Nghiên cứu độ bền sun phát và ion clo của bê tông xi măng mặt đường ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ

i

LỜI CẢM ƠN
Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS Phạm Duy Hữu và
PGS.TS Nguyễn Thanh Sang. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy hướng dẫn đã chỉ
dẫn tận tình, góp ý và định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu để giúp
tôi thực hiện luận án này.
Tôi xin cảm ơn quý thầy, cô trong Bộ môn Đường Bộ, Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng
– Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải đã động viên, nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá
trình làm luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Thế Truyền đã đóng góp các ý kiến cho
luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng Đào tạo sau Đại học trường Đại Học Giao Thông
Vận Tải đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại Trường.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao Thông Vận Tải,
lãnh đạo Khoa Công Trình đã tạo điều kiện để tôi được học tập và nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải 2, Phòng Thí
nghiệm & Kiểm định - Trung tâm Kỹ thuật Đường bộ 3 - Cục Quản lý Đường bộ III
đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập.
Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình và người thân đã giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
Hà Nội, ngày

tháng 07 năm 2016

Tác giả

Hồ Văn Quân


ii

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập –Tự do – Hạnh phúc
Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2016

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu
kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Tác giả luận án

Hồ Văn Quân


iii

MỤC LỤC
Lời cảm ơn .............................................................................................................. i
Lời cam đoan .......................................................................................................... ii
Mục lục .................................................................................................................iii
Danh mục các bảng ............................................................................................... ix
Danh mục các hình vẽ, đồ thị................................................................................ xii
Danh mục các chữ viết tắt, các kí hiệu ................................................................. xiv
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN. ...................................................................................... 5
1.1 KHÁI QUÁT VỀ VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ ............................. 5
1.1.1 Các đặc trưng khí hậu vùng duyên hải Nam Trung bộ .................................... 5
1.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu ....................................................................... 5
1.1.3 Phân vùng môi trường biển Việt Nam ............................................................ 6
1.1.3.1 Vùng ngập nước.......................................................................................... 6

1.1.3.2 Vùng khí quyển trên và ven biển ................................................................. 7
1.1.3.3 Vùng thủy triều lên xuống và sóng đánh ..................................................... 7
1.2 CÁC TÍNH CHẤT THẤM, ĐỘ BỀN VÀ CÁC CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN
CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG ........................................................................................ 7
1.2.1 Các vấn đề chung ........................................................................................... 7
1.2.1.1 Khái niệm bê tông xi măng ......................................................................... 7
1.2.1.2 Phân loại bê tông xi măng ........................................................................... 8
1.2.1.3 Cấu trúc của bê tông xi măng ...................................................................... 9
1.2.2 Các tính chất thấm của bê tông xi măng ....................................................... 13
1.2.2.1 Quá trình vận chuyển ................................................................................ 13
1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất thấm của bê tông xi măng ................. 15
1.2.3 Độ bền của bê tông xi măng và các cơ chế suy giảm độ bền ........................ 15
1.2.3.1 Khái niệm độ bền của bê tông xi măng ..................................................... 15
1.2.3.2 Các cơ chế suy giảm độ bền của bê tông xi măng...................................... 17


iv
1.3 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG .............. 24
1.3.1 Phân loại mặt đường ô tô có lớp mặt bằng bê tông xi măng ......................... 24
1.3.1.1 Mặt đường BTXM thường có khe nối (JPCP) ........................................... 24
1.3.1.2 Mặt đường BTCT có khe nối (JRCP) ........................................................ 24
1.3.1.3 Mặt đường BTCT liên tục (CRCP)............................................................ 25
1.3.2 Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng ............................................................. 25
1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN THẾ
GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ........................................................................................ 27
1.4.1 Các nghiên về độ bền của bê tông xi măng trên thế giới ............................... 27
1.4.1.1 Các nghiên cứu về độ bền sun phát của bê tông xi măng ........................... 27
1.4.1.2 Các nghiên cứu về độ thấm và hệ số khuyếch tán ion clo của bê tông ....... 29
1.4.1.3 Các nghiên cứu về thời gian khởi đầu ăn mòn, thời gian lan truyền ăn mòn
cốt thép và tuổi thọ của kết cấu bê tông..................................................................... 34

1.4.2 Các nghiên cứu về độ bền của bê tông xi măng trong nước .......................... 36
1.5 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................................ 39
1.6 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU............................................................................ 40
1.7 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................ 40
1.7.1 Nội dung nghiên cứu. ................................................................................... 40
1.7.2 Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 41
1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ............................................................................... 41
Chương 2: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ TỐC ĐỘ CACBONAT HÓA, ĐỘ THẤM
ION CLO VÀ NỒNG ĐỘ CLO BỀ MẶT BÊ TÔNG CỦA MỘT SỐ KẾT CẤU BÊ
TÔNG Ở KHU VỰC QUẢNG NAM - ĐÀ NẴNG .................................................. 43
2.1 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CACBONAT HÓA VÀ ĐỘ THẤM ION CLO CỦA MỘT
SỐ MẶT BTXM Ở KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG .................................. 43
2.1.1 Xác định hệ số cacbonat hóa của một số mặt đường bê tông xi măng ở khu
vực Quảng Nam – Đà Nẵng ...................................................................................... 43
2.1.1.1 Khảo sát, lấy mẫu và thí nghiệm xác định chiều sâu cacbonat hóa ............ 43
2.1.1.2 Kết quả đo chiều sâu cacbonat hóa của các mặt đường BTXM ................. 44


v
2.1.1.3 Xác định hệ số cacbonat hóa của một số mặt đường BTXM ..................... 46
2.1.1.4 Đánh giá chất lượng mặt đường BTXM .................................................... 47
2.1.2 Thí nghiệm xác định độ thấm ion clo của mặt đường BTXM ở khu vực Quảng
Nam – Đà Nẵng ........................................................................................................ 47
2.1.2.1 Chuẩn bị mẫu ............................................................................................ 47
2.1.2.2 Tiến hành thí nghiệm ................................................................................ 48
2.1.2.3 Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 50
2.2 PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ CLO BỀ MẶT BÊ TÔNG THEO
THỜI GIAN CÁC CÔNG TRÌNH BTCT VEN BIỂN Ở KHU VỰC ĐÀ NẴNG ..... 50
2.2.1 Phương pháp xác định nồng độ clo bề mặt của các công trình xây dựng. .... 51
2.2.2 Lấy mẫu bê tông thí nghiệm xác định nồng độ clo bề mặt bê tông ............... 52

2.2.3 Phân tích kết quả thí nghiệm ........................................................................ 53
2.2.4 Phân tích sự thay đổi của nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian ............ 54
2.3 DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM ĐANG KHAI THÁC Ở
KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG DO CACBONAT HÓA VÀ XÂM NHẬP
ION CLO .................................................................................................................. 58
2.3.1 Dự báo tuổi thọ của mặt đường BTXM đang khai thác ở khu vực Quảng Nam
– Đà Nẵng do cacbonat hóa ...................................................................................... 58
2.3.2 Dự báo tuổi thọ của mặt đường BTXM đang khai thác ở khu vực Quảng Nam
– Đà Nẵng do xâm nhập ion clo ................................................................................ 59
2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ............................................................................... 63
Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG
CƯỜNG ĐỘ, ĐỘ BỀN SUN PHÁT VÀ ĐỘ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG......65
3.1 CÁC YÊU CẦU CỦA XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG TRONG
XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ .......................................................................... 65
3.1.1 Các yêu cầu đối với xi măng dùng trong xây dựng mặt đường ô tô................65
3.1.2 Các yêu cầu đối với BTXM dùng trong xây dựng mặt đường ô tô................ 65
3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG .............................. 67
3.2.1 Xi măng. ...................................................................................................... 67


vi
3.2.2 Phụ gia khoáng ............................................................................................ 69
3.2.2.1 Tro bay. .................................................................................................... 69
3.2.2.2 Muội silic.................................................................................................. 70
3.2.3 Cốt liệu lớn. ................................................................................................. 71
3.2.4 Cốt liệu nhỏ ................................................................................................. 73
3.2.5 Phụ gia siêu dẻo ........................................................................................... 75
3.3 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG .......................................................... 75
3.3.1 Phương pháp ACI 211 ................................................................................. 75
3.3.1.1 Tiêu chuẩn ACI 211.1-97 .......................................................................... 75

3.3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 211.4R – 08..................................................................... 81
3.3.2 Tính toán thiết kế thành phần bê tông .......................................................... 84
3.3.2.1 Tính toán thành phần bê tông cấp 30 MPa................................................. 84
3.3.2.2 Tính toán thành phần bê tông cấp 40 MPa................................................. 86
3.3.2.3 Tính toán thành phần bê tông cấp 50 MPa................................................. 88
3.3.2.4 Thử độ sụt để xác định lượng phụ gia siêu dẻo.......... ................................ 90
3.4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ KÉO UỐN VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN
CỦA CÁC LOẠI BÊ TÔNG .................................................................................... 91
3.4.1 Số lượng mẫu thí nghiệm ............................................................................. 91
3.4.2 Công tác đúc và bảo dưỡng các mẫu bê tông ................................................ 91
3.4.3 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén của bê tông .......... 93
3.4.4 Xác định cường độ kéo uốn và cường độ nén đặc trưng của bê tông ............ 94
3.4.5 So sánh với yêu cầu của BTXM dùng để xây dựng mặt đường ô tô............ 102
3.5 THÍ NGHIỆM ĐỘ BỀN SUN PHÁT CỦA CÁC LOẠI BTXM .................. 103
3.5.1 Số lượng mẫu thí nghiệm ........................................................................... 103
3.5.2 Công tác đúc và bảo dưỡng các mẫu bê tông .............................................. 103
3.5.3 Công tác thí nghiệm ................................................................................... 103
3.5.3.1 Xác định chiều dài ban đầu của các mẫu bê tông. .................................... 103
3.5.3.2 Xác định độ thay đổi chiều dài của các mẫu bê tông. .............................. 104


vii
3.6 THÍ NGHIỆM ĐỘ THẤM ION CLO CỦA CÁC LOẠI BTXM .................. 108
3.6.1 Số lượng mẫu thí nghiệm, công tác đúc và bảo dưỡng các mẫu bê tông. .... 108
3.6.2 Công tác thí nghiệm ................................................................................... 110
3.6.3 Kết quả thí nghiệm..................................................................................... 110
3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ............................................................................. 112
3.7.1 Về các đặc trưng cường độ của bê tông xi măng ........................................ 112
3.7.2 Về độ bền sun phát và độ chống thấm ion clo của bê tông xi măng ............ 112
Chương 4: DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ

DỤNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG MỚI Ở KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG DO
XÂM NHẬP ION CLO .......................................................................................... 113
4.1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ TUỔI THỌ ..................................................... 113
4.1.1 Khái niệm về thiết kế tuổi thọ .................................................................... 113
4.1.2 Cơ sở để thiết kế tuổi thọ ........................................................................... 114
4.1.2.1 Tuổi thọ .................................................................................................. 114
4.1.2.2 Các mô hình suy giảm độ bền ................................................................. 115
4.2 KHÁI QUÁT KHUNG THIẾT KẾ TUỔI THỌ............................................ 116
4.2.1 Thiết kế hệ số tải trọng và sức kháng (LRFD) ............................................ 116
4.2.1.1 Phương trình thiết kế ............................................................................... 116
4.2.1.2 Các biến sức kháng và tải trọng .............................................................. 117
4.2.1.3 Các giá trị đặc trưng ................................................................................ 117
4.2.1.4 Các giá trị thiết kế và các hệ số riêng phần .............................................. 117
4.3 XÂM NHẬP ION CLO, KHỞI ĐẦU ĂN MÒN CỐT THÉP ....................... 119
4.3.1 Phương trình thiết kế.................................................................................. 119
4.3.2 Các giá trị thiết kế ...................................................................................... 120
4.3.3 Giá trị đặc trưng ......................................................................................... 120
4.3.3.1 Hình học ................................................................................................. 120
4.3.3.2 Vật liệu ................................................................................................... 120
4.3.3.3 Thi công.................................................................................................. 120


viii
4.4.3.4 Các tính chất tùy thuộc vào vật liệu và môi trường.................................. 120
4.4 DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM SỬ DỤNG CÁC LOẠI BÊ
TÔNG MỚI DO XÂM NHẬP ION CLO Ở VÙNG KHÍ QUYỂN BIỂN ............... 121
4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. ............................................................................ 128
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................ 129
1. Kết luận .......................................................................................................... 129
2. Những tồn tại, hạn chế .................................................................................... 130

3. Kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo ........................................................ 131
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ
TÀI LIỆU THAM KHẢO


ix

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của nước biển ở khu vực Đà Nẵng........................... 6
Bảng 1.2 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ học và độ bền của bê tông [72] ...... 33
Bảng 1.3 Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ học và độ bền của các mẫu bê tông
đúc tại chỗ và khoan từ mặt đường [107] .................................................................. 34
Bảng 2.1 Thành phần BTXM xây dựng mặt đường ở khu vực QN– ĐN ............... 43
Bảng 2.2 Kết quả đo chiều sâu cacbonat hóa và xác định hệ số cacbonat hóa của
mặt đường BTXM Quảng Nam – Đà Nẵng ............................................................... 45
Bảng 2.3 Kết quả tính toán hệ số cacbonat hóa đặc trưng của BTXM ................... 47
Bảng 2.4 Đánh giá mức độ thấm ion clo của bê tông ............................................ 49
Bảng 2.5 Độ thấm ion clo của mặt đường BTXM ở khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng.
................................................................................................................................. 50
Bảng 2.6 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng clo theo chiều sâu của các công
trình ở vùng khí quyển biển ...................................................................................... 53
Bảng 2.7 Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng clo theo chiều sâu của các công
trình ở vùng thủy triều .............................................................................................. 54
Bảng 2.8 Giá trị các tham số CS và m của các kết cấu bê tông với các điều kiện tiếp
xúc khác nhau ........................................................................................................... 56
Bảng 2.9 Tuổi thọ của mặt đường BTXM ở khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng do
cacbonat hóa ............................................................................................................. 58
Bảng 2.10 Giá trị đặc trưng nồng độ clo tới hạn.................................................... 59
Bảng 2.11 Độ thấm và hệ số khuyếch tán ion clo ở 28 ngày của mặt đường BTXM
ở khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng ............................................................................ 61

Bảng 2.12 Tuổi thọ của mặt đường BTXM ở khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng do
xâm nhập clo ............................................................................................................ 62
Bảng 3.1 Cường độ nén và cường độ kéo uốn yêu cầu của xi măng dùng trong xây
dựng mặt đường BTXM............................................................................................ 66
Bảng 3.2 Các chỉ tiêu hóa, lý của xi măng dùng trong xây dựng mặt đường BTXM
................................................................................................................................. 66


x
Bảng 3.3 Các chỉ tiêu yêu cầu của bê tông dùng trong xây dựng mặt đường ô tô .. 67
Bảng 3.4 Thành phần khoáng vật của các loại xi măng sản xuất tại Việt Nam ...... 68
Bảng 3.5 Các chỉ tiêu cơ, lí của xi măng Nghi Sơn PCB40 ................................... 68
Bảng 3.6 Kết quả xác định lượng nước yêu cầu và độ hoạt tính của TB ................ 69
Bảng 3.7 Các tính chất của tro bay theo ASTM C618:05 và TCVN 10302:2014 .. 69
Bảng 3.8 Kết quả xác định độ hoạt tính của muội silic .......................................... 70
Bảng 3.9 Các chỉ tiêu của muội silic theo ASTM C1240 ...................................... 70
Bảng 3.10 Yêu cầu đối với bê tông tiếp xúc với các môi trường xâm thực nặng ... 71
Bảng 3.11 Các chỉ tiêu cơ, lí yêu cầu của cốt liệu lớn dùng làm mặt đường BTXM.
................................................................................................................................. 72
Bảng 3.12 Các chỉ tiêu cơ, lí của đá gốc Granit ở mỏ đá Phước Tường- Đà Nẵng..72
Bảng 3.13 Các chỉ tiêu cơ, lí của đá Dmax = 19 mm ở mỏ đá Phước Tường – Đà
Nẵng ......................................................................................................................... 73
Bảng 3.14 Thành phần hạt của đá dăm ở mỏ đá Phước Tường – Đà Nẵng .............73
Bảng 3.15 Các chỉ tiêu cơ, lý yêu cầu của cát dùng làm mặt đường BTXM .......... 74
Bảng 3.16 Các chỉ tiêu cơ, lí của cát vàng Túy Loan – Đà Nẵng ........................... 74
Bảng 3.17 Thành phần hạt của cát vàng Túy Loan – Đà Nẵng........................... .... 74
Bảng 3.18 Các chỉ tiêu của phụ gia siêu dẻo Glinium 113..................................... 75
Bảng 3.19 Độ sụt của hỗn hợp bê tông theo loại kết cấu ....................................... 76
Bảng 3.20 Lượng nước trộn và hàm lượng không khí của bê tông tươi ................. 76
Bảng 3.21 Mối quan hệ giữa tỉ lệ N/CKD và cường độ nén .................................. 78

Bảng 3.22 Thể tích của đá dăm đã đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông ....... 78
Bảng 3.23 Đề xuất độ sụt cho bê tông có và không có phụ gia siêu dẻo ................ 81
Bảng 3.24 Đề xuất độ sụt của hỗn hợp bê tông theo loại kết cấu ........................... 81
Bảng 3.25 Kích thước lớn nhất của cốt liệu lớn............................... ...................... 82
Bảng 3.26 Thể tích của đá dăm đã đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông ....... 82
Bảng 3.27 Lượng nước trộn và hàm lượng không khí của bê tông tươi trên cơ sở sử
dụng cát có độ rỗng 35% .......................................................................................... 83


xi
Bảng 3.28 Gía trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông được sản xuất không
có phụ gia siêu dẻo ................................................................................................... 83
Bảng 3.29 Gía trị tối đa N/CKD khuyên dùng đối với bê tông được sản xuất có phụ
gia siêu dẻo............................... ................................................................................. 83
Bảng 3.30 Thành phần bê tông cấp 30, 40 và 50 MPa........................................... 90
Bảng 3.31 Số lượng các mẫu bê tông để thí nghiệm cường độ kéo uốn và nén...... 91
Bảng 3.32 Gía trị của kn cho giá trị đặc trưng 5% ................................................. 94
Bảng 3.33 Cường độ kéo uốn và cường nén đặc trưng của các loại bê tông ......... 95
Bảng 3.34 Tỉ số f’c/ f’c28, f’c/f’c0MS0TB và f’cn/f’cku của các loại bê tông ................... 98
Bảng 3.35 So sánh với cường độ kéo uốn yêu cầu của BTXM làm mặt đường ... 102
Bảng 3.36 Chiều dài ban đầu các mẫu bê tông sau khi bảo dưỡng ẩm 28 ngày ... 104
Bảng 3.37 Độ thay đổi chiều dài các mẫu bê tông theo thời gian ngâm ............... 105
Bảng 3.38 Độ thay đổi chiều dài trung bình các mẫu bê tông theo thời gian ngâm
............................................................................................................................... 106
Bảng 3.39 Tỉ số độ giãn nở của bê tông 7MS0TB, 5MS15TB so với bê tông
0MS0TB ................................................................................................................. 107
Bảng 3.40 Số lượng các mẫu bê tông để thí nghiệm độ thấm ion clo .................. 109
Bảng 3.41 Độ thấm ion clo của các loại bê tông xi măng .................................... 109
Bảng 3.42 Tỉ số Q28/Q280MS0TB, Q56/Q560MS0TB và Q56/Q28 của các loại BTXM ..... 110
Bảng 4.1 Giá trị đặc trưng của hệ số bảo dưỡng bê tông ..................................... 120

Bảng 4.2 Giá trị đặc trưng của hệ số môi trường với bê tông thường .................. 121
Bảng 4.3 Giá trị đặc trưng hệ số tuổi của bê tông ................................................ 121
Bảng 4.4 Độ thấm và hệ số khuyếch tán ion clo của các loại BTXM ở 28 ngày .. 123
Bảng 4.5 Tuổi thọ của mặt đường BTXM do xâm nhập ion clo ở vùng khí quyển
biển......................................................................................................................... 125
Bảng 4.6 Tỉ số tbđ/tyc, tbđ/tbđ0MS0TB và tbđ/tbđMĐ của các loại mặt đường BTXM..... 126


xii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Phân vùng môi trường biển Việt Nam [9]................................................. 6
Hình 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm của bê tông [91]. ........................... 15
Hình 1.3 Suy giảm độ bền theo thời gian của bê tông xi măng [96] .. ................... 16
Hình 1.4 Vùng xâm nhập cacbonat hóa đạt đến cốt thép [77]................................ 21
Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn clo gây ăn mòn cốt thép [99]. ........................................ 22
Hình 1.6 Thể tích tương đối của các sản phẩm ăn mòn so với thể tích sắt [88]...... 24
Hình 1.7 Các hư hại do ăn mòn gây ra nứt, vỡ, tách lớp bê tông [86] .................... 24
Hình 1.8 Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường ở mép tấm BTXM ......................... 25
Hình 1.9 Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường tại góc tấm BTXM ......................... 26
Hình 1.10 Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường tại vị trí cống hộp (cống chui) ...... 26
Hình 1.11 Cấu tạo và bố trí cốt thép gia cường tại vị trí cống tròn ........................ 27
Hình 1.12 Ảnh hưởng của MS và TB đến sức kháng sun phát của bê tông [102] .. 28
Hình 1.13 Ảnh hưởng của hàm lượng MS, TB và tỉ lệ N/CKD vào độ thấm
ion clo của các loại bê tông ở 28 ngày [79].. ............................................................. 32
Hình 1.14 Tuổi thọ của kết cấu bê tông cốt thép theo mô hình của Tuuti [103] ..... 35
Hình 2.1 Xác định chiều sâu cacbonat hóa của mặt đường BTXM........................ 44
Hình 2.2 Thí nghiệm độ thấm ion clo của các mẫu bê tông.. ................................. 49
Hình 2.3 Công tác khoan lấy mẫu bê tông để xác định hàm lượng clo theo chiều sâu
................................................................................................................................. 52

Hình 2.4 Đường cong hồi qui của công trình mặt đường BTXM 4 tuổi ở vùng khí
quyển biển. ............................................................................................................... 55
Hình 2.5 Đường cong hồi qui của công trình trụ cầu 19 tuổi ở vùng thủy triều.. ... 55
Hình 2.6 Đường cong thể hiện nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian của các kết
cấu bê tông ở vùng khí quyển biển ............................................................................ 57
Hình 2.7 Đường cong thể hiện nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian của các kết
cấu bê tông ở vùng thủy triều. ................................................................................... 57
Hình 2.8 Hệ số khuyếch tán ion clo ở 28 ngày của mặt đường BTXM ở khu vực
Quảng Nam – Đà Nẵng ............................................................................................. 61


xiii
Hình 2.9 Quan hệ giữa tuổi thọ của mặt đường BTXM ở khu vực Quảng Nam – Đà
Nẵng do xâm nhập ion clo và chiều dày lớp bê tông bảo vệ ...................................... 62
Hình 3.1 Thử độ sụt của các hỗn hợp bê tông ....................................................... 92
Hình 3.2 Công tác đúc và bảo dưỡng các mẫu bê tông .......................................... 92
Hình 3.3 Thí nghiệm kéo uốn và nén các mẫu bê tông. ......................................... 93
Hình 3.4 Biểu đồ phát triển cường độ kéo uốn của các loại BTXM ...................... 99
Hình 3.5 Quan hệ giữa cường độ kéo uốn và tỉ lệ N/CKD của các loại BTXM ..... 99
Hình 3.6 Biểu đồ phát triển cường độ nén của các loại BTXM ............................. 99
Hình 3.7 Quan hệ giữa cường độ nén và tỉ lệ N/CKD của các loại BTXM .......... 100
Hình 3.8 Đo độ giãn nở của các mẫu bê tông theo thời gian ngâm trong dung dịch
Natri sun phát 10% ................................................................................................. 106
Hình 3.9 Độ giãn nở của các loại BTXM khi ngâm trong dung dịch sun phát ..... 107
Hình 3.10 Quan hệ giữa tỉ lệ N/CKD và độ giãn nở sun phát ở 28 tuần ngâm của các
loại BTXM ............................................................................................................. 107
Hình 3.11 Tỉ số  L/  L0MS0TB của các loại BTXM ............................................. 108
Hình 3.12 Độ thấm ion clo ở 28 và 56 ngày của các loại bê tông xi măng........... 110
Hình 3.13 Tỉ số Qtb/QtbĐC ở 28 và 56 ngày của các loại bê tông xi măng ............. 111
Hình 4.1 Các biến cố liên quan đến tuổi thọ của công trình [58] ......................... 114

Hình 4.2 Quan hệ giữa tỉ lệ N/CKD và hệ số khuyếch tán ion clo D28 của bê tông
............................................................................................................................... 123
Hình 4.3 Quan hệ giữa tỉ lệ N/CKD và tuổi thọ của mặt đường BTXM do xâm nhập
ion clo ở vùng khí quyển biển ................................................................................. 126
Hình 4.4 Tuổi thọ của mặt đường BTXM do xâm nhập ion clo ở vùng khí quyển
biển......................................................................................................................... 127


xiv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÍ HIỆU
A

Hệ số phụ thuộc nồng độ clo bề mặt bê tông CS và nồng độ clo tới
hạn gây ăn mòn cốt thép CCR, điều kiện thi công và môi trường.

AASHTO

American Association of State Highway and Transportation
Officials (Hiệp hội những người làm vận tải và đường bộ Hoa
Kỳ)

ACI

American concrete institute (Viện bê tông Hoa Kỳ)

ASTM

American society of testing materials (Hiệp hội Vật liệu và Thử
nghiệm Hoa Kỳ)

B

Khối lượng 1 m3 bê tông tươi

BS

British standards (Tiêu chuẩn Anh Quốc)

BTCT

Bê tông cốt thép

BTXM

Bê tông xi măng

C

Cát vàng

CCL

Nồng độ clo

CS

Nồng độ clo bề mặt

CCR

Nồng độ clo tới hạn gây ăn mòn cốt thép

CKD

Chất kết dính

Dt

Hệ số khuyếch tán ion clo ở thời điểm t

D28

Hệ số khuyếch tán ion clo ở 28 ngày

Đ

Đá dăm

f’cku

Cường độ kéo uốn đặc trưng

f’cn

Cường độ nén đặc trưng

h

Chiều dày tấm bê tông xi măng

hc

Chiều sâu cacbonat hóa của bê tông xi măng

kc

Hệ số kể đến điều kiện bảo dưỡng của bê tông

ke

Hệ số kể đến điều kiện môi trường tiếp xúc

kn

Hệ số cho giá trị đặc trưng 5%


xv
Kca

Hệ số cacbonat hóa

KK

Không khí

Lc

Chiều dài của thanh chuẩn

Lt

Chiều dài của mẫu ở độ tuổi t

L0

Chiều dài ban đầu của mẫu

LRFD

Thiết kế theo hệ số tải trọng và sức kháng (Load and Resistance
Factor Design)

m

Hệ số tuổi của bê tông

MK

Metakaolanh

MS

Muội silic

N

Nước

N/CKD

Tỉ lệ nước-chất kết dính

N/X

Tỉ lệ nước-xi măng

PGSD

Phụ gia siêu dẻo

Q

Độ thấm ion clo

Rku

Cường độ kéo uốn

Rn

Cường độ nén

S

Độ lệch chuẩn

t

Thời gian

TB

Tro bay

tbđ

Thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TT

Tro trấu

x

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép

xc

Số đọc trên đồng hồ khi đo chiều dài của thanh chuẩn

xm

Số đọc trên đồng hồ khi đo chiều dài của mẫu bê tông

X

Xi măng

XLC

Xỉ lò cao


c

xvi
Khối lượng riêng của cát

đ

Khối lượng riêng của đá

 MS

Khối lượng riêng của muội silic

N

Khối lượng riêng của nước

 TB

Khối lượng riêng của tro bay

x

Khối lượng riêng của xi măng

L

Độ thay đổi chiều dài các mẫu bê tông

x

Dung sai lớp bê tông bảo vệ cốt thép


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) được xây dựng đầu tiên tại Bellefontaine,
Ohio vào năm 1891 bởi George Bartholomew, hơn 100 năm sau đó, một phần mặt
đường của Ông vẫn còn được sử dụng. Tuy nhiên, thời đó loại mặt đường này chưa có
tên gọi là bê tông xi măng. Đến năm 1913, 37 km (23 dặm) của mặt đường bê tông chỉ
với chiều rộng 2,70 m (9,0 foot), dày 125 mm (5 inch) được xây dựng gần Pine Bluff,
Arkansas với chi phí một đô la mỗi foot (0,305 m), đây được xem là mặt đường bê
tông xi măng đúng nghĩa đầu tiên trên thế giới [90]. Sau khoảng hơn 100 năm phát
triển cho đến nay, mặt đường bê tông đã có những phát triển vượt bậc và trở thành mặt
đường quan trọng trong hệ thống đường giao thông ở các nước trên thế giới, đặc biệt là
đường cao tốc.
Ở một số nước khu vực Châu Á như Trung Quốc, Thái Lan mặt đường BTXM
chiếm từ 30-40% tổng chiều dài các đường cao tốc và trục chính. Tại Hàn Quốc, mặt
đường BTXM chiếm khoảng 65% tổng chiều dài các đường cao tốc. Tại Nhật Bản,

khoảng 50-60% là mặt đường BTXM, những năm gần đây tỉ lệ mặt đường BTXM ở
Nhật Bản đã giảm đáng kể vì những lí do khác nhau, trong đó có lý do nâng cấp hệ
thống đường bê tông cũ. Tại Mỹ, khoảng 60% hệ thống đường Liên Bang là BTXM,
đặc biệt là khu vực đô thị nơi được dự báo về một lưu lượng giao thông rất lớn, BTXM
được lựa chọn là giải pháp chính cho mặt đường. Tại Bỉ, đối với đường cao tốc, mặt
đường BTXM chiếm khoảng 40%; đối với đường tỉnh lộ, mặt đường BTXM chiếm
khoảng 37% [17].
Ở Việt Nam, ở thập niên 80 của thế kỉ 20, một số đoạn đường được xây dựng bằng
mặt đường BTXM như Quốc Lộ 3 (đoạn Thái Nguyên – Bắc Cạn), Quốc Lộ 14 (đoạn
Tiên Yên – Móng Cái) và mãi đến đầu thế kỉ 21 loại mặt đường này mới thực sự có
điều kiện để xây dựng. Tuy nhiên, cho đến nay mặt đường BTXM vẫn chiếm một tỉ lệ
khá nhỏ, khoảng 3% mạng lưới đường và 5% hệ thống đường Quốc Lộ [17]. Hiện nay,
Việt Nam đã và đang thực hiện một loạt các dự án đường BTXM kể cả các đường cao
tốc và tương lai gần tỉ lệ mặt đường BTXM sẽ tăng lên đáng kể.
Mặt đường BTXM là loại mặt đường có những ưu việt đặc biệt về tuổi thọ (gấp 2-4
lần so với bê tông nhựa), về khả năng chịu lực, về tính thích ứng (với điều kiện khí hậu


2
và các loại xe), tiết kiệm nhiên liệu xe chạy, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến môi trường,
ít biến động giá cả so với nhựa, tận dụng được các nguồn vật liệu địa phương, ít duy tu
bảo dưỡng. Về mặt giá thành chi phí xây dựng ban đầu mặt đường BTXM thường cao
hơn mặt đường bê tông nhựa nhưng giá thành qui đổi lại rẻ hơn 15-25% [17, 63].
Gjørv nhận định rằng, những vấn đề liên quan đến độ bền đã được đánh giá thấp
trong nhiều năm. Trọng tâm chính được xác định là tính chất cơ học và khả năng chịu
lực của kết cấu, trong khi thiết kế độ bền, chất lượng thi công và quản lý vòng đời đã
bị lãng quên. Ít khi chủ đầu tư của các kết cấu bê tông đưa ra yêu cầu đặc biệt với độ
bền và chất lượng lâu dài với công trình của họ [59].
Trên thế giới, vấn đề thiết kế tuổi thọ của các công trình bê tông và bê tông cốt thép
đã được bắt đầu nghiên cứu từ đầu thập kỉ 80 của thế kỉ 20 và đến nay vấn đề này cũng

vẫn đang tiếp tục nghiên cứu. Ở Việt Nam, vấn đề này gần đây cũng đã có một số tác
giả nghiên cứu, tuy nhiên vẫn chưa được nghiên cứu sâu và còn nhiều hạn chế.
Khu vực duyên hải Nam Trung bộ chiếm một diện tích rất lớn của Việt Nam và là
nơi có bờ biển trải dài từ thành phố Đà Nẵng đến Bình Thuận. Nơi đây thuộc vùng khí
hậu nhiệt đới nóng - ẩm ướt và chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu biển, khu vực
duyên hải Nam Trung bộ cũng là nơi chịu ảnh hưởng nặng nề của tác động biến đổi
khí hậu như: sự gia tăng nhiệt độ, sự xâm nhập mặn do mực nước biển dâng, bão, lũ
[4, 5]. Việc nghiên cứu độ bền sun phát và ion clo của bê tông xi măng mặt đường
trong môi trường khí hậu khắc nghiệt khu vực duyên hải Nam Trung bộ, từ đó đề xuất
biện pháp làm tăng độ bền cho bê tông xi măng mặt đường để kéo dài tuổi thọ đồng
thời giảm được các chi phí duy tu bảo dưỡng thường xuyên và định kỳ, đảm bảo an
toàn trong quản lý và sử dụng là vấn đề mang tính khoa học, kinh tế và thực tiễn.
Do vậy đề tài "Nghiên cứu độ bền sun phát và ion clo của bê tông xi măng mặt
đường ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ " có tính thời sự và cấp thiết.
2. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu tập trung vào các vấn đề sau:
- Khảo sát, đánh giá độ bền (cacbonat hóa, độ thấm ion clo) của một số mặt đường
BTXM đã xây dựng ở khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng.
- Xác định nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian của một số công trình bê tông
cốt thép (BTCT) đã xây dựng ở khu vực Đà Nẵng.


3
- Ảnh hưởng của các phụ gia khoáng tro bay (TB) và muội silic (MS) đến các đặc
trưng cường độ, độ bền sun phát và độ thấm ion clo của các loại bê tông cấp 30, 40 và
50 MPa.
- Dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép) của mặt đường BTXM sử
dụng các loại bê tông mới (có phụ gia khoáng TB và MS) do xâm nhập ion clo ở môi
trường khí quyển biển.
3. Cấu trúc của luận án

Gồm có phần Mở đầu, tiếp theo là 4 Chương, phần Kết luận và Kiến nghị, Danh
mục các công trình của tác giả đã công bố, Danh mục tài liệu tham khảo. Cụ thể là:
- Mở đầu
- Chương 1: Tổng quan
- Chương 2: Khảo sát đánh giá tốc độ cacbonat hóa, độ thấm ion clo và nồng độ clo
bề mặt của một số kết cấu bê tông khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng.
- Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định các đặc trưng cường độ, độ bền sun
phát và độ thấm ion clo của bê tông.
- Chương 4: Dự báo tuổi thọ của mặt đường bê tông xi măng sử dụng các loại bê
tông mới ở khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng do xâm nhập ion clo.
- Kết luận và kiến nghị.
- Danh mục các công trình của tác giả đã công bố.
- Tài liệu tham khảo.
4. Những đóng góp mới của đề tài
- Đánh giá độ bền và tuổi thọ (cacbonat hóa và xâm nhập ion clo) của mặt đường
BTXM đã xây dựng ở khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng do tác động của khí hậu biển.
- Xây dựng công thức xác định nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian của các
công trình BTCT ven biển khu vực Đà Nẵng.
- Thiết kế thành phần bê tông xi măng cấp 30, 40 và 50 MPa sử dụng phụ gia
khoáng TB và MS theo yêu cầu cường độ và độ bền.
- Thực nghiệm đánh giá độ bền sun phát, độ chống thấm ion clo của các cấp bê tông
xi măng 30, 40 và 50 MPa sử dụng phụ gia khoáng TB và MS.


4
- Dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép) của mặt đường BTXM sử
dụng các loại bê tông mới (có phụ gia khoáng TB và MS) do xâm nhập ion clo ở môi
trường khí quyển biển.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận án có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, có tính mới, lần đầu tiên nghiên cứu tính

toán, dự báo tuổi thọ của mặt đường BTXM có cốt thép trong các điều kiện môi
trường biển khu vực duyên hải Nam Trung bộ có xét đến ảnh hưởng của thời gian đến
nồng độ clo bề mặt bê tông. Luận án đã xác định được ảnh hưởng có lợi của các phụ
gia khoáng MS và TB đến các đặc trưng cường độ cũng như độ bền sun phát và độ
chống thấm ion clo của bê tông. Luận án góp phần làm rõ hơn vai trò của MS và TB
trong bê tông xi măng chống lại sự xâm nhập của ion clo, làm tăng tuổi thọ của các
công trình ven biển khu vực duyên hải Nam Trung bộ do xâm nhập ion clo.
Luận án cung cấp một tổng quan, các thông số để dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu
ăn mòn cốt thép) của mặt đường BTXM trong các điều kiện môi trường biển khu vực
Duyên hải Nam Trung bộ, là tài liệu tham khảo cho những nhà nghiên cứu về độ bền
của kết cấu bê tông ở môi trường biển.


5

Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 KHÁI QUÁT VỀ VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ
1.1.1 Các đặc trưng khí hậu vùng duyên hải Nam Trung bộ
Vùng Duyên hải Nam Trung bộ bao gồm toàn bộ vùng đồng bằng và đồi núi thấp
dưới 100m thuộc các tỉnh, thành phố từ Đà Nẵng đến Bình Thuận. Khí hậu cơ bản là
nhiệt đới, gió mùa, không có mùa đông lạnh. Nhiệt độ thấp nhất thường không dưới
100C, nhiệt độ cao nhất có thể vượt 400C. Do ảnh hưởng của biển, biên độ nhiệt độ
ngày cũng như năm đều nhỏ. Phần ven biển chịu ảnh hưởng trực tiếp của bão [6]. Các
đặc trưng khí hậu vùng duyên hải Nam Trung bộ như sau:
- Độ ẩm tương đối trung bình năm 76%-84%, nhìn chung độ ẩm trong năm khá
đồng đều trên các tỉnh của vùng [6].
- Lượng mưa trung bình năm dao động 1250-2450 mm, tập trung từ tháng 9 đến
tháng 1 năm sau (chiếm 65 – 70% lượng mưa cả năm) [6].
- Nhiệt độ không khí trung bình năm từ 25,80 – 27,90°C. Nhiệt độ không khí thấp
nhất và cao nhất trung bình năm từ 23,0-26,00C và từ 29,30-31,00C. Biên độ ngày của

nhiệt độ không khí trung bình năm từ 4,0-8,00C [6].
1.1.2 Tác động của biến đổi khí hậu
Theo số liệu quan trắc, biến đổi của các yếu tố khí hậu ở Việt Nam có những điểm
đáng lưu ý sau:
- Nhiệt độ: Trong khoảng 50 năm qua (1951 - 2000), nhiệt độ trung bình năm ở Việt
Nam đã tăng lên 0,7oC.
- Lượng mưa: Trên từng địa điểm, xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình năm
trong 9 thập kỷ vừa qua (1911- 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ và trên các vùng
khác nhau: có giai đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm xuống [4].
- Mực nước biển dâng: Số liệu mực nước biển đo đạc từ năm 1993-2010 cho thấy
mực nước dâng cho dải ven bờ Việt Nam tăng khoảng 2,9mm/năm, khu vực ven biển
Trung Trung bộ và Tây Nam bộ có xu hướng tăng mạnh hơn [5].
Nhận định xu thế biến đổi khí hậu ở Việt Nam như sau [4]:
- Nhiệt độ trung bình ở Việt Nam có thể tăng lên 30C vào năm 2100.


6
- Lượng mưa có xu thế biến đổi không đồng đều giữa các vùng, có thể tăng (từ 0%
đến 10%) vào mùa mưa và giảm (từ 0% đến 5%) vào mùa khô. Tính biến động của
mưa tăng lên.
- Mực nước biển trên toàn dải bờ biển Việt Nam có thể dâng lên 1 m vào năm 2100.
1.1.3 Phân vùng môi trường biển Việt Nam
Môi trường biển có thể phân thành 4 vùng có ranh giới khá rõ sau đây như hình 1.1
3 Vùng khí quyển trên và ven biển
Vùng gần bờ (20 km)

Ven bờ (1 km) 0,25 km

+ 0,25 km

Vùng sát mép nước
0 Km
Vùng sóng đánh

2

4
1

Hình 1.1 Phân vùng môi trường biển Việt Nam [9]
1/ Vùng hoàn toàn ngập trong nước biển
2/ Vùng nước thủy triều lên xuống (bao gồm cả phần sóng đánh)
3/ Vùng khí quyển trên và ven biển
4/ Vùng đất nước ngầm bờ biển: cách mép nước từ 0 - 0,25 km
Tính chất xâm thực của các vùng thể hiện ở các điểm sau:
1.1.3.1 Vùng ngập nước
Nước biển Việt Nam có thành phần hóa học, độ mặn và tính xâm thực tương đương
với nước biển các nơi khác trên thế giới, chứa khoảng 3,5% tổng các loại muối hòa
tan, cụ thể là: 2,37% NaCl; 0,32% MgCl2; 0,22% MgSO4; 0,13% CaSO4; 0,02%
KHCO3 và một lượng nhỏ CO2 và O2 hòa tan; Độ PH của nước biển là 8,0 [9]. Thành
phần hóa học nước biển khu vực Đà Nẵng được phân tích và ghi ở bảng 1.1
Bảng 1.1 Thành phần hóa học của nước biển khu vực Đà Nẵng
Ion

Cl-

g/kg nước biển 19,20

SO42-

Na+

Mg2+

Ca2+

K+

Tổng muối, %

2,70

10,67

1,28

0,41

0,39

3,47

Bảng 1 cho thấy nước biển khu vực Đà Nẵng tương tự các nơi khác trên thế giới.


7
1.1.3.2 Vùng khí quyển trên và ven biển
Muối trong khí quyển vùng biển kết hợp với độ ẩm cao gây ăn mòn mạnh các kết
cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép. Phân bố độ muối khí quyển cho các phần lãnh thổ
Việt Nam như sau: Miền Bắc (từ 16 độ vĩ bắc trở ra): [Cl-] = 0,9854 X-0,17, sai số 

16%; Miền Nam (từ 16 độ vĩ bắc trở vào): [Cl-] = 3,9156 X-0,22, sai số  23%; Với X:
Khoảng cách từ biển vào bờ (km), [Cl-]: Độ muối khí quyển, mgCl-/m2.ngày [6].
1.1.3.3 Vùng thủy triều lên xuống và sóng đánh
Phần trên đã phân tích kỹ tính chất xâm thực của môi trường nước biển, khí quyển
trên biển và ven biển. Trong vùng thủy triều lên xuống và sóng đánh tính chất xâm
thực của môi trường được tăng cường thêm bởi các yếu tố sau:
- Quá trình khô ướt xảy ra thường xuyên và liên tục theo thời gian, tác động từ ngày
này qua ngày khác lên bề mặt kết cấu đã làm tăng nhanh mức tích tụ ion Cl-, H2O và
O2 từ nước biển và không khí vào trong bê tông thông qua quá trình khuyếch tán nồng
độ và lực hút mao dẫn.
- Ngoài các quá trình ăn mòn hóa học và điện hóa, trên bề mặt các kết cấu còn xảy
ra ăn mòn do sinh vật gây nên bởi các loại hà và sò biển, bị bào mòn cơ học do sóng
biển nhất là vào những ngày dông bão và mùa gió lớn.
Do đặc điểm như vậy nên vùng thủy triều lên xuống và sóng đánh được xem là
vùng xâm thực rất mạnh đối với BTCT, xâm thực mạnh đối với bê tông [9].
1.2 CÁC TÍNH CHẤT THẤM, ĐỘ BỀN VÀ CÁC CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ
BỀN CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG
1.2.1 Các vấn đề chung
1.2.1.1 Khái niệm bê tông xi măng
Bê tông là loại vật liệu đá nhân tạo nhận được sau khi làm rắn chắc hỗn hợp bê
tông. Hỗn hợp bê tông (bê tông tươi) có thành phần được lựa chọn hợp lý gồm xi
măng, nước, cốt liệu (cát, đá dăm hay sỏi) và các chất phụ gia.
Trong bê tông, cốt liệu đóng vai trò là bộ khung chịu lực để tăng cường các đặc tính
cơ học cho bê tông đồng thời làm giảm giá thành cho bê tông. Hỗn hợp bê tông và
nước bao bọc xung quanh các hạt cốt liệu đóng vai trò là chất dính kết đồng thời lấp
đầy khoảng trống giữa các hạt cốt liệu [15].


8
1.2.1.2 Phân loại bê tông xi măng

Bê tông xi măng có nhiều loại, tùy theo yêu cầu có thể phân loại như sau:
* Theo cường độ (Mẫu trụ, đường kính 15 cm, chiều cao 30 cm, tuổi 28 ngày)
- Bê tông thường: có cường độ nén từ 15-60 MPa.
- Bê tông cường độ cao: có cường độ nén từ 60-100 MPa.
- Bê tông cường độ rất cao: có cường độ nén từ 100-150 MPa [15].
- Bê tông chất lượng cao: là bê tông cường độ cao và có các tính năng về độ bền và
biến dạng vượt trội so với bê tông thường. Cụ thể là có cường độ nén từ 60-100 Mpa,
mô đun đàn hồi tăng khoảng 30%, cường độ chịu kéo ép chẻ và mô đun gãy cao, độ
thấm ion clo thấp, từ biến giảm đến 40% [14].
* Theo cốt liệu
Gồm có bê tông cốt liệu đặc, bê tông cốt liệu rỗng, bê tông cốt liệu đặc biệt, bê tông
kêramđit, bê tông cốt liệu kim loại (chống phóng xạ).
* Theo khối lượng thể tích
- Bê tông đặc biệt nặng: có khối lượng thể tích từ 3,0-5,0 g/cm3, chế tạo từ cốt liệu
đặc biệt nặng dùng cho những kết cấu đặc biệt.
- Bê tông nặng: có khối lượng thể tích từ 2,0-2,5 g/cm3, chế tạo từ cát, đá tự nhiên,
dùng cho kết cấu chịu lực.
- Bê tông nhẹ: có khối lượng thể tích từ 0,9-1,8 g/cm3.
- Bê tông đặc biệt nhẹ: có khối lượng thể tích dưới 0,5 g/cm3, dùng trong các kết
cấu đặc biệt.
* Theo công dụng
- Bê tông kết cấu thông thường: dùng trong các kết cấu bê tông cốt thép (móng, cột,
dầm, sàn).
- Bê tông thủy công: dùng để xây dựng đập, âu thuyền, phủ lớp mái kênh, các công
trình dẫn nước...
- Bê tông dùng cho mặt đường, sân bay, lát vỉa hè.
- Bê tông dùng cho kết cấu bao che (thường là bê tông nhẹ).


9

- Bê tông có công dụng đặc biệt như bê tông chịu nhiệt, chịu axit, bê tông chống
phóng xạ [15].
1.2.1.3 Cấu trúc của bê tông xi măng
Bê tông là một loại vật liệu composit không đồng nhất, các tính chất của nó phụ
thuộc vào 3 cấp cấu trúc sau:
- Cấu trúc vĩ mô (macro): là tỉ lệ lớn, xét các ứng xử cơ học để suy ra cường độ của
vật liệu. Bê tông được xem là 3 pha: cốt liệu, hồ xi măng và cấu trúc vùng chuyển tiếp.
Khi tính toán theo mô hình cấu trúc này có thể giả thuyết bê tông là vật liệu đàn hồi và
tính toán theo các công thức của sức bền vật liệu.
- Cấu trúc meso: là tỉ lệ milimet, trong đó các hạt cát được phân biệt với các hạt xi
măng và hạt cốt liệu. Việc quan sát trên kính hiển vi hoặc kính hiển vi điện tử quét với
độ phóng đại 300-1000 lần cho thấy các khuyết tật của cấu trúc là các vết nứt và các
vùng bị phá hủy. Theo mô hình Meso, bê tông được tính toán như các vật liệu phi
tuyến.
- Cấu trúc vi mô: là tỉ lệ 1/100 mm để quan sát các hydrat (Canxi silicat hydrat,
Canxi hydroxit, ...), các hạt bụi, các hạt clinke chưa thủy hóa, các vết nứt vi mô, sự
định hướng của các hạt Canxi hydroxit trong vùng chuyển tiếp, mặt tiếp xúc giữa đá xi
măng và cốt liệu, sự biến đổi của các hydrat trong môi trường xâm thực (ettringite,
phản ứng kiềm cốt liệu) [14].
a. Cấu trúc cốt liệu lớn
Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực phụ thuộc cường độ bản thân cốt liệu
lớn, tính chất cấu trúc (diện tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết giữa
các hạt. Tuy nhiên, thường cường độ bản thân của cốt liệu lớn là cao nên ta loại ra
khỏi diện yếu tố ảnh hưởng. Trong việc chế tạo hỗn hợp bê tông luôn mong muốn xây
dựng một mô hình hỗn hợp bê tông trong đó các hạt cốt liệu lớn tiếp xúc nhiều chiều
với nhau và có hồ kết dính vữa xi măng liên kết giữa chúng. Xây dựng mô hình này
nhằm đưa cấu trúc cốt liệu lớn trở thành cấu trúc chính, quyết định tính chất cấu trúc
vi mô của bê tông và quyết định tính chất chịu lực hỗn hợp của bê tông. Lúc này cấu
trúc của vữa xi măng chuyển xuống thứ yếu và chỉ có tính chất liên kết. Về mặt chịu
lực vữa xi măng chỉ chịu lực tương tác do liên kết giữa các hạt cốt liệu lớn trong bộ

khung mà không chịu lực nội tạng trong lòng nó. Cách xây dựng mô hình cấu trúc bê