nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép công trình thủy lợi dưới tác động của môi trường

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt
thép công trình thủy lợi dưới tác động của môi trường” đã được hoàn thành
dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Vũ Quốc Vương thuộc bộ môn
Vật liệu xây dựng Trường Đại học Thủy lợi. Luận văn được hình thành với hy
vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn
mòn bê tông và bê tông cốt thép tác động của môi trường đặc biệt là công
trình Thủy Lợi. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy về sự giúp đỡ
to lớn này.
Cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi, cảm ơn Phòng
thí nghiệm vật liệu Trường Đại học Thủy Lợi, các tác giả của các đề tài đã
nghiên cứu và được công bố về giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông
và bê tông cốt thép công trình thủy lợi dưới tác động của môi trường.
Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn
bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không
tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng
góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện
hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của
mình./.
Hà Nội, ngày
05 tháng 12 năm 2012.
Tác giả


Nguyễn Doãn Toàn

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Doãn Toàn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung
thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác.


TÁC GIẢ


Nguyễn Doãn Toàn

MỤC LỤC
32TMỞ ĐẦU32T 1
32T1. Tính cấp thiết của đề tài32T 1
32T2. Mục đích của đề tài:32T 2
32T3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu32T 2
32T4. Nội dung nội văn32T 3
32TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BT
& BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
32T 5
32T1.132T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới
32T 5
32T1.1.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới32T 5
32T1.1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới
32T 6
32T1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam
32T 9
32T1.2.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam32T 9
32T1.2.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam
32T 11
32TCHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG
CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
32T 17
32T2.132T 32THiện tượng ăn mòn các công trình Thủy Lợi32T 17
32T2.232T 32TĂn mòn bê tông32T 18
32T2.2.132T 32TĂn mòn hóa học của bê tông32T 19
32T2.2.232T 32TĂn mòn vật lý của bê tông32T 25

32T2.332T 32TĂn mòn cốt thép32T 26
32T2.432T 32TĂn mòn bê tông ở các vùng biển32T 30


32T2.532T 32TKết luận chương 232T 34
32TCHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA
NƯỚC, KHÔNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG
CỦA TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG
32T 36
32T3.132T 32TCông tác chuẩn bị thí nghiệm32T 37
32T3.1.132T 32TCơ sở thành lập đề cương thí nghiệm32T 37
32T3.1.232T 32TChuẩn bị các mẫu thí nghiệm32T 37
32T3.1.332T 32TChuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm32T 40
32T3.232T 32TThí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông32T 41
32T3.2.132T 32TNguyên lý tính độ thẩm khí32T 41
32T3.2.232T 32TQuy trình thí nghiệm32T 42
32T3.2.332T 32TKết luận và thảo luận32T 42
3.2.4 Kết luận về đo độ thấm khí của bê tông 54
32T3.332T 32TThí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông32T 56
32T3.3.132T 32TNguyên lý tính toán độ thấm nước32T 56
32T3.3.232T 32TQuy trình thí nghiệm đo độ thấm nước32T 56
32T3.3.332T 32TKết quả và thảo luận32T 58
32T3.3.432T 32TKết luận về kết quả đo độ thấm nước của bê tông32T 66
32T3.432T 32TTương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê
tông khi bê tông bị phá hủy
32T 67
32T3.532T 32TĐánh giá ảnh hưởng của độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ của các
công trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông
32T 71
32T3.5.132T 32TĐánh giá tuổi thọ công trình giao thông thủy lợi theo tiêu chí ăn

mòn cốt thép có nguyên nhân từ sự khuếch tán clorua vào bê tông
32T 71
32T3.5.232T 32TĐánh giá tuổi thọ công trình giao thông theo tiêu chí ăn mòn cốt
thép do khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của
bê tông
32T 78


32T3.632T 32TKết luận chương 332T 84
32TCHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ
TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH THỦY LỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
MÔI TRƯỜNG
32T 86
32T4.132T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động của môi
trường
32T 86
32T4.1.132T 32TThay đổi thành phần khoáng của Xi Măng32T 87
32T4.1.232T 32TNâng cao độ đặc của bê tông32T 87
32T4.1.332T 32TBiến đổi các sản phẩm thủy hóa32T 88
32T4.1.432T 32TNgăn cách bê tông với môi trường32T 89
32T4.1.532T 32TMột số biện pháp tổng hợp32T 90
32T4.232T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thếp dưới tác động của
môi trường
32T 90
32T4.332T 32TCác giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền bê tông và bê tông
cốt thép công trình thủy lợi
32T 92
32T4.3.132T 32TChủng loại xi măng32T 92
32T4.3.232T 32TCốt liệu dùng cho bê tông32T 93
32T4.3.332T 32TNước cho bê tông32T 99

32T4.3.432T 32TPhụ gia cho bê tông32T 100
32T4.3.532T 32TCốt thép32T 101
32T4.3.632T 32TSử dụng cốt Composite “ thủy tinh – polymer”32T 101
32T4.432T 32TKết luận chương 432T 10632T4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107




DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ 8
Hình 1.2 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh 8
Hình 1.3 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi 8

Hình 1.4 Cảng Thương vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng 15
Hình 1.5 Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng
15

Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hòa Bình 15
Hình 1.7 Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
– Hải Phòng 15
Hình 1.8 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 16
Hình 1.9 Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê
tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng 16
Hình 2.1 Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre
16

Hình 2.2 Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến
Tre 168
Hình 2.3 Ca(OH)
R
2
Rtrong bê tông phản ứng với COR
2
R ngoài không khí để tạo
CaCO
R
3
R 20
Hình 2.4 Vữa xi măng bị dãn nở tạo ra một khe hở được tạo ra giữa cốt liệu
và vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông 24
Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép 27
Hình 2.6 Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 28
Hình 2.7 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 31
Hình 3.1 Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 38
Hình 3.2 Khuôn đúc các mẫu thí nghiệm 39
Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 39
Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ khoét
lỗ ở tâm 43
Hình 3.5 Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông 43
Hình 3.6 Biến đổi của độ thấm danh định K
R
a
R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P
R
m

R ở các cấpứng suất khác nhau (T= 25P
o
PC) 47
Hình 3.7 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P
R
m
R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60P
o
PC) 47


Hình 3.8 Biến đổi của độ thấm danh định KR
a
R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P
R
m
R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105P
o
PC) 48
Hình 3.9 Biến đổi của độ thấm danh định K
R
a
R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P
R
m
R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150P
o

PC) 48
Hình 3.10 Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở các
nhiệt độ khác nhau 49
Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/K
R
o
R theo ứng suất trong bê tông 51
Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ 52
Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ 54
Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu K
R
o
R theo độ bão hòa nước của bê
tông 55
Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc 55

Hình 3.16 Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước của bê tông trong phòng thí
nghiệm 57
Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước 58
Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo 58
Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 và P2) theo áp lực nước 62

Hình 3.20 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối
σ/σ
R
max
R 64
Hình 3.21 Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối
σ/σ
R

max
R 65
Hình 3.22 Tương quan giữa độ thấm khí và độ khyuếch tán clorua khi bê
tông bị 67
Hình 3.23 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân
tán của 69
Hình 3.24 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy của bê
tông 69
Hình 3.25 Suy giảm của độ khuếch tán clorua theo thời gian 71
Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ công trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ 74
Hình 3.27 Gia tăng của nồng độ clorua bề mặt theo thời gian 76
Hình 3.28 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông cốt thép theo bề dày lớp bê
tông bảo vệ 77
Hình 3.29 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực theo bề dày lớp bê
tông bảo vệ 77
Hình 3.30 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công trình
bê tông cốt thép 79


Hình 3.31 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công trình
bê tông DƯL 80
Hình 3.32 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5
năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) 81
Hình 3.33 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) 82
Hình 3.34 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5
năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 82
Hình 3.35 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 83
Hình 3.36 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5

năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 83
Hình 3.37 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 84
Hình 4.1 Cốt composite “thủy tinh – polymer” 102



















DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 - Giá trị trung bình của lưu lượng khí vào và biến dạng dọc trục . 43
Bảng 3.2 - Sau đây biễu diễn các giá trị độ thấm danh định K
R
a
R 45
Bảng 3.3 - Các giá trị độ thấm khí thực K thu được theo nguyên lý

Klinkenberg 49
Bảng 3.5 - Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương nén mẫu P1 . 59
Bảng 3.6 - Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương ngang P2
(vuông góc với phương nén mẫu P1) 60
Bảng 3.7 - Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép (C
R
cr
R = 0.06 % KLBT) 73
Bảng 3.8 - Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực (C
R
cr
R = 0.3 % KLBT) 73
Bảng 4.1 - Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng 91

Bảng 4.2 - Bảng so sánh các tính chất cốt thép và cốt composite 103




DANH MỤC VIẾT TẮT

XM: Xi măng
BT: Bê tông
BTCT: Bê tông cốt thép
BT & BTCT : Bê tông và bê tông cốt thép
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
TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh




1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Bê tông cốt thép đã được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Cho
đến nay bê tông, bê tông cốt thép vẫn là nguồn vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực
xây dựng, giao thông, thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, bê tông côt thép đã và
đang được sử dụng rất rộng rãi, chất lượng và tuổi thọ của bê tông đã được
nghiên cứu và nâng cao nhiều. Qua tổng kết đánh của các quốc gia trên thế
giới thì độ bền thực tế của các công trình bê tông như sau: Trong môi trường
không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100
năm. Trong môi trường có tính xâm thực mạnh như các vùng ven biển, độ ẩm
lớn, dưới nước… xẩy ra hiện tượng ăn mòn bê tông cốt thép dẫn đến làm nứt
vỡ và phá hủy kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất phát sau 10 đến 30 năm
sử dụng.
Qua thực tế các công trình giao thông thủy lợi ở Việt Nam cũng như
nhiều nước trên thế giới, các công trình bê tông và BTCT sau một thời gian
đưa vào sử dụng đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình giao thông, thủy
lợi như: trụ cầu giao thông, dầm cầu giao thông, cống thủy lợi, đê biển…, đã
bị môi trường xâm thực rất mạnh, làm ăn mòn bê tông và cốt thép phá hủy kết
cấu của công trình gây tổn thất rất lớn.
Vì vậy nghiên cứu tìm ra được các cơ chế ăn mòn BT & BTCT dưới tác

động
của môi trường và đưa ra các giải pháp khắc phục tình hình ăn mòn BT
& BTCT công trình thủy lợi là hết sức cần thiết . Đề tài: “Nghiên cứu giải
pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép công trình
thủy lợi dưới tác động của môi trường” được đề xuất nhằm đáp ứng các
yêu cầ
u kỹ thuật và nâng cao chất lượng bê tông và bê tông cốt thép




2
2, Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu cơ chế ăn mòn của bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động
của môi trường. Đánh giá mức độ ăn mòn phá hủy của bê tông và BTCT dưới
tác động của môi trường để đưa ra các biện pháp giảm thiểu khả năng ăn mòn,
xâm thực của bê tông và BTCT.
3, Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Sưu tập, nghiên cứu các các tài liệu trong và ngoài nước đang được áp
dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam, trong đó có chú ý tới các nội dung
có liên quan tới bê tông tự lèn để lựa chọn hướng nghiên cứu, phương pháp
hợp lý áp dụng cho điều kiện Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu bao gồm: Phương pháp lý thuyết và phương
pháp thực nghiệm.
* Phương pháp lý thuyết:
+ Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp phân tích tình hình ăn mòn
trong và ngoài nước. Lựa chọn một số phương pháp để đánh giá tình hình ăn
mòn BT & BTCT công trình thủy lợi và đưa ra giải pháp khắc phục ăn mòn
BT & BTCT công trình thủy lợi phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Phương pháp thực nghiệm:

+ Xác định các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT công trình thủy lợi như: độ
thấm khí, thấm nước của Bê tông (Tiêu chuẩn Việt Nam & Tiêu chuẩn một số
nước)
+ Tương quan giữa độ khuếch tán ion Cl
P
-
P và độ thấm khí của bê tông khi
bê tông bị phá hủy.
Đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT
theo tiêu chuẩn Việt Nam của phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng LAS-
XD381
.


3
4, Nội dung nội văn
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT
trên thế giới và ở Việt Nam
1.1. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT trên thế giới
1.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT ở Việt Nam
Chương 2: Phân tích cơ chế ăn mòn BT & BTCT trong công trình
thủy lợi
2.1 Hiện tượng ăn mòn các công trình Thủy lợi.
2.2 Ăn mòn bê tông.
2.3 Ăn mòn cốt thép.
2.4 Ăn mòn bê tông cốt thép ở các vùng ven biển.
2.5 Kết luận chương 2.
Chương 3: Kết quả thực nghiệm độ thẩm thấu của nước, không khí
và ion CL
P

-
P qua bê tông dưới tác động của tải trọng & nhiệt độ môi
trường.
3.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm.
3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông.
3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông.
3.4 Tương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê
tông khi bê tông bị phá hủy
3.5 Đánh giá ảnh hưởng của độ thấm ION Cl- đến tuổi thọ cử các
công trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông.
3.6 Kết luận chương 3.
Chương 4: Giải pháp khắc phục ăn mòn BT & BTCT công trình
thủy lợi dưới tác động môi trường
4.1 Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động môi trường


4
4.2 Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép dưới tác động
của môi trường.
4.3 Các giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền BT & BTCT
công trình thủy lợi.
4.4 Kết uận chương 4.
Kết luận và kiến nghị

5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
ĂN MÒN BT & BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới
1.1.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới
Tình hình phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản xuất sản
phẩm bê tông xi măng, bê tông cốt thép nói riêng: ở những thế kỉ trước ít phát
triển, tốc độ xây dựng chậm. Những năm 30 ÷ 40 của thế kỉ XIX công nghiệp
sản xuất xi măng poóclăng ra đời đã tạo ra một bước chuyển biến cơ bản
trong xây dựng. Cho đến những năm 70 ÷ 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép
mới được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy
điện Loại vật liệu này có nhiều tính ưu việt đã phát triển nhanh chóng và
chiếm vị trí quan trọng trong các loại vật liệu xây dựng.
Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn sử dụng người ta ngày càng
hoàn thiện các phương pháp tính toán kết cấu, ngày càng phát huy được tính

ưu việt và hiệu quả sử dụng chúng. Những năm đầu thế kỷ XX cấu kiện bê
tông cốt thép đúc sẵn ra đời. Việc sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn bằng thủ
công đã dần được thay thế bằng các các phương pháp cơ giới.
Việc nghiên cứu thành công dây chuyền công nghệ sản xuất các cấu
kiện bê tông cốt thép và được đưa vào sản xuất đã tạo điều kiện ngày càng
nhiều các nhà máy cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn.
Những thập niên vừa qua, các thành tựu về nghiên cứu, lý luận cũng
như về các phương pháp tính toán bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới
ngày càng thúc đẩy nghành công nghiệp sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép
đúc sẵn phát triển. Đặc bi
ệt là thành công của việc nghiên cứu bê tông cốt
thép ứng suất trước và ứng dụng nó vào sản xuất cấu kiện bê tông là một


6
thành tựu hết sức to lớn. Nó cho phép tận dụng tốt các ưu điểm của bê tông
mác cao với cốt thép cường độ cao tiết kiệm được bê tông, cốt thép. Nhờ đó
có thể thu nhỏ kích thước cấu kiện, giảm nhẹ được khối lượng, nâng cao khả
năng chịu lực và khả năng chống nứt của cấu kiện bê tông cốt thép.
Ngày nay ở những nước phát triển, cùng với sự phát triển của khoa học
kĩ thuật thì việc công nghiệp hoá nghành xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy
điện, cơ giới hoá thi công, lắp ghép cấu kiện bằng bê tông tông cốt thép và bê
tông ứng suất trước cũng được nghiên cứu, phát triển và được sử dụng rộng
rãi. Đặc biệt là trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, với các cấu
kiện đúc sẵn ngày càng phong phú đa dạng như: cột điện, dầm mái, dàn mái,
ống nước, panen, cọc móng… đáp ứng đầy đủ và kịp thời các đòi hỏi của quá
trình công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày nay.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép
trên thế giới
Kể từ báo cáo đầu tiên vào năm 1920 tại Hội nghị hằng hải Quốc tế [6]

cho tới nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về vấn đề ăn mòn bê tông và bê
tông cốt thép dưới tác động của môi trường. Xung quanh cơ chế phá hủy bê
tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường còn nhiều điều bàn
luận, đặc biệt là bản chất sự ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động
của môi trường . Lý do là có nhiều yếu tố xâm thực tác động theo các cơ chế
khác nhau. Quá trình ăn mòn lại diễn ra chậm do vậy các kết quả thí nghiệm
nhanh nếu có mô phỏng thường không lột tả đúng bản chất phá hủy trong
thực tế. Trên con đường xác định bản chất ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép
dưới tác động của môi trường nước ta đã phải khảo sát rất nhiều công trình
thực tế bị hư hỏng.
Năm 1980, trong báo cáo của mình tại hội nghị khoa học đầu tiên về độ
bền lâu của công trình biển ở New Brunswick [8], K.Mehta đã trích dẫn kết


7
quả khảo sát thực tế trên nhiều công trình đã tồn tại từ 60 ÷ 100 năm trong
môi trường biển. Thực tế chỉ ra rằng chủ yếu hư hỏng do ăn mòn cốt thép,
nhất là vùng nước lên xuống. Đối với bê tông có phát hiện thấy hiện tượng
mềm hóa khi có hàm lượng xi măng thấp. Một số trường hợp bê tông nứt bề
mặt, nguyên nhân đa phần là do phản ứng kiềm- silic hoặc nứt vì các lý do
khác. Trong thành phần bê tông lâu năm ở biển có xác định một số sản phẩm
ăn mòn như aragonite, brucite, ettringite, magnesium silicat hydrate,… Tuy
vậy ở một số công trình, bê tông còn giữ được chất lượng cao sau nhiều năm
ở biển (70 năm), mặc dù được chế tạo từ xi măng poóclăng với hàm lượng
C
R
3
RA tới 14,9%.
Trong hội nghị khoa học về công trình biển lần thứ 2 vào năm 1988[9]
K.Mehta tiếp tục đưa ra những dẫn chứng khác về sự ăn mòn bê tông, bê tông

cốt thép trong môi trường biển. Bản chất hiện tượng không có gì khác biệt so
với các lần trước.
Odd E.Gjorv trong tài liệu [7] đã tổng kết nhiều kết quả khảo sát chất
lượng các công trình biển ở Nauy và cũng đưa ra kết luận phần lớn nguyên
nhân hư hỏng là do rỉ cốt thép. Có nhiều kết cấu sau 70 ÷ 80 năm sử dụng vẫn
còn ở tình trạng tốt nếu được thiết kế hợp lý và thi công chuẩn xác.
Tại Nhật Bản, Sh.Toyama và Y.Ishii[10] đã công bố kết quả khảo sát
494 cấu kiện đơn lẻ trên các cảng biển ở Nhật bản. Rất nhiều kết cấu bị ăn
mòn cốt thép dẫn tới nứt vỡ bê tông bảo vệ.
Hàm lượng ion ClP
-
P trong bê tông
rất cao.





8


Hình 1.1: Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ

Hình 1.2 Hình 1.3
Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi
Tại Nga việc nghiên cứu về độ bền của bê tông và bê tông cốt thép đã
được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Theo V.M. Moskvin, công trình của
Vica “nghiên cứu nguyên nhân hóa học phá hủy và các biện pháp nâng cao
khả năng chống ăn mòn của các chất kết dính rắn trong nước” là công trình
nghiên cứu khoa học đầu tiên về ăn mòn. Những năm đầu của thế kỷ XX viện

nghiên cứu độ bền các công trình thủy lợi biển của Nga do những kỹ sư xây
dựng nổi tiếng như A.R. Shuliachenko, V.I. Charnomskij đã khảo sát những
công trình bê tông và bê tông cốt thép tại các hải cảng châu Âu và Nga. Họ đã
đi đến kết luận rằng bằng xi măng poóclăng không thể chế tạo bê tông cốt
thép bền vững trong môi trường biển. Sự nâng cao độ đặc bê tông chỉ có thể


9
mang lại tuổi thọ cho các công trình từ 20 ÷ 30 năm. Những nghiên cứu về sử
dụng bê tông và bê tông cốt thép trong các xí nghiệp công nghiệp được thực
hiện vào đầu thế kỷ XX như công trình nghiên cứu của E.Rabal’d. Đặc biệt là
công trình nghiên cứu của A.A Bajkov là công trình nghiên cứu có giá trị lớn
trong lĩnh vực này. Ông đã phân tích nguyên nhân gây ăn mòn bê tông và
những biện pháp áp dụng trong thực tế chống ăn mòn. Kavatosi trong công
trình nghiên cứu của mình đã đưa ra loại phụ gia tổng hợp siêu dẻo (Furylacol
- Ca(NO
R
3
R)R
2
R) để chế tạo vữa bền trong môi trường chịu tác động xâm thực của
các muối gây ăn mòn. G.Bachacốp trong một công trình khác đã công bố việc
sử dụng dầu nhựa thông với hàm lượng 0,15% đề chế tạo vữa và bê tông có
khả năng chống ăn mòn cao.
Các nghiên cứu đều có kết luận thống nhất về nguyên nhân ăn mòn là do
các sản phẩm hủy hóa của xi măng bị tan vào môi trường hoặc tác dụng với
các muối, axit có trong môi trường tạo ra những hợp chất có tính tan mạnh
hoặc nở thể tích gây nên sự phá hủy kết cấu nội bộ các công trình. Các công
trình nghiên cứu cũng đánh giá được hiệu quả của các biện pháp chống ăn
mòn: Dùng phụ gia vô cơ hoạt tính, dùng xi măng đặc biệt…Các bình luận về

nguyên nhân gây ăn mòn và giới hạn độ bền của kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép dùng trong các môi trường này vẫn còn nhiều vấn đề phải tranh cãi
kéo dài cho đến nay.
1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam
1.2.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam
Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã phát triển một cách mạnh
mẽ. Từ những thành tựu phát triển kinh tế đó và nhu cầu của con người càng
được cao như nhu cầu về nhà ở, nhà làm việc, giao thông đi lại, điện nước
sinh hoạt, các công trình phúc lợi…Những năm gần đây đi đôi với việc phát
triển nhanh chóng bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong các


10
ngành xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông vận tải và đặc biệt là trong
thủy lợi, thủy điện bê tông và bê tông cốt thép khối lớn được dùng rất nhiều.
Song song với việc trên việc khí hậu toàn cầu thay đổi tác động vào nước ta là
rất lớn như thủy triều dâng ở TP. HCM, thiên tai bão lũ, sạt lở ở các tỉnh miền
Trung … đòi hỏi phải có những công trình bảo vệ tài sản và tính mạng của
người dân thì bê tông và bê tông cốt thép được dùng ngày càng nhiều hơn.
Việt Nam là một nước đang trong giai đoạn phát triển với dân số gần 80
triệu dân, tiềm năng phát triển rất lớn. Vì vậy trước mắt phải xây dựng một cơ
sở hạ tầng hoàn chỉnh hơn để đáp ứng tốc độ phát triển của đất nước để làm
được điều này ngành xây dựng công nghiệp dân dụng, ngành giao thông vận
tải, ngành thủy lợi, thủy điện và ngành sản xuất vật liệu xây dựng cần thiết
phải đi trước một bước trong quá trình phát triển. Trong đó nghành sản xuất
vật liệu xây dựng phải được ưu tiên đầu tư phát triển mạnh hơn. Vì vậy trong
những năm qua Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách đầu tư phát
triển hợp lý cho nghành VLXD đã và đang sản xuất các nhà máy sản xuất vật
liệu xây dựng hiện đại công suất lớn ngang tầm với các nước trong khu vực
và các nước phát triển trên thế giới. Cùng với sự phát triển của nghành xây

dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện… nhu cầu về các loại sản phẩm bê tông
và bê tông cốt thép cho các nghành xây dựng cơ bản, giao thông, thủy lợi,
thủy điện là rất lớn. Nó đóng vai trò quan trọng hàng đầu các vật liệu sử dụng
cho xây dựng.
Nhằm thoả mãn nhu cầu đó, ngành VLXD cần ưu tiên phát triển theo
chiều sâu, đổi mới trang thiết bị, công nghệ sản xuất tiên tiến. Theo định
hướng này ngành sản xuất bê tông và cấu kiện bê tông đúc sẵn đã và đang
được nhà nước đầu tư thích đáng và đạt được một số kết quả khả quan. Các
cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các
công trình xây dựng cơ sở hạ tầng. Để đáp ứng được nhu cầu này cần thiết


11
phải xây dựng các nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn nhằm đáp ứng
được tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng của nước ta nói chung, thủ đô Hà Nội nói
riêng và trong tương lai.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và 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


12
Phòng được xây dựng từ năm 1914 và cũng đã đưa ra nhận xét là cần phải có
quy định riêng cho các công tác thiết kế và thi công bê tông, bê tông cốt thép
vùng biển, khác với kết cấu nằm sâu trong nội địa. những nghiên cứu đầu tiên
nhằm tìm ra biện pháp bảo vệ công trình biển cũng đã được tiến hành từ
những năm đầu của thập kỷ 80. Đáng tiếc là cho tới nay các kết quả nghiên
cứu được ứng dụng vào thực tế xây dựng còn hạn chế. Một mặt là do chưa tạo
được hành lang pháp lý thông qua hệ thống quy phạm, tiêu chuẩn để áp dụng.
Mặt khác phần lớn các giải pháp đều chưa đạt được tính toàn diện, chủ yếu
mới thiên về một số giải pháp cục bộ như bảo vệ bằng sơn phủ kết cấu, sử
dụng chất ức chế ăn mòn, tăng cường độ chống thấm của bê tông bằng phụ
gia… Hậu quả là hàng loạt các công trình ven biển được xây dựng ồ ạt trong
những năm 80 và 90 vẫn áp dụng theo quy phạm xây dựng thông thường nên
có tuổi thọ rất thấp. Trung bình sau 10 ÷ 15 năm sử dụng đã có dấu hiệu hư
hỏng nghiêm trọng.
Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (VKHCNXD) - Bộ Xây dựng từ
những năm đầu của thập kỷ 80 đã triển khai nghiên cứu lĩnh vực chống ăn
mòn bê tông bảo vệ cốt thép, đã đạt được một số thành quả nhất định theo

hướng sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn và sơn phủ bề mặt kết cấu đối với công
trình biển. Năm 1994, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường đã giao cho
VKHCNXD [2] nghiên cứu tổng thể các điều kiện kỹ thuật cần thiết để bảo
vệ chống ăn mòn và đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt
thép xây dựng ở vùng biển phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội ở
Việt Nam (đề tài mã số ĐTĐL-40/94). Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu này,
đã biên soạn những chỉ dẫn kỹ thuật cần thiết cho công tác xây dựng và sửa
chữa công trình làm bằng bê tông và bê tông cốt thép vùng biển nước ta.
VKHCNXD cũng đã xây dựng tiêu chuẩn ngành về vấn đề này. Nhưng cho

tới nay vẫn chưa được ban hành.


13
Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải trong một số công trình
nghiên cứu vấn đề ăn mòn bê tông đã đưa ra nhiều ý kiến phân tích tình hình
hư hỏng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép do ăn mòn, chỉ ra các nguyên
nhân và đề ra các biện pháp bảo vệ như là: dùng các phụ gia kị nước (dầu thảo
mộc), nước thải bã giấy nhằm nâng cao độ chắc cho bê tông. Tăng cường bảo
vệ mặt ngoài kết cấu bê tông bằng các lớp sơn phủ chống thấm như: Sơn
bitum- cao su, sơn bitum-epoxy.
Viện Khoa học Thủy Lợi đã thành công trong đề tài sử dụng phụ gia
bentonit tăng chống thấm, giảm ăn mòn cốt thép đối với các công trình thủy lợi.
Vào những năm cuối của thập kỷ 90 có một số đề tài về công nghệ vật
liệu mang mã số KC-05-13A về triển khai chế tạo các tổ hợp bê tông và vữa
có phụ gia ức chế ăn mòn và bảo vệ cốt thép trong môi trường biển Việt Nam.
Đề tài này bao gồm các nhánh đề tài: Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cốt
thép, nghiên cứu dùng phụ gia ZKJ, nghiên cứu dùng phụ gia bentônít cải tiến ,
nghiên cứu dùng phụ gia khoáng SISEX, nghiên cứu dùng phụ gia SP melamin
foocmaldehit sunfomat, nghiên cứu dùng phụ gia polymer trong bê tông.

Mục đích đưa các loại phụ gia trên vào bê tông là để tăng cường độ đặc
chắc, độ chống thấm cho bê tông, từ đó ngăn ngừa hoặc hạn chế ăn mòn. Các
phương pháp ức chế ăn mòn, bảo vệ catốt thường phối hợp với các phương
pháp chống ăn mòn bê tông, nhằm bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu bê tông
cốt thép nói chung.
Liên tục trong các năm từ 1995 đến năm 2003 đã có nhiều hội nghị khoa
học về chống ăn mòn cho các công trình xây dựng được tổ chức ở các cơ
quan như VKHCNXD
[5] , VKHCNGTVT, Trường Đại học Xây dựng Hà
Nội. Tuy nhiên các đề tài đều tập trung vào công tác chống ăn mòn cho các
công trình biển, chưa có một hội nghị chính thức nào nói về ăn mòn của công
trình xây dựng dân dụng công nghiệp và công trình trong môi trường nước ngọt.


14
Ngoài những đề tài trên, còn có một số nghiên cứu khác về chống ăn
mòn và tăng tuổi thọ cho công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi
trường biển và ở vùng ven biển. Trước đây nhà nước ta đã cử một số cán bộ
khoa học sang học ở các nước bạn (Liên Xô, Ba Lan, Tiệp Khắc, Rumani…)
làm nghiên cứu sinh, nghiên cứu các đề tài về ăn mòn bê tông trong nước
biển.
Tuy đã có một số kết quả nghiên cứu về bê tông và bê tông cốt thép
trong môi trường biển ở nước ta nhưng cho đến nay vẫn chưa triển khai áp
dụng được nhiều vào sản xuất. Chúng ta đã nghiên cứu sản xuất được một số
loại xi măng bền trong môi trường nước biển như: Xi măng chống sunphat, xi
măng bari và đã được sử dụng một số công trình bê tông cốt thép trong nước
mặn hoặc chịu ảnh hưởng của nước mặn.
Năm 2000 nhà nước ta đã cho phép VKHCNXD [3] thực hiện một số dự
án kỹ thuật, kinh tế về chống ăn mòn và bảo vệ các công trình bê tông và bê
tông cốt thép vùng biển. Đề tài này được triền khai hai năm 2000 ÷ 2001. Hy

vọng rằng các dự án được thực hiện sẽ có nhiều kết quả ứng dụng vào các
công trình xây dựng.






15


Hình 1.4 Hình 1.5
Cảng Thương vụ - Vũng Tầu
sau 15 năm sử dụng
.
Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng
cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng

Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hòa Bình (Nguồn tin internet)

Hình 1.7 Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
– Hải Phòng(Nguồn tin internet)