Vữa xi măng (Cement mortar) là vật liệu xây dựng nhân tạo dạng hỗn hợp được tạo thành từ sự nhào trộn theo tỷ lệ quy định giữa chất kết dính vô cơ là xi măng, cốt liệu mịn (cát), nước và các phụ gia hóa học hoặc khoáng hoạt tính nhằm thực hiện chức năng xây, trát và liên kết các cấu kiện.
Thành phần và hóa học thủy hóa của vữa xi măng
Phản ứng đóng rắn và phát triển cường độ của vữa xi măng bản chất là quá trình thủy hóa phức tạp của các khoáng chất trong xi măng Portland khi tiếp xúc với phân tử nước. Các khoáng chính gồm có alite (tricalcium silicate, ), belite (dicalcium silicate, ), celite (tricalcium aluminate, ) và brownmillerite (tetracalcium aluminoferrite, ).
Sản phẩm phản ứng quan trọng nhất mang tính quyết định độ bền cơ học là gel canxi silicat ngậm nước (Calcium Silicate Hydrate - gel C-S-H) và canxi hydroxide tinh thể (, còn gọi là portlandite):
Mạng lưới gel C-S-H phát triển đan xen, liên kết các hạt cát thạch anh lại với nhau tạo nên cấu trúc khung xương vi mô đặc chắc có khả năng chịu lực nén cơ học cao.
Các chỉ tiêu cơ lý và phân loại mác vữa
Chất lượng của vữa xi măng được đánh giá thông qua các chỉ tiêu kỹ thuật chính được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia TCVN 4314:2003 và TCVN 3121:2003:
- Cường độ chịu nén (Mác vữa): Mác vữa ký hiệu bằng chữ M kèm theo con số biểu thị cường độ nén giới hạn (tính theo đơn vị daN/cm2 hoặc MPa) của mẫu thử chuẩn sau 28 ngày dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn. Các cấp mác vữa thông dụng gồm M25, M50, M75, M100, M125 và M150.
- Độ lưu động và khả năng giữ nước: Độ lưu động đặc trưng cho tính công tác (workability), xác định bằng độ lún của côn thử chuẩn. Khả năng giữ nước phản ánh tính ổn định của vữa, ngăn ngừa sự phân tầng và mất nước nhanh vào nền gạch hút ẩm.
- Độ bám dính và co ngót: Lực dính bám cơ học giữa vữa và bề mặt khối xây quyết định độ bền tổng thể của kết cấu tường. Độ co ngót khô trong quá trình đóng rắn cần được kiểm soát chặt chẽ để tránh hình thành các vết nứt mao dẫn trên bề mặt trát.
Ảnh hưởng của tỷ lệ nước trên xi măng (N/X) và phụ gia hiện đại
Tỷ lệ N/X là thông số công nghệ nhạy cảm nhất quyết định vi cấu trúc của vữa. Về mặt lý thuyết, phản ứng thủy hóa hoàn toàn chỉ cần tỷ lệ N/X khoảng 0.25 đến 0.28. Tuy nhiên, để đảm bảo độ dẻo thi công thực tế, tỷ lệ N/X thường dao động trong khoảng 0.45 đến 0.60. Nước dư thừa không tham gia thủy hóa sẽ bay hơi tạo thành hệ thống lỗ rỗng mao quản xốp, làm suy giảm cường độ chịu nén và tạo đường dẫn cho các tác nhân xâm thực.
Trong xây dựng hiện đại, các chất phụ gia được đưa vào hỗn hợp nhằm cải thiện tính năng đặc biệt:
- Phụ gia polymer phân tán (Redispersible Polymer Powder - RPP): Các hạt polymer kết hợp trong pha nền xi măng tạo thành các cầu nối polymer dẻo dai, nâng cao khả năng bám dính gấp 3-5 lần, tăng cường độ chịu uốn và tính kháng thấm nước.
- Phụ gia khoáng pozzolanic (Tro bay, xỉ hạt lò cao): Phản ứng pozzolanic giữa silica hoạt tính và portlandite tự do tạo thêm gel C-S-H thứ cấp, giúp làm mịn kích thước lỗ rỗng và nâng cao độ bền sulfat.
- Chất giữ nước dẫn xuất cellulose (HPMC/HEC): Tăng độ nhớt của pha lỏng, ngăn ngừa hiện tượng cặn lắng và giữ nước hoàn hảo cho các loại vữa trát lớp mỏng.