Cường độ Chịu Lực Của Bê Tông | Công Ty Phương Đông

1. Cường độ chịu lực của bê tông
   1. Phương pháp xác định cường độ chịu nén Rn ( TCVN 3118 – 1993)
      1. Cốt liệu :
   2. Tính thấm nước của bê tông
      1. Tính co nở thể tích của bê tông 
   3. Tính chịu nhiệt của Bê tông

Cường độ chịu lực của bê tông

Cường độ chịu lực là một đặc trưng cơ bản của bê tông. Trong kết cấu xây dựng, bê tông có thể làm việc ở những trạng thái khác nhau: nén, kéo, uốn, trượt v.v… Trong đó bê tông làm việc ở trạng thái chịu nén là tốt nhất, còn khả năng chịu kéo của bê tông rất kém chỉ bằng khả năng chịu nén. Căn cứ vào khả năng chịu nén người ta định ra mác của bê tông.

• Mác theo cường độ chịu nén ký hiệu bằng chữ M là chỉ tiêu cơ bản nhất đối với mọi loại bê tông kết cấu, được sử dụng để thiết kế cấp phối bê tông, thiết kế, tính toán kết cấu cho các công trình xây dựng.
• Ngoài việc quy định mác theo cường độ chịu nén tùy thuộc vào từng loại bê tông có yêu cầu khác nhau còn có quy định về mác theo khả năng chịu kéo, khả năng chống thấm.
• Mác bê tông theo cường độ chịu nén là trị số giới hạn cường độ chịu nén trung bình của các mẫu thí nghiệm hình khối lập phương cạnh 15 cm được chế tạo và bảo dưỡng 28 ngày trong điều kiện tiêu chuẩn (nhiệt độ 27 ± 2oC và độ ẩm 95 ÷ 100%).

Phương pháp xác định cường độ chịu nén Rn ( TCVN 3118 – 1993)

Để xác định cường độ nén của bê tông người ta đúc các viên mẫu chuẩn hình lập phương cạnh 15 cm, cũng có thể đúc các viên mẫu có hình dạng và kích thước khác.

Khi tiến hành thí nghiệm cường độ nén bằng các viên mẫu khác viên mẫu chuẩn ta phải chuyển về cường độ của viên mẫu chuẩn.

Cường độ nén của viên mẫu chuẩn được xác định theo công thức: R n = K PF kG/cm2 Trong đó : – P : Tải trọng phá hoại mẫu, kG (daN). –  F : Diện tích chịu lực nén của viên mẫu, cm2 –   K: Hệ số chuyển đổi kết quả thử nén các mẫu bê tông kích thước khác chuẩn về cường độ của viên mẫu chuẩn kích thước 150 x 150 x 150mm. Giá trị K lấy theo bảng 2

Khi nén các mẫu nửa dầm giá trị hệ số chuyển cũng được lấy như mẫu hình lập phương cùng diện tích chịu nén. Khi thử các mẫu trụ được khoan, cắt từ các cấu kiện ho ặc s ản ph ẩm mà tỷ số chiều cao so với đường kính của chúng nhỏ hơn 2 thì kết quả cũng tính theo công thức và hệ số K ở trên nhưng được nhân thêm với hệ số K’ lấy theo bảng 3

Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu lực của bê tông Đá xi măng (mác xi măng và tỷ lệ NX) có ảnh hưởng lớn đến cường độ của bê tông. Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào tỷ lệ NXthực chất là phụ thuộc vào thể tích rỗng tạo ra do lượng nước dư thừa.

                                     Hình 5: Sự phụ thuộc của cường độ bê tông vào lượng nước nhào trộn a-Vùng hỗn hợp bê tông cứngkhông đầm chặt được; b-Vùng hỗn hợp bê tông có cường độ và độ đặc cao; c-Vùng hỗn hợp bê tông dẻo; d-Vùng hỗn hợp bê tông chảy

Cốt liệu :

Sự phân bố giữa các hạt cốt liệu và tính chất của nó (độ nhám, số lượng lỗ rỗng, tỉ diện tích) có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Bình thường hồ xi măng lấp đầy lỗ rỗng giữa các hạt cốt liệu và đẩy chúng ra xa nhau với cự ly bằng 2- 3 lần đường kính hạt xi măng. Trong trường hợp này do phát huy được vai trò của cốt liệu nên cường độ của bê tông khá cao và yêu cầu cốt liệu có cường độ cao hơn cường độ bê tông 1,5 – 2 lần. Khi bê tông chứa lượng hồ xi măng lớn hơn, các hạt cốt liệu bị đẩy ra xa nhau hơn đến mức hầu như không có tác dụng tương hỗ với nhau. Khi đó cường độ của đá xi măng và cường độ vùng tiếp xúc đóng vai trò quyết định đến cường độ bê tông, nên yêu cầu về cường độ của cốt liệu ở mức thấp hơn. Với cùng một liều lượng pha trộn như nhau thì bêtông dùng đá dăm có thành phần hạt hợp quy phạm sẽ cho cường độ cao hơn khi dùng sỏi. Cấu tạo của bê tông biểu thị bằng độ đặc của nó, có ảnh hưởng đến cường độ của bê tông. Độ đặc càng cao, cường độ của bê tông càng lớn. Khi thiết kế thành phần bê tông ngoài việc đảm bảo cho bê tông có độ đặc cao thì việc lựa chọn độ dẻo và phương pháp thi công thích hợp có ý nghĩa quan trọng. Đối với mỗi hỗn hợp bê tông, ứng với một điều kiện đầm nén nhất định sẽ có một tỷ lệ nước thích hợp. Nếu tăng mức độ đầm nén thì tỷ lệ nước thích hợp sẽ giảm xuống và cường độ bê tông tăng lên. Cường độ bê tông phụ thuộc vào mức độ đầm chặt thông qua hệ số lèn Kl. Phụ gia tăng dẻo có tác dụng làm tăng tính dẻo cho hỗn hợp bê tông nên có thể giảm bớt lượng nước nhào trộn, do đó cường độ của bê tông sẽ tăng lên đáng kể. Phụ gia rắn nhanh có tác dụng đẩy nhanh quá trình thủy hóa của xi măng nên làm tăng nhanh sự phát triển cường độ bê tông dưỡng hộ trong điều kiện tự nhiên cũng như ngay sau khi dưỡng hộ nhiệt. Cường độ bêtông tăng theo tuổi của nó: Trong quá trình rắn chắc cường độ bêtông không ngừng tăng lên. Từ 7 đến 14 ngày đầu cường độ phát triển nhanh, sau 28 ngày chậm dần và có thể tăng đến vài năm gần như theo quy luật logarit Điều kiện môi trường bảo dưỡng: Trong môi trường nhiệt độ, độ ẩm cao sự tăng cường độ có thể kéo dài trong nhiều năm, còn trong điều kiện khô hanh hoặc nhiệt độ thấp sự tăng cường độ trong thời gian sau này là không đáng kể. Khi dùng hơi nước nóng để bảo dưỡng bê tông làm cho cường độ bê tông tăng rất nhanh trong thời gian vài ngày đầu nhưng sẽ làm cho bê tông trở lên giòn hơn và có cường độ cuối cùng thấp hơn so với bê tông được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn. Điều kiện thí nghiệm : Khi bị nén, ngoài biến dạng co ngắn theo phương lực tác dụng, bê tông còn bị nở ngang. Thông thường chính sự nở ngang quá mức làm bê tông bị phá vỡ, nếu hạn chế được độ nở ngang có thể làm tăng khả năng chịu nén của bê tông. Trong thí nghiệm, nếu không bị bôi trơn mặt tiếp xúc giữa các mẫu và bàn máy nén thì tại mặt đó sẽ xuất hiện lực ma sát có tác dụng cản trở sự nở ngang và làm tăng cường độ của mẫu so với khi bôi trơn mặt tiếp xúc. Ảnh hưởng của lực ma sát giảm dần từ mặt tiếp xúc đến khoảng giữa mẫu, vì vậy mẫu khối vuông có kích thước bé sẽ có cường độ cao hơn so với mẫu có kích thước lớn và mẫu lăng trụ có cường độ chỉ bằng khoảng 0.8 lần cường độ mẫu khối vuông có cùng cạnh đáy. Nếu thí nghiệm với mặt tiếp xúc được bôi trơn để bê tông được tự do nở ngang sẽ không có sự khác biệt như vừa nêu. Tốc độ gia tải khi thí nghiệm cũng ảnh hưởng đến cường độ mẫu. Khi gia tải rất chậm, cường độ bê tông chỉ đạt khoảng 0,85 giá trị so với trường hợp gia tải bình thường.

Tính thấm nước của bê tông

Dưới áp lực thuỷ tĩnh nước có thể thấm qua những lỗ rỗng mao quản. Thực tế nước chỉ thấm qua những lỗ rỗng có đường kính lớn hơn 1μm, vì màng nước hấp phụ trong các mao quản đã có chiều dày đến 0,5μm. Đối với các công trình có yêu cầu về độ chống thấm nước thì cần phải xác định độ chống thấm theo áp lực thuỷ tĩnh thực dụng. Căn cứ vào chỉ tiêu này chia bê tông thành các loại mác chống thấm: CT-2, CT-4, CT-6, CT-8, CT-10, CT-12 (hoặc B2, B4, B6, B8, B10, B12). Tính chống thấm của bê tông được xác định theo TCVN3116:1993. Để kiểm tra mức độ chống thấm của bê tông cần chuẩn bị 6 mẫu thí nghiệm hình trụ d = h = 150 mm. Sau khi lắp các mẫu vào thiết bị thí nghiệm (hình 5-9) sẽ bơm nước tạo áp lực tăng dần từng cấp, mỗi cấp 2 daN/cm2. Thời gian giữ mẫu ở mỗi cấp áp lực nước là 16 giờ. Tiến hành tăng áp tới khi thấy trên bề mặt viên mẫu nào xuất hiện nước thấm qua thì khoá van và ngừng thử viên mẫu đó. Sau đó tiếp tục thử các mẫu còn lại.

Hình 6: Thiét bị xác định tính chống thấm của bêtông 1.Bơm ; 2.Thùng đẳng áp ; 3.Đồng hồ áp lực ; 4.Van chịu áp lực ; 5.Mẫu thử ; 6. Áo mẫu

Độ chống thấm nước của bê tông được xác định bằng áp lực nước tối đa (atm) mà ở áp lực đó có 4 trong 6 mẫu thử chưa bị nước thấm qua.

Tính co nở thể tích của bê tông 

Trong quá trình rắn chắc, bê tông thường phát sinh biến dạng thể tích, nở ra trong nước và co lại trong không khí. Về giá trị tuyệt đối độ co lớn hơn nở 10 lần. Ở một giới hạn nhất định độ nở có thể làm tốt hơn cấu trúc của bê tông, còn hiện tượng co ngót luôn luôn kéo theo hậu quả xấu. Bê tông bị co ngót do nhiều nguyên nhân, trước hết là sự mất nước trong các gel đá xi măng. Khi mất nước các mầm tinh thể xích lại gần nhau và đồng thời các gel cùng dịch chuyển làm cho bê tông bị co. Quá trình cacbonat hóa hyđrôxi can xi trong đá xi măng cũng là nguyên nhân gây ra co ngót, co ngót còn là hậu quả của việc giảm thể tích tuyệt đối của hệ xi măng – nước. Do bị co ngót nên bê tông bị nứt, giảm cường độ, độ chống thấm, độ ổn định của bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực. Vì vậy đối với những kết cấu bê tông có chiều dài và diện tích lớn, để tránh nứt người ta phân đoạn để tạo thành các khe co giãn. Độ co ngót phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn. Trị số co ngót phụ thuộc vào lượng, loại xi măng, lượng nước, tỷ lệ cát trong hỗn hợp cốt liệu và chế độ bảo dưỡng. Độ co ngót trong đá xi măng lớn hơn trong hỗn hợp và bê tông (hình 5-10). Ngoài ra độ co ngót còn phụ thuộc vào chế độ bảo dưỡng. Khi bảo dưỡng nhiệt ẩm độ co ngót xảy ra mạnh và nhanh chóng hơn trong điều kiện thường nhưng trị số cuối cùng lại nhỏ hơn 10 – 15%. Nhiệt độ chưng hấp càng cao, độ co ngót cuối cùng càng nhỏ.

Khi chưng áp, độ co ngót còn nhỏ hơn 2 lần so với trong không khí.

   Hình 7: Độ co ngót: 1-Của đá xi măng; 2-Của vữa; 3-Của bê tông

Nếu như bê tông trước đây cứng rắn trong điều kiện thường, sau đó đem đặt trong nước hay trong môi trường có độ ẩm lớn hơn độ ẩm của bê tông thì thể tích của nó tăng lên đó là hiện tượng biến dạng nở của bê tông. Biến dạng nở của bê tông ở trong nước là do tăng chiều dày của màng nước hấp phụ của các tinh thể trong cấu trúc gel của đá xi măng. Cũng như co ngót, biến dạng nở phát triển mạnh trong thời kỳ đầu và giảm dần theo thời gian sau đó tắt hẳn.

Tính chịu nhiệt của Bê tông

Không nên sử dụng bê tông nặng trong môi trường chịu tác dụng lâu dài của nhiệt độ lớn hơn 2500C.

-Khi có nhiệt độ 2500C – 3000C tác dụng lâu dài, cường độ bê tông giảm đi rõ rệt do nước tự do, nước liên kết trong đá xi măng bị tách ra làm cho đá xi măng co lại dẫn đến phá hoại cấu trúc của bê tông. -Khi nâng nhiệt độ đến 500 – 5500C hoặc cao hơn bê tông sẽ bị phá hoại nhanh. Trong thực tế bê tông nặng có thể chịu được nhiệt độ đến 12000C trong một thời gian ngắn do bê tông gặp nhiệt độ cao, lớp ngoài cùng của kết cấu bị phá hoại và tạo nên một màng xốp có tác dụng cách nhiệt, làm cho nhiệt truyền vào bên trong chậm. Nhưng nếu nhiệt độ tác dụng lên bê tông cao hơn hoặc lâu hơn thì bê tông sẽ tiếp tục bị phá hoại. Như vậy khi xây dựng các công trình hay bộ phận kết cấu thường xuyên tiếp xúc với nhiệt độ cao người ta phải dùng các loại bê tông chịu nhiệt.

Tham khảo:

ĐÁNH GIÁ CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG THEO CẤP ĐỘ BỀN VÀ MÁC BÊ TÔNG TS. NGUYỄN ĐẠI MINH Viện KHCN Xây dựng