ĐÁNH GIÁ độ bền bê TÔNG và CHIẾN lược sửa CHỮA

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 1 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy cô giáo của nhà
trường, Bộ môn Cầu Hầm, Phòng sau đại học trường Đại học Giao thông Vận Tải - Hà
Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ và tận tình giảng dạy các học viên cao học khóa 20.1 nói
chung và với học viên nói riêng. Đặc biệt học viên xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo
GS.TS Phạm Duy Hữu đã tận tình hướng dẫn và ch
ỉ bảo trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu tại trường Đại học Giao Thông Vận Tải. Cho đến nay học viên đã hoàn thành
cuốn luận văn này.
Đồng thời, tôi cũng chân thành cảm ơn các cá nhân, tập thể đã giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của bạn bè, người thân và đồng
nghiệp trong thời gian làm luận văn.
Mộ
t lần nữa học viên xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 02 tháng 01 năm 2014
Tác giả
Vũ Xuân Thành


Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 2 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4
DANH MỤC CÁC BẢNG 5
DANH MỤC CÁC HÌNH 6
PHẦN MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: ĐỘ BỀN BÊ TÔNG 11
1.1 CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI ĐỘ BỀN 11
1.2 ĐỊNH NGHĨA ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG 13
1.3 Ý NGHĨA ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG 13
1.4 CÁC TÁC ĐỘNG LÀM ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG 14
1.4.1 Sự thay đổi thể tích bê tông 14
1.4.2 Tác động của tỷ số nước trên xi măng (W/C ) 14
1.4.3 Độ thẩm thấu của bê tông 15
1.4.4 Các vết nứt trong bê tông 18
1.4.5 Tương tác giữa thẩm thấu, thay đổi thể tích và các vết nứt 19
CHƯƠNG 2: VẾT NỨT CỦA BÊ TÔNG VÀ BIỆN PHÁP SỬA CHỮA 20
2.1 PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN NHÂN NỨT BÊ TÔNG. 20
2.1.1 Trước khi đông cứng 20
2.1.2 Sau khi đông cứng 23
2.2 CÁC BIỆN PHÁP PHÒNG NGỪA VÀ SỬA CHỮA. 50
2.2.1 Các biện pháp phòng ngừa 50
2.2.2 Các biện pháp sửa chữa. 59
CHƯƠNG 3:TÌNH TRẠNG THẤM, NỨT BÊ TÔNG, GIẢI PHÁP SỬA CHỮA HẦM
BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰ ÁN ĐTXD MỞ RỘNG VÀ HOÀN THIỆN
ĐƯỜNG LÁNG – HOÀ LẠC 64

3.1. GIỚI THIỆU DỰ ÁN 64
3.2. MÔ TẢ KẾT CẤU CÁC HẦM TRONG DỰ ÁN: 66
3.1.1 Hầm chui Trung tâm Hội nghị Quốc gia 66
3.1.2 Hầm chui Đại học Tây nam 73

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 3 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

3.1.3 Hầm chui đường sắt 81
3.1.4 Biện pháp chống thấm cho các hầm 87
3.3. VẬT LIỆU CHẾ TẠO HẦM 92
3.2.1 Bê tông: 92
3.2.2 Thép thường: 92
3.2.3 Thép cường độ cao: 92
3.2.4 Vật liệu chống thấm: 93
3.4. PHÂN TÍCH KẾT CẤU HẦM 95
3.3.1 Giải pháp kết cấu cho hầm 95
3.3.2 Phần mềm sử dụng 96
3.3.3 Nguyên tắc tính toán 96
3.3.4 Kết quả phân tích kết cấu các hầm của Dự án 98
3.5. CÁC VẾT THẤM NỨT XUẤT HIỆN TRÊN HẦM 100
3.4.1 Hầm chui Trung tâm hội nghị Quốc gia 100
3.4.2 Hầm chui đại học Tây Nam 100
3.4.3 Hầm chui đường sắt 101
3.6. CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY THẤM NỨT TRÊN HẦM 108
3.5.1 Các vết thấm nứt trên tường hầm 108
3.5.2 Các khe giữa các đốt hầm 109
3.5.3 Các vết nứt trên mặt bê tông C35 109
3.7. GIẢI PHÁP SỬA CHỮA VÀ ĐÁNH GIÁ 110
3.5.4 Các vết thấm nứt trên tường hầm 110
3.6.1 Các khe giữa các đốt hầm 113
3.6.2 Các vết nứt trên mặt bê tông C35 117
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 119
1. KẾT LUẬN 119

2. KIẾN NGHỊ 120
TÀI LIỆU THAM KHẢO 122



Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 4 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. BTCT – Bê tông cốt thép
2. BTXM – Bê tông xi măng
3. DƯL – Dự ứng lực
4. ĐTXD – Đầu tư xây dựng
5. GTVT – Giao thông vận tải
6. TTHNQG – Trung tâm hội nghị quốc gia
7. W/C – Tỷ lệ nước trên xi măng

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 5 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Độ thấm của vữa xi măng ở các lứa tuổi khác nhau 15
Bảng 1.2: Bảng so sánh độ thẩm thấu của đá và vữa xi măng 16
Bảng 2.1: Bảng hệ số giản nở nhiệt trên chiều dài của bê tông ở các nhiệt độ khác nhau
28
Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa tỷ lệ W/C, độ sâu, thời gián của quá trình cacbonat hóa . 46
Bảng 2.3: Bảng giới hạn hàm lượng clorua trong bê tông 47
Bảng 2.4: Bảng giới h
ạn hàm lượng clorua, dẫn đến ăn mòn với các giá trị pH 47
Bảng 3.1: Bảng thống kê thời gian thi công các đốt hầm TTHNQG 92
Bảng 3.2: Bảng thống kê thời gian thi công các đốt hầm Tây Nam 92
Bảng 3.3: Bảng thống kê thời gian thi công các đốt hầm đường sắt 93
Bảng 3.4: Bảng yêu cầu bê tông của các hầm 92
Bảng 3.5: Bảng tiêu chuẩn của cáp DƯL 92
Bảng 3.6: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chống thấm đ

áy hầm 93
Bảng 3.7: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chống thấm tường và đỉnh hầm 93
Bảng 3.8: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chống thấm khe nối hầm (1) 94
Bảng 3.9: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chống thấm khe nối hầm (2) 94
Bảng 3.10: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu chống thấm khe n
ối hầm (3) 94
Bảng 3.11: Bảng yêu cầu kỹ thuật của vật liệu gia cường 95











Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 6 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 - Mối quan hệ giữa độ thấm và độ xốp mao dẫn của vữa xi măng 17
Hình 1.2 - Mối quan hệ giữa độ thấm và tỷ lệ nước/xi măng cho vữa xi măng 17
Hình 2.1 - Các vết nứt co ngót dẻo điển hình. 20
Hình 2.2 - Vật liệu bị tách rời do thừa rung 22
Hình 2.3 - Hệ đà giáo đúc dầm tại chỗ đặt trên nền đắp đã được lu lèn chặt 22
Hình 2.4 - Bề mặt bê tông được hoàn thiệ

n tốt 23
Hình 2.5 - Ảnh hưởng của co ngót và sự rão đến sự nứt bê tông 24
Hình 2.6 – Mô hình sự co ngót xi măng trong mối quan hệ với tỷ lệ W/C và lượng nước,
bê tông được làm ẩm 28 ngày và làm khô trong 450 ngày 25
Hình 2.7 - Phạm vi đường cong thể hiện co ngót và thời gian của bê tông bảo quản ở điều
kiện độ ẩm 50 ÷ 70% 25
Hình 2.8 - Co ngót khô và co ngót cacbonat của vữa ở các độ ẩm khác nhau 26
Hình 2.9 - Mô hình khi nhiệt độ thay đổi gây nứt bên ngoài của bê tông khối lớn. (Trong
quá trình làm mát, sự chênh l
ệch lớn nhất là 20
0C
) 29
Hình 2.10 - Mô hình khi nhiệt độ thay đổi gây nứt bên trong của bê tông khối lớn. (Sự
khác biệt 20
0C
sảy ra khi làm nóng nhưng xuất hiện vết nứt khi bên trong đã
nguội bớt khá nhiều so với bề mặt) 29
Hình 2.11 - Mối nối co giãn 31
Hình 2.12 - Mối nối dãn nở 33
Hình 2.13 - Mối nối kiểm tra cưa 34
Hình 2.14 - Mối nối kiểm tra cưa có then cài 34
Hình 2.15 - Mối nối kiểm tra 34
Hình 2.16 - Mối nối cách ly quanh các trụ bê tông 34
Hình 2.17 - Các mối nối nối đặc trưng cho sàn bê tông 35
Hình 2.18 - Cường độ nén của bê tông sau khi được nung đến nhiệt độ cao 36
Hình 2.19 - Cường
độ nén của bê tông khi nung đến những nhiệt độ khác nhau 36
Hình 2.20 - Ảnh hưởng của bê tông đến modun đàn hồi 37
Hình 2.21 - Sự ảnh hưởng của nước thải với bê tông 40

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 7 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

Hình 2.22 - Sự phá hoại của nước biển đối với bê tông 44
Hình 2.23 - Độ sâu của cacbonat hóa trong bê tông theo thời gian 46
Hình 2.24 - Mô hình đơn giản quá trình ăn mòn 48
Hình 2.25 - Sự gia tăng thể tích của thép phụ thuộc vào quá trình ôxi hóa 49
Hình 2.26 - Sự phá hoại bê tông do thể tích cốt thép tăng 49
Hình 2.27 - Hiệu ứng của sự ăn mòn 53
Hình 3.1 - Đường Láng - Hòa lạc (Đại lộ Thăng Long) 64
Hình 3.2 - Mặt cắt ngang điển hình đường Láng - Hòa lạc (Đại lộ Thăng Long) 65
Hình 3.3 - Toàn cảnh hầm chui Trung tâm hội ngh
ị quốc gia Km2+129 66
Hình 3.4 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầm chui TTHNQG (phía Hà Nội) 68
Hình 3.5 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầm chui TTHNQG (trước cổng TTHNQG) 69
Hình 3.6 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầm chui TTHNQG (phía Hòa Lạc) 70
Hình 3.7 - Mặt cắt ngang hầm chui TTHNQG 71
Hình 3.8 - Một số hình ảnh thi công hầm chui TTHNQG 72
Hình 3.9 - Toàn cảnh hầm chui đại học Tây Nam Km5+648,5 73
Hình 3.10 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầm chui TâyNam (phía bên trái) 75
Hình 3.11 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầ
m chui TâyNam (Phần chui qua đường Láng Hòa
Lạc) 76
Hình 3.12 - Mặt cắt dọc & mặt bằng hầm chui TâyNam (phía bên phải) 77
Hình 3.13 - Mặt cắt ngang hầm hở hầm chui đại học Tây Nam 78
Hình 3.14 - Mặt cắt ngang hầm kín hầm chui Tây Nam 79
Hình 3.15 - Một số hình ảnh thi công hầm chui đại học Tây Nam 80
Hình 3.16 - Toàn cảnh hầm chui đường sắt Km7+358 81
Hình 3.17 - Trắc dọc hầm chui Đường sắt (1) 83
Hình 3.18 - Trắc dọc hầm chui Đường sắt (2) 84

Hình 3.19 - Mặt cắt ngang hầm kín hầm chui Đườ
ng sắt 85
Hình 3.20 - Mặt cắt ngang hầm hở hầm chui Đường sắt 86
Hình 3.21 - Một số hình ảnh thi công hầm chui đường sắt 87
Hình 3.22 - Chống thấm hầm chui Trung tâm hội nghị quốc gia 89
Hình 3.23 - Chống thấm hầm chui Tây nam 90
Hình 3.24 - Chống thấm hầm chui đường sắt 91
Hình 3.25 - Một số vật liệu chống thấm sử dụng cho các hầm 95

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 8 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

Hình 3.26 - Các hư hỏng của hầm chui TTHNQG 100
Hình 3.27 - Các hư hỏng của hầm chui Đại học Tây Nam 100
Hình 3.28 - Các hư hỏng của hầm chui đường sắt. 101
Hình 3.29 - Sơ các vị trí thấm trên tường của hầm chui đường sắt 102
Hình 3.30 - Sơ các vị trí thấm trên tường của hầm chui Đại học Tây nam 103
Hình 3.31 - Sơ các vị trí bị nứt trên mặt đường C35 của hầm chui TTHNQG (1) 104
Hình 3.32 - Sơ các vị trí bị nứt trên mặt đường C35 của h
ầm chui TTHNQG (2) 105
Hình 3.33 - Sơ họa các vị trí bị nứt trên mặt đường C35 của hầm chui đường sắt (1)
106
Hình 3.34 - Sơ họa các vị trí bị nứt trên mặt đường C35 của hầm chui đường sắt (2)
107
Hình 3.35 - Những nguyên nhân gây thấm trên tường hầm 109
Hình 3.36 - Nguyên nhân gây rò nước ở các khe nối 109
Hình 3.37 - Phương án sửa chữa chống thấm tường hầm (1) 111
Hình 3.38 - Phương án sửa chữa chống thấm tường hầm (2) 112
Hình 3.39 - Sửa chữa t
ường hầm bị thấm, dò nước 113

Hình 3.40 - Các vết dò, thấm nước sau khi sủa chữa và khi hoàn thiện xong 113
Hình 3.41 - Phương án sửa chữa chống thấm khe nối hầm Tây Nam 114
Hình 3.42 - Phương án sửa chữa chống thấm khe nối hầm Đường sắt 115
Hình 3.43 - Sửa chữa các khe nối 116
Hình 3.44 - Các khe nối sau khi đưa vào sử dụng 117
Hình 3.45 - Sửa chữa mặt BTXM C35 117
Hình 3.46 - Mặt hầm sau khi đã thi công lớp BTN phía trên 118










Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 9 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài :
Phát triển cơ sở hạ tầng tại Việt Nam hiện tại và lâu dài là một vấn đề rất lớn không
chỉ về khối lượng, số lượng các loại công trình (cầu, cảng, đường, nhà, công trình
thuỷ…) mà còn phức tạp về môi trường vận hành của các công trình hạ tầng này (điều
kiện khí hậu, thuỷ văn, môi trường đất, tải trọ
ng khai thác…).
Cũng như tất cả các dạng công trình có kết cấu bằng BTCT, sự hư hỏng, xuống cấp
của kết cấu BTCT trong công trình giao thông sau một thời gian khai thác là một hiện

tượng thường gặp trong thực tế. Đối với công trình giao thông, do phải chịu đồng thời rất
nhiều yếu tố tác động như: Tác động của khai thác, thời tiết, sự tăng tải không được xét
đến, các tác động đặ
c biệt do nước, gió, động đất và tính chất tác động phức tạp, các yếu
tố ngẫu nhiên ảnh hưởng đến quá trình khai thác, sự xâm thực của môi trường cho nên
có thể dẫn đến sự hư hỏng xuống cấp với mức độ và tốc độ rất nhanh.
Nội dung của đề tài là đi vào nghiên cứu những nguyên nhân gây hư hỏng của công
trình bằng bê tông cốt thép, đề xuất một số giải pháp s
ửa chữa phù hợp nhằm phục hồi
khả năng chịu lực, nâng cao tuổi thọ của công trình.
2. Đối tượng nghiên cứu :
Nghiên cứu những nguyên nhân gây hư hỏng của kết cấu hầm BTCT, trên cơ sở đó
sẽ đưa ra phương án sửa chữa phù hợp.
3. Phạm vi nghiên cứu :
Đánh giá độ bền bê tông của kết cấu các hầm BTCT - dự án ĐTXD mở rộng và hoàn
thi
ện đường Láng – Hoà Lạc.
4. Mục tiêu nghiên cứu :
Hiện nay kết cấu bê tông cốt thép là kết cấu chủ yếu trong ngành GTVT (cầu, đường,
bến cảng…). Tuy nhiên cho đến nay, quá trình thiết kế và thi công chúng ta vẫn chỉ tập
trung quan tâm chủ yếu đến cường độ của bê tông, với điều kiện cường độ của bê tông là
yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến tất cả các tính chất mong muốn khác c
ủa bê tông, bao
gồm cả độ bền. Thực tế đã chứng minh, mặc dù cường độ nén được coi là thước đo của
độ bền ở một mức độ tuyệt vời, nhưng điều đó không có nghĩa là bê tông có cường độ cao
luôn luôn là loại bê tông bền. Vì vậy việc chúng ta chỉ quan tâm đến cường độ của bê

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 10 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

tông không thôi là chưa đủ, mức độ khắc nghiệt của điều kiện làm việc và môi trường mà
bê tông tiếp xúc cũng không kém phần quan trọng. Do đó, cả cường độ và độ bền đều
phải được xem xét một cách rõ ràng ở giai đoạn thiết kế. Mối quan hệ giữa cường độ và
độ bền cũng là vấn đề cần được quan tâm và nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu theo khía c
ạnh “vết nứt trong bê tông” để mô tả các yếu tố gây nứt, các
loại nứt khác nhau ảnh hưởng đến độ bền của bê tông, cũng như các biện pháp ngăn ngừa
và sửa chữa nứt bê tông.
6. Kết cấu luận văn:
Phần mở đầu
Chương 1: Độ bền bê tông
Chương 2: Thấm, nứt của bê tông và biện pháp sửa chữa.
Chương 3: Mô tả tình trạng th
ấm nứt bê tông, biện pháp sửa chữa các hầm BTCT
dự án ĐTXD mở rộng và hoàn thiện đường Láng – Hoà Lạc
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 11 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

CHƯƠNG 1
ĐỘ BỀN BÊ TÔNG

Trước đây, chỉ có cường độ của bê tông được xem xét trong quá trình thiết kế hỗn
hợp bê tông, với điều kiện cường độ của bê tông là yếu tố ảnh hưởng đến tất cả các tính
chất mong muốn khác của bê tông, bao gồm cả độ bền. Tuy nhiên ngoài cường độ của bê
tông, các điều kiện môi trường hay còn gọi là điều kiện sử dụng cũng là một yếu t
ố quan
trọng ảnh hưởng đến độ bền bê tông. Một trong những lý do chính cho sự suy giảm của
bê tông trước đây là việc tập trung quá nhiều vào cường độ nén bê tông. Ngày nay, chúng
ta nhận ra rằng việc chỉ quan tâm đến cường độ của bê tông không thôi là không đủ trước
mức độ ngày càng khắc nghiệt của điều kiện môi trường mà bê tông tiếp xúc trong suốt
quá trình sử dụng. Do đó, cả cường độ và độ bền
đều phải được xem xét một cách rõ ràng
ở các tất cả các giai đoạn: Thiết kế, thi công và khai thác. Mối quan hệ giữa cường độ và
độ bền cũng là vấn đề cần phải được quan tâm và nghiên cứu.
1.1 CƯỜNG ĐỘ BÊ TÔNG VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI ĐỘ BỀN
Nói chung, ngành công nghiệp xây dựng có nhu cầu lớn về sự phát triển nhanh của
cường độ bê tông để các dự án có thể được hoàn thành đúng tiến
độ hoặc sớm hơn nếu có
thể. Để phục vụ các nhu cầu này ta nên sử dụng tỷ lệ W/C thấp, thông quan việc tăng
lượng xi măng và giảm hàm lượng nước trong bê tông.
Các bước trên sẽ cho ta kết quả là mức độ co ngót do nhiệt, co ngót khô, modun đàn
hồi cao hơn và hệ số từ biến thấp hơn. Với lượng xi măng nhiều hơn, bê tông có xu

hướng nứt nhiều hơn do co ngót nhiệt và co ngót khô t
ăng. Khi hệ số biến từ trong bê
tông thấp nên bê tông sẽ không có nhiều cơ hội để thư giãn các ứng suất. Vì vậy, bê tông
cường độ sớm cao dễ bị nứt hơn bê tông cường độ trung bình hoặc thấp.
Tuy nhiên, cấu trúc các vết nứt ở bê tông cường độ cao có thể được kiểm soát bằng
cách sử dụng cốt thép, nhưng điều này cũng không cải thiện độ bền bê tông, vì lượng cố
t
thép sẽ chuyển đổi các vết nứt lớn hơn thành các vết nứt nhỏ hơn. Các vết nứt nhỏ này
cũng đủ để cho phép oxy, carbon dioxide và độ ẩm tiếp xúc làm ảnh hưởng đến độ bền
lâu dài của bê tông.
Kinh nghiệm cũng đã chứng minh rằng bê tông cường độ sớm cao có xu hướng dễ
bị nứt. Theo một báo cáo gần đây, các vết nứt xuất hiện là do việc sử dụ
ng lượng lớn xi

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 12 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

măng trong bê tông. Nhà thầu thường nghĩ rằng cường độ cao hơn mức mức cẩn thiết sẽ
tăng tốc độ thời gian xây dựng, nên họ đã sử dụng lượng xi măng lớn hơn. Một điểm khác
cần được xem xét là: Bê tông cường độ sớm cao sử dụng xi măng pooclăng về bản chất
thường tốt hơn và có chứa lượng sunphat và chất kiềm cao hơ
n, đồng thời việc sử dụng
400kg/m3 hoặc nhiều hơn thường có nguy cơ dễ bị nứt.
Do đó, với mục đích sử dụng lâu thì sự cân bằng thích hợp giữa hàm lượng xi măng
quá thấp hoặc quá cao cần phải được xem xét. Điều này khiến cho việc sử dụng phụ gia
khoáng trở nên có ích.
Chúng ta cũng thấy rằng bê tông cường độ sớm cao với tỷ lệ W/C thấ
p (< 0,30)
bằng cách sử dụng lượng nước ít và hàm lượng xi măng cao. Điều đó làm cho bê tông dễ
bị nứt, làm ảnh hưởng đến độ bền lâu dài của công trình. Thực tế, ta thấy rằng các quan

điểm trên là không hoàn toàn thuyết phục khi nhìn từ nhiều khía cạnh khác.
Thứ nhất, bê tông cường độ sớm cao chứa lượng xi măng lớn và hàm lượng nước
thấp. Khi xét về hàm lượng lượng nước thấp, chỉ
có bề mặt ẩm của hạt xi măng có thể
thay thế để lại số lượng đáng kể nhân không bị thủy hóa (hydrat hóa) của hạt xi măng.
Những nhân không bị hydrat hóa của hạt xi măng có độ bền dự trữ, khi các vết nứt vi mô
đã phát triển, những nhân không bị hydrat hóa sẽ hydrat hóa khi nhận được được độ ẩm
thông qua các vết nứt nhỏ. Các sản phẩm của quá trình hydrat hóa sẽ tạo ra dấ
u vết nứt và
khôi phục trạng thái nguyên vẹn cho độ bền lâu dài.
Thứ hai, theo Aiticin, chất lượng của sản phẩm hydrat hóa (gel) được thành lập
trong trường hợp tỷ lệ W/C thấp thì tốt hơn là chất lượng của gel được hình thành trong
trường hợp tỷ lệ W/C cao. Hơn nữa, theo Aiticin, với tỷ lệ W/C thấp của bê tông cường
độ sớm cao, các vùng chuyển tiếp yếu giữa toàn bộ hỗn hợp và vữ
a xi măng đã hydrat
hóa không hề tồn tại. Hạt xi măng không bị hydrat hóa cũng có sẵn trong xi măng có tỷ lệ
W/C thấp để sau đó chữa lành các vết nứt nhỏ.
Thứ ba, cấu trúc vi mô của bê tông với tỷ lệ W/C rất thấp, được coi là mạnh hơn
nhiều và ít thấm hơn. Các mạng kết nối của các mao mạch rất tốt khiến cho nước không
thể chảy qua. Các báo cáo chỉ ra rằng khi ki
ểm tra độ thấm ion clorua, thấy được nước
thâm nhập chậm hơn 10 đến 50 lần so với bê tông cường độ thấp.
Do đó, rất khó để kết luận rằng: Liệu các vết nứt phát triển do sử dụng bê tông
cường độ sớm cao có thể làm giảm độ bền lâu dài hoặc sự trì hoãn quá trình hydrat hóa
của những hạt xi măng chưa được hydrat hóa sẽ làm lành các vết nứt nhỏ và qua đó nâng

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 13 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

cao độ bền lâu dài cùng với chất lượng tốt hơn của sản phẩm hydrat hóa như: sức bền cao

hơn, độ thấm giảm trong trường hợp sử dụng tỷ lệ W/C thấp. Vì vậy, đây là một chủ đề
cần phải có thêm nhiều thảo luận và nghiên cứu.
1.2 ĐỊNH NGHĨA ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG
Độ bền của bê tông xi măng được định nghĩa là khả n
ăng chống các tác động của
thời tiết, hóa chất, mài mòn, hoặc bất cứ quá trình nào khác của sự suy thoái. Bê tông bền
sẽ giữ được hình thức ban đầu của nó về chất lượng và khả năng phục vụ khi tiếp xúc với
môi trường.
1.3 Ý NGHĨA ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG
Khi thiết kế một hỗn hợp bê tông hoặc thiết kế một cấu trúc bê tông, điều kiện tiếp
xúc mà bê tông phải chịu sẽ được đánh giá ngay từ đầu. Xét về mặt cơ sở ban đầu thì đặc
tính của đất cũng phải được nghiên cứu. Ô nhiễm môi trường ngày càng tăng, đặc biệt tại
các khu vực đô thị và khu công nghiệp.
Nhiều báo cáo cho rằng ở các nước công nghiệp phát triển, hơn 40% tổng số nguồn
lực của các ngành công nghiệp xây dựng được chi cho việc sửa chữa và bảo trì. T
ại Việt
nam, tiền chi cho việc duy tu, bảo dưỡng các công trình GTVT là tương đối đáng kể.
Nhưng đáng tiếc, chúng ta đã không chú ý đầy đủ đến các khía cạnh độ bền ngay cả khi
chúng ta thực hiện việc sửa chữa. Chúng ta thường thực hiện công việc sửa chữa một
cách bình thường và chỉ sử dụng vữa xi măng thông thường trong suốt nhiều thập kỷ trở
lại đây. Ngày nay, vật li
ệu sửa chữa đặc biệt và phương pháp kỹ thuật đã xuất hiện. Việc
sử dụng những vật liệu, phương pháp này khiến cho công tác sửa chữa ngày càng hiệu
quả và bền vững hơn.
Một điểm khác cũng nên được xem xét chính là: Hiện nay, việc sử dụng bê tông đã
được mở rộng đến những môi trường rất khắc nghiệt và được sử dụng ở t
ất cả mọi nơi.
Ngay cả vật liệu tốt như cốt liệu bê tông hoặc cát cũng đang trở nên khan hiếm. Việc sản
xuất xi măng đang được hiện đại hóa nhưng đôi khi các lớp nguyên vật liệu bán thô như
đá vôi có chứa một lượng clorua dư thừa được sử dụng vì áp lực từ nền kinh tế.

Trước đó thông số kỹ thuật của xi m
ăng pooclăng cho phép một hàm lượng clorua
tối đa là 0,05%. Điều này cho phép hàm lượng nhỏ clorua được sử dụng nhưng đồng thời
cũng yêu cầu độ bền của xi măng chặt chẽ hơn để giữ lượng clorua trong bê tông vẫn ở
trong giới hạn cho phép. Nói cách khác, yêu cầu cho độ bền của công trình xây dựng hiện
đại đã trở nên quan trọng hơn nhiều so với trước đây.

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 14 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

1.4 CÁC TÁC ĐỘNG LÀM ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG
1.4.1 Sự thay đổi thể tích bê tông
Sẽ là không sai khi cho rằng việc độ bền bê tông kém là do sự thay đổi thể tích
trong bê tông. Thể tích thay đổi trong bê tông xảy ra do ảnh hưởng của nhiều yếu tố.
Chúng ta biết rằng, toàn bộ quá trình hydrat hóa đơn giản chỉ là thay đổi thể tích ở
bên trong, ảnh hưởng của nhiệt thủy hóa, sự hoạt động của pozzolanic, sunphat, sự
bão
hòa, sự lưu chuyển của độ ẩm, các dạng co ngót, hàm lượng clorua, gỉ của cốt thép và số
đông các khía cạnh khác đều có liên quan đến thay đổi thể tích trong bê tông.
Cũng có thể cho rằng sự thẩm thấu đã dẫn đến sự thay đổi thể tích. Thể tích thay
đổi tạo ra các vết nứt. Các vết nứt sẽ khuyến khích tính thấm cao hơn và do đó nó trở
thành vòng tuần hoàn cho đến khi bê tông suy thoái, giai đoạn cuối cùng là bị
phá hoại.
1.4.2 Tác động của tỷ số nước trên xi măng (W/C )
Trong phần trước chúng ta đã nói về sự thay đổi thể tích sẽ gây ra các vết nứt và các
vết nứt là nguyên nhân chính gây ra phá hoại của bê tông. Hơn nữa, sự thẩm thấu là yếu
tố đóng góp cho sự thay đổi thể tích và tỷ lệ W/C cao cũng là nguyên nhân cơ bản làm
cho thấm thấu cao hơn. Do đó, việc sử dụng tỷ lệ W/C cao => độ
thấm cao => thay đổi
thể tích => các vết nứt => sự tan rã => thất bại của bê tông là một quá trình tuần hoàn

trong bê tông. Vì vậy, đối với bê tông có độ bền cao thì việc sử dụng tỷ lệ W/C thấp là
yêu cầu cơ bản để sản phẩm bê tông đặc và không thấm.
Có một thay đổi lớn trong cấu trúc vi mô của bê tông được làm với tỷ lệ W/C cao
hoặc thấp. Với tỷ lệ W/C thấp, độ thấm giả
m đến mức mà bê tông này là không thấm
nước. Điều này không có nghĩa là chúng không có những kết nối mạng của các mao
mạch, nhưng các mao mạch này là rất tốt nên nước không thể chảy qua. Khi những bê
tông này được thử nghiệm để kiểm tra độ thấm ion clorua, người ta thấy rằng các ion
clorua khuếch tán bê tông chậm hơn (ở mức 10 ÷ 50 lần) so với bê tông có tỷ lệ W/C cao.
Thực tế cho thấy bê tông với tỷ lệ W/C thấp ít nhạ
y cảm với sự bão hòa, tấn công
hóa học từ bên ngoài và các tác động có hại khác là nguyên nhân gây giảm độ bền của bê
tông. Các báo cáo cho rằng không thể ăn mòn cốt thép trong bài thử nghiệm ăn mòn tăng
tốc của một bê tông với tỷ lệ rất thấp W/C. Từ đây suy ra rằng cách tốt nhất để bảo vệ cốt
thép khỏi sự ăn mòn là sử dụng tỷ lệ W/C thấp và che phủ đầy đủ, thay vì s
ử dụng tỷ lệ
W/C cao và sau đó bảo vệ thép bằng cách phủ epoxy.
Tuy nhiên, thực tế trong nhiều năm người ta thấy rằng gần như không thể giảm tỷ

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 15 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

lệ W/C xuống dưới 0,40 và tình trạng này đã thay đổi trong 15 năm qua trên thế giới với
việc sử dụng chất siêu dẻo để làm giảm tỷ lệ W/C xuống đến mức 0,25 hoặc thậm chí
thấp 0,20. Công nghệ này là một sự đột phá, kết hợp với việc sử dụng muội silic và các
vật liệu xi măng chất lượng cao, đã hình thành nên một thế hệ bê tông cường độ cao mới
và th
ường được gọi là bê tông chất lượng cao và bền.
Trong hầu hết các bê tông có tỷ lệ W/C thấp như được giải thích ở trên, thường
không có đủ nước để hydrat hóa hết các hạt xi măng. Lượng nước này chỉ có thể hydrat

bề mặt của các hạt xi măng và vẫn tồn tại nhiều hạt chưa được hydrat hóa, chúng đóng
vai trò quan trọng tạo thành sức mạnh dự trữ.
Nếu vì bất kỳ lý do nào: C
ấu trúc, môi trường hoặc bê tông bị nứt, các hạt xi măng
sẽ bắt đầu hydrat hóa khi độ ẩm thâm nhập qua các vết nứt. Điều đó nói rằng, các hạt xi
măng chưa bị hydrat hóa sẽ cung cấp khả năng tự liền và nâng cao độ bền của bê tông.
1.4.3 Độ thẩm thấu của bê tông
Độ thẩm thấu của bê tông ảnh hưởng quyết định đến độ bền của bê tông. Nó tác
độ
ng lớn và trực tiếp vào độ bền hơn là tỷ lệ W/C. Những vết nứt nhỏ tại khu vực chuyển
tiếp liên quan đến độ thấm, trong giai đoạn ban đầu chúng là quá nhỏ để có thể làm tăng
tính thấm. Nhưng sự lan ra của những vết nứt này, cùng với thời gian, do co ngót khô, co
ngót nhiệt và các ảnh hưởng bên ngoài sẽ làm tăng tính thẩu thấu của hệ thống.
a. Thẩm thấu của v
ữa xi măng
Vữa xi măng bao gồm gel CSH, Ca(OH)
2
và nước làm rỗng lỗ hổng chứa các mao
mạch. Mặc dù gel có độ xốp đến 28 % nhưng các lỗ của gel này là rất nhỏ và nước gần
như không thể thấm qua trong điều kiện bình thường. Độ thấm của các lỗ gel này được
ước tính là khoảng 7 x 10
– 16
m/s, đó là khoảng 1/100 độ thấm của vữa. Do đó, các lỗ
rỗng của gel không đóng góp vào sự thẩm thấu của vữa xi măng.
Mức độ và kích thước của lỗ hổng chứa các mao mạch cũng có đường kính rất nhỏ.
Các lỗ hổng mao mạch, với tỷ lệ W/C thấp sẽ được lấp đầy trong vòng vài ngày với quá
trình hydrat hóa của xi măng. Chỉ có những lỗ hổng quá lớn do ảnh hưởng từ tỷ lệ W/C
cao (nhiều hơn 0,7) sẽ không được lấp đầy bởi sản phẩm từ quá trình hydrat hóa và sẽ vẫn
giữ nguyên trạng thái rỗng làm ảnh hưởng đến độ thẩm thấu của vữa.

Bảng 1.1: Độ thấm của vữa xi măng ở các lứa tuổi khác nhau

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 16 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

Hệ số ngày tuổi (ngày) Thẩm thấu Km/s
Mới 2 x 10
-6

5 4 x 10
-10

6 1 x 10
-10

8 4 x 10
-11

13 5 x 10
-12

14 1 x 10
-12

Cuối cùng 6 x 10
-13

Điều rất dễ thấy rằng sự thẩm thấu của vữa xi măng với tỷ lệ rất thấp W/C có thể
được so sánh với tính thẩm thấu của đá.

Bảng 1.2: Bảng so sánh độ thẩm thấu của đá và vữa xi măng
Loại đá Hệ số thẩm thấu m/s Tỷ lệ Nước/Xi măng
Đá trap
Thạch anh
Marble
Marble
Granite
Sa thạch
Granite
2,47 x10
-14

8,24 x10
-14

2,39 x10
-13

5,77 x10
-12

5,35 x10
-11

1,23 x10
-10

1,56 x10
-10

0,38
0,42
0,48
0,66
0,70
0,71
0,71
Từ bảng 1.2 thấy rằng vữa xi măng ngay cả với tỷ lệ W/C khá cao (0.7) vẫn ít thấm
nước như của đá granit với hệ số thấm 5,35x10
-11
m/s. Hệ số thấm này rất nhỏ, về mặt vật
lý nước không thể thấm quá được. Tuy nhiên trong thực tế, các mẫu vữa và bê tông có độ
thấm cao hơn nhiều so với các giá trị thể hiện ở bảng. Độ thấm trong vữa hoặc bê tông
trong thực tế cao hơn là vì các lý do sau đây.
 Hình thành các vết nứt nhỏ phát triển do co ngót khô dài hạn và áp lực từ nhiệt.
 Các vết nứt lớn đượ
c tạo ra với thời gian trong khu vực chuyển tiếp.
 Các vết nứt tạo ra thông qua cơ cấu ứng suất cao hơn.
 Do thay đổi thể tích và vết nứt sẵn có gây ra do các nhiều lý do nhỏ khác.
 Sự tồn tại của không khí bị kẹt do đầm không đủ.



Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 17 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”



Hình 1.1 - Mối quan hệ giữa độ thấm và độ
xốp mao dẫn của vữa xi măng

Hình 1.2 - Mối quan hệ giữa độ thấm và tỷ
lệ nước/xi măng cho vữa xi măng hoàn thiện
(93 % xi măng hydrat hóa)



Từ hình 1.2 có thể thấy rằng hệ số thấm tăng hơn 100 lần từ tỷ lệ W/C 0,4÷ 0,7. Do
đó, nhiều hướng dẫn thực hành đ
ã yêu cầu tỷ lệ W/C tối đa là 0,4 để hạn chế sự xâm nhập
của hóa chất. Các hạn chế về tỷ lệ W/C cũng áp dụng cho cấu trúc giữ ẩm.
b. Độ thấm thấu của bê tông
Về mặt lý thuyết, việc sử dụng cốt thép sẽ làm giảm tính thấm của hệ thống bởi vì
cốt thép sẽ chặn dòng chảy và làm cho nó đi theo đường vòng. So sánh với vữa xi m
ăng
có cùng tỷ số W/C và mức độ trưởng thành thì sẽ có một hệ số thấm thấp hơn. Nhưng
trong thực tế, dữ liệu thử nghiệm thường không phản ánh đúng và đặc biệt là với cốt thép
lớn sẽ tăng tính thấm đáng kể.
Lời giải thích nằm trong sự phát triển của các vết nứt nhỏ xuất hiện trong quá trình
chuyển đổi khu vực. Nhiều ý ki
ến khác nhau về vấn đề kích thước của những vết nứt nhỏ
được tạo ra ở quá trình chuyển đổi khu vực. Tuy nhiên, co ngót khô, co ngót nhiệt và các
ảnh hưởng bên ngoài có thể gây ra vết nứt trong vùng chuyển tiếp yếu ở giai đoạn đầu.
Các báo cáo cho rằng kích thước của các vết nứt trong quá trình chuyển đổi khu vực,
thường lớn hơn rất nhiều so với hầu hết lỗ hổng của mao mạch hi

ện diện trong vữa xi
măng.

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 18 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

Việc sử dụng vật liệu pozzolanic theo tỷ lệ tối ưu làm giảm tính thấm của bê tông.
Điều này rõ ràng là do sự chuyển đổi của hydroxit canxi nếu không hòa tan và không lọc
được vào sản phẩm xi măng. Mặc dù mang theo không khí và điều này sẽ làm cho bê
tông xốp, khi lượng được sử dụng lên đến 6% sẽ làm cho xi măng không thấm nước -
khác với những ý kiến trước đây.
Hơi nước áp suất cao làm lành bê tông, khi kết hợp vớ
i silicat nghiền, sẽ giảm độ
thẩm thấu. Điều này là do sự hình thành của gel CSH thô, giảm độ co sấy và đẩy mạnh
chuyển đổi của Ca(OH)
2
vào các sản phẩm xi măng.
1.4.4 Các vết nứt trong bê tông
Nứt bê tông là hiện tượng thường gặp trong công trình xây dựng bằng kết cấu
BTCT. Các vết nứt trong bê tông có thể phát triển từ nhiều nguyên nhân, mà bản chất là
khả năng chịu uốn kém của bê tông. Các vết nứt trông thấy được thường gặp khi ứng suất
uốn lớn hơn khả năng (cường độ) bền uốn của bê tông. Các vết nứ
t trông thấy thường có
khả năng tạo điều kiện dễ dàng cho sự xâm nhập của các tác nhân xâm thực vào bê tông
và tiếp cận cốt thép hay các thành phần của cấu trúc xây dựng và dẫn đến huỷ hoại cấu
trúc công trình.
Điều quan trọng là cần phải hiểu tại sao các vết nứt phát triển trong các kết cấu bê
tông, nhất là các kết cấu công trình giao thông mà ở đó các kết cấu này chịu rất nhiều loại
tải trọng và môi trường làm việc đa dạng. Thông thường chúng ta cho rằng tải trọng là
nguyên nhân gây ra phần lớn các ứng suất uốn trong vật liệu và hiện tượng nứt bê tông

phần lớn là do mất ổn định thể tích hay các phản ứng hoá học gây ra. Trong khi đó tính ổn
định thể tích còn liên quan với các tác nhân độ ẩm, hoá học và nhiệt. Các phản ứng hoá
học xảy ra với các thành phần nguyên liệu bê tông hay các vật liệu đưa vào bê tông cũ
ng
đóng vai trò đáng kể gây trương nở cục bộ trong bê tông.
Hiện tượng nứt tác động lớn đến độ bền của bê tông, đặc biệt là kết hợp với xâm
thực nó làm tổn hại nghiêm trọng đến kết cấu bê tông. Các môi trường nguy hiểm thường
gặp với các kết cấu bê tông như phơi nhiễm chu kỳ nước mặn, thuỷ triều gây các chu kỳ
khô - nứt liên tục và tạo đường d
ẫn cho muối xâm thực liên tục thâm nhập các vết nứt,
làm trầm trọng thêm đáng kể các hư hỏng của kết cấu bê tông. Tương tự như vậy, bê tông
có vết nứt khi tiếp xúc với đất giàu sulphát cũng dẫn đến tăng tốc quá trình xâm thực
sulphát. Sự liên quan phức hợp giữa nứt bê tông và quá trình huỷ hoại kết cấu bê tông gia
tăng làm ảnh hưởng rất lớn đến độ bền củ
a bê tông.

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 19 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

Do vậy, chúng ta cần có sự quan tâm đúng mức để hiểu đầy đủ các nguyên nhân
liên quan đến nứt bê tông góp phần làm tăng độ bền bê tông và kéo dài tuổi thọ kết cấu
công trình
1.4.5 Tương tác giữa thẩm thấu, thay đổi thể tích và các vết nứt
Trong các phần trước chúng ta đã thảo luận về khả năng thẩm thấu, thay đổi thể
tích và nứt bê tông làm ảnh hưởng đến độ bền của kế
t cấu bê tông và bê tông. Sẽ là tương
đối khó để xác định yếu tố nào chủ yếu ảnh hưởng đến độ bền. Nhưng thực tế, sự thay đổi
thể tích diễn ra ngay trong những loại bê tông không thấm nước do nhiệt hydrat hóa hoặc
phản ứng bên trong có thể ảnh hưởng đến độ bền của bê tông. Những vết nứt nhỏ trong
khu vực chuyển tiếp, ngay cả khi bê tông ban đầu không thấm cũng có thể

bắt đầu chu kỳ
suy thoái ngay trong quá trình đổ bê tông. Vì vậy, cả ba yếu tố đều có ảnh hưởng đến độ
bền của kết cấu bê tông và bê tông.
Khi nghiên cứu về độ bền của bê tông, ta có thể đi qua con đường nghiên cứu thẩm
thấu, nghiên cứu biến đổi thể tích hoặc nghiên cứu các vết nứt. Theo bất kỳ một trong
những cách trên, ta đều có thể nghiên cứu được toàn bộ các khía cạnh của độ
bền của bê
tông. Vì vậy, trong phạm vi luận văn này chúng ta sẽ nghiên cứu theo khía cạnh “vết nứt
trong bê tông” để mô tả các yếu tố gây nứt, các loại nứt khác nhau ảnh hưởng đến độ bền
của bê tông, cũng như các biện pháp ngăn ngừa và sửa chữa nứt bê tông.















Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 20 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”


CHƯƠNG 2

VẾT NỨT CỦA BÊ TÔNG VÀ BIỆN PHÁP SỬA CHỮA

2.1 PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN NHÂN NỨT BÊ TÔNG.
2.1.1 Trước khi đông cứng
2.1.1.1 Co ngót
a. Co ngót dẻo

Nước từ bê tông tươi có thể bị mất do bay hơi, hấp thụ bởi lực nền, ván khuôn và
trong quá trình hydrat hóa. Khi sự mất nước từ bề mặt bê tông diễn ra nhanh hơn sự di
chuyển của nước từ bên trong đến bề mặt, bề mặt của bê tông sẽ trở nên khô. Điều này
tạo ra độ ẩm áp suất mà kết quả là bề mặt bê tông nứt trong khi vẫn còn trong tình trạng
dẻo. Độ
lớn của co ngót dẻo và các vết nứt do co ngót dẻo tùy thuộc vào môi trường xung
quanh bao gồm nhiệt độ, độ ẩm tương đối và vận tốc gió. Nói cách khác, nó phụ thuộc
vào tỷ lệ bốc hơi nước từ bề mặt bê tông.
Khi tốc độ bay hơi vượt quá 1
kg/m
2
/giờ nên được cân nhắc các biện
pháp để giảm hoặc loại bỏ các vết nứt do
co ngót dẻo.
Các vết nứt do co ngót dẻo nếu
không chú ý sẽ ảnh hưởng đến độ bền bê
tông.
Hình 2.1 - Các vết nứt co ngót dẻo điển hình.
b. Biến dạng co ngót
Bê tông dẻo khi được nung hoặc xử lý bằng cách khác, nếu bê tông không thay đổi
thì sẽ không vết nứt. Nếu có bất ký vấn đề với việc sử dụng cốt thép hoặc lượng lớn cốt
liệu, thì sau đó sẽ tạo ra khoảng trống hoặc các vết nứt. Điều này được gọi là các vết nứt

biến dạng, thường xảy ra ở các xà, dầm có chiều cao lớn.
c. Dề
nh nước
Nước là thành phần nhẹ nhất trong tất cả các thành phần khác trong bê tông, dềnh
nước, tức là, sự trào nước lên trên khi đổ bê tông, điều này thường xảy ra một cách tự

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 21 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

nhiên. Nước trào lên, trong những tình huống nhất định, thì xuất hiện tại bề mặt và trong
một số trường hợp khác có thể không lên đến bề mặt.
Nước bị mắt kẹt bởi mặt phẳng của cốt liệu và cốt thép và được tích lũy ở đây, tập
hợp như vậy được gọi là chảy máu bên trong. Ngoài việc chảy máu bên trong, ,nước tiếp
tục có thể xuất ra và tích tụ trên b
ề mặt bê tông.
Nước bị mắc kẹt bên dưới phần phẳng của tập hợp cốt liệu và cốt thép ảnh hưởng
nặng nề đến liên kết giữa vữa xi măng cứng và cốt liệu hoặc cốt thép trong trường hợp tỷ
lệ W/C cao. Bề mặt rất dễ dàng bị nứt do áp lực từ sự co ngót nhiệt hoặc sự tản nhiệt của
hydrat hóa và co ngót khô, b
ề mặt này sẽ trở thành một liên kết yếu trong bê tông. Khi có
tải trọng, các vết nứt trở nên nhiều hơn và làm cho bê tông dễ bị suy thoái do ảnh hưởng
từ môi trường. Khi nước xuất hiện ở bề mặt bê tông, nó bị bốc hơi làm cho bề mặt trở nên
xốp khiến cho tính kháng mòn của bê tông giảm. Thông thường, thợ bê tông thường làm
nổi vữa lên khi nước mới dềnh lên ở trên bề mặt. Tuy nhiên, việc quá tập trung vào bề
mặt trên cùng khiến phần cốt liệu thô chìm xuống và trả lại các hạt mịn của xi măng và
nước. Như vậy trên bề mặt được tạo thành từ vật liệu quá mịn với quá nhiều nước sẽ dẫn
đến các vết nứt và dễ hư nát, ảnh hưởng đến độ bền của bê tông.
d. Xử lý không kịp

Yêu cầu cơ bản cho bê tông tốt là duy trì quá trình hydrat hóa không bị gián đoạn,

đặc biệt là ở giai đoàn đầu khi quá trình hydrat hóa diễn ra nhanh hơn. Nếu bê tông mới
bị khô nhanh do nắng nóng, gió khô và giảm độ ẩm tương đối, bề mặt trên cùng của bê
tông là sẽ không có nước đủ cho quá trình hydrat hóa liên tục. Điều này dẫn đến như mô
tả ở trên, bê tông sẽ hình thành các vết nứt do co ngót dẻo, các sản phẩm hydrat hóa hình
thành kèm theo tất cả các dị tật khác trong c
ấu trúc của vữa xi măng đã hydrat hóa.
Xi măng hiện đại cao cấp mịn với lượng C
3
S cao hơn nên sẽ cần nhiều bước xử lý
từ ban đầu, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết nóng. Việc trì hoãn hay gián đoạn trong xử
lý, tiến hành không liên tục hay không xử lý trong một khoảng thời gian nhất định là một
thói quen xấu thường gặp ở hầu hết các công trường xây dựng hiện nay. Những thói quen
trên làm bê tông không được bảo dưỡng đầy đủ đúng quy trình là một trong những
nguyên nhân chính dẫn đế
n cường độ và độ bền của kết cấu bê tông trở nên kém.
2.1.1.2 Nứt kết cấu
a. Chuyển động ván khuôn

Trong nhiều công trình xây dựng, việc thiết kế đầy đủ các tiêu chuẩn của ván

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 22 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

khuôn, đà giáo thường không được quan tâm đúng mức.
Các ván khuôn thường được làm theo cách không giống nhau. Những ván như vậy
có thể không duy trì được độ cứng cần thiết, đặc biệt là khi bê tông ướt được đầm và
rung. Hiện tượng chuyển vị, uốn, biến dạng của ván khuôn khi bê tông được đầm chặt
nếu không được chú ý có thể gây ra các vết nứt trong bê tông.
b. Thừa rung

Nhìn chung, thừa sự rung thường gây
ra sự tách rời vật liệu làm ảnh hưởng đến
tính đồng nhất của hỗn hợp bê tông. Khi sử
dụng bê tông có độ dẻo cao để bơm cần
phải chú ý đến công tác đầm rung. Bê tông
bị phân tầng thì các vị trí không có các cốt
liệu thô sẽ co nhiều hơn các vị trí đồng nhất
gây ra nhiều vết nứt hơn.
Hình 2.2 - Vật liệu bị tách rời do thừa rung
c.
Biến dạng nền đắp
Trong thi công đúc dầm trên đà giáo cố định hay mặt đường BTXM, việc thi công
lu lèn nền đắp thường không được quan tâm đúng mức. Hiện tượng nền đắp bị lún khi bê
tông bắt đầu ninh kết nếu không được chú ý có thể gây ra các vết nứt trong bê tông.
Biến dạng của nền đắp phụ thuộc vào nhiều nhân tố mà trong đó chủ yếu là :
- Độ chặt của nền đắp: Độ chặt ban đầu củ
a nền đắp có quan hệ chặt chẽ với độ bền
vững của kết cấu. Nền đắp càng chặt thì kết cấu càng vững chắc, và tính lún càng bé.
- Tình trạng kết cấu của đất: Kết cấu của đất càng bị xáo trộn, thì cường độ liên kết
giữa các hạt càng yếu đi, do đó tính nén lún
của đất càng tăng. Thực tế đã cho thấy rằng,
cùng một loạ
i đất, nhưng nếu kết cấu bị xáo
động hay phá hoại thì đất sẽ lún nhiều hơn so
với khi kết cấu còn nguyên dạng.
Hình 2.3 – Hệ đà giáo đúc dầm tại chỗ
đặt trên nền đắp đã được lu lèn chặt
d. Hoàn thiện

Hoàn thiện là một bước quan trọng trong trường hợp kháng mài mòn là một yếu tố

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 23 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

quan trọng, chẳng hạn như: Mặt đường, vỉa hè, sân bay, nhà máy, sân cảng, sàn kho, Lý
tưởng nhất là vữa xi măng phải có cốt liệu tốt là vữa phải sử dụng cốt liệu thô. Một hỗn
hợp đồng nhất, tránh dư thừa vữa trên bề mặt sẽ gần
như không bị co ngót, mài mòn và có sức đề kháng
tốt. Độ cứng của bê tông khi làm phẳng, mức độ và
phương pháp làm phẳng tấ
t cả sẽ trở nên quan trọng
để cải thiện khả năng chống mài mòn và độ bền của
bề mặt bê tông.
Hình 2.4 – Bề mặt bê tông được hoàn thiện tốt
2.1.2 Sau khi đông cứng
2.1.2.1 Vật liệu không bền
a. Xi măng

Xi măng hợp được xem là yếu khi chúng gây ra mức độ không thể chấp về mặt
khối lượng trong bê tông hoặc vữa, sau đó gây ra các vết nứt làm ảnh hưởng đến độ bền.
Trong xi măng, nếu nguyên liệu chứa nhiều đá vôi, có thể kết hợp với các oxit khác có
tính axit hoặc nếu nguyên liệu không dùng đúng cách đốt cháy đến nhiệt độ cần thiết để
có được đầy đủ kết hợ
p với các oxit khác, xi măng trở nên khá yếu. Tương tự như vậy, sự
hiện diện của MgO có phản ứng với nước theo cách tương tự như CaO cũng có thể gây
nên sự không vững chắc.
Chúng ta đều biết thạch cao được thêm vào với số lượng thích hợp, tùy thuộc vào
lượng C3A để ngăn chặn sự đông cứng. Trong trường hợp thạch cao được thêm vào với
số lượng quá mứ
c, nó có thể gây sự kém bền vững trong xi măng bằng cách làm bê tông

chậm cứng.
b. Cốt liệu thô

Cốt liệu có chứa các vật liệu nhất định như đá phiến sét, đất sét cục, than đá, cho
thấy sự kém vững chắc sau khi trải bê tông ướt và sấy khô hoặc đông lạnh và rã đông.
Việc hấp thu độ ẩm thường được sử dụng như là một chỉ số thô cho độ kém vững chắc.
Nhưng có những thí nghiệm tiêu chuẩn cho sự kém vững chắc của cốt li
ệu thô. Với
những cốt liệu không sạch sẽ là một trong những nguyên nhân góp phần làm giảm độ bền
của bê tông.
Đối với độ ẩm của cốt liệu cũng phải được quan tâm đúng mức vì nó làm ảnh
hưởng tới tỷ lệ cấp phối khi trộn bê tông.

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 24 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

c. Cốt liệu mịn
Hiện tại, cát vàng đang được sử dụng thường xuyên hơn trong các công trình lớn và
thực tế, điều này sẽ vẫn tiếp tục phát triển. Nhưng cát vàng có thể chứa lượng đáng kể
hamg lương bụi bẩn là các tạp chất khi lấy từ các mỏ. Lượng bụi vượt quá 75 micron,
được coi là có hại và quan trọng hơn là nó gây ra vết nứt trong bê tông.
Ở nhiều nơi của nước ta cốt liệu tố
t gần như không có, chúng thường chứa số lượng
không phù hợp các chất hữu cơ và vô cơ của các hạt mịn được gọi là phù sa. Dư phù sa
trên cát ảnh hưởng đến co ngót và cường độ, hâu quả cuối cùng là giảm độ bền kéo và các
vết nứt co ngót. Một trong những nguyên nhân góp phần dẫn đến các vết nứt là sự xuất
hiện của quá nhiều bùn và các tạp chất trong tự nhiên.
2.1.2.2 Co ngót nhiệt lâu ngày (co ngót dẻo - khô)
Co ngót trong bê tông là m
ột trong những yếu tố qua trọng dẫn đến sự thiếu độ bền

của bê tông và là yếu tố chịu trách nhiệm gây ra các vết nứt cả các vết nứt nhỏ với bê tông
cường độ lớn. Các khía cạnh về vết nứt trong bê tông là rất phức tạp, nó liên qua đến
nhiều yếu tố như: độ lớn của độ co, độ nén, độ mở rộng của bê tông, khả năng gi
ảm sức
ép và giai đoạn co ngót bắt đầu diễn ra,…


Hình 2.5 – Ảnh hưởng
của co ngót và sự rão đến sự
nứt bê tông



Hình 2.5 cho thấy ảnh hưởng của co ngót và từ biến đến nứt bê tông. Từ đó ta có
thể thấy rằng những rạn nứt không diễn ra tại điểm dự đoán và có thể tránh được các vết
nứt nếu sức ép do co ngót, sau khi được giảm bớ
t bằng từ biến vẫn ít hơn độ bền kéo của
bê tông. Tình trạng trên không sảy ra ở hầu hết các trường hợp và co ngót nói chung
thường gây ra các vết nứt trong bê tông.
Khi nghiên cứu về co ngót bê tông, có 3 khía cạnh chủ yếu được nêu ra là:
 Co ngót khô
 Co ngót nhiệt liên quan đến nhiệt độ của quá trình hiđrát hóa và làm lạnh trong

Học viên: Vũ Xuân Thành Trang 25 Lớp: XD Cầu hầm K20-1
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật: ”Đánh giá độ bền bê tông và chiến lược sửa chữa…”

quá trình thi công bê tông.
 Co ngót nhiệt liên quan đến bê tông chịu ảnh hưởng của thời tiết, môi trường
xung quanh.
Co ngót khô trong bê tông là một hiện tượng vốn có của bê tông. Co ngót là một

trong những lý do cơ bản gây ra các vết nứt nhỏ trong bê tông. Cơ chế co thường rất phức
tạp. Nói chung mô hình co ngót là một chức năng của xi măng, nước và tỷ lệ W/C.
Trong điều kiện thực tế tại một tỷ lệ W/c không đổi, co ngót tă
ng lên cùng với sự
gia tăng hàm lượng xi măng. Nhưng với một loại vật liệu nhất đinh, nghĩa là với một
lượng nước không đổi, co ngót không bị ảnh hưởng bởi sự gia tăng hàm lượng xi măng,
hoặc co ngót thậm chí giảm do tỷ lệ W/C giảm. Bê tông có tỷ lệ W/C thấp, thường có khả
năng chống co ngót cao hơn. Nhưng không nên quên rằng bê tông cường độ cao hơn,
biến dạ
ng ít hơn, thường giảm áp lực kém hơn và do đó có nhiều vết nứt hơn.







Hình 2.6 – Mô hình sự co ngót xi măng trong mối qua hệ với tỷ lệ W/C và lượng
nước, bê tông được làm ẩm 28 ngày và làm khô trong 450 ngày
Sự co ngót khô diễn ra trong thời
gian dài nếu bê tông chịu ảnh hưởng
của độ ẩm tương đối, thấp hơn.

Hình 2.7 – Phạm vi đường cong
thể hiện co ngót và thời gian của nhiều
lo
ại bê tông bảo quản ở điều kiện độ
ẩm 50 ÷ 70%
Hình 2.7 cho thấy sự so sánh giữa sự co ngót và thời gian. Có thể thấy rằng co ngót
tăng lên theo thời gian nhưng tốc độ thì giảm dần.