Phát triển cơ sở hạ tầng tại Việt Nam hiện tại và lâu dài là một vấn đề rất lớn không chỉ về khối lượng, các loại công trình (cầu, cảng, đường, nhà, công trình thuỷ…) mà còn phức tạp về môi trường vận hành của các công trình hạ tầng này (điều kiện khí hậu, thuỷ văn, môi trường đất, tải làm việc…). Vì vậy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền lâu của kết cấu công trình bêtông được sử dụng phổ biến trong các công trình cơ sở hạ tầng trong đó có hiện tượng nứt bêtông.

Nứt bêtông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng trong cuộc sống. Các vết nứt trong bêtông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là khả năng chịu uốn kém của bêtông. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bêtông. Các vết nứt trông thấy thường liên quan đến khả năng các vết nứt này tạo điều kiện dễ dàng cho sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bêtông và tiếp cận cốt thép hay các thành phần của cấu trúc xây dựng và dẫn đến huỷ hoại cấu trúc công trình.

Loạt bài báo này sẽ trình bày các nguyên nhân nứt bêtông, các loại nứt của bêtông, các thí nghiệm đánh giá khả năng nhạy cảm nứt của bêtông cũng như các biện pháp ngăn ngừa và sửa chữa nứt bêtông.

Điều quan trọng là cần phải hiểu tại sao các vết nứt phát triển trong các kết cấu bêtông nhất là các kết cấu cầu đường mà ở đó các kết cấu này chịu rất nhiều các loại tải trọng và môi trường làm việc đa dạng. Có suy nghĩ thông thường cho rằng tải trọng ngoài là nguyên nhân hình thành phần lớn các ứng suất uốn trong vật liệu, và phần lớn hiện tượng nứt bêtông là nguyên nhân bất ổn định thể tích hay các phản ứng hoá học gây phá huỷ. Trong khi tính ổn định thể tích còn liên quan với các tác nhân độ ẩm, hoá học và nhiệt. Các phản ứng hoá học xảy ra với các thành phần nguyên liệu bêtông hay các vật liệu đưa vào bêtông cũng đóng vai trò đáng kể gây nở trong cục bộ của bêtông.

Tác động của hiện tượng nứt bêtông đến độ bền (tuổi thọ) bêtông, đặc biệt là kết hợp với xâm thực, tổn hại nghiêm trọng đến kết cấu bêtông. Các môi trường nguy hiểm thường gặp với các kết cấu bêtông như phơi nhiễm chu kỳ nứơc mặn, thuỷ triều gây các chu kỳ khô- nứt liên tục và tạo đường dẫn cho muối xâm thực liên tục thâm nhập các vết nứt, làm trầm trọng thêm đáng kể các hư hỏng của kết cấu bêtông. Tương tự như vậy , bêtông có vết nứt khi tiếp xúc với đất giàu sulphát cũng dẫn đến tăng tốc quá trình xâm thực sulphát. Sự liên quan phức hợp giữa nứt bêtông và quá trình huỷ hoại kết cấu bêtông gia tăng thường là đặc thù cho mỗi trường hợp và khó hiểu biết đầy đủ.

Do vậy cần sự quan tâm đúng mức của các nhà nghiên cứu để hiểu đầy đủ các nguyên căn liên quan nứt- phá huỷ bêtông và sự chuyển tải hiểu biết này tới các đội ngũ thi công, sửa chữa công trình sẽ góp phần kéo dài tuổi thọ kết cấu công trình bêtông.

Sơ đồ dưới đây sẽ liệt kê một số kiểu nứt thông dụng của bêtông và phân biệt các loại nứt này dựa trên biểu hiện ngoại quan của chúng ở bêtông trước khi đóng rắn và sau khi đóng rắn bêtông.

Các vết nứt xảy ra trước khi bêtông đóng rắn, chủ yếu do sa lắng, các dịch chuyển trong lúc thi công, bay hơi nước thường được gọi là nứt dẻo. Nứt dẻo có thể được hạn chế phần lớn thông qua việc chú trọng nhiều hơn vào thiết kế cấp phối, quá trình đổ bêtông, dưỡng hộ. Các vết nứt xảy ra sau khi bêtông đóng rắn có thể do nhiều nguyên nhân. Các vết nứt có thể do tác động cơ học, chênh lệch độ ẩm và nhiệt, phản ứng hoá học của các thành phần vật liệu xung khắc (ví dụ phản ứng kiềm - cốt liệu) hay do tác động môi trường (băng giá do có nước trong cốt liệu…). Bảng 1 dưới đây sẽ thống kê các vết nứt do điều kiện môi trường và nơi thường gặp.

Trong quá trình sửa chữa phục hồi chi tiết kết cấu bêtông, sử dụng mô hình máy tính mô phỏng các tính năng của bêtông theo thời gian dài sẽ cho phép hiểu tốt hơn tác động của các vết nứt đến các tính năng của bêtông.

Phân loại các vết nứt bêtông

Khá nhiều ý kiến mâu thuẫn về các vết nứt ảnh hưởng như thế nào đến quá trình xâm thực và huỷ hoại. Một số cho rằng các vết nứt gia tăng quá trình xâm thực và là nguyên nhân phá huỷ tăng cường do tăng nhanh cơ hội thâm nhập của ion clo, oxy, và nước có thể tiệm cận dễ dàng cốt thép, trong khi một số khác cho rằng xâm thực trong bêtông đi bị nứt chỉ xảy ra theo khu vực và do vậy không gây nên phá huỷ tăng cường.

Dựa trên các kết quả thí nghiệm cho thấy chiều rộng vết nứt ảnh hưởng đáng kể đến quá trình xâm thực. Ví dụ một số báo cáo cho thấy khi các vết nứt khá nhỏ (<1 mm) thì chúng tác động ít đến quá trình xâm thực; tuy nhiên các vết nứt lớn hơn (>1mm) làm tăng tốc độ xâm thực. Các nghiên cứu mới đây về dầm bêtông cốt thép cho thấy các vết nứt , đặc biệt với tải thường xuyên, tạo xâm thực gia tăng và dẫn đến giảm cường độ. Mặc dầu có nhiều ý kiến trái ngược về tác động của chiều rộng vết nứt đến tốc độ xâm thực nhưng tồn tại một sự đồng thuận chung là hiện tượng nứt rút ngắn thời gian bắt đầu xâm thực. Xâm thực cục bộ gần khu vực nứt sẽ dẫn đến nứt dọc bề mặt sau đó, bong, tách lớp, cuối cùng là giảm cường độ bêtông. Các nghiên cứu tính năng của lan can cầu bêtông cho thấy có lớp bêtông cấu trúc xốp dưới cốt thép trên. Nước và các tạp chất thâm nhập qua các vết nứt và di chuyển qua lớp bêtông cấu trúc xốp, khơi mào quá trình xâm thực dọc theo toàn bộ chiều dài của cốt thép. Xâm thực tuổi sớm khơi mào bởi thâm nhập ẩm thông qua các vết nứt làm giảm tính năng của dầm bêtông.

Trong khi các hiện tượng nứt thường được quan sát trên các cấu trúc bêtông nên rất cần phải hiểu rằng rằng mọi vết nứt có thể có từ các nguyên nhân khác nhau và có tác động khác nhau đến các tính năng bền lâu và có thể từ khâu thiết kế, quá trình vận hành (sử dụng), điều kiện khí hậu, môi trường liên quan đến kết cấu. Do vậy hiện tượng nứt cần phải được phát hiện sớm để xử lý thích hợp nhằm không làm giảm tuổi thọ kết cấu.

Nguồn: Theo Viện VLXD