Giáo trình Vật liệu xây dựng - NXB Giao Thông Vận Tải_07 potx

181
Tính biến dạng của cốt thép ứng suất trước ñược ñánh giá bằng ñộ giãn
dài dưới tác dụng của tải trọng cực ñại và bằng ñộ co thắt (ñộ giảm tiết diện ở
mức bị gãy ) của mẫu khi kéo. ðối với các dây, nó cũng ñược ñánh giá bằng các
thí nghiệm gấp, duỗi liên tiếp với góc 90
o
. Chính số lần gấp duỗi luân phiên
trước khi mẫu bị gẫy xác ñịnh tính biến dạng của cốt thép. Số lượng bảo hành
của các cơ sở sản xuất là 7 ñối với sợi có ñường kính 5 mm và bằng 5 ñối với
sợi lớn hơn một chút (ñường kính bằng 7 hoặc 8mm ).
Sự chùng ứng suất và từ biến:
Khi một loại thép ứng suất trước ñược giữ dưới tải trọng không ñổi (khá
cao), sự biến dạng của nó tăng lên theo thời gian - ñó là từ biến. Ngược lại, nếu
chiều dài của nó (biến dạng) ñược giữ khá cao và không ñổi, ứng suất tác dụng
giảm theo thời gian - ñó là sự chùng ứng suất. Các giá trị ñảm bảo cho sự chùng
ứng suất của các sợi và bó sợi ứng suất trước ñược nêu trong bảng 1
Trong thực tế, khi nhiệt ñộ tăng lên (từ khoảng 50
o
C), sự chùng ứng suất
nhờ một chuyển ñộng của các biến vị, ñược tăng nhanh. Nhưng sự tăng nhanh
ñó phụ thuộc vào loại thép và nó không ñược xét ñến theo các quy tắc.
Tính bền lửa:
Trong khi xảy ra hỏa hoạn, nhiệt ñộ của cốt thép và cốt thép ứng suất
trước có thể ñạt tới 900
o
C. Cường ñộ kéo của các thép này hầu như không ñổi
tới 150
o
C, sau ñó nó giảm ñi (ñộ giãn khoảng 30% ñến 400
o

C). Giới hạn ñàn
hồi của một loại thép ứng suất trước giảm ñi khi nhiệt ñộ tăng lên : khoảng
400
o
C, nó mất khoảng 30% giá trị của nó ở 20
o
C.
Sự chùng ứng suất của thép ứng suất trước tăng lên theo nhiệt ñộ.
Bảng 7-1. Các giá trị của sự chùng ứng suất ở 100 giờ
của dây và bó dây ứng suất trước, ở nhiệt ñộ môi trường.

Mức của ứng suất
F/Ft
Loại:
" Sự chùng ứng suất bình
thường"
(RN)
Loại:
" Sự chùng ứng suất rất
thấp"
(TBR)
0,6
0,7
0,8
4,5%
8,0%
12%
1,0%
2,5%
4,5%

Tính dòn của thép ứng suất trước là tính chất ngược lại với tính biến
dạng, nhưng nó ñược xác ñịnh bằng các thí nghiệm khác. Như vậy khi xét ñến
thanh, các thí nghiệm về tính dòn (uốn bằng va chạm) ñược thực hiện trên các
mẫu hình lăng trụ (gia công bằng máy ) và cắt khấc. Năng lượng ñể phá dỡ (gọi

182
là ñộ dòn) của các mẫu này ñánh giá tính dòn của chúng. ðại lượng này là chỉ
số của ñộ dài chống lại sự gẫy do nứt thép.

6.6. ðánh giá chất lượng lắp ñặt cốt thép
Cốt thép của bê tông cốt thép là sản phẩm ñược chứng thực là ñạt yêu cầu
khi thoả mãn các tiêu chuẩn và ñược ñánh giá bởi một cơ quan kiểm ñịnh.

ðể ñược công nhận mác, cốt thép của bê tông phải ñược xác nhận về sự
dính bám, sự uốn cong về tính hàn và tính biến dạng (sự giãn dài dưới tải trọng
cực ñại). Việc kiểm tra sản xuất ñược thực hiện bằng quan sát các khuyết ñiểm,
khối lượng theo chiều dài, các ñặc tính hình học (kiểm tra ñộ gồ gề của các tấm
và ñường xoắn),ñộ giãn dài dưới tải trọng cực ñại, gấp duỗi và ñối với lưới,
kiểm tra cường ñộ cắt. Các thí nghiệm này ñược thực hiện bởi người sản xuất,
nó ñược kiểm tra ñịnh kỳ theo yêu cầu, cấp giấy công nhận mác NF (xác minh
việc kiểm tra ở nhà máy).
Việc kiểm tra ñược thực hiện một cách có hệ thống sau khi ñưa cốt thép
ra khỏi nhà máy. Như vậy có thể khắc phục những khuyết ñiểm có thể sinh ra,
trong thời gian cất giữ cốt thép, thuốc hàn, sự hòa tan mạnh do ăn mòn v.v
Cốt thép ứng suất trước có thể là sợi, có thể là thanh, có thể là bó sợi
(bảng 7-2). Các sản phẩm này có các ñặc tính hình học ñảm bảo cho chúng phù
hợp với các thí nghiệm ñặc biệt. Một vài thí nghiệm ñó ñược thực hiện trong
khi kiểm tra sản xuất, trong khi mà các thí nghiệm khác chỉ ñược thực hiện ñối
với yêu cầu về sự chính thức công nhận sản phẩm.

Bảng 7- 2. Các ñặc tính hình học của cốt thép ứng suất trước
Sản phẩm ðường kính, mm (tiết diện. mm
2
)
Dây
Thanh
Bó 3 sợi
Bó 7 sợi
7 sợi "tiêu chuẩn"
7 sợi " cao cấp"
4(12,6); 5(19,6); 6(28,3); 7 (38,5); 8 (50,3);
10(78,5), 12,2(117)
20(314); 22(380); 32(804) ; 36(1018).
5,2(13,6)
6,85 (28,2) ; 9,3 (52) ; 18 (ít sử dụng).
12,5 (93) ; 15,2 ( 139).
12,9 (100); 15,7(150).

7. ðỘ LÂU BỀN CỦA THÉP VÀ CỐT THÉP
7.1. ðộ mỏi.
Khi vật liệu chịu tác dụng của một kích ñộng cơ học biến ñổi theo thời
gian, sự ñáp lại của nó gọi là ñộ mỏi. Sự ñáp lại này ñược biểu thị bằng một sự

183
phá hoại vật lý ñối với vật liệu, tiếp theo có thể là nứt nẻ và kết thúc là gẫy theo
kỳ hạn. Khi sử dụng, mong muốn là ñộ mỏi luôn luôn nhỏ hơn giới hạn ñàn hồi.
ðể mô tả quá trình xuống cấp ñó, có thể kéo theo sự làm gẫy một vật rắn,
phải quan sát nó ở mức ñộ vi mô những thay ñổi cấu trúc của vật liệu. Cơ chế
của việc xuống cấp do mỏi bao gồm giai ñoạn ñầu của việc thoái hóa không

ñịnh vị, theo sau là giai ñoạn nứt. Trong thời gian ñầu, suất hiện sự nứt ở bên
trong các các hạt kim loại gần bề mặt hoặc các khuyết tật hình học (lỗ rỗng
.v.v ) . Giai ñoạn phá hoại ñược phân bố này ñược kết thúc khi xuất hiện vết
nứt mà kích thước bằng ñộ lớn hơn các hạt. Vết nứt nhỏ này thông thường
nghiêng một góc bằng 45
0
so với ứng suất chính khi kéo. Giai ñoạn tiếp theo
tương ứng với sự lan truyền chậm của các vết nứt nhỏ ñược bắt ñầu trong mặt
phẳng thẳng góc với kéo.
Giai ñoạn lan truyền chậm này kết thúc lúc yếu tố ñộ mạnh của ứng
suất(mà tầm vóc ñối với một mức ñộ ứng suất ñã cho) của vết nứt ñạt tới giá trị
cực hạn, nó ñược gọi là ñộ dai của vật liệu (yếu tố cường ñộ của ứng suất tỷ lệ
thuận với ứng suất tác dụng và với bình phương của tầm vóc vết nứt).
Trong bê tông cốt thép, cốt thép chụi tác dụng ñộng của ứng suất có biên
ñộ nhỏ so với
δ
d
vì vậy nó không bị phá hoại do mỏi.
7.2. Ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là sự phá hoại của môi trường trên bề mặt kim loại làm
cho kết cấu kim loại bị mất dần tiết diện chịu lực và dẫn ñến phá hoại kết cấu.
Có hai loại ăn mòn: Hoá học và ñiện hoá học.
Ăn mòn hoá học là sự phá huỷ do tác dụng hoá học trực tiếp giữa kim
loại và môi trường xung quanh, không có phát sinh dòng ñiện. Loại ăn mòn này
chỉ sẩy ra trong môi trường không ñiện li và ít gặp trong thực tế.
Ăn mòn ñiện hoá học: là loại ăn mòn rất phổ biến, xẩy ra trong dung dịch
ñiện li với ñặc ñiểm là phát sinh dòng ñiện. Kim loại bị gỉ, hỏng khi ñể ở trong
môi trường không khí, nước, axit bazơ, dung dịch muối, ñều do tác dụng của
hiện tượng ăn mòn ñiện hoá học.
Khi kim loại tiếp xúc với môi trường ñiện li, các ion của môi trường sẽ

tác dụng với ion của kim loại.
Các ion kim loại bị chuyển vào dung dịch ñiện li và ñể lại trong kim loại
những ñiện tử thừa. Kim loại trở nên tích ñiện âm, còn dung dịch ñiện li tích
ñiện dương. ở miền ranh giới giữa chúng tạo ra một lớp ñiện tích kép, có ñiện
thế nhất ñịnh gọi là thế ñiện cực.
Khi nhúng hai thanh kim loại có thế ñiện cực khác nhau vào cùng một
dung dịch ñiện li, nối chúng bằng dây dẫn thì sẽ xuất hiện dòng ñiện trong dây

184
dẫn. Khi ñó kim loại có thế ñiện cực thấp hơn sẽ là anốt và sẽ bị hoà tan vào
dung dịch (bị ăn mòn).
Các vật liệu kim loại dùng trong công nghiệp gồm nhiều pha. Những pha
này có thế ñiện cực khác nhau ở trong cùng một môi trường ñiện li, do vậy rất
dễ bị ăn mòn (hoà tan) ñiện hoá. Ví dụ thép các bon luôn gồm có hai pha là ferit
và xêmentit, trong ñó ferit gần như là sắt nguyên chất và có ñiện là cực âm, còn
xêmentit có thế ñiện cực là cực dương. Trong dung dịch ñiện li giữa ferit và
xêmentit sẽ phát sinh dòng ñiện, làm cho ferit (anôt) bị hoà tan. Trong một
thanh thép có vô vàn các phân tử ferit và xêmentit, từng cặp giữa chúng sẽ tạo
nên các bộ pin có kích thước rất nhỏ và gọi là pin tế vi và là nguyên nhân gây ra
ăn mòn ñiện hoá thép các bon.
Nguyên nhân thép các bon bị gỉ ở trong không khí cũng như vậy. Không
khí luôn luôn chứa hơn nước nên trên bề mặt kim loại luôn có màng nước rất
mỏng. Khí CO
2
và các khí khác do công nghiệp thải ra như SO
2
, H
2
S … hoà tan
trong màng nước ñó tạo nên các dung dịch ñiện li.

Sự ăn mòn các vật liệu kim loại ở nhiệt ñộ môi trường chủ yếu do nước,
ngay cả khi có các yếu tố khác có thể xen vào. Ví dụ như oxy (hòa tan trong
nước) hoặc các vi sinh vật (vi khuẩn) . Một vật liệu kim loại ñược nhúng trong
một thể tích nào ñó (khép kín ) của chất lỏng (nước) có thể là trung tính, axit
hay bazơ, có xu hướng hòa tan trong dung dịch ñó. Phản ứng ñược viết ñối với
thành phần kim loại Me như sau :
Me
→ Me
z+
+ Ze
-
(1).
trong ñó Me biểu thi kim loại ở trạng thái rắn, Me
z+
là ion hòa tan với hóa trị z.
Phản ứng này như vậy sản ra các electron, chúng ở trong vật rắn và
chúng phải ñược loại trừ ñể ñảm bảo sự cân bằng ñiện. Chính vì vậy, các phản
ứng khác cần thiết xảy ra ở mặt tiếp giáp của chất rắn và dung dịch. Các phản
ứng khác này ñược gọi là " phản ứng catot hoặc "phản ứng rút bớt", trong khi
phản ứng (1) là " phản ứng anốt" hoặc " oxyt hóa ".
Các phản ứng catot rất phổ biến như sau :
H
+
+ e
-
→ 1/2 H
2
( hoặc H , nếu ñó là Hyñrô mới sinh) (2),
hoặc O
2

+ 2H
2
O + 4e
-
→ 4OH (3).
Khi chính phản ứng (3) xẩy ra, người ta nói rằng oxy tạo thuận lợi cho
ăn mòn kim loại. Những phản ứng này không luôn luôn xảy ra.
Các sản phẩm của các phản ứng (1) và (3) là các ion hoà tan trong nước
và có thể chi phối, cho chất kết tủa tuỳ theo phản ứng :
Me
z+
+ OH → Me(OH)
z


185
Kết tủa này là một hyñroxit, nó bao phủ bề mặt kim loại. Phản ứng này
gọi là "phản ứng bao phủ" hoặc theo từ ngữ cũ " phản ứng thụ ñộng". Nếu lớp
này hoà tan không thấm nước từ những chiều dày nhỏ nhất (kém 10
-9
m), sự thụ
ñộng ñược nói là hoàn hảo và ñó là " tính thụ ñộng". Trong trường hợp các sản
phẩm chứa sắt, sản phẩm bao phủ là rỉ. Vậy quá trình ăn mòn là thuộc loại ñiện
hóa, vì nó ñề cập cùng một lúc ñến phản ứng hoá học ( sự kết tủa v.v ), và cả
sự chuyển ñổi electron. Có thể mô tả một cách ñịnh lượng, bằng cách dùng
nhiệt ñộng học. Hệ thống ñược tạo nên bởi chất rắn kim loại và môi trường
nước xung quanh ñược mô tả bằng các biến khác nhau . Một vài biến ñó của
trạng thái có tính chất hoá học : hàm lượng của các phần tử khác nhau. Hàm
lượng của ion hyñro {H
+

} luôn luôn ñược biểu thị dưới dạng pH (pH = colog
{H
+
}). Một biến khác mô tả hệ thống này là biến chỉ ra rằng các ion có thể rời
chất lỏng và ñi vào chất lỏng. Biến này là một trường ñiện E, nó tồn tại trong
chất lỏng ở mặt tiếp giáp với chất lỏng rắn hoặc ñiện thế E mà từ nó phát sinh .
ðể ño E, một " hệ thống" (gồm một tấm kim loại ñược ñặt trong một
trong số các muối nó ñược nối với chất lỏng nghiên cứu, qua một vật nối nó
hạn chế do sự rò rỉ), ñược gọi là ñiệ cực mẫu.
Sai khác về ñiện thế giữa vật rắn kim loại và ñiện cực mẫu bằng E. Các
ñiện cực mẫu chính là ñồng- sunfat ñồng, ñiện thế V
ESC
hoặc bạc - clorua bạc
ñiện thế V
Ag - AgCl
.
Tốc ñộ ăn mòn bằng số lượng của thép hoà tan trong một ñơn vị thời
gian. Mô tả sự hòa tan, lượng kim loại này tỷ lệ thuận với một lượng ñiện (e
-
).
Như vậy tốc ñộ ăn mòn tỷ lệ thuận với một dòng (lượng ñiện trong một ñơn vị
thời gian) . Chính xác hơn, nếu việc nghiên cứu dựa vào một ñơn vị diện tích (ở
mặt tiếp giáp chất rắn - chất lỏng), vấn ñề là mật ñộ của dòng.

7.3. Ăn mòn cốt thép trong bê tông

Các xem xét về ăn mòn kim loại nói chung, ñược áp dụng ñể xem xét sự
ăn mòn của cốt thép trong bê tông.
Cốt thép ñược bao bọc ñược bao phủ một chất là chất bảo vệ, trong
trường hợp bê tông lành mạnh (pH = khoảng 12) và theo quy tắc chung, các

loại thép này chỉ bị rỉ nếu dung dịch ở khe kẽ ñã biến mất (trường hợp của các
vết nứt lớn tới cốt thép) hoặc nếu nó không còn, tương ứng với một bê tông các
bonat hoá, ô nhiễm bởi clorua v.v
Sự ăn mòn thép trong bê tông bao gồm 2 giai ñoạn. Trong thời gian ñầu,
các yếu tố ăn mòn ñược chứa trong môi trường xung quanh bê tông, thấm vào
bê tông. Giai ñoạn hai bắt ñầu khi các vật thể xâm thực có ở nồng ñộ khá lớn ở
cốt thép. Nó tương ứng với sự tăng lên của rỉ, sau ñó làm vỡ bê tông bao bọc.

186
Như vậy rỉ xuất hiện khi lớp (gọi là thụ ñộng) ñược thành trên thép mất các tính
chất bảo vệ, ñó là sự mất tính thụ ñộng.
Tuy các dạng hoặc chất lượng rất khác nhau của cốt thép trong bê tông
cốt thép (bằng thép các bon, không hợp kim) nhưng chịu tác ñộng của rỉ theo
cách giống nhau, chỉ khác nhau về mức ñộ rỉ.
Cơ chế ăn mòn của khí hậu biển (nước và không khí) ñối với công trình
BTCT - Tác ñộng của môi trường:
Theo kết quả nghiên cứu khảo sát của nhiều tác giả thì nét ñặc trưng của sự
phá huỷ kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường khí quyển ven biển là hiện
tượng ăn mòn cốt thép, tạo lớp gỉ làm nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ dẫn tới làm hư
hỏng toàn bộ cấu kiện.
Trong các tiêu chuẩn về BTCT của nhiều nước, thì môi trường khí quyển
ven biển ñược xếp vào loại môi trường xâm thực mạnh tới rất mạnh ñối với kết
cấu BTCT, còn ñối với bê tông thường không cốt thép chỉ mang tính xâm nhập
vừa và yếu.
Lý thuyết chung về ăn mòn cốt thép trong bêtông
Với bê tông có ñộ ñặc chắc tốt, không bị carbonate hoá, ñộ pH của dung
dịch nước chiết bê tông có giá trị vào khoảng 12.5 -13.0. ðây là môi trường
thuận lợi về mặt ñiện hoá ñể xảy ra phản ứng tạo màng thụ ñộng :
2Fe + 3H
2

O => Fe
2
O
3
+ 6H
+
+6e
-

Lớp ô xít sắt ñược tạo ra trên bề mặt cốt thép có ñộ ñặc chắc cao ngăn cản
phản ứng trên tiếp tục xảy ra . Như vậy cốt thép ñược bảo vệ ở trạng thái thụ
ñộng.
Tình trạng ăn mòn cốt thép xảy ra khi khi lớp bảo vệ thụ ñộng trên bề mặt
cốt thép bị phá vỡ. Có 3 yếu tố chính ảnh hưởng ñến quá trình gỉ cốt thép trong
bêtông :
-Có tác nhân gây phá hoại lớp bảo vệ thụ ñộng trên bề mặt cốt thép.
-Sự có mặt của ô xy trên bề mặt cốt thép.
-ðộ ẩm của kết cấu bêtông và ñộ pH của bê tông.
Cơ chế chung gây rỉ cốt thép trong bê tông :
Bản chất của quá trình ăn mòn cốt thép thể hiện qua hình vẽ:

187

Hình 7.9. Sơ ñồ tiến trình của vùng gỉ cốt thép trong bê tông


Phản ứng tại A-nốt (ô xít hoá)
2Fe => 2Fe
2+
+ 2e

-
Fe
2+
+2H
2
0 =>Fe(0H)
2
+2H
+

Phản ứng tại Ca-tốt (pH giảm)
O
2
+2H
2
O + => 4OH
-


Hình 7.10. Tiến trình gỉ cốt thép trong bê tông
và biểu ñồ Pourbaix biểu diễn các trạng thái ăn mòn của thép

188
I. Ăn mòn; II. Thụ ñộng; III. Không bị ăn mòn
Quá trình gỉ cốt thép trong bêtông ở ñiều kiện khống chứa các nhân tố ăn
mòn là một quá trình ñiện hoá gồm 2 quá trình chính:
Quá trình hoà tan Anốt cục bộ: Tại một vị trí bề mặt cốt thép có chất ñiện
ly(nước, muối, axit…), nguyên tử sắt rời mạng tinh thểvà trở thành các ion
tích ñiện trong dung dịch. Một số ñiện tử tự do tương ứng sẽ ở lại trên bề
mặt thép, gây ra phản ứng anốt gọi là quá trình hoà tan anốt cục bộ (hay còn

gọi là quá trình ôxy hoá)
Anốt : 2Fe => 2Fe
++
+ 2e
-

Quá trình tại catốt cục bộ :
Quá trình hoà tan anốt cục bộ nhanh chóng dừng lại nếu như các ñiện tử tự
do trên bề mặt cốt thép không ñược thu nhận. Ngược lại, khi trên bề mặt cốt
thép tồn tại màng nước có chứa ôxy thì nó sẽ kết hợp với nước .Sự cân bằng
tích ñiện trong chất ñiện ly ñạt ñược do sự kết hợp với các ion hyñrô với các
ion sắt, tuỳ thuộc ñộ ẳm và sự có mặt của ôxy mà phản ứng xảy ra theo nhiều
bước trung gian ñể tạo ra các sản phẩm rỉ khác nhau dưới dạng
xFe.yFe
2
O
3
.zH
2
O. Quá trình này còn gọi là quá trình khử
Catốt : O
2
+2H
2
O + => 4OH
-

Cơ chế gây rỉ do bêtông bị carbonate hoá :
Như trên ñã trình bày, một
trong những nguyên nhân gây rỉ cốt thép là bêtộng bị carbonate hoá. Khí CO

2

trong khí quyển thấm nhập qua vết nứt và qua lớp bêtông bảo vệ có ñộ chặt
kém, kết hợp với Ca(OH)
2
có trong bêtông, tạo ra vùng có nồng ñộ pH thấp
càng phát triển rộng trong bêtông theo chiều sâu
Ca(OH)
2
+ CO
2
=> CaCO
3
+ H
2
O
Khi nồng ñộ pH < 9, lớp bảo vệ thụ ñộng trên bề mặt cốt thép bị phá hoại
và cốt thép bắt ñầu bị rỉ.
Cơ chế gây rỉ do thấm nhập clo : Trong môi trường xâm thực có ion Cl
-
,
màng thụ ñộng có thể bị phá vỡ ngay cả khi ñộ Ph còn cao. ðến nay cơ chế ion
Cl
-
phá huỷ màng thụ ñộng còn nhiều ñiều chưa sáng tỏ. Petterson ñưa gải thiết
các vấn ñề này như sau :
Fe + 2 Cl
-
=> FeCl
2

+ 2e
-
=> Fe
++
+ 2Cl
-
+ 2e
-


189
Sau ñó tiếp tục xảy ra phản ứng Anốt và Catốt như ñã nêu trên. Sản phẩm ăn
mòn ñược hình thành dần từ sự kết hợp
Fe
++
và OH
-
tạo nên Fe(OH)
2
và
ñược chuyển hoá dần thành Fe(OH)
3
hoặc Fe(OH)
3
.nH
2
O tuỷ vào ñiều kiện
cụ thể của môi trường.
Toàn bộ quá trình gỉ sắt gây nở thể tích từ 4-6 lần làm nứt vỡ lớp bêtông bảo
vệ

Cơ chế gây rỉ do bêtông bị Sunphát hoá:
Sunphát có trong nước biển, nước ngầm, trong ñất và trong nước trộn
bêtông có thể tác dụng hoá học với vữa ximăng và gây hư hỏng bêtông.Vữa
ximăng và bêtông trong các môi trường sunfat bị xâm thực bởi các ion như
Na
+
, Mg
2+
, SO
4
2-
… làm thay ñổi các sản phẩm hydrat hoá của vữa ximăng và
bêtông như ettringite, thạch cao và các pha khác.theo phản ứng :
C
3
AH
6
+ 3Ca
2+
+ 3 SO
4
2-
+ 26H
2
O = C
3
A.3CaSO
4
.32H
2

O
Quá trình giãn nở của vủa ximăng chia hai giai ñoạn, ban ñầu phát triển
chậm, sau ñó tăng dần ñến khi bị phá huỷ.
Có sự thay thế C-S-H thành M-S-H và thạch cao hình thành dưới dạng
lớp. Các sản phẩm tạo thành gây ứng suất lớn làm nứt bêtông dẫn ñế phá
huỷ công trình
7.4. Ăn mòn dưới ứng suất của thép ứng suất trước
Cốt thép ứng suất trước ít nhiều nhậy cảm với một dạng ñặc biệt của ăn
mòn, ñó là ăn mòn gây nứt dưới ứng suất. Cơ chế của loại ăn mòn này dưới ứng
suất có hai loại. Trong một trường hợp nứt phát sinh từ một khuyết ñiểm ñược
ñịnh vị, trong lớp thụ ñộng. Nó lớn lên dưới hoạt ñộng hỗn hợp của sự hòa tan
ñược khu trú và một tác ñộng cơ học. Giải thích này không phù hợp ñối với
thép không phải là hợp kim.
Cơ chế ăn mòn khác dưới ứng suất ñược hình thành bởi sự hoá ròn do
hyñro. Thật vậy, tính dãn ( biến dạng cực ñại trước khi ñứt) của một loại thép
cường ñộ cao bị giảm ñi, khi có mặt của hyñro với nồng ñộ ñủ. Dưới tác ñộng
của một tác dụng cơ học, hydro tập trung lại trong các vùng có biến dạng lớn
nhất ( sự tập trung ứng suất ). ðó là trường hợp của các ñáy cắt khấc hoặc của
vết nứt. Cũng vậy, một vết nứt xuất hiện từ một khuyết tật hình học nhỏ có thể
tăng lên bằng các bước nhẩy nối tiếp. Một bước nhẩy tương ứng với sự ñứt của
thể tích hoá ròn, nó xẩy ra khi hàm lượng hyñrô ñạt tới ngưỡng làm ròn thép.
Phải ghi nhận rằng hyñrô gây ra quá trình này xuất phát từ phản ứng catot (2),

190
nó hoạt ñộng dễ dàng bởi sự vắng mặt của oxy . Ngoài ra, một vài vật thể ở mặt
tiếp giáp giữa thép và môi trường có thể hoặc là ngăn cản hoặc là tạo tuận lợi
cho sự xâm nhập của hyñro vào vật liệu kim loại.
Sự phá hoại do ăn mòn dưới ứng suất xuất hiện khi yếu tố ñộ mạnh của
ứng suất của vết nứt trong vật rắn bị căng ñạt tới giá trị cực hạn, nó là ñộ dai
của vật liệu ( yếu tố cường ñộ của ứng suất tỷ lệ thuận với ứng suất tác dụng và

với bình phương của kích cỡ vết nứt).
ðó là cơ chế thứ hai liên quan ñến cốt thép ứng suất trước bằng thép
không phải là hợp kim.
ðể ñánh giá ñộ nhậy cảm của cốt thép ứng suất trước ñối với ăn mòn
dưới ứng suất, chúng chịu các thí nghiệm quy ước, nó cho phép không phải là
dự kiến tuổi thọ làm việc, mà là xếp hạng hoạt ñộng tương ñối của cường ñộ
ñối với loại ăn mòn này.
Một nhóm các thí nghiệm ñầu tiên chỉ liên quan ñến ñộ nhậy cảm của cốt
thép ñối với sự ăn mòn hóa bởi hyñro. Vấn ñề là căng một mẫu ở mức của ứng
suất gần với ứng suất khi làm việc và ñặt nó trong một chất lỏng có khả năng
gây nên sự ròn hóa bởi hyñro. Một chất lỏng như vậy thí dụ như dung dịch
Thioxianat amon (NH
4
CNS).
Một nhóm thí nghiệm ăn mòn gây nứt gần ñiều kiện làm việc hơn. Vấn
ñề là, ví dụ như, dùng nước cất ít nhiều ñược ñổi mới và khoáng khí làm môi
trường ñể xếp xung quanh các mẫu bị kéo căng.
Các loại thép nhậy cảm hơn ñối với ăn mòn dưới ứng suất chỉ ñược sử
dụng ñối với các cấu kiện không bị mưa ướt và ít tiếp xúc với thời tiết ( trước
hết là ở bên trong công trình ).

7.5. Bảo vệ chống ăn mòn
Cốt thép của bê tông cốt thép ñược bảo vệ chống ăn mòn khi chúng ñược
bao bọc bởi lớp bê tông dầy, ñặc chắc và không nứt nẻ. Tuy nhiên, trong một số
trường hợp, nhất là khi lớp bao phủ có thể không ñủ dầy hoặc ñặc chắc ñể làm
chậm sự xâm nhập của các chất ăn mòn , cần phải có biện pháp bảo vệ phụ. Các
phương pháp bảo vệ này có thể bao gồm việc làm tăng tính chống thấm của bê
tông phủ ngoài ( tăng ñộ ñặc chắc, sơn bê tông, v.v ). Chúng cũng có thể là
các lớp phủ hữu cơ (nhựa epoxy là ví dụ) hoặc lớp phủ kim loại ( mạ kẽm) lên
mặt cốt thép ngay từ khi sản xuất chúng.

Khi cốt thép của bê tông cốt thép chưa ñược bảo vệ từ lúc ñầu, bị ăn mòn
trong một công trình , chúng có thể ñược bảo vệ bằng các phương pháp khác
nhau trong ñó có phương pháp bảo vệ catôt.

191
ðối với cốt thép ứng suất trước, bảo vệ bằng vữa lỏng phun hoặc bằng
mỡ ñược ñổ vào ngay từ lúc sản xuất cốt thép.
Các phương pháp khác như lớp mạ kẽm cũng có thể dùng ñược.
Các phản ứng của một vài loại xi măng với lớp mạ làm cho hyñrat thoát
ra, và bọt có thể ñể lại các vết trong xi măng.
Nhưng các phản ứng này mất ñi, khi pha một lượng nhỏ sản phẩm như
cromat. Khi khai thác ñặc biệt chú ý việc tạo môi trường cho bê tông có thể
thoát ñược nước và khí ra ngoài (sự thở của bê tông), khi ñó mức ñộ rỉ có thể
giảm.
7.6. Thép bền thời tiết
ðể tăng cường khả năng chống ăn mòn (rỉ) của thép cần chế tạo các loại
thép ñặc biệt bền thời tiết.
Thép bền thời tiết thông thường trong thành phần có một lượng nhỏ Cu,
Cr, Ni, P ñược phát triển ở Mỹ từ những năm 1930 trong ñại bộ phận các kết
cấu thép. ðặc tính của loại thép này là hình thành một lớ gỉ ổn ñịnh trên bề mặt
kết cấu. Thép này rất bền trong ñiều kiện các công trình ñược xây dựng xa biển.
các công trình ở ven biển và trong nước biển do tác ñộng của mối lắng ñọng từ
không khí với hàm lượng lớn hơn 0.05mg/dm
2
/ngày gây ăn mòn mạnh.
Thép không gỉ tại Mỹ thường sử dụng thép hợp kim có pha Crôm chịu
nhiệt theo các dạng: lá, tấm, thanh. Tiêu chuẩn kỹ thuật ñược quy ñịnh trong
ASTM A176
Trong 5 năm gần ñây Nhật Bản ñã phát minh ra thép bền thời tiết cho
môi trường ven biển bởi Tập ñoàn nghiên cứu công nghệ thép Nippon. Thép

bền thời tiết ñược làm tăng thêm hàm lượng niken (3% theo khối lượng) là
nguyên tố hợp kim chính, kết hợp với 0.4%Cu theo khối lượng việc loại bỏ
Crôm trong thép chính là ñể giữ vững khả năng chống ăn mòn của thép trong
khí hậu biển. Sự phát triển này ñược thực hiện trên cơ sở trao ñổi ñiện hoá và
dính kết kỹ thuật bằng các dạng chức năng trao ñổi ion trong lớp gỉ. Các tính
chất cơ học của vật liệu này thảo mãn những tiêu chuẩn JIS 3114. ðối với thép
cho kết cấu thép hàn bền thời tiết.
Khi sử dụng các loại thép bền thời tiết cho kết cấu hàn cần sử dụng các
vật liệu hàn kiểu mới.
Cốt thép sơn epoxy ñược quy ñịnh ASTM A99, ñược sử dụng trong các
kết cấu bê tông cốt thép ở những vùng có sự ăn mòn mạnh (môi trường biển)

8. GANG
8.1 Thành phần hóa học của gang:

192
Gang là hợp kim sắt - cácbon với lượng các bon ≥ 2,14%. Hai nguyên tố
khác thường có trong gang là mangan và silic, ngoài ra còn chứa cả photpho và
lưu huỳnh.

8.2 Cấu trúc của gang:
Theo cấu trúc vi mô, gang chia ra 4 loại: trắng, xám, cầu và dẻo. Gang
trắng có cấu trúc hỗn hợp leñeburit. Trong gang xám, cầu và dẻo các bon phần
lứon ở dạng tự do - grafit.
Gang xám :
Gang xám là loại gang chủ yếu dùng trong xây dựng (gối cầu và các chi
tiết cấu tạo khác). Gang xám gồm các grafit ở dạng tấm có dạng hình lục giác.
Giới hạn bền kéo của gang xám thấp, thường chỉ bằng 1/3 - 1/5 giới hạn
bền nén. So với thép giới hạn bền nén không thấp hơn nhiều, nhưng ñộ dẻo, ñộ
ñặc thì rất thấp.

Theo TCVN 1659 - 75 ( gang xám kí hiệu là GX là hai số theo sau ñó là
giới hạn bền kéo và giới hạn bền uốn tính theo kG/mm2) gang xám ñược phân
ra làm 11 loại từ GX - 00 ñến GX - 44 - 64. Trong xây dựng thường phải dùng
những loại gang xám từ GX 32 - 52 trở lên.


Gang cầu :

Gang cầu gồm những hạt grafit cầu, có ñộ bền cao và chống va ñập tốt.
Khi chịu lực, cấu trúc hình cầu làm cho gang cầu có ñộ bền kéo, nén cao; có ñộ
dẻo và dai nhất ñịnh. Theo tiêu chuẩn Việt nam gang cầu có ký hiệu là GC với
hai số tiếp theo ñó là giới hạn bền kéo và ñộ giãn dài.
Gang cầu có 9 mác từ GC 38 - 17 ñến GC 120 - 4.

9. HỢP KIM NHÔM
Hợp kim nhôm là vật liệu ñược dùng rộng rãi trong xây dựng (cầu, nhà
xưởng, nhà dân dụng).
Nhôm nguyên chất có ñộ bền thấp (0,15 - 0,25 so với thép) nên không
dùng trong xây dựng. Hợp kim nhôm có ưu ñiểm cường ñộ cao, nhẹ và chống
lại tác dụng ăn mòn cao hơn so với thép . Hợp kim nhôm phổ biến nhất là ñuara
và silumin.
ðuara:

ðuara là hợp kim nhôm với ñồng (< 4%), crôm (< 12%), magie (< 7%),
mangan (< 1%). Sau khi gia công nhiệt và cho hoá già tính chất cơ học của nó

193
nằm trong giới hạn sau : giới hạn chảy - 1700 - 2800 daN/cm
2
, ñộ bền kéo 1700

- 4400 daN/cm
2
, ñộ giãn dài tương ñối 6- 24%, ñộ cứng Brinen 40 - 100
daN/mm
2
.
Silumin :
Silumin là hợp kim của nhôm với silic SiO
2
(10 - 14%). Chúng có chất
lượng cao, ñộ bền kéo ñến 2000 daN/cm
2
, ñộ cứng Brinen 50 - 70 daN/mm
2
.

CÂU HỎI ÔN TẬP
1. Khái niệm chung về vật liệu kim loại?
2. Thành phần và cấu trúc của kim loại?
3.
Các loại thép cacbon?
4.
Các loại thép hợp kim?
5.
Các tính chất của vật liệu kim loại?
6.
Các loại thép ñặc biệt?

CHƯƠNG 8
VẬT LIỆU GỖ

1. KHÁI NIỆM

Gỗ là vật liệu thiên nhiên ñược sử dụng khá rộng rãi trong xây dựng vì
những ưu ñiểm cơ bản sau: nhẹ, có cường ñộ khá cao; cách âm cách nhiệt; dễ
gia công (cưa, xẻ, bào, khoan), có giá trị mỹ thuật cao. Gỗ là vật liệu rất phổ
biến, ñược sử dụng trong xây dựng dân dụng, công nghiệp và giao thông vận
tải. Rừng Việt Nam chiếm ñến 47 % diện tích, có nhiều loại gỗ tốt và quý vào
bậc nhất thế giới. Khu Tây Bắc có nhiều rừng già và có nhiều loại gỗ quý như:
trai, ñinh, lim, lát, mun. Rừng Việt Bắc có lim, nghiến, vàng tâm. Rừng Tây
Nguyên có cẩm lai, trò chỉ . . .
Gỗ chưa qua chế biến vẫn tồn tại những nhược ñiểm lớn:

194
Cấu tạo và tính chất cơ lí không ñồng nhất, thường thay ñổi theo từng
loại gỗ, từng cây và từng phần trên cây.
Dễ hút và nhả hơi nước làm sản phẩm bị biến ñổi thể tích, cong vênh ,
nứt tách.
Dễ bị sâu nấm mục thối phá hoại, dễ cháy.
Nhiều khuyết tật làm giảm khả năng chịu lực và gia công chế biến khó
khăn.
Với kĩ thuật gia công chế biến hiện ñại có thể khắc phục ñược những

nhược ñiểm của gỗ, sử dụng gỗ có hiệu quả hơn, như sơn gỗ, sấy và ngâm tẩm
gỗ, chế biến gỗ dán, tấm dăm bào và tấm sợi gỗ ép.

2 . CẤU TẠO GỖ.
Cấu tạo của gỗ có thể nhìn thấy bằng mắt thường hoặc với ñộ phóng ñại
không lớn gọi là cấu tạo thô (vĩ mô), cấu tạo của gỗ chỉ nhìn thấy qua kính hiển
vi gọi là cấu tạo nhỏ (vi mô).
2.1 Cấu tạo thô .
Cấu tạo thô của gỗ ñược qua sát trên ba mặt cắt ( Hình 8-1 ) .
Quan sát mặt cắt ngang thân cây (hình 8.2) ta có thể nhìn thấy: vỏ, libe,
lớp hình thành, lớp gỗ bìa, lớp gỗ lõi và lõi gỗ.
Vỏ có chức năng bảo vệ gỗ khỏi bị tác dụng cơ học. Nó gồm có lớp ngoài
(tế bào chết) và lớp libe ở bên trong.
Libe là lớp tế bào mỏng của vỏ, có chức năng là truyền và dự trữ thức ăn
ñể nuôi cây.
Lớp hình thành gồm một lớp tế bào sống mỏng có khả năng sinh trưởng
ra phía ngoài ñể sinh ra vỏ và vào phía trong ñể sinh ra gỗ. Những tế bào gỗ
vào mùa xuân có bản rộng thành tế bào mỏng. Vào mùa hè và thu, ñông thì hẹp
hơn, có thành dày hơn dóng vai trò chịu lực.
Lớp gỗ bìa (giác) màu nhạt, chứa nhiều nước, dễ mục nát, mềm và có
cường ñộ thấp.
Lớp gỗ lõi màu sẫm và cứng hơn, chứa ít nước, khó bị mục mọt.
Lõi cây (tuỷ cây) nằm ở trung tâm, là phần mềm yếu nhất, dễ mục nát.

195


Hình 8-1
:
Ba mặt chính của thân cây

1. mặt cắt ngang; 2. mặt cắt pháp tuyến;
3. mặt cắt tiếp tuyến

Hình 8-2: Mặt cắt ngang của thân cây
1. vỏ ; 2. sợi vỏ cây ; 3. lớp hình thành
4. lớp gỗ bìa ; 5. lớp gỗ lõi ; 6. lõi gỗ

Nhìn toàn bộ mặt cắt ngang ta thấy phần gỗ ñược cấu tạo bởi các vòng
tròn ñồng tâm ñó là các vòng tuổi. Hàng năm vào mùa xuân gỗ phát triển mạnh;
lớp gỗ xuân dày, màu nhạt, chứa nhiều nước. Vào mùa hạ - thu - ñông gỗ phát
triển chậm, lớp gỗ mỏng, màu sẫm, ít nước và cứng. Hai lớp gỗ có màu sẫm
nhạt nối tiếp nhau tạo thành một tuổi gỗ. Nhìn kĩ mặt cắt ngang còn có thể phát
hiện ñược những tia nhỏ li ti hướng vào tâm gọi là tia lõi.
2.2. Cấu tạo vi mô.
Qua kính hiển vi có thể nhìn thấy những tế bào sống và chết của gỗ có
kích thước và hình dàng khác nhau. Tế bào của gỗ gồm có tế bào chịu lực, tế
bào dẫn , tế bào tia lõi và tế bào dự trữ.
Tế bào chịu lực (tế bào thớ) có dạng hình thoi, dài 0,3 - 2 mm; dày 0,02 -
0,05 mm, thành tế bào dày, nối tiếp nhau theo chiều dọc thân cây. Tế bào chịu
lực chiếm ñến 76% thể tích gỗ.
Tế bào dẫn hay còn gọi là mạch gỗ, gồm những tế bào lớn hình ống xếp
chồng lên nhau tạo thành các ống thông suốt. Chúng có nhiệm vụ dẫn nhựa
theo chiều dọc thân cây.
Tế bào tia lõi là những tế bào xếp nằm ngang thân cây. Giũa các tế bào
này cũng có các lỗ thông nhau.
Tế bào dự trữ nằm xung quanh mạch gỗ và cũng có lỗ thông nhau.
Chúng có nhiệm vụ chứa chất dinh dưỡng ñể nuôi cây.
Về cơ bản cấu trúc gỗ lá kim cũng như gỗ lá rộng, nhưng không có mạch
gỗ mà chỉ có tia lõi và tế bào chịu lực. Tế bào chịu lực trong gỗ lá kim có bạng

hình thoi , vừa làn nhiệm vụ chịu lực vừa dẫn nhựa dọc thân cây.

196
Về cấu tạo mỗi tế bào sống ñều có ba phần: vỏ cứng, nguyên sinh chất và
nhân tế bào.
Vỏ tế bào ñược tạo bởi xenlulô (C
6
H
10
O
5
), lignhin và các Hemixenlulô.
Trong quá trình phát triển nguyên sinh chất hao dần tạo cho vỏ tế bào ngày
càng dày thêm. ðồng thời một bộ phận của vỏ lại biến thành chất nhờn tan
ñược trong nước. Trong cây gỗ lá rộng thường có 46 - 48 % xenlulô, 19 - 20 %
lignhin, 26 - 35 % hêmixenlulô.
Nguyên sinh chất là chất anbumin thực vật ñược cấu tạo từ các nhuyên
tố: C, H, O, N và S. trong nguyên sinh chất, trên 70 % là nước. Vì vậy khi gỗ
khô tế bào trở nên rỗng ruột.
Nhân tế bào hình bầu dục, trong ñó có một số hạt óng ánh và chất
anbumin dạng sợi. Cấu tạo hoá học gần giống nguyên sinh chất nhưng có thêm
nhuyên tố P.
Qua quan sát cấu trúc, gỗ thể hiện rõ là vật liệu không ñồng nhất và
không ñẳng hướng, các thớ gỗ chỉ xếp theo một phương dọc, phân lớp rõ rệt
theo vòng tuổi. Do vậy tính chất của gỗ không giống nhau theo vị trí và theo
phương của thớ.

3 . TÍNH CHẤT CỦA GỖ.
3.1. Tính chất vật lý.
ðộ ẩm và tính hút ẩm: ñộ ẩm có ảnh hưởng lớn ñến tính chất của gỗ.

Nước nằm trong gỗ có ba dạng: nước mao quản (tự do), nước hấp thụ và nước
liên kết hoá học. Nước tự do nằm trong ruột tế bào, khoảng trống giữa các tế
bào và bên trong các ống dẫn. Nước hấp thụ nằm trong vỏ tế bào và khoảng
trống giữa các tế bào. Nước liên kết hoá học nằm trong thành phần hoá học của
các chất tạo gỗ. Trong cây gỗ ñang phát triển chúa cả nước hấp thụ và nước tự
do, hoặc chỉ có nước hấp thụ. Trạng thái của gỗ chỉ chứa nước hấp thụ (không
có nước tự do) gọi là giới hạn bão hoà thớ (W
bht
). Tuỳ từng loại gỗ giới hạn
bão hoà thớ có thể dao ñộng từ 23 ñến 35 %.
Khi sấy, nước từ từ tách ra khỏi mặt ngoài, nước từ lớp gỗ bên trong
chuyển dần ra thay thế. Còn khi gỗ khô thì nó lại hút hơi nước từ không khí.
ðộ hút hơi nước phụ thuộc vào nhiệt ñộ và ñộ ẩm tương ñối của không
khí. Vì ñộ ẩm của không khí không cố ñịnh nên ñộ ẩm của gỗ cũng luôn luôn
thay ñổi. ðộ ẩm mà gỗ nhận ñược khi người ta giữ có lâu dài trong không khí
có ñộ ẩm tương ñối và nhiệt ñộ không ñổi gọi là ñộ ẩm cân bằng. ðộ ẩm cân
bằng của gỗ ñược xác ñịnh bằng biểu ñồ trên hình 8.3. ðộ ẩm cân bằng của gỗ

197
khô trong phòng là 8 - 12 %; của gỗ khô trong không khí sau khi sấy lâu dài ở
ngoài không khí là 15 - 18 %.

Hình. 8.3: Biểu ñồ ñộ ẩm cân bằng của gỗ
( 2-38% ñộ ẩm cân bằng của gỗ)
Vì các chỉ tiêu tính chất của gỗ (khối lượng thể tích, cường ñộ) thay ñổi
theo ñộ ẩm ( trong giới hạn của lượng nước hấp phụ ) cho nên ñể so sánh người
ta thường chuyển về ñộ ẩm tiêu chuẩn ( 18% ) .
Khối lượng riêng ñối với mọi loại gỗ thường như nhau và giá trị trung
bình của nó là 1,54 g/cm
3

.
Khối lượng thể tích của gỗ phụ thuộc vào ñộ rỗng: gỗ lá kim : 46 - 81 %,
gỗ lá rộng : 32 - 80 % và ñộ ẩm . Người ta chuyển khối lượng thể tích của gỗ ở
ñộ ẩm bất kỳ ( W ) về khối lượng thể tích ở ñộ ẩm tiêu chuẩn ( 18% ) theo công
thức :
γ
o
18
= γ
o
W
[ 1 + 0,01 ( 1 - K
o
)( 18 - W )]
trong ñó
γ
o
18
, γ
o
W
khối lượng thể tích của gỗ có ñộ ẩm 18% và W; K
o
hệ
số co thể tích.
Dựa vào khối lượng thể tích, gỗ ñược chia làm 5 loại:
Gỗ rất nhẹ (
γ
0
< 400kg/m

3
)
Gỗ nhẹ (
γ
0
= 700 - 900 kg/m
3
)
Gỗ rất nặng (
γ
0
> 900 kg/m
3
).

198
Những loại gỗ rất nặng như gỗ nghiến (γ
0
= 1100kg/ m
3
, gỗ sến
1080kg/m
3
); những loại gỗ nhẹ như: gỗ sung, gỗ muồng trắng.
ðộ co ngót của gỗ là ñộ giảm kích thước và thể tích khi sấy khô . Nước
mao quản bay hơi không làm cho gỗ co . Co chỉ xảy ra khi mất nước hấp phụ .
khi ñó chiều dày vỏ tế bào giảm ñi , các mixen xích lại gần nhau làm cho kích
thước của gỗ giảm ñi .
Do cấu tạo không ñồng nhất nên ñộ co theo các phương cũng khác nhau :
co dọc thớ 0,1 - 0,3 % ; co pháp tuyến 3 -6 % ; co tiếp tuyến 7-12 % .

ðộ co của gỗ ( % ) theo các phương dọc thớ y
d
, pháp tuyến y
f
, và tiếp
tuyến y
t
ñược xác ñịnh theo công thức :

100
i
d
i
a a
y
a
−
= ×

100
i
f
i
b b
y
a
−
= ×

100

i
t
i
c c
y
c
−
= ×

trong ñó a, b, c - kích thước của gỗ theo các phương dọc thớ, pháp tuyến
và tiếp tuyến trước khi sấy khô; a
1
, b
1
, c
1
- sau khi sấy ñến trạng thái khô tuyệt
ñối.
Mức ñộ co thể tích y
0
( % ) ñược xác ñịnh theo thể tích của mẫu gỗ trước
khi sấy ( V ) và sau khi sấy khô ( V
1
) theo công thức :

1
1
100
d
V V

y
V
−
= ×

Hệ số co thể tích K
0
(ñối với gỗ lá kim: 0,5; gỗ lá rộng: 0,6) ñược xác
ñịnh theo công thức:

0
0
y
K
W
=

trong ñó: W - ñộ ẩm của gỗ ( % ) không ñược vượt quá giới hạn bão hoà
thớ .
Sự thay ñổi kích thước theo các phương không giống nhau sẽ sinh ra
những ứng suất khác nhau khiến cho gỗ bị cong vênh và xuất hiện những vết
nứt.
Trương nở là khả năng của gỗ tăng kích thước và thể tích khi hút nước
vào thành tế bào. Gỗ bị trương nở khi hút nước giới hạn bão hoà thớ. Trương
nở cũng giống như co ngót, không giống nhau theo các phương khác nhau
(hình 8.4): dọc thớ: 0,1 - 0,8 %; pháp tuyến: 3 - 5 %; tiếp tuyến: 6 - 12 %.

199
Màu sắc và vân gỗ. Mỗi loại gỗ có một màu sắc khác nhau. Căn cứ vào
màu sắc có thể sơ bộ ñánh giá phẩm chất và loại gỗ. Thí dụ: gỗ gụ, gỗ mun có

màu sẫm và ñen; gỗ sến, gỗ táu có màu hồng sẫm; gỗ thông, bồ ñề có màu
trắng. Màu sắc của gỗ còn thay ñổi tuỳtheo tình trang sâu nấm và mức ñộ ảnh
hưởng của mưa gió. Vân gỗ cũng rất phong phú và ña dạng.
Vân gỗ cây lá kim dơn
giản, cây lá rông phức tạp và ñẹp
( lát hoa có vân gợn mây, lát chun
có vân óng ánh như vỏ trai ). Gỗ
có vân ñẹp ñược dùng làm ñồ mĩ
nghệ .
Tính dẫn nhiệt. Khả năng dẫn
nhiệt của gỗ không lớn và phụ
thuộc vào ñộ rỗng , ñộ ẩm và
phương của thớ , loại gỗ cũng
như nhiệt ñộ. Gỗ dẫn nhiệt theo
phương dọc thớ lớn hơn theo
phương ngang 1,8 lần. Trung
bình hệ số dẫn nhiệt của gỗ là
0,14 - 0,26 kCal/m.
0
C.h . Khi
khối lượng thể tích và ñộ ẩm của
gỗ tăng tính dẫn nhiệt cũng tăng.



Hình 8-4
: ảnh hưởng của ñộ
ẩm ñến ñộ trương nở
1.Dọc thớ; 2. Pháp tuyến:
3. Tiếp tuyến: 4. Thể tích.

3.2. Tính chất cơ học .
Gỗ có cấu tạo không ñẳng hướng nên tính chất cơ học của nó không ñều
theo các phương khác nhau. Tính chất cơ học của gỗ phụ thuộc vào nhiều yếu
tố: ñộ ẩm, khối lượng thể tích, phần trăm của lớp gỗ sớm và lớp gỗ muộn, tình
trạng khuyết tật . . .
Tính chất cơ học của gỗ phụ thuộc vào ñộ ẩm (hình 8.5) nên cường ñộ
của gỗ thử ở ñộ ẩm nào ñó (
σ
W
) phải chuyển về cường ñộ ở ñộ ẩm tiêu chuẩn (
σ
18
) theo công thức:

σ
18
= σ
W
[ 1 + ( W - 18 ) ]
trong ñó: σ - hệ số ñiều chỉnh ñộ ẩm, biểu thị số phần trăm thay ñổi
cường ñộ của gỗ khi ñộ ẩm thay ñổi 1% . Giá trị α thay ñổi tuỳ theo loại cường
ñộ và phương của thớ gỗ .
W - ñộ ẩm của gỗ ( % ) , W
≤ W
bht


200
Cường ñộ chịu nén. Cường ñộ chịu nén gồm có: nén dọc thớ, nén ngang

thớ pháp tuyến (xuyên tâm), nén ngang thớ tiếp tuyến và nén xiên thớ (hình
8.6).
Trong thực tế rất hay gặp trường hợp nén dọc thớ ( cột nhà, cột cầu, dàn
giáo ). Mẫu thí nghiệm nén dọc thớ có tiết diện 2 x 2 xm và chiều cao 3 cm.
Khi nén ngang, các thớ bị nén chặt vào nhau sinh ra biến dạng rất lớn.
Khi biến dạng không tỉ lệ với ứng suất thì coi như mẫu bị phá hoại (ñiểm A
hình 8.7).
Trong thực tế gỗ còn chịu nén ngang thớ cục bộ , dễ sinh ra tách ñầu cấu
kiện (hình 8.8), nên trong thực tế cần tính toán ñầu dư tự do sao cho không bị
tách.
Nén xiên cũng là trường hợp hay gặp ( ñầu vì kèo ).
Cường ñộ chịu nén dọc thớ, ngang thớ (pháp tuyến và tiếp tuyến) ñược
xác ñịnh theo công thức :
W
max
n
W
P
F
σ
=
; daN/cm
2

trong ñó P
max
- tải trọng phá hoại , kG.
Cường ñộ chịu kéo .
Mẫu làm việc chịu kéo ñược chia ra: kéo dọc; kéo ngang thớ tiếp tuyến
và pháp tuyến ( hình 8-6).

Hình 8.5. ảnh hưởng của ñộ ẩm
ñến cường ñộ gỗ
Hình 8 - 6. Các dạng chịu nén của gỗ
a. dọc thớ; b. ngang thớ tiếp tuyến;
c. xuyên tâm; d. xiên thớ
Cường ñộ chịu kéo dọc thớ lớn hơn nén dọc, vì khi kéo các thớ ñều làm
việc ñến khi ñứt còn khi nén dọc các thớ bị tách ra và gỗ bị phá hoại chủ yếu do
uốn dọc cục bộ từng thớ .
Cường ñộ chịu kéo xuyên tân rất thấp. Còn khi kéo tiếp tuyến thì chỉ liên
kết giữa các thớ làm việc, nên cường ñộ của nó cũng nhỏ hơn so với kéo và nén
dọc thớ. Nếu tải trong kéo phá hoại là F
max
(kG), tiết diện chịu kéo lúc thí

201
nghiệm là F
W
( cm
2
) thì cường ñộ chịu kéo của gỗ là σ
K
W
: σ
K
W
= P
max
/ F
max

daN/cm
2
.

Cường ñộ chịu uốn .
Cường ñộ chịu uốn của gỗ khá cao ( nhỏ hơn cường ñộ kéo dọc và lớn
hơn cường ñộ nén dọc ). Các kết cấu làm việc chịu uốn hay gặp là dầm, xà, vì
kèo…) Mẫu thí nghiệm ñược mô tả ở hình ( 8-10).
Cường ñộ chịu uốn
σ
u
W
ñược tính theo mômen uốn M (kG.cm ) và
mômen chống uốn W ( cm
3
)

W
u
W
M
W
σ
=
; daN/cm
2

Hình 8.7. mẫu thí nghiệm kéo
Cường ñộ chịu trượt .
Cường ñộ chịu trượt ñược phân ra : trượt dọc thớ, trượt ngang thớ ( tiếp
tuyến và xuyên tâm ) và cắt ñứt thớ ( hình 8-11 ).
Khi trượt dọc phương của tải trong trùng với phương của thớ gỗ. Khi tải
trọng vượt quá giới hạn thì liên kết giữa các thớ sẽ bị phá hoại , các thớ sẽ trượt
lên nhau. Trong trượt ngang thớ, tải trọng sẽ tiếp tuyến hoặc vuông góc với
vòng tuổi ( hình 8-12 ) . Công thức chung ñể xác ñịnh cường ñộ chịu trượt (dọc
thớ và ngang thớ) ở ñộ ẩm W% như sau:

W
max
W
P
F
σ
=
; daN/cm
2


202
trong ñó P
max
. tải trong phá hoại, kg; F
W
. tiết diện chịu trượt ở ñộ ẩm W,
cm.

Cường ñộ chịu tách .
Gỗ chịu tách rất kém, vì khi tách liên kết giữa các thớ bị phá hoại không
ñồng thời (hình 8-13). Nếu lực tách lớn nhất là F
max
và chiều rộng mặt chịu tách
là a
W
thì sức chịu tách S
t
W
sẽ ñược tính bằng công thức:

W
max
t
W
P
S
a
=
; daN/cm
2

trong ñó
σ hệ số ñiều chỉnh ñộ ẩm biểu thị số phần trăm thay ñổi cường
ñộ của gỗ khi ñộ ẩm thay ñổi 1%. Giá trị
α thay ñổi tuỳ theo loại cường ñộ và
phương của thớ gỗ.
W ñộ ẩm của gỗ (%), W

≤ W
bht

Cường ñộ chịu nén: Cường ñộ chịu nén gồm có: nén dọc thớ, nén ngang
thớ pháp tuyến (xuyên tâm), nén ngang thớ tiếp tuyến và nén xiên thớ (hình
8.6.).
Trong thực tế rất hay gặp trường hợp nén dọc thớ (ccột nhà, cột cầu, giàn
giáo…). Mẫu thí nghiệm nén dọc thớ có tiết diện 2x2m và chiều cao 3cm.
Khi nén ngang, các thớ bị nén chặt vào nhau sinh ra biến dạng rất lớn.
Khi biến dạng không tỷ lệ với ứng suất thì coi như mẫu bị phá hoại.
Trong thực tế gỗ còn chịu nén ngang thớ cục bộ, dễ sinh ra tách ñầu cấu
kiện, nên trong thực tế cần tính toán ñầu dư tự do sao cho không bị tách.

Hình 8.8.
Sơ ñồ mẫu thí nghiệm uốn Hình 8.9. Các dạng tải trọng trượt
a. trượt dọc thớ; b. trượt ngang thớ(tiếp tuyến);
c. cắt ñứt thớ; d. mẫu thí nghiệm trượt dọc thớ
Nén xiên cũng là trường hợp hay gặp (ñầu vì kèo)
Cường ñộ chịu nén dọc thớ, ngang thớ (pháp tuyến và tiếp tuyến) ñược
xác ñịnh theo công thức

203
;/,
2
max
¦
cmkG
F
P
w

W
n
=
σ

trong ñó: P
max
- tải trọng phá hoại, daN


Hình 8.10. Mẫu thí nghiệm ngang thớ
a. tiếp tuyến, b. xuyên tâm




Hình 8.11. Mẫu thí nghiệm tách
a. tiếp tuyến, b. xuyên tâm
Cường ñộ chịu kéo
Mẫu làm việc chịu kéo ñược chia ra: kéo dọc, kéo ngang thớ tiếp tuyến
và pháp tuyến (hình 8.7.)
Cường ñộ chịu kéo dọc thớ lớn hơn nén dọc, vì khi kéo các thớ ñều làm
việc ñến khi ñứt còn khi nén dọc thớ bị tách ra và gỗ bị phá hoại chủ yếu do
uốn dọc cục bộ từng thớ.

4. KHUYẾT TẬT CỦA GỖ .
Tất cả các hiện tượng cấu tạo không bình thường cũng như các hư hỏng
khác ảnh hưởng ñến các tính chất kĩ thuật của gỗ ñều xem là các khuyết tật.
Khuyết tật phát sinh lúc cây gỗ ñang lớn cũng như ngay trong lúc bảo
quản và sử dụng. Tuỳ thuộc vào nguyên nhân gây khuyết tật người ta phân ra:

khuyết tật do cấu tạo, do hiện tượng cơ học, do nấm, do côn trùng.

204

Hình 8.12. khuyết tật của gỗ
a. lệch tâm; b. vặn thớ; c. tróc lớp; d. hai tâm; g. vỏ ở trong gỗ; h. mắt cây
Khuyết tật do cấu tạo không bình thường . ( hình 8-12 )
Lệch tâm : gồm có lệch một phía và lệch cục bộ .
Vặn thớ là hiện tượng các thớ gỗ bị lệch ( dạng xoắn ốc ). Hiện tượng
này làm giảm tính chất cơ lí của gỗ ñáng kể .
Tróc lớp là loại nứt ngầm ñi theo vòng tuổi dọc thân cây .
Hai tâm là hiện tượng trên tiết diện ngang của thân cây có hai lõi, thường
gặp ở cây gỗ có hai ngọn . Nó làm giảm chất lượng sản phẩm .
ðộ thon ( ñộ giảm ñường kính thân cây từ gốc ñến ngọn vượt quá quy
ñịnh ), cong ( thân cây bi uốn theo một phía, trên một mặt phẳng hay nhiều mặt
phẳng ). Mắt cây ( mắt sống, mắt rời, mắt bở, mắt sừng, mắt xốp . . . ) ñều là
khuyết tật làm giảm chất lượng gỗ. Các loại vết nứt gồm có nứt hướng tâm

205
( hình 8 -15 ), nứt khi sấy khô ( hình 8 -16 ), ñều làm giảm các sản phẩm có ích,
gỗ dễ bị mục nát .
Hư hại của gỗ do nấm .
Loại khuyết tật này trong gỗ rất phổ biến. Nấm là loại thực vật ñơn giản
nhất sống nhờ trong các tế bào gỗ và ñôi khi gây ra các hiện tượng hoá lí khác.
Nấm phát triển trong diều kiện có oxy, ñộ ẩm và nhiệt ñộ phù hợp. Gỗ có ñộ ẩm
nhỏ hơn 20 % , cũng như gỗ ngâm ngập trong nước thì không bị nấm phá hoại .
Nấm có thể làm cho gỗ bị biến màu, bị mục và giảm tính chất cơ lí. Nấm
có thể phá hoại ngay khi cây gỗ còn ñang sống, cây gỗ ñã chặt xuống hoặc tiếp
tục phá hoại ngay trong các kết cấu.
Mối mọt là những hư hại sâu bên trong gỗ. Khuyết tật này làm giảm tính

cơ học và chất lượng của gỗ.
Các công trình làm việc trong nước biển, gỗ còn bị phá hoại do các loại
hà. Tốc ñộ phá hoại kết cấu gỗ do hà rất mạnh, với các loại gỗ nhóm 2,3 thời
gian khai thác chỉ từ 4 - 5 năm nếu không ñược bảo vệ ñặc biệt.

5. CÁC BIỆN PHÁP BẢO QUẢN GỖ .
5.1. Phòng chống nấm và côn trùng .
Phòng chống nấm và côn trùng nhằm mục ñích kéo dài tuổi thọ của gỗ có
thể ñạt ñược bằng cách bảo vệ chúng khổi bị ẩm nhờ các biện pháp sau: sơn
hoặc quét, ngâm chiết kiềm và ngâm tẩm các chất hoá học.
Người ta dùng các loại mỡ, sơn hoặc dầu trùng hợp ñể sơn hoặc quét gỗ
khô. Ngâm chiết kiềm là biện pháp tách nhựa cây bằng cách ngâm gỗ khô trong
nước lạnh, trong nước nóng, hoặc ngay khi thả trôi bè mảng trên sông suối.
Các chất hoá học dùng ñể ngâm tẩm là những chất gây ñộc cho nấm và
côn trùng, bền vững, không hút ẩm và không bị nước rửa trôi. Nhưng chúng
phải không ñộc với người và gia súc, không ăn mòn gỗ và kim loại, dễ ngấm
vào gỗ, có mùi dễ chịu .
Chất chống mục mọt có loại tan trong nước ( thuốc muối ) có loại không
tan trong nước ( thuốc dầu ) và loại bột nhão.
Chất tan trong nước dùng ñể xử lí gỗ trong quá trình sử dụng không chịu
tác dụng của nước và hơi ẩm. Các loại chất hay dùng là florua narti (NaF) và
flosilicat natri (Na
2
SiF
6
), sunfat ñồng ( CuSO
4
), dinitrofenolat natri.
NaF là chất bột màu trắng, ít tan trong nước, không mùi, không phá hoại
gỗ và kim loại. Nó ñược sử dụng ở dạng dung dịch có nhiệt ñộ 15

0
C ñể tẩm và
quét gỗ . Không nên dùng NaF trong hỗn hợp với vôi , bột phấn và thạch cao .