Định nghĩa đông kết xi măng
Đông kết xi măng (setting of cement) là quá trình hồ xi măng (xi măng trộn với nước theo tỷ lệ nước tiêu chuẩn) chuyển từ trạng thái lỏng-dẻo sang trạng thái cứng không phục hồi. Quá trình này được chia thành hai mốc thời gian: đông kết sơ (initial set – thời điểm bắt đầu cứng hoá đáng kể) và đông kết cuối (final set – thời điểm hoàn toàn cứng hoá). Đây là thông số kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng đến kế hoạch thi công, vận chuyển và đổ bê tông.
Phương pháp xác định — Kim Vicat
Thử nghiệm đông kết sử dụng kim Vicat theo TCVN 6016:2011 (tương đương EN 196-3). Kim có đường kính 1 mm, trọng lượng đầu đo 300 g, được thả tự do vào mẫu hồ xi măng (theo nước tiêu chuẩn) chứa trong khuôn hình côn Vicat. Phép đo thực hiện định kỳ (thường mỗi 5–10 phút) trong phòng có nhiệt độ 20 ± 1°C, độ ẩm ≥ 95%.
- Đông kết sơ: Kim Vicat 1 mm dừng ở cách mặt đáy khuôn ≥ 6 mm (tức là xuyên vào mẫu không quá 34 mm từ mặt trên, với chiều cao mẫu 40 mm). Tính thời gian từ lúc bắt đầu tiếp xúc xi măng với nước đến khi đạt điều kiện này.
- Đông kết cuối: Kim Vicat không để lại dấu ấn có thể nhìn thấy trên bề mặt mẫu (xuyên vào không quá 0,5 mm). Thực tế thường dùng kim 1 mm đảo ngược hoặc kim hình vành khuyên 5 mm để xác định đông kết cuối.
Yêu cầu theo TCVN 6260:2009 (PCB)
| Thông số | Yêu cầu TCVN 6260 | Yêu cầu EN 197-1 |
|---|---|---|
| Đông kết sơ (thời gian tối thiểu) | ≥ 45 phút | ≥ 60 phút (CEM I) |
| Đông kết cuối (thời gian tối đa) | ≤ 10 giờ | ≤ 12 giờ (CEM I) |
Xi măng PCB 40 thông thường có đông kết sơ thực tế khoảng 90–180 phút và đông kết cuối 4–8 giờ ở nhiệt độ 20°C. Xi măng đông kết nhanh (rapid hardening) có thể có đông kết sơ chỉ 30–45 phút.
Cơ chế hóa học của đông kết
Đông kết sơ xảy ra khi C₃A (tricalcium aluminate) phản ứng với nước tạo ettringite sơ bộ (Ca₆Al₂(SO₄)₃(OH)₁₂·26H₂O). Thạch cao (CaSO₄·2H₂O) có trong xi măng kiểm soát phản ứng này, ngăn “đông kết giả” (false set) xảy ra quá sớm. Tiếp theo, C₃S bắt đầu hydrat hóa sinh C-S-H gel và Ca(OH)₂, làm mạng lưới cứng hoá lan rộng — đây là giai đoạn đông kết thực sự.
Phân biệt đông kết thật và đông kết giả
Đông kết giả (False set): Hồ xi măng cứng đột ngột sau 5–10 phút nhưng nếu trộn thêm thì mềm trở lại. Nguyên nhân do thạch cao bị phân hủy thành hemihydrat trong quá trình nghiền nóng, sau đó tái kết tinh khi gặp nước. Không gây hại nếu phát hiện sớm và xử lý bằng cách trộn thêm. Đông kết sớm thực (Early stiffening / Flash set): Xảy ra khi C₃A phản ứng mà không có đủ thạch cao, tỏa nhiệt lớn, không thể phục hồi — đây mới là vấn đề nghiêm trọng.
Yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đông kết
- Nhiệt độ: Tăng 10°C rút ngắn đông kết sơ khoảng 30–50%; thời tiết nóng (35°C) có thể rút ngắn 40–60% so với 20°C.
- Tỷ lệ nước/xi măng: W/C cao hơn kéo dài thời gian đông kết do pha loãng nồng độ ion.
- Độ mịn xi măng: Xi măng mịn hơn (Blaine cao hơn) đông kết nhanh hơn do diện tích phản ứng lớn.
- Phụ gia: Phụ gia chậm đông kết kéo dài thêm 2–6 giờ; phụ gia tăng tốc có thể rút xuống 15–30 phút.
Ứng dụng thực tế
Thời gian đông kết sơ xác định “cửa sổ thi công” — khoảng thời gian từ lúc trộn đến khi bê tông phải hoàn thành đổ, đầm và hoàn thiện mặt. Trong điều kiện Việt Nam (nhiệt độ 30–38°C mùa hè), thực tế thường rút ngắn 30–50% so với thử nghiệm ở 20°C, đòi hỏi kế hoạch thi công và vận chuyển phù hợp. Với bê tông thương phẩm vận chuyển xa trên 30 km, cần sử dụng phụ gia chậm đông kết để duy trì tính công tác.