Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 2: Vật liệu 2.1. Bêtông. a. Phân loại bêtông. Các loại bêtông sau được sử dụng phổ biến: Bêtông nặng: (hay bêtông thường) có khối lượng riêng từ 2200 đến 2500 kgm3 Bêtông hạt nhỏ: Khối lượng riêng lớn hơn 1800kgm3, chia làm 3 nhóm A( đóng rắn tự nhiên, cốt liệu cát có môđun độ lớn từ 2 trở lên), B (đóng rắn tự nhiên, cốt liệu cát có môđun độ lớn từ 2 trở lên) và C (được chưng áp). Bêtông nhẹ: Khối lượng riêng từ 800 đến 1800 kgm3, hoặc có cấu trúc đặc chắc hoặc rỗng (tỷ lệ rỗng lớn hơn 6%). Bêtông tổ ong: Chưng áp và không chưng áp. Bêtông đặc biệt: Như bêtông tự ứng suất. b. Cường độ của bêtông. Cường độ là đặc trưng cơ bản, cho biết khả năng chịu lực của bêtông. Để xác định cường độ bêtông, người ta cần tiến hành các thí nghiệm. Cường độ chịu nén: Có được khi dùng máy nén dọc trục các mẫu hình lập phương, hoặc mẫu lăng trụ đáy vuông cạnh 10, 15 hay 20 cm, hoặc khối trụ tròn. Nếu lực tác động làm mẫu bị phá hoại là Pn và diện tích mẫu là A, thì cường độ chịu nén của mẫu sẽ là: n n P R A Thông thường Rn có giá trị trong khoảng 10 – 60 MPa.
Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Chương 2: Vật liệu 2.1 Bêtông a Phân loại bêtông Các loại bêtông sau sử dụng phổ biến: Bêtông nặng: (hay bêtơng thường) có khối lượng riêng từ 2200 đến 2500 kg/m3 Bêtông hạt nhỏ: Khối lượng riêng lớn 1800kg/m3, chia làm nhóm A( đóng rắn tự nhiên, cốt liệu cát có mơđun độ lớn từ trở lên), B (đóng rắn tự nhiên, cốt liệu cát có mơđun độ lớn từ trở lên) C (được chưng áp) Bêtông nhẹ: Khối lượng riêng từ 800 đến 1800 kg/m3, có cấu trúc đặc rỗng (tỷ lệ rỗng lớn 6%) Bêtông tổ ong: Chưng áp không chưng áp Bêtông đặc biệt: Như bêtông tự ứng suất b Cường độ bêtông Cường độ đặc trưng bản, cho biết khả chịu lực bêtông Để xác định cường độ bêtông, người ta cần tiến hành thí nghiệm Cường độ chịu nén: Có dùng máy nén dọc trục mẫu hình lập phương, mẫu lăng trụ đáy vuông cạnh 10, 15 hay 20 cm, khối trụ tròn Nếu lực tác động làm mẫu bị phá hoại Pn diện tích mẫu A, cường độ chịu nén mẫu là: Rn Pn A Thông thường Rn có giá trị khoảng 10 – 60 MPa Nguyễn Tấn Page 4a h=2d Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông a a a a d=16cm a N Bàn máy nén N Hình 2.1: Thí nghiệm nén mẫu bê tông c Cường độ chịu kéo Thông thường người ta làm mẫu chịu kéo tiết diện vuông, cạnh a, chịu uốn: Tiết diện bxh, chiều dài L=6h (hình 2.1), nén chẻ mẫu lăng trụ tròn (hình 2.2.a) L L/3 a) P M D P P L=6h a a P NK a NK b) 4a Hình 2.2: Thí nghiệm kéo mẫu bê tơng Nguyễn Tấn Page L/3 b h c) Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Cường độ chịu kéo với mẫu (a) Rk Trong đó: 2P LD P: tải trọng tác dụng làm chẻ mẫu L: chiều dài mẫu D: đường kính mẫu Cường độ chịu kéo với mẫu (b) Rk Nk F Rk 3,5M bh Cường độ chịu kéo với mẫu (c) d Quan hệ cường độ chịu kéo cường độ chịu nén Thơng thường người ta tính cường độ chịu kéo thơng quan cường độ chịu nén công thức thực nghiệm mà không cần làm thí nghiệm chịu kéo Đơn giản quan hệ đường thẳng, theo công thức: R(t) = 0,6 + 0,06R Hoặc quan hệ đường cong: Rt R 150 R 60 R 1300 e Sự tăng cường độ theo thời gian R R28 t Hình 2.3 Đồ thị tăng cường độ theo thời gian Nguyễn Tấn Page Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Cường độ bêtông tăng theo thời gian Cường độ lúc đầu tăng nhanh, sau chậm dần, đến vài năm sau dừng lại Để xác định cường độ bêtơng theo thời gian dùng công thực nghiệm sau: Rt R28 x lg t 0.7 xR28 x lg t lg 28 Trong : t - tuổi bêtơng tính theo ngày Công thức tác giả Liên xô - Skrantaep (1935) cho kết phù hợp với thực tế tuổi bêtông từ 7-300 ngày, tùy theo nước có qui định khác f Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ bêtông Thành phần phương cách chế tạo Tuổi bêtông (thời gian từ đúc bêtông) điều kiện bảo dưỡng Điều kiện thí nghiệm: Kích thước hình dạng mẫu ( mẫu lăng trụ có cường độ nhỏ nhỏ cho mẫu có chiều cao lớn so với mẫu lập phương); mặt tiếp xúc bê tông mầm nén ( bôi trơn làm mẫu phá hoại nhanh biến dạng nở ngang), tốc độ gia tải g Cấp độ bền bêtông Số liệu biểu thị chất lượng bêtông Là thuật ngữ sử dụng TCXDVN 356:2005 Kết cấu bêtông bêtông cốt thép, thay cho mác bêtông sử dụng tiêu chuẩn trước Đễ thuận tiện đối chiếu thưc tế, mác bêtơng thích ngoặc bên cạnh cấp độ bền Tùy theo ứng dụng cụ thể mà có qui định cấp độ khác Cấp độ bền chịu nén: Ký hiệu chử B, giá trị trung bình thống kê với xác suất đảm bảo 95% cường độ chịu nén tức thời, tính theo đơn vị MPa, xác định mẫu bêtông lập phương cạnh 15 cm, chế tạo dưỡng hộ thí nghiệm theo điều kiện chuẩn (mẫu 28 ngày tuổi, nhiệt độ 2050 độ ẩm lớn 90%; thí nghiệm khơng bơi trơn bề mặt tiếp xúc tốc độ gia tải 2KG/cm2 giây) Qui phạm nhà nước qui định cấp độ thiết kế cho bê tông nặng: B3.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60 Đối với kết cấu BTCT yêu cầu cấp độ bền chịu nén tối thiểu B7.5 Nguyễn Tấn Page Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Cấp độ bền chịu kéo: Ký hiệu chữ Bt, giá trị trung bình thống kê với xác suất đảm bảo 95% cường độ chịu kéo tức thời, tính theo đơn vị MPa, xác định mẫu kéo tiêu chuẩn Các mác thiết kế theo qui định: Bt0.8, 1.2, 1.6, 2.0, 2.4, 2.8, 3.2 h Biến dạng bêtơng Co ngót: Co ngót tượng bêtơng giảm thể tích khơ cứng khơng khí, có liên quan đến biến đổi lý hóa q trình thủy hóa xi măng bốc nước Co ngót gây biến đổi bất lợi cho bêtông, làm kết cấu cong vênh, xuất vết nứt, giảm khả chịu lực Thực nghiệm cho thấy độ co ngót bêtơng tăng theo hàm lượng ximăng sử dụng tỷ lệ nước/ximăng Cốt liệu có độ rỗng lớn loại phụ gia tăng cường độ đơng kết làm tăng co ngót Để tránh tượng này, cần hạn chế lượng nước sử dụng kết hợp với đầm nén cẩn thận đúc bêtông, thường xuyên giữ ẩm giai đoạn đầu đông cứng Các biện pháp cấu tạo cốt thép vị trí cần thiết khe co giãn cần quan tâm Rb D b dh d b A A 0 b ch b Hình 2.4: Quan hệ ứng suất – biến dạng bêtông Biến dạng tác dụng tải trọng ngắn hạn Khi nén mẫu lăng trụ, biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng (-) có dạng đường cong Điểm tương ứng lúc mẫu bị phá hoại, với giới hạn cường độ chịu nén Rb Nguyễn Tấn Page Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông biến dạng cực hạn ch Nếu gia tải đến mức định (b, b) giảm tải đường cong giảm tải khơng trở gốc, nghĩa biến dạng bêtông không hồi phục hồn tồn Kết bêtơng khơng phải vật liệu đàn hồi mà vật liệu đàn dẻo Theo biến dạng điểm thuộc đường cong biểu diễn sau: b ch d Trong d phần biến dạng dẻo không phục hồi dh phần biến dạng đàn hồi tuân theo định luật hooke Nếu kí hiệu dh hệ số đàn hồi, thấy bắt b đầu gia tải gần sau giảm dần, đến gần thời điểm phá hoại biến dạng dẻo chủ yếu Gọi Eb môđun đàn hồi ban đầu bêtơng, thấy: Eb tan b dh Môđun đàn hồi-dẻo, hay môđun biến dạng, Eb* xác định sau: Eb* tan b b b Eb b dh Tương tự môđun chịu nén, môđun biến dạng kéo là: Ebt* k Eb k hệ số đàn hồi kéo Môđun đàn hồi ban đầu bêtông nặng phụ thuộc vào cấp độ bền chịu nén bêtông, cho Bảng( theo TCXDVN 356:2005) Bảng 2.1: Môđun đàn hồi ban đầu bêtông nặng Eb (GPa) Điều kiện đóng rắn/ B15 Cấp độ bền chịu nén B20 B25 B30 B35 B40 B45 Đóng rắn tự nhiên 27 30 32.5 34.5 36 37.5 Dưỡng hộ nhiệt áp 20.5 suất khí 24 27 29 31 32.5 34 Chưng áp 20 22.5 24.5 26 27 28 Nguyễn Tấn 23 17 Page 10 Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Biến dạng tác dụng tải trọng dài hạn – từ biến Nếu mẫu bêtông nén đến (b, b) giữ nguyên tải tác dụng thời gian biến dạng tiếp tục tăng lên Đây tượng từ biến, minh họa Hình với phần biến dạng tăng lên ứng suất không đổi gọi biến dạng từ biến Từ biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời điểm đặt tải Từ biến với bêtông tuổi cao, tăng theo (i) Mức độ ứng suất bêtông, (ii) tỷ lệ nước/ximăng sử dụng, (iii) độ khô hanh môi trường xung quanh Trong điều kiện chịu nén lệch tâm, tượng từ biến gây tăng độ lệch tâm, từ làm tăng uốn dọc cấu kiện, cần kể đến tính tốn Hiện tượng từ biến quan trọng thiết kế cấu kiện bê tông ứng lực trước b A B B A O b t O Hình 2.5: Từ biến bêtơng 2.2 Tính chất lý cốt thép a Phân loại cốt thép Theo công nghệ chế tạo: Cốt thép cán nóng ( đường kính 12mm , chiều dài L13m) Hình 2.6: Các loại cốt thép có gân bề mặt Nguyễn Tấn Page 11 Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Thép sợi kéo nguội ( 12mm ) Theo hình thức: Thanh thép tiết diện tròn mặt ngồi nhẵn có gân bề mặt Có thể dùng loại thép hình I, U, L Làm cốt chịu lực kết cấu chịu tải lớn Cốt thép dùng Việt Nam có từ nhiều xuất xứ: Sản xuất nước theo TCVN, sản xuất theo tiêu chuẩn nước hay nhập từ nước Theo tiêu chuẩn nhà nước TCVN 1651:1985 Thép cốt bêtơng cán nóng, có loại cốt thép tròn trơn CI cốt thép có gân CII, CIII, CIV Trong tiêu chuẩn kể đến loại thép nhập Nga ký hiệu AI (trơn), AII, AIII, AIV (gân) Đặc trưng học nhóm cốt thép cho bảng sau Bảng 2.2 Đặc trưng học nhóm thép Nhóm cốt thép Đường kính mm Giới hạn chảy Mpa Giới hạn bền Mpa Môđun đàn hồi Es Gpa CI, AI CII, AII CIII, AIII CIV, AIV 6-40 10-40 10-40 10-32 235 300 400 590 380 500 600 900 210 210 200 190 Các đường kính danh nghĩa cốt thép gồm 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40mm Đối với loại thép không theo TCVN, cần vào tiêu chuẩn học, quan trọng giới hạn chảy thực tế giới hạn chảy qui ước ( Đối với thép khơng có thềm chảy rõ rệt), để qui cốt thép tương đương thiết kế theo tiêu chí này, Phụ lục TCXDVN 356:2005 đưa bảng phân loại thép có thị trường Việt Nam mà người thiết kế vào để qui đổi vận dụng hệ số tính tốn Nguyễn Tấn Page 12 Bài giảng mơn học: Kết cấu bêtông b Biểu đồ ứng suất – biến dạng 200 Dây thép kéo nguội 180 160 140 120 100 Thép hợp kim 80 Thép kéo nguội 60 40 20 Thép cán nóng CT5 Thép cán nóng CT3 l/l Hình 2.7 Biểu đồ ứng suất – biến dạng Hình bên trình bày biểu đồ ứng suất - biến dạng loại cốt thép khác nhau, có từ thí nghiệm kéo mẫu thép Biểu đồ cho thấy hai giai đoạn làm việc đàn hồi (phần thẳng đứng) chảy dẻo ( phần nằm ngang cong) thép trước bị phá hoại Đối với số loại thép dẻo thép cán nóng, biểu đồ (-) có phần thềm chảy rõ ràng (đoạn nằm ngang): biến dạng tăng ứng suất khơng đổi Riêng loại thép giòn, thường loại thép sợi cường độ cao, giới hạn chảy không rõ, xuất biến dạng tương đối bé (3-4%) 2.3 Bêtơng cốt thép a Lực dính bêtơng cốt thép Lực dính nhân tố đảm bảo làm việc chung (cùng biến dạng) cốt thép, truyền lực qua lại hai vật liệu Nguyễn Tấn Page 13 Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông Lực dinh tạo thành trước tiên ximăng có tác dụng kết dính ảnh hưởng co ngót gây ma sát bêtông khô cứng bám chặt cốt thép Đối với cốt thép gân, lực dính tăng cường bề mặt gồ ghề ngăn cản cốt thép trượt bêtông Lực dính xác định từ thí nghiệm kéo hay nén cho cốt thép tụt khỏi bêtông N l l max N Hình2.8 Thí nghiệm xác định lực dính Thí nghiệm cho thấy lực dính phân bố không dọc theo đoạn cốt thép chôn bêtông Lực dính trung bình xác định tb P dl Trong đó: P = Lực kéo hay nén cốt thép, l = chiều dài cốt thép chon bêtơng d = đường kính cốt thép Lực dính tối đa khoảng 2.0 – 4.5 MPa, tùy theo loại bêtông cốt thép b Sự hư hỏng bê tông cốt thép biện pháp bảo vệ Kết cấu bê tơng cốt thép hư hỏng tác động ( dòng chảy bào mòn), hóa (xâm thực bê tơng axít, muối), sinh (vi khuẩn ăn mòn bề mặt) mơi trường xung quanh Phần cốt thép bị rỉ sét tác dụng hóa học điện phân mơi trường Khi bị rỉ, cốt thép phồng rộp, chèn ép bêtông tạo vết nứt Nguyễn Tấn Page 14 Bài giảng môn học: Kết cấu bêtông lớp bê tơng bảo vệ phá lớp đó, khiến cho trình xâm thực xảy nhanh Do cần đảm bảo bề mặt bêtông đặc chống rỉ cho cốt thép, tăng lực dính bám với bêtông Nguyễn Tấn Page 15 ... Đóng rắn tự nhiên 27 30 32. 5 34.5 36 37.5 Dưỡng hộ nhiệt áp 20 .5 suất khí 24 27 29 31 32. 5 34 Chưng áp 20 22 .5 24 .5 26 27 28 Nguyễn Tấn 23 17 Page 10 Bài giảng môn học: Kết cấu b tông Biến dạng... 10-40 10-40 10- 32 235 300 400 590 380 500 600 900 21 0 21 0 20 0 190 Các đường kính danh nghĩa cốt thép gồm 6, 7, 8, 9, 10, 12, 14, 16, 18, 20 , 22 , 25 , 28 , 32, 36, 40mm Đối với loại thép không theo... kiện bê tông ứng lực trước b A B B A O b t O Hình 2. 5: Từ biến bêtơng 2. 2 Tính chất lý cốt thép a Phân loại cốt thép Theo công nghệ chế tạo: Cốt thép cán nóng ( đường kính 12mm ,