Cường độ chịu nén của bê tông được xem là một chỉ tiêu quan trọng quyết định sự an toàn độ bền và tuổi thọ của công trình xây dựng. Cho nên, việc tìm hiểu về định nghĩa các yếu tố ảnh hưởng và cách tiêu chuẩn ứng dụng trong ngành xây dựng rất quan trọng đối với các kỹ sư nhà thầu hay bất kỳ ai quan tâm đến chất lượng của vật liệu xây dựng này. Hãy cùng với MRA tìm hiểu toàn diện và chuyên sâu về thuật ngữ này nhé.
Nội dung chính
- 1 Cường độ chịu nén của bê tông là gì?
- 2 Vì sao cường độ chịu nén – chỉ tiêu quan trọng nhất của bê tông?
- 3 Có bao nhiêu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông?
- 4 Các phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông
- 5 Đánh giá 2 tiêu chuẩn và cấp độ bê tông tại Việt Nam
- 6 Các ứng dụng phổ biến của cường độ nén bê tông trong xây dựng
Cường độ chịu nén của bê tông là gì?
Trong ngành xây dựng bê tông được xem như là loại vật liệu xây dựng quan trọng của mọi công trình từ các ngôi nhà nhỏ bé cho đến những cây cầu vượt biển khổng lồ tòa nhà chọc trời hay các đập thủy điện.
Cường độ chịu nén của bê tông là thuật ngữ diễn tả sức mạnh của bê tông hay khả năng chịu kéo uốn và chống lại các lực nén. Cường độ chịu nén (compressive strength) của bê tông là khả năng chống lại các lực nén tác động mà không bị phá vỡ đặc biệt là áp lực từ trên xuống dưới.
Chúng ta có thể xác định cường độ chịu nén của bê tông bằng cách né một mẫu bê tông hình trụ hoặc lập phương có kích thước tiêu chuẩn cho đến khi nó bị phá hủy hoàn toàn để đo được tải trọng tối đa mà mẫu vật chịu được chia cho diện tích mặt cắt của nó.
Các đơn vị đo cường độ chịu nén phổ biến là:
- MPa (MegaPascal), hay N/mm² (Newton trên milimet vuông).
- kgf/cm² (kilogram lực trên centimet vuông).
Mối liên hệ giữa hai đơn vị này là: 1 MPa ≈ 10.2 kgf/cm².
Vì sao cường độ chịu nén – chỉ tiêu quan trọng nhất của bê tông?
Thuật ngữ diễn tả khả năng chịu kéo uốn và chống lại các lực nén của bê tông là cường độ chịu nén đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong các công trình xây dựng hơn thế nữa chỉ tiêu quan trọng của bê tông này được đánh giá cao vì:
Đảm bảo an toàn cho kết cấu
Bởi vì hầu hết các bộ phận chịu lực chính trong công trình như cột, dầm, móng đều chịu tải trọng nén cao. Cho nên cường độ chịu nén càng cao sẽ đảm bảo kết cấu càng vững chắc để chống lại các trọng lực và tác động bên ngoài, đặc biệt là tránh nguy cơ sụp đổ của các siêu công trình.
Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng
Cường độ chịu nén của bê tông là tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng của mẻ bê tông được sản xuất chúng ta có thể kiểm tra cường độ tại các công trường. Để nhà thầu và các nhà đầu tư biết được bê tông có đáp ứng đủ các yêu cầu thiết kế hay không.
Đảm bảo độ bền và tuổi thọ của công trình
Nếu bê tông có cường độ chịu nám cao sẽ có cấu trúc đặc chắc và lỗ rỗng ít hơn. Cho nên nếu bê tông ít bị thấm nước và cách tác nhân gây hại từ môi trường sẽ làm tăng tuổi thọ và độ bền của công trình theo thời gian sử dụng.
👉 “Bạn có thể tham khảo thêm Móng cọc bê tông là gì? Quy trình thi công móng cọc
Có bao nhiêu yếu tố ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông?
Cường độ chịu nén của bê tông không phải là một con số cố định mà nó còn phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như nguyên vật liệu đầu vào, quy trình thi công. Cho nên các nhà sản xuất nên nắm vững những yếu tố sau đây để cho những sản phẩm bê tông có chất lượng cao nhất.
Tỷ lệ nước/ xi măng (water to cement ratio)
Có 2 yếu tố ảnh hưởng sâu sắc đến cường độ chịu nén của bê tông:
- Tỷ lệ nước/xi măng: mối quan hệ này ảnh hưởng đến cường độ chịu nén tỉ lệ nghịch với tỷ lệ nước/xi măng. Tỷ lệ này càng thấp thì cường độ bê tông càng cao.
- Lượng nước trong bê tông: Nước là một thành phần không thể thiếu để xi măng tạo ra phản ứng thủy hóa. Chỉ một lượng nước nhất định là đủ cho phản ứng này tạo ra các liên kết bền vững. Vì vậy lượng nước dư thừa sẽ tạo ra các lỗ rỗng mao dẫn trong khối bê tông sau khi khô. Điều này làm cho cường độ chịu nén của bê tông giảm đi đồng nghĩa với việc giảm độ đặc chắc tiêu chuẩn.
Chất lượng cốt liệu (aggregate quality)
Các cốt liệu như đá, sỏi, cát chiếm hơn 70% thể tích của bê tông có vai trò là một ‘khung xương’ chịu lực. Chúng ảnh hưởng đến cường độ chịu nén của bê tông rất nhiều.
- Độ cứng và độ bền do cốt liệu phải đủ cứng và bền. Nếu Quốc liệu có độ cứng thấp hơn xi măng đã đông cứng thì bê tông sẽ bị phá hủy hoàn toàn khi chịu nén.
- Độ sạch: nghĩa là các cốt liệu không chứa các tạp chất hữu cơ, đất sét hoặc bùn. Bởi vì các tạp chất này sẽ cản trở quá trình thủy hóa của xi măng làm các liên kết giữa xi măng và cốt liệu yếu đi.
- Kích cỡ hạt hợp lý: sự phân bố của cốt liệu có các kích thước hạt hợp lý hay còn gọi là cấp phối tốt sẽ giảm thiểu khoảng trống giữa các hạt. Điều này làm giảm lượng xi măng và nước cần dùng sẽ nâng cao cường độ chịu nén của bê tông.
Điều kiện bảo dưỡng (curing)
Bảo dưỡng là một quá trình giữ ẩm và duy trì nhiệt độ thích hợp trong giai đoạn đầu sau khi đổ bê tông. Quá trình thủy hóa của xi măng diễn ra chậm và cần một lượng nước nhất định để phản ứng.
Cho nên tầm quan trọng của việc bảo dưỡng bê tông đúng cách như là tưới nước thường xuyên phủ bạc chống ẩm sẽ làm cho quá trình này diễn ra liên tục và hoàn toàn. Điều này đảm bảo bê tông đạt được cường độ thiết kế.
Nếu không được bảo dưỡng đúng cách thì bê tông sẽ bị khô quá nhanh. Quá trình thủy hóa sẽ dừng lại không phát triển được cường độ. Hậu quả là bề mặt bê tông bị nứt nẻ dễ bong tróc và suy giảm độ bền đáng kể.
Chủng loại và chất lượng xi măng
Trong xây dựng đặc biệt là sản xuất bê tông thì xi măng là một “chất kết dính” quan trọng.
- Chủng loại: mỗi loại xi măng khác nhau sẽ có thành phần và tốc độ phát triển cường độ khác nhau. Cho nên chúng ta cần lựa chọn loại xi măng phù hợp với mục đích sử dụng (cần cường độ sớm hay cường độ muộn).
- Chất lượng: xi măng có chất lượng ổn định không bị vón cục hay hết hạn sử dụng sẽ đảm bảo bê tông thành phẩm có khả năng đạt cường độ cao.
Độ dầm chặt
Độ dằm càng chặt càng loại bỏ nhiều bọt khí và làm cho bê tông trở nên đặc chắc hơn. Cơ chế hoạt động trong quá trình bê tông được trộn và đổ sẽ có một lượng lớn không khí bị kẹt lại.
Nếu những bọt khí này được loại bỏ sẽ không tạo ra các lỗ rỗng làm tăng diện tích chịu lực và cường độ đáng kể. Nhằm tránh hậu quả bê tông bị rỗ không đồng nhất do đầm không kỹ sẽ có cường độ thấp hơn so với thiết kế thì các kỹ sư nên chú ý đến quá trình đầm chặt này.
👉 “Bạn có thể tham khảo thêm Độ sụt bê tông là gì? Kiểm tra độ sụt của bê tông
Các phương pháp xác định cường độ chịu nén của bê tông
Chúng ta không thể ước tính được cường độ chịu nén của bê tông mà phải xác định bằng nhiều phương pháp thí nghiệm theo tiêu chuẩn.
Thí nghiệm phá hủy (thực hiện tại phòng thí nghiệm)
Đây là phương pháp xác định cường độ nén của bê tông chính xác và phổ biến nhất.
Bước 1: Lấy mẫu tại công trường từ các mẻ bê tông tươi và đổ vào các khung chuẩn có hình khối lập phương (150×150×150mm) hoặc hình trụ (150×300mm). Mẫu bê tông sẽ được bảo dưỡng trong điều kiện tiêu chuẩn về nhiệt độ và độ ẩm quy định.
Bước 2: mẫu bê tông sẽ được thí nghiệm sau 7, 14 và đặc biệt là 28 ngày. Thời gian thí nghiệm của cường độ bê tông ở tuổi 28 ngày được coi là cường độ thiết kế của bê tông.
Bước 3: Mẫu vật sẽ được đặt vào máy nén tải trọng được gia tăng từ từ cho đến khi mẫu bị phá hủy. Người ta sẽ ghi nhận lại lực nén tối đa và cường độ được tính theo công thức σ = P/A, với P là tải trọng phá hủy và A là diện tích bề mặt chịu nén của mẫu.
Thí nghiệm không phá hủy (non destructive testing – NDT)
Phương pháp xác định cường độ nén của bê tông này được sử dụng để kiểm tra cường độ bê tông tại chỗ mà không làm hỏng kết cấu. Các kỹ sư sẽ sử dụng hai dụng cụ chính đó là:
- Súng bật nẩy Schmidt (Schmidt rebound hammer) được sử dụng để đo độ cứng của bề mặt. Nếu lực nảy càng lớn thì cường độ bê tông càng cao. Đây là phương pháp nhanh đơn giản nhưng kết quả chỉ mang tính ước lượng.
- Siêu âm (ultrasonic pulse velocity) được sử dụng để đo tốc độ lan truyền của sóng siêu âm trong bê tông. Nếu khối bê tông càng đậm tốc độ truyền sóng càng nhanh và cường độ cao.
→ Trên thực tế người ta sử dụng phương pháp sóng siêu âm cho kết quả chính xác hơn búa bật nảy.
Đánh giá 2 tiêu chuẩn và cấp độ bê tông tại Việt Nam
Nhằm mục đích đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng bê tông được phân loại theo những tiêu chuẩn cụ thể như là:
Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN – Mác bê tông (M)
Trước đây người ta sử dụng tiêu chuẩn mác bê tông (M) làm cường độ chịu nám trung bình của các mẫu bê tông chuẩn sau 28 ngày. Trong thực tế thì hệ tiêu chuẩn này đã được sử dụng rất rộng rãi và vẫn còn phổ biến cho đến nay.
Ví dụ:
Bê tông M200: Có cường độ chịu nén trung bình là 200 kgf/cm².
Bê tông M300: Có cường độ chịu nén trung bình là 300 kgf/cm².
Bê tông M400: Có cường độ chịu nén trung bình là 400 kgf/cm².
Bê tông M500: Có cường độ chịu nén trung bình là 500 kgf/cm².
Tiêu chuẩn quốc tế (TCVN, ASTM, Eurocode) – cấp độ bền bê tông
Để phù hợp với các thông lệ quốc tế ngày nay Việt Nam đã sử dụng hệ tiêu chuẩn mới dựa trên cấp độ bền bê tông (class). Hệ thống cung cấp một cái nhìn chính xác là chặt chẽ hơn về chất lượng của bê tông đảm bảo tính đồng nhất trên toàn cầu.
Cấp độ bền này dựa trên cường độ chịu nén đặc trưng của 95% số mẫu thử đạt được chứ không phải là cường độ trung bình. Cấp độ bền bê tông ký hiệu là C/C hoặc B.
Ví dụ: C25/30 được giải thích là:
C (concrete) có nghĩa là bê tông
25: cường độ chịu nén đặc trưng của mẫu trụ (trong MPa)
30: cường độ chịu nén của mẫu lập phương (trong MPa)
Các ứng dụng phổ biến của cường độ nén bê tông trong xây dựng
Các kỹ sư dựa vào các thiết kế kết cấu sử dụng cường độ nén của bê tông để tính toán kích thước tiết diện của các bộ phận chịu lực như cột, dầm và móng. Bê tông có cường độ cao cho phép giảm kích thước kết cấu và tối ưu hóa không gian sử dụng, tiết kiệm được vật liệu.
Cường độ chịu nén bê tông là tiêu chuẩn để kiểm tra và nghiệm thu vật liệu tại công trình. Các chủ đầu tư có thể kiểm soát chất lượng bằng việc thí nghiệm mẫu bê tông 28 ngày giúp xác nhận rằng nhà thầu đã sử dụng đúng loại bê tông theo yêu cầu của hồ sơ thiết kế.
Dựa vào cường độ chịu nén mà các kỹ sư có thể đánh giá được các công trình cũ đề kiểm tra cường độ chịu nén giúp đánh giá chất lượng hiện tại của bê tông để đưa ra những quyết định về việc gia cố, sửa chữa.
Như vậy, cường độ chịu nén của bê tông không chỉ là một thông số kỹ thuật mà còn là chỉ số quyết định sự an toàn và bền vững của mọi công trình xây dựng. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và kiểm tra chất lượng chặt chẽ là chìa khóa vàng để tạo ra những công trình vững chắc an toàn và trường tồn với thời gian.
