Cường độ và đặc trưng cơ lý của bê tông:

2.2. Bê tông:

2.2.3. Cường độ và đặc trưng cơ lý của bê tông:

- Cường độ chịu nén (f’c): là cường độ nén không kiềm chế “mẫu thử tiêu chuẩn” với mẫu tiêu chuẩn là mẫu hình trụ trịn D = 150mm; H = 300mm, sau khi đúc mẫu được bảo dưỡng trong 28 ngày.

Ví dụ: Bê tơng cấp 30 là loại bê tơng có cường độ chịu nén f’c = 30MPa với mẫu thử tiêu chuẩn bảo dưỡng trong 28 ngày, xác xuất 0,95.

Cường độ chịu nén của bê tông tăng theo thời gian và phụ thuộc vào: loại xi măng, điều kiện bảo dưỡng. Theo Branson (1977), cường độ của bê tơng tính bằng:

′ =

+ ′

Trong đó:

 f’c là cường độ nén 28 ngày;

 t là số ngày;

 α là hệ số phụ thuộc vào xi măng và phương pháp bảo dưỡng;

 β là hệ số phụ thuộc vào trị số α (tham khảo bảng sau)

Loại xi măng và điều kiện bảo dưỡng Hệ số α Hệ số β

Xi măng loại I ; bảo dưỡng ẩm 4 0,85 Xi măng loại III ; bảo dưỡng ẩm 2,3 0,92 Xi măng loại I ; bảo dưỡng hơi nước 1 0,95 Xi măng loại III ; bảo dưỡng hơi nước 0,7 0,98 - Cường độ chịu kéo của bê tơng:

Hình 2.1- Thí nghiệm nén mẫu bê tơng

 Khi khơng có số liệu thí nghiệm, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tơng (fr, MPa) có thể được xác định như sau:

 Bê tơng tỷ trọng trung bình: f = 0,63 f′

 Bê tơng cát có tỷ trọng thấp: f = 0,52 f′

 Bê tông tỷ trọng thấp các loại: f = 0,45 f′

 Khi có điều kiện làm thí nghiệm, cường độ chịu kéo của bê tơng có thể được đo trực tiếp (a => fcr) hoặc gián tiếp (b => fr và c => fsp) như sau:

a. Kéo trực tiếp: Ít dùng do phải có thiết bị chuyên dụng.

f = P

A =

P bh

b. Kéo khi uốn:

c. Kéo khi ép chẻ:

Kết quả thí nghiệm cường độ chịu kéo theo 3 phương pháp nêu trên thường cho kết quả trên một mẫu thử với thứ tự độ lớn là fcr < fr < fsp

 Ngoài ra, Collin và Mitchell đề nghị cách xác định cường độ kéo trực tiếp của bê tơng fcr đối với bê tơng tỷ trọng trung bình laf: f = 0,33 f′

- Mác bê tông và cấp bê tông: Theo các tiêu chuẩn trước đây thường dùng khái niệm mác bê tông với ký hiệu chữ M (ví dụ M300, M400, … tương đương với bê tơng có cường độ chịu nén trung bình của mẫu thử hình lập phương 15x15x15cm là 300kG/cm2, 400kG/cm2, …). Theo TCVN11823-2017 người ta sử dụng khái niệm cấp bê tơng với ký hiệu chữ C (ví dụ C30, C40, … tương đương với với bê tơng có cường độ chịu nén trung bình mẫu thử hình trụ

Pcr: tải giới hạn kéo đứt Ac = bh: diện tích mẫu

15x30cm là 30MPa, 40MPa, …). Để quy đổi giữa hai khái niệm này người ta dùng hệ số quy đổi cường độ mẫu thử là 1,2. Nghĩa là R15x30 = 1,2.R15x15x15

Ví dụ: Bê tơng có mác M300 (có R15x15x15 = 300kG/cm2 = 300x0,0981 = 29,43Mpa => R15x30 = 29,43/1,2 = 24,525MPa), tương đương cấp bê tông C25.

- Hệ số giãn nở vì nhiệt: Phụ thuộc vào bê tơng có cấp phối khác nhau, khi cần thiết thì làm thí nghiệm để xác định, trong trường hợp thiếu số liệu chính xác có thể lấy như sau:

 Bê tơng tỷ trọng thường: 10,8 × 10‐6 / 1˚C

 Bê tông tỷ trọng thấp: 9 × 10‐6 / 1˚C

- Hệ số Poisson của bê tơng: Khi thiếu số liệu thí nghiệm, hệ số Poisson có thể lấy bằng 0,2. Nếu cấu kiện có xét đến nứt thì khơng xét đến hiệu ứng của hệ số Poisson.

- Mô đun đàn hồi Ec: Khi khơng có số liệu đo thì mơ đun đàn hồi của bê tơng có tỷ trọng trong khoảng 1400-2500kg/m3 và cường độ nén tới 105MPa có thể lấy như sau:

Ec = 0,0017.K1Wc2f’c0,33 (MPa) Trong đó:

 K1 là hệ số điều chỉnh nguồn cốt liệu. Được phép lấy bằng 1,0 trừ trường hợp có quy định khác.

 Wc là tỷ trọng của bê tông (kg/m3).

 f'c là cường độ nén của bê tơng (MPa).

Ví dụ: Bê tơng có tỷ trọng 2300 kg/m3 và có f’c = 28MPa thì mơ đun đàn hồi:

Ec = 0,0017 x 1 x 2.3002 x 280,33 = 27.006 MPa

Theo AASHTO, mô đun đàn hồi Ec là độ nghiêng của đường thẳng tính từ gốc tọa độ tới điểm trên đường cong ứng suất biến dạng tại 0,4 f’c.

- Tính từ biến ɛCR: là hiện tượng phát triển biến dạng theo thời gian khi chịu tác dụng của tải trọng không đổi.

 Từ biến phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

 Độ ẩm của bê tông, thành phần của bê tông.

 Tỷ lệ thể tích/diện tích bề mặt,

 Cường độ của bê tông,

 Trị số ứng suất lâu dài trong bê tông và,

 Tuổi của bê tông tại thời điểm bắt đầu chịu ứng suất lâu dài.

 Từ biến gây mất mát ứng suất trong cốt thép DƯL , nội lực phụ trong kết cấu siêu tĩnh, và làm tăng độ võng, chuyển vị…

 Giảm hàm lượng N/XM,

 Bảo dưỡng bê tơng: giữ ẩm, làm mát, giữ kín gió,

 Bố trí thép.

 Từ biến có quan hệ chặt chẽ với co ngót (bê tơng chịu co ngót tốt thì chịu từ biến cũng tốt).

 Biến dạng do từ biến εCR xác định bằng cách nhân biến dạng nén đàn hồi tức thời do tải trọng lâu dài εci với hệ số từ biến:

ε( , )= ψ(t, t ). ε

Trong đó:

 t là tuổi của bê tơng (ngày) tính từ lúc đúc thành khuôn,

 ti là tuổi của bê tơng (ngày) tính từ khi tác dụng tải trọng thường xuyên,

 εci là biến dạng nén đàn hồi tức thời do tải trọng thường xuyên,

 ψ(t, t ) là hệ số từ biến.

Theo TCVN11823-2017, hệ số từ biến có thể lấy như sau:

ψ(t, t ) = 1,9k k k k t ,

Trong đó:

 ks=1,45 - 0,0051(V/S) ≥ 1,0 là hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ giữa thể tích với diện tích bề mặt cấu kiện bê tông V/S.

 khc=1,56 - 0,008.H là hệ số độ ẩm cho từ biến, với H là độ ẩm tương đối (%), trong trường hợp khơng có thơng tin tốt hơn, H có thể lấy từ các số liệu thống kê do Tổng cục khí tượng thủy văn Bộ tài ngun mơi trường xuất bản.

 k = là hệ số ảnh hưởng của cường độ bê tông, với f’ci là cường độ nén quy định của bê tông tại thời điểm căng dự ứng lực cho cấu kiện căng sau và tại thời điểm gia tải ban đầu của các cấu kiện không dự ứng lực. Nếu tuổi của bê tông tại thời điểm đặt tải ban đầu là không xác định được tại thời điểm thiết kế, thì f’ci có thể lấy bằng 0,80 f’c (MPa).

 k = ,

,

là hệ số phụ thuộc thời gian.

Chú ý: Diện tích bề mặt dùng để xác định tỷ lệ thể tích trên bề mặt chỉ tính các

diện tích bề mặt tiếp xúc với khí quyển. Đối với các mặt cắt hộp kín mà khả năng thơng gió kém thì chỉ tính 50% diện tích bề mặt bên trong của hộp. Với cấu kiện đúc sẵn và đổ tại chỗ, tổng diện tích bề mặt bê tơng đúc sẵn nên được sử dụng. Đối với các kết cấu dự ứng lực kéo trước có sườn (dầm - I, dầm - T, và dầm hộp), với bề dày trung bình sườn dầm từ 150 đến 200mm, giá trị ks có thể lấy bằng 1,00.

E , = f′

(1 + ψ(t, t ))ε = E 1 + ψ(t, t )

Với:

 ECi là mô đun đàn hồi tại thời điểm ti;

 ti là tuổi của bê tông khi bắt đầu chịu lực (ngày). Để đơn giản ta có thể dùng: E , =

- Tính co ngótsh: là hiện tượng giảm thể tích của bê tơng khi khơng chịu ảnh hưởng của tác động bên ngồi như tải trọng, mơi trường,…

 Co ngót phụ thuộc vào tỷ lệ N/X, loại xi măng, bảo dưỡng…

 Co ngót có thể gây nứt bề mặt kết cấu, gây mất mát ứng suất trong cốt thép DƯL, và gây nội lực phụ trong kết cấu siêu tĩnh.

 Biện pháp giảm co ngót và nứt do co ngót:

 Giảm tỷ lệ N/X.

 Bảo dưỡng bê tơng: giữ ẩm, làm mát, giữ kín gió.

 Bố trí cốt thép chống co ngót …

 Khi khơng có các số liệu chính xác hơn, hệ số co ngót có thể giả thiết là 0,0002 sau 28 ngày và 0,0005 sau một năm khô.

 Theo TCVN11823-2017, ứng biến do co ngót sh có thể xác định như sau:

εsh=kskhskfktd0,48x10-3

Với khs=(2,00-0,014.H) là hệ số độ ẩm do co ngót.

Nếu bê tơng được để khơ trước 5 ngày kể từ ngày đóng rắn, co ngót được xác định theo phương trình trên phải được tăng lên 20%.