Tại sao kiểm soát nứt bê tông là vấn đề quan trọng? Nguyên nhân và phòng ngừa nứt bê tông là gì?
Bề rộng nứt như thế nào thì cần sửa chữa?
Một yêu cầu cơ bản của bất kỳ kết cấu bê tông: là tuổi thọ sử dụng lớn hơn tuổi thọ thiết kế mong đợi. Bê tông phải có khả năng chịu mài mòn, chống được hiện tượng xâm thực bởi môi trường và theo chế độ bảo trì đã được thiết kế. Nứt bê tông nếu không được xử lý kịp thời và phù hợp sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố này.
Nếu kết cấu bê tông đáp ứng tuổi thọ như thiết kế trong điều kiện làm việc với môi trường giả định trước đó thì bê tông có thể được xem là bền vững.
Hầu hết các khuyết tật trên bê tông thường thấy là các vết nứt. Chúng là kênh dẫn làm cho bê tông dễ bị tấn công hơn bởi sự xâm nhập của các yếu tố nguy hại, từ đó dễ xảy ra hiện tượng nứt vỡ và bê tông bị mài mòn nhanh hơn.
Kiểm soát vấn đề nứt, chúng ta có thể làm tăng tuổi thọ của kết cấu bê tông, tiết kiệm chi phí cho việc sửa chữa và xây mới. Khi bê tông không có vết nứt, thì bề mặt cũng sẽ đẹp hơn cũng như tạo sự an toàn cho người sử dụng.
Bề rộng vết nứt cho phép
- Đối với cấu kiện bê tông cốt thép không có quy định cụ thể, thì bề rộng vết nứt tối đa cho phép là 0.3mm theo tiêu chuẩn ACI 224R và BS 8110. Các vết nứt có bề rộng lớn hơn cần được sửa chữa khắc phục bằng keo epoxy.
- Tuy nhiên, trong một số trường hợp với cấu kiện luôn luôn khô ráo và môi trường vận hành, sử dụng không nguy hại thì bề rộng vết nứt có thể được chấp nhận đến 0.41mm, chỉ cần khắc phục vấn đề thẩm mỹ.
- Trường hợp, cấu kiện vận hành trong môi trường “khắc nghiệt” như tiếp xúc hóa chất độc hại, tác nhân xâm thực liên tục… thì trên 0.1mm phải được khắc phục (sửa chữa)
Phân loại vết nứt
Có rất nhiều loại nứt khác nhau trên kết cấu bê tông, nhưng có thể phân thành 5 loại vết nứt chính như sau: nứt do ổn định dẻo, nứt do co ngót dẻo, nứt vì nhiệt, nứt do co ngót khô, vết nứt rạn (chân chim).
Hình: Những điểm xuất hiện vết nứt trên cấu kiện bê tông
- Ổn định dẻo (settlement): 4, 5, 6, 13
- Co ngót dẻo: 1, 2 , 3
- Nứt vì nhiệt: 11, 12
- Co ngót khô : 8
- Nứt rạn bề mặt: 9, 10
Mỗi loại vết nứt sẽ xuất hiện tại những thời gian khác nhau từ lúc thi công cho đến khi bê tông đã đóng rắn:
Hình: Khoảng thời gian xuất hiện các vết nứt
Chúng ta sẽ đi chi tiết vào từng loại. Phân tích nguyên nhân nứt và cách phòng ngừa vết nứt.
Nứt do ổn định (settlement) dẻo hay còn gọi là do ổn định thể tích
Khi bê tông còn dẻo, hiện tượng thoát nước trên bề mặt do trọng lực bản thân của bê tông lắng xuống. Nếu kèm theo sự giới hạn bởi ván khuôn hoặc cốt thép, nứt có thể xảy ra.
Các vết nứt xảy ra khi bê tông còn dẻo và nước tách ra vẫn tăng lên và bao phủ bề mặt bê tông. Chúng có xu hướng xuất hiện dọc theo các vị trí có vai trò khung giữ, ví dụ như thanh cốt thép, hoặc vị trí có sự thay đổi kích thước trên bê tông. Những vết nứt này có thể khá rộng ở bề mặt, có xu hướng phát triển đến vị trí cốt thép hoặc những vị trí khung giữ khác với bề rộng vết nứt nhỏ lại (Hình bên dưới).
Trong những trường hợp bê tông phải tiếp xúc với môi trường xâm thực, điều này có thể làm tăng nguy cơ ăn mòn cốt thép và gây ra mối đe dọa đến độ bền của bê tông.
Vết nứt có thể tiếp tục phát triển hơn nữa, do sự co ngót khô, làm cho vết nứt xuất hiện có thể xuyên hết chiều sâu của kết cấu. Loại nứt này thường là do bê tông không có độ đồng nhất (quá trình đầm rung) và độ sụt bê tông cao (bê tông quá nhão).
Thông thường, vết nứt có chiều sâu khoảng 6 – 8 mm trên một đơn vị chiều sâu mét của cấu kiện bê tông (tương ứng với tốc độ thoát nước thông thường 6-8 lít/m3 ).
Những hạng mục thường bị nứt do ổn định dẻo như: phần cấu kiện có chiều dày lớn, đỉnh cột, vị trí dầm bê tông…
Hình: Hướng xuất hiện của những vết nứt trên bê tông do ổn định dẻo
Những biện pháp phòng tránh nứt do ổn định dẻo
- Tăng tính kết dính của hỗn hợp bê tông với đủ hàm lượng hạt mịn và tránh hiện tượng phân tầng.
- Tăng tỷ lệ kích thước lớp bê tông bảo vệ so với đường kính cốt thép bằng cách tăng độ dày lớp bê tông bảo vệ.
- Lắp ghép ván khuôn chính xác và chắc chắn.
- Đầm bê tông đều và đầy đủ.
- Bảo dưỡng bê tông kịp thời và đúng cách.
Nứt do co ngót dẻo
Nứt do co ngót dẻo thường xảy ra trên bề mặt của bê tông tươi trong suốt quá trình hoàn thiện hoặc ngay sau khi hoàn thiện (trước khi bê tông kết thúc ninh kết). Vết nứt do co ngót dẻo thông thường xuất hiện ngẫu nhiên, không theo sự định hướng rõ ràng nào.
Loại vết nứt này thường xảy ra khi tốc độ thoát hơi nước của bề mặt vượt quá tốc độ thoát hơi nước từ trong lòng bê tông ra bề mặt. Nó làm cho bê tông bị co ngót cục bộ, trong khi những phần khác của bê tông không bị co do không bị mất nước. Quá trình này tạo ra ứng suất nội trong bê tông, nếu ứng suất nội này vượt quá ứng suất kéo của bê tông (thường rất thấp khi bê tông vừa mới được thi công), vết nứt sẽ xuất hiện.
Vết nứt này có thể rộng tới 1mm. Những kết cấu bê tông có mặt thoáng nằm ngang lớn như sàn thường dễ bị nứt do co ngót dẻo hơn.
Hình: Vết nứt bề mặt do co ngót dẻo gây ra bởi sự mất nước trên lớp mặt
Những biện pháp phòng tránh nứt do co ngót dẻo
- Tránh đổ bê tông trong các điều kiện khắc nghiệt như gió nhiều, thời tiết khô nhất trong ngày.
- Thực hiện việc bảo dưỡng ngay khi hoàn tất giai đoạn hoàn thiện bề mặt càng sớm càng tốt.
- Làm ướt ván khuôn, nền và cốt thép trước khi đổ bê tông (nhưng tránh nước đọng)
- Phun hợp chất chống thoát hơi nước sau khi làm mặt.
- Bao phủ bề mặt bê tông bằng các tấm chống thoát hơi nước ngay sau khi hoàn thiện.
- Sử dụng các sợi polypropylene trong cấp phối bê tông (giải pháp tăng cường nếu điều kiện kinh tế cho phép
Nứt rạn bề mặt
Vết rạn phát triển theo mạng lưới. Các khe nứt nhỏ ngẫu nhiên trên bề mặt của bê tông do co ngót của lớp bề mặt. Các vết nứt này thường xuất hiện trên các bề mặt bê tông được làm láng. Các vết nứt này hiếm khi ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của cấu kiện bê tông.
Vết rạn thường xảy ra khi điều kiện bảo dưỡng kém, bê tông quá nhão, tốc độ khô bề mặt quá nhanh hoặc bê tông hoàn thiện quá sớm trong khi hiện tượng thoát nước bề mặt vẫn còn diễn ra. Hiện tượng này thường xuất hiện trên bề mặt bê tông được làm láng với những đặc điểm sau:
- Mạng lưới các vết nứt ngẫu nhiên trên bề mặt.
- Độ sâu ít khi vượt quá 2mm.
- Thường hình thành những hình lục giác có đường chéo không quá 40mm.
Hình: Nứt rạn bề mặt bê tông
Những biện pháp phòng tránh nứt rạn bề mặt
- Tránh lượng vữa cao trong cấp phối bê tông (thiết kế tỷ lệ cát/ cốt liệu thấp)
- Sử dụng cát thô, tránh dùng cát quá mịn khi có thể
- Kiểm soát tốt thời gian ninh kết của bê tông
- Bảo dưỡng bê tông sớm nhất có thể.
- Không hoàn thiện bề mặt bê tông trong khi nước còn tách ra (lớp màng nước trên bề mặt)
- Không rắc xi măng hoặc trát xi măng khô vào bê tông còn ẩm để hấp thu nước bề mặt (tuyệt đối không đẩy nhanh tiến độ làm mặt bằng cách này)
- Tránh đầm bê tông trên mức cần thiết (quá nhiều).
Nứt do co ngót khô
Khi bê tông đã đóng rắn (kết thúc ninh kết), sự co ngót khô vẫn tiếp diễn trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng trước khi thực sự kết thúc. Nguyên nhân gây ra co ngót khô (còn gọi là co ngót do quá trình thủy hóa) bao gồm:
- Phản ứng thủy hóa của xi măng với nước.
- Sự bay hơi nước xảy ra tại bề mặt bê tông.
Vết nứt do co ngót khô sẽ xuất hiện với bề rộng trong khoảng 0.3-1mm, tùy thuộc vào cấp phối bê tông, loại cốt liệu sử dụng, tỷ lệ nước/ xi măng và mức độ khô nhanh của bê tông.
Nếu độ ẩm của bê tông tăng, ví dụ như khi bị đặt dưới trời mưa, hạng mục bê tông sẽ bị giãn nở chút ít, nghĩa là co ngót khô sẽ giảm đi một phần nhỏ nào đó. Sau khi bê tông khô trở lại, sự co ngót sẽ xuất hiện trở lại như mức độ ban đầu.
Sự co ngót khô này sẽ gây ra vết nứt trên bê tông, bởi vì bê tông có đặc trưng là không thể co lại như quá trình dịch chuyển do co ngót khô gây ra.
Sự dịch chuyển do co ngót khô có thể bị ngăn chặn bởi cốt thép, bởi lớp nền bên dưới, hoặc do một phần hạng mục bê tông được liên kết cố định với những hạng mục khác như là ngàm (sự ngăn chặn này tạo ra các vết nứt do co ngót).
Hình: Nứt bê tông do co ngót khô trên nền sàn
Ví dụ điển hình của nứt do co ngót khô trên hạng mục vách và dầm sàn liên kết sàn như hình sau:
Hình: Sự dịch chuyển do co ngót khô bị ngăn chặn gây ra vết nứt
Các biện pháp ngăn ngừa
- Đối với các hạng mục bê tông cốt thép hoặc các cấu kiện phức tạp nhiều chi tiết, không có cách nào để cho phép bê tông có thể tự do co ngót, nghĩa là vết nứt do co ngót khô là hầu như không thể tránh khỏi.
- Tuy nhiên, bằng các biện pháp phù hợp, có thể tránh được những vết nứt rộng hoặc vết nứt gây phá hủy cấu kiện bê tông. Và khi đó các vết nứt xuất hiện được kiểm soát, có thể nhìn thấy, bề rộng nhỏ và chúng không nghiêm trọng.
- Độ ẩm môi trường và điều kiện gió là yếu tố rất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến tốc độ phát triển vết nứt do co ngót khô (nếu độ ẩm môi trường thấp và gió lớn liên tục sẽ khiến vết nứt phát triển nhanh và nghiêm trọng hơn).
- Trong các điều kiện thời tiết quy định cho thời gian bảo dưỡng thì thông thường từ 3 – 5 ngày là đáp ứng (trừ bê tông khối lớn theo phương pháp bảo dưỡng riêng biệt), nếu dự án cho phép thì nên kéo dài việc bảo dưỡng ít nhất là 7 ngày.
Những biện pháp kiểm soát tăng cường
- Lắp đặt, bố trí cốt thép phù hợp với sự co ngót của bê tông
- Cứ mỗi 6-9m chiều dài, bố trí khe co đối với các hạng mục bê tông như dầm sàn lớn hoặc vách dài theo TCVN 9345:2012
- Tối ưu hóa tỉ lệ nước/xi măng trong khoảng 0.40 – 0.50 cho những hạng mục quan trọng
- Giảm thể tích vữa, sử dụng cốt liệu có kích thước lớn hơn (mà vẫn phù hợp điều kiện đầm dùi thi công…)
Nứt do nhiệt
Các vết nứt do nhiệt xuất hiện do sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa những vị trí khác nhau trong khối đổ bê tông.
Sự chênh lệch nhiệt độ này phát sinh do bê tông là vật liệu có tính dẫn nhiệt tương đối thấp.
Điều này thường xảy ra đối với những khối đổ lớn, khi nhiệt độ tăng trong suốt quá trình thủy hóa của xi măng, đặc biệt là tại tâm khối đổ nhiệt độ tăng rất cao.
Khi quá trình cân bằng nhiệt trong khối đổ bê tông xảy ra (truyền nhiệt), sẽ sinh ra ứng suất nội vì vùng nhiệt độ cao sẽ co lại nhiều hơn so với vùng nhiệt độ thấp. Nếu ứng suất nội này vượt quá khả năng chịu kéo của bê tông, vết nứt sẽ xuất hiện.
Các vết nứt do nhiệt có thể xảy ra trên các hạng mục bê tông khối lớn như: đài móng, móng bè, cột lớn.
Hình: Bê tông nứt do nhiệt
Các biện pháp ngăn ngừa