Lý thuyết cơ bản về bê tông cốt thép sợi

Sợi thép trong bê tông chủ yếu hạn chế sự mở rộng của các vết nứt bê tông, do đó cường độ kéo, uốn và cắt của nó được cải thiện đáng kể so với bê tông thông thường. Khả năng chống va đập, chống mỏi, độ dẻo dai và độ bền sau nứt vỡ của nó cũng được cải thiện đáng kể. Nó có thể làm cho bê tông ban đầu là một vật liệu giòn thành một vật liệu composite với các đặc tính dẻo nhất định.

Ⅰ. Lý thuyết giãn cách sợi của bê tông cốt sợi thép

Lý thuyết giãn cách sợi, còn được gọi là lý thuyết chống nứt sợi, được đề xuất bởi J.P.Romualdi và J.B.Batson trong Năm 1963. Theo lý thuyết cơ học đứt gãy đàn hồi tuyến tính, lý thuyết giải thích tác dụng kìm hãm của sợi đối với sự xuất hiện và phát triển của các vết nứt. Người ta tin rằng để tăng cường độ chịu kéo của bê tông, một vật liệu giòn có khuyết tật bên trong, cần phải giảm kích thước khuyết tật bên trong càng nhiều càng tốt và cải thiện độ dẻo dai. Giảm cường độ ứng suất và sự tập trung ở đầu vết nứt. Do đó, các sợi thép được sử dụng để nối các vết nứt. Khi bị kéo căng, các sợi băng qua vết nứt sẽ truyền tải trọng lên bề mặt trên và dưới của vết nứt, để vật liệu tại vết nứt có thể tiếp tục chịu tải. Bằng cách này, sự tập trung ứng suất ở mép lỗ được giảm bớt do sự xuất hiện của các vết nứt. Với sự gia tăng số lượng sợi nứt cầu nối, khoảng cách giữa các sợi thép càng nhỏ, ứng suất tập trung ở đầu vết nứt càng lớn và trường ứng suất ngược trên đầu vết nứt càng lớn. Khi số lượng sợi tăng đến phân bố dày đặc trong các vết nứt, sự tập trung ứng suất sẽ biến mất, càng cho thấy tác dụng chống nứt của sợi, nghĩa là trong quá trình hình thành cấu trúc vật liệu composite và sự cố ứng suất, nó cải thiện hiệu quả vật liệu composite có khả năng chống nứt trước và sau khi ứng suất. Khả năng bắt đầu và giãn nở có thể đạt được mục đích tăng cường và làm cứng bê tông bằng sợi thép.

Ⅱ. Lý thuyết độ trễ cắt của truyền ứng suất mặt cắt trong bê tông cốt sợi thép

Trong bê tông sợi thép, cấu trúc ma trận xi măng xung quanh sợi thép khác với cấu trúc của chính nó nghĩa là có một lớp giao diện giữa sợi thép và ma trận. Hiệu suất của bê tông sợi thép chủ yếu phụ thuộc vào hiệu suất của nền bê tông, hàm lượng của sợi thép và các đặc tính của bề mặt phân cách giữa chúng. Giả thiết rằng bề mặt phân cách là một lớp mỏng với độ dày không đáng kể, nhưng có các tính chất cơ học nhất định. Khi một tải trọng được đặt lên bê tông sợi thép, tải trọng thường được đặt vào ma trận đàn hồi thấp trước tiên, và sau đó một phần của tải trọng được chuyển đến sợi có mô đun đàn hồi cao thông qua giao diện ma trận sợi, do đó sợi và ma trận chia sẻ tải để nâng cao trọng lượng của ổ trục.