Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt thép trong quá trình khai thác biện pháp khắc phục

-1-
Mục lục


Chương mở đầu: Giới thiệu tổng quan 3
Chương 1: Một số nguyên nhân gây hư hỏng và phương pháp thu thập thông tin đối với cầu
bê tông cốt thép đang khai thác
1.1. Một số nguyên nhân gây hư hỏng cầu bê tông cốt thép đang khai thác 6
1.1.1. Các hư hỏng do quá trình phá hủy vật liệu 6
1.1.1.1 Sự phá hủy lý hóa của bê tông 6
1.1.1.2 Sự hư hỏng do hiện tượng ăn mòn cốt thép trong bê tông 11
1.1.1.3 Sự hư hỏng về nứt do co ngót bê tông 15
1.1.2. Những hư hỏng do khảo sát, thiết kế có sai sót 15
1.1.2.1 Những hư hỏng do tính toán kết cấu 16
1.1.2.2 Những hư hỏng xảy ra lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt 18
1.1.3. Những hư hỏng liên quan đến thi công chế tạo 19
1.1.3.1 Bê tông 19
1.1.3.2 Cốt thép trong bê tông 19
1.1.3.3 Bố trí cốt thép trong ván khuôn và thi công căng kéo 20
1.1.3.4 Những sai sót trong quá trình thi công 20
1.1.4. Những hư hỏng trong quá trình khai thác sử dụng 21
1.1.4.1 Nứt do cấu kiện chịu nhiệt quá tải 21
1.1.4.2 Trạng thái nứt do lún không đều của công trình 22
1.1.4.3 Trạng thái nứt do mỏi 22
1.2. Các phương pháp thu thập thông tin về cầu bê tông cốt thép đang khai thác 23
1.2.1. Mục tiêu của thu thập thông tin 23
1.2.2. Nguyên tắc trong thu thập thông tin 23
1.2.3. Các hình thức và mức độ kiểm tra thu thập thông tin 23

1.2.3.1 Kiểm tra thường xuyên 23
1.2.3.2 Kiểm tra định kỳ 24
1.2.3.3 Kiểm tra đặc biệt 24
1.2.4. Các phương pháp kiểm tra vật liệu 24
1.2.4.1 Phương pháp phá hoại mẫu 24
1.2.4.2 Phương pháp không phá hoại mẫu NDT 25
1.2.4.3 Sử dụng kết hợp các phương pháp 28
1.2.5. Các phương pháp đo đạc hiệu ứng kết cấu 30
1.2.5.1 Thử tải tĩnh 30
1.2.5.2 Thử tải động 31
1.2.5.3 Đo đạc trong thời gian dài 31
1.2.6. Trang thiết bị được sử dụng 31





-2-
Chương 2: Phương pháp xác định sự suy giảm chất lượng cầu BTCT đang khai thác
2.1. Giới thiệu chung 33
2.1.1 Bài toán chẩn đoán kỹ thuật đối với công trình xây dựng 34
2.1.2 Quy trình chẩn đoán kỹ thuật 34
2.1.3 Phương pháp đánh giá sự suy giảm chất lượng công trình cầu 35
2.1.3.1 Phương pháp thống kê 35
2.1.3.2 Phương pháp cơ học 36
2.1.4 Các mức độ của việc chẩn đoán đánh giá cầu 38
2.1.5 Ưu nhược điểm của hai phương pháp chẩn đoán cầu 39
2.2. Xây dựng bài toán chẩn đoán kỹ thuật đối với cầu BTCT 40
2.2.1. Mục tiêu của bài toán 40
2.2.2. Sơ đồ giải bài toán chẩn đoán kỹ thuật cho cầu BTCT 40

2.2.2.1 Theo quan điểm nhận dạng cơ học hệ thống 40
2.2.2.2 Theo quan điểm thống kê 41
2.2.3 Giải bài toán chẩn đoán, đánh giá cầu BTCT 42
2.2.3.1 Theo quan điểm nhận dạng cơ học hệ thống 42
2.2.3.2 Theo quan điểm thống kê 50

Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng cầu BTCT
3.1. Nguyên tắc xử lý các hư hỏng của kết cấu bê tông cốt thép 58
3.1.1 Đối với các vết nứt bê tông 58
3.1.2 Xử lý các vết nứt 59
3.1.3 Đối với những hư hỏng bong vỡ bê tông 60
3.1.4 Đối với cốt thép và khu vực quanh cốt thép 61
3.2. Các loại vật liệu chuyên dùng cho công tác sửa chữa cầu BTCT 61
3.2.1 Yêu cầu đối với vật liệu chuyên dùng cho công tác sửa chữa cầu BTCT 62
3.2.2 Chuẩn bị bề mặt liên kết và làm sạch khu vực sửa chữa 63
3.3. Giới thiệu một vài biện pháp sửa chữa điển hình đã áp dụng tại Việt nam 64
3.3.1. Biện pháp sửa chữa bằng vật liệu truyền thống 64
3.3.2 Biện pháp phun bê tông 64
3.3.3 Phun keo êpôxy 66
3.3.4 Thêm cốt thép 67
3.3.5 Sử dụng vật liệu bê tông polyme cốt sợi 68
3.4. Các biện pháp sửa chữa dầm cầu do Viện KHCN GTVT nghiên cứu áp dụng 69
3.4.1 Vật liệu bê tông polyme PEX do Viện KHCN GTVT nghiên cứu chế tạo 69
3.4.2 Sửa chữa phục hồi dầm bằng tăng cường thêm dự ứng lực ngoài 74
3.4.3 Sửa chữa tăng cường dầm bằng phương pháp dán bản thép 76
3.4.4 Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Muối 79
3.4.5 Áp dụng thực tế sửa chữa phục hồi cầu Đa Phúc 84
Kết luận 88
Tài liệu tham khảo 90

-3-
Chương mở đầu
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Trong hệ thống đường bộ Việt nam có một khối lượng cầu bê tông cốt thép khá
lớn với nhiều chủng loại khác nhau. Khi những công trình cầu bê tông cốt thép đầu
tiên được xây dựng, chưa qua thử thách với môi trường và thời gian, không ít người
nghĩ rằng bê tông cốt thép là một loại vật liệu vĩnh cửu. Song về sau qua một thời
gian sử dụng thực tế, người ta đã nhận ra rằng vật liệu này có những nhược điểm cơ
bản như:
- Khối lượng nặng nề thông qua tỷ số giữa trọng lượng thể tích với cường độ vật liệu,
gây tốn kém cho nền móng.
- Bê tông dù với độ đặc theo công nghệ thi công hiện hành cũng mang tính rỗng, đễ
bị thấm nước hoặc bị mao dẫn.
- Trong quá trình rắn kết bê tông bị co ngót, tạo ra trạng thái nứt, làm mất tính toàn
khối và khả năng chống thấm của kết cấu.
- Bê tông dễ bị nứt nhỏ vì cường độ chịu kéo quá thấp. Đây chính là nguyên nhân
chung của mọi trạng thái nứt khác nhau.
- Bê tông là loại vật liệu bị biến đổi bởi quá trình lão hoá. Quá trình suy thoái này xảy
ra trên cả ba phương diện cơ học, hoá học và vật lý.
- Khả năng dính bám giữa bê tông mới với bê tông cũ thi công ở các thời điểm khác
nhau là rất kém, nhất là khi chịu tải trọng động.
- Nhược điểm chính của dầm cầu bê tông cốt thép là khi chịu tải trọng, khi ứng suất
trong cốt thép mới đạt tới 500 kg/cm
2
thì bê tông đã bị nứt chính bởi độ dãn của bê
tông khi chịu kéo không thể vượt quá 0,15-0,20%
Chính những nhược điểm trên là một trong những nguyên nhân gây hư hỏng các kết

cấu bê tông cốt thép nói chung và cầu bê tông cốt thép nói riêng, làm giảm độ tin cậy
và tuổi thọ công trình.
Do sự phát triển kinh tế của đất nước, hiện nay đa phần các cầu trên phải gánh một
lượng vận tải lớn, nhiều khi vượt quá tải trọng cho phép. Mặt khác, những công trình
cầu cũ ở nước ta còn chịu ảnh hưởng của môi trường, chiến tranh và công tác duy tu



-4-
bảo dưỡng không được thường xuyên. Chính vì vậy nên có rất nhiều cầu cũ đang
trong tình trạng hư hỏng và xuống cấp nghiêm trọng. Việc xây dựng các cầu mới để
thay thế các cầu cũ là rất khó thực hiện do thiếu vốn, do đó việc gia cố, sửa chữa,
tăng cường các cầu này là giải pháp cơ bản nhất, hiện thực và cấp bách nhất. Để tiếp
tục tận dụng, khai thác và phát huy khả năng làm việc của công trình cần phải đánh
giá, phân loại hiện trạng và nguyên nhân gây hư hỏng, từ đó nghiên cứu các giải pháp
xử lý.
Hiện nay ở trên thế giới, đối với những cầu BTCT đã thực hiện những loại sửa chữa
như : Công nghệ phun sơn êpôxy trên bề mặt bê tông nhằm hạn chế thâm nhập môi
trường vào bê tông làm gỉ cốt thép. Công nghệ phun vữa-keo để xử lý vết nứt của kết
cấu BTCT, trám vá các mảng vỡ. Công nghệ sửa chữa gỉ cốt thép trong kết cấu
BTCT. Công nghệ sửa chữa cầu BTCT bằng dự ứng lực ngoài. Công nghệ dán bản
thép, vải sợi các bon
Ở Việt Nam việc sửa chữa các cầu BTCT cũng theo những phương hướng đã được
thực hiện trên thế giới. Chúng ta đã nghiên cứu các loại vật liệu để trám vá vỡ bê
tông, phun vào các vết nứt. Viện KHCN GTVT đã nghiên cứu chế tạo thiết bị để
phun keo vào sâu trong vết nứt; áp dụng công nghệ sửa chữa cầu BTCT bằng dự ứng
lực ngoài do hãng Fressinet (Pháp) chuyển giao trong sửa chữa cầu Niệm; cầu chữ Y:
sửa chữa đứt cáp ngang bằng dự ứng lực ngoài; sửa chữa tăng cường nhiều cầu bằng
DƯL ngoài (cầu Đa Phúc, Châu ổ, Tân Thuận, Chữ Y, An Dương, Sài Gòn );
ngoài ra còn nghiên cứu sửa chữa và tăng cường cầu bằng công nghệ dán bản thép

Với mục đích nâng cao hiệu quả của quá trình khai thác, phát huy khả năng làm việc
cũng như nâng cao độ tin cậy của các công trình cầu bê tông cốt thép trong điều kiện
Việt nam. Trong luận án này tác giả sẽ giải quyết việc tìm hiểu các nguyên nhân gây
nên sự hư hỏng trong các kết cấu nhịp cầu bê tông cốt thép; Xác định phương pháp
thu thập thông tin từ đó chọn phương pháp tính toán đánh giá sự suy giảm chất lượng
để đề xuất biện pháp khắc phục có hiệu quả các hư hỏng. Trên cơ sở đó áp dụng kết
quả nghiên cứu trong sửa chữa các cầu bê tông cốt thép cũ đang khai thác trên hệ
thống mạng giao thông đường bộ ở nước ta.
Tên của luận án là: Một vài nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu dầm cầu bê tông cốt
thép đang khai thác, biện pháp khắc phục.



-5-
Nội dung của luận án gồm 3 chương:
Chương 1: Tìm hiểu một số nguyên nhân gây hư hỏng và phương pháp thu thập
thông tin đối với dầm cầu BTCT đang khai thác.
Chương 2: Phương pháp xác định sự suy giảm chất lượng dầm cầu BTCT đang khai
thác.
Chương 3: Các biện pháp sửa chữa khắc phục hư hỏng dầm cầu BTCT.
Qua thực tế các công trình cầu BTCT cũ đã được tham gia sửa chữa và tham khảo kết
quả của các đề tài nghiên cứu trong và ngoài nước cùng một số công trình cầu đã và
đang sửa chữa khác, mục tiêu mà luận văn muốn đạt được là nghiên cứu đề xuất biện
pháp sửa chữa cầu BTCT một cách có hiệu quả xuất phát từ việc xác định rõ nguyên
nhân gây hư hỏng và chữa đúng bệnh. Luận văn giới thiệu một loại vật liệu sửa chữa
cầu BTCT cũ có nhiều ưu điểm do Viện KHCN GTVT nghiên cứu chế tạo và đã
được dùng cho một số công trình là vật liệu bê tông polyme PEX. Đồng thời giới
thiệu hai biện pháp sửa chữa tăng cường cầu BTCT cũ là : Tăng cường thêm dự ứng
lực ngoài và dán bản thép tăng cường cho dầm BTCT Các kết quả nghiên cứu này
được thí nghiệm tại phòng Công nghệ Vật liệu – Viện KHCN GTVT và đã được áp

dụng vào sửa chữa các công trình cầu BTCT đang khai thác do Viện KHCN GTVT
triển khai.



-6-
Chương 1
MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
THU THẬP THÔNG TIN ĐỐI VỚI DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC

1.1. MỘT SỐ NGUYÊN NHÂN GÂY HƢ HỎNG DẦM CẦU BTCT ĐANG KHAI THÁC
Sự hư hỏng của cầu bê tông cốt thép có thể do những nguyên nhân chính sau:
- Quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trường, bão, lũ lụt.
- Khảo sát và thiết kế có sai sót.
- Sai sót trong quá trình thi công.
- Trong quá trình sử dụng, thiếu duy tu sửa chữa, khai thác quá tải.
1.1.1. Các hƣ hỏng do quá trình phá hủy vật liệu do tác động của môi trƣờng
1.1.1.1 Sự phá hủy lý hóa của bê tông
Dạng hư hỏng này có thể xảy ra do các tác động bên ngoài hoặc do thành phần của
bản thân bê tông. Phản ứng hóa học phổ biến nhất xảy ra dưới tác dụng của sự ngậm
nước và thẩm thấu của nước. Khi kết cấu thay đổi liên tục giữa ẩm và khô, nước
thấm qua bê tông sẽ hòa tan một vài thành phần, khi đó làm tăng độ rỗng. Hiện tượng
này sẽ kéo theo sự xuất hiện của sùi mặt thành mụn và vỡ mủn. Các phá hủy này
thường do một số các tác động sau:
a. Sự hƣ hỏng do tác dụng cacbonat hóa bê tông
Chúng ta biết rằng, không khí luôn chứa chất dioxit cacbon (CO
2
) với một tỷ lệ trung
bình là 0,03% theo thể tích, hàm lượng khí CO
2

này tùy thuộc vào áp suất và nhiệt
độ. Tỉ lệ đó thay đổi theo điều kiện địa lý. Ở khu vực đô thị hay trung tâm dân cư,
công nghiệp, hàm lượng khí này tăng lớn hơn các khu vực khác. Khí CO
2
trong khí
quyển tác động trở lại trên các vùng chứa vôi ở vữa xi măng để tạo ra cacbonat canxi
(CaCO
3
), và dẫn đến sự sụt giảm tính kiềm (pH) của dung dịch nội bao xuống còn
khoảng 9, thường là không đủ để bảo vệ cốt thép chống lại sự ăn mòn. Phản ứng
được viết như sau:

nước + gốc alcali
Ca(OH)
2
+ CO
2
CaCO
3
+ H
2
O



-7-
Cơ chế phản ứng phụ thuộc vào mối quan hệ phức tạp. Sự cacbonat hóa thực hiện bắt
đầu từ điôxít cacbon tan trong nước phản ứng với vôi thông qua sự hòa tan. Trong
khi đó sự hòa tan của dung dịch bão hòa vôi ở nhiệt độ 25
0

C theo quy định là 1,2g/l
và nó giảm khi nằm ở khu vực giàu tính kiềm. Phản ứng này tăng trưởng dần từ
ngoài vào trong theo tốc độ thay đổi rất lớn và xảy ra theo nhiều giai đoạn:
CO
2
( không khí) + 2OH
-
CO
3
2-
+ H
2
O
Vì pH thấp xuống, vôi bắt đầu hòa tan
Ca(OH)
2
(rắn) Ca
2+
+ 2OH
-

Ca
2+
+ CO
3
2-
CaCO
3

Cho đến đây, vì độ pH giữ cố định. Khi Ca(OH)

2
rắn tan hết, độ pH giảm xuống
nhanh, nồng độ CO
3
2-
tăng, ở pH gần 9,5 của dung dịch xuất hiện HCO
3
-
và đưa đến
cân bằng CO
3
2-
và HCO
3
-
ở pH gần 8,3.
CO
3
2-
+ H
2
O CaCO
3
+ OH
-

Nhiều thành phần của vữa ximăng pooclăng có thể phản ứng (C – S – H, C – A – H)
và có thể hình thành CaCO
3
.

Cuối cùng trong bê tông đã cacbonat hóa, người ta có thể phân biệt 3 vùng:
- Bê tông hoàn toàn bị cacbonat hóa (pH gần 8,3)
- Bê tông bị cacbonat hóa từng phần (pH gần 10)
- Bê tông nguyên, pH gần 13,5 –12,5 (kiềm bị khuyếch tán)
Để theo dõi sự tiến triển của hiện tượng cacbonat hóa, cần phải xác định chiều sâu
cacbonat hóa theo một trong hai phương pháp sau:
- Phương pháp xác định sự mất trọng lượng của các thành phần trong vữa.
- Phương pháp kiểm tra bằng phenonlphtalin (tương đương với pH = 9,1).
Về mặt tính thụ động của cốt thép, có thể định nghĩa vùng giới hạn cacbonat hóa bắt
đầu từ pH = 11.
Những kết quả thí nghiệm đã khẳng định có sự quan hệ giữa độ sâu cacbonat hóa tỉ lệ
với căn bậc hai của thời gian:
x = D.
t

trong đó:
x - độ sâu của sự cacbonat hóa; t - thời gian; D - hệ số biến thiên sự khuyếch tán CO
2



-8-
Phương trình trên cho thấy cơ chế của việc khuyếch tán CO
2
điều khiển sự tác động
của cacbonat hóa. Các sản phẩm của sự cacbonat hóa làm thay đổi cấu trúc xốp của
bê tông bằng cách làm giảm độ chống thấm của nó. Người ta cũng xác định có giá trị
giới hạn của sự cacbonat hóa x
lim
qua đó sự cacbonat hóa không tiến triển nữa.

Với một công trình đang sử dụng, xác định D không dễ dàng. Nó đụng chạm đến tất
cả các khả năng không chắc chắn của mô hình và lịch sử công trình.
Có hai phương pháp xác định hệ số khuyếch tán D, đó là:
- Phương pháp thực nghiệm bằng cách đo độ sâu của sự cacbonat hóa ở từng thời
điểm khác nhau để thu được D = x /
t
. Đồng thời người ta cũng chứng minh sự phụ
thuộc của D với sự thẩm thấu của không khí trên bề mặt của bê tông đo bằng máy
bơm chân không.
- Phương pháp bán thực nghiệm bằng cách xác định các thông số chính ảnh hưởng
đến D và tổ hợp các kết quả thí nghiệm. Các thông số đó là độ ẩm và thành phần bê
tông. Với thông số độ ẩm, ngườig ta rút ra nhận xét rằng các bê tông bão hòa không
có sự cacbonat hóa đáng kể (sự khuyếch tán của CO
2
rất khó). Sự cacbonat hóa cũng
ít xảy ra khi bê tông rất khô (sự khuyếch tán của CO
2
dễ dàng nhưng không có phản
ứng hóa học khi không có nước). Với thành phần bê tông nào đó có rất nhiều các
thông số: nước/xi măng (N/X), loại và lượng xi măng, loại và lượng phụ gia, lượng
nước, sự có mặt của chất làm lỏng, làm dẻo, sự có mặt của các chất tạo khí, độ bền cơ
học, chất lượng trộn trong đó có 2 thông số chính là lượng vôi có thể phản ứng và
sự thẩm thấu của nguyên liệu.
b. Sự hƣ hỏng nguyên nhân do kiềm hóa
Hiện tượng ăn mòn có trong đá xi măng xảy ra ngay trong lòng khối bê tông giữa các
phần tử với nhau. Bản thân clinke luôn chứa một lượng các chất kiềm. Trong khi đó
trong cốt liệu bê tông, đặc biệt là trong cát, lại hay gặp hợp chất silic vô định hình
(opan, chanxeđôn, thủy tinh núi lửa). Chúng có thể tác dụng với kiềm của xi măng ở
ngay nhiệt độ thường làm cho bề mặt của hạt cốt liệu nở ra, bê tông sẽ phồng lên theo
mọi hướng, sau đó tạo thành một hệ thống vết nứt theo ô lưới khoảng 30 cm mỗi

chiều cho đến khi kết cấu bị phá hủy hoàn toàn. Do sự phồng rộp của bê tông, mà khí
CO
2
thâm nhập vào đưa đến sự hình thành CaCO
3
và tạo ra một sự sụt giảm pH của
dung dịch nội bao, đây chính là khởi điểm của hiện tượng cacbonat hóa mà chúng ta



-9-
đã biết ở trên. Hiện tượng hư hỏng do ăn mòn kiềm hóa diễn ra chậm và kéo dài hàng
năm, có thể hạn chế chúng bằng cách lựa chọn thành phần bê tông thích hợp.
c. Sự hƣ hỏng nguyên nhân do tác dụng của clorua và sunfat
Nguyên nhân này chính là do tính chất xâm thực của môi trường ven biển có chứa
các muối là sản phẩm của phản ứng giữa axit và bazơ. Các dung dịch của các muối
axit mạnh và bazơ mạnh có pH trung tính (pH = 7). Ngược lại sự thủy phân các muối
của bazơ mạnh với axit yếu và của axit mạnh với bazơ yếu dẫn đến các dung dịch có
thể có tính kiềm hoặc axit. Quá trình tấn công của các dung dịch muối rất phức tạp,
nó không phụ thuộc vào tính chất các axit gốc của muối mà còn vào áp lực của chúng
với các ion canxi và các ion OH
-
.
Tác dụng của một muối cũng phụ thuộc vào độ hòa tan của sản phẩm, vào phản ứng
thủy phân của chất dính kết và vào tính chất giãn nở tức thời.
Các clorua, ngoài tác dụng xấu lên cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép, còn có thể
là nguyên nhân gây nên sự hư hỏng của chất dính kết nếu chúng có nồng độ cao (như
môi trường kiềm nhiễm mặn), hoặc ngay cả nồng độ thấp (< 1000mg/l).
Quá trình xuống cấp, trong trường hợp có nồng độ ion Cl
–

tương đối thấp, tương ứng
chủ yếu với sự mất canxi của các chất dính kết do sự tạo thành CaCl
2
tan thường kéo
theo sự mất dần canxi, nó được gắn liền vào hệ số tốc độ khuyếch tán trong bê tông
của các ion Cl
–
với các cation kết hợp. Các ion Cl
–
xâm nhập rất nhanh vào sâu trong
vữa xi măng, tác dụng như một màng bám thấm. Chúng trao đổi với các ion OH
–

khuyếch tán ngược chiều và tạo ra với Ca(OH)
2
và các C – S – H, chất clorua canxi
tan và thấm ngược. Các cation kiềm thổ ít di động hơn sẽ kết tủa trên bề mặt của bê
tông dưới dạng hydroxit (thí dụ: Ca(OH)
2
, Mg(OH)
2
).
Hơn nữa một phần các clorua được gắn bởi silicat canxi ngậm nước và dưới dạng
mono cloro aluminat canxi 3CaO.Al
2
O
3
.CaCl
2
.10H

2
O; chất sau này phản ứng với
aluminat canxi và tạo ra ximăng.
Các ảnh hưởng của sunfat cũng là một trong những nguồn quan trọng của sự xuống
cấp của bê tông, nó có thể được thể hiện dưới dạng rắn, lỏng hoặc khí. Nhưng do
nguyên nhân gì đi nữa, tác dụng của nó ở trạng thái rắn và khí đều cần tới sự có mặt
của nước dưới dạng chất lỏng hoặc hơi.



-10-
Các sunfat có thể có nguồn gốc tự nhiên, sinh học hoặc từ các chất bẩn sinh hoạt
hoặc công nghiệp. Nước mưa, đặc biệt mưa axit có thể có chứa sufat dưới dạng axit
sunfuric, rất đáng sợ cho bê tông mới cứng rắn.
Nước biển Việt Nam có chứa một số muối mang tính xâm thực bê tông và cốt thép
như NaCl (2,7%), MgCl
2
(0,32%), MgSO
4
(0,22%), KHCO
3
(0,02%).
Không khí vùng biển khác so với không khí trong nội địa, có chứa hàm lượng ion
clorua cao. Kết quả điều tra sơ bộ về nồng độ ion clorua trong khí quyển ở một số địa
phương ven biển Việt Nam cho thấy hàm lượng muối dần theo chiều sâu vào đất liền
và theo chiều cao cách mặt biển. Ảnh hưởng của khí hậu biển có thể vào sâu trong
đất liền tới trên 5 km.
Nét đặc trưng cơ bản của khí hậu Việt nam là độ ẩm rất cao (>80%). Nhiệt độ trung
bình tương đối lớn. Miền Nam có nhiệt độ cao hơn miền Bắc. Tuy nhiên miền bắc lại
có biên độ dao động lớn hơn miền Nam và kèm theo nhiều ngày sương mù gây ẩm

ướt trực tiếp lên bề mặt kết cấu. Một yếu tố cần phải kể tới nữa là hiện tượng mưa rào
đột ngột ở Việt Nam tạo nên các chu kỳ khô - ẩm và làm tăng quá trình thẩm thấu
chất xâm thực vào bê tông. Các đợt gió mùa cũng như giông bão góp phần đưa lượng
muối lớn vào đất liền.
Tổng hợp tất cả các yếu tố khí hậu nói trên kết hợp với nồng độ muối cao trong
không khí cho thấy khí quyển ven biển Việt Nam là môi trường xâm thực mạnh đối
với kết cấu bê tông cốt thép và có những đặc thù riêng so với vùng biển khác trên thế
giới: Tùy theo tính chất xâm thực của từng vùng (vùng ngập nước, vùng nước lên
xuống, vùng khí hậu ven biển) mà quá trình ăn mòn bê tông và cốt thép có khác
nhau.
d. Sự xuống cấp của bê tông có nguồn gốc sinh học
Các loại nước bẩn nhỏ xuống ở trong đó xảy ra các phản ứng vi sinh vật hiếm khí và
yếm khí, có khả năng làm hư hỏng bê tông. Các vùng dễ bị hư hỏng là các vùng ở nơi
đó có các nồng độ của các chất thải lớn, tốc độ chảy thấp và nhiệt độ cao.
Trong những vùng ấy sẽ bay lên khí hydro sunfua (H
2
S) do tác động ôxy hóa của các
vi sinh vật sunfo kỵ khí lên các lớp chất hữu cơ hay vô cơ của lưu huỳnh có chứa
trong nước. Bản thân H
2
S ít tính xâm thực bê tông. Nhưng nó có thể trở thành axit



-11-
sunfuric H
2
SO
4
bằng cách tự đóng lại trên các thành ẩm ướt ở trên mực nước và bị

oxy hóa bằng các vi sinh vật hiếm khí và nó có thể gây ra sự xuống cấp quan trọng
của bê tông bởi sự tác động của axit một phần và phần khác bởi sự phồng lên do có
mặt của SO
2
4
. Sự ăn mòn bê tông do các vi sinh vật thường xảy ra với các cầu nằm ở
khu vực đông dân cư như thành phố, thị trấn, những nơi vệ sinh môi trường kém,
nước bẩn tù đọng.
1.1.1.2. Sự hƣ hỏng do hiện tƣợng ăn mòn cốt thép trong bê tông
Kết cấu bê tông cốt thép bị phá hủy chủ yếu bởi ăn mòn cốt thép. Việc ăn mòn cốt
thép sẽ dẫn đến nứt vỡ lớp bê tông bảo vệ phá hủy kết cấu. Thực trạng này thường
gặp ở các công trình hay bộ phận công trình nằm trong vùng nước thủy triều lên
xuống hoặc khu vực gần bờ biển. Điều kiện cần để cốt thép bắt đầu gỉ là độ pH trong
bê tông giảm đến dưới giá trị 11 hoặc hàm lượng ion Cl
-
tự do vượt quá ngưỡng 0,2-
0,4 % xi măng. Để quá trình ăn mòn cốt thép phát triển mạnh còn phải cần tới oxy và
hơi nước thẩm thấu vào bê tông. Sự suy giảm pH của bê tông trong vùng biển được
gây nên do rửa trôi hoặc quá trình cacbonat hóa trong khí quyển. Trong thực tế các
quá trình trên diễn ra tương đối chậm và thường không phải là nguyên nhân chính
gây ra gỉ cốt thép. Ở đây sự tích tụ ion Cl
-
trong bê tông qua quá trình sử dụng mới là
nguyên nhân chính gây ra gỉ cốt thép. Tốc độ khuyếch tán ion Cl
-
phụ thuộc vào bản
thân lớp bê tông bảo vệ (chiều dày, khả năng chống thẩm thấu) và phụ thuộc vào điều
kiện môi trường. Qua quá trình nghiên cứu cho thấy các nguyên nhân chính gây ăn
mòn thép trong bê tông như sau:
a. Ăn mòn điện hóa

Quá trình đó gồm hai phần: Hòa tan anốt kim loại và phản ứng catôt
+ Quá trình xảy ra tại anôt cục bộ diễn ra như sau: Nguyên tử kim loại có xu hướng
trở về trạng thái nghèo năng lượng nên khi có chất điện li (nước, cation axit, muối ),
nó sẽ rời khỏi mạng lưới tinh thể và trở thành ion mạch điện trong dung dich. Một số
lượng các điện tử tự do tương ứng sẽ trở lại trên bề mặt của thép.
2Fe 2Fe
++
+ 4e
-

+ Quá trình xảy ra tại catôt cục bộ diễn ra như sau: Do sự phân bố diện tích nên quá
trình ở anôt nhanh chóng dùng lại nếu như các điện tử không được thu nhận. Tương
tự như vậy, các điện này phần lớn được oxy thể khí tích điện đã được hòa tan tại



-12-
màng nước trên bề mặt cốt thép thu nhận. Các oxy này hấp thụ nước và biến thành
các ion âm (OH)
-

4e
-
+ O
2
+ 2H
2
O 4(OH)
-

Sự cân bằng tích điện trong chất điện ly đạt được qua sự kết hợp các ion Hyđrô với
các ion sắt. Tùy thuộc độ ẩm và sự có mặt của oxy mà phản ứng xảy ra qua nhiều
bước trung gian để tạo ra các sản phẩm gỉ khác nhau dưới dạng công thức chung sau:
x.FeO . yFe
2
O
3
. zH
2
O

O
2
Bề mặt bê tông O
2


x.FeO.yFe
2
O
3
.zH
2
O 4e
-
+O
2
+2H
2
O 4(OH)

-



anốt cục bộ catốt cục bộ


Sơ đồ quá trình gỉ cốt thép do ăn mòn điện hóa
b. Gỉ cốt thép trong bê tông vùng bị nứt
Tại vùng có xuất hiện vết nứt với bề rộng nhất định, cũng trong điều kiện môi trường
bình thường không chứa các tác nhân gây ăn mòn, cơ chế gỉ cốt thép có thể có hai
dạng khác nhau tùy thuộc vào khả năng thâm nhập của oxy qua lớp bê tông bảo vệ
đến bề mặt của cốt thép, hai cơ chế đó có thể tóm tắt như sau:
- Cơ chế 1: bê tông có đủ độ chặt và chiều dày lớp bê tông bảo vệ đủ để cho ôxy
không thâm nhập được lên bề mặt cốt thép mà chỉ có thể có mặt tại chỗ có vết nứt
xuất hiện mà thôi. Do vậy vùng tác dụng của catốt và anốt sát nhau ngay trong phạm
vi của vết nứt. Sản phẩm gỉ tạo thành sẽ lấp đầy vết nứt ngăn sự thâm nhập của oxy,
do đó sẽ ngăn cản gỉ.
Chiều
dày lớp
BT bảo
vệ
cốt
thép
Fe
++

H
2
0

-13-
- Cơ chế 2: loại này được nghiên cứu thực nghiệm chứng minh là thường xảy ra hơn.
Cơ chế này xảy ra khi mà bê tông có độ rỗng, không đủ chặt, bề dày lớp bảo vệ
không đủ ngăn cản sự thấm nhập của ôxy lên bề mặt cốt thép và cả những vùng
không có vết nứt. Lúc đó, anốt sẽ là bề mặt thép có lớp thụ động đã bị gỉ ngay tại vết
nứt và catốt là bề mặt thép nằm trong bê tông chưa nứt ngay bên cạnh. Quá trình gỉ
chỉ có thể xảy ra nếu như bê tông đủ khả năng dẫn điện nhờ một lượng ngậm nước
nhất định và lúc này đã có sự phân cực cách biệt giữa catôt và anôt.
Qua đây chúng ta thấy rõ khả năng chống thấm của lớp bê tông bảo vệ đóng vai trò
quan trọng đến mức nào đối với quá trình gỉ của cốt thép. Bê tông không đủ độ chặt,
lớp bảo vệ không đủ chiều dày không những tạo điều kiện để oxy thâm nhập mà còn
đủ hút ẩm để dẫn điện tạo nên dòng điện ly.
Sự có mặt của oxy và dòng điện ly là hai điều kiện cần và đủ để gây gỉ; cũng vì thế ở
môi trường khô ráo do bê tông không đủ dẫn điện, nên cốt thép ít bị gỉ còn trong môi
trường ngấm nước hoàn toàn thì có dòng điện ly, nhưng nước lại ngăn cản sự thấm
nhập của oxy qua bê tông nên cốt thép cũng ít bị gỉ. Gỉ sẽ xảy ra mạnh nhất, khi môi
trường có độ ẩm không khí 85% - 95% (là độ ẩm trung bình hàng năm của nước) và
nhất là khi độ ẩm thay đổi thường xuyên để tạo chu trình khô cho oxy thấm nhập, sau
đó độ ẩm tạo dòng điện ly dẫn đến gây gỉ. Cũng vì vậy, các vùng tiếp giáp giữa nước
và không khí, các vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp của ẩm với khô, của mưa rồi nắng là
những vùng mà cốt thép trong bê tông dễ bị gỉ nhất.
Nhiều kết quả thí nghiệm chúng minh rằng bề rộng vết nứt đến 0,4mm chỉ đóng vai
trò thứ yếu đến sự phát triển của gỉ trong bê tông so với trường hợp bê tông bị xốp,
chiều dày lớp bảo vệ không đủ. Tóm lại, trong môi trường bình thường quá trình gỉ
của cốt thép trong bê tông, kể cả vùng không nứt cũng như vùng có vết nứt chỉ xảy ra
khi tồn tại đồng thời các điều kiện sau:
- Bê tông bị cacbonat hóa đến tận chỗ đặt cốt thép, như vậy độ pH giảm xuống tạo

điều kiện cho lớp bảo vệ thụ động trên bề mặt cốt thép bị phá vỡ để tạo sự hòa tan
kim loại anốt.
- Bê tông phải đủ chứa được ẩm tạo dòng điện ly để các ion hydro xuất hiện trong
phản ứng catốt chuyển sang anốt và kết hợp với ion sắt.




-14-


Bê tông bị cacbonat hoá Bê tông bị cacbonat hoá
O
2
O
2
O
2
O
2


(OH) Fe (OH)



Cơ chế gỉ của cốt thép trong vùng bê tông có vết nứt
c. Gỉ của cốt thép trong bê tông khi có mặt của các ion Cl
–

Trong các môi trường xâm thực mạnh như nước biển, khí hậu ven biển thì ion Cl
–
là
nhân tố ảnh hưởng đến quá trình gỉ nhiều nhất. Khi nồng độ clo thâm nhập đến cốt
thép vượt quá chỉ số giới hạn, thì ngay cả đối với trường hợp bê tông không bị
cacbonat hóa, quá trình gỉ cũng sẽ xuất hiện; còn nếu bê tông bị cacbonat hóa thì quá
trình gỉ sẽ nhanh hơn, vì các ion Cl
–
nằm trong bê tông trước đó không nguy hiểm,
thì nay lại dễ hòa tan hơn và dễ gây gỉ. Sự có mặt của Cl
–
sẽ làm cho bê tông dẫn
điện tốt hơn, tăng tốc độ gỉ của cốt thép nằm trong vùng bê tông bị cacbonat hóa.
Quá trình gỉ của cốt thép trong bê tông khi có mặt Cl
–
cũng cần phải có ba điều kiện
sau đây:
- Hàm lượng Cl
–
tại chỗ đặt cốt thép vượt quá trị số giới hạn (thường là 0,4% trọng
lượng xi măng) để Cl
-
có thể xâm nhập được vào bê tông bảo vệ bề mặt cốt thép để
tạo nên quá trình anôt.
- Phải có đủ lượng oxy thâm nhập qua lớp bê tông bảo vệ lên bề mặt cốt thép để tạo
nên quá trình catôt.
- Để tạo dòng ion giữa catôt và anôt phải có đủ độ ẩm để dẫn điện trong bê tông.
Cũng tương tự như quá trình gỉ của cốt thép trong bê tông ở môi trường bình thường
trong trường hợp có mặt Cl
–

, nhân tố quyết định vẫn là độ chặt của bê tông và độ ẩm



-15-
thay đổi trong bê tông. Tuy nhiên, khi hàm lượng Cl
–
vượt quá giới hạn, lớp thụ
động bảo vệ cốt thép sẽ bị phá vỡ cục bộ, lúc này, trên bề mặt cốt thép sẽ xuất hiện
những anốt nhỏ trong khi catốt lại lớn, kết quả là sẽ xuất hiện những vết gỉ sâu.
Đối với điều kiện địa lý, khí hậu và thời tiết ở nước ta, các công trình cầu bê tông cốt
thép thường được bố trí nằm tại các khu vực ven biển nên các hư hỏng về gỉ cốt thép
có đặc thù riêng. Xét về bản chất vật liệu, bê tông và cốt thép được hình thành từ các
vật liệu thông thường như hiện nay, không phải là không sử dụng được trong môi
trường biển. Vấn đề cần phải xét là nguyên nhân gì đã dẫn tới sự suy giảm độ bền
nhanh chóng của các công trình bê tông cốt thép ven biển Việt nam. Qua quá trình
điều tra khảo sát ta có thể nhận thấy các nguyên nhân chính sau:
+ Mác bê tông và chiều dày lớp bảo vệ không phù hợp với môi trường biển.
+ Sử dụng các vật liệu có độ nhiễm mặn cao.
+ Giải pháp hoặc chi tiết thiết kế không phù hợp với môi trường nước mặn.
+ Thiếu biện pháp bảo vệ bổ sung cho công trình nằm ở khu vực biển và giáp biển.
1.1.1.3 Sự hƣ hỏng về nứt do co ngót bê tông
Nứt là hiện tượng hư hỏng do nhiều nguyên nhân gây ra. Mọi nguyên nhân đều do
nhược điểm chính của bê tông tạo thành. Cường độ chịu kéo quá thấp, khoảng 5%
của cường độ chịu nén. Một đặc điểm đáng lưu ý ở bê tông xi măng có tỷ lệ N/X cao
hơn so với bê tông có chất dính kết hữu cơ (bê tông polime).
Co ngót là hiện tượng thể tích thay đổi do mất độ ẩm (mất nước), nó là một đặc tính
của bê tông. Tỷ lệ N/X càng cao, sự chênh lệch giữa mức co ngót ở mặt ngoài và bên
trong tiết diện càng nhiều, co ngót tạo ra biến dạng khối. Tính chất của sơ đồ rất dễ
nhận dạng vì quy luật của nó khá ổn định. Cốt thép và cốt liệu cản trở sự biến dạng

co ngót. Do đó hàm lượng cốt thép trong tiết diện bê tông càng cao, mức độ cản trở
co ngót càng lớn, càng dễ gây nứt.
Bằng biện pháp cấu tạo và giảm tỷ lệ N/X đến mức thích hợp sẽ làm hạn chế đến
mức tối đa hiện tượng nứt do co ngót bê tông.
1.1.2. Những hƣ hỏng do quá trình khảo sát, thiết kế có sai sót
Những sai lầm do khảo sát, thiết kế sẽ kéo theo những hư hỏng có thể biểu hiện theo
các dạng:



-16-
- Tính toán sai hoặc tính chưa đủ.
- Chọn giải pháp kết cấu không tốt, không tôn trọng những nguyên tắc đảm bảo an
toàn công trình.
1.1.2.1 Những hƣ hỏng do tính toán kết cấu
Trong tính toán kết cấu, đòi hỏi người thiết kế phải tuân thủ các quy định của tiêu
chuẩn thiết kế và dựa trên kinh nghiệm thiết kế của bản thân, tuy nhiên có thể vì một
lý do nào đó mà việc lựa chọn sơ đồ tính toán kết cấu không đúng hoặc không chính
xác, hoặc chưa lường hết được các yếu tố tác động xảy ra trong quá trình thi công
cũng như quá trình khai thác công trình. Một vài sai sót thường gặp là:
a. Tính toán bản mặt cầu không đạt
Trong các cầu BTCT do Pháp xây dựng đầu thế kỷ, bản mặt cầu kê trên dầm dọc và
dầm ngang (kiểu kê trên 4 cạnh) được đổ tại chỗ, có chiều dày nhỏ (10-12cm), và chỉ
bố trí một lưới cốt thép 10mm. Rõ ràng, do chỉ bố trí một lưới cốt thép chịu mô
men âm tại nơi tiếp giáp với dầm dọc và ngang mà không xét đến mô men dương tại
giữa bản nên bản hay bị nứt theo ô lưới tại giữa bản và dễ có khả năng bị chọc thủng
do tác dụng của những lực đặt tập trung.
- Tính toán độ cứng theo phương dọc không đạt: Theo quy trình của Liên xô (cũ) và
quy định của Pháp cũng như của một số nước châu Âu về bê tông dự ứng lực có hiệu
lực đến năm 1983, cấm xuất hiện các ứng suất kéo theo phương dọc cũng như các vết

nứt trong kết cấu bê tông dự ứng lực.





Các vết nứt do độ cứng dọc
Từ năm 1983, trong một vài điều kiện ở một vài vùng người ta cho phép có thể có
ứng suất kéo nhỏ nhưng với điều kiện các vùng đó có khả năng chịu kéo sao cho phù
hợp với cốt thép đã được bố trí và vết nứt không phát triển. Tuy nhiên những sai sót



-17-
trong tính toán làm xuất hiện ứng xuất kéo theo phương dọc sẽ gây ra vết nứt thẳng
đứng nằm ở các thớ dưới khoảng giữa nhịp nơi có mô men dương đạt giá trị lớn nhất.
- Tính toán khả năng chịu cắt không đạt: Việc tính toán khả năng chịu cắt không đạt
sẽ gây ra sự xuất hiện vết nứt do cắt. Các vết nứt loại này thường xuất hiện ở lõi kết
cấu, nghiêng khoảng 45
o
trong phạm vi khu vực 1/3 dầm.





Các vết nứt do thiếu cốt thép chịu cắt
b. Tính toán về lực căng cáp dự ứng lực không chính xác
Do giả thiết không chuẩn lực căng trước trong dây cáp phụ thuộc vào nhiều thông số
như hệ số ma sát (mất mát ứng suất) theo lý thuyết và thực tế là khác nhau, sự tự

trùng của cốt thép cũng là một đại lượng giả thuyết đối với các công trình cũ (theo
quy định giá trị này lớn gấp đôi). Mặt khác các sợi cáp hoặc các bó cáp có thể bị ăn
mòn và gẫy do quá trình bơm phụt vữa hoặc do quá trình thi công không tốt. Việc
tính toán không chính xác các yếu tố trên dẫn đến tạo nên các lực căng cốt thép quá
lớn làm xuất hiện những vết nứt dọc theo cáp căng, những vết nứt này xuất hiện
trong quá trình xây dựng và theo thời gian sẽ được ổn định.
c. Tính toán sai sót khi sự phân phối lại nội lực dƣới tác dụng của các biến
dạng khác nhau
Đối với một công trình xây dựng cầu dầm liên tục cần phải nắm được quá trình thi
công nó. Trạng thái ứng lực của kết cấu trong giai đoạn thi công cuối phụ thuộc vào
trình tự, biện pháp thi công. Nếu sơ đồ tĩnh học trong quá trình thi công không khác
sơ đồ tĩnh học cuối cùng (cầu dầm liên tục thi công theo công nghệ đúc hẫng), thì
những biến dạng khác nhau của bê tông (biến dạng từ biến) chịu sự phân phối lại nội
lực cho tới khi trạng thái của công trình có xu thế tiến đến trạng thái thực của công



-18-
trình. Sự phân phối lại nhìn chung được biểu hiện bởi sự xuất hiện mômen dương
làm căng thớ dưới. Mô men dương sinh ra do ảnh hưởng của từ biến có thể tính chính
xác hoặc cũng có thể tính một cách quy ước theo công thức:
M = 1/2 ( S
1
+ S
2
) trong đó S
1
và S
2
là mômen uốn trước và sau khi có sự phân phối

lực. Nếu không lưu ý tới hiện tượng này thì kích thước của kết cấu sẽ không sẽ không
đủ đảm bảo yêu cầu về độ võng dọc.
Ngoài ra những biến dạng bị do nhiệt (Gradien nhiệt) cũng gây nên sự phân bố lại nội
lực. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa thớ trên và thớ dưới của đáy bản do tác dụng của
ánh nắng mặt trời gây nên biến dạng cho kết cấu, theo quy trình người ta xem như sự
thay đổi nhiệt độ là tuyến tính trên chiều dày của bề mặt kết cấu. Trong kết cấu siêu
tĩnh, sự biến dạng bị cản trở. Do vậy nó xuất hiện một mômen phụ. Mômen do
gradien nhiệt này nhìn chung là dương và gây ra sự giảm ứng lực ở thớ dưới vào
khoảng 2MPa khi sự thay đổi nhiệt độ là 6
o
C.
1.1.2.2. Những hƣ hỏng xảy ra lựa chọn giải pháp kết cấu không tốt
Khi thiết kế một công trình, ngoài vấn đề phải tính toán đủ khả năng chịu lực theo
yêu cầu thiết kế, cần thiết phải có sự lựa chọn giải pháp kết cấu hợp lý, nếu không sẽ
dẫn đến những hư hỏng mà nguyên nhân chính hoàn toàn do vấn đề lựa chọn về cấu
tạo của kết cấu không hợp lý. Một vài hư hỏng xuất phát từ nguyên nhân này là:
a. Đối với bản mặt cầu
Trong các bản mặt cầu cầu thép bản bê tông cốt thép liên hợp, nhiều trường hợp các
cốt thép chịu lực sử dụng loại có đường kính quá lớn so với chiều dày và khẩu độ làm
việc của bản nên mặc dù về diện tích cốt thép chịu lực thì đủ nhưng do số lượng trên
một mét chiều rộng bản nhỏ dẫn đến không đảm bảo khả năng chịu lực cục bộ và
thường bị nứt dọc theo cốt thép kiểu ô lưới và phá hoại kết cấu bản rất nhanh.
Trong các bản mặt cầu của cầu dầm hộp, thường khẩu độ làm việc của bản lớn nên
nếu sử dụng cốt thép thường sẽ dễ bị phát sinh vết nứt dọc bản. Các vết nứt này
không vượt quá độ mở rộng vết nứt cho phép thì không gây nguy hiểm cho kết cấu
nhưng về lâu dài thì có thể là nguyên nhân gây hư hỏng về mặt vật liệu đối với kết
cấu.

-19-
b. Đối với kết cấu dự ứng lực
Trong một vài công trình dạng khung T dầm đeo, cốt thép dự ứng lực thường được
bố trí ở nắp hộp phía trên và được bảo vệ bằng bê tông thường, được thi công sau khi
đúc xong toàn bộ cánh T, do lớp bê tông này không được dự ứng lực nên khi chịu lực
kéo do tĩnh tải phần 2 và hoạt tải, lớp bê tông bị nứt và gây gỉ cốt thép dự ứng lực
dẫn đến kết cấu bị phá hoại.
Sự liên kết giữa đáy bản mặt cầu và sườn dầm không tốt, trong những trường hợp
này thường xuyên xuất hiện những vết nứt rất rộng ở chỗ liên kết giữa đáy bản và
sườn dầm suốt dọc các vết nứt có kèm theo những phần rộp bê tông, điều đó chứng tỏ
vết nứt là chủ động dưới tác dụng tải trọng thay đổi.
1.1.3. Những hƣ hỏng liên quan đến thi công
1.1.3.1 Bê tông
Chất lượng của bê tông, vữa thiết kế (về cường độ chịu nén, về mức độ lưu động) có
thể bị sai khác:
- Khi thiết kế thành phần: do bản chất và chất lượng cốt liệu thực tế sử dụng và xi
măng không phù hợp đối với công trình.
- Khi sản xuất bê tông: do không tôn trọng công thức qui định, cho nước không đúng,
sử dụng không đúng chất phụ gia, pha trộn không đúng nhiệt độ quy định.
- Khi chế tạo kết cấu: do ván khuôn không được rửa sạch, dùng lại những công cụ đổ
bê tông không tốt, đầm dung bê tông không tốt, lắp thiếu đầm dung hoặc khi đầm
dung hỏng, không thay thế kịp thời, chiều cao đổ bê tông lớn không sử dụng thiết bị
đổ như vòi voi, làm bê tông bị phân tầng.
Những sai sót trong chế tạo bê tông sẽ làm ảnh hưởng tới cường độ chịu lực của vật
liệu và gây rỗ bề mặt kết cấu tạo điều kiện đẩy nhanh tốc độ cacbônat hóa trong bê
tông.
1.1.3.2 Cốt thép trong bê tông
Việc chế tạo gia công các cốt thép trong bê tông dự ứng lực, việc chế tạo các khung
cốt thép cũng có thể dẫn tới một số sai sót với thiết kế. Không tuân thủ chiều dày lớp
bảo vệ, thép đặt không đảm bảo nên khi đổ bê tông bị di chuyển, hàn những thép

không được phép hàn hoặc không tôn trọng những bán kính cong, để lẫn lộn thép này



-20-
với thép khác. Ngoài ra khi giao nhận các chi tiết đi kèm theo các bó cốt thép dự ứng
lực cũng như các chi tiết kèm theo bị xây xước, bẩn, gỉ, các ống dẫn bị cong, thủng
Các sai sót này ảnh hưởng tới khả năng chịu lực của kết cấu và là nguyên nhân gây
gỉ cốt thép.
1.1.3.3 Bố trí cốt thép trong ván khuôn và thi công căng kéo
Trong quá trình thi công có xảy ra các sai lệch về mặt hình học, có thể kể đến sự lún
cục bộ của ván khuôn, độ vồng ngược của dầm không thích hợp, các mối nối không
đảm bảo, các sai lệch có liên quan đến chất lượng không đồng đều của bê tông, sự
chất tải hoặc kéo căng cốt thép không đối xứng, sự tạo dự ứng lực quá thô bạo, hoặc
bơm vữa phụ không đúng quy cách. Các thiếu sót này làm biến dạng thực tế của kết
cấu khác xa so với tính toán.
1.1.3.4 Những sai sót trong quá trình thi công
- Việc lắp đặt các ống dẫn, các bó thép dự ứng lực, các thiết bị neo, chuyển hướng
không chính xác, các thiết bị giữ cố định vị trí của các bó thép dự ứng lực không đủ
cứng, bị xê dịch, biến dạng trong quá trình đổ bê tông.
- Đặt cốt thép không đúng quy cách, sai số về vị trí lớn, kê chèn không đủ cho chiều
dày lớp bảo vệ theo dự định, không hàn các mối nối cốt thép, thiếu cốt thép chờ giữa
các mối nối bê tông.
- Việc lau rửa bôi dầu mỡ ván khuôn làm không tốt.
- Chặt sắt hoặc uốn móc gây khó khăn khi đổ bê tông.
- Không tôn trọng các giai đoạn đổ bê tông đã được quy định trong khi thiết kế.
- Xử lý nhiệt không tốt dẫn tới nứt, không dưỡng hộ hoặc dưỡng hộ không đủ tạo nên
sự nứt bề mặt và tăng mức độ thấm của bê tông.
- Tháo ván khuôn sớm dẫn đến biến dạng quá lớn, thậm chí gây nứt.
- Thiếu cẩn thận khi vận chuyển các kết cấu đúc sẵn.

- Sai sót khi bơm vữa vào ống dẫn các cốt thép dự ứng lực. Nguy cơ đứt các sợi cáp
dự ứng lực do gỉ luôn luôn tồn tại nếu công trình có sai sót trong bơm vữa. Sai sót có
thể xảy ra do chất lượng vữa không đảm bảo (độ lưu động, độ phân tầng, thời gian có
thể bơm sai khác giữa thiết kế và thực tế), việc bố trí lỗ kiểm tra không đủ, còn đọng
nước trong ống, tắc ống không kiểm tra được.



-21-
- Sai sót do căng kéo các bó cốt thép dự ứng lực như trượt chốt neo, lún côn neo,
căng kéo không đủ lực, đứt cục bộ các sợi cáp
Những sai sót trên ảnh hưởng rất lớn đến khả năng chịu lực của kết cấu, gây nứt bê
tông và gỉ cốt thép.
1.1.4. Những hƣ hỏng trong quá trình sử dụng
Trong quá trình sử dụng, những hư hỏng xảy ra thường do sự thay đổi điều kiện sử
dụng, điều kiện môi trường, thiếu duy tu bảo dưỡng thường xuyên
Cụ thể là:
- Việc di chuyển các máy làm đất có tải trọng lớn trên hệ mặt cầu khi bê tông của hệ
này chưa đủ cường độ để khai thác.
- Quá tải do các đoàn xe đặc biệt không dự tính trước.
- Tăng chiều dày mặt đường trên cầu một cách lạm dụng.
- Sự ô nhiễm của môi trường (khí thải công nghiệp), sự thay đổi chế độ nước.
- Việc làm của một số đơn vị, cá nhân gây tác hại đến công trình như sử dụng hệ mặt
cầu làm chỗ treo móc cẩu, dùng trụ, mố làm hố thế.
- Thiếu sót do bảo dưỡng hệ thống thoát nước, bảo dưỡng mối nối đường.
- Sai sót do việc điều chỉnh sự làm việc của các gối tựa bị hỏng.
Những hư hỏng trong quá trình sử dụng phổ biến nhất là các hư hỏng về nứt. Các vết
nứt này là do:
1.1.4.1 Nứt do cấu kiện chịu nhiệt quá tải
Ở đây tải trọng có thể gây mômen M hoặc lực cắt Q. Song dù ở trạng thái nội lực nào

thì vết nứt cũng đã xảy ra khi 
k
 R
k
(ứng suất và cường độ chịu kéo của bê tông).
Do cấu tạo, các loại đường nứt này có thể theo phương song song với trục cấu kiện
hoặc nghiêng một góc nào đó.
Chiều rộng vết nứt trong trường hợp này theo quy trình Việt nam cũng như một số
nước được giới hạn rất nghiêm ngặt, không được quá 0,2mm. Đồng thời ứng với mỗi
mức độ chiều rộng vết nứt có những giai đoạn tính toán khác nhau.
Giai đoạn I-a hình thành vết nứt, chứng tỏ 
k
đã bắt đầu đạt đến R
k
, bê tông ở miền
chịu kéo không còn làm việc nữa, toàn bộ nội lực ở đó do cốt thép chịu.



-22-
Riêng đối với kết cấu bê tông cốt thép dự ứng lực, nhờ có lực nén trước N
d
đã làm
chậm thời điểm xuất hiện giai đoạn I-a. Song về phương diện lý thuyết tính toán thì
đây là thời điểm kết thúc hiệu lực của ứng lực trước đối với bê tông. Khi bề rộng vết
nứt do quá tải đã đạt xấp xỉ tối đa cho phép thì kết cấu đã ở vào trạng thái làm việc
nguy hiểm và cần phải có biện pháp gia cố.
Tuy nhiên, hiện tượng nứt do quá tải sẽ còn nguy hiểm hơn nữa nếu đường nứt xảy ra
ở miền chịu nén do không đủ tiết diện bê tông.
1.1.4.2 Trạng thái nứt do lún không đều của công trình

Tính đồng nhất về cường độ và khả năng chống biến dạng của nền đóng vai trò rất
quan trọng. Nếu trong khảo sát, thiết kế và thi công không đảm bảo chất lượng này
thì trong công trình sẽ xảy ra hiện tượng lún không đều. Từ biến dạng không đều của
nền, dẫn đến sự biến dạng không đều của các bộ phận công trình. Độ chênh lệch đáng
kể về các giá trị biến dạng đó tạo ra ứng suất kéo xấp xỉ với cường độ kéo của vật
liệu nên gây nứt. Quy luật của trạng thái nứt trong trường hợp này rất dễ nhận dạng,
vì từ sơ đồ chịu lực tổng thể do lún không đều làm hình thành các đường nứt nghiêng
khoảng 40
o
-50
o
và chiều rộng vết nứt lớn dần từ trên xuống và không có giới hạn tối
đa.
1.1.4.3 Trạng thái nứt do mỏi
Mỏi là hiện tượng xảy ra khá phổ biến trong công trình và được quan tâm nhiều ở các
nước hiện nay. Ta biết rằng mỏi là hiện tượng suy thoái tính năng của vật liệu do tác
động lặp của các loại tải trọng khác nhau.
Thường vật liệu khi xét tới mỏi trong kết cấu bê tông cốt thép và bê tông dự ứng lực
chỉ xét với tải trọng xe lửa vì đây là tải trọng lặp. Ngoài ra, ở khí hậu lục địa, có độ
chênh lệch đáng kể của nhiệt độ ngày và đêm, thường xảy ra hiện tượng mỏi nhiệt
hoặc mỏi nhiệt ẩm. Hiện tượng như vậy cũng rất dễ gặp ở các công trình bê tông cốt
thép nằm trong nước có chế độ thủy triều lên xuống thường xuyên hoặc mực nước
ngầm thay đổi do những tác động cơ học không tự nhiên.
Tuy nhiên, để đánh giá mức độ gây hư hại do mỏi của hai nguyên nhân trên, hiện
tượng suy thoái lớp kết dính ở cả ba tổ hợp của bê tông cốt thép. Ở trạng thái lão hóa
tột cùng, vật liệu biến thành những hạt rời rạc, dẫn đến kết cấu bị phá hủy hoàn toàn.



-23-

1.2. NHỮNG PHƢƠNG PHÁP THU THẬP THÔNG TIN VỀ CẦU BÊ TÔNG CỐT
THÉP ĐANG KHAI THÁC
1.2.1. Mục tiêu của thu thập thông tin
Mục tiêu của thu thập thông tin về cầu BTCT đang khai thác để đánh giá chất lượng
vật liệu và đánh giá khả năng làm việc của kết cấu. Thu thập thông tin đóng vai trò
quan trọng trong chẩn đoán đánh giá cầu.
Hai loại thông tin cần thu thập là:
- Về vật liệu: Thu thập các đặc trưng vật liệu; thu thập các hư hỏng của vật liệu; các
tác động của môi trường đến vật liệu
- Về kết cấu: Đo đạc các trạng thái biến dạng của kết cấu; thu thập các hư hỏng của
kết cấu
1.2.2. Nguyên tắc trong thu thập thông tin
- Thu thập được càng nhiều thông tin liên quan đến công trình càng tốt.
- Cố gắng tiếp cận công trình càng gần càng tốt.
- Ghi chép, phác hoạ hiện trạng công trình tỷ mỉ, kỹ lưỡng và chính xác.
- Các trang thiết bị kiểm định phải có độ chính xác theo yêu cầu và được so chuẩn
theo quy định.
- Sử dụng các trang thiết bị kiểm định đúng mục đích.
- Chỉ những người được đào tạo mới dược sử dụng thiết bị.
- Sử dụng các trang thiết bị theo đúng các quy định kèm theo.
1.2.3. Các hình thức và mức độ kiểm tra thu thập thông tin
Để thu thập thông tin cần sử dụng những phương tiện và trang thiết bị kiểm tra. Tuỳ
theo loại hình kiểm tra mà mức độ sử dụng phương tiện và trang thiết bị kiểm tra
khác nhau.
1.2.3.1 Kiểm tra thƣờng xuyên

-24-
Thường được tiến hành hàng năm, trước khi duy tu, nhằm phát hiện các dấu hiệu bất
thường trên cầu. Kiểm tra thường xuyên cần các trang thiết bị: Thiết bị bảo hộ và an
toàn lao động; các phương tiện tiếp cận công trình; các thiết bị đo đạc thông thường
như thước, phấn đánh dấu, sổ ghi chép
1.2.3.2 Kiểm tra định kỳ
Thường được tiến hành theo một khoảng thời gian nhất định, khoảng 5 năm, nhằm
phát hiện các hư hỏng và đánh giá khả năng khai thác của cầu.
Kiểm tra định kỳ cần các trang thiết bị: Thiết bị bảo hộ và an toàn lao động; các
phương tiện tiếp cận công trình; các thiết bị đo đạc thông thường như thước, phấn
đánh dấu, sổ ghi chép; các thiết bị đo đạc kiểm tra không phá huỷ như siêu âm, bắn
súng; các thiết bị khoan lấy mẫu; các thiết bị đánh giá mức độ gỉ của cốt thép
1.2.3.3 Kiểm tra đặc biệt
Thường được tiến hành sau một sự cố bất thường như lũ bão, động đất, hỏa hoạn, va
chạm lớn, sau khi sửa chữa nâng cấp hoặc cần khai thác với tải trọng lớn hơn
Kiểm tra đặc biệt cần các trang thiết bị: Thiết bị bảo hộ và an toàn lao động; các
phương tiện tiếp cận công trình; các thiết bị đo đạc thông thường như thước, phấn
đánh dấu, sổ ghi chép; các thiết bị đo đạc kiểm tra không phá huỷ như siêu âm, bắn
súng; các thiết bị khoan lấy mẫu; các thiết bị đánh giá mức độ gỉ của cốt thép; các
trang thiết bị đo biến dạng; thiết bị đo dao động
1.2.4. Các phƣơng pháp kiểm tra vật liệu
Khi nghiên cứu trạng thái làm việc và khả năng chịu lực của các công trình BTCT
người ta thấy yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đầu tiên đến khả năng làm việc và tuổi thọ
của các kết cấu BTCT là chất lượng vật liệu hiện tại của chúng. Chất lượng đó thể
hiện qua giá trị của các loại cường độ giới hạn, số lượng và tính chất của các khuyết
tật do các trạng thái bệnh lý đã tồn tại hoặc mới xuất hiện trong quá trình khai thác.
Nhiệm vụ đầu tiên của đánh giá công trình là phải xác định và đánh giá chất lượng
vật liệu. Hiện nay việc khảo sát và xác định các đặc trưng cơ bản của vật liệu thường
được thực hiện theo hai phương pháp cơ bản là phương pháp thí nghiệm phá hoại

mẫu và phương pháp thí nghiệm không phá hủy NDT.



-25-
1.2.4.1 Phƣơng pháp phá hoại mẫu
a. Nguyên tắc và đặc điểm:
Vật liệu cần nghiên cứu được lấy từ công trình ra được chế tạo thành các mẫu thử.
Hình dạng và kích thước của các mẫu thử được xác định tuỳ theo: loại vật liệu; mục
đích nghiên cứu; các quy định trong các tiêu chuẩn, quy trình, quy phạm Các mẫu
vật liệu được được đưa vào các máy thí nghiệm tương ứng với trạng thái làm việc của
vật liệu (kéo, nén, uốn, xoắn ) và cho chịu tác dụng của lực ngoài có giá trị tăng dần
theo từng cấp cho đến lúc mẫu bị phá hoại hoàn toàn. Dưới tác dụng của lực ngoài
vật liệu sẽ bị biến dạng. Đo các giá trị biến dạng tương ứng với mỗi cấp ứng suất. Giá
trị của các cặp ứng suất biến dạng nhận được cho phép dựng được một đường cong
biểu diễn quan hệ giữa ứng suất và biến dạng; được gọi là biểu đồ đặc trưng vật liệu
vì qua đồ thị này có thể xác định được các đặc trưng cơ lý của vật liệu. Quá trình
nghiên cứu các vật liệu xây dựng cho thấy, biểu đồ đặc trưng vật liệu nhận được bằng
phương pháp thí nghiệm mẫu sẽ chịu ảnh hưởng trực tiếp của các yếu tố sau: Tốc độ
gia tải; nhiệt độ môi trường; trạng thái ứng suất tác dụng.
Khi tiến hành các thí nghiệm theo phương pháp thí nghiệm phá hoại mẫu thử thường
tiến hành trong các phòng thí nghiệm, ở đây các điều kiện thí nghiệm đều được
khống chế chuẩn. Các số liệu nhận được theo phương pháp này thường ít chịu ảnh
hưởng của các yếu tố khác, vì vậy kết quả nhận được phản ánh tương đối chính xác
khả năng chịu lực vốn có của vật liệu.
Khi vật liệu làm việc trên công trình thực tế sẽ chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng khác
nhau làm thay đổi khả năng chịu lực so với các điều kiện chuẩn. Phương pháp thí
nghiệm phá hoại mẫu thử vật liệu thường ít có khả năng xét đến sự thay đổi đó.
Việc lấy mẫu thử trên kết cấu thực tế không phải lúc nào cũng thuận lợi do tính chất,
vị trí và phương pháp tiếp cận của công trình, và phải lấy ở vị trí không ảnh hưởng

đến khả năng chịu lực của kết cấu
b. Xác định một số đặc trƣng của vật liệu BTCT
- Xác định cường độ giới hạn chịu nén của bê tông R
n
: Khoan lấy mẫu trực tiếp từ kết
cấu. Kích cỡ phụ thuộc vào mũi khoan, thường phải đảm bảo chiều cao gấp đôi
đường kính. Gia công mẫu theo quy định. Lắp đặt và ép mẫu theo quy định, xác định