Bài giảng Bê tông cốt thép - Chương 2: Tính năng có lí của vật liệu

ộ bám dính tốt với hơn cốt thép. Đạt độ đặc chắc , bảo đảm bảo vệ cốt thép chống rỉ sét. Có độ bền vững cho kết cấu. Ngoài ra trong 1 số trường hợp còn yêu cầu: Không thấm nước Không rò rỉ nước. Có khả năng chống rỉ sét tốt. Có tính dẫn nhiệt và truyền âm thấp. Tính năng cơ lí của bêtông phụ thuộc cấp phối bê tông, loại phụ gia và cốt liệu,tỉ lệ nước/xi măng,biện pháp thi công,pp trộn và đổ bê tông,điều kiện khô cứng(dưỡng hộ tự nhiên,hấp), tuổi bêtông 1.1.Phân loại bêtông: Theo trọng lượng riêng Bê tông đặc biệt nặng : Bê tông nặng : Bê tông nhẹ : Bê tông rất nhẹ : Theo biện pháp thi công: Bê tông đổ toàn khối (đổ toàn khối) Độ cứng lớn , chịu tải trọng động, tải động đất. Thi công phức tạp ( phụ thuộc thời tiết, tốn cốp pha , tốn thời gian thi công) Khó kiểm tra chất lượng. Bê tông lắp ghép: Chất lượng cao, không phụ thuộc thời tiết,sau khi lắp ghép có thể tiến hành thi công tiếp. Tốn thép ( giải quyết mối nối) Độ cứng không bằng đổ toàn khối , mặc dù đã liên kết và giằng các kết cấu lại với nhau. Bê tông bán lắp ghép: Kết hợp được ưu điểm 2 loại trên. Theo kích thước cốt liệu: Bê tông đá hộc : dùng trong các công trình thủy lợi , cầu đường. Bê tông đá 40x60 : dùng làm bê tông lót, không chịu lực Bê tông đá 10x20 : 90% dùng chịu lực cho kết cấu BTCT. Bê tông đá 50x100 : dùng gia cố công trình. Bê tông đá mi : dùng làm bê tông lót, dùng trong cầu đường. Theo trạng thái ứng suất : Bê tông cốt thép thường Bê tông cốt thép dự ứng lực: có 2 pp Căng trước Căng sau 1.2.Cường độ bêtông: Cường độ bê tông là đặc trưng cơ học chủ yếu đánh giá chất lượng và khả năng chịu lực của bê tông. Cường độ bêtông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của nó.Để xác định cường độ bê tông, người ta làm thí nghiệm nén mẫu.Ngoài ra còn cách khác là không phá hủy, xác định cường độ bê tông bằng sóng siêu âm. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén , chịu kéo của bêtông: Mẫu có thể lấy bằng cách khác nhau,lấy hỗn hợp bêtông đã nhào trộn sẵn để đúc mẫu hoặc làm dùng thiết bi chuyên dùng khoan lấy mẫu từ các kết cấu có sẵn. Mẫu khối vuông cạnh a (150x150x150) Mẫu khối lăng trụ có đáy vuông ( cạnh a, chiều cao h) Khoan lấy mẫu từ các kết cấu có sẵn, thường mẫu trụ tròn : D = 50-150 , h = (1-1.5)D Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bêtông: Nén mẫu khối vuông 150x150x150 bằng máy nén. Tăng lực từ từ đến khi mẫu bị phá hoại. Trong đó: P : Lực nén làm mẫu bị phá hoại A : diện tích tiết diện ngang của mẫu Thường R = (5-30) Mpa R > 40 Mpa – bê tông cường độ cao Mối quan hệ giữa cường độ bêtông mẫu khối vuông (150x150x150) R và mẫu lăng trụđáy vuông : :dùng để tính kết cấu bêtông ( cấu kiện chịu uốn, chịu nén..) Thí nghiệm xác định cường độ chịu kéo của bêtông: Mẫu kéo : tiết diện vuông cạnh a Mẫu uốn : tiết diện chữ nhật bxh Quan hệ : Nhân tố ảnh hưởng đến cường độ của bêtông: Thành phần và cách chế tạo: Chất lượng và số lượng của xi măng. Chất lượng cốt liệu và cấp phối. Tỉ lệ N/XM Chất lượng đổ, đầm chặt , điều kiện dưỡng hộ bêtông Tuổi bêtông: t = (7-300) ngày Điều kiện thí nghiệm: Kích thước mẫu : 150x150x150 Mặt tiếp xúc giữa mẫu và bàn nén Tốc độ gia tải ( thời gian tác dụng của tải trọng) v = 0.2 Mpa/s Khi gia tải rất nhanh , cường độ bê tông đạt (1.15-1.2)R Khi gia tải rất chậm , cường độ bê tông đạt (0.85-0.9)R Cấp độ bền chịu nén và mác bêtông: Để biểu thị chất lượng của bê tông, người ta dùng khái niệm mác hay cấp độ bền chịu nén. Mác theo cường độ chịu nén (M): Theo QP 5574-91, ký hiệu M lấy bằng cường độ trung bình của mẫu chuẩn , tính bằng đơn vị M75,M100,M150,M200,M250,M350,M450,M500,M600. Cấp độ bền chịu nén (B): Theo QP 356 -2005, chất lượng bêtông theo cấp độ bền chịu nén của bêtông, lấy bằng cường độ chịu nén của mẫu chuẩn 150x150x150 , tính bằng đơn vị Mpa. B3.5;B5;B7.5;B10;B12.5(M150);B15(M200);B25(M300);B30(M350);B35;B40;B45;B50 Tương quan giữa M và B của cùng 1 loại bê tông: Trong đó: : hệ số chuyển đổi đơn vị từ sang Mpa : hệ số chuyển đổi từ cường độ trung bình sang cường độ đặc trưng. B = 0.0778M VD : B15 : 85= 0.0078 x 90 (M200) Cấp độ bền chịu nén của bêtông , kí hiệu là B , là giá trị thống kê của cường độ chịu nén tức thì , tính bằng Mpa, với xác suất bảo đảm >95%, xác định trên mẫu 150x150x150 , được chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện chuẩn t = 28 ngày. Tương quan giữa cấp độ bền chịu nén B và cường độ chịu nén tức thời của bêtông. : giá trị trung bình của cường độ chịu nén tức thời, xác định theo thống kê. B: cường độ chịu nén của mẫu. n : số mẫu chuẩn. : hệ số biến động, phụ thuộc công nghệ sản xuất. Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bêtông: Cường độ chịu nén tiêu chuẩn của bêtông được lấy bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn nhân với hệ số kết cấu (hệ số kể đến sự làm việc của bêtông kết cấu khác với bê tông mẫu thử) Cấp độ bền chịu kéo của bêtông Là giá trị thống kê của cường độ chịu kéo tức thì , tính bằng đơn vị MPa , với xác suất bảo đảm >95%, xác định trên mẫu kéo tiêu chuẩn , được chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện chuẩn t = 28 ngày. 0.8; 1.2; 1.6; 2; 2.4; 2.8; 3.2 Tương quan giữa cấp độ bền chịu kéo và cường độ chịu kéo tức thời của bêtông. Cường độ chịu kéo tiêu chuẩn của bêtông. (tra bảng) Cường độ chịu kéo tính toán của bêtông. 1.3.Biến dạng của bêtông: Biến dạng vật lý (co ngót, nhiệt độ) Biến dạng cơ học (do tải trọng) Biến dạng do co ngót: Là hiện tượng bê tông giảm thể tích khi khô cứng trong không khí, tăng thể tích khi đông kết dưới nước. Hiện tượng co ngót xảy ra liên quan đến sự biến đổi lý hóa của quá trình thủy hóa xi măng, đến sự hao tổn lượng nước do bay hơi. Nếu co ngót bi cản trở hay co ngót không đều sẽ phát sinh vết nứt.Do không có tác dụng của tải trọng nên vết nứt xuất hiện không có qui luật ( vết nứt chân chim), không ăn sâu vào cấu kiện, ít làm giảm khả năng chịu lực của cấu kiện. Nhân tố ảnh hưởng tới co ngót: Độ ẩm của môi trường co ngót Cấp phối bê tông co ngót Tỉ lệ N/XM co ngót Cấp độ bền chịu nén co ngót Bề mặt kết cấu càng lớn co ngót Cốt liệu nhỏ co ngót Biến dạng do co ngót được chủ động loại trừ bằng cách giảm các tác nhân gây co ngót, cấu tạo cốt thép nơi cần thiết, làm khe nhiệt. Biến dạng do nhiệt độ: Đây là biến dạng thể tích do thay đổi nhiệt độ. Biến dạng do tải trọng: Biến dạng do tải trọng ngắn hạn đặt 1 lần: Tn nén mẫu khối lập phương: Vẽ biểu đồ quan hệ ứng suất-biến dạng Nếu gia tải tới giá trị A rồi giảm tải. Ta thấy biến dạng bêtông không phục hồi hoàn toàn (không trở về vị trí 0) bêtông là vật liệu đàn hồi dẻo Đường quan hệ ứng suất-biến dạng là phi tuyến. Trong đó: : biến dạng đàn hồi của bê tông : biến dạng dư (dẻo) của bê tông (1) Ở giai đoạn đàn hồi: (2) So sánh (1) & (2) Tóm lại: Trong đó: : modul đàn hồi dẻo của bêtông : modul đàn hồi của bêtông, xác định trong phòng thí nghiệm (tra bảng ) :hệ số đàn hồi của bêtông :hệ số dẻo của bêtông Tương tự đối với mẫu kéo: Khi bêtông chuẩn bị nứt : Modul đàn hồi trượt của bê tông: :hệ số nở hông của bê tông Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn: (Hiện tượng từ biến của bê tông) Tn nén mẫu đến 1 giá trị, điểm A rồi giữ nguyên tải trọng trong thời gian dài,biến dạng của bê tông vẫn tiếp tục tăng. Hiện tượng tiếp tục tăng trong khi tải trọng không đổi gọi là Hiện tượng từ biến của bê tông. Khi biến dạng có giá trị giới hạn (tiệm cận) Khi biến dạng tăng không ngừng (phá hoại) Nhân tố ảnh hưởng tới biến dạng từ biến: từ biến Tỉ lệ N/XM từ biến Mác xi măng từ biến Tuổi bê tông từ biến Độ ẩm từ biến Cốt liệu bé từ biến Hiện tượng từ biến được đặc trưng bằng 2 chỉ tiêu: Đặc trưng từ biến: Suất từ biến: Khi đến 1 giá trị ổn định, lúc đó =(1.8 - 2.5) ứng với bê tông nặng. Đối với kết cấu BTCT từ biến thường gây hại cho kết cấu: độ võng bề rộng khe nứt cho CKCU. e trong cấu kiện chịu nén Hao hụt ứng suất trong CK BTCT dự ứng lực. Biến dạng do tải trọng lặp: Khi kc bêtông chịu tác dụng của tải trọng lặp kc sẽ bị mỏi cường độ bêtông. ( với tra bảng 16 p.41) 2. CỐT THÉP: 2.1. Phân loại cốt thép: Theo hình dáng mặt ngoài : cốt trơn, cốt gân,cốt sợi (riêng lẻ; bó sợi (12 – 24 sợi); bện (cáp 7 sợi). Cốt trơn , gân :cuộn Theo đặc trưng cơ học : Thép dẻo : có thềm chảy rõ rệt, cường độ thấp. Thép dòn : không có thềm chảy rõ rệt, cường độ cao. Theo đặc trưng biến dạng : Cốt mềm. Cốt cứng. 2.2. Tính chất cơ bản của cốt thép: Sơ đồ quan hệ giữa US-BD CT là VL đồng chất, đẳng hướng, ổn định hơn BT. Trong phạm vi sử dụng ,CT chủ yếu biến dạng đàn hồi (ĐL Hooke) Hiện tượng co ngót, từ biến ko đáng kể. Khi chịu tải trọng lặp CT cũng bị mỏi. ( , tra bảng) CT qui định có 3 giới hạn: Giới hạn bền : giá trị ứng suất lớn nhất mà cốt thép chịu được trước khi bị kéo đứt. Giới hạn chảy : giá trị ứng suất ở đầu giai đoạn chảy. Giới hạn đàn hồi : giá trị ứng suất ở cuối giai đoạn đàn hồi. Với CT không có giới hạn chảy, giới hạn đàn hồi rõ rệt, thì dùng khái niệm: Giới hạn đàn hồi qui ước : ứng với biến dạng dư tỉ đối 0.02% Giới hạn chảy qui ước : ứng với biến dạng dư tỉ đối 0.2% Các tính chất khác: Tính hàn được : đảm bảo liên kết chắc chắn khi hàn nối , không khuyết tật quanh mối hàn. Biến dạng do nhiệt độ: Phân nhóm CT: Đường kính CT thanh f6, f8, f10, f12, f14, f16, f18 , f20, f22 , f25, f28 , f30, f32, f36, f40 mm Theo TCVN 1651-1985 : CI(cốt trơn), CII,CIII,CIV(cốt gân). Thép ngoại ( Liên Xô cũ): AI(cốt trơn), AII,AIII,AIV,AV,AVI(cốt gân). Thép sợi tròn dùng cho BTDUL Thép sợi kéo nguội: (loại thường), (loại cường độ cao). Cường độ cốt thép: Cường độ tiêu chuẩn : là giá trị nhỏ nhất được kiểm soát của giới hạn chảy thực tế hoặc qui ước, đảm bảo xác suất không dưới 95%. Cường độ tính toán : :hệ số độ tin cậy của cốt thép (tra bảng 20 p48) :(tra bảng 21 p49) :modul đàn hồi của cốt thép(tra bảng 28 p55) 3. BÊTÔNG CỐT THÉP: 3.1. Lực dính giữa bêtông và cốt thép Lực dính là nhân tố cơ bản bảo đảm sự làm việc chung giữa bêtông và cốt thép, bảo đảm bêtông và cốt thép cùng biến dạng, bảo đảm sự truyền lực qua lại giữa bêtông và cốt thép. Nhân tố tạo nên lực dính: Do bề mặt cốt thép gồ ghề, bêtông dưới các gờ chống lại sự trượt của bêtông. Do keo xi măng dán cốt thép vào bêtông. Do tính co ngót khi khô cứng bêtông dán chặt vào cốt thép sinh ma sát. 3.2. Thí nghiệm xác định Lực dính: TN nén hoặc kéo tuột cốt thép ra khỏi bêtông. Đối với bêtông cốt thép thường : cốt thép tròn trơn: cốt thép gân : Thực tế lực dính phân bố không đều: ( : hệ số hiệu chỉnh biểu độ lực dính) Theo công thức thực nghiệm: (m: hệ số tùy thuộc vào bề mặt cốt thép) Trong đó: :tra bảng d : đường kính cốt thép : cường độ tính toán chịu kéo của cốt thép. : cường độ tính toán chịu nen của bêtông. 3.3. Sự làm việc giữa bêtông và cốt thép : Sự phân phối lại ứng suất do bêtông co ngót. Khi khô cứng : bêtông co ngót Cốt thép không co ngót. Nếu để bêtông co ngót tự do biến dạng của bêtông là nhưng do có lực dính cốt thép cản trở bêtông co ngót biến dạng co ngót của bêtông chỉ còn .Trong bêtông sinh ra ứng suất kéo Biến dạng của cốt thép , trong cốt thép sinh ra ứng suất Nếu thì bêtông bị nứt , đó là vết nứt do co ngót,do cốt thép nằm sát mặt ngoài cấu kiện vết nứt không ăn sâu. Trong bêtông sinh ra lực kéo : Trong cốt thép sinh ra lực nén : Do không có tải trọng, các nội lực tự cân bằng: Trong cốt thép: Trong bêtông: Với: Sự phân phối lại ứng suất do ngoại lực: Trước khi bêtông nứt , bêtông và cốt thép cùng làm việc chung : Trong cốt thép : Trong bêtông: với Sau khi bêtông nứt , bêtông không tham gia chịu kéo , toàn bộ ứng lực kéo do cốt thép chịu. Sự phân phối lại ứng suất do từ biến: Bêtông : từ biến đáng kể Cốt thép : từ biến không đáng kể Tuy nhiên cốt thép sẽ cản trở từ biến của bêtông. Đối với CK chịu nén: Nếu để bêtông biến dạng tự do do từ biến từ biến trong bêtông là ,nhưng do cốt thép cản trở nên trong bêtông chỉ còn biến dạng Bêtông sinh ra ứng suất kéo Độ gia tăng ứng suất Cốt thép sinh ra ứng suất n é n Độ gia tăng ứng suất Biến dạng từ biến làm tăng ứng suất trong cốt thép , nhưng làm giảm ứng suất trong bêtông .Hiện tượng phân phối lại ứng suất có lợi cho kết cấu. 3.3. Sự phá hoại và hư hỏng của bêtông và cốt thép: Sự phá hoại do tải trọng: Đối với CK chịu kéo sự phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt giá trị cường độ Đối với CK chịu nén sự phá hoại khi ứng suất trong bêtông đạt giá trị cường độ Đối với CK chịu uốn sự phá hoại khi ứng suất trong bêtông đạt giá trị cường độ hay ứng suất trong cốt thép đạt giá trị cường độ Sự phá hoại do môi trường: Bêtông có 3 nguyên nhân : cơ , hóa , sinh. Cơ học : bêtông bị bào mòn do mưa , dòng chảy cần làm bêtôn