CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BTCT VÀ VẬT LIỆU SỢI COMPOSITE, CÁC PHƯƠNG PHÁP GİA CƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ THI CÔNG DÁN TẤM SỢI COMPOSITE
1.3. NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN HƯ HỎNG TRONG KẾT CẤU BTCT
1.3.1. Bê tông bị rỗ
Hiện tượng này khá phổ biến trong quá trình đúc bêtông làm giảm khả năng chịu lực của kết cấu và kết cấu dễ bị xâm thực từ môi trường ngoài gây nên hư hỏng và sập đổ công trình, có 3 loại rỗ như sau:
- Rỗ mặt hay rỗ tổ ong, các lỗ rỗ này chỉ có độ sâu từ 1-2cm, thành từng mảng trên mặt kết cấu;
- Rỗ sâu, với loại rỗ này người ta có thể dùng thanh sắt bẩy rời các viên cốt liệu không được vữa xi măng liên kết chặt, cho đến khi gặp lớp bêtông quánh chắc bên trong, thì đã hình thành một lỗ sâu trong bêtông để lộ cốt thép ra ngoài;
- Rỗ thấu suốt là loại rỗ ăn thông qua 2 mặt của kết cấu BTCT.
Những nguyên nhân gây ra hiện tượng rỗ:
- Bêtông bị phân tầng khi chiều cao rơi bêtông không đảm bảo yêu cầu;
- Công tác thi công đầm không tốt;
- Bêtông bị mất nước xi măng hoặc độ sụt không đạt yêu cầu;
- Thành phần cấp phối bêtông không hợp lý;
- Cự ly cốt thép không đúng quy định.
1.3.2. Bê tông bị rỗng
Hiện tượng bêtông trong kết cấu bị rỗng là vì vữa bêtông trong khi đổ bị ngăn chặn ở một đoạn nào đó và thường xuất hiện ở những vị trí như sau:
- Ở mặt dưới của các dầm bêtông, cốt thép hầu như lộ hẳn ra ngoài, hoàn toàn không có lớp bảo vệ, sở dĩ có hiện tượng này vì khi đổ bêtông lượng cốt thép bố trí quá dày nên hỗn hợp bêtông không thể xuống đến dưới mà chỉ có vữa ximăng xuống cốt liệu lớn đã bị cốt thép giữ lại;
- Ở các góc nối giữa dầm với cột, nơi bêtông cột co ngót bị cản trở bởi bêtông dầm vẫn được chống đỡ căng bên dưới, cốt thép đầu cột thường bị trơ trụi ra, phần bêtông tựa của dầm lên cột hoàn toàn như không có;
- Ở các nơi có bản thép chôn sẵn để hàn liên kết các kết cấu với nhau, khi đúc bêtông, vữa không chui xuống được dưới các bản thép đó, nên hình thành khoan trống rỗng bên dưới.
1.3.3. Bê tông bị nứt nẻ
Hiện tượng bêtông bị nứt nẻ là triệu chứng bêtông chịu ứng suất và biến dạng, có những ứng suất tự bản thân bêtông gây ra trước khi chịu tải do co ngót trương nở hoặc phản ứng phát nhiệt trong bêtông.
a) Vết nứt do co ngót
Loại vết nứt này thường xuất hiện trong lớp bề mặt của bê tông do quá trình co ngót không đều. Nguyên nhân là do hàm lượng xi măng quá nhiều trong hỗn hợp bê tông, do đặc điểm của dạng kết cấu, do cách bố trí cốt thép không hợp vvv….
b) Vết nứt nghiêng
Vết nứt này thường xuất hiện ở bụng dầm do ứng suất chủ quá lớn.
c) Vết nứt dọc
Chúng xuất hiện ở chỗ tiếp giáp đáy bản mặt cầu giáp với phần sườn dầm, được coi là nguy hiểm vì giảm năng lực chịu tải của kết cấu nhịp. Nguyên nhân chính là do sai sót trong công nghệ chế tạo kết cấu
d) Vết nứt ngang trong bản mặt cầu
Nguyên nhân do mô men uốn tạo ra quá lớn lúc cẩu dầm để lắp ghép, hoặc do dự ứng lực nén quá mạnh.
1.3.4. Bê tông bị vỡ lở
Bêtông bị vỡ lở thành từng mảng thường xảy ra ở các góc, mép cạnh kết cấu và cả trên mặt tấm bêtông. Nguyên nhân lở vỡ bêtông là do:
- Sử dụng cốt liệu kém phẩm chất;
- Sỏi đá chưa rửa sạch, còn lẫn nhiều đất bẩn.
1.3.5. Bê tông quá khô
Do bêtông không được bảo dưỡng tốt, không được tưới nước thường xuyên, bị mất nước nhanh bêtông không đủ nước để thủy hóa xi măng dẫn đến cường độ bêtông giảm đi rõ rệt.
1.3.6. Suy thoái của bê tông
- Bêtông là loại vật liệu dễ nứt, các vết nứt làm giảm độ cứng của tiết diện, làm môi trường vật liệu bị đứt đoạn và là triệu chứng của sự phân bố lại nội lực giữa bêtông và cốt thép;
- Bêtông có độ rỗng xốp lớn có thể lên tới 40% thể tích; dù bêtông có chất lượng tốt thì độ rỗng xốp xấp xỉ 10% thể tích của bêtông. Và các lổ rỗng này sẽ thấm nước là nguyên nhân gây suy thoái chất lượng bêtông;
- Sự lão hóa của bêtông bắt đầu bởi các khe nứt trong quá trình thi công hoặc quá trình khai thác, các chất nguy hại cho bêtông và cốt thép sẽ xâm thực bêtông và cốt thép.
1.3.7. Sự làm việc mỏi của bê tông cốt thép thường
Mỏi là một quá trình thay đổi lâu dài cấu trúc bên trong vật liệu, phụ thuộc vào tải trọng lặp. Trong bê tông, những thay đổi này liên quan mật thiết đến sự hình thành và phát triển của các vết nứt nhỏ bên trong, và sự phá vỡ lực dính. Từ đó có thể dẫn đến sự hư hỏng nhanh của bê tông cốt thép và tiếp theo là hư hỏng của kết cấu công trình.
a) Bêtông chịu lực mỏi
- Cơ học của sự nứt mỏi trong bêtông hoặc vữa có thể chia thành ba giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất từ những vùng bị yếu trong bêtông hoặc vữa và được coi là sự mở đầu cho những vết nứt. Giai đoạn thứ hai là sự hình thành chậm các vết nứt với kích thước nói chung nhỏ. Còn giai đoạn thứ ba diễn ra khi có sự hình thành đủ các vết nứt gây mất ổn định hoặc kích thước các vết nứt tăng lên làm thu hẹp diện tích mặt cắt của kết cấu, nên kết cấu không còn đủ khả năng chịu tải như khi tính toán dẫn đến hư hỏng.
- Ở giai đoạn đầu, bêtông thường chịu nén có điều chỉnh lực hoặc chịu lực kéo mỏi có ứng suất tăng mạnh một thời gian ngắn, sau đó đều đặn tăng nhẹ trong giai đoạn hai và ở giai đoạn cuối thì ứng suất tăng trở lại một cách đáng kể trước khi mẫu bị phá hoại.
Modun đàn hồi của bêtông giảm đáng kể trong suốt thời gian thí nghiệm do sự hình thành vết nứt rất nhỏ.
- Dưới lực nén dọc trục, có sự rạn nứt nhỏ trong giai đoạn cuối này. Các vết nứt xuất hiện thêm và nối lại, song song với hướng lực tác dụng trên bề mặt của mẫu dẫn đến hư hỏng tiếp theo. Bêtông chịu ứng suất đổi chiều bị hư hỏng nhanh hơn, có thể giải
thích do sự tương tác giữa các vết nứt nhỏ có hướng khác nhau do lực nén và lực kéo gây ra.
b) Cốt thép chịu lực mỏi
Tuổi thọ mỏi của cốt thép có thể được chia thành pha rạn nứt đầu tiên, pha lan truyền vết nứt một cách đều đặn và pha gãy dòn của phần tiết diện còn lại. Vết nứt ban đầu ở thanh thép có gờ thường bắt đầu ở góc các gờ nơi mà có ứng suất tập trung.
c) BTCT thường chịu lực mỏi
- Mỏi do uốn: Lực mỏi gây ra sự phá hoại dần lực dính giữa bêtông và cốt thép. Bề rộng vết nứt sẽ lớn hơn và phần bêtông chịu kéo sẽ nhỏ hơn kết quả là độ võng lớn hơn. Sự hư hỏng thường xảy ra do cốt thép chịu kéo hư hỏng mỏi. Một dạng hư hỏng cơ học khác là do bêtông vùng nén bị ép vỡ;
- Mỏi do cắt: Dầm không có cốt thép chịu cắt phát triển vết nứt sau vài chu kỳ đầu tiên, biến dạng chỉ tăng ít. Vết nứt cắt tới hạn xuất hiện xuyên qua các vết nứt uốn.
Chiều rộng của vết nứt này không theo sự thay đổi ứng suất nào và kết quả là các dầm bị hư do mỏi của các thanh nén chống (mép trên dầm). Các dầm có cốt thép chịu cắt xuất hiện hư hỏng mỏi của cốt đai hoặc phá vỡ bêtông chung quanh.