Bài giảng Bê tông cốt thép 1 - Tính năng cơ lý của vật liệu (cô Bích đại học Bách Khoa TPHCM)

CHƯƠNG 2 . TÍNH
NĂNG CƠ LÍ CỦA
VẬT LIỆU


Tính năng cơ lí của bêtông gồm:
Tính năng cơ học : có tác dụng của lực và có
qui luật
Tính năng vật lí : không có tác dụng của lực và
•
không có qui luật ( co ngót,từ biến,thấm,ăn mòn)
•


1.BÊTÔNG:
• Bêtông là loại vật liệu cần phải:
– Đạt cường độ cao
– Có độ 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 : γ > 25kN / m3
• Bê tông nặng : 22kN / m3 < γ ≤ 25kN / m3
• Bê tông nhẹ : 18kN / m3 < γ ≤ 22kN / m3
3
γ
≤
18
kN
/
m
• Bê tông rất nhẹ :


– Theo biện pháp thi công:
o Bê tông đổ toàn khối (đổ toàn khối)
• Độ cứng lớn , chòu 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.
o 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.

o Bê tông bán lắp ghép:
• Kết hợp được ưu điểm 2 loại trên.


– Theo kích thước cốt liệu:
o Bê tông đá hộc : dùng trong các công trình thủy lợi ,
cầu đường.
o Bê tông đá 40x60 : dùng làm bê tông lót, không chòu
lực
o Bê tông đá 10x20 : 90% dùng chòu lực cho kết cấu
BTCT.
o Bê tông đá 50x100 : dùng gia cố công trình.
o Bê tông đá mi : dùng làm bê tông lót, dùng trong cầu
đường.
– Theo trạng thái ứng suất :
o Bê tông cốt thép thường
o 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 chòu lực của bê tông.
– Cường độ bêtông phụ thuộc vào thành phần và cấu trúc của
nó.Để xác đònh cường độ bê tông, người ta làm thí nghiệm nén
mẫu.Ngoài ra còn cách khác là không phá hủy, xác đònh
cường độ bê tông bằng sóng siêu âm.
– Thí nghiệm xác đònh cường độ chòu nén , chòu kéo của bêtông:
o 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.
o Mẫu khối vuông cạnh a (150x150x150)
o Mẫu khối lăng trụ có đáy vuông ( cạnh a, chiều cao h)
o Khoan lấy mẫu từ các kết cấu có sẵn, thường mẫu trụ tròn :
D = 50-150 , h = (1-1.5)D


• Thí nghiệm xác đònh cường độ chòu nén của bêtông:
• Nén mẫu khối vuông 150x150x150 bằng máy nén.
Tăng lực từ từ đến khi mẫu bò phá hoại.
•
P
R=
A
• Trong đó:
P : Lực nén làm mẫu bò 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 vuôngRb :
Rb
= (0.77 − 0.8)
R

• Rb :dùng để tính kết cấu bêtông ( cấu kiện chòu uốn,
chòu nén..)
• Thí nghiệm xác đònh cường độ chòu kéo của bêtông:
Fp
• Mẫu kéo : tiết diện vuông cạnh a Rbt = ( MPa)
A

Rbtc

• Mẫu uốn : tiết diện chữ nhật bxh
• Quan hệ :
Rbt = (0.05 − 0.1) R

Rbtc = (0.1 − 0.18) R

6M
M
=
= 3.5 2 ( MPa)
2
1.7bh
bh


• 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

R = 0.7 R28 log t


• 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 chòu nén và mác bêtông:
– Để biểu thò chất lượng của bê tông, người ta dùng
khái niệm mác hay cấp độ bền chòu nén.
• Mác theo cường độ chòu nén (M):
– Theo QP 5574-91, ký hiệu M lấy bằng cường độ
2
KG
/
cm
trung bình của mẫu chuẩn , tính bằng đơn vò
M75,M100,M150,M200,M250,M350,M450,M500,M6
00.
• Cấp độ bền chòu nén (B):
– Theo QP 356 -2005, chất lượng bêtông theo cấp độ

bền chòu nén của bêtông, lấy bằng cường độ chòu nén
của mẫu chuẩn 150x150x150 , tính bằng đơn vò Mpa.
B3.5;B5;B7.5;B10;B12.5(M150);B15(M200);B25(M3
00);B30(M350);B35;B40;B45;B50


• Tương quan giữa M và B của cùng 1 loại bê tông:
B = α .β .M
• Trong đó:
•
α : hệ số chuyển đổi đơn vò từ sang Mpa
•
β : 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 chòu nén của bêtông , kí hiệu là B , là giá trò
thống kê của cường độ chòu nén tức thì , tính bằng Mpa,
với xác suất bảo đảm >95%, xác đònh trên mẫu
150x150x150 , được chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện
chuẩn t = 28 ngày.


• Tương quan giữa cấp độ bền chòu nén B và cường độ
chòu nén tức thời của bêtông.
B = Bm (1 − 1.64ν )
MPa
• Bm : giá trò trung bình của cường độ chòu nén tức thời,
xác đònh theo thống kê.

n1B1 + n2 B2 + ... + nn Bn
•
B =
m

•
•
•

n1 + n2 + ... + nn

B: cường độ chòu nén của mẫu.
n : số mẫu chuẩn.
ν : hệ số biến động, phụ thuộc công nghệ sản
xuất.


• Cường độ chòu nén tiêu chuẩn của bêtông: ( Rbn )
• Cường độ chòu nén tiêu chuẩn của bêtông được lấy
bằng cường độ đặc trưng của mẫu thử chuẩn nhân
với hệ số kết cấu γ KC (hệ số kể đến sự làm việc của
bêtông kết cấu khác với bê tông mẫu thử)
Rbn = γ KC × R

γ KC = (0.7 − 0.8)
R = Rm (1 − sν ) = Rm (1 − 1.64ν )
Rm

R
∑

=

i

n


• Cấp độ bền chòu kéo của bêtông( Bt ) :
• Là giá trò thống kê của cường độ chòu kéo tức thì ,
tính bằng đơn vò MPa , với xác suất bảo đảm >95%,
xác đònh 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 chòu kéo và cường độ chòu
kéo tức thời của bêtông. Bt = Bmt (1 − sν ) = Bmt (1 − 1.64ν )

• Cường độ chòu kéo tiêu chuẩn của bêtông. Rbtn
• (tra bảng)
• Cường độ chòu kéo tính toán của bêtông.
Rbtn
Rbt =
× γ bi
γ bt


• 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 chòu lực của cấu kiện.


• Nhân tố ảnh hưởng tới co ngót:
• Độ ẩm của môi trường Z → co ngót ]
• Cấp phối bê tông Z → co ngót Z
• Tỉ lệ N/XM Z → co ngót Z
• Cấp độ bền chòu nén Z → co ngót Z
• Bề mặt kết cấu càng lớn → co ngót Z
• Cốt liệu nhỏ → co ngót Z
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 trò A (σ b , ε b ) rồi giảm tải.
Ta thấy biến dạng bêtông không phục hồi hoàn toàn
(không trở về vò trí 0)→ bêtông là vật liệu đàn hồi
dẻo
Đường quan hệ ứng suất-biến dạng là phi tuyến.


ε b = ε el + ε pl


ε b = ε el + ε pl

• Trong đó:
ε el : biến dạng đàn hồi của bê tông
•
ε pl : biến dạng dư (dẻo) của bê tông
•
,
σ
=
ε
.

E
(1)
•
b
b
b
• Ở giai đoạn đàn hồi:
σ b = ε el .Eb
(2)
•
• So sánh (1) & (2) Eb' = ε el Eb = ν Eb
'
b

E =

• Tóm lại:

'
b

(ε b − ε pl )

εb

εb

Eb = (1 −

E = ν Eb = (1 − λ )Eb

ε pl
εb

)Eb = (1 − λ )Eb


'
b

E = ν Eb = (1 − λ )Eb
• Trong đó:
'
E
•
b : modul đàn hồi dẻo của bêtông
Eb' = tgα1 ≈ tgα
•
•
•
•
•

Eb

: modul đàn hồi của bêtông, xác đònh trong
phòng thí nghiệm (tra bảng )
Eb = tgα 0

ε el

ν=
ε b :hệ số đàn hồi của bêtông

λ=

ε pl

ε b :hệ số dẻo của bêtông


• Tương tự đối với mẫu kéo:
'
•
Ebt = ν bt Eb = (1 − λbt )Eb
• Khi bêtông chuẩn bò nứt :
ν bt = λbt = 0.5

σ bt = Rbt

σ bt
2 Rbt
ε bt =
=
ν bt Eb
Eb

• Modul đàn hồi trượt của bê tông:
Eb
Gb =
= 0.4 Eb

(1 + 2ν )

•

ν

:hệ số nở hông của bê tông

(ν = 0.2)


• Biến dạng do tải trọng tác dụng dài hạn:
• (Hiện tượng từ biến của bê tông)
• Tn nén mẫu đến 1 giá trò, điểm A (σ b ,ε b ) rồi giữ
nguyên tải trọng trong thời gian dài,biến dạng của
bê tông(ε b ) vẫn tiếp tục tăng.
• Hiện tượng ε b tiếp tục tăng trong khi tải trọng không
đổi gọi là Hiện tượng từ biến của bê tông.
• Khi σ b = (60 − 70) Rb → biến dạng có giá trò giới hạn
(tiệm cận)
• Khi σ b = Rb → biến dạng tăng không ngừng (phá
hoại)


• Nhân tố ảnh hưởng tới biến dạng từ biến:

• σb Z
•
•
•

•
•

→ từ biến ]

Tỉ lệ N/XM Z → từ biến Z
Mác xi măng Z → từ biến ]
Tuổi bê tông Z → từ biến ]
Độ ẩm Z → từ biến ]
Cốt liệu bé → từ biến Z