- Bê tông cốt thép đã quá phổ biến trong xây dựng nhà ở, hiểu đúng và đơn giản nhất thì Bê tông cốt thép là bê tông có cốt thép bên trong. Nhưng bê tông là gì, cốt thép là gì, tại sao bê tông đi kèm cốt thép rất bền tốt,… sẽ được giải thích sau đây, mời quý gia chủ tìm hiểu.
- Bê tông là gì? Hỗn hợp bao gồm xi măng, cát, đá / sỏi được trộn với nước sạch theo một tỉ lệ nhất định, ban đầu chảy dẻo sau cứng dần thành đá nhân tạo gọi là bê tông. Tùy yêu cầu kết cấu mà có các mác bê tông khác nhau (mác bê tông = độ chịu lực), có cần phụ gia hay không… Sau khi trộn đều người ta đổ bê tông vào các cấu kiện đã được làm khuôn tạo hình dạng nhất định, rồi dùng máy đầm để đầm bê tông làm cho bê tông đặc chắc. Bê tông sau khi đổ khoảng 2-3h thì bắt đầu đông cứng, sau 7 ngày đat khoảng 60% độ cứng, sau 14 ngày đạt hơn 80% độ cứng và sau 28 ngày bê tông đạt độ cứng yêu cầu thiết kế. Khi đó bê tông trở thành 1 loại đá nhân tạo rất bền chắc.
Sau ngày 28, bê tông vẫn tiếp tục phát triển cường độ, nhưng tốc độ phát triển sẽ rất chậm, sau thời gian dài có thể cường độ lên tới 110% – 120% so với mác bê tông ngày 28. - Cốt thép là gì? Cốt thép là các thanh thép xây dựng, đường kính dưới 10mm có thể là thép trơn, trên 10mm thì có tạo gần, vằn tăng ma sát. Cốt thép được gia công để lắp đặt sẵn sau khi tạo khuôn bê tông. Khi đổ bê tông thì bê tông sẽ bao trùm cốt thép bên trong. Khi bê tông đông cứng thì cốt thép nằm cố định trong lòng bê tông theo các vị trí người thiết kế mong muốn. Thường lớp vỏ bê tông bảo vệ cốt thép khoảng 1,5cm – 2cm và không nhỏ hơn đường kính thanh thép.
- Tại sao bê tông cốt thép lại tốt?
Bê tông là đá nhân tạo, chịu lực nén rất tốt. Tùy mác bê tông nhưng nó có thể chịu 250-300-400 kg/cm2. Cốt thép thì lại chịu lực kéo rất tốt, có thể chịu kéo đến 2000-3000kg/cm2. Bê tông và cốt thép có hệ số nở vì nhiệt như nhau và điều này rất quan trọng khi bố trí cốt thép bên trong bê tông sẽ rất ổn định dù nhiệt độ bên ngoài thay đổi.
Cho nên Bê tông và Cốt thép chính là “Cặp đôi hoàn hảo” tương hỗ, bổ trợ cho nhau như một cặp trời sinh ra để gắn với nhau.
Khoa học về cơ học, kết cấu đã tính toán ra rằng trong các cấu kiện nhà cửa, xây dựng nói chung thì sẽ có vùng phải chịu nén và vùng phải chịu kéo. Vậy thì bê tông cốt thép sẽ là vật liệu tuyệt vời. Vùng nào chịu nén thì bê tông chịu đựng, vùng nào chịu kéo căng ra thì cốt thép sẽ phát huy tác dụng.
Nhiều vị trí kết cấu chủ yếu chịu lực nén ví dụ như cột nhà, móng nhà,… Nhiều vị trí kết cẩu lại chịu cả lực kéo nữa. Thông thường thì một kết cấu có một phần chịu kéo và một phần chịu nén. Vậy khi người thiết kế kết cấu và người xây dựng sẽ biết chỗ nào của kết cấu bê tông chịu lực kéo thì cần gia cố thép bên trong, gia cố bao nhiêu tùy thuộc lực kéo yêu cầu. Chỗ nào chỉ lực nén thì chỉ cần ít thép mà thôi, khi đó thép mang tính chất là cấu tạo và dự phòng cho các tình huống khác như gió, động đất,…
Làm thế nào để có chất lượng bê tông cốt thép XD tốt?
– Vật tư đầu vào tốt: Xi măng tốt; cát và đá đúng tiêu chuẩn, sạch không nhiễm bẩn khi trộn;
– Cốt thép đúng tiêu chuẩn, số lượng đúng chủng loại, được gia công và đặt, buộc đúng vị trí như bản vẽ thiết kế.
– Trộn đúng tỷ lệ; lượng nước vừa đủ và nước phải sạch; quá trình trộn phải kỹ.
– Sau khi đổ bê tông phải bảo dưỡng bê tông đúng yêu cầu kĩ thuật.
Trong quá trình đổ bê tông, cần đúc mẫu bê tông để kiểm tra chất lượng mẻ bê tông đã dùng. Mẫu thường là hình lập phương 20*20*20cm; được bảo dưỡng, lưu trữ và đem đến phòng thí nghiệm nén khi đủ ngày để biết chất lượng bê tông, gián tiếp suy ra chất lượng bê tông đã sử dụng cho công trình. Mời quý gia chủ xem kỹ hơn tại bài viết Thí nghiệm bê tông.
Ghi chú: Nhiều đội thợ hay làm màu mè, cũng đúc mẫu bê tông nhưng đổ xong vài ba ngày sẽ lén mang đi mất. Điều này là sai, mẫu đúc xong phải do chủ nhà / người giám sát bảo quản và tự đem đi thí nghiệm, có ghi tên công trình, ngày đúc mẫu. Nếu để nhà thầu hoặc đơn vị cấp bê tông thí nghiệm thì kết quả họ nén thử và báo về liệu ta có tin tưởng được hay không?
Cấu kiện bê tông cốt thép sẽ bị phá hủy khi nào?
Sẽ bị phá hủy trong trường hợp hoặc là cốt thép chịu lực bên trong bị kéo căng quá sức chịu đựng, hoặc là phần bê tông chịu nén quá sức chịu đựng. Như vậy người kỹ sư kết cấu phải tính toán sao cho hai giới hạn phá hủy này sao cho cân bằng, tránh trường hợp thép đã bị phá hủy mà bê tông chịu nén vẫn còn quá dư sức chịu tải (và ngược lại, bê tông đã bị nén đến vỡ mà thép vẫn còn tốt) thì sẽ lãng phí. Ví dụ tính kết cấu một dầm / đà đã biết thông số kéo, thông số nén rồi thì sẽ bố trí bao nhiêu thép, phần bê tông kích thước ra sao để đủ sức chịu tải mà không bị dư quá gây lãng phí.
Một số câu hỏi và trả lời (Q&A)
Q&A1: Tại sao cột chịu nén, có chịu kéo căng đâu mà vẫn phải bố trí tối thiểu 4 thanh thép, câu trả lời là ngoài lực chịu nén cột là chủ yếu thì còn chịu nhiều lực nhỏ khác, đôi khi là các lực lớn khác xuất hiện đột xuất ví dụ như động đất, giông bão,… tạo ra các lực xô ngang, xoắn,.. nên khi đó các thanh thép này sẽ chịu các lực xô, lực cắt, lực xoắn như vậy.
Q&A2: Bê tông cốt đá hay sỏi tốt hơn: Thường ở một số địa phương miền Bắc cho rằng dùng sỏi đổ bê tông thì tốt hơn. Tuy nhiên phải là sỏi cuội đều nhau, không có các viên mềm, đá khác, rác lẫn vào. Vì khai thác tự nhiên tại các dòng suối nên làm sạch sỏi khá khó khăn. Đá dăm kích thước 1x2cm thường được khai thác và chế biến dây truyền thì khả năng đạt tiêu chuẩn cao (cường độ chịu lực của đá tốt), thì sẽ cho ra bê tông đều chất lượng hơn, nén thử mẫu vẫn đạt cường độ thiết kế. Và việc kiểm soát chất lượng bê tông dùng đá rõ ràng dễ hơn. Nên lời khuyên là chỉ nên dùng bê tông sỏi cuội cho các kết cấu ít quan trọng và phải sàng lọc kỹ tránh để chất bẩn sót lại.
Q&A3: Bê tông cốt thép dự ứng lực là gì?
Như trình bày trên, bê tông cốt thép có thể chịu lực tuyệt vời là nhờ độ cứng, độ chịu nén của bê tông và sức chịu kéo tốt của cốt thép. Chúng kết hợp với nhau, “hòa thuận với nhau” bởi cùng độ giãn nở vì nhiệt nên tạo thành “cặp đôi hoàn hảo”. Thế còn bê tông dự ứng lực là gì?
Bê tông dự ứng lực, hay còn gọi là bê tông căng trước (pre-stressed steel concrete) vẫn là bê tông cốt thép nhưng có sự thay đổi chút là cốt thép sử dụng loại thép cường lực, sức chịu kéo lớn hơn thép thông thường (có thể 4.000-5.000kg/cm2 so với 2.000-3.000 kg/cm2 thông thường) và trước khi đổ bê tông thì nó đã được kéo căng một chút trước (khái niệm “dự ứng lực” là vì vậy, được hiểu là tạo căng (tạm ứng một phần sức căng) trước khi kết cấu phải làm việc, thép phải chịu căng thực sự theo thiết kế tính toán).Với bê tông cốt thép thông thường thì chỉ khi nào có lực tác dụng thì cốt thép mới bắt đầu làm việc đúng chức năng chịu sức căng.Với bê tông cốt thép dự ứng lực thì nó luôn chịu căng trước một chút kể cả khi cấu kiện bê tông đó nằm im trên mặt đất. Ưu điểm: SX được trong nhà máy nên chất lượng đảm bảo, khi vận chuyển và lắp đặt thì kết cấu rất ít bị hư hỏng vì nó đã có tính chịu lực sẵn rồi. Tính chịu lực thường cao hơn bê tông cốt thép thường.Nhược điểm: Cần SX trong nhà máy, có thiết bị căng sợi thép, quy mô SX lớn mới kinh tế.Ứng dụng: Với xây dựng nhà ở gia đình thì gần như không ứng dụng gì nhiều bê tông dự ứng lực, trừ khi sử dụng cọc bê tông cốt thép gia cố móng có thể là loại cọc dự ứng lực. Loại kết cấu này ứng dụng trong SX cọc bê tông, cột điện bê tông, panel bê tông, các dầm cầu nhỏ, dầm xà trong nhà máy công nghiệp,…Có loại kết cấu bê tông lõi thép căng khác là loại bê tông khi đổ bê tông chỉ có một chút thép để chịu lực bản thân thôi, người ta để các ống khi đổ bê tông, sau khi bê tông cứng thì luồn dây cáp chịu lực qua ống đó, kéo căng rồi neo chặn đầu để thép chịu căng sẵn một chút. Tác dụng cũng là bê tông dự ứng lực nhưng việc căng sẵn một chút lực được thực hiện sau khi bê tông đã cứng. Loại này ứng dụng cho các kết cấu lớn như cầu bê tông, sân vân động, dầm xà nhịp lớn trong các không gian to lớn,…
Tổng kết:
Như vậy: Cấu kiện bê tông cốt thép chỉ tốt khi: Bê tông tốt + cốt thép tốt + đúng vị trí làm việc của bê tông và cốt thép + bảo dưỡng bê tông tốt.
Nhiều thép trong bê tông không chắc là tốt, mà quan trọng là đúng vị trí nào có lực kéo thì phải có đủ thép để thép chịu lực kéo này.
