Xi măng, vữa và bê tông khác nhau thế nào: giải thích dễ hiểu cho học sinh

Xi măng là bột keo, vữa là xi măng trộn cát và nước, còn bê tông là xi măng trộn cát, đá (hoặc sỏi) và nước. Nói gọn: xi măng là chất dính, vữa dùng để gắn và trát, bê tông dùng để đúc thành khối chịu lực như móng, cột, sàn. Ba thứ hay bị gọi lẫn với nhau, nhưng thợ xây không bao giờ nhầm.

Ba thứ, một bảng so sánh

	Xi măng	Vữa	Bê tông
Là gì	Bột xám mịn, chất kết dính	Xi măng + cát + nước	Xi măng + cát + đá/sỏi + nước
Hạt to nhất bên trong	Nhỏ hơn hạt bụi	Hạt cát, vài milimét	Viên đá, có thể tới vài centimét
Dùng để	Làm nguyên liệu cho hai thứ kia	Gắn gạch, trát tường, láng nền	Đổ móng, cột, dầm, sàn, đường
Dùng một mình được không	Gần như không: đắt, co ngót nhiều, dễ nứt	Được, ở lớp mỏng	Được, ở khối dày

Hình dung một chiếc bánh: xi măng giống bột mì kiêm keo, cát và đá là phần nhân chiếm gần hết thể tích. Trong một khối bê tông, đá và cát chiếm khoảng ba phần tư; phần hồ xi măng chỉ chừng một phần tư nhưng là thứ giữ tất cả lại với nhau.

Xi măng được làm từ đá vôi và đất sét

Loại xi măng phổ biến nhất thế giới là xi măng poóc lăng. Cái tên đến từ Joseph Aspdin, một thợ nề ở nước Anh, người được cấp bằng sáng chế năm 1824. Ông thấy khối vữa đông cứng có màu giống đá Portland, một loại đá xây nổi tiếng ở Anh, nên đặt tên như vậy.

Cách làm, nói đơn giản:

1. Nghiền đá vôi cùng một phần nhỏ đất sét (và ít quặng sắt, cát) thành bột.
2. Đưa bột vào lò quay: một ống thép khổng lồ nằm hơi nghiêng, lót gạch chịu lửa, quay chậm. Phía cuối lò nóng khoảng 1.450 °C.
3. Ở nhiệt độ đó, đá vôi nhả khí CO₂, phần còn lại phản ứng với đất sét, kết lại thành những viên tròn màu xám đen to cỡ hạt lạc tới quả trứng, gọi là clanhke.
4. Làm nguội clanhke, nghiền thật mịn cùng một ít thạch cao. Thạch cao giúp xi măng không đông cứng quá nhanh, để thợ còn kịp trộn và đổ.

Việt Nam có nhà máy xi măng từ rất sớm: Nhà máy Xi măng Hải Phòng ra đời năm 1899, gần các mỏ đá vôi và than. Ngày nay nhà máy xi măng thường mọc cạnh núi đá vôi, vì đá vôi là nguyên liệu nặng nhất cần chở. Bạn nào đi qua vùng núi đá vôi ở Ninh Bình hay Thanh Hoá sẽ thấy những ống khói và tháp cao màu xám của nhà máy xi măng.

Xi măng cứng lại không phải vì khô

Đây là điều nhiều người lớn cũng hiểu nhầm. Xi măng không cứng như bùn khô. Nó cứng vì phản ứng hoá học với nước, gọi là thuỷ hoá. Các hạt xi măng "ăn" nước, mọc ra vô số tinh thể và sợi li ti đan móc vào nhau và bám chặt vào cát, đá.

Ba hệ quả thú vị của việc này:

• Bê tông cứng được cả dưới nước. Trụ cầu, bến cảng được đổ bê tông ngay trong nước. Bùn thì không bao giờ làm được như vậy.
• Bê tông mới đổ cần được giữ ẩm. Thợ hay tưới nước, phủ bao tải ướt lên sàn mới đổ trong những ngày đầu. Nếu nắng làm nước bay đi quá sớm, phản ứng dừng giữa chừng, bê tông yếu và nứt mặt.
• Bê tông ấm lên khi đông cứng. Phản ứng thuỷ hoá toả nhiệt. Những khối bê tông rất lớn như đập thuỷ điện phải tính cách làm mát, nếu không lõi nóng, vỏ nguội, khối sẽ nứt.

Bê tông mạnh lên dần theo thời gian. Kỹ sư thường lấy cường độ ở ngày thứ 28 làm mốc thiết kế; sau một tuần, bê tông thông thường đã đạt khoảng hai phần ba sức đó. Vì thế cột chống, ván khuôn dưới sàn phải để đủ ngày mới được tháo.

Vữa: lớp mỏng gắn và che

Vữa có hai việc chính. Việc thứ nhất là xây: lớp vữa dày khoảng một centimét giữa các hàng gạch giúp gạch dính vào nhau và trải đều sức nặng, để viên trên không đè lên đúng mấy điểm gồ ghề của viên dưới. Việc thứ hai là trát: phủ lên mặt tường cho phẳng, che kín mạch gạch, để sơn lên được.

Vữa không có đá to vì lớp vữa quá mỏng, đá không chui vừa. Tỉ lệ xi măng và cát thay đổi theo việc: vữa xây tường thường nhiều cát hơn, vữa trát mặt ngoài hay chỗ ẩm ướt thì nhiều xi măng hơn cho chắc. Trước khi có xi măng, ông bà ta làm vữa bằng vôi trộn cát; nhiều nhà cổ, đình chùa ngày nay vẫn còn lớp vữa vôi ấy.

Bê tông: vì sao phải có đá

Nếu xi măng là keo, sao không đổ cột bằng toàn hồ xi măng cho chắc? Có ba lý do:

• Đá bền và rẻ. Một viên đá dăm vốn đã là đá cứng, không co ngót. Dùng đá chiếm chỗ thì cần ít xi măng hơn rất nhiều.
• Hồ xi măng co lại khi đông cứng. Khối toàn xi măng sẽ co nhiều và nứt. Đá làm "khung xương" chống co.
• Hạt to nhỏ xen nhau lấp đầy chỗ trống. Giữa các viên đá có khe; cát lấp khe ấy; hồ xi măng lấp nốt khe giữa các hạt cát. Khối càng ít lỗ rỗng càng chắc.

Một công thức dân gian ở công trình nhà dân là "một xi, hai cát, bốn đá", tính theo thể tích. Ngày nay công trình lớn dùng bê tông trộn sẵn ở trạm, chở bằng xe bồn có thùng quay liên tục để hỗn hợp không kịp đông trên đường đi.

Nước: thêm nhiều thì dễ đổ nhưng yếu

Thợ hay muốn thêm nước cho hỗn hợp nhão, dễ đổ, dễ san. Nhưng phần nước thừa, không tham gia phản ứng, sau này bay đi để lại vô số lỗ rỗng nhỏ. Bê tông nhiều nước thì yếu và thấm nước hơn. Kỹ sư gọi đây là tỉ lệ nước trên xi măng, và đó là một trong những con số quan trọng nhất của nghề bê tông.

Người La Mã đã có bê tông từ hai nghìn năm trước

Người La Mã cổ trộn vôi với tro núi lửa ở vùng Pozzuoli gần Napoli, cộng đá vụn, tạo ra một thứ bê tông rất bền. Mái vòm đền Pantheon ở Roma, hoàn thành vào khoảng năm 125, đến nay vẫn là mái vòm bê tông không cốt thép lớn nhất thế giới. Nhiều bến cảng La Mã xây dưới biển vẫn còn đứng. Các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu vì sao bê tông ấy bền với nước biển như vậy, và có những giải thích khác nhau.

Thử làm: lấp đầy một cốc sỏi

Thí nghiệm này cho thấy vì sao bê tông cần cả đá, cát và hồ xi măng, mà không phải đụng tới xi măng thật.

1. Lấy một cốc nhựa trong suốt, đổ đầy sỏi to (sỏi bể cá, hoặc đá cuội nhỏ rửa sạch) tới miệng cốc. Cốc đã "đầy" chưa?
2. Từ từ rắc cát khô vào, lắc nhẹ cốc. Cát chui xuống khe sỏi. Bạn đổ được khá nhiều cát mà cốc không tràn.
3. Khi cát không vào thêm được nữa, từ từ rót nước vào bằng một cốc đong có vạch. Nước vẫn còn chỗ để len vào.
4. Ghi lại: cốc sỏi ban đầu còn bao nhiêu chỗ trống? Thường bạn sẽ ngạc nhiên vì khoảng trống lớn hơn mình nghĩ.

Trong bê tông thật, phần nước ở bước 3 được thay bằng hồ xi măng. Đá là bước 1, cát là bước 2. Muốn bê tông chắc thì phải lấp kín từng tầng khe hở như vậy.

Thêm một việc quan sát: đi quanh nhà hoặc trường, tìm một chỗ vỡ ở bậc thềm, mép sân hay chân cột. Nhìn mặt vỡ, nếu thấy các viên đá nhỏ lốm đốm bên trong thì đó là bê tông; nếu chỉ thấy hạt cát mịn thì đó là vữa. Đừng tự đục phá; chỉ nhìn chỗ đã sẵn bị sứt.

Lưu ý: bột xi măng ướt có tính kiềm mạnh, dính lâu trên da có thể gây bỏng rát. Bạn nhỏ không nên tự trộn xi măng; nếu muốn thử đúc một viên nhỏ, hãy làm cùng người lớn, đeo găng tay và rửa tay kỹ.

Câu hỏi thường gặp

Xi măng và bê tông khác nhau thế nào?

Xi măng chỉ là bột kết dính. Bê tông là hỗn hợp xi măng, cát, đá và nước sau khi đông cứng. Xi măng là một thành phần của bê tông, giống như bột mì là một thành phần của bánh.

Vữa là gì?

Vữa là hỗn hợp chất kết dính (xi măng hoặc vôi), cát và nước, không có đá to. Vữa dùng để gắn gạch với nhau và trát phẳng mặt tường, láng nền.

Vì sao bê tông phải tưới nước sau khi đổ?

Bê tông cứng lại nhờ xi măng phản ứng với nước, không phải nhờ khô đi. Nếu nước bay hơi quá sớm, phản ứng dừng giữa chừng, bê tông yếu và nứt mặt. Tưới nước, phủ bao ướt giúp giữ ẩm những ngày đầu.

Bê tông bao lâu thì cứng hẳn?

Bê tông đông cứng trong vài giờ nhưng mạnh lên dần trong nhiều tuần. Kỹ sư lấy cường độ ở ngày thứ 28 làm mốc thiết kế, và bê tông vẫn tiếp tục chắc thêm chậm rãi sau đó.

Xi măng được làm từ gì?

Xi măng poóc lăng làm từ đá vôi và đất sét nghiền mịn, nung trong lò quay khoảng 1.450 °C thành clanhke, rồi nghiền clanhke với một ít thạch cao.