Bê tông đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Lợi ích của bê tông đối với xã hội là rất lớn, có thể dễ dàng nhận thấy bê tông được sử dụng ở hầu hết mọi nơi, dùng trong xây dựng trường học, bệnh viện, chung cư, cầu đường, đập, hệ thống thoát nước, vỉa hè, đường giao thông, và nhiều hơn thế nữa. Tuy vậy, rất ít người nhận ra sự thật rằng bê tông là vật liệu nhân tạo được sử dụng nhiều nhất trên thế giới. Số lượng bê tông được sử dụng hằng năm nhiều gấp 2 lần tổng lượng gỗ, thép, nhựa và nhôm được sử dụng cùng kì. Trong hầu hết các trường hợp, không có vật liệu nào trong số những vật liệu nêu trên có thể vượt qua bê tông về hiệu quả, giá thành và hiệu suất hoạt động. Người ta ước tính rằng trung bình mỗi năm, trên thế giới có đến 10 tỉ tấn bê tông được tiêu thụ. Ngoại trừ nước ra, thì không có nguyên vật liệu nào được con người sử dụng với số lượng lớn như bê tông.

Thành phần cấu tạo

Bê tông là một vật liệu xây dựng rất chắc chắn và khá linh hoạt. Thành phần của bê tông bao gồm xi măng, cát và cốt liệu (như sỏi hoặc đá dăm) pha với nước. Xi măng và nước tạo thành hỗn hợp kết dính các nguyên liệu còn lại với nhau. Hỗn hợp này sẽ bắt đầu cứng lại sau vài giờ, tuy nhiên phải mất thêm vài tuần nữa thì bê tông mới đạt được độ cứng và độ chắc chắn cần thiết. Sau quá trình này, bên tông vẫn có thể cứng và chắc hơn theo thời gian.

Xi măng được cấu thành từ đá vôi, silicon, canxi, đôi khi có thêm nhôm và sắt. Người ta thường chia bê tông thành 5 loại: loại I được sử dụng chung và phổ biến, loại II dùng nhiệt vừa trong quá trình hydrat hóa, loại III có độ chắc chắn lúc đầu cao, loại IV dùng nhiệt thấp trong quá trình hydrat hóa, và loại V có khả năng kháng lưu huỳnh. Bê tông thường được pha với tỷ lệ 6 phần nước, 4 phần cốt liệu thô (sỏi), 2 phần cốt liệu mịn (cát), và 1 phần xi măng Portland. Xi măng Portland được Joseph Aspdin tạo ra vào năm 1824, và được công nhận là xi măng chuẩn quốc tế. Nó được làm bằng cách nghiền hỗn hợp của đá vôi và đất sét, sau đó nung trong nhiệt độ từ 1400 đến 1450 độ C để tạo ra alite và belite, là 2 khoáng chất tạo thành canxi silicate hydrate và hydroxit canxi hydroxide, cũng như tạo độ bền chắc cho bê tông.

Bê tông được tạo ra từ một phản ứng tỏa nhiệt của quá trình thủy hóa của xi măng, là quá trình làm cho bê tông cứng lại và tăng sự phát triển cường độ, và thường mất khoảng 28 ngày để đạt được đến độ nén tối ưu. Trong ngành công nghiệp xây dựng, người ra chia bê tông làm 2 loại: bê tông đổ tại chỗ và bê tông đúc sẵn.

Lịch sử

Các tài liệu khảo cổ cho thấy việc sử dụng vôi vữa bắt đầu từ năm 12.000 trước công nguyên, người Ai Cập cổ đại đã sử dụng bê tông trong xây dựng các kim tự tháp. Người La Mã sau đó đã phát triển vật liệu này thành ‘opus caementicium’, một hỗn hợp từ đá bột tổng hợp, vôi, và pozzolana (tro núi lửa). Họ đúc vật liệu này thành từng lớp cùng với gạch vụn, và thường phủ nó bằng các vật liệu khác, như đá hoặc gạch đất nung. Bê tông đóng một phần quan trọng trong các di sản kiến trúc của người La Mã, vì nó khắc phục được những yếu điểm của nề trong việc xây dựng những công trình mái vòm đặc trưng. 

Được hoàn thành vào năm 118 SCN, đền Pantheon ở Roma, Ý sở hữu một mái vòm bê tông với đường kính 144 feet (44m), là công trình có mái vòm lớn nhất cho đến thế kỷ thứ 19, khoảng hơn 1700 năm sau đó.

Năm 1756, kỹ sư John Smeaton đã sáng chế một hỗn hợp bê tông bằng đá cuội với vôi chịu nước.

Năm 1824, Aspdin chế tạo ra xi măng Portland, được đặt tên theo các mẫu đá lấy từ hòn đảo Portland của nước Anh vì khi xi măng đông cứng nó rất giống với các loại đá này. Hai thập niên sau đó, Joseph-Louis Lambot chế tạo ra xi măng lưới thép, ngày nay gọi là bê tông cốt thép, bằng cách đặt các thanh sắt trong bê tông đúc nhằm chống lại sức kéo trong  bồn chứa nước và tàu thuyền. Các kỹ sư sau đó đã trở nên thích thú với ý tưởng sử dụng vật liệu này trong xây dựng các tòa nhà xi măng lưới thép. Năm 1893, đánh dấu công trình bê tông cốt thép đầu tiên khi Ernest L. Ransome cho xây dựng công ty Pacific Coast Borax tại California, Mĩ.

Auguste Perret đã sử dụng vật liệu này cho một khu chung cư ở Paris vào năm 1903. Học trò của ông là Le Corbusier đã sử dụng bê tông cốt thép trong công trình Domino System vào năm 1914, một khuôn khổ cấu trúc nguyên mẫu loại bỏ được các yêu cầu chịu lực của mặt tiền, tạo nên những khái niệm quan trọng trong việc sử dụng vật liệu này.

Bê tông đã trở thành cơ sở cho sự hình thành một loại mẫu hình xây dựng từ các thanh xà đơn, cột trụ đứng và xà ngang, thường được làm từ nề và gỗ, và Le Corbusiers đã cho thấy những tiền đề đầu tiên của hệ thống này qua công trình Notre Dame du Haut (1955). Nằm ở Ronchamp, Pháp, nhà thờ được điêu khắc tinh xảo là một công trình bê tông cốt thép được đổ nề bên trong và phủ bởi 1.5 inch (4cm) gunite, một loại bê tông phun phủ.

Một mái nhà làm từ xi măng thô, hoặc bê tông thô, tạo ra một sự tương phản rõ rệt khi đặt cạnh những bức tường trắng. Các kiến trúc sư đã cố ý tăng độ dày của tường bao tòa nhà để tạo ra hiệu ứng ấn tượng. Nhìn từ ngoài vào có thể nghĩ rằng những bức tường này chịu lực cho cả tòa nhà nhưng trên thực tế thì không như thế. Nếu để ý kĩ chúng ta có thể thấy nằm trong một khoảng hở cao khoảng 4 inch (10cm) chạy ngang giữa phía trên cùng của những bức tường và mái nhà, là các cột trụ bê tông tương đối mỏng.

Một cách khác trong việc sử dụng bê tông như một vật liệu tinh chế có khả năng tối ưu hóa các mô hình có cấu trúc. Bảo tàng nghệ thuật Kimbell của Louis Kahn là một ví dụ tiêu biểu của ứng dụng này. Được xây dựng đại Fort Worth, Texas vào năm 1972, bảo tàng rộng 120.000 foot vuông (11.148 m²) này gồm một dãy các phòng trưng bày và ba sân vườn xen kẽ. Khung bê tông cốt thép của bảo tàng này vừa rất hợp lý vừa gây ngạc nhiên lớn, vì các cột bê tông được dựng ở các góc của phòng trưng bày có kích thước khá nhỏ bé 61 x 61 cm so với sải vòm có độ dài 30.48m mà nó chịu lực.

Các công nghệ đột phá

Các nhà khoa học hiện đang trong quá trình nghiên cứu một số phương pháp để giảm thiểu những tác động đến môi trường của việc sản xuất và sử dụng bê tông. Một trong số đó có thể kể đến là việc tạo ra các loại bê tông siêu chắc, giúp giảm lượng bê tông cần thiết mà vẫn đảm bảo chất lượng đề ra. Để tạo ra bê tông chắc là một quá trình cân bằng tốt. Nếu có quá nhiều lỗ tích nước không phản ứng hết sẽ làm yếu đi kết cấu của thành phẩm cuối cùng, nhưng nước cũng là yếu tố không thể thiếu trong quá trình thi công. Tuy vậy, ngưỡng thi công này có thể được giảm nhờ sử dụng các chất phụ gia hay còn gọi là chất hóa dẻo.

+ Bê tông cốt thép

Bê tông cốt thép là một trong những đại diện cho nghịch lý của công nghệ kỹ thuật. Một mặt, sự ứng dụng trên hầu hết các công trình hiện đại như là một vật liệu không thể thiếu làm cho bê tông trở thành vật liệu phổ biến và tưởng chừng như không phức tạp. Mặt khác, bê tông cũng là một đối tượng được tập trung nghiên cứu và giám sát, một phần do sự phổ biến của nó, nên công nghệ bê tông dần trở nên đa dạng và phức tạp, thường đưa đến những kết quả đáng ngạc nhiên. Các công nghệ đột phá này đều thấy được ứng dụng mạnh mẽ của bê tông, qua đó đẩy hiệu quả sử dụng cũng như tính thẩm mỹ của nó lên một tầm cao hơn.

+ Bê tông chất lượng siêu cao (UHPC)

Cũng giống như bê tông cốt thép, bê tông chất lượng siêu cao (UHPC) tập trung vào việc tối đa hóa tỉ lệ giữa độ bền chắc và trọng lượng: sự kết hợp của hơi silica, chất siêu dẻo, sỏi thạch anh và một số loại sợi khoáng để tạo ra các hợp chất với độ chắc và độ dẻo cao, cũng như có sức kháng tác động, ăn mòn và mài mòn tốt. Đặc biệt, độ nén và độ uốn cao cho phép tạo ra các nhịp dài hơn với các bộ phận có kết cấu mỏng hơn. Một số loại bê tông chất lượng cao bao gồm các lớp sợi thủy tinh được bó theo các hướng khác nhau, giúp loại bỏ việc sử dụng cốt thép. Cuối cùng cho ra những sản phẩm có trọng lượng nhẹ, cùng với độ đàn hồi cao và khả năng chống cháy tốt.

+ Giảm lượng xi măng

Một phương pháp khác để giảm thiểu lượng cacbon sinh ra trong quá trình chế tạo bê tông là giảm lượng xi măng, như xi măng Portland hoặc SCM (vật liệu bổ sung xi măng). Phương pháp này chỉ ra rằng việc giảm lượng xi măng thật sự có thể cải thiện độ bền của thành phẩm bê tông. “Nếu như nói bê tông được cấu thành từ hồ xi măng và cốt liệu, thì hồ xi măng là phần xốp hơn, nên nó chính là chất mà khi các chất khác tiếp xúc với nó có thể bị dính vào hoặc rời ra. Vì vậy, trên lý thuyết, thì sử dụng ít xi măng hơn sẽ cho thảnh phẩm bê tông tốt hơn.”

Lê Thị Thu Hà

» Tin mới nhất:

• Lãi suất của Hoa Kỳ có thể tăng cao hơn so với dự kiến (18/03/2023)
• NHỮNG LỢI ÍCH VÀ NIỀM VUI TỪ LỚP HỌC ĐẠI HỌC (18/03/2023)
• Những nguyên tắc cần lưu ý khi đầu tư chứng khoán (18/03/2023)
• F88_ Hãng cầm đồ lớn nhất Việt Nam (18/03/2023)
• CVE là gì là gì? Tìm hiểu về lỗ hổng Zero-day (18/03/2023)

» Các tin khác:

• Vai trò của kế toán trong các doanh nghiệp (15/04/2022)
• ĐƯỜNG VÀO THỊ TRƯỜNG TÀI CHÍNH: NHỮNG CON NGƯỜI DẪN DẮT (14/04/2022)
• Các cơ hội vàng cho người học kế toán giỏi tiếng anh (14/04/2022)
• XÂY DỰNG THƯƠNG HIỆU NỘI BỘ (14/04/2022)
• Học Quản Trị Kinh Doanh có gì hay ? Trải nghiệm thực tế tại doanh nghiệp của sinh viên PSU QTH (13/04/2022)
• Làm thế nào cập nhật PHP 7.4 cho VPS (19/03/2022)
• Các phương pháp học Tiếng Anh hiệu quả (19/03/2022)
• Nhà đầu tư mới trên thị trường nên mở tài khoản chứng khoán tại công ty nào? (19/03/2022)
• Những điều cần chuẩn bị để khởi nghiệp (18/03/2022)
• Chiến lược phát triển xe hybrid trên nhiều dòng xe của Toyota năm 2022 (*) (18/03/2022)