Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông_2

Header Page 1 of 85.

LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc
bê tông” đã đƣợc hoàn thành dƣới sự hƣớng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Phạm
Toàn Đức giảng viên khoa Xây dựng trƣờng đại học Hải Phòng. Luận văn đƣợc
hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp chống
ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
Thầy về sự giúp đỡ to lớn này.
Cảm ơn các thầy cô giáo khoa công trình trƣờng Đại học Hàng Hải, cảm ơn
các tác giả của các đề tài đã nghiên cứu và đƣợc công bố về giải pháp khắc phục ăn
mòn bê tông và bê tông cốt thép công biển dƣới tác động của môi trƣờng.
Xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, ngƣời thân và bạn bè
đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua.
Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh
khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân
tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các
công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình./.
Hà Nội, ngày 05 tháng 09 năm 2015.
Tác giả

Nguyễn Văn Ngân

i
Footer Page -Footer Page -Footer Page 1 of 85.


Header Page 2 of 85.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Văn Ngân. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chƣa
từng đƣợc ngƣời nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

TÁC GIẢ

Nguyễn Văn Ngân

ii
Footer Page -Footer Page -Footer Page 2 of 85.


Header Page 3 of 85.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. ii
MỤC LỤC........................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................x
DANH MỤC VIẾT TẮT................................................................................... xi
MỞ ĐẦU............................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................1
2. Mục đích của đề tài ........................................................................................2
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu........................................................2
4. Nội dung luận văn..........................................................................................2
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BÊ TÔNG
VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM .........................4
1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ............4

1.1.1

Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ........................... 4

1.1.2

Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới........ 5

1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam.............8
1.2.1

Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam ............................ 8

1.2.2

Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam ........ 9

CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT
THÉP TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN ................................................................15
2.1 Hiện tƣợng ăn mòn các công trình biển...................................................... 15
2.2 Ăn mòn bê tông ...................................................................................... 16
2.2.1

Ăn mòn hóa học của bê tông ............................................................................. 17

2.2.2

Ăn mòn vật lý của bê tông ................................................................................. 22

2.3 Ăn mòn cốt thép...................................................................................... 23

2.4 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển ............................................................... 26
iii
Footer Page -Footer Page -Footer Page 3 of 85.


Header Page 4 of 85.

2.5 Kết luận chƣơng 2 ................................................................................... 30
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA NƢỚC,
KHÔNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI
TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƢỜNG ..........................................................31
3.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm.................................................................... 32
3.1.1

Cơ sở thành lập đề cƣơng thí nghiệm ............................................................... 32

3.1.2

Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm ............................................................................ 32

3.1.3

Chuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm ..................................................... 35

3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông ..................................................... 36
3.2.1

Nguyên lý tính độ thẩm khí ............................................................................... 36

3.2.2

Quy trình thí nghiệm........................................................................................... 36

3.2.3

Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 38

3.2.4

Kết luận về kết quả đo độ thấm khí của bê tông ............................................. 48

3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nƣớc của bê tông................................................... 49
3.3.1

Nguyên lý tính toán độ thấm nƣớc.................................................................... 49

3.3.2

Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nƣớc ............................................................ 49

3.3.3

Kết quả và thảo luận ........................................................................................... 51

3.3.4

Kết luận về kết quả đo độ thấm nƣớc của bê tông .......................................... 58

3.4 Tƣơng quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê tông khi bê tông
bị phá hủy ...................................................................................................... 58

3.5 Đánh giá ảnh hƣởng của độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ của các công trình thủy
lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông....................................................... 62
3.5.1

Đánh giá tuổi thọ công trình giao thông thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt

thép có nguyên nhân từ sự khuếch tán clorua vào bê tông ............................................ 62
3.5.2

Đánh giá tuổi thọ công trình thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt thép do

khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông .................. 69

3.6 Kết luận chƣơng 3 ................................................................................... 74
CHƢƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÔNG
TRÌNH BIỂN THÔNG QUA ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG ........77
4.1 Thay đổi thành phần khoáng của Xi Măng .................................................... 77
4.2 Nâng cao độ đặc của bê tông ....................................................................... 78
4.3 Biến đổi các sản phẩm thủy hóa................................................................... 79
iv
Footer Page -Footer Page -Footer Page 4 of 85.


Header Page 5 of 85.

4.4 Cốt liệu dùng cho bê tông........................................................................... 80
4.5 Nƣớc cho bê tông....................................................................................... 85
4.6 Phụ gia cho bê tông .................................................................................... 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...........................................................................89
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................91

v
Footer Page -Footer Page -Footer Page 5 of 85.


Header Page 6 of 85.

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Số hiệu

Tên hình vẽ

Trang

Hình 1.1

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

6

Hình 1.2

Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh

7

Hình 1.3

Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi

7

Hình 1.4

Cảng Thƣơng vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng

12

Hình 1.5

Hình 1.6

Hình 1.7

Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử
dụng
Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy
thủy điện Hòa Bình
Xâm thực bê tông do ảnh hƣởng của mực nƣớc thay đổi tại
cống C2 – Hải Phòng

12

13

13

Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nƣớc thay
Hình 1.8

đổi, ăn mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trƣờng nƣớc

13

biển
Hình 1.9

Hình 2.1

Hình 2.2

Hình 2.3

Hình 2.4

Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của
bê tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng
Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn –
Bến Tre
Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát
- Bến Tre
Ca(OH)2 trong bê tông phản ứng với CO2 ngoài không khí để
tạo CaCO3
Vữa xi măng bị dãn nở tạo ra một khe hở đƣợc tạo ra giữa cốt
liệu và vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông
vi

Footer Page -Footer Page -Footer Page 6 of 85.

14

14

16

18

21


Header Page 7 of 85.

Hình 2.5

Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép

23

Hình 2.6

Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông

24

Hình 2.7

Ăn mòn bê tông ở các vùng biển

27

Hình 3.1

Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông

33

Hình 3.2

Khuôn đúc các mẫu thí nghiệm

33

Hình 3.3

Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông

34

Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6

Hình 3.7

Hình 3.8

Hình 3.9

Hình 3.10

Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ
khoét lỗ ở tâm
Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông
Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấpứng suất khác nhau (T= 25oC)
Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60oC)
Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105oC)
Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150oC)
Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở
các nhiệt độ khác nhau

37
37
41

41

42

42

43

Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tƣơng đối K/Ko theo ứng suất trong bê tông

45

Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ

46

Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ

47

Hình 3.14

Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hòa nƣớc của bê
tông

Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc
vii
Footer Page -Footer Page -Footer Page 7 of 85.

48
50


Header Page 8 of 85.

Hình 3.16

Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nƣớc của bê tông trong phòng
thí nghiệm

50

Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nƣớc

51

Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo

51

Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P1 và P2) theo áp lực nƣớc

54

Hình 3.20

Hình 3.21

Hình 3.22

Hình 3.23

Hình 3.24

Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P1) theo ứng suất tƣơng đối
σ/σmax
Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P2) theo ứng suất tƣơng đối
σ/σmax
Tƣơng quan giữa độ thấm khí và độ khuyếch tán clorua khi bê
tông bị
Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân

tán của
Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy của
bê tông

56

57

59

60

60

Hình 3.25 Suy giảm của độ khuếch tán clorua theo thời gian

61

Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ công trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ

65

Hình 3.27 Gia tăng của nồng độ clorua bề mặt theo thời gian

67

Hình 3.28

Hình 3.29

Hình 3.30

Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông cốt thép theo bề dày lớp bê
tông bảo vệ
Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực theo bề dày lớp
bê tông bảo vệ
Ảnh hƣởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công
trình bê tông cốt thép

Hình 3.31 Ảnh hƣởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công

viii
Footer Page -Footer Page -Footer Page 8 of 85.

68

68

70
70


Header Page 9 of 85.

trình bê tông DƢL
Hình 3.32

Hình 3.33

Hình 3.34

Hình 3.35

Hình 3.36

Hình 3.37

Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng bởi sóng biển)
Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy
sau 5 năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng bởi sóng biển)
Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống)
Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy
sau 5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống)
Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển)
Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy
sau 5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển)

ix
Footer Page -Footer Page -Footer Page 9 of 85.

71

72

72

73

73

74


Header Page 10 of 85.

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Số hiệu
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3

Bảng 3.5

Bảng 3.6

Tên bảng

Trang

Giá trị trung bình của lƣu lƣợng khí vào và biến dạng dọc
trục
Sau đây biễu diễn các giá trị độ thấm danh định Ka
Các giá trị độ thấm khí thực K thu đƣợc t

heo nguyên lý

Klinkenberg
Các giá trị độ thấm nƣớc của bê tông theo phƣơng nén mẫu
P1
Các giá trị độ thấm nƣớc của bê tông theo phƣơng ngang P2
(vuông góc với phƣơng nén mẫu P1)

38
39
43

52

53

Bảng 3.7

Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép (Ccr = 0.06 % KLBT)

64

Bảng 3.8

Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực (Ccr = 0.3 % KLBT)

65

Bảng 4.1

Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng

78

x
Footer Page -Footer Page -Footer Page 10 of 85.


Header Page 11 of 85.

DANH MỤC VIẾT TẮT

Ý nghĩa

Tên viết tắt
XM

Xi măng

BT

Bê tông

BTCT

Bê tông cốt thép

BT & BTCT

Bê tông và bê tông cốt thép

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXD

Tiêu chuẩn xây dựng

TCN

Tiêu chuẩn nghành

VLXD

Vật liệu xây dựng

VKHCNXD

Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng

VKHCNGTVT

Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải

TP.HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

xi
Footer Page -Footer Page -Footer Page 11 of 85.

Header Page 12 of 85.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông cốt thép đã đƣợc phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Cho đến
nay bê tông, bê tông cốt thép vẫn là nguồn vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực xây
dựng, giao thông, thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, bê tông côt thép đã và đang
đƣợc sử dụng rất rộng rãi, chất lƣợng và tuổi thọ của bê tông đã đƣợc nghiên cứu
và nâng cao nhiều. Qua tổng kết đánh của các quốc gia trên thế giới thì độ bền thực
tế của các công trình bê tông nhƣ sau: Trong môi trƣờng không có tính xâm thực,
kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100 năm. Trong môi trƣờng có tính
xâm thực mạnh nhƣ các vùng ven biển, độ ẩm lớn, dƣới nƣớc… xẩy ra hiện tƣợng
ăn mòn bê tông cốt thép dẫn đến làm nứt vỡ và phá hủy kết cấu bê tông và BTCT
có thể xuất phát sau 10 đến 30 năm sử dụng.
Qua thực tế các công trình giao thông thủy lợi ở Việt Nam cũng nhƣ nhiều
nƣớc trên thế giới, các công trình bê tông và BTCT sau một thời gian đƣa vào sử
dụng đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình giao thông, thủy lợi nhƣ: trụ cầu
giao thông, dầm cầu giao thông, cống thủy lợi, đê biển…, đã bị môi trƣờng xâm
thực rất mạnh, làm ăn mòn bê tông và cốt thép phá hủy kết cấu của công trình gây
tổn thất rất lớn.
Vì vậy nghiên cứu tìm ra đƣợc các cơ chế ăn mòn BT & BTCT dƣới tác động
của môi trƣờng và đƣa ra các giải pháp khắc phục tình hình ăn mòn BT & BTCT
công trình biển là hết sức cần thiết. Đề tài: “Chống ăn mòn bê tông cốt thép công
trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông” đƣợc đề xuất nhằm đáp ứng
các yêu cầu kỹ thuật và nâng cao chất lƣợng bê tông và bê tông cốt thép.

1
Footer Page -Footer Page -Footer Page 12 of 85.

Header Page 13 of 85.

2. Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu cơ chế ăn mòn của bê tông và bê tông cốt thép dƣới tác động của
môi trƣờng. Đánh giá mức độ ăn mòn phá hủy của bê tông và BTCT dƣới tác động
của môi trƣờng để đƣa ra các biện pháp giảm thiểu khả năng ăn mòn, xâm thực của
bê tông và BTCT.
3. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Sƣu tập, nghiên cứu các các tài liệu trong và ngoài nƣớc đang đƣợc áp dụng
phổ biến trên thế giới và Việt Nam, trong đó có chú ý tới các nội dung có liên quan
tới bê tông tự lèn để lựa chọn hƣớng nghiên cứu, phƣơng pháp hợp lý áp dụng cho
điều kiện Việt Nam.
Phƣơng pháp nghiên cứu bao gồm: Phƣơng pháp lý thuyết và phƣơng pháp
thực nghiệm.
* Phƣơng pháp lý thuyết:
+ Nghiên cứu lý thuyết về các phƣơng pháp phân tích tình hình ăn mòn trong
và ngoài nƣớc. Lựa chọn một số phƣơng pháp để đánh giá tình hình ăn mòn BT &
BTCT công trình thủy lợi và đƣa ra giải pháp khắc phục ăn mòn BT & BTCT công
trình thủy lợi phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Phƣơng pháp thực nghiệm:
+ Xác định các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT công trình biển nhƣ: độ thấm
khí, thấm nƣớc của Bê tông (Tiêu chuẩn Việt Nam & Tiêu chuẩn một số nƣớc)
+ Tƣơng quan giữa độ khuếch tán ion Cl- và độ thấm khí của bê tông khi bê
tông bị phá hủy.
Đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT theo
tiêu chuẩn Việt Nam của phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng LAS-XD630.
4. Nội dung nội văn
Luận văn có kết cấu gồm 04 chƣơng
Chƣơng 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT trên thế giới

và ở Việt Nam
2
Footer Page -Footer Page -Footer Page 13 of 85.


Header Page 14 of 85.

Chƣơng 2: Phân tích cơ chế ăn mòn BT & BTCT trong công trình biển
Chƣơng 3: Kết quả thực nghiệm độ thẩm thấu của nƣớc, không khí và ion CLqua bê tông dƣới tác động của tải trọng & nhiệt độ môi trƣờng.
Chƣơng 4: Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển
thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông

3
Footer Page -Footer Page -Footer Page 14 of 85.


Header Page 15 of 85.

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ
Ở VIỆT NAM
1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới
1.1.1

Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới

Tình hình phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản xuất sản
phẩm bê tông xi măng, bê tông cốt thép nói riêng: ở những thế kỉ trƣớc ít phát
triển, tốc độ xây dựng chậm. Những năm 30 ÷ 40 của thế kỉ XIX công nghiệp sản

xuất xi măng poóclăng ra đời đã tạo ra một bƣớc chuyển biến cơ bản trong xây
dựng. Cho đến những năm 70 ÷ 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép mới đƣợc sử
dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện... Loại vật liệu
này có nhiều tính ƣu việt đã phát triển nhanh chóng và chiếm vị trí quan trọng
trong các loại vật liệu xây dựng.
Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn sử dụng ngƣời ta ngày càng hoàn

thiện các phƣơng pháp tính toán kết cấu, ngày càng phát huy đƣợc tính ƣu việt và
hiệu quả sử dụng chúng. Những năm đầu thế kỷ XX cấu kiện bê tông cốt thép đúc
sẵn ra đời. Việc sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn bằng thủ công đã dần đƣợc thay
thế bằng các các phƣơng pháp cơ giới.
Việc nghiên cứu thành công dây chuyền công nghệ sản xuất các cấu kiện bê
tông cốt thép và đƣợc đƣa vào sản xuất đã tạo điều kiện ngày càng nhiều các nhà
máy cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn.
Những thập niên vừa qua, các thành tựu về nghiên cứu, lý luận cũng nhƣ về
các phƣơng pháp tính toán bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ngày càng thúc
đẩy nghành công nghiệp sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn phát triển. Đặc
biệt là thành công của việc nghiên cứu bê tông cốt thép ứng suất trƣớc và ứng dụng
nó vào sản xuất cấu kiện bê tông là một thành tựu hết sức to lớn. Nó cho phép tận
dụng tốt các ƣu điểm của bê tông mác cao với cốt thép cƣờng độ cao tiết kiệm
đƣợc bê tông, cốt thép. Nhờ đó có thể thu nhỏ kích thƣớc cấu kiện, giảm nhẹ đƣợc
4
Footer Page -Footer Page -Footer Page 15 of 85.


Header Page 16 of 85.

khối lƣợng, nâng cao khả năng chịu lực và khả năng chống nứt của cấu kiện bê
tông cốt thép.
Ngày nay ở những nƣớc phát triển, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ

thuật thì việc công nghiệp hoá nghành xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện, cơ
giới hoá thi công, lắp ghép cấu kiện bằng bê tông tông cốt thép và bê tông ứng suất
trƣớc cũng đƣợc nghiên cứu, phát triển và đƣợc sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là trong
ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, với các cấu kiện đúc sẵn ngày càng
phong phú đa dạng nhƣ: cột điện, dầm mái, dàn mái, ống nƣớc, panen, cọc móng…
đáp ứng đầy đủ và kịp thời các đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá
ngày nay.
1.1.2

Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế

giới
Kể từ báo cáo đầu tiên vào năm 1920 tại Hội nghị hằng hải Quốc tế [6] cho
tới nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về vấn đề ăn mòn bê tông và bê tông cốt
thép dƣới tác động của môi trƣờng. Xung quanh cơ chế phá hủy bê tông và bê tông
cốt thép dƣới tác động của môi trƣờng còn nhiều điều bàn luận, đặc biệt là bản chất
sự ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dƣới tác động của môi trƣờng . Lý do là có
nhiều yếu tố xâm thực tác động theo các cơ chế khác nhau. Quá trình ăn mòn lại
diễn ra chậm do vậy các kết quả thí nghiệm nhanh nếu có mô phỏng thƣờng không
lột tả đúng bản chất phá hủy trong thực tế. Trên con đƣờng xác định bản chất ăn
mòn bê tông và bê tông cốt thép dƣới tác động của môi trƣờng nƣớc ta đã phải
khảo sát rất nhiều công trình thực tế bị hƣ hỏng.
Năm 1980, trong báo cáo của mình tại hội nghị khoa học đầu tiên về độ bền
lâu của công trình biển ở New Brunswick [8], K.Mehta đã trích dẫn kết quả khảo
sát thực tế trên nhiều công trình đã tồn tại từ 60 ÷ 100 năm trong môi trƣờng biển.
Thực tế chỉ ra rằng chủ yếu hƣ hỏng do ăn mòn cốt thép, nhất là vùng nƣớc lên
xuống. Đối với bê tông có phát hiện thấy hiện tƣợng mềm hóa khi có hàm lƣợng xi
măng thấp. Một số trƣờng hợp bê tông nứt bề mặt, nguyên nhân đa phần là do phản
ứng kiềm- silic hoặc nứt vì các lý do khác. Trong thành phần bê tông lâu năm ở
5

Footer Page -Footer Page -Footer Page 16 of 85.


Header Page 17 of 85.

biển có xác định một số sản phẩm ăn mòn nhƣ aragonite, brucite, ettringite,
magnesium silicat hydrate,… Tuy vậy ở một số công trình, bê tông còn giữ đƣợc
chất lƣợng cao sau nhiều năm ở biển (70 năm), mặc dù đƣợc chế tạo từ xi măng
poóclăng với hàm lƣợng C3A tới 14,9%.
Trong hội nghị khoa học về công trình biển lần thứ 2 vào năm 1988[9]
K.Mehta tiếp tục đƣa ra những dẫn chứng khác về sự ăn mòn bê tông, bê tông cốt
thép trong môi trƣờng biển. Bản chất hiện tƣợng không có gì khác biệt so với các
lần trƣớc.
Odd E.Gjorv trong tài liệu [7] đã tổng kết nhiều kết quả khảo sát chất lƣợng
các công trình biển ở Nauy và cũng đƣa ra kết luận phần lớn nguyên nhân hƣ hỏng
là do rỉ cốt thép. Có nhiều kết cấu sau 70 ÷ 80 năm sử dụng vẫn còn ở tình trạng tốt
nếu đƣợc thiết kế hợp lý và thi công chuẩn xác.
Tại Nhật Bản, Sh.Toyama và Y.Ishii[10] đã công bố kết quả khảo sát 494 cấu
kiện đơn lẻ trên các cảng biển ở Nhật bản. Rất nhiều kết cấu bị ăn mòn cốt thép
dẫn tới nứt vỡ bê tông bảo vệ. Hàm lƣợng ion Cl- trong bê tông rất cao.

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

6
Footer Page -Footer Page -Footer Page 17 of 85.


Header Page 18 of 85.

Hình 1.2

Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh

Hình 1.3
Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi

Tại Nga việc nghiên cứu về độ bền của bê tông và bê tông cốt thép đã đƣợc
nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Theo V.M. Moskvin, công trình của Vica “nghiên
cứu nguyên nhân hóa học phá hủy và các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn
mòn của các chất kết dính rắn trong nƣớc” là công trình nghiên cứu khoa học đầu
tiên về ăn mòn. Những năm đầu của thế kỷ XX viện nghiên cứu độ bền các công
trình thủy lợi biển của Nga do những kỹ sƣ xây dựng nổi tiếng nhƣ A.R.
Shuliachenko, V.I. Charnomski đã khảo sát những công trình bê tông và bê tông
cốt thép tại các hải cảng châu Âu và Nga. Họ đã đi đến kết luận rằng bằng xi măng
poóclăng không thể chế tạo bê tông cốt thép bền vững trong môi trƣờng biển. Sự
nâng cao độ đặc bê tông chỉ có thể mang lại tuổi thọ cho các công trình từ 20 ÷ 30
năm. Những nghiên cứu về sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trong các xí nghiệp
công nghiệp đƣợc thực hiện vào đầu thế kỷ XX nhƣ công trình nghiên cứu của
E.Rabal’d. Đặc biệt là công trình nghiên cứu của A.A Bajkov là công trình nghiên
cứu có giá trị lớn trong lĩnh vực này. Ông đã phân tích nguyên nhân gây ăn mòn bê
tông và những biện pháp áp dụng trong thực tế chống ăn mòn. Kavatosi trong công
trình nghiên cứu của mình đã đƣa ra loại phụ gia tổng hợp siêu dẻo (Furylacol Ca(NO3)2) để chế tạo vữa bền trong môi trƣờng chịu tác động xâm thực của các
muối gây ăn mòn. G.Bachacốp trong một công trình khác đã công bố việc sử dụng
dầu nhựa thông với hàm lƣợng 0,15% đề chế tạo vữa và bê tông có khả năng chống
ăn mòn cao.
7
Footer Page -Footer Page -Footer Page 18 of 85.


Header Page 19 of 85.

Các nghiên cứu đều có kết luận thống nhất về nguyên nhân ăn mòn là do các
sản phẩm hủy hóa của xi măng bị tan vào môi trƣờng hoặc tác dụng với các muối,
axit có trong môi trƣờng tạo ra những hợp chất có tính tan mạnh hoặc nở thể tích
gây nên sự phá hủy kết cấu nội bộ các công trình. Các công trình nghiên cứu cũng
đánh giá đƣợc hiệu quả của các biện pháp chống ăn mòn: Dùng phụ gia vô cơ hoạt
tính, dùng xi măng đặc biệt…Các bình luận về nguyên nhân gây ăn mòn và giới
hạn độ bền của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép dùng trong các môi trƣờng này
vẫn còn nhiều vấn đề phải tranh cãi kéo dài cho đến nay.
1.2

Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam
1.2.1

Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam

Trong những năm qua nền kinh tế nƣớc ta đã phát triển một cách mạnh mẽ.
Từ những thành tựu phát triển kinh tế đó và nhu cầu của con ngƣời càng đƣợc cao
nhƣ nhu cầu về nhà ở, nhà làm việc, giao thông đi lại, điện nƣớc sinh hoạt, các
công trình phúc lợi…Những năm gần đây đi đôi với việc phát triển nhanh chóng bê
tông và bê tông cốt thép đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng
công nghiệp, giao thông vận tải và đặc biệt là trong thủy lợi, thủy điện bê tông và
bê tông cốt thép khối lớn đƣợc dùng rất nhiều. Song song với việc trên việc khí hậu
toàn cầu thay đổi tác động vào nƣớc ta là rất lớn nhƣ thủy triều dâng ở TP. HCM,
thiên tai bão lũ, sạt lở ở các tỉnh miền Trung … đòi hỏi phải có những công trình
bảo vệ tài sản và tính mạng của ngƣời dân thì bê tông và bê tông cốt thép đƣợc
dùng ngày càng nhiều hơn.
Việt Nam là một nƣớc đang trong giai đoạn phát triển với dân số trên 90
triệu dân, tiềm năng phát triển rất lớn. Vì vậy trƣớc mắt phải xây dựng một cơ sở
hạ tầng hoàn chỉnh hơn để đáp ứng tốc độ phát triển của đất nƣớc để làm đƣợc điều
này ngành xây dựng công nghiệp dân dụng, ngành giao thông vận tải, ngành thủy

lợi, thủy điện và ngành sản xuất vật liệu xây dựng cần thiết phải đi trƣớc một bƣớc
trong quá trình phát triển. Trong đó nghành sản xuất vật liệu xây dựng phải đƣợc
ƣu tiên đầu tƣ phát triển mạnh hơn. Vì vậy trong những năm qua Đảng và Nhà
nƣớc ta đã có những chính sách đầu tƣ phát triển hợp lý cho nghành VLXD đã và
8
Footer Page -Footer Page -Footer Page 19 of 85.


Header Page 20 of 85.

đang sản xuất các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng hiện đại công suất lớn ngang
tầm với các nƣớc trong khu vực và các nƣớc phát triển trên thế giới. Cùng với sự
phát triển của nghành xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện… nhu cầu về các
loại sản phẩm bê tông và bê tông cốt thép cho các nghành xây dựng cơ bản, giao
thông, thủy lợi, thủy điện là rất lớn. Nó đóng vai trò quan trọng hàng đầu các vật
liệu sử dụng cho xây dựng.
Nhằm thoả mãn nhu cầu đó, ngành VLXD cần ƣu tiên phát triển theo chiều
sâu, đổi mới trang thiết bị, công nghệ sản xuất tiên tiến. Theo định hƣớng này
ngành sản xuất bê tông và cấu kiện bê tông đúc sẵn đã và đang đƣợc nhà nƣớc đầu
tƣ thích đáng và đạt đƣợc một số kết quả khả quan. Các cấu kiện bê tông cốt thép
đúc sẵn ngày càng đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng cơ sở hạ
tầng. Để đáp ứng đƣợc nhu cầu này cần thiết phải xây dựng các nhà máy sản xuất
cấu kiện bê tông đúc sẵn nhằm đáp ứng đƣợc tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng của
nƣớc ta nói chung, thủ đô Hà Nội nói riêng và trong tƣơng lai.
1.2.2

Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt

Nam
Nhiều công trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép ở nƣớc ta sau

một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các môi trƣờng có tính chất
ăn mòn. Điều đó đòi hỏi phải có các biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự ăn mòn
của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Nhà nƣớc ta đã ban hành các tiêu
chuẩn nhà nƣớc: TCVN 3993:85 “Chống ăn mòn trong xây dựng kết cấu bê tông
và bê tông cốt thép - nguyên tắc cơ bản để thiết kế”, TCVN 3994:85 “Chống ăn
mòn trong xây dựng - kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - phân loại ăn mòn”,
TCXD 149-86 “ Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi bị ăn mòn” . Tuy nhiên, các tiêu
chuẩn này chƣa đề cập đến tất cả các loại ăn mòn, các môi trƣờng ăn mòn, do đó
việc áp dụng cũng bị hạn chế và chƣa phát huy đƣợc tác dụng trong thực tế.
Nhận thức đƣợc tính cấp bách của việc chống ăn mòn bê tông và bê tông cốt
thép, ở nƣớc ta có nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đề này. Các đề tài
nghiên cứu chƣa quan tâm nghiên cứu về lý thuyết, mà chủ yếu đi vào các biện
9
Footer Page -Footer Page -Footer Page 20 of 85.


Header Page 21 of 85.

pháp cụ thể chống ăn mòn cho công trình kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Các
nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mòn của môi trƣờng lỏng, chủ yếu là môi
trƣờng biển, vì nƣớc ta có bờ biển dài 3260 km và ngày càng có nhiều công trình
quan trọng đƣợc xây dựng trong môi trƣờng biển. Không có nhiều công trình
nghiên cứu chống ăn mòn cho bê tông và bê tông cốt thép dƣới tác động của môi
trƣờng.
Trong những năm cuối của thập kỷ 60 có một số nhà nghiên cứu đã tiến hành
khảo sát hƣ hỏng các kết cấu bê tông cốt thép ở cảng Hòn Gai, Hải Phòng đƣợc
xây dựng từ năm 1914 và cũng đã đƣa ra nhận xét là cần phải có quy định riêng
cho các công tác thiết kế và thi công bê tông, bê tông cốt thép vùng biển, khác với
kết cấu nằm sâu trong nội địa. những nghiên cứu đầu tiên nhằm tìm ra biện pháp
bảo vệ công trình biển cũng đã đƣợc tiến hành từ những năm đầu của thập kỷ 80.

Đáng tiếc là cho tới nay các kết quả nghiên cứu đƣợc ứng dụng vào thực tế xây
dựng còn hạn chế. Một mặt là do chƣa tạo đƣợc hành lang pháp lý thông qua hệ
thống quy phạm, tiêu chuẩn để áp dụng. Mặt khác phần lớn các giải pháp đều chƣa
đạt đƣợc tính toàn diện, chủ yếu mới thiên về một số giải pháp cục bộ nhƣ bảo vệ
bằng sơn phủ kết cấu, sử dụng chất ức chế ăn mòn, tăng cƣờng độ chống thấm của
bê tông bằng phụ gia… Hậu quả là hàng loạt các công trình ven biển đƣợc xây
dựng ồ ạt trong những năm 80 và 90 vẫn áp dụng theo quy phạm xây dựng thông
thƣờng nên có tuổi thọ rất thấp. Trung bình sau 10 ÷ 15 năm sử dụng đã có dấu
hiệu hƣ hỏng nghiêm trọng.
Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng (VKHCNXD) - Bộ Xây dựng từ những
năm đầu của thập kỷ 80 đã triển khai nghiên cứu lĩnh vực chống ăn mòn bê tông
bảo vệ cốt thép, đã đạt đƣợc một số thành quả nhất định theo hƣớng sử dụng phụ
gia ức chế ăn mòn và sơn phủ bề mặt kết cấu đối với công trình biển. Năm 1994,
Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trƣờng đã giao cho VKHCNXD [2] nghiên cứu
tổng thể các điều kiện kỹ thuật cần thiết để bảo vệ chống ăn mòn và đảm bảo độ
bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép xây dựng ở vùng biển phù hợp với
điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội ở Việt Nam (đề tài mã số ĐTĐL-40/94). Trên
10
Footer Page -Footer Page -Footer Page 21 of 85.


Header Page 22 of 85.

cơ sở các kết quả nghiên cứu này, đã biên soạn những chỉ dẫn kỹ thuật cần thiết
cho công tác xây dựng và sửa chữa công trình làm bằng bê tông và bê tông cốt thép
vùng biển nƣớc ta. VKHCNXD cũng đã xây dựng tiêu chuẩn ngành về vấn đề này.
Nhƣng cho tới nay vẫn chƣa đƣợc ban hành.
Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải trong một số công trình nghiên
cứu vấn đề ăn mòn bê tông đã đƣa ra nhiều ý kiến phân tích tình hình hƣ hỏng kết
cấu bê tông và bê tông cốt thép do ăn mòn, chỉ ra các nguyên nhân và đề ra các

biện pháp bảo vệ nhƣ là: dùng các phụ gia kị nƣớc (dầu thảo mộc), nƣớc thải bã
giấy nhằm nâng cao độ chắc cho bê tông. Tăng cƣờng bảo vệ mặt ngoài kết cấu bê
tông bằng các lớp sơn phủ chống thấm nhƣ: Sơn bitum- cao su, sơn bitum-epoxy.
Viện Khoa học Thủy Lợi đã thành công trong đề tài sử dụng phụ gia bentonit
tăng chống thấm, giảm ăn mòn cốt thép đối với các công trình thủy lợi.
Vào những năm cuối của thập kỷ 90 có một số đề tài về công nghệ vật liệu
mang mã số KC-05-13A về triển khai chế tạo các tổ hợp bê tông và vữa có phụ gia
ức chế ăn mòn và bảo vệ cốt thép trong môi trƣờng biển Việt Nam. Đề tài này bao
gồm các nhánh đề tài: Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cốt thép, nghiên cứu dùng
phụ gia ZKJ, nghiên cứu dùng phụ gia bentônít cải tiến , nghiên cứu dùng phụ gia
khoáng SISEX, nghiên cứu dùng phụ gia SP melamin foocmaldehit sunfomat, nghiên
cứu dùng phụ gia polymer trong bê tông.
Mục đích đƣa các loại phụ gia trên vào bê tông là để tăng cƣờng độ đặc chắc,
độ chống thấm cho bê tông, từ đó ngăn ngừa hoặc hạn chế ăn mòn. Các phƣơng
pháp ức chế ăn mòn, bảo vệ catốt thƣờng phối hợp với các phƣơng pháp chống ăn
mòn bê tông, nhằm bảo vệ chống ăn mòn cho kết cấu bê tông cốt thép nói chung.
Liên tục trong các năm từ 1995 đến năm 2003 đã có nhiều hội nghị khoa học
về chống ăn mòn cho các công trình xây dựng đƣợc tổ chức ở các cơ quan nhƣ
VKHCNXD [5] , VKHCNGTVT, Trƣờng Đại học Xây dựng Hà Nội. Tuy nhiên
các đề tài đều tập trung vào công tác chống ăn mòn cho các công trình biển, chƣa
có một hội nghị chính thức nào nói về ăn mòn của công trình xây dựng dân dụng
công nghiệp và công trình trong môi trƣờng nƣớc ngọt.
11
Footer Page -Footer Page -Footer Page 22 of 85.


Header Page 23 of 85.

Ngoài những đề tài trên, còn có một số nghiên cứu khác về chống ăn mòn và
tăng tuổi thọ cho công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trƣờng biển và ở

vùng ven biển. Trƣớc đây nhà nƣớc ta đã cử một số cán bộ khoa học sang học ở
các nƣớc bạn (Liên Xô, Ba Lan, Tiệp Khắc, Rumani…) làm nghiên cứu sinh,
nghiên cứu các đề tài về ăn mòn bê tông trong nƣớc biển.
Tuy đã có một số kết quả nghiên cứu về bê tông và bê tông cốt thép trong môi
trƣờng biển ở nƣớc ta nhƣng cho đến nay vẫn chƣa triển khai áp dụng đƣợc nhiều
vào sản xuất. Chúng ta đã nghiên cứu sản xuất đƣợc một số loại xi măng bền trong
môi trƣờng nƣớc biển nhƣ: Xi măng chống sunphat, xi măng bari và đã đƣợc sử
dụng một số công trình bê tông cốt thép trong nƣớc mặn hoặc chịu ảnh hƣởng của
nƣớc mặn.
Năm 2000 nhà nƣớc ta đã cho phép VKHCNXD [3] thực hiện một số dự án
kỹ thuật, kinh tế về chống ăn mòn và bảo vệ các công trình bê tông và bê tông cốt
thép vùng biển. Đề tài này đƣợc triền khai hai năm 2000 ÷ 2001. Hy vọng rằng các
dự án đƣợc thực hiện sẽ có nhiều kết quả ứng dụng vào các công trình xây dựng.

Hình 1.4

Hình 1.5

Cảng Thương vụ - Vũng Tầu

Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng

sau 15 năm sử dụng.

cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng

12
Footer Page -Footer Page -Footer Page 23 of 85.

Header Page 24 of 85.

Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy điện
Hòa Bình

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

Hình 1.8 Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn mòn
cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển

13
Footer Page -Footer Page -Footer Page 24 of 85.


Header Page 25 of 85.

Hình 1.9 Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông
kè biển Cát Hải – Hải Phòng

Hình 2.1 Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre

14
Footer Page -Footer Page -Footer Page 25 of 85.