NGHIÊN CỨU - ỨNG DỤNG

Phản ứng kiềm cốt liệu - Yếu tố phá hủy công trình thầm lặng

04/08/2020 - 04:48 CH

Trong nhiều trường hợp, các phản ứng kiềm – cốt liệu (Alkali-Aggregate Reaction) diễn ra rất chậm, không rõ rệt, khiến việc kiểm soát và phát hiện rất khó khăn. Nhưng nhiều công trình tại các vùng khí hậu khô và lạnh như Bắc Mỹ đã có thể phải trả giá cho hiện tượng này.

Trong hầu hết bê tông, cốt liệu thường trơ về mặt hoá học. Tuy nhiên, một số cốt liệu phản ứng với các hydroxit kiềm trong bê tông, làm giãn nở và nứt trong thời gian dài về sau, có thể là nhiều năm. Phản ứng kiềm-cốt liệu này có hai hình thức: phản ứng kiềm - silicat (Alkali –Silica Reaction, ASR) và phản ứng kiềm-cacbonat (Alkali – Carbonate Reaction, ACR).

Phản ứng kiềm có thể gây rạn nứt công trình sau nhiều năm.

Phản ứng kiềm-silicat (ASR) là mối quan tâm lớn hơn vì cốt liệu chứa oxit silic phản ứng là phổ biến hơn. Trong phản ứng ASR, cốt liệu có chứa một số dạng của oxit silic sẽ phản ứng với hydroxit kiềm trong bê tông để tạo thành một loại gel nở vì nó hấp thụ nước từ hồ xi măng xung quanh hoặc môi trường. Những loại gel có thể gây áp lực đủ lớn để gây phá hủy bê tông.

Điểm dễ thấy của phản ứng ASR là bản đồ vết nứt ngẫu nhiên, và trong trường hợp nặng, gần mối nối và kèm theo nứt bê tông. Nứt thường xuất hiện ở những vùng có một nguồn có thường xuyên hơi ẩm, chẳng hạn như gần mực nước ở cầu tàu, gần mặt đất phía sau tường chắn, gần mối nối và cạnh mép ở vỉa hè, hoặc trong các trụ cột hoặc tùy thuộc vào hành động làm bấc thấm thoát ẩm. kiểm tra thạch học có thể xác định phản ứng ASR.

Các hình ảnh mô phỏng Phản ứng kiềm-silicat (ASR).

Phản ứng kiềm-silicat có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng một số phụ gia có tính puzolan (Supplementary Cementious Materials - SCM). Dùng đúng tỷ lệ, silica fume, tro bay và xỉ hạt lò cao đã giảm đáng kể hoặc loại bỏ giãn nở do phản ứng kiềm - silica. Ngoài ra, hợp chất lithium đã được sử dụng để làm giảm phản ứng ASR.

Mặc dù cốt liệu có khả năng phản ứng tồn tại trên khắp các khu vực rộng lớn của Bắc Mỹ, phản ứng kiềm - silica tiềm ẩn nguy cơ giãn nở trong bê tông mà không phải là phổ biến vì có các biện pháp để kiểm soát nó. Điều quan trọng cũng cần lưu ý rằng không phải tất cả các phản ứng gel ASR tạo giãn nở phá hủy.

Phản ứng kiềm - cacbonat (ACR) được theo dõi với một số đá đôlômit nhất định. Quá trình đề đolomit hóa, phá vỡ đolomit, thường được kết hợp với sự giãn nở. Phản ứng này và kết tinh xảy ra muộn của brucite (Mg(OH)₂) có thể gây ra sự giãn nở đáng kể. Sự phá hủy gây ra bởi các phản ứng kiềm-cacbonat là tương tự như phản ứng ASR;

Tuy nhiên, phản ứng ACR là tương đối hiếm vì cốt liệu dễ bị hiện tượng này ít phổ biến và thường không phù hợp để sử dụng trong bê tông vì các lý do khác. Cốt liệu dễ bị phản ứng ACR có xu hướng để có một phương cát khai (kết cấu) đặc trưng có thể được xác định bởi các nhà thạch học. Không giống như phản ứng kiềm-cacbonat, việc sử dụng các phụ gia có tính puzolan (SCM) không ngăn cản việc giãn nở gây hại do phản ứng ACR. Đó là khuyến cáo rằng cốt liệu dễ bị phản ứng ACR không được sử dụng trong bê tông.

Dù là phản ứng kiềm - cacbonat (ACR) hay phản ứng kiềm-silicat (ASR) cũng đều đều cần được kiểm soát hết sức chặt chẽ để luôn đảm bảo chất lượng công trình theo đúng tuổi thọ. Những sơ suất chủ quan trong vấn đề này, nhất là đối với các công trình lớn, trọng điểm có thể khiến nhà đầu tư và xã hội phải trả giá đắt.

VLXD.org (TH)