Sự hình thành ettringite trễ và tác hại của nó với bê tông

Thế nào là "ettringite”?

Thuật ngữ “ettringite” là tên gọi của một loai khoáng canxi sulfo aluminate (3CaO.Al₂O₃.3CaSO₄.32H₂O), thường được tìm thấy trong bê tông xi măng portland. 

Nguồn canxi sulfate, chẳng hạn như thạch cao, được chủ động thêm vào xi măng portland để điều chỉnh tốc độ phản ứng hydrat hóa ban đầu và để ngăn ngừa đông kết nhanh, cải thiện phát triển cường độ và giảm độ co ngót khô. 

Sulfate và aluminate cũng có trong thành phần của phụ gia khoáng hoạt tính và phụ gia hóa học. Thạch cao và các hợp chất sulfate khác phản ứng với canxi aluminate (C₃A) trong xi măng tạo thành ettringite trong vài giờ đầu sau khi trộn với nước. Hầu hết các sulfate trong xi măng thường được tiêu thụ để tạo ettringite ở tuổi sớm. Sự hình thành ettringite trong bê tông tươi là cơ chế để kiểm soát sự đông cứng. 

Ở giai đoạn này ettringite được phân tán một cách đồng đều và rời rạc trong hồ xi măng ở dưới mức vi mô (nhỏ hơn 1 micromet tại mặt cắt ngang). Ettringite được hình thành ở tuổi sớm thường được gọi là "ettringite nguyên sinh". Đây là một thành phần cần thiết và hữu ích của cả hệ xi măng portland.

Sự hình thành ettringite trễ (DEF - Delayed Ettringite Formation)

DEF thường được dùng để chỉ sự tái hình thành của ettringite có tiềm năng gây hại trong bê tông, vữa bị ẩm ướt sau khi phá hủy ettringite ban đầu (nguyên sinh) bằng nhiệt độ cao.

Sự hình thành ettringite trễ (DEF) là giãn nở và gây nứt của bê tông liên quan đến sự chậm hình thành khoáng ettringite, khoáng này là một sản phẩm thông thường của giai đoạn hydrat ban đầu của xi măng. DEF xảy ra khi nhiệt độ ban đầu cao (trên 70^oC - 80^oC) trong bê tông cản trở sự hình thành ettringite một cách bình thường.

DEF có thể gây ra sự phá hủy này không phải là một hiện tượng phổ biến trong bê tông. Nước hoặc độ ẩm từ nguồn bên ngoài là cần thiết để phản ứng xảy ra, sự sẵn có của những nguồn này sẽ ảnh hưởng đến cả tốc độ và quy mô giãn nở.

DEF đã gây rạn nứt trong một số cấu kiện bê tông đúc sẵn đã được bảo dưỡng bằng nhiệt (điển hình là tà vẹt đường sắt) vài năm sau khi bê tông được chế tạo. Cũng có mối quan tâm rằng có thể xảy ra nứt trong các cấu kiện bê tông khối lớn do sự tích tụ nhiệt từ nhiệt thủy hóa trong giai đoạn đầu của cấu kiện.

Tác động chính của DEF là biến dạng trông thấy và vết nứt. DEF cũng có thể làm tăng nguy cơ các dạng phá hủy thứ cấp như sự đóng băng/tan băng hoặc ăn mòn cốt thép.

Nhưng các nghiên cứu cho thấy, DEF có thể được ngăn ngừa bằng cách hạn chế nhiệt độ bên trong bê tông dưới 70^oC trong giai đoạn tuổi sớm. Điều này có thể đạt được bằng cách chỉ dẫn kỹ thuật trực tiếp, hoặc gián tiếp thông qua hạn chế hàm lượng xi măng hoặc chỉ định việc sử dụng xi măng tỏa nhiệt thấp hoặc rất thấp.

Với những tác động nêu trên, DEF cần được tiếp tục quan sát và nghiên cứu một cách thận trọng. Đặc biệt, đối với các công trình yêu cầu chất lượng - tuổi thọ cao, vấn đề này cần được lường trước và xem xét một cách nghiêm túc.

ximang.vn (TH/ Công nghệ XM&BT)