Bài giảng môn học Kết cấu bê tông cốt thép (theo 22TCN 27205): Chương 2 TS. Đào Sỹ Đán

CHƯƠNG 2.
VẬT LIỆ
LIỆU DÙNG
DÙNG TRONG KẾ
KẾT C
CẤ
ẤU
BTCT
1.Bê
tông
1 Bê tô
2.Cốt thép
p
3.Bê tông cốt thép

Trường Đại học Giao thông Vận tải
University of Transport and Communications


2.1. BÊ TÔNG
2.1.1. Phân loại bê tông

(1/4)

a) Phân loại theo tp của
ủ bê tông tươi (hỗn
ỗ hợp bê tông)
Bê tô
tông là một
ột loại
l i đá nhân

hâ tạo,
t
đ
được
t thành
tạo
thà h từ các
á vll
p bao g
gồm đá dăm hay
y sỏi ((cll),
) cát ((cln),
) ckd ((xmpl),
p)
tp,
nước và pg (nếu có). Các vl trên sau khi nhào trộn với
nhau sẽ đông cứng và có hình dạng theo khuôn đúc.

Tùy
theo tỷ lệ của các vl thành phần
ầ trong hh bê tông,
tích chất của bt sau khi đông cứng (bt) sẽ thay đổi.
Theo 22 TCN 272-05,, bt được
ợ p
phân loại
ạ như sau:


2

2.1. BÊ TÔNG
2.1.1. Phân loại bê tông

(2/4)

Bả C.5.4.2.1-1.
Bảng
C 5 4 2 1 1 Những
Nhữ đặc
đặ trưng
t
của
ủ các
á loại
l i hỗn
hỗ hợp
h bê tô
tông
Lượng XM Tỉ N/XM
Loại bê tối thiểu lớn nhất
tông
kg/m3
kg/kg

Phạm vi chứa
khí

A
A (AE)

B
B (AE)
C
C (CE)
P
S

362
362
307
307
390
390
334
390

6,0  1,5
5 0  1,5
5,0
15
7,0  1,5
Quy định riêng
Quyy định
Q
ị riêng
g

Tỉ trọng
p
thấp

334

0,49
0,45
0 58
0,58
0,55
0,49
0,45
0,49
0.58



%

KT cốt liệu theo Cường độ chịu
AASHTO M43
nén 28 ngày
Kích thước lỗ
MPa
sàng vuông (mm)
25 đến 4,75
25 đến 4,75
50 đế
đến 4
4,75
75
50 đến 4,75

12,5 đến 4,75
12,5 đến 4,75
25 đến 4,75
,
25 đến 4,75

28
28
17
17
28
28
Quy định riêng
Quyy định
Q
ị riêng
g

Như quy định trong hồ sơ hợp đồng
3


2.1. BÊ TÔNG
2.1.1. Phân loại bê tông

(3/4)

Việc sd các loại bt được quy định như sau:
BT loại A nhìn chung được sử dụng cho tất cả các cấu kiện trừ khi
một loại khác thích hợp hơn, đặc biệt đối với bê tông làm việc trong

môi trường nước mặn.
BT loại B được sử dụng các loại móng, cọc lớn và tường trọng lực.
BT loại C được sử dụng cho các chi tiết có bề dày dưới 100 mm như
lan can và các bản sàn đặt lưới thép.
Bê tông loại P được sử dụng khi cường độ được yêu cầu
ầ lớn hơn 28
MPa. Đối với bê tông dự ứng lực, phải chú ý rằng kích thước cốt liệu
khô được
không
đ
lớn
lớ h
hơn 20 mm.
Bê tông loại S được dùng cho bê tông đổ dưới nước bịt đáy chống
thấm nước trong các khung vây
vây.
Bê tông loại “E” – bê tông chứa khí nên dùng cho những nơi bê tông
tiếp xúc với nước mặn hoặc các môi trường có hại khác.
khác


4


2.1. BÊ TÔNG
2.1.1. Phân loại bê tông

(4/4)

b) Theo dung trọng của bê tông (concrete density)

Theo dung trọng (tỷ trọng) của bê tông, bt được chia thành 2 loại:


Bê tông có dung trọng thông thường: gc = 2150 – 2500 kg/m3;



Bê tông có dung trọng thấp: gc <= 1925 kg/m3.



5


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(1/19)

Tứ thời (ngắn
Tức
( ắ hạn)?
h )?
a) Cường độ chịu nén
Cường độ chịu nén là thông số quan trọng nhất để đánh giá chất
lượng và phân loại bê tông.
Bê tông
tô thông
thô thường
th ờ có

ó cđcn
đ từ 15 - 56 Mpa,
M
bt cường
ờ độ cao có
ó
cđcn từ 56 - 100 Mpa, và bt cường độ siêu cao có cđcn >100 Mpa.
Theo TC05, cđcn quy định của bt nên sd trong khoảng f’c = 16 – 70
M
Mpa.
Với bản
bả mặt
ặt cầu
ầ và
à BTCT DƯL thì nên
ê sử
ử dụng
d
f’ >= 28 Mpa.
f’c
M
* Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén


6


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(2/19)

 Theo
Th ACI,
ACI cường
ờ độ chịu
hị nén
é của
ủ bê tông
tô
thường được xác định từ thí nghiệm nén dọc
trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh =
150 mm x 300 mm và được bảo dưỡng trong

300

điều kiện tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi.
 Cho
Ch P tăng
tă dần
dầ đến
đế phá
há hoại
h i mẫu,
ẫ ta
t xác
á
định được cđcn cho mẫu thứ i như sau:
f’ci = Pmax/A = Pmax/(d2/4)

150

 Làm
Là nhiều
hiề thí nghiệm,
hiệ ta
t thấy
thấ mqh
h
us-bd có dạng điển hình như sau:


Sơ đồ thí nghiệm
7


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(3/19)

Eci

’ci , f’ci

Ứng suấ
Ứ
ất, fci

Biến dạng, ci

cui  0,003 ’ci  0,002

ff’cii

Quan hệ us
us-bd
bd điển hình của bt chịu nén dọc trục không kiềm chế


8


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(4/19)

Thí nghiệm
hiệ nén
é dọc
d trục
t
tiê chuẩn
tiêu
h ẩ là gì?
ì?
Là TN được th theo ASTM C39/C39M-16.
C39/C39M 16 Theo tiêu chuẩn này thì ma
sát giữa mẫu và bàn nén phải được triệt tiêu,tốc độ tăng tải trọng
tương ứng với tốc độ tăng us là 0,25  0,05 Mpa.

Điề kiện
Điều
kiệ bảo
bả dưỡng
d ỡ tiêu
tiê chuẩn
h ẩ là gì?
ì?
Là đk bảo dưỡng được th theo ASTM C31/C31M-15.
C31/C31M 15 Theo tiêu chuẩn
này thì việc bảo dưỡng mẫu được chia thành 2 giai đoạn: gđ 48 giờ
đầu, mẫu được bd trong đk giữ độ ẩm ở nđộ từ 16 – 270C, gđ sau đó
mẫu được bd trong trong nước tự do ở nđộ là 23  20C.


9


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(5/19)

* Mô đun
đ đàn
đà hồi của
ủ bê tông
tô
Là trị số được xđ từ thí nghiệm xđ cđcn của bê tông. Nó là góc
nghiên của của đường thẳng nối từ gốc tạo độ đến điểm trên đ/c us-bd

tương ứng với trị số us bằng 0,4
0 4 ff’ci
ci.
Theo A5.4.2.4, mđ đh của bt có thể được xđ theo ct thực nghiệm sau:

T
Trong
đó
đó:
c = tỷ trọng của bt (kg/m3);
f’c = cđcn quy định của bê tông (MPa).


10


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(6/19)

* Cường
C ờ
độ chịu
hị nén
é quy định
đị h của
ủ bê tông
tô
f’ và

f’c
à cường
ờ
độ chịu
hị nén
é
trung bình yêu cầu f’cr
 Theo ACI 318M-11, cđcn quy định của bê tông, f’c, là cường độ
được
ợ xđ theo xác suất đảm bảo trên 91% kq
q thí nghiệm
g ệ lớn hơn nó, từ
tn nén dọc trục tiêu chuẩn trên mẫu hình trụ tròn kt dxh = 150 mm x
300 mm và được bảo dưỡng trong đk tiêu chuẩn ở 28 ngày tuổi.
tuổi
 Xác suất đảm bảo trên 91% là gì?
Làm nhiều
ề thí nghiệm giống
ố
nhau với cùng một loại bt để
ể xác định
cường độ chịu nén. Kết quả cho thấy, cđcn xác định được thường
phân phối theo luật phân phối chuẩn (normal distribution) hay phân
phối Gauss (Gaussian distribution), có dạng như hình vẽ sau:


11


2.1. BÊ TÔNG

TÇn su
uÊt

2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(7/19)

68,269%

Ph©n phèi chuÈn









C−êng ®é (MPa)



8



8

0

Phân phối chuẩn cho cđcn của bê tông (pp hình quả chông)

Giá trị trung bình


Phương sai (độ lệch chuẩn)
ẩ
12


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(8/19)

 Từ HV ta thấy, xs đảm bảo cho cđcn >

là:

S’ = 100% - (100% - 68,269%)/2
68 269%)/2 = 84,1%.
84 1% Như
Nh vậy,
ậ người
ng ời ta nói trị số
cđcn =

,
có xs đảm bảo là 84,1%.

 Theo đn, cường độ chịu nén quy định của bt, f’c, có xác suất đảm
bảo 91%, sẽ được xác định theo công thức tổng quát sau:

Z0 = là thông
thô
số
ố tra
t bảng,
bả
phụ
h thuộc
th ộ và
à giá
iá trị
t ị của
ủ xs đảm
đả bảo,
bả như
h
bảng
g sau:


13


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(9/19)

Bảng tra thông số Z0 (Bảng 5.4-ACI
5 4 ACI 214R-11)
214R 11)



STT

Z0

S’ (%)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

0,52

0,67
,
0,84
1,00
1,04
1 28
1,28
1,34
1,64
1,65
1,96
2,00
2,33
2,58
3 00
3,00

70,00
75,00
80,00
,
84,14
85,00
90 00
90,00
90,99
95,00
94,95
97,50
97,73

99,00
99,50
99 87
99,87

14


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(10/19)

 Từ bảng
bả ta
t thấy,
thấ với
ới xs đảm
đả bảo
bả 91% thì Z0 = 1,34.
1 34 Tương
T
t với
tự
ới xs
đảm bảo 95% thì Z0 = 1,64. Vậy ta có:

 Từ ct trên, ta thấy để bt có cđcn quy định là f’c thì cường độ chịu
nén trung bình phải đạt giá trị là ff’cr
cr = ff’cc + 1,34

1 34 . Giá trị này được gọi
là cường độ chịu nén trung bình yêu cầu của bê tông.
 Thông thường, trong các hồ
ồ sơ thiết
ế kế
ế hay tài liệu hợp đồng,
ồ
mỗi
ỗ
ck phải được chỉ rõ được thiết kế với một giá trị f’c nào đó. Để ck đạt
được f’c này thì nhà thầu thi công phải chế tạo ra bê tông có cđcn trung
bình ((> 30 mẫu để tăng độ an toàn) >= ff’cr
cr = ff’cc + 1,34.


15


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(11/19)

 Khi không
khô có
ó số
ố liệu
liệ thí nghiệm
hiệ thì ta
t có

ó thể lấy
lấ f’cr
f’ = f’c(1-1,34).
f’ (1 1 34 )
Trong đó,  = hệ số biến đông = /. Trị số này phụ thuộc vào công
nghệ thi công của các nhà thầu. Với đk thi công bình thường, ta có thể
lấy  = 0,15 = 15%.







8



8



Phân phối chuẩn với các hệ số biến động khác nhau


16


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(12/19)

 Khi số
ố lượng
l
mẫu
ẫ thí nghiệm
hiệ < 30 mẫu,
ẫ để tăng
tă độ an toàn,
t à thì độ
lệch chuẩn phải được nhân với hệ số hiệu chỉnh như sau:
Hệ số điều chỉnh cho độ lệch chuẩn ((Bảngg 5.1-ACI 214R-11))
Số mẫu thử

Hệ số điều chỉnh σ

< 15

Theo bảng 5.2-ACI 214R-11

15

1 16
1.16

20

1.08

25

1.03

 30

1.00



17


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(13/19)

b) Cường độ chịu kéo
 Cđck của bê tông được
đ ợc xđ
đ bằng thí nghiệm.
nghiệm Có 2 loại thí nghiệm:
nghiệm
g ệ kéo trực
ự tiếp;
p;
 Thí nghiệm
 Thí nghiệm kéo gián tiếp: gồm thí nghiệm uốn phá hoại dầm và thí

nghiệm ép chẻ mẫu trụ tròn.



18


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(14/19)

Các thí nghiệm
xác định cường
độ chịu kéo của
bê tông
Theo lý thuyết đàn hồi
(Timoshenko và và Goodier, 1951)



19


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(15/19)

 Các công thức thực nghiệm xđ cường độ chịu kéo của bê tông:

 Theo A.5.4.2.6:
fr = 0,63sqrt(f
0 63sqrt(f’c);
c);
 Theo Collins và Mitchell ((1991)) và Hsu ((1993):
)
fcr = 0,33sqrt(f’c)
Ta thấy, fr > fcr ?



20


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(16/19)

Đ ờ cong quan hệ us-bđ
bđ khi kéo
ké (Collins
(C lli và
à Mitchell,
Mit h ll 1991):
1991)
 Đường

 Nhánh đi lên (1 <= cr = fcr/Ec): f1 = 1.Ec;
 Nhánh đi xuống (1> cr): f1 = 1.2.fcr/(1+sqrt(5001)).

Trong đó, f1 và 1 là us và bd kéo trung bình của bê tông.


21


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(17/19)

Cá hệ số
Các
ố 1
1 và
à 2
2 được
đ
quy định
đị h như
h sau:
1 là hệ số xét đến đặc trưng dính kết của cốt thép:
1 = 1,0

cho ct có gờ;

1 = 0,7

cho sợi và tao thép có dính bám;

1 = 0

cho cốt thép không dính bám.

2 là hệ số xét đến tính chất của tải trọng:
2 = 1,0

đối với tải trọng ngắn hạn;

2 = 0,7
,

đối với tải trọng
ọ g thường
g xuyên
y ((dài hạn)
ạ ) và tải

trọng lặp.
Như vậy,
vậy nếu không có ct hoặc cốt thép không dính bám thì không có
nhánh đi xuống  ưs kéo trong bt sau khi nứt bằng không. Tuy nhiên
nếu ct có dính bám thì us kéo này còn tồn tại.
tại


22


2.1. BÊ TÔNG

2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(18/19)

c) Hệ số giãn nở nhiệt
Hệ số gnn nên được
đ ợc xác
ác định bằng thí nghiệm trong phòng.
phòng Khi không
ệ chính xác,, có thể lấyy hệ
ệ số g
gnn như sau:
có số liệu
c = 10,8.10-6 /0 C

cho bt có tỷ trọng thông thường;

c = 19,0.10-6 /0 C

cho bt có tỷ trọng thấp.

d) Hệ số Poisson
HKhi không
khô có
ó số
ố liệu
liệ chính
hí h xác,
á có
ó thể lấy

lấ hệ số
ố Poisson
P i
= 0,2.
0 2 Đối
với ck cho p
phép
p nứt,, có thể không
g xét đến hiệu
ệ ứng
g Poisson.


23


2.1. BÊ TÔNG
2.1.2. Các tính chất tức thời của bê tông

(19/19)

Một số hình ảnh thí nghiệm



24


2.1. BÊ TÔNG
2.1.3. Các tính chất dài hạn của bê tông

(1/12)

a)) Cường
C ờ độ chịu
hị nén
é của
ủ bê tông
tô theo
th thời gian
i
 Thông thường, cđcn của bt tăng theo tg và phụ thuộc và nhiều yếu
tố, như loại xi măng, tỷ lệ N/X, đk bảo dưỡng. Có nhiều pp xđ cđcn của
bê tông, như pp nén p/h mẫu, pp không phá hủy mẫu, pp gián tiếp.
 Theo FIP, cđcn của bt theo thời gian có dạng sau:
fci /f'c

Cường
C
ờ độ chịu
hị nén
é
của bê tông theo
thườngg gian
g

BTXMPL ®«ng cøng nhanh

BTXMPL th−êng

1,5
1,0
0,5
0,0



3

7

14

28

56

90

180

360 t (ngμy)

25