RDP Giúp Ngăn Ngừa Nứt Co Ngót ở Các Khe Chèn Như Thế Nào

Hiểu Về Hiện Tượng Nứt Co Ngót trong Vật Liệu Trám Khe Dựa Trên Xi Măng

Nguyên Nhân Gây Ra Nứt Co Ngót trong Bê Tông và Vữa Là Gì?

Khi các vật liệu dựa trên xi măng co ngót từ 15 đến 20 phần trăm trong quá trình thủy hóa và khi đang khô lại, các vết nứt co ngót thường hình thành. Nghiên cứu công bố năm 2023 bởi Hiệp hội Bê tông trộn sẵn Quốc gia chỉ ra một điều khá đáng lo ngại: gần ba phần tư các sự cố hư hỏng ban đầu ở vật liệu trám khe thực tế bắt nguồn từ vấn đề co ngót do mất nước không kiểm soát này. Một số yếu tố góp phần gây ra vấn đề này. Trước hết, các khe hẹp có diện tích bề mặt lớn hơn so với thể tích, do đó độ ẩm bị bốc hơi quá nhanh. Tiếp theo là yếu tố hàm lượng nước. Các hỗn hợp có tỷ lệ nước trên xi măng lớn hơn 0,45 sẽ tạo ra các ứng suất nội bộ khi đông cứng. Và cũng đừng quên cả cấp phối cốt liệu. Khi cốt liệu không được phối hợp phù hợp, mức độ co ngót của hồ vữa tăng từ 30 đến 40 phần trăm so với các hỗn hợp cân bằng tốt.

Vai trò của việc mất độ ẩm và dao động nhiệt độ trong hiện tượng co ngót khi khô

Tốc độ bay hơi vượt quá 0,5 kg/m²/giờ trong 72 giờ đầu tiên—khoảng thời gian đóng rắn quan trọng—sẽ làm tăng gấp bốn lần nguy cơ nứt. Biến động nhiệt độ lớn hơn 15°C trong vòng 24 giờ làm trầm trọng thêm ứng suất co ngót do giãn nở nhiệt khác biệt: lớp bề mặt co lại 0,01% mỗi khi giảm 10°C trong khi các lớp sâu hơn vẫn còn ấm, tạo ra các mặt phẳng trượt gây nứt.

Các lỗi phổ biến do tỷ lệ trộn và quá trình đóng rắn không đúng

Hội đồng Bê tông Hoa Kỳ (2022) báo cáo rằng 62% sự cố nứt liên quan đến co ngót bao gồm:

Tải trọng tác động quá sớm trước khi đạt cường độ 7 ngày chiếm 38% các sự cố nứt tuổi sớm.

Nhận biết dấu hiệu ban đầu của nứt co ngót trong hệ thống khe nối

Theo dõi các chỉ báo sau trong 28 ngày đầu tiên:

1. Các vết nứt tóc (rộng 0,1–0,3 mm) lan tỏa từ các khe co giãn
2. Sự thay đổi màu sắc bề mặt không đồng đều cho thấy sự phân bố độ ẩm không đều
3. Khe hở rộng hơn so với thông số thiết kế (>125% chiều rộng ban đầu)
4. Cong vênh cục bộ (>3 mm thay đổi độ cao trên đoạn 1m) ở mép bản sàn

Phát hiện sớm cho phép sửa chữa bằng cách bơm keo epoxy tiết kiệm chi phí, tránh phải thay thế toàn bộ khe nối trong 89% trường hợp (Viện Sửa chữa Bê tông, 2021).

Cơ sở khoa học về vai trò của RDP trong việc giảm thiểu co ngót khi khô

Cách Mà Các Phân Tán Polymer Thay Đổi Cấu Trúc Matrix

Khi được trộn vào các chất trám khe gốc xi măng, Bột Polymer Tái Phân Tán được tạo thành những màng polymer linh hoạt bên trong cấu trúc vật liệu đã đóng rắn. Những màng này thực tế có tác dụng kết nối các vết nứt nhỏ hình thành khi vật liệu co lại trong quá trình đông cứng, đồng thời phân tán lực căng ra toàn bộ hỗn hợp polymer và xi măng thay vì để áp lực tập trung tại một số điểm cụ thể. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy vữa được cải tiến bằng RDP có thể chịu được lực kéo dài khoảng 30 phần trăm so với các hỗn hợp thông thường. Điều này có nghĩa là các mối nối làm từ loại vật liệu này có thể chịu được sự dịch chuyển qua lại đáng kể mà không bị nứt vỡ, nhờ đó kéo dài tuổi thọ của các công trình trước khi cần sửa chữa.

Tác Động Của RDP Lên Cấu Trúc Lỗ Rỗng Và Khả Năng Giữ Nước

Các thử nghiệm sử dụng phương pháp đo độ xốp bằng thủy ngân cho thấy các màng polymer này làm giảm khoảng 45% lượng lỗ rỗng mao dẫn. Điều này thực tế có ý nghĩa gì? Khi số lượng lỗ rỗng ít hơn, độ ẩm sẽ không thoát ra nhanh trong quá trình đông kết. Điều đó có nghĩa là bê tông có thể giữ ẩm lâu hơn, kéo dài khoảng thời gian quan trọng gọi là 'thời gian bảo dưỡng tối ưu' từ khoảng ba ngày lên gần như năm ngày đầy đủ trong điều kiện thời tiết thông thường. Khoảng thời gian bổ sung này cho phép nước trộn đều tốt hơn với các hạt xi măng, tạo thành một mạng lưới gel silicat canxi ngậm nước đặc chắc hơn. Theo nghiên cứu công bố trên Tạp chí Xi măng Quốc tế năm ngoái, điều này dẫn đến sự giảm đáng kể hiện tượng co ngót khi khô, trong khoảng từ 22% đến 28%.

Giảm nứt trong vữa được cải tiến bằng RDP theo thử nghiệm ASTM

Thử nghiệm co ngót theo ASTM C157/C157M cho thấy các vữa được cải thiện bằng RDP đạt độ rộng vết nứt thấp hơn 60–80% sau chu kỳ khô 90 ngày. Các thử nghiệm thực tế trong điều kiện nhiệt độ thay đổi theo chu kỳ (−5°C đến 40°C) chứng minh khả năng của RDP trong việc duy trì độ bền liên kết qua hơn 500 chu kỳ nhiệt — cao gấp ba lần so với chỉ sử dụng phụ gia giảm co ngót.

Tối ưu liều lượng RDP để giảm co ngót tối đa

Liều lượng 2,5–3,5% RDP theo khối lượng xi măng thường mang lại kiểm soát co ngót tối ưu trong hầu hết các vật liệu trám khe, mặc dù điều kiện tiếp xúc yêu cầu điều chỉnh:

• Khu vực có hiện tượng đóng băng và tan băng : 3% RDP kết hợp với tác nhân tạo bọt khí
• Các khe nối chịu tải trọng cao : 4% RDP kết hợp với ether cellulose để cải thiện khả năng giữ độ thi công

Vượt quá 5% RDP có thể làm giảm cường độ nén từ 12–15%, do đó cần cân nhắc cẩn thận giữa độ linh hoạt và hiệu suất kết cấu.

RDP so với các phụ gia giảm co ngót (SRAs): Hiệu quả và hạn chế

Hiệu quả của SRAs trong việc kiểm soát co ngót

Các phụ gia giảm co ngót (SRAs) làm giảm co ngót khi khô bằng cách hạ thấp sức căng bề mặt nước trong các hỗn hợp xi măng, từ đó giảm ứng suất mao dẫn. Các thử nghiệm gần đây cho thấy SRAs có thể làm giảm biến dạng co ngót không bị hạn chế tới 25% và lực co ngót bị hạn chế tới 50% trong bê tông hiệu suất cao. Tuy nhiên, hiệu quả của chúng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện môi trường và sự tương thích của hỗn hợp.

Hạn chế của SRAs trong các ứng dụng vật liệu chèn khe nối

Mặc dù các chất giảm co ngót (SRAs) mang lại một số lợi thế, chúng thường làm thay đổi các đặc tính quan trọng của vật liệu trám khe. Khi được sử dụng ở mức tiêu chuẩn khoảng 3,7 lít trên mỗi mét khối, các phụ gia này có thể làm giảm độ bền nén sau 28 ngày khoảng 10 phần trăm. Hơn nữa, thời gian đông kết bị kéo dài thêm khoảng 45 phút nếu kết hợp với chất giảm nước. Đối với các khe nối thường xuyên chịu tác động từ phương tiện di chuyển qua hoặc trải qua những thay đổi nhiệt độ lặp đi lặp lại, SRAs thực tế khiến vật liệu trở nên giòn hơn. Độ giòn tăng lên này dẫn đến việc xuất hiện các vết nứt sớm hơn dự kiến ngay tại những vị trí khe nối chuyển động và uốn cong.

Tại sao RDP cung cấp độ kết dính và khả năng chống nứt vượt trội

Bột polymer phân tán lại (RDP) hoạt động khác với các chất giảm co ngót (SRAs) chỉ dựa trên một phương pháp duy nhất. Khi được thêm vào các hệ vữa, RDP thực sự thực hiện đồng thời ba chức năng: tạo ra mạng lưới polymer linh hoạt, cải thiện khả năng giữ ẩm bên trong các lỗ rỗng của vật liệu, và tăng cường độ kết dính giữa các thành phần khác nhau trong hỗn hợp. Vì những hiệu ứng này phối hợp với nhau trên nhiều cấp độ, các vật liệu trám khe sử dụng RDP có thể chịu được mức thay đổi nhiệt độ gấp khoảng hai lần trước khi xuất hiện nứt so với những loại chỉ xử lý bằng SRAs. Các thử nghiệm thực tế đã phát hiện rằng khi các nhà thầu thêm từ 6 đến 8 phần trăm RDP theo trọng lượng vào hỗn hợp vữa, số lượng vết nứt xuất hiện ở các khe co giãn trên đường cao tốc sau một năm sử dụng trong điều kiện bình thường sẽ giảm khoảng 60 phần trăm.

Thiết kế Vật liệu Trám khe Ít Co ngót bằng RDP: Các Phương pháp Tốt nhất

Cân bằng Khả năng Thi công và Độ Co ngót trong Công thức Hỗn hợp

Liều lượng RDP Khuyến nghị cho Các Điều kiện Tiếp xúc Khác nhau

Dữ liệu thực tế cho thấy các khoảng này ngăn ngừa 85% sự cố liên quan đến co ngót khi kết hợp với việc dưỡng ẩm đúng cách theo hướng dẫn ACI 548.3R-21.

Ứng dụng Thành công của Vật liệu Trám khe được tăng cường RDP

Các công trình phục hồi gần đây của các cấu trúc gạch đá cổ cho thấy hiệu quả của RDP, với các chất độn đã được cải tiến duy trì độ bền vững của các mối nối qua 10 chu kỳ đóng băng-rã đông hoặc hơn. Các nhà thầu báo cáo thời gian thi công nhanh hơn 40% nhờ độ kết dính tốt hơn của vữa, giảm thiểu hiện tượng chảy xệ vật liệu trong các mối nối đứng.

Chuyển hướng sang các loại vữa sửa chữa hiệu suất cao, co ngót thấp

Ngành xây dựng hiện nay ưu tiên sử dụng các loại vữa có bổ sung RDP kết hợp độ co ngót khi khô dưới 12% và cường độ nén tối thiểu 25 MPa. Những vật liệu này đáp ứng tiêu chuẩn EN 1504-3 cho các sửa chữa kết cấu đồng thời loại bỏ 70% các trường hợp sửa chữa nứt thường gặp sau thi công khi dùng các chất trám nền xi măng truyền thống.

Tối ưu hóa hiệu suất lâu dài: RDP, dưỡng hộ và thiết kế mối nối

Vai trò của việc dưỡng hộ đúng cách trong việc nâng cao hiệu suất của RDP

Để bột polymer tái phân tán (RDP) thực sự giảm thiểu co ngót, cần phải bảo dưỡng đúng theo tiêu chuẩn ASTM. Duy trì độ ẩm trong ba ngày đầu tiên là yếu tố then chốt giúp vữa có bổ sung RDP phát triển mạng lưới polymer mạnh như mong muốn. Điều này thực tế làm giảm áp lực mao dẫn khoảng từ 30 đến 40 phần trăm so với các vật liệu thông thường không được bảo dưỡng. Kinh nghiệm thực tế tại công trường cũng cho thấy điều thú vị – các nhà thầu áp dụng kỹ thuật phun sương làm ẩm hoặc sử dụng màng phủ thoáng khí thay vì các phương pháp truyền thống đang ghi nhận số lượng vết nứt li ti trong các vật liệu trám khe nối chỉ bằng khoảng một nửa khi thi công trong điều kiện khô hạn khắc nghiệt 90 độ Fahrenheit mà ai cũng ghét.

Tối ưu hóa các khe co giãn bằng vật liệu cải tiến với RDP

RDP có thể thay thế các biện pháp kiểm soát nứt cơ học?

RDP giảm đáng kể các vết nứt co ngót, nhưng phát huy hiệu quả nhất khi kết hợp với các phương pháp khác. Tuy nhiên, ở những nơi có người đi lại nhiều và mặt sàn chịu lực cắt trên 500 psi thì vẫn cần gia cố bằng thép. Tin tốt là RDP cho phép các nhà xây dựng sử dụng ít hơn khoảng 30 phần trăm cốt thép trong móng nhà mà vẫn đáp ứng được yêu cầu của ACI 224R-01 về kích thước vết nứt. Khi xem xét các điều kiện khí hậu khác nhau, các hỗn hợp đặc biệt đóng vai trò rất quan trọng. Chẳng hạn ở khu vực khô, việc thêm khoảng 4,2% RDP cùng với một số sợi cellulose thực sự có thể loại bỏ các khớp nối phụ trên sàn kho dù xe nâng di chuyển với mức độ vừa phải. Điều này giúp quá trình thi công nhanh hơn và tiết kiệm chi phí trong nhiều trường hợp.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Vết nứt co ngót trong vật liệu xi măng là gì?

Vết nứt co ngót xảy ra do sự giảm thể tích khi vật liệu gốc xi măng khô và thủy hóa, thường trong khoảng co ngót 15-20%.

Làm thế nào để giảm thiểu vết nứt co ngót?

Việc sử dụng Bột polymer tái phân tán (RDP) trong các chất trám khe có thể giúp giảm co ngót khi khô bằng cách tạo thành các màng polymer linh hoạt hấp thụ ứng suất.

SRAs là gì, và chúng so sánh với RDP như thế nào?

Các phụ gia giảm co ngót (SRAs) làm giảm sức căng bề mặt nước và ứng suất mao dẫn, nhưng chúng có thể khiến các chất trám khe trở nên giòn hơn so với RDP, vốn mang lại độ kết dính tốt hơn và khả năng chống nứt vượt trội.

Chế độ dưỡng ẩm đúng cách cải thiện hiệu suất của RDP như thế nào?

Chế độ dưỡng ẩm phù hợp cho phép vữa được cải tiến bằng RDP thiết lập mạng lưới polymer chắc chắn, giảm áp lực mao dẫn và sự hình thành các vết nứt li ti.