Downloaded 16 times
tính chất cơ lý của vật liệu
- 1. BẢN NHÁP BẢN NHÁP1 CHƯƠNG 2 – TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA VẬT LIỆU 2.1 Bêtông 2.1.1 Thành phần, cấu trúc và phân loại bê tông 2.1.2 Cường độ của BT 2.1.3 Giá trị trung bình và giá trị tiêu chuẩn của cường độ 2.1.4 Cấp độ bền và mác của bê tông 2.1.5 Biến dạng của bêtông 2.1.6. Môđun biến dạng của bê tông 2.2 Cốt thép 2.2.1 Chức năng và loại cốt thép 2.2.2 Một số tính năng cơ học của cốt thép 2.2.3 Phân loại cốt thép 2.3 Bê tông cốt thép 2.3.1 Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép 2.3.2 Sự làm việc chung giữa BT&CT 2.3.3 Sự phá hoại và hư hỏng của BTCT 1 2.1 Bê tông CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Yêu cầu đối với bê tông cho kết cấu: Bêtông cho kết cấu bêtông cốt thép cần phải có những tính chất cơ-lý cần thiết được xác định trước như: Độ cứng cần thiết; Dính bám với cốt thép tốt; Khả năng chống thấm đủ để bảo vệ cốt thép khỏi ăn mòn. Ngoài ra, phụ thuộc vào mục đích sử dụng mà còn có những yêu cầu riêng cho bêtông như: khả năng chịu nhiệt dưới tác dụng của nhiệt độ cao trong thời gian dài; khả năng chống ăn mòn khi sử dụng trong môi trường có tính ăn mòn cao vv. Để nhận được bêtông với cường độ đã được định sẵn và thỏa mãn những yêu cầu kể trên cần phải chọn tỉ lệ cấp phối cũng như các phụ gia thích hợp. 2 2.1.1 Thành phần, cấu trúc và phân loại bêtông CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Thành phần của bê tông BÊ TÔNG – ĐÁ NHÂN TẠO CỐT LIỆU THÔ SẠN, SỎI, ĐÁ DĂM … CỐT LIỆU MỊN CÁT CHẤT KẾT DÍNH XIMĂNG+NƯỚC, THỦY TINH LỎNG XIMĂNG POLYMER … PHỤ GIA Giảm nước, kéo dài thời gian ninh kết, phụ gia siêu dẻo, phụ gia cuốn khí v.v….. 3 2.1.1 Thành phần, cấu trúc và phân loại bêtông (2) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU b) Cấu trúc của bê tông Cấu trúc bê tông nặng 1 – Đá xi măng; 2 – Cát; 3 – Đá Cấu trúc bề mặt bêtông (Lỗ rỗng chiếm khoảng 1/3 thể tích bê tông) Nhân tố ảnh hưởng lớn đến cấu trúc bê tông: N/X N/X≈0,2 – Đủ để phản ứng xảy ra N/X≈0,5-0,6 – Thường sử dụng 4 BAN NHAP
- 2. BẢN NHÁP BẢN NHÁP2 2.1.1 Thành phần, cấu trúc và phân loại bêtông (3) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU c) Phân loại bê tông PHÂNLOẠIBÊTÔNGPHÂNLOẠIBÊTÔNG Theo cấu trúcTheo cấu trúc - Bê tông đặc chắc - Bê tông có lỗ rỗng - Bê tông tổ ong - Bê tông đặc chắc - Bê tông có lỗ rỗng - Bê tông tổ ong Theo khối lượng riêng γ Theo khối lượng riêng γ - Bê tông đặc biệt nặng: γ>2500kg/m3 - Bê tông nặng: γ=2200÷2500kg/m3 - BT nặng cốt liệu bé: γ=1800÷2200kg/m3 - Bê tông nhẹ: γ<1800kg/m3 - Bê tông đặc biệt nặng: γ>2500kg/m3 - Bê tông nặng: γ=2200÷2500kg/m3 - BT nặng cốt liệu bé: γ=1800÷2200kg/m3 - Bê tông nhẹ: γ<1800kg/m3 Theo loại cốt liệu Theo loại cốt liệu - Bê tông thường - Bê tông cốt liệu đặc - Bê tông cốt liệu xốp - Bê tông thường - Bê tông cốt liệu đặc - Bê tông cốt liệu xốp Theo thành phần hạt Theo thành phần hạt -Bê tông hạt to với cốt liệu thô và mịn - Bê tông hạt mịn với cốt liệu mịn -Bê tông hạt to với cốt liệu thô và mịn - Bê tông hạt mịn với cốt liệu mịn Theo điều kiện khô cứng Theo điều kiện khô cứng - Khô cứng tự nhiên - Khô cứng qua xử lý nhiệt và độ ẩm dưới áp suất không khí - Chưng hấp dưới áp suất cao - Khô cứng tự nhiên - Khô cứng qua xử lý nhiệt và độ ẩm dưới áp suất không khí - Chưng hấp dưới áp suất cao Theo phạm vi sử dụng Theo phạm vi sử dụng - Bê tông cho kết cấu chịu lực - Bê tông chịu nóng - Bê tông cách nhiệt - Bê tông chống ăn mòn - Bê tông cho kết cấu chịu lực - Bê tông chịu nóng - Bê tông cách nhiệt - Bê tông chống ăn mòn5 2.1.2 Cường độ của bê tông CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Bêtông là vật liệu không đồng nhất tạo thành từ các vật liệu có độ cứng khác nhau, môđun đàn hồi khác nhau. Trong mẫu chịu nén ứng suất sẽ tập trung tại những phần tử cứng hơn, có môđun đàn hồi lớn, kết quả là trên các bề mặt nối các phần tử này sẽ xuất hiện nội lực hướng có xu hướng phá hoại các liên kết này. Trong khi đó xung quanh các lỗ rỗng trong bêtông cũng xuất hiện sự tập trung ứng suất. Xung quanh các lỗ rổng trong vật liệu chịu nén xuất hiện sự tập trung ứng suất kéo (+) và nén (-) tự cân bằng, các ứng suất kéo và nén này song song với hướng tác dụng của lực nén - - + a) b) - - + a) b) Sơ đồ trạng thái ứng suất của mẫu bêtông chịu nén6 2.1.2 Cường độ của bê tông Cường độ của vật rắn được hiểu là khả năng của nó chống lại tác dụng của ngoại lực và không bị phá hoại. Cường độ là đặc trưng cơ bản của bêtông, phản ánh khả năng chịu lực của nó. Có nhiều phương pháp để xác định cường độ: thí nghiệm mẫu; siêu âm; súng bắn v.v…. CƯỜNG ĐỘ CỦA BÊ TÔNG CHỊU KÉOCHỊU NÉN DỌC TRỤC KHỐI VUÔNG KHỐI LĂNG TRỤ CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU CHỊU CẮT a a a a) Mẫu khối vuông (a=100 mm, 150 mm, 200 mm) Mẫu khối lăng trụ N N h>4a a Mẫubêtông (a=70,100,150mm) 1 1 1-1 a a 7 2.1.2…..a) Nén khối vuông (TCVN 3118:1993) SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM PHÁ HOẠI MẪU THỬ MẪU CHUẨN Lập phương có cạnh a=150mm, tuổi 28 ngày, bảo dưỡng ở nhiệt độ 27±2 0C, độ ẩm >75% a a a P P Mẫu 1 (a=100, 150, 200 mm) = × , Hệ số quy đổi kết quả cho mẫu lập phương (TCVN 3118:1993) Kích thước mẫu, mm Hệ số tính đổi 100×100×100 0,91 150×150×150 1,0 200×200×200 1,05 300×300×300 1,1 2 3 3 4 4 b)a) Có ma sát Không ma sát 8 BAN NHAP
- 3. BẢN NHÁP BẢN NHÁP3 2.1.2…..b) Nén khối lăng trụ (TCVN 5726:1993) Đặc trưng cơ bản của cường độ của BT trong kết cấu chịu nén là cường độ chịu nén của hình lăng trụ Rb – cường độ chịu nén tức thời của khối lăng trụ. N N h>4a a Mẫubêtông (a=70,100,150mm) 1 1 1-1 a a - BT thường Rb=5-30 MPa - BT cường độ cao: Rb>40 MPa SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM = , 9 2.1.2…..c) Cường độ chịu kéo N và M – lực kéo và mô men uốn làm phá hại mẫu W=bh2/6 - mô men kháng uốn của tiết diện hình chữ nhật 7,1 - kể đến dạng đường cong của biểu đồ ứng suất vùng kéo do biến dạng dẻo * Công thức thực nghiệm: CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU SƠ ĐỒ THÍ NGHIỆM CƯỜNG ĐỘ CHỊU CẮT CỦA BÊTÔNG a 4a a a l h=6 N N PP 1/3l 1/3l 1/3l b h 1 1 2 2 = 2 = 0,233 = 0,6 + 0,06 10 d) Các nhân tố quyết định cường độ của BT CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU CHẤT LƯỢNG VÀ SỐ LƯỢNG XI MĂNG TỈ LỆ N/X CHẤT LƯỢNG CỐT LIỆU CHẤT LƯỢNG ĐỔ BÊTÔNG VÀ BẢO DƯỠNG CƯỜNGĐỘCỦABÊTÔNG (250÷500)kg/1 m3 bêtông. Tăng chất lượng và số lượng xi măng → Rb tăng. Tuy nhiên tăng đến một mức bão hào nào đó thì tăng lượng xi măng sẽ không tăng cường độ bêtông mà còn gây ra những hậu quả xấu Tỉ lệ N/X đủ để phản ứng xảy ra là 0,2. Tỉ lệ này tang, cường độ sẽ giảm và ngược lại. Nếu N/X thấp vữa khô, rất khó thi công, thực tế thi công thường sử dụng N/X=0,4…0,7 Yêu cầu cốt liệu phải sạch. Cốt liệu có bề mặt nhám, xù xì thì độ kết dính với xi măng càng cao; Trộn vữa phải tiến hành liên tục, đầm chặt và kĩ để đảm bảo hỗn hợp đồng nhất, không có lỗ rỗng bọt khí. Cần lưu ý, nếu đầm nhiều quá sẽ xảy ra hiện tượng phân tầng. Sau khi đổ, bêtông phải được bảo dưỡng, tưới ẩm thường xuyên, đặc biệt là trong tuần đầu tiên. Điều kiện thuận lợi để bêtông đông cứng: t=15-25 0C. Độ ẩm lớn hơn 75%.11 e) Quan hệ giữa thời gian đến cường độ BT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100 10 20 30 40 50 R,MPa Tuổi của khối bê tông, năm 2 1 1 - bảo dưỡng trong môi trường ẩm, 2 - tương tự trong môi trường khô 28 ngày = lg lg28 = 0,7 lg 12 BAN NHAP
- 4. BẢN NHÁP BẢN NHÁP4 2.1.3 Cường độ trung bình, cường độ đặc trưng, cường độ tiêu chuẩn CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Cường độ trung bình Rm Thí nghiệm n mẫu thử chuẩn cùng một loại bêtông nhận được các giá trị cường độ tương ứng: R1; R2; R3; R4……Rn. Độ lệch mnnmmmii RRRRRRRR ;......;; 2211 Độ lệch quân phương 11 22 n RR n mii Hệ số biến động c) Cường độ tiêu chuẩn của bêtông Rbn chkcbn RR b) Cường độ đặc trưng Rch SRR mch 1 (Với bêtông υ=0,135 ) (S – hệ số phụ thuộc và xác suất đảm bảo, với xác suất 95% thì S=1,64) 8,07,0kc hệ số kết cấu, hệ số này kể đến sự làm việc của bêtông thực tế trong kết cấu khác với sự làm việc của mẫu thử (Phụ lục) 13 2.1.4 Cấp độ bền và mác của BT Là cường độ chịu nén tức thời của mẫu thử chuẩn có kể đến tính khả biến thống kê với xác suất đảm bảo không nhỏ hơn 95 %. Hoặc cấp độ bền chịu nén của BT là con số lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn, tính theo đơn vị MPa. Theo TCVN 5574–2012 BT có : B3,5, B5, B7,5, B10, B12,5, B15, B20, B25, B30, …, B55, B60. Bêtông thường có: Bt0,5; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2; Bt3,6; Bt4,0. Quan hệ giữa M và B (Phụ lục A, TCVN 5574:2012 MB 0778,0 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Cấp độ bề chịu nén B (TCVN 5574:2012) b) Cấp độ bền chịu kéo của bê tông Bt (định nghĩa tương tự) c) Mác theo cường độ chịu nén M (TCVN 5574-2012) Là con số lấy bằng cường độ trung bình chịu nén tức thời của mẫu thử chuẩn, tính bằng daN/cm2. Theo TCVN 5574:2012 bêtông có các mác sau: M50, M75, M100, M150, M200, M250, M300, M400;…..; M600 14 2.1.5 Biến dạng của bêtông BIẾN DẠNG CỦA BÊ TÔNG CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU BIẾN DẠNG LỰC (Phát triển chủ yếu theo phương tác dụng lực) BIẾN DẠNG THỂ TÍCH (Phát triển đều theo thể tích của bêtông) Do tải trọng ngắn hạn Do tải trọng dài hạn Do co ngót, trương nở Do tác dụng nhiệt độ, độ ẩm - Cùng với biến dạng lực dọc trục, xuất hiện một lượng biến dạng ngang nào đó, biến dạng ngang này được đặc trưng bởi hệ số biến dạng ngang ban đầu =0,2 - hệ số Possion - Biến dạng của bê tông là phi tuyến: Lúc ứng suất còn nhỏ, biến dạng chủ yếu là đàn hồi, tăng ứng suất – phát triển biến dạng dẻo; - Trong tính toán cho phép không kể đến tính phi tuyến đến mức ứng suất: σ/Rb=0,7…0,8 – với tải ngắn hạn và σ/Rb=0,5…0,6 - với tải dài hạn. 15 2.1.5.1 Biến dạng thể tích Co ngót – Sự giảm thể tích bê tông khi khô cứng trong không khí; Trương nở - là sự tăng thể tích khi BT khô cứng trong nước. Các hiện tượng này xảy ra chủ yếu ở giai đoạn đầu quá trình khô cứng Sự co ngót của tinh thể XM bị cốt liệu cản trở gây ra ứng suất kéo ban đầu trong đá ximăng. Khi thể tích của lớp bên ngoài cấu kiện giảm xuống mạnh, trong khi đó các lớp BT bên trong chưa kịp giảm thể tích sẽ gây ra ứng suất kéo trong lớp bê tông yếu hơn và vết nứt xuất hiện. CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Biến dạng do co ngót Tác hại của co ngót: 1 – Đoạn dầm; 2, 3 – Các vết nứt co ngót dọc và ngang; 4 – Lớp bê tông khô bên ngoài; 5 – Lớp BT ướt bên trong; 6 - ứng suất kéo Khắc phục: Ứng suất co ngót của bê tông thường không được kể đến trực tiếp khi tính toán KCBTCT có tiết diện ngang nhỏ. Ảnh hưởng của co ngót được cân nhắc gián tiếp thông qua hệ số đồng nhất của bê tông, thép cấu tạo và các khe co ngót 16 BAN NHAP
- 5. BẢN NHÁP BẢN NHÁP5 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Biến dạng do co ngót (TT) 2.1.5.1 Biến dạng thể tích CONGÓTCỦABÊTÔNGPHỤTHUỘCVÀO NHỮNGYẾUTỐSAU: Số lượng và chất lượng xi măng: co ngót tỉ lệ thuận với lượng xi măng/đơn vị thể tích bê tông. Đối với các loại xi măng khác nhau thì hiện tượng co ngót cũng khác nhau (xi măng có hoạt tính cao thì độ co ngót tăng); N/X: tỉ lệ này càng cao thì co ngót càng lớn; Độ lớn của cốt liệu: co ngót tỉ lệ nghịch với độ lớn của cốt liệu Độ ẩm của môi trường bê tông đông cứng: độ ẩm càng cao thì co ngót giảm, khi độ ẩm không khí giảm từ 90% đến 25 %, co ngót tăng lên 6…7 lần; Hàm lượng cốt liệu lớn: Co ngót tỉ lệ nghịch với hàm lượng cốt liệu lớn; Môđun đàn hồi của cốt liệu: Co ngót tỉ lệ nghịch với môđun đàn hồi cốt liệu lớn 17 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU b) Biến dạng nhiệt 2.1.5.1 Biến dạng thể tích Khi nhiệt độ tăng bê tông sẽ giản nở, ngược lại khi nhiệt độ giảm bê tông co lại. Hệ số biến dạng nhiệt tuyến tính là độ giãn dài (co ngắn) của mẫu bê tông khi nung nóng (hoặc làm lạnh) 1 0C. Theo tiêu chuẩn: 10 ,00001,0 Cbt- Đối với bê tông nặng: - Đối với bê tông hạt mịn, bê tông nhẹ từ cốt liệu mịn chặt: 10 ,00007,0 Cbt - Đối với bê tông nhẹ từ cốt liệu mịn nhẹ: 10 ,00008,0 Cbt Khoảng cách lớn nhất của khe nhiệt cho phép không tính của kết cấu bêtông cốt thép lắp ghép hay toàn khối khi kết cấu làm việc trong đất là 50m, trong nhà là 40m và ngoài trời là 30m. Nếu nhà một tầng lấy tăng lên 20%. Biện pháp khắc phục: Bố trí khe nhiệt (Bảng 5. TCVN 5574:2012) Khi hạ thấp nhiệt độ bê tông trong quá trình đông cứng, ứng suất nhiệt cộng vào với ứng suất kéo do co ngót, hệ quả sẽ làm tăng độ nguy hiểm xuất hiện các vết nứt trong bê tông chưa đông cứng hoàn toàn. 18 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) Biến dạng do tác dụng của tải trọng tác dụng ngắn hạn l 1-1 A 1 1 Δ P Sơ đồ thí nghiệm bibi ibi ibi i AP l P , / / Tăng dần lực nén P đến lúc mẫu bị phá hoại ta có vô số cặp giá trị (εb, σb). Biểu diễn tất cả các cặp giá trị này lên hệ trục tọa độ “ε0σ” ta nhận được biểu đồ quan hệ giữa ứng suất và biến dạng của bêtông (biểu đồ quan hệ εb-σb ) A Tiếptuyếntại0 B C ε σb εb εb,ult σ 0 ltR max,b D Kết quả thực nghiệm cho thấy đồ thị là một đường cong OABC, đường cong này được tạo thành từ đoạn thẳng OA và đoạn cong ABC Điểm C ứng với lúc mẫu bị phá hoại ltb R 3 , 102 ultb Diểm D ứng với lúc mẫu bị phá hoại hoàn toàn: 3 max, 105,3 b 2.1.5.1 Biến dạng do tải trọng 19 lel /1 lpl /2 plelb CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Biến dạng đàn hồi và biến dạng dẻo Xét lại thí nghiệm trước, nén mẫu cho biến dạng và dỡ bỏ tải trọng. Biến dạng đàn hồi Biến dạng dẻo Tổng biến dạng => Như vậy bêtông là vật liệu đàn hồi – dẻo Hệ số đàn hồi: bel / 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 α0 α0 α0 α0 1 2 + -0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 σ/R,%bn 3 10 el pl b σ/R ,%btn 100 bu btu ep 3 76 8 4 5 B C D l Δ P Δ1Δ2 5 2.1.5.1 Biến dạng do tải trọng (2) 20 BAN NHAP
- 6. BẢN NHÁP BẢN NHÁP6 Sơ đồ thí nghiệm B C σ ε 0 εb εc σb l c c CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU l Δ P P ΔΔ+c t Tính chất thể hiện sự tăng biến dạng dẻo của bê tông theo thời gian dưới ứng suất không đổi gọi là từ biến. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BIẾN DẠNG TỪ BIẾN – Khi ứng suất ban đầu tăng thì biến dạng từ biến tăng; – Tỷ lệ N/X tăng thì biến dạng từ biến tăng; – Độ cứng cốt liệu càng bé thì biến dạng từ biến tăng; – Tuổi bêtông càng cao thì biến dạng từ biến giảm; – Trong môi trường ẩm ướt từ biến ít hơn trong môi trường khô; b) Từ biến (biến dạng dưới tác dụng của tải trọng dài hạn) 2.1.5.1 Biến dạng do tải trọng (3) 21 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU c) Biến dạng do tải trọng trùng lặp (tham khảo) Các chu kỳ gia tải-giảm tải lặp lại nhiều lần lên mẫu thử lăng trụ bêtông dẫn đến tích lũy dần dần biến dạng dẻo. Sau một số lượng chu kì gia tải-giảm tải đủ lớn những biến dạng dẻo tương ứng với mức ứng suất đó dần dần sẽ vượt qua, từ biến của bêtông sẽ đạt đến giá trị giới hạn, bêtông sẽ bắt đầu làm việc đàn hồi. Với mỗi chu kỳ biến dạng dẻo sẽ được túy lũy, còn đường cong quan hệ ứng suất-biến dạng dần dần trở nên thẳng hơn, tính chất này đặc trưng cho sự làm việc đàn hồi của bêtông. Tuy nhiên, điều này chúng ta chỉ thấy khi ứng suất trong bêtông không vượt qua giới hạn cường độ chịu mỏi của bêtông. Khi ứng suất trong bêtông tương đối lớn, sau một số chu kỳ nhất định nào đó biến dạng dẻo sẽ phát triển không ngừng dẫn đến phá hoại mẫu. 2.1.5.1 Biến dạng do tải trọng (4) 22 2.1.6 Môđun đàn hồi của bê tông CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Môđun đàn hồi là tên gọi chung của một vài đại lượng vật lý đặc trưng cho khả năng của vật rắn biến dạng đàn hồi dưới tác dụng lực. Vì bêtông là vật liệu đàn hồi-dẻo nên ngoài môđun đàn hồi ta còn xét môđun biến dạng. Mô đun đàn hồi của bêtông nặng : MPatgE b b b ,0 Môđun biến dạng: MPatgE b b b ,1 ' Liên hệ giữa mô đun đàn hồi và mô đun biến dạng: b bE E Với bêtông nặng thông thường: MPaEb ,104018 3 α α0 α1 εb σb εe εpl 1 2 3 4 εb 23 2.2 Cốt thép 2.2.1 Chức năng và loại cốt thép CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Yêu cầu đối với cốt thép đặt trong bê tông: Làm việc đồng thời với bêtông trong các giai đoạn khai thác kết cấu; Sử dụng đến giới hạn chảy khi cấu kết mất khả năng chịu lực; Đảm bảo tiện nghi cho công tác cốt thép và đảm bảo khả năng cơ giới hóa. Đặt trong vùng kéo để tiếp nhận lực căng trong cấu kiện chịu uốn, chiụ nén lệch tâm, chịu kéo đúng tâm và lệch tâm; Chịu ứng suất do co ngót và thay đổi nhiệt độ xuất hiện trong kết cấu; Đặt trong vùng nén để gia cố khả năng chịu lực của vùng chịu nén. Mục đích chính đặt cốt thép và bê tông? Thành phần hóa học của cốt thép Thành phần hóa học của thép bao gồm sắt, cácbon và có thể một số hóa chất khác như: Silic (0.6-0.9)%; đồng (<0.3%); mangan (0.8-1.2)%; nikel (<0.3%); Phốt pho (<0.04)%; crôm (0,3)%; lưu huỳnh (0,045%) v.v… 24 BAN NHAP
- 7. BẢN NHÁP BẢN NHÁP7 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU 2.2.1 Chức năng và loại cốt thép (2) CÁCLOẠICỐTTHÉP CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHƯƠNG PHÁP GIA CÔNG HÌNH DÁNG CỦA BỀ MẶT CỐT THÉP PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG CỐT THÉP Thép thanh: Ø>8mm, l=11,7m (l<13m) Thép sợi dạng cuộn, Ø≤8mm, khối lượng nhỏ hơn 500 kg Thép gia công nguội (kéo nguội, dập nguội) Thép gia công nhiệt (tôi) Thép tròn trơn Thép có gờ Thép ứng lực trước (Thép cường độ cao) Thép thường (Cường độ thường) 25 2.2.2 Một số tính năng cơ học của cốt thép a) Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng σs-εs CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Thí nghiệm kéo mẫu thép để vẽ biểu đồ quan hệ σs-εs. Dựa vào biểu đồ này người ta phân ra thép dẻo và thép rắn. l Δl P A Ứng suất và biến dạng 26 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU MPay 500200 25,015,0, ults yB 4,12,1 MPay 2000500 1,005,0, ults b) Giới hạn chảy của cốt thép y c) Cường độ tiêu chuẩn SR m ysn 1 d) Môđun đàn hồi s s s tgE a) Biểu đồ quan hệ ứng suất – biến dạng σs-εs 0 A Bσy σB ε C εs,ult σa) α Thép dẻo σ ε 0 A C σB B’ εpl=0,2% σy εs,ult b) α Thép Rắn Với thép dẻo Với thép rắn - Đoạn OA - giai đoạn đàn hồi; - Đoạn AB - trạng thái chảy dẻo; - Đoạn BC - giai đoạn củng cố. - Đoạn OA - trạng thái làm việc đàn hồi; - Đoạn AC - giai đoạn cốt thép làm việc có biến dạng dẻo. 27 2.2.3 Phân loại cốt thép PHÂNLOẠICỐTTHÉP TCVN1651– 1985 TCVN 6285–1997 KHÁC NHÓM CI – Tròn trơn, NHÓM CII – Gờ xoắn vít 1 chiều NHÓM CIII (Khó hàn), CIV (Không hàn được bằng hồ quang) – Gờ xoắn vít 2 chiều 5 NHÓM: RB300, RB400, RB500, RB400W, RB500W (Con số ghi ở sau là giới hạn chảy trung bình, W – hàn được) Tiêu chuẩn các nước như: Nga, Pháp, Châu Âu, TQ, Mỹ CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU }Dễ hàn 28 BAN NHAP
- 8. BẢN NHÁP BẢN NHÁP8 2.3 Bê tông cốt thép an c dl N lC 3 1 4 1 CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU 2.3.1 Lực dính bám giữa bêtông và cốt thép - Là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung của hai loại vật liệu, làm cho cốt thép và bêtông cùng biến dạng và có sự truyền lực qua lại giữa chúng; - Nhờ có lực dính bám mà cốt thép không trượt trong bêtông. Tác dụng của lực dính bám: Sơ đồ thí nghiệm: N N lan τc τc,max a) b) Cường độ lực dính bám trung bình: Lực dính bám cực đại: tb c max, tại 29 2.3.1 Lực dính bám giữa bêtông và cốt thép (TT) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Quan hệ của giữa ứng suất dính bám và đường kính cốt thép: NÉNKÉO d <d <d1 d3 d2 d1 d3 d2 d1 2 3 τ τc τ0 σs LỰC DÍNH BÁM BAN ĐẦU 0 Khi ép lún thanh cốt thép trong bêtông (nén) cường độ lực dính bám lớn hơn khi giật (kéo) tuột khỏi bêtông, đó là do sức bền của lớp bêtông bao quanh cốt thép chống lại sự biến dạng ngang của thanh thép chịu nén. Khi tăng đường kính cốt thép và ứng suất trong nó, cường độ dính bám khi nén tăng lên, còn trong trường hợp chịu kéo sẽ giảm xuống. Do đó, để tăng lực dính bám với bêtông nên hạn chế đường kính cốt thép. NN 30 2.3.1 Lực dính bám giữa bêtông và cốt thép (TT) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU Cường độ lực dính bám phụ thuộc vào những yếu tố sau: – Cốt thép có gờ và bề mặt xù xì và nhám của cốt thép, phần bêtông nằm dưới các gờ chống lại sự trượt của cốt thép (Yếu tố quyết định 3/4 lực dính bám); – Keo xi măng dán chặt cốt thép với bêtông; – Có lực ma sát giữa cốt thép và bêtông (bêtông ôm chặt lấy cốt thép), khi khô cứng bêtông xảy ra sự sụt và bêtông ôm chặt cốt thép. Cường độ lực dính bám chịu ảnh hưởng bởi những yếu tố sau: – Trạng thái chịu lực: với cốt thép chịu nén, lực dính bám lớn hơn so với chịu kéo; – Chiều dài đoạn neo lan; – Chất lượng bêtông; – Bề mặt cốt thép. NN 31 2.3.2 Sự làm việc chung giữa bêtông và cốt thép btbt R → NỨT NẾU CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU a) ứng suất ban đầu do bêtông co ngót Ứng suất kéo trong bêtông: btbttbtbtbt EvE ' Ứng suất nén trong cốt thép: sssls E, - Biến dạng co ngót tự do của bê tông: - Biến dạng kéo xuất hiện trong bê tông: εsl εbtεsl,s εsl b)a) Bê tông Bê tông cốt thép Phương trình cân bằng nội lực: - BD nén của cốt thép: Rút công thức tính σs , sau đó biến đổi và thế vào công thức tính biến dạng kéo trong bê tông ta nhận được: NHẬN XÉT Ứng suất trong bê tông co ngót phụ thuộc vào hàm lượng cốt thép μ1, cấp độ bền của bê tông và biến dạng co ngót tự do của bê tông. Tăng hàm lượng cốt thép làm tang ứng suất kéo trong bê tông và có thể gây nứt. 32 BAN NHAP
- 9. BẢN NHÁP BẢN NHÁP9 2.3.2 Sự làm việc chung giữa bêtông và cốt thép (2) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU b) Ứng suất do ngoại lực N N εb εs Xét trường hợp thanh bêtông cốt thép chịu kéo mà bêtông chưa bị nứt. Biến dạng trong bêtông và cốt thép: sb Ứng suất kéo trong bêtông: bttbt E Ứng suất trong cốt thép: ss E Trong cấu kiện chịu kéo hoặc ở vùng kéo của cấu kiện chịu uốn, sau khi bêtông bị nứt, phần nội lực do bêtông chịu được truyền sang cho cốt thép và cốt thép chịu toàn bộ nội lực kéo. Đặt hệ số tương đương: PT cân bằng: - diện tích tiết diện tương đương. 33 2.3.2 Sự làm việc chung giữa bêtông và cốt thép (3) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU c) 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 uất trong cốt thép tăng lên và ứng suất trong bêtông giảm xuống. Đó chính là sự phân phối lại ứng suất do từ biến của bêtông. 34 2.3.3 Sự phá hoại và hư hỏng của bêtông cốt thép PHÁ HOẠI VÀ HƯ HỎNG CỦA BTCT DO LỰC TÁC DỤNG DO BIẾN DẠNG CƯỠNG BỨC DO TÁC DỤNG CỦA MÔI TRƯỜNG CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU N N As M Trục trung hòa Nén Kéo a) Sự phá hại do chịu lực - Trong kết cấu bêtông cốt thép bêtông và cốt thép làm việc chung với nhau cho đến khi bị phá hoại; - Cột chịu nén sự phá hoại bắt đầu khi ứng suất trong bêtông đạt đến giới hạn cường độ chịu nén, bêtông bị nén vỡ; - Thanh chịu kéo bắt đầu phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy; - Cấu kiện chịu uốn có thể bắt đầu từ vùng chịu kéo hoặc vùng chịu nén. 35 2.3.3 Sự phá hoại và hư hỏng (2) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU b) Sự hư hỏng hoặc phá hoại do biến dạng cưỡng bức A AB BH =0A V =0 V =0A A V =0 V =0 B B Δ ΔC V =0C HỆ TĨNH ĐỊNH HỆ SIÊU TĨNH Xét chuyển vị cưỡng bức của gối tựa trong hệ siêu tĩnh và tĩnh định - Trong kết cấu tĩnh định biến dạng cưỡng bức không gây ra nội lực; - Trong kết cấu siêu tĩnh biến dạng cưỡng bức thường bị ngăn cản, làm phát sinh nội lực và có thể làm kết cấu bị hư hỏng hoặc phá hoại. Biến dạng cưỡng bức gây ra chuyển vị của các liên kết (gối tựa), do thay đổi nhiệt độ, co ngót của bêtông vv… c) Sự hư hỏng do tác dụng của môi trường Bêtông cốt thép có thể bị hư hỏng do tác dụng cơ, lý, hóa, sinh vật. – Về cơ học và vật lý: bêtông có thể bị bào mòn do mưa, dòng chảy, bị hun nóng – Về hóa học: các chất hóa học như axit, ba dơ, muối trong môi trường phản ứng với các thành phần của đá xi măng làm giảm cường độ và phá hỏng sự liên kết. – Về sinh vật: các loại rong rêu, hà và vi khuẩn cũng gây tác dụng làm hư hỏng bề mặt bêtông.36 BAN NHAP
- 10. BẢN NHÁP BẢN NHÁP10 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 2 (Hoàn thiện và nộp lại) CHƯƠNG2–TÍNHCHẤTCƠLÝCỦAVẬTLIỆU 1. Làm thế nào để xác định được cường độ của bêtông? 2. Vẽ hình và cho biết kích thước các mẫu sử dụng để thí nghiệm? 3. Hãy nêu các nhân tố quyết định cường độ của bêtông? 4. Thế nào là cường độ trung bình? Cường độ đặc trưng? Cường độ tiêu chuẩn của bêtông? 5. Mác bêtông theo cường độ chịu nén M là gì? Cấp độ bền chịu nén của bêtông B là gì? Quan hệ giữa M và B? 6. Co ngót bêtông là gì? Co ngót phụ thuộc vào yếu tố nào? Các khắc phục? 7. Từ biến là gì? Từ biến phụ thuộc vào yếu tố nào? 8. Tác dụng của lực dính bám giữa bêtông và cốt thép? Các nhân tố tạo nên lực dính bám? Các nhân tố ảnh hưởng đến lực dính bám? Tại sao nên hạn chế sử dụng cốt thép có đường kính lớn? 9. Nêu những phá hoại của kết cấu BTCT do ngoại lực và biến dạng cưỡng bức? 10. Nêu những phá hoại và hư hỏng của KCBTCT do môi trường? 37 BAN NHAP