Tầm quan trọng của việc thử nghiệm khi chọn đá tự nhiên (P3)

0 18

Mục đích bài viết:

1. Giải thích tại sao và làm thế nào các tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM giúp đảm bảo an toàn và chất lượng của ứng dụng đá tự nhiên.

2. Mô tả các thử nghiệm ASTM và / hoặc ANSI có thể áp dụng cho các ứng dụng nội thất, ngoại thất và bề mặt đi bộ.

3. Thảo luận về cách giải thích kết quả thử nghiệm và ý nghĩa của chúng đối với việc lựa chọn vật liệu.

4. Tạo một kế hoạch sử dụng dữ liệu thử nghiệm có liên quan để chọn loại đá thích hợp cho các ứng dụng cụ thể nhằm đảm bảo không gian sử dụng an toàn.

Tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM liên quan đến đá tự nhiên

Bây giờ chúng ta hãy xem xét các Tiêu chuẩn thử nghiệm ASTM thường được sử dụng liên quan đến đá tự nhiên. Các bài kiểm tra có thể được chia thành hai loại lớn: những bài kiểm tra liên quan đến hoạt động vật lý của đá và những bài kiểm tra cho chúng ta biết điều gì đó về cách đá sẽ hoạt động trong những trường hợp nhất định.

ASTM C97: Độ hấp thụ và khối lượng riêng của đá có kích thước: Độ hấp thụ là thước đo độ xốp của đá; đặc tính này là một chỉ số về khả năng chống vết bẩn và có thể là hiệu suất của nó trong môi trường lạnh, ẩm ướt, nơi nó sẽ phải chịu các chu kỳ đông lạnh-rã đông.

ASTM C170: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn cho cường độ nén của đá có kích thước: Thử nghiệm này đo khả năng chống lại áp lực nghiền của đá.

ASTM C99: Phương pháp thử tiêu chuẩn cho mô đun nứt vỡ: Thử nghiệm này đo độ bền uốn hoặc uốn của vật liệu đá dưới tải trọng một điểm.

ASTM C880: Phương pháp thử tiêu chuẩn cho độ bền uốn của đá có kích thước: Thử nghiệm này đánh giá độ bền uốn bằng cách sử dụng hai điểm tải và một mẫu là độ dày thực của đá được lắp đặt.

ASTM C1353: Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn về khả năng chống mài mòn của đá có kích thước chịu sự lưu thông của chân sử dụng bệ quay, máy mài mòn hai đầu: Thử nghiệm này xác định mức độ mà vật liệu đá có thể chịu được trầy xước hoặc mài mòn.

ANSI DCOF (hệ số ma sát động): Thử nghiệm này đo khả năng chống trượt của một vật thể trong chuyển động.

ASTM C1354: Độ bền của neo đá riêng lẻ trong đá có kích thước: Thử nghiệm này đánh giá hiệu suất của neo riêng lẻ với một sản phẩm đá cụ thể.

Thử nghiệm nào cho Ứng dụng nào?

Các ứng dụng ngoại thất và nội thất đều có những cân nhắc cụ thể riêng. Nói chung, nếu đá sẽ được lắp đặt bên ngoài, nó phải có khả năng chống lại thời tiết và mục nát, vì nó có thể tiếp xúc với nhiệt độ khắc nghiệt, chu kỳ đóng băng, chất gây ô nhiễm và hóa chất như chất khử mùi. Bởi vì đá trong các ứng dụng nội thất được che chở khỏi các yếu tố, phạm vi lựa chọn rộng hơn nhiều; tuy nhiên, có những lưu ý đặc biệt đối với đá nội thất được sử dụng trong các ứng dụng lát sàn hoặc lắp đặt ở những vị trí có thể tiếp xúc với hóa chất, dầu mỡ hoặc độ ẩm kéo dài.

Khi bạn đã xác định được ứng dụng và liệu đá sẽ được sử dụng trong nhà hay bên ngoài, bạn có thể bắt đầu xây dựng một kế hoạch để giúp hướng dẫn các thông số kỹ thuật trong tương lai. Kế hoạch về cơ bản phác thảo quy trình mà bạn sẽ tuân theo cho từng ứng dụng chung. Nó sẽ giúp đảm bảo rằng đặc điểm kỹ thuật của bạn là kỹ lưỡng và bạn đã xem xét tất cả các thử nghiệm thích hợp cho ứng dụng cụ thể đó. Mặc dù chúng ta sẽ sớm xem xét vấn đề này chi tiết hơn, nhưng sau đây là một số cân nhắc chung.

Nếu đá đang được sử dụng trong khả năng kết cấu, bạn nên tìm kiếm dữ liệu thử nghiệm về độ bền nén và độ bền uốn. Nếu đá phải tiếp xúc với các yếu tố, hãy nghiên cứu độ hấp thụ, độ xốp và độ thấm của đá. Ngoài ra, bạn có thể muốn tìm kiếm dữ liệu thử nghiệm về cách nó phản ứng với các chu kỳ đóng băng-tan băng. Nếu đá được lắp đặt theo phương thẳng đứng, hãy nghiên cứu hệ thống neo và chỉ định ASTM C1354. Nếu đá được sử dụng trong các khu vực sàn có giao thông qua lại, đá phải được kiểm tra về độ cứng mài mòn và khả năng chống trượt. Độ hấp thụ và mật độ cũng là những cân nhắc quan trọng.

Thử nghiệm đá tự nhiên: Thử nghiệm cho các ứng dụng đá xây dựng

Đá bên ngoài phải có khả năng chịu được toàn bộ các ứng suất mà chúng sẽ tiếp xúc. Tùy thuộc vào ứng dụng và vị trí của dự án, chúng có thể bao gồm các tải trọng và ứng suất môi trường khác nhau.

Trọng lực tác động xuống một viên đá hoặc cụm đá, và trong các ứng dụng thẳng đứng phải do hệ thống neo chịu. Nếu được sử dụng về mặt kết cấu, đá ở đáy tường phải đủ cứng để chịu được trọng lượng của vật liệu chịu lực trên đó. Đá được sử dụng trong các ứng dụng thẳng đứng chịu tải trọng gió; những áp lực này gây ra cả áp lực tích cực và tiêu cực và có xu hướng mạnh hơn ở các góc của tòa nhà hoặc gần các điểm gián đoạn. Tải trọng gió có phương vuông góc với mặt đá hoặc mặt dựng tường. Tải trọng địa chấn là kết quả của sự gia tốc của trái đất trong một trận động đất hoặc dư chấn. Các lực này có thể vuông góc hoặc song song với mặt đá. Việc thiết kế các tổ hợp thường bị chi phối bởi tải trọng gió, vì nó thường lớn hơn tải trọng địa chấn, mặc dù có những trường hợp ngoại lệ.

Đá bên ngoài có thể tiếp xúc với chu kỳ đóng băng-tan băng và giãn nở và co lại do nhiệt. Họ có thể tiếp xúc với mưa, tuyết hoặc mưa đá, cũng như các chất ô nhiễm và hóa chất như carbon monoxide và sulfat. Đá bên ngoài được sử dụng làm lớp lát nền có thể chịu tải trọng nén nặng từ phương tiện lưu thông; chúng cũng phải có khả năng chống mài mòn và chống trượt.

Độ bền nén và cường độ uốn

Vì độ bền là một yếu tố quan trọng cần cân nhắc đối với các ứng dụng ngoài trời, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các bài kiểm tra ASTM đánh giá độ bền néncường độ uốn.

ASTM C170: Phương pháp thử tiêu chuẩn cho cường độ nén của đá kích thước

Thử nghiệm này được sử dụng để đo khả năng chống nghiền của đá. Nó yêu cầu các mẫu vật hình khối hoặc hình trụ có kích thước từ 2 đến 3 inch ở mọi kích thước. Một chiếc ram được sử dụng để tạo áp lực lên đá cho đến khi nó bị vỡ hoặc “đập vỡ”. Cường độ nén của mẫu được báo cáo là ứng suất hư hỏng tính bằng pound trên inch vuông (lbs / in 2 ) hoặc MPa.

Ít nhất năm mẫu thử cho mỗi điều kiện trong số bốn điều kiện phải được thử nghiệm và chúng phải phẳng nhất có thể và không có vết nứt hoặc các sai sót khác, vì chúng có thể ảnh hưởng tiêu cực đến sức mạnh. Trong một số trường hợp, phòng thử nghiệm có thể phải hoàn thiện lại mẫu để tạo ra các bề mặt có thể chấp nhận được.

Cường độ nén cao hơn cho thấy đá có thể chịu được tải trọng nghiền cao hơn. Thông số kỹ thuật vật liệu đưa ra các giá trị tối thiểu về cường độ nén cho từng loại đá; ví dụ, ít nhất 1.800 psi (12,45 MPa) đối với đá marble và 19.000 psi (131 MPa) đối với đá granite. Cường độ nén — hoặc tải trọng mà viên đá bị hỏng — thường cao hơn nhiều so với tải trọng thực tế mà viên đá phải chống lại. Ngành công nghiệp đã thiết lập các hệ số an toàn cho các loại đá khác nhau, giúp xác định tải trọng cho phép của loại đá đó. Ví dụ, nếu hệ số an toàn của một viên đá nhất định là 4, bạn sẽ chia cường độ nén cho viên đá đó cho bốn để có được tải trọng tối đa cho phép mà viên đá đó phải chịu.

Thí nghiệm đá tự nhiên ASTM
ASTM C170 đo khả năng chống lại áp suất nghiền hoặc cường độ nén của đá.

Độ bền uốn: ASTM C99 và C880

Hai bài kiểm tra ASTM đánh giá độ bền uốn hoặc uốn của vật liệu đá. Đầu tiên là ASTM C99: Phương pháp thử tiêu chuẩn cho mô đun nứt vỡ. Đối với thử nghiệm này, các mẫu đá được nâng đỡ gần các đầu, tạo ra một loại “cầu” và tải trọng hướng xuống được tác động lên phần trên cho đến khi đá bị hỏng. Thử nghiệm này được cho là đã bị ảnh hưởng bởi một thử nghiệm tồn tại trước đó được phát triển để kiểm tra gạch và nó sử dụng các mẫu vật có kích thước 8 x 4 x 2¼ inch – kích thước của một viên gạch tiêu chuẩn.

Bài thi còn một số thiếu sót. Mẫu thử ngắn, dày hoạt động giống như một “chùm dày”, với tỷ lệ cắt trên mômen cao, và do đó không phải chịu ứng suất uốn như một mẫu mỏng hơn. Vì lý do này, kết quả kiểm tra có xu hướng cao. Thứ hai, vì tải trọng được đặt tại một điểm giữa nhịp, ứng suất uốn tập trung ở giữa mẫu. Tuy nhiên, đá là vật liệu không đồng nhất với kích thước hạt khác nhau. Một mẫu có thể chứa các điểm yếu gần các đầu mà sẽ không lộ ra trong quá trình thử nghiệm ASTM C99 do tải trọng giữa nhịp.

Thí nghiệm đá tự nhiên ASTM
Trong quá trình thử nghiệm ASTM C99, một tải trọng hướng xuống được tác động lên giữa một mẫu đá dày và ngắn.

ASTM C880: Phương pháp thử tiêu chuẩn cho độ bền uốn của đá kích thước

khác với C99 ở hai điểm chính: Thứ nhất, thử nghiệm này sử dụng các mẫu thử nghiệm có cùng độ dày và cùng lớp hoàn thiện với đá sẽ được sử dụng trong ứng dụng thực tế.

Điểm khác biệt thứ hai giúp phân biệt ASTM C880 với mô đun của các thử nghiệm đứt gãy là thử nghiệm độ bền uốn được thực hiện với tải trọng một phần tư. Thay vì áp dụng toàn bộ tải trọng tại một vị trí duy nhất tại điểm giữa, tổng tải trọng thử nghiệm được chia nhỏ: một nửa được áp dụng một phần tư khoảng cách từ một giá đỡ; nửa còn lại một phần tư khoảng cách từ hỗ trợ khác. Bằng cách này, toàn bộ nửa trọng tâm của nhịp chịu cùng một mômen uốn lớn nhất hoặc ứng suất. Phương pháp này có nhiều khả năng để lộ bất kỳ điểm yếu cục bộ nào của đá. Vì những lý do này, C880 vượt trội hơn C99.

Như với C99, tải trong C880 được tăng lên cho đến khi mẫu bị vỡ. Độ bền uốn sau đó được tính bằng công thức dựa trên dạng hình học của các điều kiện thử nghiệm.

Độ bền uốn được biểu thị bằng lbs / in 2 hoặc MPa. Độ bền uốn cao hơn hoặc mô đun đứt gãy cho thấy độ bền uốn cao hơn. Các giá trị tối thiểu bắt buộc, như được xác định trong Thông số kỹ thuật vật liệu, nằm trong khoảng từ 400 psi (2,8 MPa) đối với đá vôi mật độ thấp đến 1500 psi (10,3 MPa) đối với đá granit.

Cũng như cường độ nén, hệ số an toàn được sử dụng để đảm bảo tải trọng thực tế không bao giờ gần bằng cường độ uốn, hoặc tải trọng mà đá sẽ bị hỏng.

Thí nghiệm đá tự nhiên ASTM
ASTM C880 đo độ bền uốn bằng cách tác dụng tải trọng phân chia tại hai điểm cho đến khi đá hỏng.

Nguồn: continuingeducation.bnpmedia.com

Ban biên tập –  Thư Viện Đá Tự Nhiên

Comments
Loading...