Các thuộc tính cơ học của bê tơng cốt sợi chịu ảnh hưởng của một số thơng số chủ yếu như: Loại sợi; chiều dài sợi; hình dạng sợi; hàm lượng sợi tính theo thể tích (Vf); khoảng cách giữa các cốt sợi (s); độ bền của khối vữa hoặc bê tơng; kích cỡ, hình dạng của mẫu.
Chiều dài sợi tiêu chuẩn: Thơng số chiều dài
Nếu Lf là chiều dài tiêu chuẩn của một sợi bị đứt và khơng bị kéo tuột khi vết nứt chia cắt sợi ở điểm giữa của nĩ thì nĩ cĩ thể được tính gần đúng bằng cơng thức sau: Trong đĩ: L = Df σ f 2 ν f b Df - đường kính sợi; (1-4)
νb - cường độ dính bám bề mặt của cốt sợi thép và bê tơng; σf - cường độ chịu kéo của sợi.
Ảnh hưởng chiều dài cốt sợi thép đến ứng xử của BTCST
Yếu tố chiều dài sợi là thơng số liên quan đến biến dạng (Ɛ) và độ mở rộng vết nứt (w). Chiều dài cốt sợi là biểu thị khoảng cách vết nứt được đưa vào cơng thức tính tốn. Chiều dài sợi phụ thuộc vào các yếu tố như loại sợi, hàm lượng sợi, cường độ của chất nền, hình dạng mặt cắt dầm, sự tham gia của cốt thép dọc, loại tải trọng vì vậy khĩ cĩ thể đạt được sự thống nhất khi tính tốn chiều dài đĩ [48].
Mơ men,KN.m Lf =h/4 Lf =h/2 Lf = 2h Lf =h Độ mở rộng vết nứt,mm
Hình 1.6. Mối liên hệ giữa chiều dài sợi (Lf) và độ mở rộng vết nứt (w) với mơ men trong dầm theo tác giả De-Montaignac và các cộng sự [53]
Hình 1.6 chỉ ra ảnh hưởng của chiều dài sợi tới ứng xử của dầm bê tơng CST cĩ tiết diện chữ nhật kích thước rộng 15cm, cao 40cm với chiều dài sợi thay đổi từ h/4 tới 2h (h là chiều cao dầm). Theo đĩ cho thấy, tăng chiều dài cốt sợi thì giảm cường độ chịu uốn, theo đĩ vết nứt do mơmen rơng hơn. Đối với dầm bê tơng cốt sợi, một số nhà nghiên cứu cho rằng nên chọn chiều dài cốt sợi là khơng đổi, một số khác lại cho rằng chiều dài sợi nên thay đổi phù hợp với mức độ tải trọng. De- Montaignac và các cộng sự [53] cũng khẳng định: Sợi thép với hàm lượng cao (0.75% -1.5%) ứng xử của bê tơng cốt sợi là tốt nhất, tăng độ cứng chống uốn cho dầm, hạn chế độ mở rộng vết nứt và tăng ứng xử dẻo. Nếu ứng xử của kết cấu được điều chỉnh bởi độ mở rộng tối đa của vết nứt, việc sử dụng loại sợi cĩ chiều dài khơng đổi cho kết quả phù hợp với thử nghiệm.
Khoảng cách sợi tiêu chuẩn
Khoảng cách giữa các cốt sợi (s) ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển vết nứt của đá ximăng. Khoảng cách càng gần thì tải trọng nứt ban đầu của đá ximăng càng cao. Điều này là do cốt sợi giảm hệ số nhạy cảm ứng suất và hệ số này ảnh hưởng đến sự xuất hiện vết nứt. Giải pháp được thực hiện bởi Romualdi và Batson để tăng
cường độ chịu kéo của phần vữa bằng cách tăng hệ số nhạy cảm ứng suất thơng qua việc giảm khoảng cách giữa các cốt sợi giống như là việc kìm hãm vết nứt.
s = 1.38D f 1.0 (1-5) V f Trong đĩ:
Df - đường kính của cốt sợi;
Vf - Hàm lượng cốt sợi,
Ảnh hưởng của hàm lượng sợi theo thể tích
Hàm lượng sợi thường nhỏ hơn 2%. Hàm lượng sợi cao là trên 2% ít được sử dụng. Hướng của sợi tăng cường sẽ liên quan đến tải trọng quyết định tính hiệu quả mà sợi được định hướng một cách ngẫu nhiên cĩ thể chống lại sức căng theo hướng của nĩ. Nếu chọn ngẫu nhiên, hệ số hiệu quả là 0,41l, tuy nhiên cĩ thể dao động giữa 0,33l và 0,65l gần với bề mặt của vật mẫu khi trát bằng tay hoặc san bằng cĩ thể làm thay đổi hướng của thớ sợi.
Ảnh hưởng của loại sợi với bê tơng: Khả năng truyền tải trọng của cốt sợi phụ thuộc vào mơ đun đàn hồi của sợi. Nếu mơ đun đàn hồi của sợi lớn hơn mơ đun đàn hồi của hồ lúc nứt nẻ, khi đĩ sợi cĩ tác dụng hạn chế biến dạng tương ứng với một độ mở rộng vết nứt nhỏ. Ngược lại nếu mơ đun đàn hồi của sợi nhỏ hơn mơ đun đàn hồi của phần hồ thì việc hạn chế các vết nứt khơng chấp nhận được. Như vậy, khi lựa chọn các loại sợi thì tùy theo mục đích sử dụng việc xem xét mơ đun đàn hồi của sợi là rất quan trọng.
Ảnh hưởng của sợi thép lên vết nứt cắt (bề rộng và khoảng cách vết nứt):
Sợi thép ảnh hưởng rất lớn đến hiện tượng hiệu ứng chốt, kìm hãm, kiểm sốt
sự lan truyền và mở rộng vết nứt. Do bề rộng bết nứt giảm sự đan cài của cốt liệu tốt hơn và làm gia tăng độ bền của kết cấu.
Sự tăng hàm lượng cốt sợi làm cho vết nứt nhiều nhưng nhỏ hơn, các vết nứt nhỏ thay vì vết nứt lớn và tập trung. Các vi vết nứt giúp ứng suất trong vùng chịu cắt phân phối lại, giúp cảnh báo được nguy hiểm trước khi phá hoại [48]. Sợi thép bắt đầu tác dụng sau khi vết nứt hình thành, kháng lại lực kéo cho đến khi sợi bị kéo tuột hoặc chảy dẻo tại vết nứt.
Cốt sợi thép cĩ khả năng làm tăng thuộc tính chịu kéo của bê tơng như làm tăng khả năng kháng nứt, tăng khả năng chống kéo tuột của cốt thép thanh chịu kéo.
Do đĩ tăng cường độ chịu kéo của bê tơng CST [48], [70]. Cốt sợi thép đĩng vai trị truyền ứng suất kéo trên suốt chiều dài vết nứt nghiêng. Cốt sợi thép cải thiện đáng kể sức kháng kéo trên cả phạm vi sườn dầm cũng như ở miền chịu kéo của tiết diện dầm [48]
Ảnh hưởng của cốt sợi thép lên độ cứng khi kéo. Độ cứng khi kéo được phản ánh ở chỗ khả năng chịu ứng suất kéo của bê tơng cốt sợi thép ngay tại vết nứt. Chính độ cứng chịu kéo của BTCST làm tăng khả năng chịu lực kéo của dầm BTCST trước khi cốt thép thanh chảy dẻo [48], [70], [91]. Độ cứng kéo của bê tơng CST phụ thuộc ở cả hai phạm vi đĩ là giữa khoảng cách các vết nứt và ngay tại vết nứt. Độ cứng kéo cải thiện việc kiểm sốt vết nứt và cho phép sử dụng được bê tơng cốt thép cường độ
cao mà vẫn việc kiểm sốt được bề rộng vết nứt. Kết quả của độ cứng kéo cho phép ta xác định được cường độ chịu kéo trung bình của bê tơng cốt sợi thép khi nứt, tượng trưng cho ứng xử trong khoảng giữa của các vết nứt của dầm bê tơng CST.