Bài giảng Bê tông cốt thép: Chương 2 - ĐH Kiến trúc TP. HCM

Bài giảng Bê tông cốt thép: Chương 2 Tính chất cơ lý của vật liệu cung cấp cho người học những kiến thức như: Tính chất cơ lý của bê tông; Tính chất cơ lý của cốt thép; Tính chất cơ lý của bê tông cốt thép. Mời các bạn cùng tham khảo!

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

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

P R

A

 Đơn vị của R là MPa hoặc kG/cm2 22

1MPa  N mm/  9.81kG cm/

Sự phá hoại của mẫu thử - khối vuông

Bê tông thường có R = 5 ÷ 30 MPa

t t

P R

MỘT SỐ HÌNH ẢNH

THÍ NGHIỆM MẪU BÊTÔNG

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 R(t) 0.7R lg t 

Điều kiện thí nghiệm

Viên bê tông ACI:

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 cócác 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 B t

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) màmẫu 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

1.3 BIẾN DẠNG CỦA BÊTÔNG

•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

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

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

l

c c





 - biến dạng từ biến

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10 3 MPa

b b

b



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) G b

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

Thép hợp kim thấp

Theo hình thức mặt ngoài

Cốt thép tròn trơn Cốt thép có gờ

Thép hình L,C, I

Thép kéo nguội

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.

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

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 nhómCII, 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…

BÀI 3 TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA BÊ TÔNG CỐT THÉP

- 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

max bn

R 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

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.

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 stăng 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

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