nghiên cứu sử dụng phụ gia nhằm tăng khả năng chống xâm thực, ăn mòn bê tông công trình bảo vệ bờ biển ở việt nam

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn. 1
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 2
1.1. Thực trạng công trình đê biển Việt Nam 2
1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá) 2
1.1.2. Đê biển miền Trung 6
1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển 8
1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển 9
1.2. Thực trạng công trình đê biển trên Thế giới 9
1.2.1. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works 10
1.2.2. Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống đê 11
1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước biển dâng 11
KẾT LUẬN CHƯƠNG I 13
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG
CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM 14
2.1. Đặc điểm môi trường biển Việt Nam 14
2.1.1. Vùng ngập nước biển 15
2.1.2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển 16
2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh 17
2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép ở Việt Nam 18
2.3. Cơ chế phá hủy bê tông trong nước biển 23
2.3.1. Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 23
2.3.2. Giới thiệu về xi măng 27
2.3.3. Cấu trúc của đá xi măng và nguyên nhân ăn mòn xi măng 31
2.3.4. Tác động ăn mòn xi măng của nước biển 38
2.3.5. Hiện tượng mềm hóa bê tông do nước biển gây ra 40
2.4. Cơ chế ăn mòn cốt thép của nước biển 45
2.5. Tuổi thọ công trình và quá trình suy giảm độ bền trong môi trường nước

biển 52
KẾT LUẬN CHƯƠNG II 56
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VẬT VÀ
PHỤ GIA ỨC CHẾ ĂN MÒN ĐỂ KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNG XÂM
THỰC ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÙNG BIỂN 56
3.1. Tác dụng của phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn 56
3.1.1. Tro bay 56
3.1.2. Muội silic (Silica fume, SF) 58
3.1.3. Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép 59
3.2. Tính toán cấp phối bê tông có sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn
mòn 60
3.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông 61
3.2.2. Quy trình cấp phối bê tông 62
3.2.3. Các bước thiết kế 62
3.3. Thí nghiệm để đánh giá những tác dụng mà phụ gia đem lại 66
3.3.1. Thí nghiệm xác định độ lưu động 66
3.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ 68


3.3.3. Thí nghiệm xác định hệ số thấm 68
KẾT LUẬN CHƯƠNG III 69
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO ĐÊ BIỂN
HUYỆN NGHĨA HƯNG - TỈNH NAM ĐỊNH 70
4.1. Giới thiệu về đê biển huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định 70
4.1.1. Vị trí địa lý 70
4.1.2. Hiện trạng đê kè biển huyện Nghĩa Hưng 70
4.2. Tính toán cấp phối bê tông, tỷ lệ sử dụng phụ gia khoáng, ức chế ăn mòn
cho kè Nghĩa Hưng 72
4.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông dùng cho kè Nghĩa Hưng 72
4.2.2. Tính toán cấp phối cho 1m

P
3
P bê tông 72
4.2.3. Cấp phối thí nghiệm 73
4.2.4. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm 75
4.2.5. Thí nghiệm ngâm mẫu bê tông trong nước biển 78
4.2.6. Lựa chọn cấp phối bê tông, tỷ lệ sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức
chế ăn mòn cho kè Nghĩa Hưng 78
4.3. So sánh kết quả thí nghiệm bê tông đối chứng và bê tông có sử dụng phụ
gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn 79
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80
1. Kết luận 80
2. Những vấn đề còn tồn tại 80
3. Kiến nghị 80



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định 4
Hình 1.2. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works 10
Hình 2.1. Cảng Thương vụ - Vũng Tầu sau 15 năm sử dụng 20
Hình 2.2. Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng cách biển 25km, sau 30 năm sử dụng 21
Hình 2.3. Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hòa Bình (Nguồn tin internet) 21
Hình 2.4. Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
- Hải Phòng 21
Hình 2.5. Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn
mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển (Nguồn tininternet)
22

Hình 2.6. Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê
tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng (Nguồn tin internet) 22
Hình 2.7. Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre
22
Hình 2.8. Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 23
Hình 2.9 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian 42
Hình 2.10. Phát triển cường độ trong môi trường mặn 45
Hình 2.11. Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép 46
Hình 2.12. Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 47
Hình 2.13. Sơ đồ mô tả lý thuyết ăn mòn cốt thép 50
Hình 2.14. Giản đồ Pourbaix đơn giản 51
Hình 2.15. Sơ đồ mô tả cốt thép bị ăn mòn 52
Hình 2.16. Sơ đồ mô tả quá trình suy giảm chất lượng công trình theo thời
gian 53
Hình 3.1. Nón cụt tiêu chuẩn dùng để xác định độ sụt của bê tông 68


Hình 3.2. Đo độ sụt của bê tông 68
Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệm xác định hệ số thấm 69
Hình 4.1. Hệ số thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 3 ngày 76
Hình 4.2. Hệ số thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 7 ngày 77
Hình 4.3. K thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 28 ngày 77

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4] 15
Bảng 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thế giới [4] 15

Bảng 2.3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam [4] 16
Bảng 2.4. Bảng phân loại mác xi măng 28
Bảng 2.5. Thành phần khoáng vật của xi măng [3] 29
Bảng 2.6. Bảng thống kê sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông 42
các công trình trong môi trường biển [5] 42
Bảng 4.1 Cấp phối bê tông thường 74
Bảng 4.2 Cấp phối bê tông có 30%F, 0,5%P 74
Bảng 4.3. Cấp phối bê tông có 25%F, 0,5%P, 5%S 74
Bảng 4.4. Cấp phối bê tông có 20%F, 10%S, 0,5%P 75
Bảng 4.5. Tổng hợp kết quả cường độ nén thí nghiệm (Mpa) 75
Bảng 4.6. Bảng xác định hệ số thấm 76
Bảng 4.7. Mối quan hệ giữa Kt~B trong 28 ngày 77
Bảng 4.8. Bảng kết quả độ mài mòn 78













DANH MỤC VIẾT TẮT

BT: Bê tông
BTCT: Bê tông cốt thép

BT & BTCT : Bê tông và bê tông cốt thép
X: Xi măng
C: Cát
Đ: Đá
N: Nước
CKD: Chất kết dính
PGK: Phụ gia khoáng
PGH: Phụ gia hóa
HHBT: Hỗn hợp bê tông
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng
TCN: Tiêu chuẩn nghành
VLXD: Vật liệu xây dựng
VKHCNXD: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
VKHCNGTVT: Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải
BMVLXD: Bộ môn vật liệu xây dựng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3600 km trải dài từ Móng Cái đến Hà
Tiên. Bên cạnh việc đem lại cho con người những giá trị tích cực về kinh tế,
tinh thần, biển còn có thể mang đến sự tàn phá, huỷ hoại ghê gớm. Từ bao đời
nay, những công trình trong môi trường biển, bảo vệ bờ biển đã và đang hình
thành ngày càng nhiều với sự đóng góp đáng kể của những tiến bộ khoa học
kỹ thuật với mục đích lợi dụng tối đa những lợi ích và giảm tối thiểu những
tác động tiêu cực từ nước biển.
Đê biển và các công trình bê tông trong vùng biển là loại công trình ven

bờ biển và trong môi trường biển, bị nước biển ăn mòn theo thời gian, phá
hỏng các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép không những về mặt cơ học mà
còn gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học. Nó gây hư hỏng và giảm tuổi thọ công
trình. Một khi đê biển và các công trình bê tông và bê tông cốt thép bị phá
hoại thì hậu quả tác động tới kinh tế và kinh tế xã hội rất lớn. Vì vậy việc
nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mòn hóa học của bê tông trong môi trường
biển và đưa ra một số giải pháp giảm thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ công trình
trở thành vấn đề vô cùng cấp thiết với nước ta hiện nay.
2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn.
- Nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép trong
môi trường biển Việt Nam.
- Các giải pháp khắc phục tình trạng xâm thực, ăn mòn bê tông và bê
tông cốt thép vùng biển.
- Nghiên cứu sử dụng phụ gia chống xâm thực và ức chế ăn mòn để
khắc phục tình trạng ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép.




2

CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Thực trạng công trình đê biển Việt Nam
Hệ thống đê biển và cửa sông của chúng ta được xây dựng, bồi trúc và
phát triển theo thời gian và do nhiều thế hệ người Việt Nam thực hiện. Đê chủ
yếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và người địa phương tự đắp bằng những
phương pháp thủ công. Hệ thống đê hình thành là kết quả của quá trình đấu
tranh với thiên nhiên, mở đất của ông cha chúng ta. Chính vì vậy đê không

thành tuyến mà là các đoạn nằm giữa các cửa sông. Có địa phương chỉ trong
vòng một thế kỷ đã có nhiều lần đê phát triển ra ngoài, mà cho đến nay vẫn
tồn tại các tuyến đó như đê huyện Tiên Lãng - Vĩnh Bảo - Hải Phòng; đê Thái
Thuỵ - Tiền Hải - Thái Bình; đê Kim Sơn - Ninh Bình v.v…
Thân đê chủ yếu được đắp bằng đất cát pha, một số tuyến đê như Hải
Hậu (Nam Định), Hậu Lộc (Thanh Hoá) và các tuyến đê biển miền trung
được đắp bằng cát và phủ lớp chống xói phía ngoài; mái đê phía đồng, mặt đê
dễ bị xói sạt khi mưa lớn, sóng leo trong bão. Mặt đê nhỏ tải trọng cho phép
phục vụ giao thông yếu, hầu hết các phương tiện cơ giới không thể đi lại được
trên mặt đê gây cản trở giao thông, khó khăn trong việc ứng cứu, hộ đê trong
mùa bão. Các cống dưới đê nhiều về số lượng nhưng do được xây dựng từ
hàng chục năm trước đây, nhiều cống đã bị xuống cấp nghiêm trọng chưa
được tu sửa, rất nhiều cống phải hoành triệt để đảm bảo an toàn trong mùa
mưa bão.
1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá)
Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ là nơi có địa hình thấp trũng là một
trung tâm kinh tế của cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung
dân cư đông đúc. Về mặt hình học, đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nhất cả


3

nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định. Đây là
vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4m) và nước dâng do bão cũng
rất lớn. Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển, đê
cửa sông ở khu vực này được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín.
Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484km, trong đó có
trên 350km đê trực tiếp biển.
Đê biển Bắc Bộ có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m – 4,0m, nhiều
đoạn đê có chiều rộng mặt đê < 2,0m như một số đoạn đê thuộc đê Hà Nam,

đê Bắc cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh), đê biển số 5, số 6, số 7, số
8 (tỉnh Thái Bình), đê Cát Hải (Hải Phòng). Sau khi được đầu tư khôi phục,
nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 và quá trình tu bổ hàng năm, các tuyến
đê biển nhìn chung chống được mức nước triều cao tần suất 5% có gió bão
cấp 9. Tuy nhiên tổng chiều dài các tuyến đê biển rất lớn, dự án PAM mới chỉ
tập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn đê xung yếu. Mặt khác do tác động
thường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đến nay hệ thống đê biển Bắc Bộ
vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó những tồn tại chính như:
- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh Nam
Định đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp
gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe doạ trực tiếp đến an toàn của
đê biển. Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê phía biển
được bảo vệ nhưng đến nay cây chắn sóng bị phá huỷ, đê trở thành trực tiếp
chịu tác động của sóng, thuỷ triều nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ
vỡ bất cứ lúc nào


4





Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định


5

- Đến nay mới xây dựng được khoảng gần 90km kè bảo vệ mái trên
484km đê biển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc

không còn cây chắn sóng vẫn thường xuyên bị sạt lở hoặc có nguy cơ sạt lở
đe doạ đến an toàn của đê biển, đặc biệt trong mùa mưa bão.
- Kết cấu của kè đá đang được sử dụng: một lớp đá hộc dày 30cm xếp
khan trên một lớp đá dăm dày 10cm, phía dưới là lớp vải lọc hoặc là cát. Đá
lát từ chân đê phía biển lên đến đỉnh đê. Đối với mốt số đoạn xây dựng trong
thời gian gần đây được thi công khung bêtông, trong đổ đá hộc; hoặc sử dụng
cấu kiện bê tông đúc sẵn có ngàm khoá với nhau; hoặc một số đoạn thử
nghiệm sử dụng kết cấu mảng bê tông.
- Một số nơi bãi biển bị bào xói, ngoài việc lát mái nhiều đoạn được làm
thêm một số mỏ hàn dọc và ngang để bảo vệ. Ngoài hình thức đê kè ở trên,
một số đoạn đê được kết hợp giữa đê đất và tường kè để tạo cảnh quan và
giảm chi phí.
Đê biển ổn định trong điều kiện khí tượng thuỷ văn bình thường. Trong
điều kiện bình thường đối với đoạn đê biển Bắc Bộ là gió dưới cấp 7 và mực
nước triều trung bình. Trong điều kiện bình thường có thể xảy ra những hư
hỏng nhỏ cục bộ đối với mái đê phía biển dưới tác dụng của sóng làm dịch
chuyển các hòn đá kè lát mái. Xói mặt và mái đê ở hai phía tạo thành các rãnh
sâu, nguyên nhân do không có đầy đủ các rãnh xương cá để gom nước và do
thân những đoạn đê này đắp bằng đất có thành phần hạt cát nhiều. Ngoài ra
còn hay bị sạt trượt mái đê phía đồng hoặc hiện tượng rò rỉ đối với đê cửa
sông khi có lũ hay triều cường.
Đê mất ổn định trong điều kiện khí tượng thuỷ văn không bình thường:
mực nước triều cao hoặc trung bình, gió cấp 8 trở lên. Trường hợp đê biển
phải làm việc trong bão cấp 8, cấp 9 gặp triều cường hoặc có gió cấp 10, cấp
11 gặp triều trung bình. Khi đó các dạng hư hỏng thường gặp là:


6

Sạt sập mái đê phía biển những đoạn có mái đá lát hoặc mái cỏ dọc theo

tuyến đê, nhất là các đoạn đê trực tiếp sóng gió và có độ dốc bãi lớn. Có
trường hợp mái sạt sập và sóng nước cuốn mất 1/2 - 1/3 thân đê. Sự sạt mái
đê biển là hiện tượng phổ biến nhất về hư hỏng đê biển Bắc Bộ không phải
chỉ với các tuyến đê được đắp bằng cát có bọc lớp chống thấm mà đối với
những đoạn đê có lát đá kè bảo vệ mái.
So với các tuyến đê biển thì trực tiếp với biển thì các tuyến đê vùng cửa
sông ít bị hư hỏng lớn về mái. Các tuyến đê này phần lớn bãi có cây chống
sóng và chất đất đắp đê cũng tốt hơn.
Sập mái đê phía biển và phía đồng trên phạm vi dài dọc theo tuyến đê
trực tiếp sóng gió. Hiện tượng xảy ra khi đê làm việc gặp triều cường và có
gió bão trên cấp 9, cấp 10. Đối với những đoạn đê có kết cấu bảo vệ yếu, sóng
sẽ làm sập mái phía biển. Đối với những đoạn đê bảo vệ cứng, sóng tràn qua
mái đê phía đồng và làm sập mái phía đồng.
1.1.2. Đê biển miền Trung
Khác với vùng cửa sông đồng bằng Bắc Bộ với cơ chế chủ yếu là bồi,
còn các cửa sông miền Trung có thể thay đổi vị trí hoặc bồi hoặc xói tuỳ theo
tính chất của từng cơn lũ. Do đó, đê biển và cửa sông miền Trung có một
tuyến đê ngoài phạm vi biến đổi của cửa sông, không có tuyến đê quai lấn
biển và không có tuyến đê dự phòng như đồng bằng Bắc Bộ.
Mùa bão nước biển tràn vào làm nhiễm mặn đồng ruộng. Mặt khác do
đặc điểm địa hình, khí hậu, mùa kiệt thiếu nước cho sản xuất nông nghiệp và
sinh hoạt. Do vậy đê biển miền Trung trở thành yêu cầu cấp bách để bảo vệ
sản xuất và đời sống nhân dân.
Các tỉnh từ Thanh Hoá đến Hà Tĩnh, theo thống kê chiều dài các tuyến
đê biển, đê cửa sông khu vực Bắc Trung Bộ khoảng 406km. Vùng ven biển
Bắc Trung Bộ là vùng đồng bằng nhỏ hẹp của hệ thống sông Mã, sông Cả


7

cũng là một trong những vùng trọng tâm về phát triển kinh tế, địa hình ven
biển thấp trũng và cao dần về phía Tây. Đây là vùng thường xuyên chịu ảnh
hưởng của thiên tai (đặc biệt là bão, áp thấp nhiệt đới) biên độ thuỷ triều nhỏ
hơn vùng biển Bắc Bộ, vùng ven biển đã bắt đầu xuất hiện các cồn cát có thể
tận dụng được như các đoạn đê ngăn mặn tự nhiên.
Vùng ven biển Trung Trung Bộ từ Quảng bình đến Quảng Nam là vùng
có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các
sông, rạch, địa hình đồi cát ven biển. Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ
hẹp dọc theo đầm phá. Đây là vùng có biên độ thuỷ triều thấp nhất, thường
xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai.
Phần lớn các tuyến đê được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyến
nằm sâu so với cửa sông và đầm phá đất thân đê là đất sét pha cát như đê tả
Gianh (Quảng Bình), đê Vĩnh Thái (Quảng Trị) Một số đoạn đê được bảo vệ
3 mặt hoặc 2 mặt bằng tấm bê tông để cho lũ tràn qua như tuyến đê phá Tam
Giang (Thừa Thiên Huế), đê hữu Nhật Lệ (Quảng Bình) Ngoài các đoạn đê
trực tiếp chịu tác động của sóng, gió được xây dựng kè bảo vệ, hầu hết mái đê
được bảo vệ bằng cỏ, đê vùng cửa sông được bảo vệ bằng cây chắn sóng với
các loại cây sú, vẹt, đước. Một số tồn tại của tuyến đê biển Trung Trung Bộ
như sau:
Còn 238,8km đê biển, đê cửa sông chưa được đầu tư tu bổ, nâng cấp nên
còn thấp nhỏ chưa đảm bảo cao độ thiết kế
Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hoá, về mùa mưa bão mặt đê
thường bị lầy lội nhiều đoạn không thể đi lại được
Đến nay mới có khoảng 165km được xây dựng kè bảo vệ mái, phần lớn
mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nơi đã được bảo vệ nhưng chưa
đồng bộ hoặc chưa đủ kiên cố nên vẫn thường xuyên bị sạt lở đe doạ đến an
toàn các tuyến đê biển


8

Chất lượng đê: Thân đê phần lớn được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, cơ
tuyến đắp bằng đất sét pha cát, đất cát. Một số tuyến nằm sâu so với các cửa
sông và ven đầm phá, đất thân đê ven biển là đất cát như các tuyến đê của
huyện Quảng Xương, Tĩnh Gia (Thanh Hóa), Diễn Châu (Nghệ An), Kỳ Anh
(Hà Tĩnh), Vĩnh Hài, Vĩnh Trinh(Quảng Trị)…
Mái đê các tỉnh miền Trung hầu hết được bảo vệ bằng cỏ. Một số đoạn
đê trực tiếp chịu sóng, gió được kè đá hoặc lát tấm bêtông. Một số đoạn đê
nằm ở phía Tây Đầm Phá thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế được lát tấm bêtông 3
mặt cách đây gần 20 năm, tuyến đê biển Nhật Lệ thuộc Quảng Bình được lát
tấm bê tông 2 mặt [2].
Ngoài các đoạn đê trực tiếp sóng gió được kè đá, còn lại mái đê được
bảo vệ bằng cơ. Hầu hết các tuyến cửa sông được bảo vệ bằng cây chống sóng
với các cây như sú, vẹt, đước.
1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển
- Nguyên nhân do lũ sông:
Đoạn trực tiếp với biển chịu ảnh hưởng của biển và hư hỏng xuất phát từ
các yếu tố tự nhiên, địa mạo, địa chất và các yếu tố thuỷ động lực của biển là
chủ yếu
Đoạn đê cửa sông nơi chịu tổ hợp của lũ sông và các yếu tố biển: tổ hợp
này thường gây ra mực nước lớn cho đoạn cửa sông gây nước tràn qua mặt
đê, ngoài ra lưu tốc dòng chảy từ trong sông ra cũng cần phải quan tâm vì đây
có thể là nguyên nhân trực tiếp gây xói chân công trình gây trượt mái phía
sông dẫn đến đổ vỡ toàn bộ con đê.
- Nguyên nhân từ phía biển:
Nguyên nhân từ phía biển được xem là nguy hiểm nhất bao gồm bão,
nước dâng kết hợp với thuỷ triều cao hay gió mùa dài ngày kết hợp với triều
cao gây nước tràn qua đê phá hoại mái trong vốn ít được gia cố. Mặt khác tải

9

trọng sóng lớn đánh vào mái đê phía biển, làm bong bật các tấm lát mái vốn
có trọng lượng không đủ lớn hoặc được thi công không đúng kỹ thuật sẽ bị
phá hoại, tiến tới phá hỏng hoàn toàn tuyến đê. Khi nước thấp, bãi thấp thì
sóng tác động thường xuyên vào chân đê gây xói chân dẫn đến sạt trượt mái.
- Ngoài ra còn rất nhiều nguyên nhân khác gây hư hỏng công trình
biển…
1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển
- Cơ chế phá hỏng do sóng hoặc mực nước lớn hơn cao trình đỉnh đê gây
nước tràn qua đỉnh gây hỏng mái
- Xói chân đê, kè
- Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê và xói thân đê
- Lún công trình do nền mềm
1.2. Thực trạng công trình đê biển trên Thế giới
Quan điểm thiết kế đê biển là bảo vệ vùng đất thấp không cho nước biển
tràn vào hoặc làm nhiệm vụ lấn biển (quai đê lấn biển). Một tuyến đê sau khi
được xây dựng có tác động lớn đến môi trường xung quanh, có thể làm thay
đổi diễn biến xói bồi của bờ biển, làm biến đổi môi trường đất, nước ở vùng
đất được bảo vệ, làm thay đổi môi trường sinh thái….Hà Lan là một lãnh thổ
mà phần lớn là vùng đất thấp, được hình thành từ bốn châu thổ của các sông
Rhine (Rhin), Maas (Meuse), Sheslde và Ijssel. Lịch sử Hà Lan là lịch sử
chiến đấu không ngừng và kiên cường với biển và ngập nước để tồn tại từ trên
2000 năm nay.
Hà Lan được thế giới biết đến như là đất nước của các polder (pôn-đơ)
và hiện có trên 3000 polder ở các quy mô khác nhau. Polder là một vùng đất
thấp được đê bao bọc, là một thực thể thuỷ văn theo nghĩa là nó không có trao
đổi nước bên ngoài ngoại trừ những công trình do con người xây dựng nên và
vận hành. Cối xay gió, biểu tượng của Hà Lan là một công trình sử dụng năng
lượng gió để bơm và tháo nước cho các polder, kết hợp làm cối xay.

10

1.2.1. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works
Nói đến polder là nói đến khả năng đê bị vỡ. Từ 1700 đến năm 1926 đã
có 490 lần vỡ đê. Sau thiên tai năm 1961, đê Afsluidijk được xây dựng, ngăn
Ijselmeer với Biển Bắc. Polder Weringmmer được cải tạo và ba polder mới
rộng lớn Noordoost, Oostelijk Fleveland và Zuidelịk Flevoland được hình
thành.
Đê Afsluidijk dài 32km, bề mặt rộng 90m, chiều cao thiết kế ban đầu
7,25m trên mực nước biển. Ở đầu tây nam, Den Oever có âu thuyền Stevin và
ba dãy mỗi dãy năm cửa cống. Ở đầu đông bắc Kornwerderzand có âu thuyền
Lorent và hai dãy mỗi dãy năm cửa cống. Do nước từ các sông liên tục đổ vào
và nước từ các polder mới được hình thành tháo ra, nên định kỳ Ijsselmeer
được thay nước.

Hình 1.2. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works
Sau trận vỡ đê ngày 01.01.1953 đề án Delta Plan đề xuất một hệ thống
công trình rất quy mô cho vùng Zeeland và Nam Holland.


11

1.2.2. Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống đê
Có 3 nguyên nhàn được đưa ra để giải thích trận vỡ đê ngày 01.02.1953
- Đê thấp và mái đê rất dốc
- Cơn bão phát sinh từ hai áp thấp đến từ Scotland hội tụ lại làm cho
nước biển dâng cao, tràn qua đê và xói móc thân đê từ bên trong, làm cho đê
yếu và vỡ

- Cơn bão trùng với lúc có triều xuân phân.
Đó là chưa kể đến tình trạng sụt lún đất trước đó làm tăng khả năng đê bị
vỡ. Cũng may là vào ngày vỡ đê không có lũ đổ về từ thượng nguồn các sông,
nếu không thảm hoạ còn lớn hơn rất nhiều.
Chính vì lẽ đó, sau khi các công trình Delta Works đi vào hoạt động năm
1978 thì Luật về an toàn đê đã được Nghị viện Hà Lan ban hành. Trước
những thách thức của biến đổi khí hậu, năm 1996 Luật mới về an toàn đê đã
được Nghị viện Hà Lan ban hành. Theo luật này, mỗi con đê và rồng cát, đặc
biệt ở ven biển phải được khảo sát một lần mỗi năm theo các tiêu chuẩn được
Chính phủ ban hành để đánh giá khả năng xảy ra các tình huống:
- Chảy tràn và mực nước cao hơn đỉnh đê
- Trượt đất ở mái trong và mái ngoài của đê
- Xói mòn của lớp phủ thân đê (cỏ, asphalt hoặc khối basalt) có thể dẫn
đến đê bị vỡ
- Có mạch rò rỉ nước dưới chân đê và xói mòn thân đê từ bên trong.
1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước biển dâng
Theo các số liệu được công bố, nhiệt độ hà Lan từ năm 1990 đến nay đã
tăng +1,7
P
0
PC, gần gấp đôi mức tăng trung bình trên thế giới (+0,8P
0
PC)
Nước biển dâng ở Hà Lan bình quân trong thời gian qua là
24cm/100năm, lớn hơn trung bình của thế giới (khoảng 20cm/100năm).


12

Ở Hà Lan các uỷ ban về nước đã có từ 700 năm nay. Đây là một thể chế

bao gồm chính quyền địa phương, các cơ quan chuyên môn và các tổ chức đại
diện cho người dân trên địa bàn cả về quyền lợi và nghĩa vụ.
Trong phạm vi trách nhiệm của mình uỷ ban về nước có trách nhiệm:
- Quản lý và bảo trì các công trình có tác động đối với dòng chảy như đê,
rồng, bến cảng
- Quản lý và bảo trì các thuỷ lộ, bảo trì một mực nước thích hợp trong
các polder và các thuỷ lộ
- Bảo trì chất lượng nước mặt thông qua việc xử lý nước thải.
Tháng 12/2007 Chính phủ Hà Lan thành lập uỷ ban Châu thổ với chức
năng tư vấn, trên phạm vi cả nước, với tầm nhìn dài hạn cho Chính phủ trong
việc bảo vệ và phát triển bền vững cùng ven biển và các vùng đất thấp.
Trước thời tiết bất thường Hà Lan đã có sự chuyển biến quan trọng: từ
chinh phục thiên nhiên chuyển sang thích nghi với thiên nhiên để tồn tại và
phát tiển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
Sự chuyển hướng này không chỉ có ở Hà Lan mà cũng đang diễn ra tại
Anh, Pháp, Đức, Bỉ…[7].
Hiện nay ở Việt Nam cũng có rất nhiều cơ quan, đơn vị và cá nhân đã
nghiên cứu về vấn đề xâm thực, ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép trong môi
trường biển cụ thể như:
- Viện Khoa học Công nghệ xây dựng năm 2003: Nâng cao độ bền lâu
cho bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển bằng sử dụng phụ gia
khoáng vật hoạt tính [11].
- Đề tài nghiên cứu khoa học (2009): Hoàng Phó Uyên, Nguyễn Quang
Phú, Nguyễn Quang Bình: “Xác định mối quan hệ giữa hệ số thấm và mác
chống thấm của bê tông các công trình thủy lợi” [10].


13

- Cao Duy Tiến & nnk (1999): Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu các

điều kiện kỹ thuật nhằm đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép ở vùng biển Việt Nam - Viện khoa học Công nghệ Xây dựng [8].
- Cao Duy Tiến: Hiện tượng ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép dưới tác
động khí hậu ven biển Việt Nam. Hội thảo quốc tế bê tông bền biển 1994 [9].
- Tạ Duy Long: Đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu cơ chế
ăn mòn hóa học của bê tông trong môi trường biển và một số giải pháp giảm
thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi
trường biển Việt Nam” [7].


KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Qua nghiên cứu thực trạng công trình biển ở Việt Nam và trên Thế giới
ta thấy:
- Các công trình bảo vệ bờ biển bị xâm thực, ăn mòn rất nhanh chóng
và có tác hại xấu đến môi trường, sinh hoạt xung quanh.
- Xuất phát từ những hư hỏng đó, các công trình bảo vệ bờ phải thường
xuyên duy tu, sửa chữa gây tốn kém và thiệt hại về kinh tế rất nhiều.











14

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG CỐT THÉP
TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM
2.1. Đặc điểm môi trường biển Việt Nam
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc tính cơ
bản là nóng ẩm và phân bố theo mùa. Vùng biển Việt Nam nằm trải dài trên
3600Km, từ 8
P
0
P-24P
0
P vĩ bắc. Môi trường biển là môi trường rất khắc nghiệt và
tiềm ẩn nhiều yếu tố phá hoại kết cấu bê tông cốt thép xây dựng trong khu
vực chịu ảnh hưởng của nó. Các nguyên nhân chính phá hoại kết cấu bê tông
cốt thép trong môi trường biển có thể phân loại theo các cơ chế vật lý, hóa
học, ăn mòn điện hóa cốt thép và cả do các sinh vật biển. Các nguyên nhân
phá hoại thường xảy ra cùng lúc và đan xen nhau làm cho kết cấu bê tông bị
phá hủy nhanh hơn.
Căn cứ theo tính chất và mức độ xâm thực của môi trường biển đối với
kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, môi trường biển được phân thành các
vùng xâm thực theo vị trí kết cấu như sau:
- Vùng ngập nước: Vị trí kết cấu nằm ngập hoàn toàn trong nước biển.
- Vùng nước lên xuống: Vị trí kết cấu nằm giữa mức nước lên cao nhất
và xuống thấp nhất của thủy triều, kể cả các khu vực bị sóng táp.
- Vùng khí quyển: Vị trí kết cấu nằm trong không khí, chia thành các
tiểu vùng:
+ Khí quyển trên mặt biển hay nước lợ.
+ Khí quyển trên bờ: Vị trí kết cấu nằm trên bờ trong phạm vi nhỏ hơn
hoặc bằng 1km cách mép nước.
+ Khí quyển gần bờ: Vị trí nằm trên bờ cách mép nước 1-30km.

15

2.1.1. Vùng ngập nước biển
Nước biển thong thường chứa 3,5% tính theo khối lượng là các loại
muối tan (tức là cứ 1kg nước biển thì có 35gam các loại muối tan). Thành
phần hóa học của các muối có trong nước biển bao gồm chủ yếu là các ion
Na
P
+
P, KP
+
P, MgP
2+
P, CaP
2+
P, ClP
-
P, SOR
4
RP
2-
P với hàm lượng trung bình được giới thiệu
trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4]
Số
Ion

Hàm lượng (g/l)
1
Na
P
+

11,00
2
K
P
+

0,40
3
Mg
P
2+

1,33
4
Ca
P
2+

0,43
5
Cl
P
-

19,80
6
SO
R
4
RP
2-

2,76

Nước biển Việt Nam có thành phần hóa học, độ mặn và tính xâm thực
tương đương với các nơi khác trên thế giới. Riêng vùng gần bờ độ mặn có suy
giảm ít nhiều do ảnh hưởng của các con song chảy ra biển. Thành phần hóa
học và độ mặn của nước biển Việt Nam được thể hiện ở bảng 2.2 và bảng 2.3
Bảng 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thế giới [4]
Chỉ tiêu Đơn vị
Vùng biển
Hòn Gai
Vùng biển
Hải Phòng
Biển
Bắc Mỹ
Biển
Ban Tích
pH
-
7.8 – 8.4
7.5 - 8.3
7.5
8.0

Cl
P
-

G/l
6.5 - 18.0
9.0 – 18.0
18.0
19.0
Na
P
+

G/l
-
-
12.0
10.5
SO
R
4
RP
2-
G/l
1.4 – 2.5
0.002 – 2.2
2.6
2.6
Mg
P

2+
G/l
0.2 – 1.2
0.002 – 1.1
1.4
1.3



16

Bảng 2.3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam [4]
Trạm
Tháng
Trung
bình
năm
Mùa đông
Mùa hè
12
1
2
6
7
8
Cửa Ông
29.2
30.0
30.4
25.3

23.4
21.3
26.6
Hòn Gai
30.8
31.5
31.6
32.2
30.8
29.3
31.0
Hòn Dấu
26.3
28.1
28.1
17.1
11.9
10.9
20.4
Văn Lý
25.9
18.3
29.5
25.4
20.1
19.0
23.0
Cửa Tùng
22.8
27.2

29.3
31.8
31.3
31.7
29.0
Sơn Trà
8.7
17.6
22.8
-
21.2
26.9
-
Vũng Tàu
30.4
33.1
34.7
29.8
29.8
27.6
30.9

2.1.2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển
Khí quyển trên biển và ven biển Việt Nam có một số đặc trưng sau đây:
+ Nhiệt độ không khí
Vùng biển Việt Nam có nhiệt độ không khí tương đối cao, trung bình từ
22,5-22,7
P
0
PC, tăng dần từ Bắc vào Nam. Miền Bắc có từ 2 đến 3 tháng mùa

đông, nhiệt độ dưới 20
P
0
PC. Miền Nam cao đều nhiệt độ quanh năm, biên độ
dao động từ 3 đến 7
P
0
PC.
+ Bức xạ mặt trời
Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến nên bức xạ mặt trời nhận
được trên vùng ven biển khá lớn từ 100-150 kCal/cm
P
2
P. Lượng nhiệt bức xạ
tăng dần từ Bắc vào Nam và đạt cao nhất tại cực Nam Trung Bộ. Với lượng
bức xạ cao như vậy đã thúc đẩy quá trình bốc hơi nước biển mang theo ion Cl
P
-
P
vào khí quyển.
+ Độ ẩm không khí


17

Độ ẩm tương đối của không khí ở mức cao so với các vùng biển khác
trên thế giới, dao động trung bình từ 75-80%. Cụ thể là:
- Vùng ven biển Băc Bộ và Bắc Trung Bộ: 83-86%.
- Vùng ven biển Trung và Nam Trung Bộ: 75-82%.
- Vùng ven biển Nam Bộ: 80-84%.

+ Thời gian ẩm ướt bề mặt
Tổng thời gian ẩm ướt bề mặt kết cấu trung bình trong năm ở vùng ven
biển các tỉnh phía bắc dao động từ 1300-1850 giờ/ năm tập trung chủ yếu vào
mùa xuân, còn các tỉnh miền Nam từ 450-950 giờ/năm, tập trung vào các
tháng mưa mùa hạ. Đây là đặc điểm mang tính đặc thù của khí hậu Việt Nam,
có ảnh hưởng đến ăn mòn khí quyển biển.
+ Hàm lượng ion Cl
P
-
Ptrong không khí
Khí quyển trên biển và ven biển có chứa hàm lượng ion Cl
P
-
Pphân tán
cao, tại trạm đo sát mép nước ở các tỉnh Miền Bắc dao động từ 0,4-1,3 mg Cl
P
-
P/mP
2
P, ở các tỉnh Miền Nam khoảng từ 1,3-2,0 mg ClP
-
P/mP
2
P. Nồng độ ion ClP
-
P giảm
mạnh ở cự ly 200-250m tính từ sát mép nước, sau đó tiếp tục giảm dần khi đi
sâu vào trong đất liền. Tuy nhiên do ảnh hưởng của nhiều đợt gió mùa thổi từ
biển vào lục địa nồng độ ion Cl
P

-
P có thể cao hơn.
2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh
Đây là vùng giao thoa giữa vùng ngập nước và vùng khí quyển trên
biển. Do nước biển lên xuống thường xuyên dẫn tới quá trình khô ướt xảy ra
liên tục theo thời gian, tác động từ ngày này qua ngày khác lên trên bề mặt kết
cấu cùng với nhiệt độ môi trường cao làm tăng khả năng tích tụ ion Cl
P
-
P, HR
2
RO
và O
R
2
R từ nước biển và không khí vào trong bê tông thông qua quá trình
khuếch tán nồng độ và lực hút mao dẫn.


18

Ngoài ra vùng này còn chịu ảnh hưởng xâm thực của hà, sò biển, tác
động cơ học của sóng biển. Vì vậy vùng này được xem là có tính chất và mức
độ xâm thực mạnh nhất.
2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép ở Việt Nam
Nhiều công trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép ở nước ta
sau một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các môi trường có
tính chất ăn mòn. Điều đó đòi hỏi phải có các biện pháp phòng ngừa để hạn
chế sự ăn mòn của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Nhà nước ta đã
ban hành các tiêu chuẩn nhà nước: TCVN 3993:85 “Chống ăn mòn trong xây

dựng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - nguyên tắc cơ bản để thiết kế”,
TCVN 3994:85 “Chống ăn mòn trong xây dựng - kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép - phân loại ăn mòn”, TCXD 149-86 “ Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi
bị ăn mòn” . Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này chưa đề cập đến tất cả các loại ăn
mòn, các môi trường ăn mòn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưa
phát huy được tác dụng trong thực tế.
Nhận thức được tính cấp bách của việc chống ăn mòn bê tông và bê tông
cốt thép, ở nước ta có nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đề này. Các
đề tài nghiên cứu chưa quan tâm nghiên cứu về lý thuyết, mà chủ yếu đi vào
các biện pháp cụ thể chống ăn mòn cho công trình kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép. Các nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mòn của môi trường
lỏng, chủ yếu là môi trường biển, vì nước ta có hơn 2000km bờ biển và ngày
càng có nhiều công trình quan trọng được xây dựng trong môi trường biển.
Không có nhiều công trình nghiên cứu chống ăn mòn cho bê tông và bê tông
cốt thép dưới tác động của môi trường .
Trong những năm cuối của thập kỷ 60 có một số nhà nghiên cứu đã tiến
hành khảo sát hư hỏng các kết cấu bê tông cốt thép ở cảng Hòn Gai, Hải
Phòng được xây dựng từ năm 1914 và cũng đã đưa ra nhận xét là cần phải có