Bảo dưỡng bê tông - việc quan trọng sau khi đổ bê tông

Thời Gian Ninh Kết Bê Tông và Các Yếu Tố Liên Quan

Thời gian ninh kết của bê tông là một giai đoạn cực kỳ quan trọng, đánh dấu sự chuyển đổi từ trạng thái dẻo sang trạng thái rắn. Việc hiểu rõ và kiểm soát giai đoạn này là chìa khóa để đảm bảo chất lượng và độ bền của kết cấu bê tông.

1. Khái Niệm và Các Giai Đoạn Ninh Kết

• Ninh kết ban đầu (Initial Setting Time): Là thời điểm mà hỗn hợp bê tông bắt đầu mất đi tính dẻo và linh động đáng kể, không còn dễ dàng định hình được nữa. Tại thời điểm này, các tinh thể hidrat hóa đầu tiên đã hình thành đủ để tạo nên một bộ khung cấu trúc ban đầu, tuy nhiên vẫn còn rất yếu. Sau thời điểm này, mọi tác động mạnh (như rung động, di chuyển vật liệu lên trên, hoặc làm mặt) đều có thể phá vỡ cấu trúc vừa hình thành, gây ảnh hưởng tiêu cực đến cường độ và độ bền sau này.
• Ninh kết cuối cùng (Final Setting Time): Là thời điểm mà hỗn hợp bê tông đã đông cứng hoàn toàn, không còn khả năng tạo hình và bắt đầu quá trình phát triển cường độ đáng kể. Bê tông đã đạt được một cường độ nhất định để có thể chịu được các tải trọng nhẹ ban đầu và có thể tiến hành các công tác tháo ván khuôn, cốp pha không chịu lực.

2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Thời Gian Ninh Kết

Thời gian ninh kết của bê tông chịu tác động tổng hợp của nhiều yếu tố:

• Loại và thành phần hóa học của xi măng:
  • Hàm lượng C3A (Tricalcium Aluminate): C3A là thành phần thủy hóa nhanh nhất trong xi măng, đóng vai trò chính trong quá trình ninh kết ban đầu. Xi măng có hàm lượng C3A cao thường có thời gian ninh kết nhanh hơn.
  • Hàm lượng thạch cao (CaSO4.2H2O): Thạch cao được thêm vào xi măng để điều chỉnh thời gian ninh kết. Nó phản ứng với C3A tạo thành etringit, một chất làm chậm quá trình thủy hóa của C3A, giúp kéo dài thời gian ninh kết, ngăn ngừa hiện tượng ninh kết giả (flash set). Lượng thạch cao không đủ có thể gây ninh kết quá nhanh, khó thi công.
  • Độ mịn của xi măng: Xi măng càng mịn, diện tích bề mặt tiếp xúc với nước càng lớn, quá trình thủy hóa diễn ra càng nhanh và thời gian ninh kết càng rút ngắn.
• Tỷ lệ nước/xi măng (W/C ratio):
  • Tỷ lệ W/C càng cao, nồng độ các ion trong dung dịch nước xi măng càng loãng, làm chậm quá trình thủy hóa và kéo dài thời gian ninh kết.
  • Tỷ lệ W/C thấp hơn sẽ đẩy nhanh quá trình ninh kết do các hạt xi măng gần nhau hơn và nồng độ ion cao hơn.

• Nhiệt độ môi trường và nhiệt độ bê tông:
  • Nhiệt độ cao: Tăng cường động năng của các phân tử, đẩy nhanh tốc độ phản ứng thủy hóa và làm rút ngắn thời gian ninh kết. Trong môi trường nắng nóng, bê tông có thể ninh kết rất nhanh, gây khó khăn cho việc thi công và hoàn thiện.
  • Nhiệt độ thấp: Giảm tốc độ phản ứng thủy hóa, kéo dài đáng kể thời gian ninh kết. Điều này có thể thuận lợi cho việc vận chuyển hoặc thi công trong điều kiện khó khăn, nhưng cũng có thể làm chậm tiến độ và yêu cầu thời gian bảo dưỡng dài hơn.
• Phụ gia bê tông:
  • Phụ gia đông kết nhanh (Accelerators): Các chất như CaCl2, NaNO3, triethanolamine làm tăng tốc độ thủy hóa xi măng, rút ngắn thời gian ninh kết. Thường dùng trong thi công mùa lạnh, yêu cầu tháo khuôn sớm.
  • Phụ gia đông kết chậm (Retarders): Các chất như axit lignosulfonic, axit hydroxycarboxylic, đường làm chậm tốc độ thủy hóa xi măng, kéo dài thời gian ninh kết. Thường dùng khi vận chuyển bê tông đi xa, thi công trong thời tiết nóng hoặc cần thời gian để hoàn thiện bề mặt lớn.
  • Phụ gia siêu dẻo (Superplasticizers): Mặc dù chủ yếu ảnh hưởng đến độ sụt, nhưng một số loại phụ gia siêu dẻo có thể có tác động nhỏ đến thời gian ninh kết.
• Thành phần cấp phối khác:
  • Vật liệu có tính pozzolan (tro bay, xỉ lò cao silica fume): Các vật liệu này thường có tính chất phụ gia chậm đông kết do phản ứng thủy hóa thứ cấp của chúng diễn ra chậm hơn xi măng. Khi thay thế một phần xi măng bằng các vật liệu này, thời gian ninh kết của hỗn hợp có thể bị kéo dài.
  • Chất lượng cốt liệu: Bề mặt cốt liệu bẩn, lẫn tạp chất hữu cơ có thể ảnh hưởng đến quá trình thủy hóa xi măng và kéo dài thời gian ninh kết.

Lý Do Gây Nứt Bê Tông Trong Giai Đoạn Ninh Kết

Nứt bê tông trong giai đoạn ninh kết là hiện tượng phổ biến và thường do các yếu tố liên quan đến sự mất nước và co ngót, đặc biệt là trong vài giờ đầu sau khi đổ.

1. Nứt do co ngót dẻo (Plastic Shrinkage Cracking)

Đây là loại nứt phổ biến nhất và nguy hiểm nhất trong giai đoạn bê tông còn dẻo. Nó xảy ra khi tốc độ bay hơi nước từ bề mặt bê tông nhanh hơn tốc độ nước mao dẫn di chuyển lên bề mặt để bù đắp.

• Cơ chế: Khi nước bay hơi nhanh, bề mặt bê tông bị khô và co lại. Do bên dưới bê tông vẫn còn ướt và chưa co ngót, một ứng suất kéo phát sinh trên bề mặt. Khi ứng suất kéo này vượt quá cường độ kéo còn rất yếu của bê tông dẻo, các vết nứt sẽ hình thành.
• Đặc điểm: Các vết nứt thường nông, không xuyên suốt hết chiều dày tấm bê tông, có chiều rộng từ vài mm đến 1-2 cm, và có thể xuất hiện theo dạng mạng lưới hoặc song song với nhau.
• Các yếu tố gây ra:
  • Gió lớn: Gió làm tăng tốc độ bay hơi nước từ bề mặt.
  • Nhiệt độ môi trường cao: Tăng cường tốc độ bay hơi.
  • Độ ẩm không khí thấp: Không khí khô làm tăng cường bay hơi.
  • Nhiệt độ bê tông cao: Khi bê tông mới trộn có nhiệt độ cao, nó sẽ giải phóng nhiệt độ ra môi trường nhanh hơn.
  • Tỷ lệ nước/xi măng cao: Bê tông có nhiều nước tự do hơn sẽ dễ bay hơi hơn.
  • Thiếu bảo dưỡng kịp thời: Không có biện pháp ngăn chặn sự bay hơi nước.
  • Bề mặt bê tông rộng, mỏng: Diện tích bề mặt lớn tiếp xúc với không khí.

2. Nứt do lún dẻo (Plastic Settlement Cracking)

Xảy ra khi các hạt cốt liệu và xi măng chìm xuống do trọng lực trong hỗn hợp bê tông dẻo, gây ra sự lắng đọng và tách nước. Nếu có các chướng ngại vật trong đường lắng (ví dụ: cốt thép, đầu cột, dầm lớn), bê tông phía trên chướng ngại vật sẽ bị giữ lại, trong khi phần còn lại tiếp tục lắng xuống, tạo ra một ứng suất kéo và gây nứt.

• Cơ chế: Nước nhẹ hơn và có xu hướng nổi lên bề mặt (hiện tượng phân tầng nhẹ), trong khi các hạt rắn chìm xuống. Khi quá trình lắng đọng bị cản trở bởi cốt thép hoặc các cấu kiện khác, một khoảng trống hoặc vùng ứng suất kéo hình thành phía trên vật cản.
• Đặc điểm: Các vết nứt thường xuất hiện ngay phía trên các thanh cốt thép hoặc các vật cản lớn, có hình dạng tương ứng với vị trí của vật cản. Chúng có thể sâu hơn nứt co ngót dẻo.
• Các yếu tố gây ra:
  • Độ sụt bê tông cao: Bê tông quá lỏng, dễ phân tầng.
  • Lượng nước trong cấp phối quá nhiều.
  • Lượng cốt liệu mịn không đủ: Không đủ để giữ nước và các hạt xi măng lơ lửng.
  • Mật độ cốt thép dày đặc: Tạo ra nhiều chướng ngại vật cho sự lắng đọng.
  • Độ dày lớp bê tông không đồng đều trên cốt thép.
  • Rung động quá mức: Làm trầm trọng thêm hiện tượng lắng đọng.

3. Nứt do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột

Mặc dù ít phổ biến hơn nứt co ngót dẻo, nhưng sự thay đổi nhiệt độ đột ngột trong giai đoạn đầu cũng có thể gây nứt.

• Cơ chế: Khi bê tông đang ninh kết và bắt đầu sinh nhiệt do phản ứng thủy hóa, nếu bề mặt bị làm mát đột ngột (ví dụ: mưa bất chợt hoặc tưới nước lạnh), sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và lõi bê tông có thể tạo ra ứng suất kéo trên bề mặt, dẫn đến nứt.

Các Lưu Ý Quan Trọng Cho Công Tác Bảo Dưỡng Bê Tông Tươi

Bảo dưỡng bê tông tươi là giai đoạn không thể thiếu để đảm bảo bê tông đạt cường độ thiết kế và độ bền lâu dài, đồng thời ngăn ngừa các loại nứt sớm.

1. Mục Đích Của Bảo Dưỡng Bê Tông

• Duy trì độ ẩm: Đảm bảo quá trình thủy hóa xi măng diễn ra hoàn toàn, cần đủ nước trong các mao quản để hình thành các sản phẩm thủy hóa bền vững. Mất nước sớm sẽ làm ngừng quá trình thủy hóa, giảm cường độ và gây nứt.
• Kiểm soát nhiệt độ: Hạn chế sự chênh lệch nhiệt độ giữa lõi và bề mặt bê tông, đặc biệt quan trọng với các khối bê tông lớn, để tránh ứng suất nhiệt gây nứt. Đồng thời, bảo vệ bê tông khỏi nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp.
• Phát triển cường độ và các tính chất cơ lý khác: Tạo điều kiện thuận lợi nhất để bê tông đạt cường độ tối đa và các tính chất khác như độ bền, khả năng chống thấm, chống mài mòn, chống lại tác nhân ăn mòn hóa học.

2. Thời Điểm Bắt Đầu Bảo Dưỡng

• Bảo dưỡng phải bắt đầu ngay sau khi bề mặt bê tông đã se lại, không còn dấu vết khi chạm nhẹ và không bị hư hại khi tưới nước hoặc phủ vật liệu. Đối với bề mặt lộ thiên, điều này thường xảy ra khoảng 2-4 giờ sau khi đổ bê tông, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết.
• Quan trọng: Không được đợi bê tông khô cứng mới bắt đầu bảo dưỡng. Sự trì hoãn sẽ làm mất nước bề mặt, gây nứt co ngót dẻo.

3. Các Phương Pháp Bảo Dưỡng Bê Tông

• Giữ ẩm bề mặt (Moist Curing): Đây là phương pháp hiệu quả nhất để duy trì độ ẩm.
  • Tưới nước liên tục: Tưới phun sương hoặc tưới ngập bề mặt (pond curing) đối với sàn, mái. Nước tưới phải là nước sạch, không chứa tạp chất. Cần tưới đều đặn, đặc biệt vào buổi trưa nắng nóng và ban đêm.
  • Phủ bạt, bao tải ướt: Là phương pháp phổ biến và hiệu quả. Bạt hoặc bao tải (vải địa kỹ thuật, bao bố, bao tải dứa,...) phải được giữ ẩm liên tục bằng cách tưới nước thường xuyên. Lớp phủ nên dày và không được để khô.
  • Phủ cát ẩm, mùn cưa ẩm, rơm rạ ẩm: Tạo lớp vật liệu giữ ẩm trên bề mặt. Vật liệu phải được làm ẩm kỹ và giữ ẩm liên tục.

• Sử dụng hóa chất bảo dưỡng (Curing Compounds):
  • Là lớp màng lỏng được phun lên bề mặt bê tông để tạo thành một lớp màng mỏng không thấm nước, ngăn cản sự bay hơi nước.
  • Ưu điểm: Tiện lợi, giảm công sức tưới nước.
  • Nhược điểm: Hiệu quả giữ ẩm không bằng tưới nước trực tiếp, có thể bị bong tróc, và một số loại có thể ảnh hưởng đến khả năng bám dính của các lớp hoàn thiện sau này. Cần đảm bảo phun đều, đúng định mức.
• Bảo dưỡng bằng màng che không thấm nước: Sử dụng các loại màng nhựa (polyethylene), bạt không thấm nước để phủ kín bề mặt bê tông, ngăn cản sự bay hơi. Màng phải được giữ chặt để gió không làm bay, và đảm bảo không có khoảng hở để hơi nước thoát ra.
• Bảo dưỡng bằng hơi nước (Steam Curing): Thường áp dụng cho cấu kiện bê tông đúc sẵn trong nhà máy để đẩy nhanh quá trình phát triển cường độ trong môi trường có kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm cao.

4. Thời Gian Bảo Dưỡng Tối Thiểu

Thời gian bảo dưỡng tối thiểu phụ thuộc vào loại xi măng, điều kiện khí hậu và yêu cầu cường độ:

• Đối với bê tông sử dụng xi măng Portland thông thường (OPC): Thời gian bảo dưỡng tối thiểu thường là 7 ngày liên tục trong điều kiện nhiệt độ bình thường (khoảng 20∘C).
• Đối với bê tông sử dụng xi măng có phụ gia khoáng hoạt tính (ví dụ: tro bay, xỉ lò cao, silica fume): Thời gian bảo dưỡng cần kéo dài hơn, thường là 10-14 ngày hoặc lâu hơn, do quá trình thủy hóa của các vật liệu này diễn ra chậm hơn và cần thời gian dài hơn để phát triển cường độ.
• Trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt (nắng nóng, gió lớn, độ ẩm thấp): Thời gian bảo dưỡng cần được kéo dài hơn nữa và phải thực hiện nghiêm ngặt hơn.
• Theo cường độ: Bảo dưỡng nên tiếp tục cho đến khi bê tông đạt được ít nhất 70% cường độ thiết kế.

5. Các Lưu Ý Quan Trọng Khác

• Nhiệt độ nước tưới: Tránh tưới nước quá lạnh lên bề mặt bê tông đang nóng, đặc biệt là trong những ngày nắng gắt, để tránh sốc nhiệt và nứt bề mặt. Nên dùng nước có nhiệt độ tương đương nhiệt độ môi trường.
• Tưới đều và liên tục: Đảm bảo tất cả các bề mặt bê tông tiếp xúc với không khí đều được giữ ẩm liên tục. Không để bề mặt khô rồi mới tưới lại.
• Che chắn chống nắng, gió: Đối với các bề mặt bê tông lớn hoặc khi thi công trong điều kiện nắng nóng, gió lớn, cần có biện pháp che chắn tạm thời để giảm thiểu sự bay hơi nước.
• Bảo vệ các góc cạnh: Các góc và cạnh của kết cấu bê tông dễ bị khô và nứt hơn, cần được đặc biệt chú ý trong quá trình bảo dưỡng.
• Giám sát chặt chẽ: Cần có người giám sát liên tục công tác bảo dưỡng, đặc biệt là vào ban đêm hoặc những lúc thời tiết thay đổi.
• Đối với bề mặt cần hoàn thiện: Nếu bề mặt bê tông sẽ được phủ lớp hoàn thiện (ví dụ: sơn, ốp lát), cần chọn phương pháp bảo dưỡng không để lại dư lượng ảnh hưởng đến độ bám dính của lớp hoàn thiện (ví dụ: hóa chất bảo dưỡng gốc sáp có thể cần được loại bỏ).

Việc tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về thời gian ninh kết và quy trình bảo dưỡng không chỉ giúp bê tông đạt cường độ thiết kế mà còn kéo dài tuổi thọ và độ bền của công trình.