Tại sao bê tông bị co ngót? Cơ chế co ngót khô và plastic shrinkage

Định nghĩa

Co ngót bê tông là hiện tượng bê tông giảm thể tích theo thời gian do mất nước và các phản ứng hóa học nội tại. Co ngót là đặc tính tự nhiên không thể tránh hoàn toàn — chỉ có thể kiểm soát và hạn chế. Theo ACI 224R và TCVN 7572:2006, co ngót không kiểm soát tốt là nguyên nhân chính gây nứt bê tông ở giai đoạn sớm và dài hạn.

Hai cơ chế co ngót chính

1. Co ngót dẻo (Plastic Shrinkage)

Co ngót dẻo xảy ra trong 2–4 giờ đầu sau khi đổ bê tông, khi bê tông còn ở trạng thái dẻo (chưa đông kết). Nguyên nhân chính: nước bề mặt bốc hơi nhanh hơn tốc độ nước rỉ lên từ trong bê tông (hiện tượng chảy máu bê tông — bleeding). Khi tốc độ bay hơi vượt 0,5 kg/m²/giờ, co ngót dẻo bắt đầu hình thành vết nứt bề mặt.

Các điều kiện thúc đẩy plastic shrinkage:

Nhiệt độ cao: ≥30°C làm tăng tốc độ bay hơi.
Gió mạnh: Tốc độ gió >15 km/h tăng tốc độ bốc hơi gấp đôi.
Độ ẩm thấp: Độ ẩm tương đối <50% tăng gradient nước mặt–trong.
Phơi nắng trực tiếp: Bức xạ mặt trời nung nóng bề mặt bê tông.

Vết nứt plastic shrinkage điển hình: dài 50–300 mm, sâu 5–50 mm, song song nhau và không qua toàn chiều dày bê tông. Thường xuất hiện trên sàn lớn, sân thượng và đường bê tông.

2. Co ngót khô (Drying Shrinkage)

Co ngót khô là quá trình dài hạn xảy ra khi nước trong gel C-S-H (calcium silicate hydrate — sản phẩm hydrat hóa xi măng) bay hơi từ từ ra môi trường. Mức co ngót điển hình: 200–400 microstrain (µε) — tức 0,2–0,4 mm/m chiều dài. Quá trình xảy ra chủ yếu trong 6 tháng đầu, tiếp tục chậm dần trong nhiều năm.

Nếu bê tông bị ràng buộc (bởi móng, tường liền kề hoặc cốt thép), co ngót khô tạo ra ứng suất kéo. Khi ứng suất kéo vượt giới hạn chịu kéo của bê tông (thường 1,5–3,5 MPa), vết nứt hình thành. Đây là nguyên nhân của các vết nứt thẳng đứng trên tường gạch và vết nứt bề mặt sàn bê tông sau vài tháng đưa vào sử dụng.

Các loại co ngót khác

Loại co ngót	Thời điểm	Cơ chế	Mức độ
Co ngót dẻo (Plastic)	0–4 giờ sau đổ	Bay hơi nước bề mặt	Vết nứt bề mặt nông
Co ngót hóa học (Chemical)	Trong quá trình hydrat hóa	Thể tích sản phẩm hydrat nhỏ hơn vật liệu ban đầu	Nhỏ, nội tại
Co ngót khô (Drying)	Ngày–tháng–năm	Mất ẩm từ gel C-S-H	200–400 µε
Co ngót tự sinh (Autogenous)	Ngày–tuần	Tự hút ẩm nội tại khi W/C thấp	Đáng kể với W/C <0,42
Biến dạng từ biến (Creep)	Dài hạn dưới tải	Biến dạng gel dưới ứng suất bền	Lớn hơn co ngót khô 2–3 lần

Yếu tố ảnh hưởng đến mức độ co ngót

Tỷ lệ W/C: W/C cao → nhiều nước tự do → co ngót lớn hơn. Giảm W/C từ 0,60 xuống 0,45 giảm co ngót khô khoảng 20–30%.
Hàm lượng xi măng: Xi măng nhiều → hydrat hóa nhiều → co ngót tự sinh lớn hơn.
Loại xi măng: Xi măng C3A cao co ngót lớn hơn; xi măng ít nóng (low-heat) co ngót nhỏ hơn.
Cốt liệu: Cốt liệu đặc và mô đun đàn hồi cao (đá granite) hạn chế co ngót hơn cốt liệu mềm.
Phụ gia: Phụ gia giảm co ngót (SRA) giảm drying shrinkage 30–50%; phụ gia siêu dẻo không ảnh hưởng đáng kể đến co ngót khô.
Bảo dưỡng: Bảo dưỡng ẩm đủ thời gian giảm plastic shrinkage và làm chậm drying shrinkage; không bảo dưỡng tăng co ngót và nứt đáng kể.

Biện pháp kiểm soát co ngót

Kiểm soát plastic shrinkage

Che gió và che nắng bề mặt bê tông mới đổ (bạt, màn chắn gió).
Phun sương làm ẩm không khí trên bề mặt bê tông khi nhiệt độ cao.
Dùng hợp chất bảo dưỡng (curing compound) phun ngay sau khi hoàn thiện bề mặt.
Tránh đổ bê tông sàn lớn vào buổi trưa nắng gắt mùa khô.

Kiểm soát drying shrinkage

Giảm W/C xuống mức thấp nhất có thể thi công được (dùng phụ gia siêu dẻo).
Bố trí khe co giãn đúng khoảng cách: sàn mỏng mỗi 3–4,5 m; sàn dày mỗi 4,5–6 m.
Tăng hàm lượng cốt thép phân bố (cốt thép đai và lưới) để kiểm soát chiều rộng vết nứt.
Dùng phụ gia giảm co ngót (SRA — shrinkage-reducing admixture) với bê tông nhạy cảm co ngót.

Những hiểu lầm phổ biến

Hiểu lầm 1: “Bê tông bị nứt là do thi công kém — bê tông tốt không nứt.” Co ngót là đặc tính vật lý-hóa học của bê tông; mọi bê tông đều co ngót. Mục tiêu là kiểm soát vết nứt ở chiều rộng chấp nhận được (<0,3 mm) chứ không thể loại bỏ hoàn toàn co ngót.

Hiểu lầm 2: “Thêm nhiều nước vào bê tông để dễ đổ sẽ hạn chế co ngót.” Ngược lại — nhiều nước tự do trong bê tông làm tăng co ngót khô đáng kể. Độ sụt cao nên đạt bằng phụ gia siêu dẻo, không phải bằng nước.

Hiểu lầm 3: “Vết nứt do co ngót không nguy hiểm.” Vết nứt nhỏ (<0,1 mm) thường vô hại; vết nứt rộng (>0,3 mm) cho phép nước và clorua xâm nhập, gây ăn mòn cốt thép và giảm tuổi thọ. Cần phân biệt vết nứt co ngót và vết nứt kết cấu.

Câu hỏi thường gặp

Vết nứt chân chim trên sàn bê tông mới đổ là do gì?: Điển hình là plastic shrinkage — bề mặt mất nước nhanh trong 2–4 giờ đầu khi trời nắng hoặc có gió. Nếu vết nứt xuất hiện sau 1–4 tuần, nguyên nhân có thể là drying shrinkage hoặc lún nền cục bộ.
Co ngót drying shrinkage 300 µε nghĩa là gì trong thực tế?: Bê tông dài 10 m sẽ co lại khoảng 3 mm. Nếu không có khe co giãn hoặc cốt thép đủ, ứng suất kéo tích lũy này gây vết nứt rộng 2–4 mm ở vị trí yếu nhất.
Tại sao sàn lớn cần khe co giãn mà sàn nhỏ thì không?: Co ngót 300 µε × 5 m = 1,5 mm — có thể phân tán qua biến dạng đàn hồi cốt thép. Co ngót × 20 m = 6 mm — vượt khả năng phân tán, buộc phải tập trung thành vết nứt nếu không có khe.
Phụ gia giảm co ngót (SRA) có đáng dùng không?: Đáng dùng cho sàn lớn không có khe co giãn, bê tông đặc biệt hoặc kết cấu yêu cầu không nứt. Chi phí thêm 30.000–70.000 VNĐ/m³; giảm co ngót 30–50% là hiệu quả rõ rệt.
Cốt thép có giúp giảm co ngót không?: Cốt thép không giảm co ngót bản thân bê tông, nhưng kiểm soát chiều rộng vết nứt bằng cách phân tán ứng suất. Hàm lượng cốt thép phân bố tối thiểu 0,15–0,25% diện tích tiết diện để kiểm soát nứt co ngót.
Bê tông lớp mỏng (trát) có co ngót nhiều hơn bê tông dày không?: Có — lớp mỏng mất nước nhanh hơn, gradient ẩm lớn hơn, co ngót bề mặt cao hơn. Vữa trát và bê tông mỏng (overlay) co ngót nhiều hơn và cần bảo dưỡng đặc biệt cẩn thận.
Autogenous shrinkage là gì và ảnh hưởng thế nào?: Co ngót tự sinh xảy ra khi bê tông W/C thấp (<0,42) — nước mao quản tự hút vào phản ứng hydrat hóa gây áp lực hút làm co thể tích nội tại. Quan trọng với bê tông hiệu năng cao (HPC) và cần dùng cốt liệu bão hòa nước (pre-wetted LWA) để bù ẩm.
Mùa khô hay mùa mưa đổ bê tông dễ bị co ngót hơn?: Mùa khô (nhiệt độ cao, độ ẩm thấp, gió mạnh) có nguy cơ plastic shrinkage cao hơn nhiều. Mùa mưa môi trường ẩm hơn giúp giảm tốc độ bay hơi — ít plastic shrinkage hơn, nhưng mưa rơi vào bê tông làm tăng W/C cũng là rủi ro khác.

Kết luận

Bê tông bị co ngót là hiện tượng tất yếu do bản chất vật lý-hóa học của hỗn hợp xi măng và nước. Hai cơ chế chính — plastic shrinkage trong 2–4 giờ đầu và drying shrinkage dài hạn (200–400 µε) — đều dẫn đến vết nứt nếu không được kiểm soát. Giảm W/C, bảo dưỡng đủ ẩm, che gió–nắng kịp thời và bố trí khe co giãn đúng khoảng cách là bốn biện pháp then chốt để kiểm soát co ngót, hạn chế nứt và kéo dài tuổi thọ công trình.