Thử kéo thép là gì? Phương pháp đo Re, Rm và A5 theo TCVN 197

Thử kéo thép là phương pháp thử cơ tính tiêu chuẩn theo TCVN 197:2002, trong đó mẫu thép được kéo dãn với tốc độ kiểm soát đến khi đứt, ghi lại quan hệ lực-biến dạng để xác định ba chỉ tiêu: giới hạn chảy Re (MPa), độ bền kéo Rm (MPa) và độ giãn dài sau đứt A5 (%). Ba chỉ tiêu này là cơ sở phân loại mác thép theo TCVN 1651.

Tại sao phải thử kéo thép?

Kết cấu bê tông cốt thép chịu lực chủ yếu qua cơ chế: bê tông chịu nén, thép chịu kéo. Do đó, khả năng chịu kéo của thép — đặc biệt là giới hạn chảy Re — là thông số thiết kế quan trọng nhất. Nếu Re thực tế thấp hơn giá trị thiết kế, kết cấu có thể bị phá hoại trước khi đạt tải trọng tính toán. Thử kéo là cách duy nhất xác nhận Re thực tế của lô thép cụ thể.

Chuẩn bị mẫu thử

Mẫu thử được lấy từ thanh thép nguyên, cắt vuông góc với trục. Chiều dài đo ban đầu (gauge length) bằng 5 lần đường kính mẫu: L₀ = 5d (TCVN 197 quy định thử theo tỷ lệ 5:1). Ví dụ: mẫu D16 có L₀ = 5 × 16 = 80 mm. Chiều dài tổng của mẫu thường là L₀ + 2d để đảm bảo vị trí kẹp không ảnh hưởng đến vùng đo. Mẫu không được gia nhiệt, tạo hình nguội hoặc chỉnh sửa bề mặt tại vùng đo.

Thiết bị và quy trình thử

Máy thử kéo vạn năng (universal testing machine) kẹp hai đầu mẫu và áp lực kéo với tốc độ không đổi. Tốc độ kéo theo TCVN 197: giai đoạn đàn hồi không quá 30 MPa/s; giai đoạn sau giới hạn chảy không quá 0,08 mm/mm·min. Máy ghi tự động biểu đồ lực (F) — giãn dài (ΔL), từ đó tính ra ứng suất σ = F/A₀ và biến dạng ε = ΔL/L₀.

Giải thích ba chỉ tiêu chính

Re — Giới hạn chảy (Yield Strength)

Re là ứng suất tại điểm thép bắt đầu biến dạng dẻo (không hồi phục khi bỏ tải). Trên biểu đồ kéo, Re tương ứng điểm gãy khúc rõ ràng (upper yield point) hoặc điểm plateau biến dạng không tăng lực. Đây là thông số quyết định sức kháng uốn và sức kháng cắt của dầm, cột trong tính toán theo TCVN 5574:2018.

Giá trị Re tối thiểu theo mác: CB240T ≥ 240 MPa; CB300T ≥ 300 MPa; CB400V ≥ 400 MPa; CB500V ≥ 500 MPa.

Rm — Độ bền kéo (Tensile Strength / Ultimate Strength)

Rm là ứng suất lớn nhất thép chịu được trong suốt quá trình kéo (tương ứng tải trọng cực đại F_max). Sau khi đạt Rm, mẫu bắt đầu thắt cổ chai và tiết diện giảm nhanh đến khi đứt. Tỷ số Rm/Re (còn gọi là hệ số biến cứng) quan trọng để đánh giá khả năng dự trữ bền của thép — TCVN 1651-2 yêu cầu Rm/Re ≥ 1,15 đối với CB400V và CB500V.

A5 — Độ giãn dài sau đứt (Elongation at Fracture)

A5 = (L_u − L₀)/L₀ × 100%, trong đó L_u là chiều dài đo sau khi mẫu đứt (ghép hai nửa lại). Chỉ tiêu này phản ánh độ dẻo của thép — khả năng biến dạng lớn trước khi phá hoại, quan trọng để kết cấu có dấu hiệu cảnh báo (võng, nứt lớn) trước khi sụp đổ. Thép CB240T có A5 ≥ 25% (rất dẻo), CB500V chỉ cần A5 ≥ 10% (dẻo ít hơn).

Bảng yêu cầu cơ tính theo TCVN 1651

Đọc kết quả phiếu thử kéo

Phiếu thử nghiệm từ phòng LAS-XD ghi: mã mẫu, đường kính đo thực tế, diện tích tiết diện A₀, chiều dài L₀, lực chảy F_e (N), lực kéo tối đa F_m (N), chiều dài sau đứt L_u, và kết quả tính Re, Rm, A5. Cột “Yêu cầu” ghi giá trị giới hạn theo mác; cột “Kết quả” ghi giá trị đo được; cột “Đánh giá” ghi “Đạt” hoặc “Không đạt”. Cả 3 chỉ tiêu Re, Rm và A5 đều phải đạt đồng thời mới kết luận mẫu đạt.

Khi kết quả thử kéo không đạt

Nếu một chỉ tiêu không đạt, lấy thêm 2 mẫu bổ sung từ cùng lô để thử lại. Nếu cả 2 mẫu bổ sung đều đạt, kết luận lô đạt yêu cầu. Nếu bất kỳ mẫu nào trong 2 mẫu bổ sung không đạt, lô thép bị loại hoàn toàn. Đây là quy trình “thử lại” (retest) theo TCVN 1651.

Tham chiếu: TCVN 197:2002 — Kim loại — Phương pháp thử kéo ở nhiệt độ thường; TCVN 1651-1:2008; TCVN 1651-2:2008; TCVN 5574:2018.