Các phương pháp khảo sát và đánh giá chất lượng vật liệu.pdf

CHỈÅNG 2 CẠC PHỈÅNG PHẠP KHO SẠT V ÂẠNH GIẠ
CHÁÚT LỈÅÜNG VÁÛT LIÃÛU
1. Cạc ngun tàõc chung :
Khi nghiãn cỉïu trảng thại lm viãûc, kh nàng chëu lỉûc, tøi th ca cạc âäúi tỉåüng
cho tháúy úu täú nh hỉåíng trỉûc tiãúp âáưu tiãn l cháút lỉåüng ca váût liãûu. Cháút lỉåüng âọ
âỉåüc thãø hiãûn qua cạc loải cỉåìng âäü, tênh cháút v säú lỉåüng cạc khuút táût â täưn tải
hồûc xút hiãûn måïi trong quạ trçnh âäúi tỉåüng lm viãûc.
Hiãûn nay, viãûc kho sạt v xạc âënh cạc âàûc trỉng cå bn ca VL bàòng thỉûc
nghiãûm thỉåìng âỉåüc thỉûc hiãûn theo 2 phỉång phạp cå bn:
1.1. Phỉång phạ
p phạ hoải máùu v láûp biãøu âäư âàûc trỉng VL:
Hçnh dảng v kêch thỉåïc máùu thỉí xạc âënh ty: cáúu tảo VL, mủc âêch nghiãn cỉïu,
tiãu chøn qui phảm nh nỉåïc.
Cạc máùu âỉåüc thê nghiãûm tỉång ỉïng våïi trảng thại lm viãûc ca VL (kẹo, nẹn,
ún, xồõn) tàng dáưn ti trng tỉìng cáúp cho âãún khi phạ hoải. ỈÏng våïi cạc cáúp ti p
i
ta
thu âỉåüc ε
i
, σ
i
v v âỉåüc âỉåìng cong biãøu diãùn quan hãû ỈS-BD v âỉåüc gi l biãøu
âäư âàûc trỉng ca VL, båíi vç qua âọ ny cọ thãø xạc âënh cạc âàûc trỉng cå l ca VL .
Phỉång phạp phạ hoải máùu chëu nh hỉåíng trỉûc tiãúp cạc úu täú:
1. Täúc âäü gia ti
2. Nhiãût âäü mäi trỉåìng
3. Trảng thại ỉïng sút tạc dủng
1.2. Phỉång phạp khäng phạ hoải v láûp biãøu âäư chuøn âäøi chøn ca VL
Phỉång phạp náưy thỉåìng gii quút hai nhiãûm vủ :
1/ Xạc âënh cỉåìng âäü tải nhiãưu vë trê khạc nhau, qua âọ âạnh giạ âỉåüc mỉïc âäü
âäưng nháút ca VL.

2/ Phạt hiãûn cạc khuú
t táût täưn tải bãn trong mäi trỉåìng VL do quạ trçnh chãú tảo,
do nh hỉåíng cạc tạc âäüng bãn ngoi, hồûc do ti trng .
2. Phỉång phạp kho sạt thỉûc nghiãûm VL bã täng
2.1 Xạc âënh cạc âàûc trỉng cå-l ca BT bàòng phỉång phạp phạ hoải máùu
1/ Thê nghiãûm xạc âënh cỉåìng âäü giåïi hản chëu nẹn :
a/ Máùu thỉí :
Khäúi láûp phỉång hồûc làng trủ âỉåüc chãú tảo âäưng thåìi våïi quạ trçnh thi cäng bã
täng. Kêch thỉåïc máùu, phỉång phạp chãú tảo, bo dỉåỵng theo Tiãu chøn Viãût Nam
TCVN 3105 - 1993 .
b/ Tiãún hnh thê nghiãûm :
Thê nghiãûm nẹn phạ hoải máùu chøn 150 x 150 x 150 mm
Cỉåìng âäü : R = P
ph
/F (kg/m
2
)
1




Hỗnh 2.1. Tổồng quan vóử cổồỡng õọỹ chởu neùn cuớa bótọng giổợa
mỏựu hỗnh truỷ vaỡ hỗnh lỏỷp phổồng
Khi kờch thổồùc mỏựu khaùc chuỏứn phaới nhỏn hóỷ sọỳ chuyóứn õọứi :
- Mỏựu lỏỷp phổồng : 100 x 100 x 100 mm - 0,91
200 x 200 x 200 - 1,05
300 x 300 x 300 - 1,10
- Mỏựu truỷ ( D x H ) : 71,5 x 143 vaỡ 100 x 200 mm - 1,16
150 x 300 - 1,20

200 x 400 - 1,24
2/ Thờ nghióỷm xaùc õởnh cổồỡng õọỹ lng truỷ, mọõun bióỳn daỷng vaỡ hóỷ sọỳ Poisson cuớa
bó tọng:
a/ Mỏựu thổớ : Khọỳi lng truỷ õaùy vuọng, chióửu cao gỏỳp 4 lỏửn caỷnh õaùy:
100 x 100 x 400 mm ; 150 x 150 x 600 mm ; 200 x 200 x 800 mm
b/ Phổồng phaùp thờ nghióỷm :



F
P
R
ph
lt
=

II
E
01
01
0




=

- Cổồỡng õọỹ lng truỷ - Mọõun õaỡn họửi ban õỏửu

I
II


à
=

I
i
I
i
ii
b
E




=
+
+
1
1

- Hóỷ sọỳ Poisson - Mọõun bióỳn daỷng tổùc thồỡi


2.2.aùnh giaù chỏỳt lổồỹng BT bũng caùc phổồng phaùp giaùn tióỳp:
2

1/ Nguyón từc chung cuớa phổồng phaùp :
Duỡng caùc thióỳt bở cồ hoỹc taỷo nón nhổợng va chaỷm trổỷc tióỳp lón bóử mỷt cuớa vỏỷt lióỷu.
Khi khaớo saùt chỏỳt lổồỹng vaỡ cổồỡng õọỹ cuớa BT phaới chuù yù õóỳn caùc yóỳu tọỳ thuọỹc baớn
chỏỳt cuớa VL laỡm aớnh hổồớng õóỳn kóỳt quaớ nhổ :
Tờnh khọng õọửng nhỏỳt vóử cỏỳu truùc vaỡ cổồỡng õọỹ cuớa BT
Do khaớ nng carbon hoùa lồùp vỏỷt lióỷu ngoaỡi theo thồỡi gian
2/ aùnh giaù chỏỳt lổồỹng bótọng bũng duỷng cuỷ buùa bi (h. 2.2)
Laỡm saỷch bóử mỷt vuỡng thổớ coù kờch thổồùc 100 x 100mm. Duỡng buùa coù troỹng lổồỹng
300 -400g, õỏỷp thúng goùc xuọỳng bóử mỷt cỏỳu kióỷn, vión bi seợ
õóứ laỷi trón bóử mỷt bótọng
mọỹt vóỳt loợm. Quan saùt vóỳt loợm vaỡ so saùnh vồùi bióứu õọử chuỏứn coù thóứ õổa ra kóỳt luỏỷn õởnh
tờng vóử chỏỳt lổồỹng vaỡ cổồỡng õọỹ cuớa bótọng.

Hỗnh 2.2. Buùa bi
a. Cỏỳu taỷo; b. Bióứu õọử quan hóỷ chuỏứn giổợa õổồỡng kờnh vóỳt loợm vaỡ cổồỡng õọỹ bótọng
3/ Xaùc õởnh cổồỡng õọỹ cuớa BT bũng buùa bi coù thanh chuỏứn (h-2.3)
Sọỳ lổồỹng õióứm thổớ trón mọựi vuỡng cuớa cỏỳu kióỷn khọng ờt hồn 5 õióứm., khoaớng caùch
giổợa caùc õióứm thổớ trong vuỡng õoù laỡ 30 mm trón bóử mỷt vỏỷt lióỷu vaỡ 10 mm trón thanh
chuỏứn.
aỷi lổồỹng õỷc trổng giaùn tióỳp H cuớa cổồỡng õọỹ BT trong vuỡng thổớ õổồỹc xaùc õởnh
theo tyớ sọỳ sau :
c
b
d
d
H


=

d
b
: tọứng õổồỡng kờnh cuớa caùc vóỳt loợm trón bóử mỷt bótọng, [mm]
d
c
:tọứng õổồỡng kờnh caùc vóỳt loợm tổồng ổùng trón thanh chuỏứn,[mm]

3



Hỗnh 2.3. Buùa bi cuớa thanh chuỏứn
a. Cỏỳu taỷo; b. Bióứu õọử quan hóỷ chuỏứn giổợa õỷc trổng H vaỡ cổồỡng õọỹ bótọng
c. Thổớ õỏỷp trổỷc tióỳp trón bóử mỷt bótọng; d. Thổớ õỏỷp nhoỡ buùa
4/ aùnh giaù cổồỡng õọỹ bótọng bũng thióỳt bở nỏứy va chaỷm
a. Sồ õọử cỏỳu taỷo vaỡ vỏỷn haỡnh suùng thổớ loaỷi N (h 2.4)

Hỗnh 2.4. Sồ õọử cỏỳu taỷo suùng thổớ chỏỳt lổồỹng bótọng
1- pittọng truyóửn va chaỷm, 2- bóử mỷt bótọng, 3- voớ suùng, 4- kim chố thở, 5- thanh
dỏựn kim, 6- nuùt haợm, 7- truỷc dỏựn quaớ buùa, 8- õộa cổùng, 9- nừp giổợ ồớ õỏửu, 10- voỡng cọỳ
õởnh, 11- nừp sau, 12- loỡ xo neùn, 13- coỡ suùng, 14- quaớ buùa, 15- loỡ xo giaớm chỏỳn, 16- loỡ
xo keùo õỏỷp, 17- ọỳng õởnh hổồùng, 18- õóỷm chừn buỷi, 19- baớng chia vaỷch, 20- vờt bỏỷt coỡ,
21- ócu haợm, 22- chọỳt coỡ, 23- loỡ xo õỏứy coỡ
4


b. Phỉång phạp xạc âënh cỉåìng âäü bãtäng bàòng sụng thỉí Schmidt
♦ Quạ trçnh xạc âënh cỉåìng âäü ca bãtäng trãn cäng trçnh bàòng sụng náøy va
chảm âỉåüc tiãún hnh theo cạc quy âënh trong tiãu ngnh 20 TCN 85 - 03.

2.3.Kho sạt váût liãûu BT bàòng pp thê nghiãûm khäng phạ hoải:
Cạc phỉång phạp thỉí khäng phạ hoải váût liãûu âỉåüc dng räüng ri âãø âạnh giạ cháút
lỉåüng ca bãtäng khi kho sạt kãút cáúu cäng trçnh xáy dỉûng. Theo cạc ngun l váût l,
cạc phỉång phạp nghiãn cỉïu khäng phạ hoải âỉåüc chia thnh hai nhọm cå bn.
1. Nhọm thỉï nháút
Nhọm ny bao gäưm cạc phỉång phạp âo m kãút qu cho ngay giạ trë ca tham säú
kho sạt, khäng phi qua quạ trçnh tênh toạn trung gian hồûc so sạnh chuøn âäøi chø
n.
Tham säú âo cå bn åí âáy l khäúi lỉåüng thãø têch (âäü âàûc chàõc) ca váût liãûu .
Phỉång phạp tiãu biãøu âãø kho sạt cháút lỉåüng BT thüc nhọm ny cå bn dỉûa trãn
hiãûu ỉïng ca cạc tia phọng xả rången v gamma.
Näüi dung ca phỉång phạp thỉí : Trong nghiãn cỉïu váût liãûu bàòng tia phọng xả, âải
lỉåüng âàûc trỉng cho âäü chàût ca mäi trỉåìng váût liãûu l mỉïc âäü gim úu hay âäü phán
tạn cỉåìng âäü nàng lỉåüng ca chm tia phọng xả gamma ri qua mäi trỉåìng váût liãûu âọ.

Hçnh 2.5. Xạc âënh âäü chàût bãtäng bàòng phỉång phạp ri tia
a- âo âäü chàût tỉìng låïp, b, c- âo âäü chàût trung bçnh cạc låïp, d- âo khi cáúu kiãûn
dy hån 500mm hồûc chè cọ mäüt màût tỉû do, e- âo âäü chàût v chiãưu dy cáúu kiãûn
1-ngưn phạt, 2-ngưn thu nàng lỉåüng phọng xả, 3- hỉåïng ri, 4- váût liãûu
Khi kho sạt mäüt häùn håüp BT âỉåüc âáưm chàût hay BT trong cạc cáúu kiãûn âục sàơn
hay trãn KCCT, cáưn phi âàût trong mäi trỉåìng BT âọ mäüt âáưu phạt trong âọ cọ chỉïa
cháút phọng xả v mäüt âáưu thu nàng lỉåüng âàût trãn bãư màût ca mäi trỉåìng váût liãûu. Sỉû
chãnh lãûch cỉåìng âäü nàng lỉåüng âọ cho phẹp suy ra âäü chàût ca mäi trỉåìng váût liãûu
5


nhåì mäúi liãn hãû sau âáy :
r
II
peII

pr
0
0
0
lnln
.
0
µ
µ
−
=>−=
−

Trong âọ : I
0
- Cỉåìng âäü phạt xả ban âáưu;
I - Cỉåìng âäü phạt xả sau lục truưn qua mäi trỉåìng;
p - Âäü chàût ca mäi trỉåìng váût liãûu ;
r - Khong cạch giỉỵa ngưn phạt v âáưu thu;
µ
0
- Hãû säú háúp thủ khäúi lỉåüng ca cháút phọng xả.
Khi biãút âäü chàût ca BT trong kãút cáúu , bàòng mäüt phẹp âo phọng xả theo så âäư (h
2.5e), cọ thãø xạc âënh âỉåüc kêch thỉåïc ca kãút cáúu âo.ï

ρµ
0
0
lnln II
r

−
=

2. Nhọm thỉï hai: L cạc phỉång phạp thê nghiãûm m säú âo khäng chè thë trỉûc
tiãúp giạ trë ca tham säú kho sạt, mún cọ âỉåüc kãút qu thỉåìng phi qua quan hãû chøn
giỉỵa tham säú kho sạt v säú âc trãn thiãút bë âo. Nhọm ny gäưm cạc phỉång phạp thê
nghiãûm theo ngun l truưn sọng ám thanh qua mäi trỉåìng nhàòm mủc âêch kêch thêch
cạc hảt váût cháút trong mäi trỉåìng dao âäüng. Theo cạc thäng säú ca hiãûn tỉåüng dao âäüng
ny v sỉû lan truưn ca dao âäüng trong mäi trỉåìng cọ thãø âạnh giạ cạc âàûc trỉng cå -
l v trảng thại ca váût liãûu kho sạt. tiãu biãøu l phỉång phạp truưn sọng siãu ám qua
mäi trỉåìng váût liãûu kho sạt.
a. Khại niãû
m vãư phỉång phạp siãu ám
Siãu ám l nhỉỵng dao âäüng cå hc ân häưi truưn âi trong mäi trỉåìng váût cháút våïi
táưn säú dao âäüng tỉì 20kHz tråí lãn.
Do táưn säú dao âäüng cao, bỉåïc sọng ngàõn nãn siãu ám cọ hai âàûc âiãøm cå bn khi
âỉåüc khai thạc sỉí dủng trong k thût:
• Sỉû phạt v truưn sọng qua cạc mäi trỉåìng váût cháút tn theo cạc quy lût
quang hçnh hc, do âọ cọ thãø låüi dủng cạc hiãûn tỉåüng phn xả, khục xả, nhiãùu
xả ... âãø táûp trung nàng lỉåüng ca sọng siãu ám vo mäüt phảm vi nh hẻp.
• Do táûp trung âỉåüc nàng lỉåüng täúi âa, nãn cọ thãø tảo ra mäüt hiãûu ỉïng måïi l
dao âäüng ca cạc hảt trong mäi trỉåìng cọ sọ
ng siãu ám truưn qua s cọ biãn
âäü dao âäüng låïn.
Khi viãûc nghiãn cỉïu tiãún hnh trãn cå såí säú âo ca cạc tham säú :
♦ Täúc âäü (hay thåìi gian) truưn sọng;
♦ Mỉïc khúch tạn nàng lỉåüng siãu ám trong mäi trỉåìng ;
♦ Âäü táûp trung sọng khi ra khi mäi trỉåìng ;
Thç s cọ âỉåüc cạc kãút lûn vãư cháút lỉåüng v giạ trë ca cỉåìng âäü BT hon ton
chênh xạc. Nhỉng cng mäüt lục xạc âënh c ba tham säú trãn âáy l khäng thãø thỉûc hiãûn

âỉåüc. Thỉûc tãú cho tháúy, khi chè nghiãn cỉïu mäüt úu täú cå bn vãư täúc âäü (thåìi gian)
6


truyóửn ỏm cuợng coù thóứ nhỏỷn õổồỹc nhổợng kóỳt quaớ õaùnh giaù õuớ õọỹ chờnh xaùc cỏửn thióỳt.
b. Sồ õọử cỏỳu taỷo maùy õo sióu ỏm qua mọi trổồỡng bótọng
Nguyón lyù cồ baớn cuớa maùy õo sióu ỏm bótọng õổồỹc mọ taớ trón sồ õọử khọỳi trong
hỗnh 2.6a.

Hỗnh 2.6. Sồ õọử nguyón lyù cuớa maùy sióu ỏm vaỡ kyợ thuỏỷt õo
a- sồ õọ khọỳi maùy sióu ỏm, b- phổồng phaùp õo mỷt, c- phổồng phaùp õo xuyón
Chu trỗnh õo õổồỹc bừt õỏửu bũng nhổợng xung phaùt ra tổỡ maùy dao õọỹng tỏửn sọỳ 1 Hz
(1). Nhổợng xung ban õỏửu naỡy laỡm hoaỷt õọỹng maỷch phaùt (2) õóứ cung cỏỳp nhổợng xung
õióỷn aùp cao haỡng nghỗn vọn õóỳn õỏửu phaùt xung sióu ỏm (3). Xung õióỷn aùp cao kờch
thờch caùc tỏỳm piezo trong õỏửu phaùt vaỡ taỷo ra nhổợng soùng dao õọỹng õaỡn họửi (xung sióu
ỏm) coù cuỡng tỏửn sọỳ dao õọỹng cọỹng hổồớng vồùi caùc tinh thóứ trong tỏỳm vỏỷt lióỷu piezo; vỗ
thóỳ, tỏửn sọỳ dao õọỹng cuớa soùng sióu ỏm phaùt ra phuỷ thuọỹc tỏửn sọỳ rióng cuớa tinh thóỳ piezo.
Caùc dao õọỹng õaỡn họửi trong õỏửu phaùt seợ qua mỷt tióỳp xuù
c vaỡ truyóửn vaỡo mọi trổồỡng vỏỷt
lióỷu bótọng. Mỷt khaùc, mọỹt bọỹ phỏỷn xung phaùt ra tổỡ maùy (1) qua bọỹ phỏỷn chồỡ MF2; ồớ
õỏy, xung bở laỡm chỏỷm mọỹt thồỡi gian tổỡ 3 - 12 às [khoaớng thồỡi gian õuớ õóứ xung õióỷn
7


truưn tỉì mạy dao âäüng (1) qua mảch phạt (2) v âãún âáưu phạt xung siãu ám] âãø sau âọ
âãún bäü pháûn âãúm (7) v bàõt âáưu tênh thåìi gian truưn siãu ám phạt vo mäi trỉåìng. Sau
khi cạc dao âäüng ân häưi qua khi mäi trỉåìng v âi vo gàûp cạc táúm piezo trong âáưu
thu siãu ám (4), nàng lỉåüng cå hc ca siãu ám âỉåüc biãún thnh tên hiãûu âiãûn. Bäü
khúch âải (5) s khúch âải cạc tên hiãûu âiãûn âọ, truưn âãún bạo cho bäü dáùn tên hiãûu
FF (6) thåìi âiãøm siãu ám â qua khi mäi trỉåìng âãø ngỉìng bäü pháûn âãúm thåìi gian (7).

Trong sút thåìi gian siãu ám lan truưn qua mäi trỉåìng bãtäng, nhåì mạy dao âäüng táưn
säú 10 MHz (8) bäü âãúm hoảt âäüng liãn tủc cho âãún khi cọ tên hiãûu "ngỉìng" bạo vãư bäü
dá
ùn (6). Chè säú xút hiãûn trãn bäü ân 5 säú trãn mạy âãúm thåìi gian (7) chè thë thåìi gian
truưn ca siãu qua mäi trỉåìng bãtäng kho sạt tênh bàòng micro -giáy. Ngoi ra, bäü
pháûn giỉỵ MF1 dng âãø ngàn cn viãûc tàõt mạy âãúm thåìi gian trong vng 20µs âáưu tiãn
kãø tỉì lục måí mạy vç âáưy l khong thåìi gian cọ thãø xút hiãûn cạc tên hiãûu âiãûn trãn bäü
dáùn FF (6) do hiãûn tỉåüng nhiãùu khi måí mạy.
c. K thût âo :
1/ Chn âáưu phạt v âáưu thu siãu ám :
◊ Âãø cọ âỉåüc hiãûu ỉïng lan truưn sọng siãu ám täút nháút trong mäi trỉåìng váût
liãûu bãtäng thç chiãưu di ca bỉåïc sọng cáưn phi tỉång âỉång våïi kêch thỉåïc
hảt ca váût liãûu âäün. Cho nãn, våïi bãtäng cọ âỉåìng kênh hảt ca váût liãûu âäün
âãún 30 mm thç táưn säú xung täút nháút l 150 kHz. Âiãưu âọ cho phẹp xạc âënh
phảm vi táưn säú dao âäüng riãng ca âáưu d khi thê nghiãûm váût liãûu bãtäng l
trong giåïi hản tỉì 25 âãún 200kHz;
◊ Khi âo våïi nhỉỵng khong cạch ngàõn (chøn âo < 300 mm) täút nháút dng loải
âáưu d cọ táưn säú >100 kHz;
◊ Khi âo våïi nhỉỵng khong cạch trung bçnh (chøn âo tỉì 300 âãún 2000 mm) nãn
dng nhỉỵng loải âáưu d
cọ táưn säú 60 - 100 kHz;
◊ Khi thỉí våïi nhỉỵng khon cạch låïn tỉì 2000 - 5000 mm hồûc låïn hån thỉåìng
dng loải âáưu do táưn säú tháúp 25 kHz.
2. Cạch phán bäú âáưu do :
Khi thê nghiãûm bãtäng bàòng phỉång phạp siãu ám, cạc âáưu phạt v thu siãu ám
cọ thãø phán bäú theo hai cạch :
◊ Phán bäú âáưu phạt v âáưu thu siãu ám trãn cng mäüt màût ngoi ca mäi trỉåìng
váût liãûu, âỉåüc gi l phẹp âo màût (h.2.10b).
◊ Phán bäú âáu phạt v âáưu thu siãu ám âäúi diãûn nhau trãn hai màût song song ca
mäi trỉåìng váût liãûu hay kãút cáúu, âỉåüc gi l phẹp âo xun (h.2.10c).

3. Kãút qu phẹp âo.
Khi kho sạt âi hi phi thỉûc hiãûn hai phẹp âo :
◊ Chiãưu di chøn âo hay khong cạch truưn ám L (m);
8