Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13959-2:2024 Kính xây dựng - Xác định độ bền uốn - Phần 2: Thử nghiệm bằng vòng kép đồng trục đối với các mẫu kính phẳng có diện tích bề mặt thử lớn

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13959-2:2024

BS EN 1288-2:2000

KÍNH XÂY DỰNG - XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN UỐN. PHẦN 2: THỬ NGHIỆM BẰNG VÒNG KÉP ĐỒNG TRỤC ĐỐI VỚI CÁC MẪU KÍNH PHẲNG CÓ DIỆN TÍCH BỀ MẶT THỬ LỚN

Glass in building - Determination of the bending strength. Part 2: Coaxial double ring test on flat specimens with large test surface areas

Lời nói đầu

TCVN 13959-2:2024 được xây dựng trên cơ sở tham khảo BS EN 1288-2:2000.

TCVN 13959-2:2024 do Hiệp hội Kính và Thủy tinh Việt Nam biên soạn. Bộ Xây dựng đề nghị. Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định. Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ Tiêu chuẩn TCVN 13959:2024 Kính xây dựng -Xác định độ bền uốn bao gồm năm phần:

- Phần 1: Nguyên lý thử nghiệm kính

- Phần 2: Thử nghiệm bằng vòng kép đồng trục đối với các mẫu kính phẳng có diện tích bề mặt thử lớn

- Phần 3: Thử nghiệm mẫu được đỡ trên hai điểm (uốn bốn điểm)

- Phần 4: Thử nghiệm kính hình lòng máng

- Phần 5: Thử nghiệm bằng vòng kép đồng trục đối với các mẫu kính phẳng có diện tích bề mặt thử nhỏ

KÍNH XÂY DỰNG - XÁC ĐỊNH ĐỘ BỀN UỐN. PHẦN 2: THỬ NGHIỆM BẰNG VÒNG KÉP ĐỒNG TRỤC ĐỐI VỚI CÁC MẪU KÍNH PHẲNG CÓ DIỆN TÍCH BỀ MẶT THỬ LỚN

Glass in building - Determination of the bending strength. Part 2: Coaxial double ring test on flat specimens with large test surface areas

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ bền uốn của kính dùng trong xây dựng, không tính đến các ảnh hưởng của cạnh tấm kính. Giới hạn của tiêu chuẩn này được nêu trong TCVN 13959-1.

Tiêu chuẩn này cần phải được đọc kèm theo với TCVN 13959-1.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 9810 (ISO 48) Cao su lưu hóa hoặc nhiệt dẻo - Xác định độ cứng (Độ cứng từ 10 IRHD đến 100 IRHD)

TCVN 13959-1 Kính xây dựng - Xác định độ bền uốn - Phần 1: Quy định chung

EN 572-1 Glass in building - Basic soda lime silicate glass products - Part 1: Definitions and general physical and mechanical properties (Kính xây dựng - Sản phẩm kính soda-đá vôi-silicat cơ bản - Phần 1: Định nghĩa và tính chất cơ lý chung)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1

Ứng suất uốn (bending stress)

Ứng suất uốn kéo sinh ra trong bề mặt mẫu thử

CHÚ THÍCH: Để thử nghiệm, ứng suất uốn phải đồng đều trên phần bề mặt được xác định.

3.2

Ứng suất uốn hiệu quả (effective bending stress)

Giá trị trung bình có trọng số của các ứng suất uốn kéo, được hiệu chỉnh bằng hệ số không đồng nhất của trường ứng suất.

3.3

Độ bền uốn (bending strength)

Ứng suất uốn hoặc ứng suất uốn hiệu quả gây vỡ mẫu thử.

3.4

Độ bền uốn tương đương (equivalent bending strength)

Độ bền uốn biểu hiện của kính cán. Do chiều dày của loại kính này không đồng đều nên không thể tính được độ bền uốn chính xác.

4  Các ký hiệu

5  Nguyên tắc của phương pháp thử

Mẫu hình vuông có cạnh L và các bề mặt gần như song phẳng, được đặt lỏng lẻo trên vòng đỡ (vòng tròn bán kính r₂). Mẫu chịu một tải trọng F_ring bởi vòng tải trọng bán kính r₁, đặt đồng trục với vòng đỡ. Ngoài ra, bề mặt A xác định bởi vòng tải trọng 0<r<r₁ còn chịu một áp suất khí p, có mối tương quan đặc biệt với tải trọng vòng F_ring (xem Hình 1).

Khi mẫu chịu tải trọng vòng và áp suất khí, tùy thuộc vào các kích thước r₁, r₂, L và h, một trường ứng suất kéo hướng tâm tương đối đồng nhất được tạo ra trên bề mặt cong lồi trên diện tích giới hạn bởi vòng tải trọng, ứng suất kéo tiếp tuyến bằng ứng suất kéo hướng tâm tại điểm giữa (r=0) của mẫu, nhưng sẽ giảm dần khi bán kính r tăng.

Bên ngoài vòng tải trọng, các ứng suất hướng tâm và tiếp tuyến giảm nhanh về phía cạnh của mẫu, vì vậy ít có nguy cơ vỡ ngoài vòng tải trọng. Trên cạnh của mẫu, ứng suất hướng tâm bằng 0, còn ứng suất tiếp tuyến chính là ứng suất nén. Đây là trường hợp chung đối với cả hai mặt cong lồi và cong lõm của mẫu. Vì vậy các cạnh của mẫu luôn luôn chịu ứng suất nén tiếp tuyến.

Khi tăng áp lực F và áp suất khí p, ứng suất kéo ở phần giữa của mẫu tăng với tốc độ không đổi cho đến khi vỡ, vì vậy điểm gốc của vết nứt dự tính sẽ xuất hiện ở vùng bề mặt chịu lực kéo cực đại trong phạm vi vòng tải trọng.

CHÚ THÍCH: Với thiết bị thử được nêu trong Hình 1, một lực p_A tác dụng ngược lại lực pit tông F và áp suất khí p_A. Lực được truyền do vòng tải trọng là Fring = F - p_A. Vì vậy cần phân biệt giữa lực pit tông và tải trọng vòng.

Độ bền uốn σ_bB hoặc độ bền uốn tương đương σ_beqB được tính toán từ giá trị lực pit tông cực đại F_max đo được tại thời điểm mẫu bị vỡ và chiều dày mẫu h, có tính đến các kích thước đã cho của mẫu và các đặc tính vật liệu. Điều này có nghĩa là áp suất khí p phụ thuộc vào lực pit tông theo một hàm số danh định p(F) (xem Hình 3).

6  Thiết bị

6.1  Thiết bị thử

Thiết bị thử có các đặc điểm sau:

• Lực tác dụng phải được tăng từ 0 đến giá trị cực đại một cách đều liên tục

• Thiết bị phải có khả năng kiểm soát được tốc độ gia tải

• Thiết bị phải có dụng cụ đo tải trọng với sai số ± 2,0% trong phạm vi đo

CHÚ DẪN :

1) Vòng tải trọng

2) Mẫu thử

3) Vòng đỡ

Hình 1 - Sơ đồ nguyên lý của thiết bị thử

CHÚ DÃN:

1) Mẫu thử

2) Tấm đế cứng vững, bằng thép, có lắp vòng đỡ bán kính r₂ (1)

3) Đệm cao su định hình phù hợp với vòng đỡ, dày 3 mm, có độ cứng 40 ± 10 IRHD theo TCVN 9810

4) Vòng tải trọng cứng bằng thép, bán kính r₁ (1)

5) Bộ phận truyền lực, với cơ cấu bi để đảm bảo lực tập trung vào giữa vòng tải trọng

6) Đệm cao su định hình phù hợp với vòng tải trọng, dày 3 mm, có độ cứng 40 ± 10 IRHD theo TCVN 9810 (2)

7) Kẹp điều chỉnh định vị tâm mẫu (3)

8) Vòng tròn tiếp xúc của vòng tải trọng

9) Vòng tròn tiếp xúc của vòng đỡ

CHÚ THÍCH:

(1) Bán kính cong của bề mặt đỡ của vòng là 5 mm

(2) Đối với mẫu kính cán có bề mặt cán tiếp xúc với vòng tải trọng, người ta dùng tấm lót cao su xốp định hình dày 5 mm bịt kín để đảm bảo áp suất khí.

(3) Kẹp được tháo ra trước khi thử

Hình 2 - Thiết bị tải trọng

6.2  Thiết bị tải trọng

6.2.1  Vòng tải trọng

Kích thước được cho trong Bảng 1.

Bảng 1 - Kích thước vòng tải trọng và vòng đỡ

6.2.2  Bộ điều chỉnh áp suất bề mặt

Xem Hình 2.

Bộ điều chỉnh độ chính xác và lưu lượng phải tương ứng với hàm số danh định p(F), được trình bày trong Hình 3 hoặc Bảng 3 (xem Phụ lục A)

6.3 Dụng cụ đo

Cần chuẩn bị các dụng cụ đo sau đây :

• Dụng cụ đo chiều rộng mẫu, chính xác đến milimet.

• Dụng cụ đo chiều dày mẫu, chính xác đến 0,01 mm.

7  Mẫu thử

7.1  Hình dáng và kích thước mẫu

Các mẫu hình vuông có kích thước nêu trong Bảng 2.

Chiều dày tối thiểu được tính toán sao cho tự trọng của mẫu trên phân bố ứng suất là không đáng kể.

Bảng 2 - Kích thước mẫu

Các dung sai của mẫu được quy định như sau:

Đối với kính có bề mặt phẳng :

• Dung sai độ phẳng là 0,3 mm.

• Dung sai độ song song là 2 % chiều dày mẫu.

Đối với mẫu kính cán một mặt hoặc hai mặt:

• Độ biến thiên chiều dày mẫu (xem 8.3) không lớn hơn 4 % và độ lệch cục bộ so với chiều dày trung bình (do độ sâu của hoa văn) không quá 30% hoặc 2 mm, bất kỳ giá trị nào nhỏ hơn.

7.2  Lấy mẫu và chuẩn bị mẫu

7.2.1  Cắt và xử lý mẫu

Bề mặt thử nghiệm của mẫu phải được tránh tiếp xúc với các dụng cụ, hạt mài, vụn kính ... và không hư hại trong quá trình lưu kho.

CHÚ THÍCH 1: Bề mặt mẫu được dán lớp bảo vệ trong quá trình gia công.

CHÚ THÍCH 2: Không quy định phương pháp cắt và không cần gia công cạnh.

7.2.2  Ổn định mẫu

Lớp bảo vệ được bóc ra trước khi thử 24 h (xem TCVN 13959-1). Mẫu được giữ trong môi trường thử ít nhất 4 h trước khi thử (xem 8.1 và 8.2).

7.2.3  Kiểm tra

Bề mặt mẫu phải được kiểm tra xem có các khuyết tật không đại diện cho chất lượng của sản phẩm.

7.2.4  Phim dán

Phim được dán trên bề mặt tiếp xúc với vòng tải trọng để tránh văng mảnh vỡ, đồng thời giúp định vị điểm gốc của vết nứt và đo độ dày mẫu.

7.3  Số lượng mẫu

Số lượng mẫu được xác định tùy thuộc vào mức độ tin cậy yêu cầu, đặc biệt khi cần xác định các điểm cực biên của phân bổ độ bền (xem TCVN 13959-1 để bàn bạc về số lượng mẫu).

8  Cách tiến hành

8.1  Nhiệt độ

Thử nghiệm được tiến hành ở nhiệt độ (23 ± 5) °C. Trong quá trình thử nhiệt độ của mẫu giữ không đối với sai số 1°C để tránh xuất hiện ứng suất nhiệt.

8.2 Độ ẩm

Thử nghiệm được tiến hành ở độ ẩm tương đối trong khoảng 40% - 70%.

8.3 Đo độ dày

Do hàm số áp suất danh định p(F), theo Hình 3 hoặc Bảng 3, phụ thuộc vào chiều dày mẫu h nên cần phải đo độ dày trước khi thử.

Độ dày phải được đo tại ít nhất 8 điểm trên cạnh của mẫu. Đối với các mẫu có một hoặc 2 mặt trang trí, phải đo cả chiều dày tấm kính và chiều dày lõi. Chiều dày trung bình được tính toán từ các giá trị đo được.

Giá trị chiều dày hoặc chiều dày tương đương của mẫu thu được h được dùng để xác định hàm số danh định p(F). Khi đo chiều dày ở cạnh, các hư hỏng do dụng cụ đo gây ra trên bề mặt sẽ không ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm.

8.4  Tấm đế

Tấm đế được chỉnh tâm bằng cách di chuyển côn truyền lực (khi chưa có vòng tải trọng và mẫu) xuống côn điều chỉnh (xem Hình 2). Tấm đế được cố định ở vị trí này. Tiến hành làm sạch vòng đỡ.

8.5  Định vị mẫu và vòng tải trọng

Mẫu được định vị với bề mặt thử quay xuống dưới . Vòng tải trọng đã được làm sạch được đặt lên mặt trên của mẫu và được chỉnh tâm. Kiểm tra độ kín của tấm cao su gắn với vòng tải trọng.

8.6  Lực tác dụng

Lực pit tông F và áp suất khí p được tăng liên tục cho đến khi mẫu vỡ. Tương quan p(F) được duy trì trong quá trình gia tải được xác định bằng đại lượng không thứ nguyên trong Hình 3 (đường cong p*) hoặc Bảng 3. Mối quan hệ giữa các đại lượng không thứ nguyên p* và F* và các giá trị p và F được biểu hiện trong các biểu thức sau:

Lực pit tông F và áp suất khí p sẽ được giám sát cho đến khi mẫu vỡ để kiểm tra xem hàm số định mức p(F) có tuân theo đồ thị trong Hình 3 hoặc Bảng 3 không.

CHÚ THÍCH: Xem Phụ lục A.

Đo F_max và p_max tại thời điểm mẫu vỡ, từ đó tính ra σ_bB hoặc σ_beqB (MPa) theo Hình 3 hoặc Bảng 3 (xem 9.2).

8.7  Tốc độ gia tải

Độ tăng theo thời gian của lực pit tông và áp suất khí được chọn sao cho ứng suất kéo hướng tâm ở tâm của mẫu đạt tốc độ (2 ± 0,4) MPa cho đến khi mẫu vỡ. Do không có quan hệ tuyến tính giữa ứng suất và lực pit tông nên tốc độ gia tải cho phép được xác định theo Hình 3 hoặc Bảng 3.

CHÚ THÍCH 1: Nên tiến hành thử nghiệm sơ bộ để xác định tốc độ gia tải

CHÚ THÍCH 2: Do ứng suất vỡ phụ thuộc vào tốc độ gia tải trong mấy giây trước khi vỡ nên cho phép đặt tốc độ gia tải ở các tải trọng gần hằng số vỡ trong toàn bộ quá trình thử.

8.8  Vị trí điểm gốc nứt vỡ

Vị trí điểm gốc nứt vỡ được xác định từ các mảnh vỡ. Vị trí điểm gốc “nằm trong hay ngoài vòng tròn tiếp xúc của vòng tài trọng” sẽ được xác định cho từng mẫu.

CHÚ THÍCH: Sau khi vỡ, có thể tiếp tục đo chiều dày các mảnh ở tâm mẫu, được bao quanh bởi đường tròn tiếp xúc của vòng tải trọng, càng gần điểm gốc nứt vỡ càng tốt.

8.9  Đánh giá ứng suất dư

Nếu các mẫu được coi là không có các ứng suất dư (kính đã qua quá trình ủ), thì phải kiểm tra điều kiện này bằng phép quang - đàn hồi đối với kính trong, trên mẫu thử hoặc mảnh. Các mẫu không có ứng suất dư được đặt giữa các bộ lọc phân cực đối cực không được xuất hiện sự thay đổi độ sáng khi nhìn qua mặt cắt ngang trên một độ dài quang trình (OPL) là 5 mm.

9  Đánh giá

9.1  Phạm vi đánh giá

Chỉ đánh giá các mẫu có điểm gốc nứt vỡ nằm trong phạm vi bề mặt giới hạn bởi vòng tải trọng.

9.2  Tính độ bền uốn

Độ bền uốn hoặc độ bền uốn tương đương σ_beqB tương ứng với lực gây vỡ F_max và áp suất khí p_max (F_max) được xác định từ các đại lượng không thứ nguyên trong Hình 3 (Đồ thị σ*) hoặc Bảng 3, có tính đến độ dày mẫu thử h. Các biến số đo được F_max và p_max (F_max) được chuyển đổi sang các đại lượng không thứ nguyên tương ứng F*_max và p*_max từ các phương trình (3) và (4):

Ứng suất nứt vỡ không thứ nguyên σ*bB được xác định từ các giá trị này bằng Hình 3 (đồ thị σ*) hoặc Bảng 3, sau đó đổi sang độ bền uốn σ_bB theo phương trình (5):

Hình 3 - Quan hệ giữa ứng suất hướng tâm gần đồng nhất σ*_rad, áp suất khí P*(F*) và lực pit tổng F* trong biểu diễn không thứ nguyên (trong đó r₁:r₂ =1:1,33 và r₂:r_3m =1:1,5)

Bảng 3 - Quan hệ giữa ứng suất hướng tâm gần đồng nhất σ*_rad, áp suất khí P*(F*) và lực pit tông F* trong biểu diễn không thứ nguyên (trong đó r₁:r₂ =1:1,33 và r₂:r_3m =1:1,5)

10  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm phải bao gồm các thông tin sau :

a) Loại và tên của kính

b) Quá trình xử lý và điều kiện bề mặt của bề mặt mẫu thử, bao gồm cả trình tự các bước xử lý. Trong trường hợp mẫu có một bề mặt hoa văn, phải ghi rõ bề mặt phẳng hay bề mặt hoa văn được đặt dưới ứng suất kéo.

c) Ứng suất dư của mẫu, kính ủ hay dự ứng suất, bao gồm bản chất và mức độ dự ứng suất nếu có thể.

d) Số lượng mẫu

e) Các thông tin đối với mỗi mẫu :

1) Chiều dày h (mm), làm tròn đến 0,05 mm trong trường hợp mẫu có bề mặt phẳng; độ dày cực đại (chiều dày tấm kính), độ dày cực tiểu (chiều dày lõi) và độ dày trung bình h, làm tròn đến 0,05 mm trong trường hợp kính cán một hoặc hai mặt.

2) Độ bền uốn σ_bB hoặc σ_beqB (MPa), làm tròn đến 0,1 MPa, của mỗi mẫu bị vỡ theo 9.1.

3) Thời gian tới khi vỡ (s), làm tròn đến 1 s.

Không tính trung bình các kết quả đo

f) Số mẫu không bị vỡ theo 9.1

g) Những sai lệch so với tiêu chuẩn này có thể ảnh hưởng đến kết quả

Phụ lục A

(Tham khảo)

Ví dụ về thiết bị giữ cho áp suất khí p phù hợp với lực pit tông P

Xét đồ thị điển hình của áp suất khí danh định với lực pit tông (xem Hình A.1), đồ thị trở nên gần như tuyến tính trong vùng giữa và phía trên. Độ dốc của đường thẳng với điểm 0 dịch chuyển có thể được thiết lập với một thiết bị điện đơn giản.

Hình A.1 : Đồ thị điển hình Lực - Áp suất

Trong những trường hợp cần lấy các giá trị p(F) nằm trong phần cong của đồ thị (xem Hình A.1), có thể tuyến tính hóa bằng phương pháp diện tích nhỏ nhất, sử dụng các giá trị trong Bảng 3 và giả định rằng có thể xác định các giá trị ước tính của ứng suất vỡ cực đại và cực tiểu trong tập hợp các kết quả đo. Việc tuyến tính hóa chỉ được phép trong khu vực mà độ sai lệch giữa hàm số tuyến tính hóa và hàm số danh định nhỏ hơn 5 % giá trị danh định .

Để đáp ứng các yêu cầu trên, phần điện của bộ điều khiển (xem Hình A.2) đã được chế tạo và thử nghiệm. Một điện áp đầu vào tỷ lệ với lực pit tông được truyền từ máy cảm biến tải trọng đến bộ khuếch đại. Đầu ra của bộ khuếch đại này được nối với đầu vào của bộ sinh hàm, từ đó cung cấp dòng điện tỷ lệ với lực pit tông tương ứng để điều khiển thiết bị truyền dòng điện - áp suất. Tín hiệu điện được biến đổi bởi thiết bị truyền thành tín hiệu khí nén và tiếp tục chuyển thành dải áp suất cần thiết cho thử nghiệm, phù hợp với hàm số tuyến tính p(F).

Về nguyên tắc, cũng có thể sao chép hàm số danh nghĩa p(F) bằng một bộ điều khiển áp suất khí vi xử lý khi cần độ chính xác cao hơn, đặc biệt đối với các mẫu có ứng suất vỡ rất thấp. Tuy nhiên phương pháp này có chi phí rất cao.

Về mặt lý thuyết, có thể sử dụng bất kỳ loại khí nào, nhưng để giảm chi phí người ta thường dùng không khí nén.

CHÚ DẪN:

1) Áp lực pit tông

2) Máy cảm biến tải trọng

3) Máy tự ghi áp suất

4) Bộ khuếch đại đo (áp suất)

5) Máy tự ghi X-Y hoặc bộ nhớ

6) Bộ khuếch đại đo (lực)

7) Bộ biến đổi lực-dòng điện hoặc bộ điều chỉnh áp suất khí vi xử lý

8) Bộ khớp nối nhanh

9) Van giảm áp bộ lọc

10) Van giảm áp

11) Bộ nhớ áp suất khí

12) Thiết bị truyền dòng điện- áp suất với bộ cảm biến áp suất

13) Hệ thống đo và điều khiển

Hình A.2 - Sơ đồ hệ thống điều khiển

Mục lục

Lời nói đầu

1 Phạm vi ứng dụng

2 Tài liệu viện dẫn

3 Thuật ngữ và định nghĩa

4 Các ký hiệu

5 Nguyên tắc của phương pháp thử

6 Thiết bị

7 Mẫu thử

8 Quy trình thử nghiệm

9 Đánh giá

10 Báo cáo kết quả

Phụ lục A (Tham khảo) Ví dụ về thiết bị giữ cho áp suất khí p phù hợp với lực pit tông P