Tại sao bê tông là vật liệu đàn hồi dẻo?

Khái quát về bê tông

Bê tông là vật liệu được tạo ra bằng cách đổ khuôn và làm rắn hỗn hợp các loại cốt liệu, chất kết dính, phụ gia phù hợp.

Các loại hỗn hợp ngay sau khi được trộn gọi là hỗn hợp bê tông tươi. Các cốt liệu (sỏi, cát hay đá dăm) thường đóng vai trò chịu lực chính bên trong kết cấu bê tông. Các chất kết dính nước bao bọc xung quanh lớp cốt gọi được gọi là hồ, đóng vai trò liên kết, bôi trơn, lấp đầy các khoảng trống, tránh tạo ra tình trạng lỗ rỗng bê tông. Bê tông có thành phần cốt thép được gọi là bê tông cốt thép. Các chất kết dính phổ biến bao gồm vôi, xi măng... Xi măng thường chiếm từ 80 tới 85% thành phần cốt liệu bê tông và chiếm từ 8 tới 15% khối lượng. 

Khái niệm mô đun đàn hồi

Mô đun đàn hồi là tính chất cơ học phổ biến của các loại vật liệu rắn đàn hồi tuyến tính. Mô đun đàn hồi đo lực cần để nén hoặc kéo dãn vật liệu trên một đơn vị diện tích nhất định. Có thể hiểu, khi chịu tác động từ một loại ngoại lực như nén hoặc kéo, vật liệu sẽ biến dạng theo lực này, mô đun đàn hồi được đo bằng mức độ biến dạng này. Trường hợp độ biến dạng nhỏ, độ biến dạng tỷ lệ thuận với ứng suất tác động và tạo ra hệ số gọi là mô đun đàn hồi. Mô dun đàn hồi của vật liệu được tính bằng độ dốc của đường cong ứng suất bị biến dạng trong diện tích biến dạng đàn hồi.

Tương tự như các vật liệu đàn hồi khác, bê tông cũng có mô đun đàn hồi nhất định. Nếu lực tác động quá lớn vượt quá giới hạn đàn hồi, bê tông sẽ mất khả năng đàn hồi và rơi vào trạng thái biến dạng.

Phân loại mô đun đàn hồi

Các loại mô đun đàn hồi chính bao gồm:

• Mô đun Young (E): đây là loại mô đun mô tả khả năng đàn hồi ở dạng kéo hoặc biến dạng của vật thể ở hướng dọc trong trường hợp lực kéo đặt ở hướng dọc. Có thể nói, mô đun Young thể hiện độ cứng của các loại vật liệu rắn - tính chất quan trọng hàng đầu của các vật liệu rắn. Mô đun Young càng cao càng thể hiệnd dộ cứng của vật liệu. Các loại vật liệu kim loại thường có biên độ mô đun Young khá cao nằm trong khoảng 45 magie đến 407 vonfram. Thông thường, mô đun Young thường được gọi tắt bằng tên mô đun đàn hồi.
• Mô đun cắt (G): đây là loại mô đun mô tả trong trường hợp vật thể chịu tác động từ lực ngược hướng và bị cắt. Mô đun cắt G là một trong những yếu tố thể hiện tính dẻo của vật liệu.
• Mô đun khối (K): đây là loại mô đun mô tả trong trường hợp vật thể bị biến dạng hoặc thể tích vật thể bị biến dạng khi chịu tác động từ áp lực.

Bên cạnh đó, còn có một số loại mô đun khác đặc biệt như hệ số Poisson(µ), mô đun sóng P hay các thông số ban đầu của Lamé.

Mô đun đàn hồi của bê tông

Mô đun đàn hồi của bê tông thể hiện khả năng chịu kéo, chịu nén, chịu tải của bê tông dưới các tác động từ áp suất cũng như tải trọng của vật liệu xây dựng. Công thức tính mô đun đàn hồi bê tông nặng Eb thể hiện độ biến dạng đàn hồi của bê tông xét theo tiêu chuẩn TCVN 356 - 2005.

Tính đàn hồi của bê tông được xác định qua các thí nghiệm mẫu khác nhau, thể hiện khả năng chống nén hoặc chống kéo. Tuy nhiên, đối với các vật liệu bê tông không có thành phần cốt thép có độ bền kéo không ổn định. Mô đun đàn hồi ảnh hưởng mạnh mẽ đến chất lượng của vật liệu thô. 

Dưới đây là bảng mô đun đàn hồi của một số loại bê tông phổ biến:

Các yếu tố ảnh hưởng đến mô đun đàn hồi của bê tông

Mô đun đàn hồi chính là một trong những đặc tính thể hiện độ cứng của bê tông. Mô đun đàn hồi càng lớn thì độ cứng càng lớn và càng ít khả năng bị biến dạng. Các kết cấu dầm sử dụng đối với bê tông chất lượng cao và bê tông cường độ cao thường giảm được tình trạng võng. Mô đun đàn hồi của bê tông thường thấp hơn bê tông cường độ cao. Thành phần vật liệu và tỷ lệ vật liệu ảnh hưởng tới tới mô đun đàn hồi của bê tông. 

Lỗ rỗng bên trong cốt liệu ảnh hưởng đến sự rắn chắc của cốt liệu, qua đó ảnh hưởng gián tiếp tới mô đun đàn hồi. Cốt liệu càng rắn chắc, ít lỗ rỗng thì mô đun đàn hồi càng cao. Các yếu tố khác ảnh hưởng tới mô đun đàn hồi của bê tông bao gồm: hình dạng cốt liệu, kích thước hạt cốt liệu, cấp phối hạt cốt liệu và cấu trúc bề mặt.

Các biến dạng tự do như nở, co ngót của bê tông là một trong những tình trạng cần chú ý đối với người thi công, xây dựng. Việc kiểm tra, kiểm soát thường xuyên công trình đòi hỏi người thi công phải nắm rõ tình trạng các biến dạng xảy ra. Một công trình có độ bền cao đòi hỏi nắm rõ được các biến dạng tự do và tác động của chúng tới tổng thể công trình.

Ưu điểm khi sử dụng bê tông có tính đàn hồi cao

• Có khả năng chịu tải trọng lớn
• Có khả năng chịu va đập, chống bong tróc tốt, tạo ra sản phẩm bê tông tuổi thọ lâu dài và chất lượng cao.
• Có độ chịu nén cao: tính đàn hồi cao cho phép bê tông chịu lực nén cho tới khi biến dạng và quay trở lại hình dạng ban đầu sau khi lực tác động biến mất.
• Dễ thi công: các vật liệu bê tông có tính đàn hồi cao cần thời gian đông cứng ngắn, tự san phẳng tốt.
• Các loại bê tông đàn hồi được ứng dụng rộng rãi trong việc sửa chữa các vết bong tróc, vết nứt trên bề mặt bê tông. 

Hy vọng những thông tin trên đây sẽ giúp quý khách hàng có thêm kiến thức bổ ích và trả lời được câu hỏi tại sao bê tông là vật liệu đàn hồi dẻo.