Xi măng không đông cứng vì khô đi, mà vì nó phản ứng hoá học với nước, tạo ra những tinh thể và một loại gel mới đan chặt vào nhau như những sợi rễ li ti. Đó là lý do bê tông mới đổ phải được tưới nước giữ ẩm nhiều ngày, và cũng là lý do xi măng đông cứng được cả dưới nước.
Chào bạn, đây là Nhà Hoá Học. Ai từng xây nhà đều nghe thợ dặn tưới nước cho sàn bê tông, nhiều người thấy lạ: muốn khô mà lại tưới nước. Tập này mình kể vì sao lời dặn ấy đúng về mặt hoá học.
Xi măng được làm từ gì?
Loại xi măng phổ biến nhất hiện nay có nguồn gốc từ một bằng sáng chế ở Anh đầu thế kỷ mười chín, được đặt tên theo một loại đá xây dựng có màu tương tự ở vùng ven biển nước Anh.
Nguyên liệu chính là đá vôi và đất sét, cộng thêm một ít quặng sắt hay cát. Hỗn hợp được nghiền mịn rồi nung trong lò quay khổng lồ ở nhiệt độ rất cao, khoảng một nghìn bốn trăm độ. Ở nhiệt độ đó, đá vôi mất khí cacbonic thành vôi, vôi phản ứng với silic, nhôm, sắt trong đất sét tạo thành những viên nhỏ cứng gọi là clanhke.
Clanhke chứa các hợp chất canxi silicat, canxi aluminat là những chất không bền khi gặp nước, sẵn sàng phản ứng. Người ta nghiền clanhke thật mịn cùng một ít thạch cao để điều chỉnh tốc độ đông kết, thành bột xi măng xám mà bạn thấy trong bao.
Ở Việt Nam, các nhà máy xi măng thường đặt gần núi đá vôi, như nhiều vùng ở miền Bắc, vì đá vôi là nguyên liệu chính và rất nặng để vận chuyển xa.
Thuỷ hoá: xi măng uống nước để cứng lại
Khi trộn xi măng với nước, các hợp chất canxi silicat bắt đầu phản ứng với nước, gọi là phản ứng thuỷ hoá. Sản phẩm chính là một chất có tên canxi silicat hiđrat, tồn tại ở dạng gel và những sợi tinh thể cực nhỏ.
Các sợi này mọc ra từ mỗi hạt xi măng, lan vào khoảng trống, đan vào sợi của hạt bên cạnh, bám vào cát và đá. Dần dần cả khối trở thành một mạng lưới liên kết chặt chẽ, cứng như đá. Đó là cái mà mình gọi là xi măng đông cứng.
Phản ứng còn tạo ra canxi hiđrôxit, chất làm cho bê tông có tính kiềm rất mạnh. Tính kiềm này có một lợi ích quan trọng: nó bảo vệ cốt thép bên trong bê tông khỏi bị gỉ.
Vì là phản ứng hoá học chứ không phải bay hơi, xi măng đông cứng được cả dưới nước. Trụ cầu, móng kè sông, bể chứa nước đều dựa vào điều này.
Vì sao phải tưới nước cho bê tông?
Giờ mình nói sang lời dặn của thợ. Phản ứng thuỷ hoá không xảy ra xong trong một ngày. Phần lớn sức chịu lực được hình thành trong vài tuần đầu, và các kỹ sư thường đánh giá cường độ bê tông ở mốc hai mươi tám ngày. Phản ứng thậm chí còn tiếp tục chậm rãi trong nhiều tháng.
Suốt thời gian đó, xi măng cần nước. Nếu sàn bê tông bị phơi nắng gió, nước bay hơi khỏi bề mặt quá nhanh, những hạt xi măng ở lớp ngoài không còn nước để phản ứng. Lớp đó yếu, dễ bong bụi, dễ nứt chân chim.
Bê tông mất nước nhanh còn co ngót không đều, sinh ra ứng suất và vết nứt. Mùa hè miền Nam nắng gắt hay mùa khô hanh miền Bắc là lúc dễ gặp chuyện này nhất.
Vì vậy thợ tưới nước, phủ bao tải ướt, phủ bạt, hay ngâm nước trên mặt sàn trong nhiều ngày sau khi đổ. Đó gọi là bảo dưỡng bê tông. Muốn bê tông khô ráo bền chắc, phải giữ nó ẩm đúng lúc.
Bỏng xi măng: mối nguy ít ai để ý
Vữa và bê tông ướt có tính kiềm rất mạnh vì canxi hiđrôxit. Tiếp xúc lâu với da, nhất là khi vữa lọt vào ủng, găng tay, đầu gối quỳ trên vữa ướt, có thể gây bỏng hoá học.
Điều đáng sợ là bỏng xi măng thường không đau ngay. Người thợ có thể làm việc cả buổi, đến tối mới thấy da đỏ, rát, rồi phồng rộp, loét sâu. Giống mọi bỏng kiềm, tổn thương lan sâu dần.
Thợ hồ và người tự sửa nhà nên đeo găng tay chống thấm, ủng cao, quần áo dài, kính khi trộn vữa hay đục bê tông. Nếu vữa dính vào da, rửa ngay bằng nhiều nước sạch. Vữa bắn vào mắt là cấp cứu, phải rửa mắt liên tục và đi khám.
Bột xi măng khô cũng gây kích ứng khi hít phải và có thể chứa một lượng nhỏ crôm gây dị ứng da ở một số người làm nghề lâu năm. Đeo khẩu trang khi đổ bao xi măng.
Xi măng và khí cacbonic
Xi măng là một trong những vật liệu được dùng nhiều nhất thế giới, chỉ sau nước. Và việc sản xuất nó thải ra một lượng khí cacbonic rất lớn, thường được ước tính vào khoảng tám phần trăm lượng khí cacbonic do con người thải ra.
Nguồn thải đến từ hai chỗ: đốt nhiên liệu để nung lò ở nhiệt độ rất cao, và chính phản ứng biến đá vôi thành vôi, vốn nhả khí cacbonic ra khỏi đá. Phần thứ hai là bản chất hoá học, không tránh được chỉ bằng cách đổi nhiên liệu.
Các nhà nghiên cứu đang tìm cách giảm, như thay một phần clanhke bằng tro bay từ nhà máy nhiệt điện, xỉ lò cao, đất sét nung, hay thu giữ khí cacbonic. Bê tông cũng hấp thụ trở lại một phần khí cacbonic từ không khí theo thời gian.
Người La Mã cổ đã làm bê tông bền hàng nghìn năm bằng vôi và tro núi lửa, một số công trình vẫn đứng đến nay, và các nhà khoa học vẫn đang học từ chúng. Lần tới đi ngang công trình thấy người thợ tưới nước lên sàn bê tông mới, bạn sẽ biết họ đang cho xi măng uống nước để nó cứng lại.
Câu hỏi thường gặp
Xi măng để lâu trong bao có bị hỏng không?
Có. Xi măng hút ẩm từ không khí, phản ứng dần thành cục vón, mất sức kết dính. Nên dùng trong thời hạn khuyến cáo và để nơi khô, kê cao khỏi nền.
Vì sao bê tông bị nứt sau vài năm?
Nhiều nguyên nhân như co ngót, lún nền, tải trọng, nhiệt độ thay đổi. Theo thời gian, khí cacbonic thấm vào làm giảm tính kiềm, cốt thép có thể gỉ, nở ra và làm nứt bê tông.
Pha nhiều nước cho dễ trộn có sao không?
Nước dư không tham gia phản ứng sẽ bay hơi để lại lỗ rỗng, làm bê tông yếu và thấm nước hơn. Thợ có kinh nghiệm luôn giữ tỉ lệ nước vừa phải.
Vôi và xi măng khác nhau thế nào?
Vữa vôi đông cứng chủ yếu nhờ hấp thụ khí cacbonic từ không khí, chậm và mềm hơn. Xi măng đông cứng nhờ thuỷ hoá với nước, nhanh và chắc hơn nhiều.
Trẻ em chơi gần chỗ trộn vữa có nguy hiểm không?
Có. Vữa ướt có tính kiềm mạnh, dính vào da, mắt có thể gây bỏng. Nên giữ trẻ tránh xa khu vực xây dựng.
