Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến quá trình hydrat hóa
Phản ứng hydrat hóa xi măng là phản ứng hóa học tuân theo quy tắc Arrhenius: tốc độ phản ứng giảm khoảng một nửa khi nhiệt độ giảm 10°C. Ở 20°C, bê tông đạt 70% cường độ 28 ngày sau 7 ngày. Ở 5°C, cùng kết quả cần 28 ngày; ở 0°C, quá trình hydrat hóa gần như dừng hẳn. Đây là thách thức lớn trong thi công mùa lạnh ở miền Bắc Việt Nam (tháng 12–2) và vùng cao Tây Bắc.
Dưới 5°C: Hydrat hóa chậm nghiêm trọng
Khi nhiệt độ môi trường xuống dưới 5°C, tốc độ hydrat hóa giảm đến mức bê tông không thể đạt cường độ tối thiểu để chịu tải trong thời gian thi công bình thường. TCVN 4453:1995 (Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối) yêu cầu dừng đổ bê tông hoặc áp dụng biện pháp đặc biệt khi nhiệt độ không khí dưới 5°C. Tiêu chuẩn ACI 306R (Mỹ) định nghĩa “thi công thời tiết lạnh” là khi nhiệt độ không khí <4°C trong ba ngày liên tiếp.
Dưới 0°C: Nước đóng băng — thảm họa bê tông
Khi nước trong hỗn hợp bê tông đóng băng (nở thể tích ~9%), áp suất nội tạo ra lên đến vài chục MPa, phá hủy cấu trúc C-S-H đang hình thành và liên kết cốt liệu-xi măng. Bê tông bị đóng băng trước khi đạt cường độ tối thiểu 3,5 MPa (theo ACI 306R) sẽ hỏng vĩnh viễn — không thể phục hồi khi tan băng. Cường độ cuối cùng chỉ đạt 50–60% thiết kế ngay cả khi sau đó được dưỡng hộ đúng cách.
Biện pháp thi công bê tông mùa lạnh
1. Gia nhiệt nước trộn (40–60°C): Nước nóng trộn vào cốt liệu và xi măng nâng nhiệt độ hỗn hợp bê tông tươi lên 10–20°C. Không đun nước quá 80°C vì có thể gây “ninh kết giả” (flash set) khi tiếp xúc trực tiếp xi măng.
2. Gia nhiệt cốt liệu: Cát đá lạnh hấp thụ nhiều nhiệt hơn nước — hơ nóng hoặc lưu kho trong nhà xưởng ấm giúp nhiệt độ hỗn hợp tốt hơn.
3. Che phủ và lều giữ nhiệt: Bạt polyethylene, lều hơi nước (steam tent), chăn cách nhiệt (insulated blanket) che kết cấu sau đổ giữ nhiệt hydrat hóa của xi măng tự thân (150–250 kJ/kg xi măng). Đây là biện pháp kinh tế nhất.
4. Dùng xi măng đông cứng nhanh hoặc mác cao: PC50 hoặc xi măng đóng rắn nhanh (ASTM Type III) tỏa nhiệt hydrat hóa nhanh hơn, đạt cường độ sớm trước khi nhiệt độ xuống thấp về đêm.
5. Phụ gia tăng tốc: Calcium chloride (CaCl₂, tối đa 2% khối lượng xi măng) tăng tốc ninh kết và đóng rắn nhưng ăn mòn cốt thép — chỉ dùng cho bê tông không có cốt thép. Phụ gia không chứa chloride (sodium nitrite, triethanolamine) an toàn hơn cho bê tông cốt thép.
Thời gian bảo dưỡng ở nhiệt độ thấp
| Nhiệt độ bê tông | Thời gian đạt 70% cường độ thiết kế |
|---|---|
| 20°C | 7 ngày |
| 10°C | 14 ngày |
| 5°C | 28 ngày |
| 2°C | 56 ngày hoặc hơn |
Nhiệt độ tối thiểu của bê tông tươi khi đổ
ACI 306R khuyến nghị nhiệt độ tối thiểu của bê tông tươi tại điểm đổ là 10°C cho tiết diện mỏng (<300 mm), 7°C cho tiết diện trung bình, và 5°C cho tiết diện lớn (>1.800 mm). Nhiệt độ tối thiểu cần duy trì suốt thời gian bảo dưỡng tối thiểu: 7 ngày với xi măng thường, 3 ngày với xi măng đóng rắn nhanh.
Thực tế ở Việt Nam
Miền Bắc Việt Nam hiếm khi dưới 0°C (chỉ vùng cao như Sa Pa, Mẫu Sơn), nhưng 5–10°C vào tháng 12–2 là phổ biến ở Hà Nội và đồng bằng sông Hồng. Ở nhiệt độ này, kéo dài thời gian tháo ván khuôn và dưỡng hộ ẩm lâu hơn là biện pháp đơn giản và đủ cho hầu hết công trình dân dụng. Các công trình lớn ở vùng cao cần tư vấn kỹ thuật áp dụng ACI 306R hoặc TCVN tương ứng.