 10kg. Độ cứng của đe thép không nhỏ hơn HB500. Chỉ số bật nẩy trên đe chuẩn N09 Proceq Thụy Sỹ có giá trị bằng 80±2 vạch chia trên thang chỉ thị của súng bật nảy. d. Khi kiểm định súng bật nảy trên đe chuẩn, độ chênh lệch của từng kết quả thí nghiệm riêng biệt so với giá trị trung bình của 10 phép thử, không được vượt quá ±5%. Nếu quá ±5% thì cần phải hiệu chỉnh lại súng bật nẩy. Giá trị trung bình n’ của 10 lần bắn trên đe thép chuẩn khi kiểm tra súng để thí nghiệm trên kết cấu không chênh lệch quá ±2,5%, so với giá trị trung bình n của 10 lần bắn trên đe chuẩn khi xây dựng đường chuẩn. Nếu chênh lệch trong khoảng 2,6-5% thì kết quả thí nghiệm phải được hiệu chỉnh bằng hệ số Kn (1) Trong đó: n là giá trị bật nẩy trên đe thép chuẩn (khi kiểm tra súng, để thí nghiệm mẫu xây dựng đường chuẩn) n’ là giá trị bật nẩy trên đe thép chuẩn (khi kiểm tra súng, để thí nghiệm trên kết cấu) Sau mỗi lần thí nghiệm, súng bật nẩy cần được lau sạch bụi bẩn, cất giữ trong hộp, để ở nơi khô ráo. Việc bảo dưỡng và kiểm định do cơ quan chuyên môn có thẩm quyền thực hiện. f. Thí nghiệm xác định cường độ trên các kết cấu có chiều dày theo phương thí nghiệm không nhỏ hơn 100mm. g. Khi tiến hành thí nghiệm, các điểm thí nghiệm cách mép kết cấu ít nhất 50mm. Đối với mẫu thí nghiệm, các điểm thí nghiệm cách mép mẫu ít nhất 30mm. Khoảng cách giữa các điểm thí nghiệm trên kết cấu hoặc trên mẫu không nhỏ hơn 30mm. h. Độ ẩm của vùng bê tông thí nghiệm trên kết cấu không chênh lệch quá 30% so với độ ẩm của mẫu bê tông khi xây dựng biểu đồ quan hệ R-n. Nếu vượt quá giới hạn này, có thể sử dụng hệ số ảnh hưởng của độ ẩm khi đánh giá cường độ bê tông. i. Tuổi bê tông của kết cấy được kiểm tra từ 14 đến 56 ngày. Nếu vượt quá thời gian này, có thể sử dụng hệ số ảnh hưởng của tuổi khi đánh giá cường độ bê tông. k. Bề mặt bê tông của vùng thí nghiệm phải được đánh nhẵn và sạch bụi, diện tích của mỗi vùng thí nghiệm trên kết cấu không nhỏ hơn 400 cm2. Nếu bề mặt của kết cấu có lớp trát hoặc trang trí phải bóc bỏ những lớp đó đi cho lộ bề mặt bê tông. l. Khi thí nghiệm, trục của súng phải luôn đảm bảo vuông góc với bề mặt của bê tông. Phương thí nghiệm trên kết cấu và trên mẫu để xây dựng quan hệ R-n phải như nhau. m. Đối với mỗi vùng thí nghiệm trên kết cấu (hoặc trên mẫu) phải tiến hành thí nghiệm không ít hơn 16 điểm, có thể loại bỏ 3 giá trị dị thường lớn nhất và 3 giá trị dị thường nhỏ nhất còn lại 10 giá trị lấy trung bình. Giá trị bật nẩy xác định chính xác đến 1 vạch chia trên thang chỉ thi của súng bật nảy. n. Giá trị bật nẩy trung bình n của mỗi vùng trên kết cấu được tính theo công thức: n=nb.Kn Trong đó: nb là giá trị bật nẩy trung bình của vùng; Kn là hệ số được xác định theo công thức (1) khi tính các giá trị bật nẩy trung bình của từng vùng thí nghiệm. 3.2. Máy đo siêu âm (TCXD 225:1998 Bê tông nặng-Đánh giá chất lượng bê tông-Phương pháp xác định vận tốc xung siêu âm) Khi sóng siêu âm truyền qua môi trường vật liệu bê tông được tạo thành từ nhiều vật liệu thành phần như cát, sỏi, đá, xi măng,…các hiện tượng phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ, khuyếch tán xảy ra đồng thời và được đặc trưng bởi sự khuyếch tán năng lượng và tốc độ truyền sóng trong trường hợp này phụ thuộc chủ yếu vào độ đồng nhất, mật độ,…của vật liệu bê tông hay gọi chung là chất lượng vật liệu bê tông. Vì vậy, khi tiến hành thu nhận sóng siêu âm sau khi đã được truyền qua một phạm vi nghiên cứu có thể đánh giá được chất lượng của vật liệu bê tông trong phạm vi truyền sóng âm đó. Chất lượng của vật liệu bê tông được phản ánh trực tiếp bởi cường độ chịu nén của loại bê tông đó. Vì vậy, vận tốc truyền sóng siêu âm trong cấu kiện có quan hệ với cường độ chịu nén của bê tông trong cấu kiện. Thông qua mối quan hệ này, chúng ta có thể xác định được cường độ chịu nén của bê tông khi biết được vận tốc truyền sóng siêu âm qua cấu kiện. 3.2.1. Phạm vi áp dụng và ứng dụng Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định vận tốc xung siêu âm (không phá hủy) để đánh giá chất lượng bê tông, bê tông cốt thép và bê tông ứng suất trước. Phương pháp đo vận tốc xung siêu âm của sóng dọc lan truyền trong bê tông được ứng dụng để: Xác định độ đồng nhất của bê tông trong 1 cấu kiện hoặc giữa nhiều cấu kiện. Xác định sự hiện diện và dự đoán sự phát triển của vết nứt, xác định các lỗ rỗng và các khuyết tật khác. Đo sự thay đổi đặc tính của bê tông theo thời gian. Kiểm tra chất lượng bê tông dựa trên mối quan hệ giữa vận tốc xung siêu âm và cường độ. Xác định mô đun đàn hồi tĩnh và hệ số Poisson động của bê tông. 3.2.2. Thiết bị đo 3.2.2.1. Quy định chung Các bộ phận chủ yếu của thiết bị bao gồm: bộ phận tạo xung điện, 1 đôi đầu dò, bộ phận khuyếch đại và bộ phận thiết bị điện đếm thời gian giữa 2 điểm: thời điểm lúc xung bắt đầu phát ra từ đầu dò phát và thời điểm xung bắt đầu đến đầu dò thu. Có 2 loại thiết bị điện đếm thời gian và hiển thị kết quả đếm, một loại dùng màn hiện sóng và hiển thị xung nhận được trên một thang đo thời gian thích hợp, loại kia dùng bộ đếm thời gian và hiển thị bằng số đo đọc trực tiếp. 3.2.2.2. Các đặc trưng kỹ thuật a. Có khả năng đo thời gian truyền qua độ dàu trong phạm vi từ 100mm đến 3m với độ chính xác là ±1%. b. Xung kích thích có độ dốc không lớn hơn ¼ chu kỳ dao động của đầu phát. c. Khoảng ngắt giữa các xung phải đủ lớn để đảm bảo rằng với các mẫu bê tông kiểm tra có kích thước nhỏ thì mặt trước của tín hiệu xung nhận được không bị ảnh hưởng do sự dội lại của xung đã được tạo ra trong chu kỳ phát trước đó. d. Quá phạm vi giới hạn về nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung quanh và điện áp của nguồn điện mà người chế tạo máy yêu cầu, thiết bị vẫn giữ được các đặc tính của mình. 3.2.2.3. Đầu dò Thông thường các loại đầu dò có tần số nằm trong phạm vi 20KHz đến 150KHz, khi quãng đường truyền rất dài có thể dùng loại đầu dò có tần số thấp đến 10KHz và ngược lại có thể dùng loại đầu dò có tần số đến 1MHz cho vữa và hồ xi măng. Thông dụng nhất là 50-60KHz. 3.2.2.4. Xác định thời điểm đến mặt trước của xung a. Quy định chung Mục đích của việc xác định này là đo thời gian cần thiết cho mặt trước xung truyền xuyên qua bê tông. Các thiết bị đo phải có khả năng xác định được thời điểm đến của phần xung đến sớm nhất. Về mặt kỹ thuật, có thể phân biệt được tín hiệu xung với nhiễu khi tỉ số tín hiệu xung/nhiễu nhỏ hơn 1, song độ chính xác yêu cầu 1% của thời gian truyền lại chỉ đạt được khi tỉ số này lớn hơn. b. Máy hiển thị dào động bằng màn hiện sóng Trong trường hợp đo thời gian bằng màn hiện sóng thì xung cần được khuyếch đại cho đến khi thấy xuất hiện xung răng cưa trên trục thời gian. Giao điểm của tiếp tuyến đường cong tín hiệu với trục thời gian được coi là thời điểm đến mặt trước xung. Chọn 1 trong những giao điểm này làm gốc để đếm thời gian. c. Thiết bị hiển thị số Khi dùng thiết bị hiển thị số, xung nhận được phải được khuyếch đại và định hình theo độ dốc tương ứng của xung kích thích để bộ đếm bắt đầu làm việc. Bộ đếm phải đếm từ mặt trước xung và đếm trong khoảng thời gian phù hợp với độ chính xác đã nêu ở điểm 3.2.2.2. Tuy nhiên, độ chính xác tuyệt đối của thiết bị luôn luôn bị hạn chế bởi tỉ số tín hiệu xung/nhiễu. Khi dùng thiết bị hiển thị số có thể xảy ra trường hợp thiết bi hiển thị thời gian đo sóng thứ hai chứ không phải do sóng đầu tiên của xung khởi động bộ đếm gây ra. Cần xem xét dạng tổng quát của kết quả đo để loại trừ sai số do nguyên nhân này. 3.2.2.5. Chỉnh 0 cho thiết bị đếm thời gian Cần chỉnh 0 cho thiết bị đo vì số đo ảnh hưởng bởi độ dốc của xung truyền qua vật liệu đầu dò và truyền trong cáp của đầu dò. Cần điều chỉnh độ dốc xung quanh một cách thích hợp cho thiết bị đo để không ảnh hưởng đến kết quả đo. Việc điều chỉnh độ dốc xung được thực hiện bằng cách đặt 2 đầu dò lên 2 đầu đối diện của thanh chuẩn đã biết trước thời gian truyền trong nó. Trong mọi lần điều chỉnh, phải đặt đầu dò lên thanh chuẩn một cách như nhau. Dùng một lớp đệm truyền âm mỏng và ấn chặt đầu dò lên đầu mút của thanh chuẩn. Mỗi khi thay đổi loại đầu dò hay độ dài cáp, cần chỉnh 0 chuẩn xác cho máy bằng cách hoán vị 2 đầu dò. Tùy theo loại cáp và sự ổn định của nguồn điện mà chỉnh 0 thường xuyên hơn cho máy. 3.2.2.6. Kiểm tra độ chính xác của phép đo thời gian truyền Độ chính xác của phép đo thời gian truyền xung phụ thuộc vào thiết bị điện dùng để đo thời gian và độ nhạy của nó trong việc phát hiện mặt xung. Cần kiểm tra các đặc tính của thiết bị bằng cách đo trên 2 thanh chuẩn đã biết trước thời gian truyền xung trong chúng với độ chính xác ±0,2µs. Chu kì kiểm định máy là 5 năm/lần hoặc kiểm tra khi máy bị hư hỏng, hay bị cơ sở chế tạo nó đưa về sửa chữa. Việc kiểm tra máy phải được nơi chế tạo nó hoặc phòng kiểm chuẩn công nhận, căn cứ vào thanh chuẩn có thời gian truyền theo đúng quy định của tiêu chuẩn Quốc gia. Các phép đo trên thanh chuẩn được thực hiện như mô tả ở mục 3.2.2.4. Kết quả kiểm tra không được sai khác quá ±0,5% so với trị số đã biết của thanh chuẩn. 3.2.2.7. Độ chính xác của phép đo độ dài đường truyền Sai số cho phép của phép đo độ dài là ±1%. Ở những chỗ không đo trực tiếp được chiều dài đường truyền thì dùng kích thước danh nghĩa và dung sai của nó theo thiết kế và phải ghi điều này vào báo cáo. Với những đường truyền có chiều dài nhỏ hơn 300mm, không cho phép lấy kích thước theo thiết kế vì như vậy sai số sẽ lớn. CHƯƠNG IV : HƯỚNG DẪN XÂY DỰNG ĐỀ CƯƠNG THÍ NGHIỆM Các tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu hiện hành sử dụng cho môn học: - TCXDVN 239:2006 “Bê tông nặng-Chỉ dẫn đánh giá cường độ trên kết cấu công trình”. - TCXDVN 162:2004 “Bê tông nặng- phương pháp xác định cường độ nén bằng súng bật nảy”. - TCXD 225:1998 “Bê tông nặng-Đánh giá chất lượng bê tông-Phương pháp xác định vận tốc xung siêu âm”. - TCVN 171:1989 “Bê tông nặng-Phương pháp không phá hoại sử dụng kết hợp máy đo siêu âm và súng bật nẩy để xác định cường độ nén”. - TCVN 8861:2011 “Áo đường mềm-Xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng”. - TCVN 3015:1993 “Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng-Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử”. - TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng-Phương pháp xác định cường độ nén”. - TCVN 8866:2011 “Mặt đường ô tô-Xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát-Thử nghiệm”. CHƯƠNG V : HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH CÁC BÀI THÍ NGHIỆM B-PHẦN THỰC HÀNH BÀI 1: PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM SIÊU ÂM KẾT HỢP SÚNG BẬT NẢY XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ CHỊU NÉN BÊ TÔNG XI MĂNG. 1.1. Nhiệm vụ thí nghiệm - Xác định cường độ chịu nén của bê tông dựa trên mối tương quan giữa cường độ nén của bê tông (R)với 2 số đo đặc trưng của phương pháp không phá hoại: vận tốc xuyên (v) của siêu âm, độ cứng bề mặt của bê tông qua trị số(n) đo được trên súng thử bê tông loại bật nảy. - Làm quen với phương pháp thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông mà không phá hủy mẫu. - Biết cách sử dụng các thiết bị đo để xác định được vận tốc sóng siêu âm (v) và trị số (n) của súng bật nảy. Từ đó, xác định được cường độ chịu nén ( R) của bê tông. - Tài liệu tham khảo: TCXDVN 225:98; TCXDVN 171:89; TCXDVN 162:2004 1.2. Mô hình thí nghiệm - Mẫu bê tông M18 để tiến hành thí nghiệm đã được đúc sẵn, có kích thước 15cmx15cmx60cm với một số thành phần đặc trưng như sau : + Xi măng PCB40. + Hàm lượng xi măng 375kg/m3. + Cốt liệu lớn: đá dăm Dmax = 20 mm. 1.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm - Máy đo siêu âm để xác định vận tốc siêu âm là thiết bị chuyên dung được quy định trong tiêu chuẩn TCXD 84:14. - Thiết bị sử dụng để xác định độ cứng bề mặt của bê tông là súng thử bê tông loại bật nảy thông dụng với năng lượng va đập từ 0,225 – 3 KGm. 1.4. Các bước tiến hành thí nghiệm - Lập phương án thì nghiệm. Đối với thí nghiệm súng bật nảy, vùng kiểm tra trên bề mặt bê tông có diện tích 500cm2; tiến hành đo 16 điểm rồi loại đi 3 điểm có giá trị đo lớn nhất và 3 điểm có giá trị đo nhỏ nhất. Đối với thí nghiệm siêu âm, tiến hành đo 5 điểm cách nhau 10cm theo phương pháp truyền trực tiếp. - Trước khi đo, làm sạch và mài phẳng vùng sẽ kiểm tra. Đối với máy đo siêu âm, còn bôi một lớp mỡ nhỏ lên vị trí đo để đảm bảo độ nhạy của hai đầu dò. - Chuẩn bị và tiến hành đo bằng máy siêu âm và súng bật nảy. - Tính toán cường độ bê tông từ các số liệu đo. 1.5. Tính toán và xử lý kết quả thí nghiệm 1.5.1. Xử lý kết quả thí nghiệm Tính vận tốc truyền sóng trung bình Vtb: + Dựa vào chiều dài truyền sóng l, thời gian truyền của xung siêu âm t, ta xác định được vận tốc truyền sóng theo công thức : (m/s) Với : l – khoảng cách giữa 2 đầu thu và phát của máy (mm). t - thời gian truyền xung siêu âm (µs). + Tính vận tốc truyền sóng trung bình Vtb: Tính trị số bật nảy trung bình của súng bật nảy : + Xác định trị số bật nảy hiệu chỉnh góc bắn n: - Từ thí nghiệm, ta xác định được trị số bật nảy đo được trên súng. Nếu phương của súng tạo với phương ngang 1 góc α thì trị số bật nảy tại điểm kiểm tra phải được hiệu chỉnh như sau : (vạch) Trong đó : +n :Trị số bật nảy của điểm kiểm tra. + 1 : Trị số bật nảy đo được trên súng. +∆n : Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào góc α và lấy theo catalôcủa súng. Với α = -90o do ta bắn vuông góc với mẫu theo chiều hướng xuống Hệ số hiêu chỉnh trị số bật nảy được lấy như sau: Trị số bật nẩy đo được ∆n trên súng(ni) α=90o α=+45o α=-45o α=-90o 10 - - 2.5 3.5 20 -5.5 -3.5 2.5 3.5 30 -5.0 -3.0 2.0 3.5 40 -4.0 -2.5 2.0 3.5 Tính trị số bật nảy trung bình của súng bật nảy : Trong đó: + ni là trị số bật nảy tại điểm đo thứ i 1.5.2. Tính toán cường độ bê tông R = Co.Ro Trong đó : Ro :Cường độ nén của vùng kiểm tra được xác định bằng biểu đồ 1 hoặc tra bảng 7 tương ứng với vận tốc siêu âm Vtb và trị số bật nảy ntb đo được trong vùng đó. Co :Hệ số ảnh hưởng dùng để xét đến sự khác nhau giữa thành phần của bê tông vùng thử và bê tông tiêu chuẩn. Co = C1.C2.C3.C4 Trong đó : C1 Hệ số ảnh hưởng của mác xi măng sử dụng để chế tạo cấu kiện kết cấu xây dựng. C2 Hệ số ảnh hưởng của hàm lượng xi măng dùng để chế tạo 1m3 bê tông. C3 Hệ số ảnh hưởng của loại cốt liệu lớn sử dụng để chế tạo cấu kiện. - C4 Hệ số ảnh hưởng của đường kính lớn nhất của cốt liệu sử dụng để chế tạo cấu kiện. *Mẫu M18: - Bảng tính toán vận tốc truyền Thời gian truyền Khoảng cách Vận tốc truyền (µs) (mm) (m/s) 20,6 150 7281,55 20,6 150 7281,55 20,8 150 7211,54 20,7 150 7246,38 20,6 150 7281,55 Trung bình 7260,51 Vận tốc truyền sóng siêu âm trung bìnhVtb = 7260,51 m/s - Bảng tính toán trị số bật nảy Trị số bật nảy Góc nghiêng Hệ số hiệu chỉnh Trị số bật nảy sau hiệu chỉnh n1 (vạch) α n (vạch) 37 90 - - 39 90 3,5 42,5 38 90 - - 39 90 3,5 42,5 40 90 3,5 43,5 40 90 - - 41 90 - - 40 90 3,5 43,5 39 90 3,5 42,5 41 90 - - 38 90 3,5 41,5 38 90 3,5 41,5 40 90 3,5 43,5 39 90 3,5 42,5 38 90 - - 39 90 3,5 42,5 Trung bình 42,6 Sau khi loại bỏ 3 giá trị lớn nhất và 3 giá trị nhỏ nhất theo TCXDVN 162:2004, giá trị trung bình của 10 giá trị còn lại sau khi hiệu chỉnh là ntb=42,6 vạch. - Do ứng với số vạch là vtb=7260,51 m/s và ntb=42,6 vạch ta không thể tra được giá trị Ro trong biểu đồ 1-biểu đồ xác định cường độ bê tông chuẩn TCVN 171-1989 Hê số ảnh hưởng Co: + Xi măng sử dụng là PCB40, nên C1 = 1,04. + Hàm lượng xi măng là 375 kg/m3 nên C2 = 1,03. + Cốt liệu lớn là đá dăm và v > 4400 m/s nên C3 = 1,00. + Đường kính lớn nhất của cốt liệu là Dmax = 20 mm nên C4 = 1,03. Vậy hệ số ảnh hưởng là : Co = C1.C2.C3.C4=1,04.1,03.1,00.1,03=1,103 BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỒ NÉN CỦA BÊ TÔNG 1. Công trình : Thực hành thí nghiệm 2. Tiêu chuẩn : TCXD 171-1989 Nhóm thí nghiệm : II Lớp : Đường bộ K50 Thành phần cấp phối bê tông: Xi măng PCB40 375kg Đá dăm Dmax = 20 mm Tên Kết quả siêu âm Kết quả bắn súng Các hệ số hiệu chỉnh C Cường độ nén bê tông Chiều dài đường truyền Thời gian truyền Vận tốc truyền Vận tốc trung bình Trị số bật nảy Góc bắn Trị số bật nảy hiệu chỉnh góc bắn Trị số bật nảy trung bình (mm) (µs) (m/s) (m/s) (vạch) (độ) (vạch) (vạch) C= (daN/cm2) Mẫu M18 150 20,6 7281,55 7260,51 39 -90 42,5 42,6 C1= 1,04 C2=1,03 C3=1,00 C4=1,03 C=1,103 Không tra được 39 -90 42,5 150 20,6 7281,55 40 -90 43,5 40 -90 43,5 150 20,8 7211,54 39 -90 42,5 38 -90 41,5 150 20,7 7246,38 38 -90 41,5 40 -90 43,5 150 20,6 7281,55 39 -90 42,5 39 -90 42,5 1.6. Nhận xét và kết luận *Nhận xét : - Vì mẫu bê tông được đúc sẵn có mác bê tông lớn hơn 350 daN/cm2 nên ta không thể tra biểu đồ để xác định cường độ của mẫu . *Kết luận: - Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông bằng sóng siêu âm và súng bật nảy mang tính tương đối. - Phương pháp này có ưu điểm là không phá hoại mẫu, đánh giá được cường độ của toàn bộ cấu kiện bê tông. - Nhưng nhược điểm là có các sai số do: thiết bị đo, bề mặt của cấu kiện, trình độ của người thí nghiệm…do vậy,kết quả chỉ mang tính chất tương đối. BÀI 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH MÔ ĐUN ĐÀN HỒI CỦA VẬT LIỆU ĐẤT, VẬT LIỆU GIA CỐ, BÊ TÔNG XI MĂNG 2.1. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của vật liệu đất gia cố. 2.1.1. Nhiệm vụ thí nghiệm Xác định được giá trị mô đun đàn hồi của mẫu đất gia cố xi măng bằng cách nén hạn chế nở hông theo đúng điều kiện thực tế ở hiện trường. Giúp sinh viên làm quen và biết cách thí nghiệm để xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường mềm bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng. Tài liệu tham khảo:TCVN 8861:2011 “Áo đường mềm-Xác định mô đun đàn hồi của nền đất và các lớp kết cấu áo đường bằng phương pháp sử dụng tấm ép cứng”. 2.1.2. Mô hình thí nghiệm Mẫu đất gia cố xi măng có thành phần 4% xi măng và 9% tro bay. Mẫu được chế tạo trong phòng theo cối CBR có D=152,4mm, H=116,43mm và đầm nén đến độ chặt yêu theo công đầm nén Proctor tiêu chuẩn. Tiến hành thí nghiệm với 2 mẫu. 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm - Máy nén kiểu đòn bẩy có tỷ lệ là 1: 10, tác dụng lên mẫu một lực gấp 10 lần cấp tải thí nghiệm. - Tấm ép cứng: tấm thép hình tròn, đủ độ cứng có đường kính bằng 1/3 đường kính mẫu (khoảng 5cm) - Đồng hồ đo biến dạng có vạch đo chính xác đến 0,01 mm. - Giá đỡ đồng hồ đo biến dạng. - Cát khô, sạch (lọt qua sang mắt vuông 0,6 mm và nằm trên sang 0,3mm) để tạo phẳng bề mặt thí nghiệm. 2.1.4. Các bước tiến hành thí nghiệm - Chuẩn bị mẫu thí nghiệm với độ chặt yêu cầu và được bảo dưỡng trong môi trường ẩm đủ ngày quy định. - Đưa mẫu lên bàn nén. Làm sạch bề mặt mẫu và sử dụng cát mịn với khối lượng ít nhất để tạo mặt phẳng nằm ngang dưới tấm ép cứng. - Lắp đặt thiết bị đo: đặt tấm ép cứng trên bề mặt mẫu đã tạo phẳng, lắp đặt kích gia tải (có gắn sẵn đồng hồ đo biến dạng) lên trên tấm ép sao cho tâm kích gia tải trùng với tâm của tấm ép. - Trình tự các bước thí nghiệm: + Gia tải trước để ổn định hệ thống đo: sau khi lắp đặt xong hệ thống đo, tiến hành gia tải đến tải trọng lớn nhất Pmax =12kg và giữ tải trong thời gian 2 phút, sau đó dỡ tải và chờ đến khi biến dạng ổn định cũng trong thời gian 2 phút. + Tiến hành gia tải và dỡ tải ứng với mỗi cấp lực đến cấp lực Pmax lần lượt là 3 kg, 6kg, 9kg và 12kg (do quy định tối thiểu là 4 cấp). Ứng với mỗi cấp lực, gia tải đến giá trị đã chọn. Theo dõi đồng hồ biến dạng để chờ đến khi biến dạng ổn định trong thời gian 1 phút (tốc độ biến dạng không vượt quá 0,02mm/phút), ghi lại số đọc trên đồng hồ đo khi gia tải-số đọc đầu. Sau đó, dỡ tải hoàn toàn. Chú ý dỡ tải từ từ, tránh dỡ tải đột ngột gây mất ổn định hệ đo. Ghi lại giá trị biến dạng sau khi dỡ tải-số đọc cuối. - Tiến hành thí nghiệm tương tự với mẫu thứ 2. 2.1.5. Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm 2.1.5.1. Tính giá trị biến dạng đàn hồi tương ứng với mỗi cấp lực là hiệu số của số đọc đầu trừ đi số đọc cuối. *Mẫu 1: Áp lực Số đọc trên đồng hồ biến dạng P Số đọc đầu D Số đọc cuối C Biến dạng đàn hồi (C-D).0.01 kg Vạch Vạch mm 3 95 106 0,11 6 90 103 0,13 9 90 104 0,14 12 86 101 0,15 *Mẫu 2: Áp lực Số đọc trên đồng hồ biến dạng P Số đọc đầu D Số đọc cuối C Biến dạng đàn hồi (C-D).0.01 kg Vạch Vạch mm 3 29 39 0,10 6 20 36 0,16 9 9 30 0,21 12 2 28 0,26 2.1.5.2. Vẽ biểu đồ quan hệ giữa biến dạng đàn hồi và áp lực: Trên cơ sở các cặp giá trị biến dạng đàn hồi và cấp lực tương ứng, đánh dấu các điểm này trên đồ thị quan hệ, trong đó trục hoành biểu thi áp lực, trục tung biểu thị biến dạng đàn hồi. Vẽ đường thẳng biểu diễn quan hệ này theo phương pháp sai số bình phương nhỏ nhất. Phương trình có dạng y’=ax+b. Hiệu chỉnh đường quan hệ biến dạng đàn hồi-áp lực:Việc hiệu chỉnh được tiến hành bằng cách tịnh tiến đường thẳng y’ về gốc tọa độ. Phương trình sau hiệu chỉnh có dạng y=a.x Áp lực (MPa) *Mẫu 1: Độ võng đàn hồi (mm) Áp lực (MPa) *Mẫu 2: Độ võng đàn hồi (mm) 2.1.5.3. Mô đun đàn hồi được xác định theo công thức: Trong đó: E: Mô đun đàn hồi, MPa; P: Áp lực gia tải lên tấm ép, MPa; l : Giá trị biến dạng đàn hồi được xác định trên đường quan hệ biến dạng đàn hồi-áp lực đã điều chỉnh, mm; D: Đường kính tấm ép,m; µ : Hệ số Poisson, được lấy bằng 3,0 đối với cả kết cấu áo đường, 0,25 đối với lớp móng và 0,35 đối với nền đường. Trong khuôn khổ bài thí nghiệm, ta lấy µ=0,35. *Mẫu 1: *Mẫu 2: 2.1.6. Nhận xét và kết luận Mẫu 1 có mô đun đàn hồi cao gấp khoảng 4 lần mẫu 2. 2.2. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông xi măng. 2.1.1. Nhiệm vụ thí nghiệm Xác định được giá trị mô đun đàn hồi của mẫu bê tông xi măng theo kinh nghiệm bằng máy nén của phương pháp phá hoại mẫu Tài liệu tham khảo: - TCVN 3015:1993 “Hỗn hợp bê tông nặng và bê tông nặng-Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử” và TCVN 3118:1993 “Bê tông nặng-Phương pháp xác định cường độ nén”. 2.1.2. Mô hình thí nghiệm Mẫu bê tông xi măng thí nghiệm là mẫu trụ có D=15cm và H=30cm đã được đúc sẵn. 2.1.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm - Máy nén theo nguyên lý thủy lực: chỉ sử dụng 20-80% khả năng của máy. Máy có tốc độ nén 6±4 daN/cm2/s. - Thước đo kim loại đo độ dài chia vạch đến mm. - Gá thép có chiều dài cố định lo=18cm và được gắn đồng hồ đo biến dạng với độ chính xác đến 0,01mm. 2.1.4. Các bước tiến hành thí nghiệm - Chuẩn bị mẫu thí nghiệm theo đúng với TCVN 3015:1993. - Xác định diện tích chịu lực của mẫu, đo chính xác tới 1mm các cặp cạnh đường kính vuông góc với nhau từng đôi một trên từng mặt chịu nén của mẫu. Xác định diện tích 2 mặt chịu nén trên và dưới theo các cặp giá trị trung bình của các cặp đường kính đã đo. Diện tích chịu lực nén của mẫu khi đo chính là trung bình cộng diện tích của 2 mặt. - Lắp đặt gá thép vào mẫu sao cho gá ép mẫu vừa chặt. - Đặt mẫu lên bàn nén sao cho một mặt chịu nén nằm đúng tâm thớt dưới của máy. Vận hành máy sao cho mặt trên của mẫu nhẹ nhàng tiếp cận với thớt trên của máy. - Tiến hành gia tải nén mẫu với P1=1kN, đợi cho biến dạng ổn định (trong 1 phút kim đồng hồ đo không dịch chuyển quá 0,1mm) thì đọc số đọc ở đồng hồ đo-giá trị a. - Tiếp tục tăng tải với tốc độ tăng là V=6 daN/cm2/s cho tới giá trị P2=120kN thì dừng lại. Đợi cho biến dạng ổn định thì đọc số đọc b ở đồng hồ đo. 2.1.5. Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm Mô đun đàn hồi của mẫu BTXM được xác định theo công thức: Trong đó: Eb: Mô đun đàn hồi của mẫu BTXM, MPa; σ :ứng suất do áp lực P tác dụng lên diện tích bề mặt mẫu S, MPa; Δ P=P2-P1=120-1=119 kN=119000N S=π.D2/4= π.0,152/4=0,01767m2 (D: đường kính mẫu, D=0,15m) => σ= Δ P/S=119000/0,01767=6734578N/m2=6734578.10-6 MPa Δl: độ biến dạng đàn hồi của mẫu khi chịu tải ΔP, mm. Δl=(b-a).0,01=(82-77,5).0,01=0,045mm. lo=18cm=180mm Vậy 2.1.6. Nhận xét và kết luận Theo TCVN 356:2000, bê tông có Eb=26938MPa là bê tông B20. BÀI III: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ NHÁM MẶT ĐƯỜNG 3.1. Nhiệm vụ thí nghiệm - Giúp sinh viên hiểu và biết cách xác định được độ nhám vĩ mô của mặt đường thông qua việc đo chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình của mặt đường bằng phương pháp rắc cát. - Tài liệu tham khảo: TCVN 8866:2011 “Mặt đường ô tô-Xác định độ nhám mặt đường bằng phương pháp rắc cát-Thử nghiệm”. 3.2. Mô hình thí nghiệm Tiến hành thí nghiệm 3 vị trí trên mặt đường bê tông xi măng tại sân trường trước nhà A10. 3.3. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm - Vật liệu cát tiêu chuẩn: Là cát khô, sạch, tròn cạnh và có đường kính cỡ hạt nằm giữa 2 cỡ sàng 0,15mm và 0,30 mm theo ASTM và được đựng trong hộp kín. - Ống đong cát dùng để xác định thể tích của các vệt cát, bằng kim loại hoặc nhựa PC cứng, có thể tích bên trong là 25 cm3, một đầu ống được bịt kín. - Bàn xoa là dụng cụ có đáy hình tròn, bằng gỗ, đường kính 6,0-7,5cm và dày từ 6,0-10mm. Mặt đáy của bàn xoa được gắn một lớp cao su mỏng dày khoảng 2mm, mặt trên có núm để cầm. - Một thước dài 500mm khắc vạch đến 1mm để đo đường kính mảng cát. 3.4. Các bước tiến hành thí nghiệm - Tại các vị trí đo, mặt đường phải khô. Quét sạch mặt đường, dọn sạch các mảnh vụn hay các hạt cốt liệu dính kết rời rạc khỏi mặt đường. - Đong cát, đổ đầy cát vào ống đong, gõ nhẹ đáy của ống đong nhiều lần trên một mặt cứng. Cho thêm cát vào ống đong cho đầy tới miệng rồi dùng thước rà gạt phẳng miệng ống. - Đổ ống đong chứa cát lên vị trí mặt đường đã làm sạch. Dùng bàn xoa có bịt cao su, san cát từ trong ra ngoài theo hình xoắn ốc để tạo thành một mảng cát tròn liên tục, lấp đầy các lỗ hổng trên mặt đường cho ngang bằng với các đỉnh của các hạt cốt liệu. Tiến hành xoa cho đến khi mảng cát không còn lan ra ngoài. Cần chú ý để mảng cát khi xoa có dạng hình tròn. - Đo ít nhất 4 đường kính đại diện của mảng cát đã xoa, gồm có đường kính lớn nhất, nhỏ nhất và trung gian. Tính đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm, làm tròn đến mm để làm trị số tính toán. 3.5. Tính toán, xử lý kết quả thí nghiệm - Độ nhám của mặt đường tại mỗi vị trí hi: Trong đó: hi: độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ môi) tại vị trí thử nghiệm thứ i,mm. V: thể tích cát đựng trong ống đong, V=25000mm3. D: đường kính trung bình của mảng cát thí nghiệm đo được, mm. Vị trí Đường kính mảng cát tại điểm đo (mm) Đường kính trung bình D(mm) (mm) D1 D2 D3 D4 1 280 300 310 300 297,5 0,36 2 280 260 260 270 267,5 0,44 3 310 300 280 320 302,5 0,35 - Độ nhám của đoạn mặt đường được xem là đồng nhất, được tính theo công thức: Trong đó: HTB: độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô) trung bình của đoạn đường, mm. hi: độ nhám của mặt đường (chiều sâu cấu trúc vĩ môi) tại vị trí thử nghiệm thứ i,mm. n: số điểm thử nghiệm trên đoạn đường đồng nhất. Vậy độ nhám trung bình của mặt đường bê tông xi măng trước nhà A10 là: 3.6. Nhận xét và kết luận - Độ lệch bình phương trung bình của các trị số nhám thu được tại điểm đo là: Vì δ=0,049mm<27%.HTB=0,27.0,38=0,1026 mm nên đoạn mặt đường được coi là đồng nhất. - Dựa vào tiêu chí đánh giá độ nhám (chiều sâu cấu trúc vĩ mô trung bình) của mặt đường bằng phương pháp rắc cát cho mặt đường đang khai thác, ta thấy: 0,20<HTB=0,38mm<0,45 Mặt đường bê tông xi măng trước nhà A10 được đánh giá là nhẵn và chỉ cho phép tốc độ chạy xe thực tế V<80 km/h.