TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 14222:2025 (ASTM C165-07:2012) VỀ VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KHÍ NÉN CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 14222:2025

ASTM C165-07(2012)

VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KHI NÉN CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

Standard test method for measuring compressive properties of thermal insulations

Lời nói đầu

TCVN 14222:2025 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM C165-07(2012) Standard test method for meaxsuring compressive properties of thermal insulations, insulation với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM C165-07(2012) thuộc bản quyền quốc tế.

TCVN 14222:2025 do Viện Vật liệu xây dựng – Bộ Xây dựng 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.

VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT – PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TÍNH KHI NÉN CỦA VẬT LIỆU CÁCH NHIỆT

Standard test method for measuring compressive properties of thermal insulations

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này quy định hai quy trình xác định độ bền nén của vật liệu cách nhiệt.

1.1.1  Quy trình A quy định phương pháp thử đối với các vật liệu cách nhiệt mà đường cong tải trọng- biến dạng của chúng có một phần gần như là đoạn thẳng, có hoặc không có điểm chảy có thể nhận dạng được như trong Hình 1 và Hình 2. Đây là dạng ứng xử điển hình của các loại vật liệu cách nhiệt dạng tấm cứng hoặc dạng khối.

1.1.2  Quy trình B quy định phương pháp thử đối với các vật liệu cách nhiệt bị cứng hơn khi tăng tải trọng, như trong Hình 3. Đây là dạng ứng xử điển hình của các sợi cách nhiệt dạng cuộn và tấm phủ đã được nén, ép trước đó ít nhất đến cùng một độ biến dạng bằng cách đóng gói nén hoặc làm mềm cơ học.

1.2  Có thể nhận thấy việc phân loại vật liệu theo hai quy trình A và B có thể không đúng cho mọi trường hợp. Ví dụ, một vài vật liệu dạng tấm phủ hoặc cuộn chưa được đóng gói nén sẽ thể hiện ứng xử thiên về quy trình A hơn đối với những lần gia tải đầu tiên. Ngoài ra, một số tấm sợi cách nhiệt tỷ trọng cao đã được nén trước sẽ thể hiện đường cong tải trọng – biến dạng thiên về quy trình B hơn. Cũng sẽ có các loại vật liệu cách nhiệt có đường cong tải trọng – biến dạng không theo một trong ba dạng được trình bày ở đây; đó là các đường cong không có phần đoạn thẳng, các đường cong có vùng nén chặt và các đường cong chuyển từ độ dốc âm sang độ dốc dương.

1.3  Phương pháp thử này không áp dụng cho vật liệu cách nhiệt phản quang hoặc vật liệu cách nhiệt dạng rời.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các 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).

ASTM C167, Test methods for thickness and density of blanket or batt thermal insulations (Phương pháp xác định chiều dày và khối lượng thể tích của vật liệu cách nhiệt dạng cuộn hoặc tấm phủ);

ASTM C168, Terminology relating to thermal insulation (Vật liệu cách nhiệt – Thuật ngữ và định nghĩa);

ASTM C240, Test method of testing cellular glass insulation block (Phương pháp thử đối với thủy tinh xốp cách nhiệt dạng khối);

ASTM E4, Practice for force verification of testing machines (Thực hành kiểm tra lực của máy thử nghiệm);

ASTM E177, Practice for use of the terms precision and bias in ASTM test method (Thực hành sử dụng các thuật ngữ độ chụm và độ chệch trong các phương pháp thử ASTM);

ASTM E691, Practice for conducting an Interlaboratory study to determine the precision of a test method (Thực hành triển khai nghiên cứu liên phòng để xác định độ chụm của phương pháp thử).

3  Thuật ngữ và định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong ASTM C168 và các thuật ngữ, định nghĩa sau:

3.1

Biến dạng nén (Compressive deformation)

Độ giảm chiều dày mẫu thử do tải trọng nén.

3.2

Tải trọng nén (Compressive load)

Lực nén lên mẫu thử tại các thời điểm.

3.3

Mô đun đàn hồi nén (Compressive modulus of elasticity)

Tỷ số giữa tải trọng nén trên một đơn vị diện tích ban đầu với biến dạng tương ứng trên một đơn vị chiều dày ban đầu dưới giới hạn đàn hồi của vật liệu.

3.4

Độ bền nén (Compressive resistance)

Tải trọng nén trên một đơn vị diện tích ban đầu tại một biến dạng quy định. Đối với những vật liệu mà biến dạng quy định được xem là dấu hiệu bắt đầu phá hủy hoàn toàn thì độ bền nén có thể được gọi là cường độ nén.

3.5

Giới hạn đàn hồi khi nén (Proportional limit in compression)

Tải trọng nén lớn nhất mà vật liệu có khả năng chịu được mà không có bất kỳ độ lệch nào so với tỷ lệ của tải trọng với biến dạng.

3.6

Điểm chảy khi nén (Yield point in compression)

Tải trọng ứng với điểm đầu tiên trên đường cong tải trọng-biến dạng mà ở đó biến dạng tăng lên dù không tăng tải.

Hình 3 – Quy trình B – Độ cứng tăng khi tăng lực nén

4  Ý nghĩa và sử dụng

4.1  Từ các quy trình A và quy trình B có thể thấy các loại vật liệu cách nhiệt khác nhau sẽ thể hiện các đặc tính rất khác nhau khi chịu tải trọng nén. Dữ liệu thường phải được lấy từ một đường cong tải trọng – biến dạng hoàn chỉnh và phạm vi làm việc hữu ích thường chỉ tương ứng với một phần của đường cong. Người dùng được cảnh báo về sự nguy hiểm của việc sử dụng sản phẩm trong khoảng mà chỉ cần vượt quá khoảng đó sản phẩm sẽ bị phá hủy vĩnh viễn hoặc các tính chất bị ảnh hưởng bất lợi.

4.2  Đường cong tải trọng – biến dạng cung cấp dữ liệu hữu ích cho việc nghiên cứu và phát triển, kiểm soát chất lượng, chấp nhận hoặc từ chối các thông số kỹ thuật và cho các mục đích đặc biệt khác. Tốc độ gia tải quy định không được sử dụng tùy ý cho mọi mục đích; phải xem xét các ảnh hưởng của sự va đập, sự rão, sự mỏi và các chu trình lặp lại. Tất cả các dữ liệu về tải trọng – biến dạng phải được xem xét cẩn thận về khả năng ứng dụng trước khi được chấp nhận sử dụng trong các thiết kế kỹ thuật khác nhau nhiều về tải trọng, tốc độ gia tải và các kích thước vật liệu liên quan.

5  Thiết bị, dụng cụ

5.1  Máy thử nghiệm: Máy nén thủy lực hay cơ học tiêu chuẩn có công suất phù hợp và đầu di động có khả năng vận hành ở tốc độ chuyển động không đổi theo quy định. Kiểm tra độ chính xác của máy thử nghiệm phù hợp theo quy trình trong ASTM E4.

5.2  Má ép: Má ép phải lớn hơn ít nhất 25,4 mm theo mọi hướng so với mẫu thử và phải được thiết kế để duy trì độ phẳng trong phạm vi ± 0,25 mm/m trong mọi điều kiện của tải trọng.

5.2.1  Quy trình A: Kích cỡ má ép phù hợp là hình vuông cạnh 203 mm. Một má ép, trên hoặc dưới phải được gắn chặt sao cho bề mặt vuông góc với trục máy thử. Má ép còn lại sẽ tự căn chỉnh, được treo bằng một khối chịu lực hình cầu như trong Hình 4.

5.2.2  Quy trình B: Má ép phù hợp có diện tích bề mặt 0,093 m², có thể là hình vuông cạnh 305 mm hoặc hình tròn đường kính 344 mm. Cả hai má ép phải được lắp chặt sao cho các bề mặt song song với nhau và vuông góc với trục máy thử nghiệm.

5.3  Bộ phận hiển thị tải trọng: Bộ phận chỉ ra giá trị tải trọng, cho phép độ chính xác kết quả đo đến ± 1 % tổng tải trọng.

Hình 4: Khối cầu chịu lực để thử nghiệm độ bền nén

5.4  Bộ phận hiển thị biến dạng: Bộ phận ghi giá trị biến dạng bằng cách đo chuyển động của con trượt, hay đơn giản là một mặt gá cho phép đo trực tiếp, độ chính xác đến ± 0,1 % chiều dày mẫu thử. Khi sử dụng chuyển động của con trượt để đo biến dạng, hãy sử dụng đường cong chuẩn trừ khi đã chỉ ra rằng trong các điều kiện thử nghiệm, bộ phận hiển thị biến dạng qua con trượt cho phép đo biến dạng mẫu chính xác.

5.5  Dụng cụ đo

5.5.1  Đồng hồ sơ: Có chân tròn diện tích tối thiểu 645 mm² và có khả năng đo độ dày, độ chính xác đến ± 0,05 mm.

5.5.2  Thước thép: Có độ chính xác đến ± 0,25 mm.

5.5.3  Kim xuyên điện tử: Dụng cụ Loại chân cắm, như trong ASTM C167 chỉ dành cho quy trình B.

5.6  Thiết bị làm khô hoặc ổn định mẫu (xem 6.5).

5.6.1  Tủ sấy, sấy tới nhiệt độ 121 °C.

5.6.2  Bình hút ẩm: Sử dụng canxi clorua hoặc gel silica khô làm chất hút ẩm.

5.6.3  Phòng ổn định mẫu: Ở nhiệt độ (23 ± 2) °C và độ ẩm tương đối (50 ± 5) %.

6  Mẫu thử

6.1  Kích thước mẫu thử

6.1.1  Các mẫu thử theo quy trình A nên có dạng hình vuông hoặc hình tròn với diện tích tối thiểu là 2.580 mm² và chiều rộng hoặc đường kính là 150 mm. Chiều dày tối thiểu 12,7 mm và chiều dày tối đa không lớn hơn chiều rộng hoặc đường kính.

CHÚ THÍCH 1: Xem ASTM C240 để chuẩn bị mẫu thử dạng thủy tinh xốp.

6.1.2  Các mẫu thử theo quy trình B nên có dạng hình vuông hoặc hình tròn với chiều rộng hoặc đường kính tối thiểu là 153 mm, chiều dày tối thiểu là 25,4 mm, chiều dày tối đa không được lớn hơn chiều rộng hoặc đường kính.

CHÚ THÍCH 2: Đối với một số vật liệu, độ dày của mẫu có ảnh hưởng đáng kể đến biến dạng tại điểm chảy, độ bền nén và mô đun nén. Do đó, sử dụng cùng chiều dày mẫu để so sánh với các mẫu thử khác. Mẫu càng mỏng thì độ bền nén càng cao và biến dạng tại điểm chảy càng thấp.

6.2  Số lượng mẫu thử và kế hoạch lấy mẫu phải phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu sử dụng nếu áp dụng được. Trong trường hợp không có các yêu cầu kỹ thuật như vậy, số lượng mẫu thử tối thiểu phải là bốn mẫu và được chọn ngẫu nhiên để đại diện cho lô.

6.3  Mẫu thử phải được cắt từ các khối lớn hơn hoặc từ các hình dạng bất thường sao cho giữ được càng nhiều bề mặt ban đầu càng tốt. Các mặt chịu lực của mẫu thử phải phẳng, song song với nhau và vuông góc với các cạnh. Trong trường hợp các bề mặt ban đầu của khối về cơ bản là phẳng và song song, thì không cần chuẩn bị đặc biệt cho bề mặt. Khi chuẩn bị mẫu thử từ các mảnh có hình dạng không đều, phải sử dụng các phương pháp để tạo mẫu thử với các mặt phẳng song song mà không làm suy yếu cấu trúc mẫu thử.

6.4  Phải chuẩn bị mẫu thử sao cho hướng gia tải trùng với hướng mà vật liệu cách nhiệt chịu tải khi sử dụng. Nếu không biết hướng chịu tải khi sử dụng và vật liệu bị nghi ngờ là dị hướng, phải chuẩn bị các tổ mẫu với các trục nén song song với các hướng chịu tải khác nhau có thể xảy ra.

6.5  Mẫu thử phải được làm khô và ổn định theo các yêu cầu kỹ thuật áp dụng cho vật liệu trước khi thử nghiệm. Nếu nhiệt độ tủ sấy gây bất lợi tới mẫu thử, trước khi thử nghiệm mẫu thử phải được ổn định không nhỏ hơn 40 h ở nhiệt độ (23 ± 1) °C và độ ẩm tương đối (50 ± 5) %. Nếu không có yêu cầu kỹ thuật làm khô rõ ràng, mẫu thử phải được làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ (102 +121) °C đến khối lượng không đổi và lưu trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng trước khi thí nghiệm. Trong trường hợp các điều kiện hoặc yêu cầu không phù hợp với quy trình ổn định mẫu, các thỏa thuận ngoại lệ giữa nhà sản xuất và người tiêu dùng phải được ghi cụ thể trong báo cáo thử nghiệm.

7  Cách tiến hành

7.1  Quy trình A

7.1.1  Sử dụng thước thép và đồng hồ sơ phù hợp để đo kích thước mẫu thử, độ chính xác đến ± 1 %. Mỗi kích thước phải là giá trị trung bình của ít nhất hai lần đo được thực hiện trên mỗi mặt mẫu.

7.1.2  Đặt mẫu thử giữa các má ép của máy nén, chú ý sao cho tâm mẫu thử trùng với tâm của máy nén để tải trọng được phân bố đồng đều. Bề mặt của má ép tự căn chỉnh phải gần như song song với má ép cố định. Phải bôi trơn gá chịu lực hình cầu để đảm bảo chuyển động trơn trượt.

7.1.3  Điều chỉnh tốc độ con trượt đến giá trị quy định đối với vật liệu thử nghiệm. Giá trị này không vượt quá khoảng từ 0,25 tới 12,7 mm/min cho mỗi 25,4 mm chiều dày mẫu thử. Trong trường hợp không có yêu cầu kỹ thuật như vậy, tốc độ phải là 1,27 mm/min cho mỗi 25,4 mm chiều dày mẫu thử.

CHÚ THÍCH 3: Tốc độ di chuyển của con trượt sẽ ảnh hưởng đáng kể tới độ bền nén. Nhìn chung, tốc độ con trượt cao hơn thường dẫn tới độ bền nén cao hơn. Hãy tính tới điều này trong việc chọn tốc độ con trượt khác với tiêu chuẩn khi so sánh các loại vật liệu cách nhiệt khác nhau.

7.1.4  Để giảm thời gian đầu gia tải tiếp xúc với mẫu thử, dịch chuyển nhanh con trượt cho đến khi tiếp xúc với mẫu thử. Điều này có thể gây nên một gia tải nhẹ trước lên mẫu thử. Thay đổi tốc độ gia tải tới giá trị quy định khi đã tiếp xúc với mặt mẫu thử. Giá trị gia tải trước này không được lớn hơn 2 % tải trọng ở biến dạng cuối cùng.

CHÚ THÍCH 4: Phải nêu rõ giá trị gia tải trước nếu phương pháp thử này được dùng trong các yêu cầu kỹ thuật hoặc bởi các tổ chức xây dựng yêu cầu kỹ thuật để xác định độ bền nén của vật liệu.

7.1.5  Nén mẫu thử đến độ biến dạng mong muốn. Ghi lại tải trọng và biến dạng tại các điểm phù hợp để thể hiện đường cong biến dạng – tải trọng.

7.2  Quy trình B

7.2.1  Dùng thước thép để đo kích thước bề mặt mẫu thử, độ chính xác đến ± 1 %. Mỗi kết quả phải là giá trị trung bình các kết quả đo của ít nhất hai lần đo trên mỗi mặt mẫu thử.

7.2.2  Sử dụng kim xuyên điện tử và thực hiện theo ASTM C167 nếu chân cắm có thể xuyên qua vật liệu để đo độ dày mẫu thử, độ chính xác đến ± 1 %. Nếu không hãy dùng đồng hồ sơ. Lấy giá trị trung bình của ba lần đo.

7.2.3  Đặt mẫu thử giữa các má ép của máy nén, chú ý sao cho tâm mẫu thử và tâm máy nén trùng nhau.

7.2.4  Điều chỉnh tốc độ con trượt đến tối đa 125 mm/min, nhưng tuân theo các yêu cầu kỹ thuật của vật liệu nếu tốc độ khác được quy định (xem CHÚ THÍCH 3).

7.2.5  Nén mẫu thử đến biến dạng mong muốn bằng 10 % hoặc 25 % chiều dày đo được theo Điều 7.2.2 hoặc chiều dày danh nghĩa nếu được quy định. Để giảm độ biến thiên trong các tổ mẫu có khối lượng thể tích lớn hơn 48 kg/m³ điểm biến dạng ban đầu trên đường cong tải trọng phải được chọn ở một giá trị gia tải trước cố định. Giá trị gia tải trước sẽ nhỏ hơn 2 % của tải trọng ở biến dạng 10 %.

CHÚ THÍCH 5: Phải nêu rõ giá trị gia tải trước nếu phương pháp thử này được dùng trong các yêu cầu kỹ thuật hoặc bởi các tổ chức xây dựng yêu cầu kỹ thuật để xác định độ bền nén của vật liệu.

8  Biểu thị kết quả

8.1  Quy trình A

8.1.1  Dựng đường cong tải trọng – biến dạng.

8.1.2  Sử dụng một thước thẳng, cẩn thận kéo dài phần thẳng dốc nhất của đường cong tải trọng-biến dạng đến đường không tải. Điều này thiết lập “điểm không biến dạng”. Đo tất cả các khoảng cách để tính toán biến dạng từ điểm này (Điểm 0 trong Hình 5 và Hình 6).

8.1.3  Đo từ điểm 0 dọc theo đường không tải một khoảng cách ứng với 5 %, 10 % hoặc biến dạng quy định khác. Tại điểm đó (Điểm M trong Hình 5, Hình 6) vẽ một đường thẳng đứng cắt đường cong tải trọng-biến dạng tại điểm p, Nếu không có điểm chảy trước điểm P (Hình 6) hãy đọc tải trọng tại điểm P. Nếu có điểm chảy trước điểm P (Điểm L ở Hình 5), đọc tải trọng và đo phần trăm biến dạng (Khoảng cách O-R) tại điểm chảy.

8.1.4  Tính độ bền nén theo công thức:

trong đó:

S là độ bền nén, tính bằng Pascal (Pa);

W là tải trọng tại điểm biến dạng nhất định được xác định trong 8.1.3, tính bằng Niutơn (N);

A là diện tích ban đầu trung bình được tính từ các kết quả đo trong 7.1.1, tính bằng milimét vuông (mm²).

8.1.5  Mô đun đàn hồi nén

8.1.5.1  Nếu muốn, mô đun đàn hồi nén phải được xác định bằng cách chọn bất kỳ điểm thuận tiện nào (chẳng hạn như điểm S trong Hình 6) dọc theo phần thẳng của đường cong tải trọng – biến dạng. Đọc tải trọng và đo độ biến dạng (khoảng cách O-T) tại điểm đó.

8.1.5.2  Tính Mô đun đàn hồi nén theo công thức sau:

trong đó:

E là mô đun đàn hồi nén, tính bằng Pascal (Pa);

e là biến dạng nén, tính bằng milimét (mm);

d là chiều dày mẫu thử, tính bằng milimét (mm).

8.2  Quy trình B

Tính độ bền nén theo công thức sau:

trong đó:

S là độ bền nén, tính bằng Pascal (Pa);

W là tải trọng tại điểm biến dạng nhất định được xác định trong 7.2.5, tính bằng Niutơn (N);

A là diện tích trung bình ban đầu được tính từ các kết quả đo trong 7.2.1, tính bằng mét vuông (m²).

9  Báo cáo thử nghiệm

Báo cáo thử nghiệm bao gồm ít nhất các thông tin sau

a) Tên, loại, khối lượng thể tích, kích thước mẫu ban đầu và bất kỳ thông tin định danh thích hợp khác của vật liệu cách nhiệt;

b) Kích thước và số lượng mẫu thử;

c) Quy trình ổn định hoặc sấy mẫu và các điều kiện trong quá trình thử nghiệm;

d) Độ bền nén của từng mẫu và giá trị trung bình tại bất kì điểm biến dạng nào được nêu ra. Phần trăm biến dạng, giá trị gia tải trước nếu sử dụng phải luôn ghi cùng với độ bền nén trong báo cáo;

e) Mô đun đàn hồi nén của từng mẫu cụ thể và giá trị trung bình nếu được xác định (chỉ Quy trình A);

f) Đường cong tải trọng – biến dạng với các nhận xét về ứng xử của vật liệu trong quá trình thử nghiệm nếu phù hợp. Đường cong tải trọng-biến dạng hoàn chỉnh là thông tin mong muốn có được, đặc biệt nếu đường cong này không phải một trong ba dạng đã được quy định trong 1.1;

g) Nhận xét nếu có các dạng phá hủy khác với phá hủy nén thông thường xảy ra; ví dụ như phá hủy cắt, vỡ vụn, nứt…;

h) Tốc độ nén;

i) Ngày thử nghiệm.

10. Độ chệch và độ chụm

Bảng 1 – Thông tin độ chụm

10.1  Chương trình thử nghiệm liên phòng

Một nghiên cứu liên phòng đã được thực hiện trong đó các mẫu thử được lấy ngẫu nhiên của ba vật liệu đã được thí nghiệm kiểm tra độ bền nén. Thực hiện theo ASTM E691 để thiết kế và phân tích dữ liệu. Tất cả các mẫu thử nghiệm được cung cấp bởi một phòng thí nghiệm duy nhất. Dữ liệu trình bày cung cấp kết quả đối với vật liệu loại A không gia tải trước, vật liệu có tỷ trọng cao loại B có gia tải trước và vật liệu tỷ trọng thấp loại B không gia tải trước.

10.2  Kết quả thử nghiệm

Thông tin về độ chính xác cho trong Bảng 1 với đơn vị của từng kết quả đo được ghi kèm phục vụ cho việc so sánh bốn kết quả thử nghiệm.

10.3  Độ chụm

Các thuật ngữ (giới hạn lặp lại và giới hạn độ tái lặp) trong Bảng 1 được sử dụng như quy định trong ASTM E177. Các độ lệch chuẩn tương ứng giữa các kết quả thử nghiệm phải được tính bằng cách chia các giá trị giới hạn trong Bảng 1 cho 2,8.

10.4  Độ chệch

Tiêu chuẩn này không quy định độ chệch của phương pháp do không có sẵn vật liệu chuẩn.