LAB 2

Transkript

LAB 2

Laboratorní cvičení č. 2
LAB 2: Zkoušky ztvrdlé malty I
Laboratorní cvičení se skládá ze 4 zkušebních postupů. Studenti budou pracovat ve skupinách podle
rozdělení v LAB 1. Zkoušky č.1 až č. 4 provede postupně každá skupina. Úlohy navazují na
předcházející zkoušky čerstvé malty.
Postup 1: Stanovení tepelné vodivosti ztvrdlé malty
Na zkušebních tělesech ztvrdlé malty bude provedeno měření součinitele tepelné vodivosti pomocí
přístroje ISOMET. Tělesa budou pro měření kondiciována v různém prostředí - v exsikátoru se
silikagelem (modelace zdánlivě suchého stavu po předchozím vysušení tělesa), na roštu ve skleněné
nádobě s vodním plochou (modelace vlhkého stavu). Studentům budou poskytnuty informace o
hmotnostech těles ve vysušeném stavu. Kromě měření tepelné vodivosti bude provedeno ověření
aktuální hmotnosti a výpočet aktuální vlhkosti těles v době měření součinitele tepelné vodivosti.
Přístrojové vybavení pracoviště:
Přístroj ISOMET 2104
Váhy EW 3000-2M
Posuvné měřítko
A. Stanovení hmotnostní vlhkosti ztvrdlé malty –
ČSN 72 2448
Postup:
• použijte informaci o hmotnosti v suchém stavu
md [g]
zvažte vzorek ve vlhkém stavu mw [g]
spočítejte hmotnostní vlhkost zkoušeného
vzorku wm podle vztahu:
m − md
wm = w
.100
md
Přístroj ISOMET 2104
[% hmot.]
B. Stanovení součinitele tepelné vodivosti ztvrdlé malty – IZP K 123/08-1996
Postup:
1. Přesvědčte se, že je přepínač POWER na zadním panelu v poloze „0“.
2. Zapojte konektor měřící sondy do zdířky „PROBE“ na zadním panelu.
3. Zapojte napájecí zdroj do zdířky „POWER INPUT“ na zadním panelu.
4. Položte plošnou sondu na vzorek.
5. Zapněte přístroj přepnutím přepínače POWER do polohy „I“)“
6. Měření začněte zmáčknutím F2
7. Jedno měření trvá 5 –10 min
8. Po skončení měření se objeví hodnoty λ = X.XXX cρ = Y.YYY .106 , kde λ je koeficient
tepelné vodivosti [W.m-1K-1], cρ je měrná objemová tepelná kapacita [J.m-3.K-1],
9. Zapište si hodnoty λ a cρ,
10. Měření zopakujte 2x až 3x na suchém i vlhkém vzorku,
11. Vypněte přístroj
Během měření přístroj nevypínejte!
-1-
Postup 2: Zkoušení ztvrdlé malty ultrazvukem – ČSN EN 12504-4
Zkoušení ultrazvukem patří mezi základní metody nedestruktivní kontroly materiálu. Tato zkouška
využívá průchodu ultrazvukového vlnění pružným homogenním prostředím – materiálem. Při průchodu
materiálem dochází k zmenšování intenzity vlnění i amplitudy kmitů. V případě, že vlnění narazí na
rozhraní dvou prostředí (např. materiál – vzduch), dochází k odrazu a lomu vlnění. Základem většiny
měření je měření ultrazvukové energie, která projde materiálem či se naopak vrátí po odrazu od
nějakého rozhraní zpět.
Měření spočívá v průchodu ultrazvukových vln mezi dvěma sondami, přiloženými na protilehlé stěny
zkoušeného vzorku. Z času průchodu vln a ze vzdálenosti sond přístroj změří rychlost průchodu vln
vzorkem. Pokud zvuk narazí na nepravidelnost v materiálu (trhlinu, dutinu, cizorodý materiál), část
zvukové energie je odražena zpět a vada se projeví změnou naměřené rychlosti.
Z rychlosti průchodu vln vzorkem lze spočítat dynamický modul pružnosti měřeného materiálu.
Ultrazvukový měřící přístroj MATEST
Měřítko
Váhy
A. Zjišťování homogenity vzorků a měření rychlosti průchodu vln
zapojte přístroj Matest do sítě,
zkontrolujte, zda jsou zapojeny sondy,
zapněte přístroj,
po rozsvícení obrazovky zmáčkněte tlačítko CONFIG
zkontrolujte, zda v dolní části obrazovky (v modrém poli) svítí tyto hodnoty:
Gain: 40 Frequency: 4Hz Voltage: 750V
AutoSave: OFF Echo: OFF
pokud některá z hodnot nastavení nesouhlasí, je nutno parametry nastavit :
několika stisky tlačítka Hz nastavte frekvenci 4 Hz (v dolní části obrazovky se musí
objevit Frequency:4Hz),
stisky tlačítka V nastavte napětí 750 V (dole na obrazovce se objeví Voltage: 750 V),

stisky tlačítka G nastavte zisk na 40 (Gain: 40),

tlačítko ECHO – vypnout (Echo: OFF),
tlačítko MEMO – vypnout (AutoSave: OFF),
kalibrace nuly: namažte sondy kontaktním gelem,
přiložte sondy hladkou plochou k sobě,
vyčkejte, až se měřená hodnota na obrazovce stabilizuje,
stiskněte tlačítko ZERO
v levém dolním rohu tmavé části displeje se objeví naměřená hodnota (Zero: ...)
nastavení referenčního koeficientu:
namazané sondy přiložte na oba konce referenčního vzorku (bílý váleček),
vyčkejte, až se měřená hodnota na obrazovce stabilizuje,
do okénka Reference [μs] : zadejte hodnotu, napsanou na referenčním
vzorku (pomocí stylusu a virtuální klávesnice),
v pravém dolním rohu dipleje se objeví hodnota RefK = .....,

stiskem tlačítka OK se vrátíte do měřícího režimu,
nastavení měření : tlačítkem v levé horní části nastavíte, kterou veličinu chcete měřit –
rychlost (není popsána, symbolem je jakási raketka),
ve středu obrazovky se objeví okénko Length [mm] :
změřte šířku vzorku a zadejte ji do okénka jako vzdálenost sond při
měření,
-2-

zmáčkněte tlačítko GO a přiložte dobře namazané sondy na protilehlé strany vzorku, kolmo
proti sobě (viz obrázek),

vyčkejte, až se měřená hodnota ustálí a zaznamenejte,
měření opakujte několikrát (nejméně 5x), sondy přikládejte pouze na hladké plochy vzorku,
pokud se některá z naměřených hodnot výrazně odchýlí od ostatních, zkontrolujte, zda mají
sondy dobrý kontakt (zda jsou dobře namazány) a měření na daném místě zopakujte,
pokud se změřená hodnota opět odchýlí, jedná se pravděpodobně o vadu ve vzorku. Změřte
vzdálenosti vady od okrajů vzorku. Vytvořte náčrtek, ve kterém nalezenou vadu zakreslíte a
okótujete,

po dokončení měření všech vzorků zmáčkněte tlačítko STOP a potom přístroj vypněte,
pečlivě očistěte sondy buničitým papírem,
B. Výpočet dynamického modulu pružnosti
Dynamický modul pružnosti lze vyjádřit pomocí fyzikálního zákona šíření vln ve hmotě pomocí vztahu:
E = v2 x ρV
je rychlost šíření vln ve hmotě [km.s-1]
ρV
objemová hmotnost vzorku [g.m-3]
E
dynamický modul pružnosti [MPa] (po dosazení rychlosti v km.s-1 a po vyjádření Pa
-1 -2
jako kg.m .s )
kde
v
Postup:

změřte rozměry každého zkušebního tělesa a z hmotnosti (může být zadána) a objemu
vypočtěte objemovou hmotnost každého zkušebního tělesa,

ze změřených rychlostí spočítejte pro každé těleso průměrný modul pružnosti. Hodnoty, které
se výrazněji (v řádu jednotek) odchylují od ostatních do výpočtu nezahrnujte,

spočítejte výsledný modul pružnosti jako průměr hodnot modulu pružnosti všech těles.
-3-
Postup 3: Stanovení statického modulu pružnosti
Zkouška je zařazena jako porovnávací ke zkoušce dynamického modulu pružnosti
Znázorníme-li závislost zatížení a deformace, je zřejmé, že při nárůstu zatížení - napětí dochází
k přetvoření. Odlehčíme-li prvek, pak nezanikne celá deformace ale pouze její pružná, neboli elastická
část. Setrvávající deformace je trvalá, neboli plastická. Součet obou deformací označujeme jako
deformaci celkovou. U různých materiálů je vzájemný poměr pružné a trvalé části deformace různý.
Obecně platí, že při nízkých napětích se většina materiálů chová pružně.
Statické metody stanovení modulu pružnosti využívají Hookova zákona.
Modulem pružnosti je vyjádřen vztah mezi působícím napětím a jím vyvolanou pružnou deformací.
Platí závislost formulovaná v Hookově zákoně:
σ= E x ε
kde
σ
E
ε
je
působící napětí (v tlaku, tahu) [MPa]
modul pružnosti (v tlaku, tahu) [MPa]
poměrná pružná deformace [bezrozměrné číslo]
Modul pružnosti E lze graficky vyjádřit jako tangentu úhlu, který svírá tečna, event. sečna
pracovního diagramu s osou x. Při výpočtu modulu pružnosti z Hookova zákona pak je to úhel, který
svírá lineární část (tj. část, pro kterou platí Hookův zákon) pracovního diagramu s osou x, v nelineární
části pracovního diagramu tento úhel svírá čára, znázorňující průběh deformace při odlehčování
materiálu s osou x (viz obr.1)
Chceme-li zjistit počáteční modul pružnosti, tj. modul zachycující deformace od nulového napětí až k
příslušnému zatěžovacímu stupni (F1, F2, F3), musíme změřenou deformaci mezi zatěžovacím
stupněm a základním zatížením (F0) ještě zvětšit o deformaci, která by nastala při odlehčení až k
nule.Tuto hodnotu nemůžeme přímo odečítat z měřícího zařízení, protože při nulovém zatížení není
možno z různých důvodů měřit („mrtvé chody“, nebezpečí uvolnění vzorku z čelistí), lze ji však stanovit
na základě přímkové závislosti deformace a napětí v oblasti nejnižších zatížení (tj. v oblasti, kde má
pracovní diagram přímkový charakter, z podobnosti trojúhelníků viz obr.2).
Deformace se měří pomocí speciálních zařízení – odporových tenzometrů. Princip měření těmito
tenzometry spočívá v tom, že se změnou délky se stejně mění i elektrický odpor tenzometru, který lze
změřit při vhodném zapojení (např. do Wheatstoneova můstku – viz Schéma měření).
Obr.1:Průběh deformace vzorku při zatěžování a odlehčování
Obr.2: Extrapolace deformační křivky
v oblasti nízkých napětí
Tenzometrický měřící systém
Sada závaží (zdroj zatížení)
Měřítko
-4-
A. Měření poměrných deformací v ohybu
Vzorek se pro účely této zkoušky bude zatěžovat stupňovitě podle zatěžovacího schématu, které bude
zadáno v hodině.
Pro snazší výpočet zapisujte naměřené hodnoty a výsledky do tabulky, přiložené na konci návodu.
Schéma měření:
.
Fi
Wheatstoneův můstek
Pokud platí vztah: R 1
kompenzační
tenzometr
R1
R2
R2
měřící tenzometr
R3
R4
pak je můstek v rovnováze a
střední větví s galvanometrem
neprochází žádný proud.
Pokud se R1 změní (vlivem
protažení materiálu), můstek
přestane být v rovnováze a
galvanometr ukáže určitou
hodnotu.
galvanometr
R4
R3
=
proměnný odpor
pro vyvážení můstku
0.057
Postup zkoušky:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
zapněte přístroj
vynulujte přístroj tlačítkem O a počkejte, dokud se hodnota na displeji neustálí
zatižte materiál pomocí závaží na hodnotu F1
po ustálení přečtěte naměřenou hodnotu deformace z displeje a zapište ji do tabulky.
odlehčete materiál na hodnotu F0 a ustálenou hodnotu opět zapište
stejný postup opakujte i pro hodnoty zatížení F2 a F3
po každém zatížení Fi je třeba odlehčit na základní zatížení F0 a zapsat hodnotu deformace
v průběhu měření by nemělo zatížení nikdy klesnout na nulu (miska na závaží nesmí zůstat
prázdná)
po jednom kompletním měření (zatížení F1 až F3 + odlehčování na F0) přístroj na chvíli vypněte
změřte příčné rozměry vzorku b, h v místě zatěžování (pozor, neporušte nalepené
tenzometry!)
změřte vzdálenost podpor l [mm]
měření zopakujte podruhé podle bodů 1 až 9
Výpočet
•
stanovte poměrné pružné deformace z osazených tenzometrů výpočtem rozdílů mezi čtením při
zatížení a čtením po následném odlehčení na základní zatížení
•
vypočítejte průměrné deformace z obou měření
•
napětí pro příslušné zatížení se stanoví v závislosti na použitém způsobu zatížení , v tomto
případě pro napětí v tahu za ohybu, tj.:
σ=
M
[MPa] ,
W
kde M je ohybový moment: a W je průřezový modul :
(v měřeném případě
M=
1
F .l
4
W =
1
b.h 2
6
)
•
deformace mezi základním zatížením a nulou dopočítejte z podobnosti trojúhelníků (viz. obr.2)
•
stanovte modul pružnosti na základě Hookova zákona pro jednotlivé zatěžovací kroky
•
vypočítejte průměrný modul pružnosti v tahu za ohybu pro měřený materiál v MPa
-5-
Postup 4: Stanovení přídržnosti ztvrdlé malty k podkladu
Přídržnost vyjadřuje maximální napětí v tahu (MPa) vyvozené zatížením působícím kolmo k povrchu
malty nanesené na podkladu (pálené zdící prvky, pórobetonové tvárnice, betonové desky apod.).
Tahové zatížení se vyvozuje prostřednictvím zkušebního zařízení (odtrhového stroje) a tuhého
odtrhového terče z korozivzdorné oceli, přilepeného obvykle epoxidovým lepidlem na zkoušenou
předem oddilatovanou kruhovou plochu povrchu malty s přesahem dilatace do podkladu
A. Lepení terčů
Pro zkoušky přídržnosti je třeba přilepit několik zkušebních terčů k podkladu. Počet terčů a jejich
přesné umístění upřesní vedoucí cvičení. K vlastnímu stanovení přídržnosti použije skupina terče,
přilepené předchozími skupinami, aby bylo zaručeno dokonalé vytvrdnutí lepidla. Terče, které skupina
přilepí budou použity v následujících hodinách. Vybraní studenti z každé pracovní skupiny provedou
přípravu zkušebních těles pro zkoušku přídržnosti ztvrdlé malty k podkladu.
Postup:
1. pro nalepení terčů bude použito dvousložkové epoxidové lepidlo. Na pracovišti bude připraveno
ve 2 tubách, označených A a B a rovněž barevně odlišených (červená a černá).
Příprava lepidla:
2. pro přilepení 1 terče použijte 1,5 g hmoty z každé tuby (nutno respektovat z ekonomického
důvodu). Dávkování hmoty kontrolujte vážením a připravte jen takové množství, které bude
odpovídat určenému počtu terčů.
3. jiný poměr hmot A a B může ovlivnit pevnost spoje !!
4. složky A a B pečlivě promíchejte a nanesete v tenké vrstvě na lepící plochu zkušebního terče.
5. zkušební terč s naneseným lepidlem v krátkém čase přiložte na určené (vybrané) zkušební místo
na připraveném podkladu (místo určí vedoucí cvičení).
6. po dobu cca půl minuty pevně tlačte zkušební terč k podkladu a poté již zůstává v klidu.
7. doba tuhnutí lepidla je cca 4 min! Funkční pevnost je však až za 8 a více hodin podle teploty
prostředí.
8. pokud dojde k podtečení lepidla přes obvod zkušebního terče, musí být před ztvrdnutím toto
přebytečné lepidlo ihned odstraněno.
B: Stanovení přídržnosti ztvrdlé malty k podkladu - ČSN EN 1015-12
Zkouška bude provedena odtrhovým přístrojem COMING OP3. Každá skupina bude zkoušet cca 2
terče, přidělené učitelem nebo technikem katedry. K ovládání přístroje je na pracovišti připraven
podrobný manuál s popisem přístroje a jeho ovládáním a s podrobným návodem k provedení zkoušky.
Odtrhová zkouška bude probíhat pod dozorem technického pracovníka katedry podle jeho
pokynů.
Z výsledku odtrhové zkoušky zjistíte tyto informace:
•
•
•
•
Průměrná rychlost,
Maximální rychlost,
Maximální síla při porušení vzorku Fu [kN],
Doba měření [s].
Přídržnost fu se potom vypočítá podle vztahu:
fu =
Fu
[MPa]
A
kde Fu je vyvozené zatížení [N] a A je zkoušená plocha [ mm2] (stanovená výpočtem při
průměru použitého terče = 50 mm).
-6-
Závěrečný protokol:
Každá pracovní skupina vypracuje jeden společný protokol.
Titulní strana ( download zde) :

Popis úloh - Pouze název úlohy, popř. odkaz na číslo normy podle pracovního návodu

Závěrečné hodnocení:

•
hodnota hmotnostní vlhkosti měřeného materiálu
•
hodnota tepelné vodivosti suchého a vlhkého vzorku
•
hodnota objemové hmotnosti a dynamického modulu pružnosti
•
hodnota statického modulu pružnosti zadaného materiálu. (Podrobný výpočet modulu
pružnosti bude v přiložené tabulce)
•
hodnota přídržnosti fu zkoušeného materiálu (souvrství),
V případě potřeby protokol pokračuje na dalším papíru.
-7-
2.měření
2. měř.
prům. εi´
F0
ε 0 = ε 1′ .
=
F1 − F 0
Deformace při odlehčení
z Fi na F0
poměrná
1.měř.
[‰]
[MPa]
Napětí
Mi
σi =
W
[mm]
Zatěžovací schéma :
Ohybový
moment
l=
Celková
deformace
[N. mm]
Mi
[‰]
(εi´+ ε0)
Deformace při základním zatížení F0:
[mm3]
Průřezový modul :
[mm]
Rozměry průřezu :
MODUL PRUŽNOSTI V TAHU ZA OHYBU
Materiál :
Zdroj zatěžovací síly :
1.měření
[‰]
Čtení přístroje
Měřící zařízení: odporový tenzometr,
zapojený do Wheatstoneova můstku
Zatěž.
síla
Fi
[N]
F1 =
F0 =
F2 =
F0 =
F3 =
F0 =
Průměrná hodnota modulu pružnosti:
-8-
123SHMC
Mi=
´
i
+ε
Fi∗l
4
0
)∗10 − 3
σi
Modul pružnosti
E=
(ε
[MPa]