Thí Nghiệm Vật Liệu Xây Dựng
Theo thống kê của Bộ Xây dựng Việt Nam, gần 40% các sự cố xây dựng xuất phát từ việc sử dụng vật liệu không đạt chất lượng. Con số này không chỉ phản ánh thực trạng đáng lo ngại mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng tối thượng của thí nghiệm vật liệu xây dựng trong mọi công trình. Bài viết này được biên soạn dựa trên kinh nghiệm thực tế từ CSIC với phòng thí nghiệm LAS-XD 533 nhằm cung cấp hướng dẫn toàn diện về dịch vụ thí nghiệm vật liệu xây dựng.
Thí nghiệm vật liệu xây dựng là gì?
Theo QCVN 16:2019/BXD, thí nghiệm vật liệu xây dựng là quá trình kiểm tra, đánh giá các tính chất vật lý, cơ học và hóa học của vật liệu sử dụng trong xây dựng công trình theo các tiêu chuẩn kỹ thuật quy định. Đây là hoạt động bắt buộc nhằm đảm bảo chất lượng công trình và an toàn cho người sử dụng.
Nói một cách dễ hiểu hơn, thí nghiệm vật liệu xây dựng là quy trình kiểm tra các tính chất vật lý như khối lượng riêng, độ ẩm, kích thước; tính chất cơ lý như cường độ chịu nén, kéo, uốn; và tính chất hóa học như thành phần xi măng, hàm lượng clo, sunfat của các loại vật liệu từ xi măng, cát, đá, thép, gạch, bê tông đến các vật liệu hiện đại khác. Mục đích cuối cùng là xác định xem vật liệu có đáp ứng yêu cầu thiết kế và tiêu chuẩn kỹ thuật hay không.
Có ba loại thí nghiệm vật liệu xây dựng chính. Thứ nhất là kiểm tra chất lượng trong quá trình thi công và nghiệm thu công trình, đây là loại phổ biến nhất nhằm đảm bảo vật liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra đạt tiêu chuẩn. Thứ hai là thí nghiệm phục vụ nghiên cứu phát triển vật liệu mới, giúp các nhà sản xuất cải tiến công thức và tối ưu hóa tính năng. Thứ ba là thí nghiệm kiểm định pháp lý, được thực hiện bởi các phòng thí nghiệm độc lập được chứng nhận để làm bằng chứng trong tranh chấp hoặc đánh giá an toàn công trình hiện hữu.
Vai Trò trong Quy Trình Xây Dựng
Thí nghiệm vật liệu xây dựng đóng vai trò quan trọng xuyên suốt ba giai đoạn chính của một dự án xây dựng, từ đầu vào cho đến nghiệm thu cuối cùng.
Tại giai đoạn đầu vào, khi vật liệu mới được vận chuyển về công trường, việc thí nghiệm giúp xác nhận chất lượng trước khi đưa vào sử dụng. Ví dụ điển hình, khi nhập một lô 40 tấn xi măng PCB40, kỹ sư sẽ lấy mẫu 1kg để kiểm tra độ mịn qua sàng 0.08mm. Nếu phát hiện độ mịn chỉ đạt 82% thay vì tiêu chuẩn tối thiểu 95%, lô hàng sẽ bị từ chối ngay lập tức, tránh việc đưa vật liệu kém chất lượng vào công trình. Tương tự, với 30 tấn thép D16, hai mẫu thép dài 50cm sẽ được cắt để thử kéo, đảm bảo giới hạn chảy đạt tối thiểu 300 MPa theo TCVN 1651-1:2018.
Trong giai đoạn thi công, thí nghiệm liên tục được thực hiện để kiểm soát chất lượng sản phẩm ngay tại hiện trường. Đối với bê tông, cứ mỗi 500m³ đổ hoặc mỗi ca thi công, ba mẫu hình lập phương 15x15x15cm phải được lấy và dưỡng hộ để kiểm tra cường độ nén sau 28 ngày. Bên cạnh đó, phép thử độ sụt (slump test) được thực hiện hàng ngày ngay tại trạm trộn bê tông bằng côn Abrams để đo tính công tác của hỗn hợp. Nếu độ sụt đo được là 18cm trong khi yêu cầu chỉ 10-12cm, kỹ sư sẽ điều chỉnh lượng nước trộn ngay lập tức, đảm bảo bê tông không quá loãng dẫn đến giảm cường độ và độ bền.
Khi đến giai đoạn nghiệm thu, thí nghiệm đóng vai trò xác nhận cuối cùng về chất lượng công trình đã hoàn thành. Phương pháp khoan lõi bê tông (core drilling) được áp dụng, lấy mẫu trực tiếp từ kết cấu thực tế như cột, sàn, dầm sau 28 ngày. Mẫu lõi đường kính 100mm được khoan ra, mài phẳng hai đầu và đem ép để kiểm tra cường độ nén. Ví dụ, một công trình thiết kế bê tông mác B25 (cường độ tối thiểu 25 MPa) cần có kết quả thực tế trung bình từ ba mẫu lõi đạt tối thiểu 25 MPa, nếu chỉ đạt 22 MPa thì phần kết cấu đó cần được đánh giá lại hoặc gia cố.
Dịch vụ thí nghiệm vật liệu xây dựng bao gồm những gì?
- Thí nghiệm tính chất vật lý
Xi Măng: Xi măng là chất kết dính quan trọng nhất trong xây dựng, vì vậy việc kiểm tra tính chất vật lý của xi măng có ý nghĩa quyết định đến chất lượng bê tông và vữa. Ba chỉ tiêu vật lý chính cần được thí nghiệm là độ mịn, thời gian đông kết và ổn định thể tích.
Cát & Đá Dăm: Cát và đá dăm là cốt liệu chiếm 60-75% thể tích bê tông, do đó tính chất vật lý của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và độ bền của bê tông. Các chỉ tiêu vật lý quan trọng cần kiểm tra bao gồm khối lượng riêng, khối lượng thể tích, thành phần hạt, độ ẩm và hàm lượng bùn sét.
Gạch Xây & Gạch Nung: Gạch là vật liệu xây tường phổ biến, chất lượng gạch ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền và an toàn của tường, vách ngăn. Các chỉ tiêu vật lý quan trọng của gạch bao gồm độ hút nước, kích thước, độ cong vênh và khối lượng thể tích biểu kiến.
- Thí Nghiệm Cơ Lý (Cường Độ)
Bê Tông: Bê tông là vật liệu composite chiếm phần lớn kết cấu chịu lực của công trình, do đó cường độ của bê tông là chỉ tiêu quan trọng nhất quyết định khả năng chịu tải của công trình. Các loại thí nghiệm cơ lý chính của bê tông bao gồm cường độ chịu nén, độ sụt (slump), và cường độ kéo uốn.
Thép Xây Dựng: Thép là vật liệu chịu kéo chủ yếu trong bê tông cốt thép, cường độ của thép quyết định khả năng chịu lực kéo và uốn của kết cấu. Thí nghiệm thép xây dựng bao gồm ba bước chính: chuẩn bị mẫu, thí nghiệm kéo và thí nghiệm uốn nguội.
Gạch & Vật Liệu Rời: Cường độ nén của gạch đánh giá khả năng chịu lực nén đứng của gạch khi xây tường, trụ. Theo TCVN 6355-4:2009, quy trình thử gồm: lấy 5 viên gạch từ lô, sấy khô ở 105°C đến khối lượng không đổi, để nguội. Mài phẳng hoặc trát vữa xi măng mỏng lên hai mặt gạch sẽ bị ép để tạo bề mặt phẳng hoàn toàn, tránh sai số do bề mặt gạch nhấp nhô.
- Quy Trình Lấy Mẫu Tiêu Chuẩn
Kết quả thí nghiệm chỉ chính xác khi mẫu thử đại diện cho toàn bộ lô vật liệu hoặc khối lượng công việc. Quy trình lấy mẫu tiêu chuẩn bao gồm hai khía cạnh: tần suất và khối lượng mẫu, cùng với cách bảo quản và vận chuyển mẫu.
Tần Suất & Khối Lượng Mẫu
Tần suất lấy mẫu và khối lượng mẫu được quy định cụ thể trong các TCVN tương ứng với từng loại vật liệu. Dưới đây là bảng tổng hợp chi tiết 14 loại vật liệu phổ biến:
|
STT |
Vật liệu |
Tần suất lấy mẫu |
Khối lượng/số lượng mẫu |
TCVN tham khảo |
|
1 |
Xi măng |
40 tấn/1 lô (cùng nhà máy, cùng mác) |
1 kg/lô |
TCVN 6016:2017 |
|
2 |
Bê tông tươi |
500 m³ hoặc 1 ca đổ |
3 mẫu 15x15x15cm (hoặc 6 mẫu nếu công trình cấp đặc biệt) |
TCVN 3118:2022 |
|
3 |
Thép xây dựng |
30 tấn/1 lô (cùng đường kính, cùng mác) |
2 mẫu dài 50cm |
TCVN 1651-1:2018 |
|
4 |
Cát xây dựng |
200 m³ hoặc 1 lô nhập |
5-10 kg |
TCVN 7572-4:2006 |
|
5 |
Đá dăm |
400 m³ hoặc 1 lô nhập |
20-40 kg (tùy cỡ hạt) |
TCVN 7572-4:2006 |
|
6 |
Gạch xây |
50,000 viên/1 lô |
10 viên (5 viên test nén, 5 viên test hút nước) |
TCVN 6355:2009 |
|
7 |
Gạch lát nền |
5,000 m²/1 lô |
10 viên |
TCVN 6355:2009 |
|
8 |
Vữa xi măng |
100 m³ vữa trộn |
3 mẫu 7.07×7.07×7.07cm |
TCVN 4453:1995 |
|
9 |
Lõi khoan bê tông (nghiệm thu) |
1 lõi/500 m³ bê tông đã đổ hoặc 1 lõi/1 kết cấu (chọn nhỏ hơn) |
Lõi ∅100mm, dài ≥100mm |
TCVN 9346:2012 |
|
10 |
Đá ốp lát |
1,000 m²/1 lô |
5 tấm |
TCVN 8719:2012 |
|
11 |
Kính xây dựng |
500 m²/1 lô |
3 tấm 1x1m |
TCVN 7143:2002 |
|
12 |
Sơn, bột bả |
1 tấn/1 lô |
1 kg |
TCVN 2096:2011 |
|
13 |
Tấm lợp fibro xi măng |
10,000 tấm/1 lô |
10 tấm |
TCVN 6476:1999 |
|
14 |
Gỗ kết cấu |
50 m³/1 lô |
5 thanh 5x10x150cm |
TCVN 356-1:2007 |
Bảo Quản & Vận Chuyển Mẫu
Mẫu bê tông: Sau khi đúc trong khuôn kim loại, để yên 24 giờ ở nhiệt độ 20±5°C, độ ẩm không khí ≥90%. Tháo khuôn, đánh số thứ tự và nhãn mác rõ ràng bằng bút dầu không phai. Ngâm mẫu hoàn toàn trong bể nước vôi bão hòa (nước vôi được chuẩn bị bằng cách hòa tan 3g Ca(OH)₂ vào 1 lít nước), nhiệt độ nước 20±2°C. Bể cần có nắp đậy để giữ nhiệt độ ổn định và tránh bụi bẩn. Mẫu phải được dưỡng hộ đúng 28 ngày (±6 giờ) trước khi test.
Mẫu thép: Sau khi cắt, bảo quản ở nơi khô ráo, tránh mưa, tránh ẩm ướt gây gỉ sét bề mặt. Nếu thép đã bị gỉ, phải làm sạch gỉ bằng giấy nhám hoặc máy mài trước khi thử kéo, vì gỉ sét làm giảm tiết diện thực tế của thép, kết quả sẽ sai.
Mẫu xi măng: Bảo quản trong bao kín, không để hở ngoài trời vì xi măng hút ẩm từ không khí sẽ bị hóa cứng từ từ, ảnh hưởng đến kết quả thời gian đông kết. Nên test trong vòng 7 ngày sau khi lấy mẫu.
Nhãn mác mẫu: Mọi mẫu thử đều phải có nhãn mác ghi rõ các thông tin: tên công trình, chủ đầu tư, vị trí lấy mẫu (ví dụ “Sàn tầng 3, trục B-C, ngày đổ 15/01/2026”), loại vật liệu (ví dụ “Bê tông B30”), ngày lấy mẫu, người lấy mẫu (chữ ký), đơn vị thi công. Nhãn mác nên ghi bằng bút dầu không phai hoặc nhãn giấy niêm phong kín trong túi nylon dán vào mẫu.
Biên bản lấy mẫu: Khi lấy mẫu tại công trường, cần lập biên bản lấy mẫu gồm 10 mục chính:
- Tên công trình: Ví dụ “Chung cư A, lô B2, khu đô thị XYZ”
- Chủ đầu tư: Tên công ty, địa chỉ, người đại diện
- Nhà thầu thi công: Tên công ty, người giám sát
- Loại vật liệu: Xi măng/Bê tông/Thép/Gạch…
- Vị trí lấy mẫu: Cột C1, Sàn tầng 5, Dầm D2…
- Khối lượng mẫu: Số lượng mẫu (3 mẫu bê tông 15x15x15cm), khối lượng (1kg xi măng)
- Ngày giờ lấy mẫu: 15/01/2026, 14:30
- Mã số mẫu: BT-T5-C1-01, BT-T5-C1-02, BT-T5-C1-03
- Chữ ký người lấy mẫu (kỹ sư giám sát chủ đầu tư): Họ tên, chữ ký
- Chữ ký người giao mẫu (nhà thầu): Họ tên, chữ ký
- Thí Nghiệm Hóa Học (Nếu Cần)
Thí nghiệm hóa học vật liệu xây dựng không phải là bắt buộc đối với mọi công trình, nhưng rất quan trọng trong các trường hợp đặc biệt như xi măng đặc chủng, bê tông chịu môi trường khắc nghiệt, hoặc nghiên cứu phát triển vật liệu mới.
Thành Phần Hóa Học Xi Măng: Xi măng Portland được tạo thành từ 4 khoáng chính, mỗi khoáng có vai trò riêng trong quá trình đông cứng và phát triển cường độ của bê tông.
C₃S (Silicate 3 canxi – 3CaO·SiO₂): Chiếm 45-60% khối lượng xi măng, phản ứng nhanh với nước trong 7 ngày đầu, tạo cường độ sớm cho bê tông. Xi măng có hàm lượng C₃S cao phù hợp cho công trình cần tháo dỡ ván khuôn sớm, thi công nhanh. Tuy nhiên, tỏa nhiệt thủy hóa cao, không phù hợp cho khối bê tông lớn.
C₂S (Silicate 2 canxi – 2CaO·SiO₂): Chiếm 15-30%, phản ứng chậm với nước, tạo cường độ sau 28 ngày đến vài tháng. Xi măng có C₂S cao phát triển cường độ lâu dài, tỏa nhiệt thấp, phù hợp cho đập thủy điện, móng khối lớn.
C₃A (Aluminate 3 canxi – 3CaO·Al₂O₃): Chiếm 5-12%, phản ứng rất nhanh với nước trong vài giờ đầu, tỏa nhiệt mạnh. Khoáng này gây đông kết nhanh, cần phải thêm thạch cao (CaSO₄) để kiểm soát. Hàm lượng C₃A cao làm bê tông dễ bị tấn công bởi sunfat trong nước ngầm hoặc đất, gây phá hủy. Xi măng chống sunfat có C₃A ≤ 5%.
C₄AF (Ferroaluminate – 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃): Chiếm 8-12%, ít ảnh hưởng đến cường độ nhưng tạo màu xám cho xi măng. Phản ứng chậm, tỏa nhiệt trung bình.
Hàm Lượng Clo & Sunfat
Clo (Cl⁻): Ion clo trong xi măng hoặc cát biển gây ăn mòn cốt thép trong bê tông cốt thép. Cơ chế là Cl⁻ phá vỡ lớp màng thụ động Fe₂O₃ bảo vệ bề mặt thép, tạo điều kiện cho oxy và nước xâm nhập, gây gỉ sét thép. Thép gỉ nở thể tích gấp 2-3 lần, tạo lực nở làm nứt bê tông bảo vệ.
Sunfat (SO₃): Hàm lượng sunfat cao trong xi măng có thể gây hai vấn đề: (1) Trong xi măng, SO₃ chủ yếu dưới dạng CaSO₄ (thạch cao) được thêm vào để điều chỉnh thời gian đông kết. Nếu quá nhiều (>3.5%), xi măng đông kết quá nhanh, khó thi công. (2) Trong môi trường nước ngầm hoặc đất có chứa SO₄²⁻, ion này xâm nhập vào bê tông, phản ứng với C₃A trong xi măng tạo ettringite (3CaO·Al₂O₃·3CaSO₄·32H₂O), một chất kết tinh thể tích lớn, gây nở, nứt, phá hủy bê tông. Bê tông làm việc trong môi trường giàu sunfat cần dùng xi măng chống sunfat có C₃A ≤5% và SO₃ ≤3.5%.
Phương pháp xác định SO₃ là kết tủa bari sunfat (BaSO₄) theo TCVN 6682:2007. Hòa tan 1 gam xi măng trong dung dịch HCl loãng, đun nóng, thêm dung dịch BaCl₂ dư. SO₄²⁻ sẽ kết tủa với Ba²⁺ tạo BaSO₄ màu trắng không tan. Lọc, rửa, sấy khô và cân kết tủa BaSO₄. Hàm lượng SO₃ (%) = (m_BaSO₄ × 80/233)/m_xi măng × 100%, trong đó 80 và 233 là khối lượng mol của SO₃ và BaSO₄.
Lợi ích của thí nghiệm vật liệu xây dựng
Đảm Bảo An Toàn Công Trình (YMYL): Thí nghiệm vật liệu xây dựng không chỉ là quy trình kỹ thuật khô khan mà còn là “bảo hiểm nhân mạng” cho người sử dụng công trình. Đây là nội dung thuộc lĩnh vực YMYL (Your Money Your Life – Tiền bạc và Tính mạng), vì chất lượng vật liệu ảnh hưởng trực tiếp đến an toàn tính mạng con người.
Tiết Kiệm Chi Phí Dài Hạn: Một quan niệm sai lầm phổ biến là thí nghiệm vật liệu “tốn tiền không cần thiết”. Thực tế hoàn toàn ngược lại: đầu tư vào thí nghiệm vật liệu là khoản đầu tư có ROI (Return on Investment – Tỷ suất hoàn vốn) cao nhất trong xây dựng, tỷ lệ 1:20, tức mỗi 1 triệu đồng chi cho test có thể tiết kiệm 20 triệu đồng chi phí sửa chữa sau này.
Tuân Thủ Pháp Luật & Tránh Tranh Chấp: Nghị định 21/2021/NĐ-CP của Chính phủ, Điều 15 quy định rõ: “Công trình xây dựng cấp I, cấp II phải có báo cáo thí nghiệm vật liệu xây dựng từ phòng thí nghiệm được chứng nhận đủ năng lực theo quy định (VILAS)”. Công trình cấp I bao gồm nhà cao tầng trên 17 tầng, cầu nhịp chính trên 120m, đập thủy điện trên 15m. Công trình cấp II gồm nhà 9-17 tầng, cầu nhịp chính 60-120m, đường quốc lộ.
Tối Ưu Hóa Thiết Kế & Thi Công: Thí nghiệm vật liệu xây dựng không chỉ có vai trò “kiểm tra đúng/sai” mà còn cung cấp dữ liệu để “điều chỉnh và tối ưu hóa” thiết kế cũng như quy trình thi công, giúp tiết kiệm chi phí và tăng chất lượng.
