Vật liệu Bê Tông Cốt Thép (BTCT, reinforced concrete)

Bê tông cốt thép (BTCT, reinforced concrete) là một loại vật liệu hỗn hợp, kết hợp giữa bê tông và thép, trong đó bê tông và thép cùng tham gia chịu lực.

Trên thực tế bê tông là loại vật liệu có cường độ chịu kéo thấp (chỉ bằng từ 1/20 đến 1/10 cường độ chịu nén của bê tông), do đó hạn chế khả năng sử dụng và gây nên nhiều lãng phí.

(Ảnh bên: Cốt thép bố trí trước khi đổ bê tông)

Đặc điểm này đã được khắc phục bằng cách thêm vào trong bê tông những thanh cốt, thường làm từ thép, có cường độ chịu kéo cao hơn nhiều so với bê tông. Cốt, do đó thường được đặt tại những vùng chịu kéo của cấu kiện. Ngày nay cốt có thể được làm từ những loại vật liệu khác ngoài thép như polyme, sợi thủy tinh, hay các vật liệu composite khác... Kết cấu xây dựng bằng cách sử dụng bê tông kết hợp với cốt liệu khác được gọi chung là kết cấu bê tông có cốt.

Kết cấu bê tông cốt thép, với cốt là các thanh thép, là loại kết cấu bê tông có cốt lâu đời và được sử dụng rộng rãi nhất trong xây dựng với đặc điểm độc đáo là biến dạng do nhiệt độ của hai loại vật liệu bê tông và cốt thép là tương đương với nhau.

BTCT là loại vật liệu xây dựng được sử dụng rộng rãi trong xây dựng dân dụng và xây dựng công trình giao thông. Trong hầu hết các công trình hiện nay, kết cấu BTCT đóng vai trò là kết cấu chịu lực chính cho cả công trình.

(Ảnh bên: một sàn BTCT được đổ bằng bê tông tươi)

Đặc điểm

Trong các điều kiện thông thường, sự kết hợp giữa bê tông và cốt thép mang lại hiệu quả tốt nhờ vào những đặc điểm sau:

• Lực dính bám giữa bê tông và cốt thép: lực này hình thành trong quá trình đông cứng của bê tông và giúp cốt thép không bị tuột khỏi bê tông trong quá trình chịu lực.
• Giữa bê tông và thép không có phản ứng hóa học làm ảnh hưởng đến từng loại vật liệu, ngoài ra do cốt thép đặt bên trong bê tông nên còn được bê tông bảo vệ khỏi ăn mòn do tác động môi trường.
• Bê tông và thép có hệ số giãn nở nhiệt xấp xỉ nhau: 1,0×10−5∼1,5×10−5 với bê tông và 1,2×10−5 với thép. Do đó phạm vi biến đổi nhiệt độ thông thường (dưới 100°C) không làm ảnh hưởng tới sự kết hợp bên trong giữa bê tông và cốt thép.
• Do bê tông có khả năng chịu nén tốt và cốt thép được đưa vào trong bê tông để khắc phục khả năng chịu kéo kém của bê tông nên về cơ bản trong cấu kiện bê tông cốt thép thì cốt thép sẽ chịu ứng suất kéo còn bê tông chịu ứng suất nén.

Ưu điểm

Kết cấu bê tông cốt thép (cũng như kết cấu bê tông) được sử dụng rộng rãi nhờ những ưu điểm sau:

• Giá thành thấp: bê tông được chế tạo chủ yếu từ các vật liệu sẵn có như đá, sỏi, cát... Các vật liệu khác như xi măng, thép đắt tiền hơn nhưng chỉ chiếm tỷ trọng khoảng 1/6 đến 1/5 tổng khối lượng.
• Khả năng chịu lực lớn: khả năng chịu lực của bê tông cốt thép lớn hơn rất nhiều so với các dạng vật liệu khác như gạch, đá, gỗ... Hơn nữa, khác với các loại vật liệu xây dựng có nguồn gốc tự nhiên, bê tông cốt thép là vật liệu nhân tạo nên thông qua việc chế tạo có thể lựa chọn các tính năng mong muốn.
• Độ bền cao: bê tông là một loại đá do đó có khả năng chịu ăn mòn, xâm thực từ môi trường cao hơn các vật liệu như thép, gỗ... Chi phí bảo dưỡng do đó cũng thấp hơn.
• Khả năng tạo hình khối dễ dàng: trước khi đông cứng thì bê tông ở dạng hỗn hợp lỏng và dẻo nên có khả năng tạo các hình khối phù hợp yêu cầu kiến trúc nhờ vào hệ thống ván khuôn.
• Khả năng chống cháy tốt: trong ngưỡng dưới 400 °C thì cường độ của bê tông không bị suy giảm đáng kể, hệ số dẫn nhiệt của bê tông cũng thấp nên giúp bảo vệ cốt thép ở nhiệt độ cao.
• Khả năng hấp thụ năng lượng tốt: các kết cấu làm bằng bê tông cốt thép thường có khối lượng lớn nên có khả năng hấp thụ lực xung kích tốt.

Nhược điểm

• Nặng nề: các kết cấu xây dựng làm từ bê tông cốt thép thường có nhịp tương đối nhỏ, chi phí xây dựng nền móng cao. Nhược điểm này hiện được khắc phục đáng kể bằng việc sử dụng kết cấu bê tông dự ứng lực hoặc kết cấu bê tông cường độ cao kết hợp với các giải pháp xây dựng hợp lý.
• Thời gian thi công lâu: bê tông cần thời gian để đông cứng, trong thời gian này chất lượng bê tông chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết, môi trường... Nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách sử dụng bê tông đúc sẵn lắp ghép hoặc bán lắp ghép.
• Khả năng tái sử dụng thấp: việc tháo dỡ, vận chuyển và tái sử dụng bê tông sau khi sử dụng rất tốn kém và tiêu hao nhiều công sức.
• Chi phí cho hệ thống ván khuôn.

Fudozon tổng hợp