Trong quá trình thi công và sử dụng công trình bê tông cốt thép, các loại vết nứt thường xuyên xuất hiện và gây ảnh hưởng đến độ bền, thẩm mỹ cũng như tuổi thọ kết cấu. Năm loại vết nứt phổ biến nhất gồm: nứt co ngót dẻo, nứt co ngót khô, nứt lún dẻo, nứt kết cấu, và nứt do ăn mòn. Việc nhận diện đúng nguyên nhân các loại vết nứt bê tông, thời điểm xuất hiện và áp dụng các biện pháp phòng ngừa phù hợp là yếu tố then chốt giúp đảm bảo chất lượng và độ ổn định lâu dài của công trình.
1. Nứt không ảnh hưởng kết cấu (Non-structural cracks):
1.1 Nứt co ngót dẻo trong bê tông (Plastic Shrinkage Cracks)
Thời điểm xuất hiện: Nứt co ngót dẻo xảy ra ngay sau khi đổ bê tông, trong vài giờ đầu khi bê tông còn ở trạng thái dẻo (plastic state). Những vết nứt này hình thành trước khi bê tông đông kết và đạt đủ cường độ để chống lại sự co ngót bề mặt.
Nguyên nhân chính: Nguyên nhân chủ yếu của nứt co ngót dẻo là do sự bay hơi nhanh chóng của nước từ bề mặt bê tông. Điều này thường xảy ra trong điều kiện môi trường như nhiệt độ cao, độ ẩm thấp và gió mạnh – những yếu tố làm tăng tốc độ bay hơi. Khi tốc độ bay hơi vượt quá tốc độ nước mao dẫn (bleed water) trồi lên bề mặt, bề mặt bê tông bị khô và co lại, gây ra ứng suất kéo vượt quá cường độ kéo của bê tông tươi, dẫn đến nứt.
Biện pháp phòng ngừa: Để hạn chế nứt co ngót dẻo, có thể áp dụng các biện pháp kỹ thuật sau:
- Lập kế hoạch thi công: Tổ chức thi công hợp lý để tránh chậm trễ trong quá trình đổ và hoàn thiện bê tông.
- Kiểm soát điều kiện môi trường: Sử dụng tấm chắn gió và mái che để bảo vệ bề mặt bê tông khỏi gió và ánh nắng trực tiếp, giúp giảm tốc độ bay hơi.
- Quản lý độ ẩm lớp nền: Làm ẩm lớp nền trước khi đổ bê tông để giảm sự hút nước từ hỗn hợp, nhưng tránh để nước đọng.
- Để giảm thiểu sự mất nước và ngăn ngừa hiện tượng nứt co ngót dẻo, có thể sử dụng chất ngăn bay hơi như aliphatic alcohols, được phun ngay sau khi cán phẳng bề mặt bê tông. Các chất này tạo thành một lớp màng tạm thời trên bề mặt, giúp giảm tốc độ bay hơi nước trong những giờ đầu quan trọng. Để tăng cường hiệu quả và kéo dài thời gian bảo vệ, có thể sử dụng hợp chất bảo dưỡng như Sika® Antisol® E – một sản phẩm gốc parafin, có khả năng tạo lớp màng bền chắc, ngăn cản sự mất nước và hỗ trợ quá trình thủy hóa xi măng diễn ra tối ưu. Việc lựa chọn giữa chất ngăn bay hơi và hợp chất bảo dưỡng phụ thuộc vào điều kiện thi công, thời gian bảo dưỡng yêu cầu và yêu cầu kỹ thuật cụ thể của công trình.
- Bảo dưỡng bê tông (Curing): Tiến hành bảo dưỡng ngay sau khi hoàn thiện, duy trì ít nhất 3 ngày, tốt nhất là 7 ngày, bằng cách phủ màng nhựa hoặc sử dụng hợp chất bảo dưỡng.
- Bổ sung sợi Polypropylene: Trộn sợi polypropylene vào hỗn hợp bê tông giúp tăng cường độ kéo và giảm nguy cơ nứt co ngót dẻo.
Hình 1 – Nứt co ngót dẻo ở bề mặt sàn bê tông (Plastic Shrinkage Cracks)
1.2 Nứt lún dẻo trong bê tông (Plastic Settlement Cracks)
Thời điểm xuất hiện: Nứt lún dẻo xảy ra ngay sau khi đổ bê tông, thường trong giai đoạn đầu của quá trình đông kết. Những vết nứt này hình thành khi bê tông lún xuống dưới trọng lượng bản thân, trước khi đạt đủ độ cứng.
Nguyên nhân chính: Nguyên nhân chủ yếu của nứt lún dẻo là do sự lún không đều của bê tông xung quanh các vật thể chôn sẵn như lưới thép gia cường hoặc hệ thống ống. Điều này thường bắt nguồn từ việc đầm bê tông không đầy đủ, khiến không khí bị giữ lại và mật độ bê tông không đồng đều. Khi bê tông lún xuống, các vật thể chôn sẵn cản trở chuyển động, tạo ra các vết nứt chạy song song với chúng. Việc sử dụng hỗn hợp bê tông có hàm lượng nước quá cao cũng làm tăng mức độ lún, khiến hiện tượng này nghiêm trọng hơn.
Biện pháp phòng ngừa: Để ngăn ngừa nứt lún dẻo, có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Đầm bê tông đầy đủ: Sử dụng thiết bị đầm thích hợp như đầm dùi (poker vibrator) để loại bỏ bọt khí và đảm bảo mật độ đồng đều, đặc biệt tại các vùng có dầm sâu và xung quanh cốt thép.
- Thiết kế cấp phối hợp lý: Tránh sử dụng hỗn hợp có hàm lượng nước quá cao, vì điều này làm tăng độ lún. Cần thiết kế cấp phối sao cho giảm thiểu hiện tượng tách nước (bleeding) và phân tầng (segregation).
- Đầm lại (Revibration): Trong trường hợp lớp bê tông dưới thanh thép trên cùng có chiều sâu lớn hơn 300mm, nên tiến hành đầm lại để đóng kín các vết nứt tiềm ẩn và đảm bảo bê tông lún đều.
- Ổn định cốp pha: Đảm bảo hệ thống cốp pha ổn định, có khả năng chịu tải trọng trong quá trình thi công mà không bị dịch chuyển, tránh gây lún không đều.
Hình 2 – Nứt lún dẻo trên mặt sàn bê tông (Plastic Settlement Cracks) [3], [4]
1.3 Nứt co ngót khô trong bê tông (Drying Shrinkage in Concrete)
Thời điểm xảy ra: Co ngót khô trong bê tông là hiện tượng co thể tích theo thuộc vào thời gian, bắt đầu ngay sau khi bê tông đã đóng rắn và tiếp tục diễn ra trong nhiều tuần đến vài tháng. Các vết nứt do co ngót ở tuổi sớm thường xuất hiện trong khoảng từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 7, đặc biệt ở các cấu kiện mỏng như sàn và tường không được kiềm chế hoặc bảo dưỡng đúng cách. Khoảng 70–80% tổng độ co ngót xảy ra trong năm đầu tiên của vòng đời sử dụng. Hiện tượng này trở nên nghiêm trọng hơn trong điều kiện bảo dưỡng không đầy đủ và tốc độ bay hơi cao.
Mức độ co ngót khô trong bê tông chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố kỹ thuật, bao gồm mức độ kiềm chế cơ học từ các cấu kiện kết cấu lân cận, cường độ kéo của bê tông, và mô đun đàn hồi (modulus of elasticity) của vật liệu. Những yếu tố này quyết định khả năng bê tông chống lại biến dạng do mất nước trong quá trình đóng rắn và ảnh hưởng trực tiếp đến nguy cơ xuất hiện vết nứt co ngót. Trong điều kiện thông thường, vết nứt co ngót khô dao động từ 0,55 mm đến 1,00 mm trên mỗi mét chiều dài, tùy thuộc vào thiết kế cấp phối, điều kiện môi trường và hình dạng cấu kiện.
Nguyên nhân chính:
Co ngót khô xảy ra do sự mất nước trong bê tông đã đóng rắn, dẫn đến giảm thể tích. Yếu tố chính gây ra hiện tượng này là hàm lượng nước trong cấp phối—mỗi 1% tăng lượng nước có thể làm tăng co ngót khoảng 2%. Các yếu tố khác góp phần bao gồm:
- Thể tích hồ xi măng lớn và hàm lượng cốt liệu thấp, làm giảm khả năng kháng co ngót nội tại và tăng nguy cơ co ngót.
- Đặc tính của cốt liệu, bao gồm loại, cấp phối và kích thước hạt. Cốt liệu được cấp phối tốt, ít hạt mịn và có chỉ số tương đương cát (sand equivalent) ≥80% giúp giảm co ngót. Cốt liệu có kích thước lớn hơn cung cấp khả năng kháng đàn hồi tốt hơn cho hồ xi măng.
- Điều kiện môi trường, đặc biệt là độ ẩm tương đối thấp và tốc độ bay hơi cao, làm tăng tốc độ mất nước.
- Hình dạng và kích thước cấu kiện bê tông, trong đó các cấu kiện mỏng hoặc nhỏ khô nhanh hơn và co ngót nhiều hơn.
- Sự kiềm chế từ các yếu tố kết cấu, như móng, cấu kiện liền kề hoặc cốt thép, làm hạn chế chuyển vị tự do và tạo ra ứng suất kéo. Do bê tông có cường độ kéo thấp, các ứng suất này thường dẫn đến nứt.
Biện pháp phòng ngừa:
Mặc dù không thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng co ngót khô, có thể áp dụng các biện pháp sau để giảm thiểu ảnh hưởng:
- Tối ưu hóa thiết kế cấp phối: Sử dụng lượng nước trộn thấp nhất có thể và duy trì tỷ lệ nước/xi măng thấp.
- Tránh cấp phối có quá nhiều cát mịn và ưu tiên sử dụng cốt liệu lớn, cấp phối hợp lý.
- Lựa chọn xi măng thủy hóa chậm để giảm co ngót ở tuổi sớm.
- Kỹ thuật kết cấu và thi công:
– Bố trí khe co giãn và khe cách ly để giảm ứng suất tập trung và kiểm soát chuyển vị do co ngót.
– Sử dụng bê tông có độ sụt thấp (≤100 mm) để hạn chế lượng nước và giảm co ngót.
– Cân nhắc sử dụng phụ gia bù co ngót, căng sau (post-tensioning) hoặc hút chân không (vacuum dewatering) để tăng khả năng kiểm soát co ngót. - Bảo dưỡng và kiểm soát môi trường:
– Thực hiện bảo dưỡng hiệu quả, như bảo dưỡng ẩm liên tục hoặc sử dụng hợp chất bảo dưỡng để duy trì độ ẩm bề mặt và làm chậm quá trình bay hơi.
– Bảo vệ bê tông khỏi mất nước nhanh do gió, ánh nắng hoặc nhiệt độ cao, đặc biệt trong giai đoạn đầu sau khi đổ.
Hiểu rõ mối quan hệ giữa đặc tính vật liệu, điều kiện môi trường và thiết kế kết cấu là điều thiết yếu để dự đoán và kiểm soát hiện tượng co ngót khô. Việc áp dụng các biện pháp phòng ngừa phù hợp sẽ giúp nâng cao độ bền và hiệu suất lâu dài của kết cấu bê tông, đồng thời giảm thiểu nguy cơ nứt và suy giảm chất lượng theo thời gian.
Hình 3 – Nứt co ngót khô trên bề mặt bê tông (Drying Shrinkage in Concrete)- Ảnh nguồn: https://mastercivilengineer.com/what-is-drying-shrinkage-its-occurrence-causes-and-preventive-measures/ [5]
2. Nứt do kết cấu (Structural cracks):
2.1 Vết nứt kết cấu do tải trọng (Load-induced structural cracks)
Thời điểm xuất hiện: Nứt kết cấu thường xảy ra khi kết cấu bê tông chịu tải vượt quá khả năng thiết kế. Những vết nứt này có thể xuất hiện ở bất kỳ giai đoạn nào trong vòng đời của công trình — từ giai đoạn thi công ban đầu cho đến nhiều năm sau khi hoàn thành — tùy thuộc vào điều kiện tải trọng.
Nguyên nhân chính: Nguyên nhân chủ yếu của nứt kết cấu là do ứng suất kéo vượt quá cường độ kéo của bê tông. Bê tông có cường độ nén cao nhưng cường độ kéo thấp, nên dễ bị nứt khi chịu lực kéo. Các yếu tố dẫn đến tải trọng vượt mức bao gồm:
- Sai sót trong thiết kế kết cấu
- Tăng tải trọng ngoài dự kiến
- Gia cường không đầy đủ hoặc sai vị trí
Thay đổi công năng sử dụng không được tính đến trong thiết kế ban đầu.
Biện pháp phòng ngừa: Để ngăn ngừa nứt kết cấu, cần thực hiện các biện pháp sau:
- Thiết kế chính xác: Đảm bảo thiết kế kết cấu tính toán đầy đủ các loại tải trọng như tải trọng tĩnh (dead load), tải trọng hoạt động (live load), và các yếu tố môi trường. Nên có kỹ sư kết cấu có chuyên môn kiểm tra lại các tính toán và giả định thiết kế.
- Gia cường hợp lý: Sử dụng cốt thép phù hợp để tăng khả năng chịu kéo của bê tông. Việc bố trí và neo cốt thép đúng kỹ thuật là rất quan trọng để tránh dịch chuyển trong quá trình đổ bê tông.
- Kiểm soát chất lượng: Áp dụng quy trình kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt trong thi công để đảm bảo vật liệu và tay nghề đáp ứng yêu cầu thiết kế. Bao gồm cả công tác bảo dưỡng và đầm bê tông đúng kỹ thuật.
- Kiểm tra định kỳ: Thực hiện kiểm tra và bảo trì thường xuyên để phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng. Việc xử lý kịp thời sẽ ngăn ngừa sự phát triển của các vấn đề nghiêm trọng.
- Quản lý tải trọng: Tuân thủ đúng công năng và giới hạn tải trọng đã được thiết kế. Nếu có thay đổi công năng hoặc bổ sung tải trọng, cần được đánh giá lại bởi kỹ sư kết cấu.
Hình 4 – Vết nứt kết cấu do tải trọng (Load-induced structural cracks) – Nguồn hình ảnh: RK ENGINEERS. (2024, January 27) – https://www.linkedin.com/pulse/structural-cracks-rk-engineers-jcyuc/ [6]
2.2 Nứt do ăn mòn trong bê tông (Corrosion Cracks in Concrete)
Thời điểm xuất hiện: Nứt do ăn mòn thường phát triển theo thời gian khi cốt thép bên trong bê tông bắt đầu bị ăn mòn. Quá trình này có thể xảy ra sau nhiều năm kể từ khi đổ bê tông, tùy thuộc vào điều kiện môi trường và chất lượng lớp bảo vệ bê tông (lớp phủ bê tông).
Nguyên nhân chính: Nguyên nhân chủ yếu của nứt do ăn mòn là sự gỉ sét của cốt thép trong bê tông. Khi thép bị ăn mòn, thể tích của nó tăng lên, tạo ra ứng suất kéo lên lớp bê tông bao quanh, dẫn đến hiện tượng nứt. Các yếu tố góp phần gây ăn mòn bao gồm:
- Lớp phủ bê tông không đủ dày hoặc không đạt chuẩn
- Tiếp xúc với ion clorua (ví dụ: muối chống băng hoặc nước biển)
- Hiện tượng cacbonat hóa bê tông
- Bê tông kém chất lượng, có độ thấm cao, cho phép nước và oxy xâm nhập đến cốt thép
Hình 5 – Nứt do ăn mòn trong bê tông (Corrosion Cracks in Concrete) – Nguồn hình ảnh: Home, C. (2020, February 17). Poured walls, cracks caused by corrosion of reinforcing steel. InterNACHI®️ Forum. [7]
Biện pháp phòng ngừa: Để ngăn ngừa nứt do ăn mòn, có thể áp dụng các biện pháp sau:
- Cần sử dụng cấp phối bê tông chống thấm với tỷ lệ nước/xi măng thấp nhằm giảm độ thấm nước. Bổ sung phụ gia chống thấm giúp tăng khả năng kháng nước và hạn chế sự xâm nhập của độ ẩm đến cốt thép. Việc bảo dưỡng đúng kỹ thuật là cần thiết để đảm bảo quá trình thủy hóa diễn ra đầy đủ, giúp bê tông đạt độ đặc chắc và độ bền lâu dài. Đồng thời, cần kiểm soát nhiệt độ trong quá trình trộn và bảo dưỡng để tránh nứt nhiệt, kết hợp với thiết kế cấp phối hợp lý và đầm chặt đúng kỹ thuật nhằm loại bỏ lỗ rỗng và ngăn ngừa đường dẫn nước. Những biện pháp này giúp giảm đáng kể nguy cơ ăn mòn cốt thép và kéo dài tuổi thọ kết cấu bê tông.
- Lớp bê tông bảo vệ cốt thép: Đảm bảo lớp bê tông bảo vệ cốt thép đủ dày và phù hợp với điều kiện môi trường và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan.
Để đảm bảo khả năng chống ăn mòn và độ bền lâu dài của kết cấu bê tông cốt thép, lớp bê tông bảo vệ cốt thép cần được thiết kế và thi công đúng theo quy định tại TCVN 5574:2018 – Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, mục 10.3.1.2. Chiều dày lớp bảo vệ phải được xác định dựa trên vai trò của cốt thép (chịu lực hay cấu tạo), loại cấu kiện (cột, dầm, bản sàn, móng, tường…), đường kính và loại cốt thép, đồng thời tuân thủ yêu cầu về môi trường làm việc theo TCVN 12251:2018. Theo Bảng 19 của TCVN 5574:2018, chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực được quy định như sau:Việc tuân thủ đúng chiều dày lớp bảo vệ không chỉ đảm bảo tuổi thọ kết cấu mà còn góp phần giảm thiểu nguy cơ nứt do ăn mòn và các hư hỏng liên quan đến môi trường.
Hình 6 – Bảng 19 của TCVN 5574:2018, chiều dày tối thiểu của lớp bê tông bảo vệ cốt thép chịu lực
Việc tuân thủ đúng chiều dày lớp bảo vệ không chỉ đảm bảo tuổi thọ kết cấu mà còn góp phần giảm thiểu nguy cơ nứt do ăn mòn và các hư hỏng liên quan đến môi trường.
- Cấp phối bê tông chất lượng cao: Sử dụng bê tông đặc chắc, có độ thấm thấp để hạn chế sự xâm nhập của độ ẩm. Có thể bổ sung vật liệu khoáng hoạt tính như tro bay (fly ash) hoặc xỉ lò cao (slag) để tăng độ bền lâu.
- Phụ gia chống ăn mòn: Cân nhắc sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn trong cấp phối bê tông để bảo vệ cốt thép.
- Bảo dưỡng đúng kỹ thuật: Thực hiện bảo dưỡng bê tông hiệu quả để đảm bảo đạt được cường độ và độ bền thiết kế.
- Kiểm tra định kỳ: Tiến hành kiểm tra và bảo trì thường xuyên để phát hiện sớm các dấu hiệu ăn mòn và xử lý kịp thời.
Việc hiểu rõ đặc điểm, nguyên nhân và biện pháp phòng ngừa của các loại vết nứt như nứt co ngót dẻo, nứt lún dẻo, nứt kết cấu, và nứt do ăn mòn là yếu tố quan trọng trong công tác thiết kế, thi công và bảo trì công trình bê tông cốt thép. Áp dụng đúng kỹ thuật và kiểm soát chất lượng chặt chẽ sẽ giúp giảm thiểu rủi ro, kéo dài tuổi thọ kết cấu và đảm bảo an toàn công trình trong suốt vòng đời sử dụng.
Tài liệu tham khảo
- [1] Cement & Concrete Association of Australia. (2000). The housing concrete handbook: A house builders guide to understanding, ordering and handling concrete and other cement-based materials. Cement & Concrete Association of Australia. ISBN 1 876304 10 3.
- [2] Bộ Khoa học và Công nghệ. (2018). TCVN 5574:2018 – Thiết kế kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Hà Nội: Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
- [3] https://www.facebook.com/TheConstructor. (2013, November 9). Plastic Settlement Cracks in Concrete – Appearance & Prevention Methods. The Constructor. https://theconstructor.org/concrete/plastic-settlement-cracks-concrete/6772/
- [4] Fookes, P. G., & Lee, E. M. (2019). The engineering geology of concrete in hot drylands. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/332063869_The_Engineering_Geology_of_Concrete_in_Hot_Drylands
- [5] Mastercivilengineer. (2021, April 18). What is Drying Shrinkage? Its Occurrence, Causes, and Preventive Measures. Mastercivilengineer. https://mastercivilengineer.com/what-is-drying-shrinkage-its-occurrence-causes-and-preventive-measures [5]
- [6] RK ENGINEERS. (2024, January 27). Structural cracks can develop in buildings and other structures for various reasons, often resulting from a combination of factors. Understanding the below mentioned causes of structural cracks is crucial for implementing effective preventive measures and appropriate repairs. Linkedin.com. https://www.linkedin.com/pulse/structural-cracks-rk-engineers-jcyuc/
- [7] Home, C. (2020, February 17). Poured walls, cracks caused by corrosion of reinforcing steel. InterNACHI®️ Forum. https://forum.nachi.org/t/poured-walls-cracks-caused-by-corrosion-of-reinforcing-steel/161496
Từ khóa nội dung
- Vết nứt cho phép của bê tông
- Nứt cột bê tông
- Cột nhà bị nứt dọc
- Đánh giá vết nứt sàn bê tông cốt thép
- Nứt kết cấu
- Kiểm định vết nứt
- Nứt dầm bê tông có nguy hiểm không
- Nứt sàn bê tông có nguy hiểm không
- Nguyên nhân gây nứt bê tông
- Sàn bê tông bị nứt thấm nước
- Xử lý vết nứt sàn bê tông
Bài viết liên quan
