Bài giảng Bê tông cốt thép - Chương 2: Tính chất cơ lý của vật liệu

17
18
NỘI DUNG
1.1. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG
BÀI 1. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG
1.2. CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG
1.3. BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG
BÀI 2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP
2.1. PHÂN LOẠI THÉP DÙNG TRONG BTCT
2.2. MỘT SỐ TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP
2.3. PHÂN LOẠI (NHÓM) CỐT THÉP
19
BÀI 3. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP
3.1. LỰC DÍNH GIỮA BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP
3.2. SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP
3.3. SỰ PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT
BÀI 1. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG
Cường độ là chỉ tiêu quan trọng thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu
1.1.1. Thí nghiệm mẫu xác định cường độ chịu nén
a. Mẫu thử
Mẫu để thí nghiệm cường độ chịu nén
1.1. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG
20
b. Thí nghiệm mẫu
PR
A
 Đơn vị của R là MPa hoặc kG/cm2
2 21 / 9.81 /MPa N mm kG cm 
Sự phá hoại của mẫu thử - khối vuông
Bê tông thường có R = 5 ÷ 30 MPa
Bê tông cường độ cao R > 40 MPa
21
t
t
PR
A
1.1.2. Cường độ chịu kéo
2
t
PR
lD 
P – tải trọng làm chẻ mẫu;
l – chiều dài mẫu;
D – đường kính mẫu.
Thí nghiệm kéo
Thí nghiệm nén chẻ mẫu
22
MỘT SỐ HÌNH ẢNH
THÍ NGHIỆM MẪU BÊTÔNG
23
Thí nghiệm để tìm cường độ chịu kéo
Cylindrical splitting test
Thí nghiệm nén chẻ mẫu Thí nghiệm mẫu chịu uốn
24
 Chất lượng và số lượng xi măng
 Độ cứng, độ sạch và tỉ lệ thành phần của cốt liệu (cấp phối)
 Tỉ lệ nước và xi măng
 Chất lượng của việc nhào trộn vữa bê tông,
dầm chắc và điều kiện bảo dưỡng
 Sự tăng cường độ của bê tông theo thời gian
1.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bê tông
28 t
R
R28
Đồ thị tăng cường độ 
của bê tông theo thời gian
28R(t) 0.7R lg t 
 Điều kiện thí nghiệm
 28 tR t R 4 0.85t 
B.G Xkramtaep:
Viên bê tông ACI:
25
1.2 CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG
Là con số lấy bằng cường độ trung bình của mẫu thử chuẩn, đơn
vị kG/cm2. Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm, tuổi
28 ngày. bêtông có các mác M50 ; M75 ; M100; M150; M200;
M250 ; M300 ; M350; M400; M450; M500; M600.0
Đó là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, đơn
vị MPa. Mẫu thử chuẩn là khối vuông cạnh a = 15cm. Bêtông có
các cấp độ bền B3,5; B5; B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B25;
B30; B35; B40; B50; B55; B60.
1.2.1. Mác theo cường độ chịu nén M
1.2.2. Cấp độ bền chịu nén B
26
1.2.3. Cấp độ bền chịu kéo Bt
Cường độ đặc trưng về kéo của bê tông đơn vị MPa
Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4;
1.2.4. Mác theo khả năng chống thấm và theo khối lượng riêng W, D
Với các kết cấu có yêu cầu hạn chế thấm mác theo khả
năng chống thấm W, lấy bằng áp suất lớn nhất (atm) mà
mẫu chịu được để nước không thấm qua.
Đối với kết cấu có yêu cầu về cách nhiệt, mác theo khối
lượng riêng trung bình D.
27
1.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG
1.3.1. Biến dạng do co ngót
Co ngót là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không 
khí, do quá trình thủy hóa ximăng, do sự bốc hơi lượng nước thừa 
trong bê tông
Các nhân tố chính ảnh hưởng đến co ngót 
• Độ ẩm
•Xi măng, cốt liệu
Biện pháp hạn chế co ngót 
•Chọn thành phần cốt liệu hợp lý, hạn chế lượng nước trộn bê tông, tỷ 
lệ N/X hợp lý
•Đầm chắc, bảo dưỡng bê tông thường xuyên trong giai đoạn đầu
•Các biện pháp cấu tạo: khe co dãn, đặt cốt thép cấu tạo những nơi 
cần thiết để hạn chế ứng suất do co ngót gây ra 28
1.3.2. Biến dạng do tải trọng tác dụng ngắn hạn
Làm thí nghiệm nén mẫu hình trụ có chiều dài l, diện tích 
tiết diện A. Tác dụng lên mẫu lực nén P, do được độ co ngắn 
 . Tính được biến dạng tỉ đối và ứng suất lb
 
A
P
b 
29
1.3.3. Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
 phần biến dạng hồi 
phục được 1 - biến 
dạng đàn hồi
 phần không hồi 
phục được 2 - biến 
dạng dẻo
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy bêtông là vật liệu đàn hồi – dẻo
b = el + pl
Biến dạng dẻo lpl
2 Biến dạng tỉ đối đàn hồi lel
1 
30
1.3.4. Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn – từ biến
Nén mẫu với lực P có biến dạng ban đầu là . Giữ cho lực P 
tác dụng trong thời gian dài thì biến dạng tăng c
Từ biến là hiện tượng biến dạng tiếp tục tăng trong khi giữ 
nguyên tải trọng tác dụng trong thời gian dài.
l
c
c
  - biến dạng từ biến
31
Một số yếu tố ảnh hưởng đến từ biến
 Ứng suất tỷ đối r = b/R khi r tăng thì tb tăng
 Tuổi thọ của bê tông bê tông càng già thì từ biến giảm
 Trong môi trường ẩm ướt ít xảy ra hiện tượng từ biến hơn
 Tỷ lệ N/X, độ cứng cốt liệu độ cứng cốt liệu càng bé thi từ biến càng
tăng
Một số đặc điểm của từ biến
 Biến dạng cuối cùng có thể gấp 3-4 lần biến dạng đàn hồi do tải trọng ngắn
hạn.
 Nếu tải trọng được dở bỏ, chỉ có biến dạng đàn hồi tức thời được phục hồi,
còn biến dạng dẻo thì không.
 Có sự phân bố lại nội lực giữa bêtông và cốt thép.
 Bố trí cốt thép trong vùng nén của cấu kiện chịu uốn cũng góp phần hạn
chế độ võng do từ biến.
32
1.3.5. Biến dạng do nhiệt độ
 Thể tích bị biến dạng khi thay đổi nhiệt độ phụ thuộc vào 
hệ số giãn nở vì nhiệt t. Hệ số này phụ thuộc vào xi măng, 
cốt liệu và độ ẩm. Thường lấy t= 1 10-5 /độ C
1.3.6. Môđun đàn hồi Eb
Khi bêtông chịu nén, trong giai đoạn đàn hồi :
Ví dụ : trong điều kiện khô cứng tự nhiên,
bêtông B15 có Eb= 23 103 MPa 
bêtông B20 có Eb= 27 103 MPa
b
b
b
E tg  
33
' b
b b
b
E tg E  
4
2( 1 )
b
b b
EG E 
Môđun biến dạng (hay môđun đàn hồi dẻo) E’b
 Khi tải trọng tác dụng lâu dài sẽ làm cho biến dạng dẻo phát 
triển, quan hệ giữa ứng suất-biến dạng có dạng đường cong.
 Môđun biến dạng của BT là 
Môđun chống cắt (trượt) Gb
v – hệ số đàn hồi.trong đó:
34
BÀI 2. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP
2.1. PHÂN LOẠI THÉP DÙNG TRONG BTCT
Theo thành phần hóa học 
Thép các bon thấp
Thép hợp kim thấp
Theo cách gia công chế tạo
Cốt thép cán nóng
Theo hình thức mặt ngoài
Cốt thép tròn trơn
Cốt thép có gờ
Thép hình L,C, I 
Thép kéo nguội
35
Thép tròn trơn CI Thép có gân (gờ) 
CII, CII,..CIV
36
2.2 MỘT SỐ TÍNH NĂNG CƠ HỌC CỦA CỐT THÉP
2.2.1 Biểu đồ ứng suất – biến dạng ( -  ) 
Tính năng cơ học của cốt thép phụ thuộc vào thành phần hóa
học và công nghệ chế tạo.
Sự làm việc của thép khi chịu kéo
37
2.2.2 .Cốt thép dẻo và cốt thép rắn 
• Cốt thép dẻo : có thềm chảy rõ ràng
• Cốt thép rắn : có giới hạn chảy không rõ ràng và ch b ,
2.2.3 Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo của cốt thép Giới hạn chảy quy ước
38
2.2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ
• Thép bị nung nóng : thay đổi cấu trúc kim loại, giảm cường 
độ, môđun đàn hồi. Khi để nguội trở lại thì cường độ không 
được hồi phục hoàn toàn;
• Khi chịu lạnh quá mức (dưới -3000C) , thép trở nên giòn ;
• Hệ số giãn nở vì nhiệt của thép t = 1 10-5 /độ C.
39
2.3. PHÂN LOẠI (NHÓM) CỐT THÉP
2.3.1. Theo TCVN 1651 : 1985: “Thép cán nóng – thép cốt bê tông”
 4 nhóm cốt thép cán nóng : cốt tròn trơn nhóm CI; cốt có gờ nhóm
CII, CIII, CIV. 
2.3.2. Theo TCVN 6285 : 1997: “Thép cốt bê tông – thép thanh vằn”
 5 loại như sau: RB300; RB 400; RB500; RB 400W; RB 500W
40
2.3.3. Theo các tiêu chuẩn khác ( Nga, Pháp)
AI, AII, AIII, AIV (tương đương với các nhóm CI, CII, CIII, 
CIV) ; AV, AVI 
Theo giới hạn chảy : FeE220, FeE400, SR235, SD295, SD340, 
SD390,  
2.3.4. Tương quan giữa mác thép và nhóm cốt thép
 Mác thép dựa vào thành phần hóa học và cách luyện thép, còn 
nhóm thép dựa vào đặc trưng cơ học.
 Đặc trưng cơ học là do thành phần và cách luyện thép quyết 
định. 
Ví dụ: cốt thép nhóm AI được chế tạo từ thép than CT3, cốt 
nhóm AII từ thép than CT5
41
BÀI 3. TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP
3.1. LỰC DÍNH GIỮA BÊTÔNG VÀ CỐT THÉP
Lực dính bảo đảm sự làm việc chung, sự cùng biến dạng, sự 
truyền lực qua lại giữa bêtông và cốt thép .
3.1.1. Thí nghiệm xác định lực dính
42
N
l
  
max
  
- Cường độ lực dính trung bình
- Lực dính phân bố không đều
dọc chiều dài đoạn thép.
 - hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính,  < 1
3.1.2. Các nhân tố tạo nên lực dính
 Cốt thép có gờ bê tông dưới các gờ chống lại sự trượt cốt thép
 Keo ximăng dán chặt cốt thép với bêtông.
 Có lực ma sát giữa cốt thép và bêtông khi co ngót.
43
max
bnR
m
  
3.1.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến lực dính 
 Trong cấu kiện chịu nén thì lực dính tốt hơn so với trong 
cấu kiện chịu kéo .
 Chất lượng bêtông 
 Bề mặt cốt thép 
 Những biện pháp nhằm cản trở biến dạng ngang của bêtông 
có thể làm tăng lực dính bám.
 Công thức thực nghiệm 
44
cốt thép tròn trơn m = 5  6; thép có gờ m = 3 3,5.
cốt thép chịu kéo  = 1; cốt thép chịu nén  = 1,5
3.2. SỰ LÀM VIỆC CHUNG GIỮA BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP
3.2.1. Ứng suất ban đầu do bê tông co ngót
• Khảo sát một thanh bêtông có đặt cốt thép dọc theo trục. Khi
thanh bêtông được co ngót tự do nó sẽ có biến dạng do co ngót là
0.
• Nhưng vì bêtông dính bám với cốt thép mà cốt thép không co nên
nó cản trở sự co của bêtông. Biến dạng do co ngót là 1 mà 1 < 0.
Thanh bê tông Thanh bê tông cốt thép
Cốt thép chống lại sự co, chịu 1 biến dạng kéo 2 = 0 – 1 
ứng suất kéo t = vt2Eb (v- hệ số đàn hồi)
Trong cốt thép phát sinh ứng suất nén s = 1Es.
t > Rbt, bêtông sẽ bị nứt. Đó là nứt do co ngót của bêtông bị cản trở. 45
3.2.2. Sự phân bố lại ứng suất do từ biến
• Khi chịu lực tác dụng lâu dài bêtông bị từ biến. Cốt thép 
không từ biến và vì có lực dính bám mà cốt thép cản trở 
từ biến của bêtông. Kết quả là ứng suất trong cốt thép s
tăng lên và ứng suất trong bêtông b giảm xuống .
• Phân phối lại ứng suất thường là có lợi cho sự làm việc 
chung của bêtông và cốt thép.
46
3.3 SỰ PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT
Sự phá hoại do chịu lực
 Sự phá hoại của thanh chịu kéo
 Sự phá hoại của cột chịu nén
 Sự phá hoại của cấu kiện chịu uốn
Do biến dạng cưỡng bức
 Do thay đổi nhiệt độ
 Do co ngót của bêtông 
Sự hư hỏng do tác dụng của môi trường
47
Nguyên nhân
 Tác dụng cơ học bêtông bị bào mòn do mưa, dòng chảy, do nhiệt...
 Tác dụng sinh học các loại rong rêu, khí hậu, vi khuẩn....
 Tác dụng hóa học bêtông bị xâm thực do các chất hoá học (axit, badơ, 
muối) ...
48
Biện pháp bảo vệ
 Bảo đảm lớp bêtông bảo vệ, công trình thông thoáng, tránh ẩm ướt .
 Làm sạch bề mặt cốt thép (cạo gỉ, chùi bụi, sơn cốt thép), sơn hay tô 
mặt ngoài bêtông.
 Dùng cốt liệu và nước sạch để đổ bêtông .