BÊ TÔNG CỐT THÉP

2.3.1. Khái niệm về dính bám giữa bê tông và cốt thép 2.3.1.1. Khái niệm

Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép là yếu tố cơ bản đảm bảo sự làm việc chung của hai loại vật liệu, làm cho bê tông và cốt thép có cùng biến dạng với nhau và có sự truyền lực qua lại giữa chúng.

2.3.1.2. Thí nghiệm xác định lực dính bám

Chế tạo mẫu bằng cách đổ bê tông ôm lấy đoạn cốt thép. Thí nghiệm bằng cách kéo hoặc nén cho cho cốt thép tụt khỏi bê tông (hình 2.10). Cường độ trung bình của lực dính  được xác định theo công thức:

P

 l

 (2-

24)

Trong đó: P – Lực kéo (hoặc nén) làm cốt thép tụt khỏi bê tông

 - Đường kính cốt thép

l – Chiều dài đoạn cốt thép chon trong bê tông

Hình 2.10: Thí nghiệm xác định lực dính

Để thí nghiệm làm cốt thép tụt khỏi bê tông thì chiều dài đoạn l phải đƣợc hạn chế trong một phạm vi nào đó. Nếu l quá lớn thì khi thí nghiệm cốt thép có thể bị kéo hoặc nén quá giới hạn chảy (thậm chí có thể bị kéo đứt) mà không bị tụt. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự phân bố lực dính dọc theo đoạn cốt thép là không đều, nó bằng không tại hai đầu mút và đạt giá trị max ở nơi cách tiết diện đầu tiên một khoảng C

1 1 4 3

C  l và   max hoặc max P

 l

 (2-

25)

Trong đó:  - hệ số hoàn chỉnh biểu đồ lực dính,  < 1

2.3.1.2. Các yếu tố tạo nên lực dính bám

Lực dính bám đƣợc tạo ra nhờ các yếu tố chính sau : - Sự dính bám hoá học,

- Ma sát,

- Sự tương tác cơ học giữa cốt thép và bê tông.

Ở các thanh cốt thép tròn trơn, hai yếu tố đầu tiên đóng vai trò quan trọng nhất trong việc tạo ra lực dính bám. Trong khi đó, ở cốt thép có gờ thì sự tương tác cài khoá giữa bê tông với các gờ cốt thép lại đóng vai trò quyết định. Vì vậy, các yếu tố chính có ảnh hưởng đến sự dính bám giữa cốt thép và bê tông là :

- Diện tích gờ tính đổi của cốt thép, - Cường độ và thành phần của bê tông, - Bề dày lớp bê tông bảo vệ,

- Đường kính cốt thép,

- Vị trí cốt thép khi đổ bê tông.

2.3.2. Chiều dài phát triển lực

Lực cần thiết để kéo một thanh cốt thép ra khỏi một khối bê tông sẽ tăng lên khi chiều dài chôn của thanh này tăng lên (Hình 2.11). Khi chiều dài chôn trở nên đủ lớn, thanh thép sẽ bị chảy dẻo trước khi bị kéo ra khỏi khối bê tông. Chiều dài chôn tối thiểu cần thiết để phát triển lực chảy dẻo của thanh cốt thép đƣợc gọi là chiều dài phát triển lực. Chiều dài phát triển lực ld, đƣợc sử dụng nhƣ là một giá trị chỉ thị về đặc trƣng dính bám của các thanh cốt thép.

Tiêu chuẩn ACI giả thiết rằng, chiều dài phát triển lực cơ sở cần thiết để phòng ngừa sự vỡ chẻ (split), db sp, , là hàm của diện tích thanh cốt thép trong khi chiều dài cần thiết phòng ngừa sự kéo tuột (pull out) db po, là hàm của đường kính thanh thép. Công thức để tính chiều dài phát triển lực cơ sở này nhƣ sau: đối với thanh số hiệu 35 và các thanh nhỏ hơn:

, 0,02 mm, MPa

db sp  A fb y fc (2.29)

, 0,375 mm, MPa

db sp  d fb y fc (2.30)

Các công thức (2.29) và (2.30) chỉ ra rằng, khi cường độ của bê tông tăng, chiều dài phát triển lực sẽ nhỏ đi. Tuy nhiên, không cho phép chiều dài phát triển lực giảm hơn nữa khi cường độ bê tông lớn hơn 70 MPa và vì vậy, thành phần fc không đƣợc lấy lớn hơn 8,37 MPa.

Chiều dài chôn

Chiều dài chôn Chiều dài chôn =

Chiều dài phát triển lực

P A f b y

Giá trị tối đa của lực P

Hình 2.11 Khái niệm về chiều dài phát triển lực

Hình 2.12Vòng ứng suất kéo trong bê tông cân bằng với thành phần ly tâm của lực nén nghiêng

2.3.3. Các dạng phá hoại và hƣ hỏng của bê tông cốt thép 2.3.3.1. Phá hoại do chịu lực

Bê tông và cốt thép làm việc với nhau cho đến khi bị phá hoại. Với thanh chịu kéo, sau kho bê tông bị nứt cốt thép chịu toán bộ lực kéo và nó bị xem là bắt đầu phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến giới hạn chảy. Với cột chịu nén sự phá hoại bắt đầu khi ứng suất nén trong bê tông đạt đến giới hạn cường độ chịu nén, bê tông bị nén vỡ. Sự phá hoại của cấu kiện chịu uốn có thể bắt đầu từ vùng chịu kéo hoặc chịu nén. Khi cốt thép chịu kéo là vừa phải thì sự phá hoại là bắt đầu từ vùng chịu kéo với việc cốt thép đạt đến giới hạn chảy, có biến dạng lớn, vết nứt mở rộng. Khi cốt thép khá nhiều thì sự phá hoại bắt đầu từ vùng nén với việc ứng suất trong bê tông đạt đến giới hạn cường độ, vùng nén bị nén vỡ.

2.3.3.2. Phá hoại do biến dạng cƣỡng bức

Biến dạng cƣỡng bức gây ra do chuyển vị của các liên kết, do thay đổi nhiệt độ, do co ngót của bê tông…Trong kết cấu tĩnh định biến dạng cƣỡng bức không gây ra nội lực. Trong kết cấu siêu tĩnh biến dạng cưỡng bức thường bị ngăn cản, làm phát sinh nội lực và có thể làm kết cấu bị hƣ hỏng hoặc phá hoại. Sự hƣ hỏng thể hiện ở chỗ bê tông bị nứt, vỡ. Sự phá hoại xảy ra giống nhƣ khi phá hoại do chịu lực.

2.3.3.2. Hư hỏng do tác dụng của môi trường

Dưới tác động của môi trường bê tông cốt thép có thể bị hư hỏng do tác dụng cơ, lý, hóa, sinh vật.

Về cơ học và vật lý, bê tông có thể bị bào mòn do mƣa, dòng chảy, bị hun nóng do mặt trời hoặc các nguồn nhiệt. Đối với các công trình chịu lạnh, đóng và tan băng có thể gây hƣ hỏng cấu trúc của bê tông.

Về hóa học, bê tông bị xâm thực do các chất hóa học (axit, bazơ, muối) có trong môi trường. Các chất này có phản ứng hóa học với các thành phần của đá xi măng tạo ra các chất hòa tan hoặc làm giảm cường độ, phá hỏng sự liên kết (bê tông bị mủn).

Cốt thép có thể bị xâm thực do tác dụng hóa học và điện phân của môi trường. Khi cốt thép bị gỉ thể tích lớp gỉ tăng lên nhiều lần so với thể tích kim loại ban đầu chèn ép vào bê tông làm cho lớp bê tông bên ngoài bị nứt, vỡ. Sự mở rộng vết nứt trong bê tông làm cho cốt thép dễ bị gỉ hơn. Trong môi trường có hơi nước mặn, môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao cốt thép bị

gỉ nhiều hơn. Ứng suất trong cốt thép càng cao và sự gia công nguội cốt thép cũng làm cho cốt thép dễ bị gỉ hơn.

Về sinh vật, các loại rong rêu, hà, những vi khuẩn ở sông biển cũng gây tác dụng làm hƣ hỏng bề mặt bê tông do tác dụng của những chất hóa học chúng tiết ra.

Về tác dụng thời gian, trong vài năm đầu bê tông có tăng cường độ (trong môi trường thuận lợi). Tuy vậy sau vài chục năm bê tông sẽ bị già lão và cường độ có thể bị giảm dần.

3 NGUYÊN LÝ THIẾT KẾ THEO TIÊU CHUẨN 22TCN272-05