Khái niệm bê tông cốt thép.
Bê tông cốt thép là 1 loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau.
- Bê tông được chế tạo từ xi măng, cát (sỏi) thành 1 thứ đá nhân tạo có khả năng chịu nén tốt nhưng khả năng chịu kéo lại rất kém.
- Trong khi đó, cốt thép là loại vật liệu vừa có khả năng chịu kéo và vừa có khả năng chịu nén đều rất tốt.
Do đó để tăng cường khả năng chịu lực của các kết cấu tham gia chịu lực, người ta đã đặt cốt thép vào trong bê tông. Và từ đó sinh ra khái niệm bê tông cốt thép.
Lý do bê tông cốt thép chịu lực tốt hơn bê tông
Để chứng minh khả năng chịu lực của bê tông cốt thép tốt hơn rất nhiều so với vật liệu bê tông thông thường. Người ta đã tiến hành làm thí nghiệm như sau:
Cho một dầm được làm từ vật liệu bê tông chịu lực như hình dưới.
Khi tăng dần tải trọng của dầm lên, ta sẽ thấy ứng suất kéo của tiết diện dầm tại mặt cắt 1-1 cũng tăng dần lên.
Và khi ứng suất kéo này vượt quá cường độ chịu kéo của bê tông thì vết nứt sẽ xuất hiện như hình dưới.
Vết nứt này sẽ dần phát triển dài dần lên phía trên và dầm sẽ bị gãy đứt, trong khi thí nghiệm đo được ứng suất nén của bê tông còn khá nhỏ ( tức chưa tận dụng được hết khả năng chịu nén của bê tông mà dầm đã bị gãy do vùng chịu kéo của bê tông không còn khả năng chịu kéo ).
Với thí nghiệm trên người ta kết luận rằng, như thế là lãng phí khả năng chịu nén của bê tông. Do đó người ta sẽ cho thêm cốt thép vào vùng chịu kéo của bê tông, để lực kéo sẽ do cốt thép chịu nhờ đó tăng khả năng chịu lực.
Và khi có cốt thép đặt vào vùng chịu kéo của bê tông thì khi ứng suất chịu nén của bê tông đạt tới cường độ chịu nén của bê tông thì đồng thời ứng suất chịu kéo của cốt thép cũng đạt tới cường độ chịu kéo của cốt thép.
Tại sao bê tông và cốt thép có thể cùng cộng tác chịu lực
Khi nghiên cứu, người ta đã chứng minh bê tông và cốt thép có thể cùng tham gia làm việc được với nhau giúp tăng cường khả năng chịu lực trong các cấu kiện là do:
- Lực dính giữa bê tông và cốt thép. Giúp cho cấu kiện trong quá trình chịu tải, thì bê tông có thể truyền lực sang cốt thép và cốt thép cũng có thể truyền lực sang bê tông.
- Không có phản ứng hóa học giữa bê tông và cốt thép, đồng thời bê tông còn bao bọc cốt thép giúp bảo vệ cốt thép khỏi ăn mòn của môi trường xung quanh. Và cần lưu ý lượng xi măng cần ít nhất là 250-270kg/m3 bê tông để bê tông giữ cho cốt thép khỏi bị ăn mòn.
- Có hệ số giãn nở vì nhiệt gần như nhau, của bê tông hệ số giãn nở nhiệt là 0,000010 đến 0,000015. Còn của cốt thép hệ số giãn nở vì nhiệt là 0,000012. Do đó khi môi trường thay đổi trong phạm vi <100 độ C thì trong cấu kiện sẽ không xuất hiện nội ứng suất đáng kể, không làm phá hoại lực dính giữa bê tông và cốt thép.
Các loại bê tông cốt thép
Dựa vào phương pháp thi công, trên thị trường hiện nay phân loại ra 3 loại bê tông cốt thép.
Bê tông cốt thép toàn khối
Là loại bê tông cốt thép mà cấu kiện kết cấu được thi công theo phương pháp ghép ván khuôn, đặt cốt thép và đổ bê tông ngay tại vị trí thiết kế của cấu kiện kết cấu.
Ưu điểm của loại bê tông cốt thép này là: có độ cứng lớn, chịu được lực động tốt
Nhược điểm là: Tốt vật liệu làm ván khuôn, cột chống, và hay bị ảnh hưởng bởi thời tiết do thi công ngoài trời
Bê tông cốt thép lắp ghép
Là loại bê tông cốt thép mà kết cấu được phân thành những cấu kiện kết cấu riêng lẻ để có thể chế tạo tạo nhà máy hoặc sân bãi. Rồi vận chuyển tới công trường, sau đó dùng cần cẩu lắp ghép và nối chúng lại với nhau thành 1 kết cấu hoàn chỉnh tại vị trí thiết kế.
Ưu điểm của loại bê tông cốt thép này là: Tiết kiệm vật liệu làm ván khuôn, cột chống, và không bị ảnh hưởng bởi thời tiết do thi công tại nhà máy hoặc sân bãi.
Nhược điểm: Việc thi công ghép nối các cấu kiện thường khó khăn và khá tốn thép.
Loại kết cấu này chỉ nên dùng khi cấu kiện kết cấu đang thi công được lặp đi lặp lại tại nhiều vị trí khác nhau trong các công trình khác nhau.
Bê tông cốt thép nửa lắp ghép
Là loại bê tông cốt thép mà kết cấu được tạo thành bởi sự kết hợp giữa phương pháp lắp ghép và phương pháp bê tông toàn khối.
Ưu điểm của loại bê tông cốt thép này là: Có độ cứng cao, bớt được ván khuôn, có thể bỏ được cột chống.
Nhược điểm: Việc thi công và ghép nối các cấu kiện có phần phức tạp, đặc biệt là việc xử lý tốt mối nối giữ bê tông đổ trước và bê tông đổ sau.
Loại kết cấu này chỉ nên dùng khi cấu kiện kết cấu đang thi công được lặp đi lặp lại tại nhiều vị trí khác nhau trong các công trình khác nhau.
Dựa vào trạng thái ứng suất thì bê tông cốt thép lại được chia làm 2 loại:
Bê tông cốt thép thường hay còn có tên gọi là bê tông ứng lực trước:
Là loại bê tông cốt thép khi chế tạo cấu kiện kết cấu, cốt thép sẽ ở trạng thái không có ứng suất.
Với loại bê tông cốt thép này thì ngoài nội lực suất do bê tông có ngót và giãn nở vì nhiệt thì trong cốt thép và bê tông chỉ xuất hiện ứng suất khi có tải trọng tác dụng.
Bê tông cốt thép ứng lực trước:
Là loại bê tông cốt thép trước khi chế tạo cấu kiện kết cấu, cốt thép sẽ được căng để nén vùng chịu kéo ( do tải trọng gây ra) nhằm triệt tiêu ứng suất kéo do tải trọng gây ra.
Tác dụng của việc căng trước cốt thép trong loại bê tông cốt thép ứng lực trước, sẽ giúp hạn chế bề rộng khe nứt hoặc không cho xuất hiện khe nứt trong cấu kiện khi cấu kiện chịu tải.