NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN HÓA HỌC CỦA BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU ĂN MÒN TĂNG TUỔI THỌ BÊ THÔNG VÀ CÔNG TRÌNH BÊ CÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
NG

I H C THU L I

T DUY LONG

NGHIÊN C U C
MÔI TR

CH

N MÒN HÓA H C C A BÊ TÔNG TRONG

NG BI N VÀ M T S

T NG TU I TH

GI I PHÁP GI M THI U N MÒN,

CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP

TRONG MÔI TR

NG BI N VI T NAM

LU N V N TH C S

Hà N i – 2012


B GIÁO D C VÀ ÀO T O
TR

B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
NG

I H C THU L I

T DUY LONG
NGHIÊN C U C
MÔI TR

CH

N MÒN HÓA H C C A BÊ TÔNG TRONG

NG BI N VÀ M T S

T NG TU I TH

GI I PHÁP GI M THI U N MÒN,

CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP

TRONG MÔI TR

NG BI N VI T NAM

CHUYÊN NGÀNH

: XÂY D NG CÔNG TRÌNH TH Y

MÃ S

: 60-58-40

LU N V N TH C S
NG

IH

NG D N KHOA H C:
1.

TS. NGUY N NH

OANH

2.

TS. V QU C V

NG

Hà N i – 2012

T DUY LONG

+

LU N V N TH C S

+

HÀ N I – 2012


1

M CL C
M

U ........................................................................................................... 4
TÍNH C P THI T C A
TÀI ................................................................ 4
CH NG I ....................................................................................................... 5
T NG QUAN V N
N MÒN BÊ TÔNG,............................................... 5
BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N............................................................... 5
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T
THÉP TRÊN TH GI I ............................................................................... 5
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T
THÉP VI T NAM .................................................................................... 8
CH NG II .................................................................................................... 13
NGHIÊN C U C CH
N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP

TRONG MÔI TR
NG BI N VI T NAM ................................................. 13
2.1.
C I M MÔI TR NG BI N VI T NAM ................................ 13
2.1.1. Vùng ng p n c bi n .................................................................... 13
2.1.2. Vùng khí quy n trên bi n và ven bi n .......................................... 14
2.1.3. Vùng n c lên xu ng và sóng đánh.............................................. 16
2.2. C CH PHÁ H Y BÊ TÔNG TRONG N C BI N .................... 16
2.2.1. Gi i thi u v xi m ng .................................................................... 16
2.2.2. C u trúc c a đá xi m ng và nguyên nhân n mòn xi m ng .......... 19
2.2.2.1. C u trúc c a đá xi m ng ......................................................... 19
2.2.2.2. n mòn xi m ng ..................................................................... 21
2.2.3. Tác đ ng n mòn xi m ng c a n c bi n ..................................... 21
2.2.3.1. Tác đ ng c a CO 2 .................................................................. 22
2.2.3.2. Tác đ ng c a MgCl 2 , MgSO 4 ............................................... 22
2.2.4. Hi n t ng m m hóa bê tông do n c bi n gây ra ....................... 24
2.2.4.1. C s đánh giá c ng đ ch u nén c a bê tông theo th i gian
............................................................................................................. 24
2.2.4.2. ánh giá s phát tri n c ng đ ch u nén c a bê tông trong
môi tr ng n c bi n
ng b ng Sông C u Long ......................... 26
2.3. C CH
N MÒN C T THÉP C A N C BI N ......................... 28
2.4. TU I TH CÔNG TRÌNH VÀ QUÁ TRÌNH SUY GI M
B N
TRONG MÔI TR
NG N C BI N ..................................................... 38
CH NG III................................................................................................... 43
CÁC GI I PHÁP KH C PH C TÌNH TR NG N MÒN BÊ TÔNG, BÊ
TÔNG C T THÉP VÙNG BI N ................................................................... 43

2

3.1. CÁC YÊU C U K THU T C B N TRONG THI T K , THI
CÔNG NH M
MB O
B N LÂU CHO K T C U BÊ TÔNG,
BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N......................................................... 44
3.1.1. Yêu c u v v t li u đ u vào và l a ch n thành ph n bê tông ....... 44
3.1.1.1. Ch ng lo i xi m ng dùng trong môi tr ng bi n .................. 44
3.1.1.2. C t li u dùng cho bê tông ...................................................... 44
3.1.1.3. N c cho bê tông ................................................................... 50
3.1.1.4. Ph gia cho bê tông ................................................................ 51
3.1.1.5. C t thép .................................................................................. 53
3.1.2. Thi t k k t c u và c u t o ki n trúc............................................. 54
3.1.3. Yêu c u k thu t trong thi công .................................................... 56
3.1.3.1. Thi t k thành ph n bê tông có tính t i s dao đ ng ch t
l ng ................................................................................................... 56
3.1.3.2. m b o chi u dày l p bê tông b o v trong l p d ng c t thép
............................................................................................................. 59
3.1.3.3.
và đ m bê tông ................................................................. 60
3.1.3.4. K thu t thi công m ch ng ng và m i n i............................. 62
3.1.3.5. Yêu c u v b o d ng bê tông ............................................... 64
3.2. CÁC BI N PHÁP H TR NÂNG CAO KH N NG CH NG N
MÒN CHO K T C U BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP TRONG
MÔI TR NG BI N ................................................................................. 66
3.3. CÁC BI N PHÁP B O TRÌ VÀ S A CH A K T C U VÙNG
BI N............................................................................................................ 74

CH NG IV. NGHIÊN C U S D NG PH GIA CH NG TH M,
CH NG XÂM TH C BIFI-WP CHO BÊ TÔNG VÙNG BI N ................. 82
4.1. GI I THI U PH GIA BIFI-WP ...................................................... 82
4.2. THÍ NGHI M
ÁNH GIÁ NH NG TÁC D NG MÀ PH GIA
BIFI-WP MANG L I ................................................................................. 82
4.2.1. Các thí nghi m .............................................................................. 82
4.2.1.1. Thí nghi m xác đ nh đ l u đ ng .......................................... 82
4.2.1.2 Thí nghi m xác đ nh c ng đ ............................................... 84
4.2.1.3. Thí nghi m xác đ nh h s th m ............................................ 84
4.2.2. Thành ph n bê tông và c p ph i thí nghi m ................................. 86
4.2.2.1. Thành ph n bê tông ................................................................ 86
4.2.2.2. C p ph i thí nghi m ............................................................... 86
4.2.2.3. L a ch n t l ph gia............................................................ 86
4.2.3. Các k t qu thí nghi m.................................................................. 88
4.2.3.1. K t qu thí nghi m c ng đ ................................................. 88
4.2.3.2. K t qu thí nghi m xác đ nh h s th m ................................ 88
4.2.3.3. Thí nghi m ngâm m u v a xi m ng trong n c bi n ............ 91


3

K T LU N VÀ KI N NGH ......................................................................... 92
TÀI LI U THAM KH O ............................................................................... 94


4

M
TÍNH C P THI T C A

N

c ta có đ

U
TÀI

ng b bi n dài h n 3600 km tr i dài t Móng Cái đ n

Hà Tiên. Bên c nh vi c đem l i cho con ng

i nh ng giá tr tích c c v kinh

t , tinh th n, bi n còn có th mang đ n s tàn phá, hu ho i ghê g m. T bao
đ i nay, nh ng công trình trong môi tr

ng bi n, b o v b bi n đã và đang

hình thành ngày càng nhi u v i s đóng góp đáng k c a nh ng ti n b khoa
h c k thu t v i m c đích l i d ng t i đa nh ng l i ích và gi m t i thi u
nh ng tác đ ng tiêu c c t n

c bi n.

ê bi n và các công trình bê tông trong vùng bi n là lo i công trình ven
b bi n và trong môi tr

ng bi n, b n

c bi n theo th i gian n mòn, phá

h ng các k t c u bê tông, bê tông c t thép không nh ng v m t c h c mà
còn gây ra hi n t

ng n mòn hóa h c. Nó gây h h ng và gi m tu i th công

trình. M t khi đê bi n và các công trình bê tông và bê tông c t thép b phá
ho i thì h u qu tác đ ng t i kinh t và kinh t xã h i r t l n. Vì v y vi c
nghiên c u c ch

n mòn hóa h c c a bê tông trong môi tr

ng bi n và đ a

ra m t s gi i pháp gi m thi u n mòn, t ng tu i th công trình tr thành v n
đ vô cùng c p thi t v i n

c ta hi n nay.

Nh ng v n đ c n gi i quy t c a lu n v n.
- Nghiên c u c ch

n mòn bê tông, bê tông c t thép trong môi tr

ng

bi n Vi t Nam.
- Các gi i pháp kh c ph c tình tr ng n mòn bê tông và bê tông c t thép
vùng bi n.
- Nghiên c u s d ng ph gia ch ng th m, ch ng xâm th c đ kh c ph c

tình tr ng n mòn bê tông và bê tông c t thép.


5

CH

NG I

T NG QUAN V N

N MÒN BÊ TÔNG,

BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U

N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T

THÉP TRÊN TH GI I
K t báo cáo đ u tiên vào n m 1920 t i H i ngh h ng h i Qu c t
[22] cho t i nay đã có nhi u tài li u nghiên c u v v n đ

n mòn bê tông và

bê tông c t thép vùng bi n. Xung quanh c ch phá h y bê tông và bê tông
c t thép trong môi tr
s

ng bi n còn nhi u đi u bàn lu n, đ c bi t là b n ch t

n mòn bê tông trong n

c bi n. Lý do là có nhi u y u t xâm th c tác

đ ng theo các c ch khác nhau. Quá trình n mòn l i di n ra ch m do v y
các k t qu thí nghi m nhanh n u có mô ph ng th
ch t phá h y trong th c t . Trên con đ
và bê tông c t thép

ng không l t t đúng b n

ng xác đ nh b n ch t n mòn bê tông

bi n ta đã ph i kh o sát r t nhi u công trình th c t b

h h ng.
N m 1980, trong báo cáo c a mình t i h i ngh khoa h c đ u tiên v đ
b n lâu c a công trình bi n

New Brunswick[24], K.Mehta đã trích d n k t

qu kh o sát th c t trên nhi u công trình đã t n t i t 60-100 n m trong môi
tr

ng bi n. Th c t ch ra r ng ch y u h h ng do n mòn c t thép, nh t là

vùng n

c lên xu ng.

khi có hàm l

i v i bê tông có phát hi n th y hi n t

ng xi m ng th p. M t s tr

ng m m hóa

ng h p bê tông n t b m t,

nguyên nhân đa ph n là do ph n ng ki m- silic ho c n t vì các lý do khác.
Trong thành ph n bê tông lâu n m

bi n có xác đ nh m t s s n ph m n

mòn nh aragonite, brucite, ettringite, magnesium silicat hydrate,… Tuy v y
m t s công trình, bê tông còn gi đ

c ch t l

ng cao sau nhi u n m


6

bi n (70 n m), m c dù đ

c ch t o t xi m ng pooclang v i hàm l

ng C 3 A

t i 14,9%.
Trong h i ngh khoa h c v công trình bi n l n th 2 vào n m 1988[22]
K.Mehta ti p t c đ a ra nh ng d n ch ng khác v s
c t thép trong môi tr
v i các l n tr

ng bi n. B n ch t hi n t

n mòn bê tông, bê tông

ng không có gì khác bi t so

c.

Odd E.Gjorv trong tài li u [20] đã t ng k t nhi u k t qu kh o sát ch t
l

ng các công trình bi n

Nauy và c ng đ a ra k t lu n ph n l n nguyên

nhân h h ng là do r c t thép. Có nhi u k t c u sau 70-80 n m s d ng v n
còn

tình tr ng t t n u đ

c thi t k h p lý và thi công chu n xác.

T i Nh t B n, Sh.Toyama và Y.Ishii[19] đã công b k t qu kh o sát

494 c u ki n đ n l trên các c ng bi n

Nh t b n. R t nhi u k t c u b

mòn c t thép d n t i n t v bê tông b o v . Hàm l

n

ng ion Cl- trong bê tông

r t cao.

Hình 1.1. Tình tr ng n mòn bê tông, c t thép tr c u c ng

M


7

Hình 1.2
Tình tr ng n mòn bê tông

Hình 1.3
Anh

Tình tr ng n mòn bê tông

Nam Phi

T i Nga vi c nghiên c u v đ b n c a bê tông và bê tông c t thép đã

đ

c nhi u nhà nghiên c u quan tâm. Theo V.M. Moskvin, công trình c a

vica “nghiên c u nguyên nhân hóa h c phá h y và các bi n pháp nâng cao
kh n ng ch ng n mòn c a các ch t k t dính r n trong n
nghiên c u khoa h c đ u tiên v

c” là công trình

n mòn. Nh ng n m đ u c a th k XX vi n

nghiên c u đ b n các công trình th y l i bi n c a Nga do nh ng k s xây
d ng n i ti ng nh A.R. Shuliachenko, V.I. Charnomskij đã kh o sát nh ng
công trình bê tông và bê tông c t thép t i các h i c ng châu Âu và Nga. H đã
đi đ n k t lu n r ng b ng xi m ng pooclang không th ch t o bê tông c t
thép b n v ng trong môi tr

ng bi n. S nâng cao đ đ c bê tông ch có th

mang l i tu i th cho các công trình t 20-30 n m. Nh ng nghiên c u v s
d ng bê tông và bê tông c t thép trong các xí nghi p công nghi p đ
hi n vào đ u th k XX nh công trình nghiên c u c a E.Rabal’d.

c th c
c bi t là

công trình nghiên c u c a A.A Bajkov là công trình nghiên c u có giá tr l n
trong l nh v c này. Ông đã phân tích nguyên nhân gây n mòn bê tông và
nh ng bi n pháp áp d ng trong th c t ch ng n mòn. Kavatosi trong công

trình nghiên c u c a mình đã đ a ra lo i ph

gia t ng h p siêu d o


8

(Furylacol-Ca(NO 3 ) 2 ) đ ch t o v a b n trong môi tr

ng ch u tác đ ng xâm

th c c a các mu i gây n mòn. G.Bachac p trong m t công trình khác đã
công b vi c s d ng d u nh a thông v i hàm l

ng 0,15% đ ch t o v a và

bê tông có kh n ng ch ng n mòn cao.
Các nghiên c u đ u có k t lu n th ng nh t v nguyên nhân n mòn là
do các s n ph m h y hóa c a xi m ng b tan vào môi tr
v i các mu i, axit có trong môi tr

ng ho c tác d ng

ng t o ra nh ng h p ch t có tính tan

m nh ho c n th tích gây nên s phá h y k t c u n i b các công trình. Các
công trình nghiên c u c ng đánh giá đ

c hi u qu c a các bi n pháp ch ng

n mòn: Dùng ph gia vô c ho t tính, dùng xi m ng đ c bi t…Các bình lu n
v nguyên nhân gây n mòn và gi i h n đ b n c a k t c u bê tông và bê tông
c t thép dùng trong các môi tr

ng này v n còn nhi u v n đ ph i tranh cãi

kéo dài cho đ n nay.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN C U
THÉP

N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T

VI T NAM

Nhi u công trình xây d ng b ng bê tông c t thép
th i gian khai thác đã b n mòn và phá ho i trong các môi tr
n mòn.

n

c ta sau m t
ng có tính ch t

i u đó đòi h i ph i có các bi n pháp phòng ng a đ h n ch s

mòn c a các k t c u bê tông và bê tông c t thép. Nhà n
tiêu chu n nhà n

n

c ta đã ban hành các

c: TCVN 3993:85 “ch ng n mòn trong xây d ng k t c u

bê tông và bê tông c t thép- nguyên t c c b n đ thi t k ”, TCVN 3994:85 “
ch ng n mòn trong xây d ng- k t c u bê tông và bê tông c t thép- phân lo i
n mòn”, TCXD 149-86 “ b o v k t c u xây d ng kh i b

n mòn” . Tuy

nhiên, các tiêu chu n này ch a đ c p đ n t t c các lo i n mòn, các môi
tr

ng n mòn, do đó vi c áp d ng c ng b h n ch và ch a phát huy đ

d ng trong th c t .

c tác


9

Nh n th c đ
tông c t thép,

c tính c p bách c a vi c ch ng n mòn bê tông và bê

n

c ta có nhi u c quan khoa h c đã nghiên c u v n đ này.

Các đ tài nghiên c u ch a quan tâm nghiên c u v lý thuy t, mà ch y u đi
vào các bi n pháp c th ch ng n mòn cho công trình k t c u bê tông và bê
tông c t thép. Các nghiên c u t p trung vào vi c ch ng n mòn c a môi
tr

ng l ng, ch y u là môi tr

ng bi n, vì n

và ngày càng có nhi u công trình quan tr ng đ

c ta có h n 2000 km b bi n
c xây d ng trong môi tr

ng

bi n.
Trong nh ng n m cu i c a th p k 60 có m t s nhà nghiên c u đã ti n
hành kh o sát h h ng các k t c u bê tông c t thép
Phòng đ

c ng Hòn Gai, H i

c xây d ng t n m 1914 và c ng đã đ a ra nh n xét là c n ph i có

quy đ nh riêng cho các công tác thi t k và thi công bê tông, bê tông c t thép
vùng bi n, khác v i k t c u n m sâu trong n i đ a. nh ng nghiên c u đ u tiên
nh m tìm ra bi n pháp b o v công trình bi n c ng đã đ
nh ng n m đ u c a th p k 80.

c uđ
đ

c ti n hành t

áng ti c là cho t i nay các k t qu nghiên

c ng d ng vào th c t xây d ng còn h n ch . M t m t là do ch a t o

c hành lang pháp lý thông qua h th ng quy ph m, tiêu chu n đ áp d ng.

M t khác ph n l n các gi i pháp đ u ch a đ t đ

c tính toàn di n, ch y u

m i thiên v m t s gi i pháp c c b nh b o v b ng s n ph k t c u, s
d ng ch t c ch

n mòn, t ng c

ng đ ch ng th m c a bê tông b ng ph

gia… H u qu là hàng lo t các công trình ven bi n đ

c xây d ng

nh ng n m 80 và 90 v n áp d ng theo quy ph m xây d ng thông th

t trong
ng nên

có tu i th r t th p. Trung bình sau 10-15 n m s d ng đã có d u hi u h
h ng nghiêm tr ng.
Vi n Khoa h c Công ngh Xây d ng (VKHCNXD)- B Xây d ng t
nh ng n m đ u c a th p k 80 đã tri n khai nghiên c u l nh v c ch ng n
mòn bê tông b o v c t thép, đã đ t đ

c m t s thành qu nh t đ nh theo


10

h

ng s d ng ph gia c ch

n mòn và s n ph b m t k t c u đ i v i công

trình bi n. N m 1994, B Khoa h c Công ngh và Môi tr

ng đã giao cho

VKHCNXD nghiên c u t ng th các đi u ki n k thu t c n thi t đ b o v
ch ng n mòn và đ m b o đ b n lâu cho k t c u bê tông và bê tông c t thép
xây d ng

vùng bi n phù h p v i đi u ki n t nhiên, kinh t và xã h i

Nam (đ tài mã s

Vi t

T L-40/94). Trên c s các k t qu nghiên c u này, đã

biên so n nh ng ch d n k thu t c n thi t cho công tác xây d ng và s a ch a
công trình làm b ng bê tông và bê tông c t thép vùng bi n n

c ta.

VKHCNXD c ng đã xây d ng tiêu chu n ngành v v n đ này. Nh ng cho
t i nay v n ch a đ

c ban hành.

Vi n Khoa h c Công ngh Giao thông V n t i trong m t s công trình
nghiên c u v n đ

n mòn bê tông đã đ a ra nhi u ý ki n phân tích tình hình

h h ng k t c u bê tông và bê tông c t thép do n mòn, ch ra các nguyên
nhân và đ ra các bi n pháp b o v nh là: dùng các ph gia k n
m c), n

c (d u th o

c th i bã gi y nh m nâng cao đ ch c cho bê tông. T ng c

ng b o

v m t ngoài k t c u bê tông b ng các l p s n ph ch ng th m nh : S n

bitum- cao su, s n bitum-epoxy.
Vi n Khoa h c Th y L i đã thành công trong đ tài s d ng ph gia
bentonit t ng ch ng th m, gi m n mòn c t thép đ i v i các công trình th y
l i.
Vào nh ng n m cu i c a th p k 90 có m t s đ tài v công ngh v t
li u mang mã s KC-05-13A v tri n khai ch t o các t h p bê tông và v a
có ph gia c ch

n mòn và b o v c t thép trong môi tr

ng bi n Vi t Nam.

tài này bao g m các nhánh đ tài: Nghiên c u ch t c ch

n mòn c t

thép, nghiên c u dùng ph gia ZKJ, nghiên c u dùng ph gia bentônít c i
ti n, nghiên c u dùng ph gia khoáng SISEX, nghiên c u dùng ph gia SP


11

melamin foocmaldehit sunfomat, nghiên c u dùng ph gia polymer trong bê
tông.
M c đích đ a các lo i ph gia trên vào bê tông là đ t ng c
ch c, đ ch ng th m cho bê tông, t đó ng n ng a ho c h n ch
ph

ng pháp c ch

n mòn, b o v cat t th

ng đ đ c
n mòn. Các

ng ph i h p v i các ph

ng

pháp ch ng n mòn bê tông, nh m b o v ch ng n mòn cho k t c u bê tông
c t thép nói chung.
Liên t c trong các n m t 1995 đ n n m 2000 đã có nhi u h i ngh
khoa h c v ch ng n mòn cho các công trình xây d ng đ
c quan nh VKHCNXD, VKHCNGTVT, Tr

ng

c t ch c

các

i h c Xây d ng Hà

N i. Tuy nhiên các đ tài đ u t p trung vào công tác ch ng n mòn cho các
công trình bi n, ch a có m t h i ngh chính th c nào nói v

n mòn c a công

trình xây d ng dân d ng công nghi p và công trình trong môi tr

ng n

c

ng t.
Ngoài nh ng đ tài trên, còn có m t s nghiên c u khác v ch ng n
mòn và t ng tu i th cho công trình bê tông và bê tông c t thép trong môi
tr

ng bi n và

vùng ven bi n. Tr

khoa h c sang h c

các n

c đây nhà n

c ta đã c m t s cán b

c b n (Liên Xô, Ba Lan, Ti p Kh c, Rumani…)

làm nghiên c u sinh, nghiên c u các đ tài v

n mòn bê tông trong n

c

bi n.

Tuy đã có m t s k t qu nghiên c u v bê tông và bê tông c t thép
trong môi tr
d ng đ

ng bi n

n

c ta nh ng cho đ n nay v n ch a tri n khai áp

c nhi u vào s n xu t. Chúng ta đã nghiên c u s n xu t đ

lo i xi m ng b n trong môi tr
m ng bari và đã đ
m n ho c ch u nh h

ng n

cm ts

c bi n nh : Xi m ng ch ng sunphat, xi

c s d ng m t s công trình bê tông c t thép trong n
ng c a n

c m n.

c

12

N m 2000 nhà n

c ta đã cho phép VKHCNXD th c hi n m t s d

án k thu t, kinh t v ch ng n mòn và b o v các công trình bê tông và bê
tông c t thép vùng bi n.
v ng r ng các d án đ

tài này đ

c tri n khai hai n m 2000-2001. Hy

c th c hi n s có nhi u k t qu

ng d ng vào các

công trình xây d ng.

Hình 1.4
Hình 1.4. C ng Th

Hình 1.5
ng v - V ng T u sau 15 n m s d ng[1].

Hình 1.5. C ng C a C m - H i Phòng,cách bi n 25 km, sau 30 n m s
d ng[1].

13

CH
NGHIÊN C U C

CH

NG II

N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP

TRONG MÔI TR
C I M MÔI TR

2.1.

NG BI N VI T NAM

NG BI N VI T NAM

Vi t Nam n m trong vùng khí h u nhi t đ i gió mùa, v i đ c tính c
b n là nóng m và phân b theo mùa. Vùng bi n Vi t Nam n m tr i dài trên
3200Km, t 80-240 v b c. D a theo tính ch t xâm th c c a môi tr

ng bi n,

v trí làm vi c c a k t c u bê tông c t thép (BTCT), có th phân chia nh
h

ng c a môi tr

ng bi n Vi t Nam thành các vùng nh có ranh gi i khá rõ

+ Vùng ng p n
n

c: Bao g m các b ph n k t c u ng p hoàn toàn trong

c bi n.
+ Vùng n

c lên xu ng (bao g m c ph n sóng táp): bao g m các b

ph n k t c u làm vi c

v trí gi a m c n

c th y tri u lên xu ng th p nh t

và cao nh t, tính c ph n b sóng đánh vào.
+ Vùng khí quy n trên bi n và ven bi n: Bao g m các b ph n k t c u
làm vi c trong vùng không khí trên bi n và ven bi n vào sâu trong đ t li n t i
20km. Sau đây là đ c đi m t ng vùng
2.1.1. Vùng ng p n
N
l

c bi n

c bi n c a các đ i d

ng trên th gi i ch a kho ng 3,5% t ng các

ng mu i hòa tan: c th là 2,73% NaCl; 0,32% MgCl 2 ; 0,22% MgSO 4 ;

0,13% CaSO 4 , 0,02%KHCO 3 và m t l
c an

c bi n đ t 8,0. Do v y, n

ng nh CO 2 và O 2 hòa tan.

c bi n c a các đ i d

pH

ng mang tính xâm

th c m nh đ i v i các k t c u bê tông và bê tông c t thép.
t

N

c bi n Vi t Nam có thành ph n hóa h c, đ m n và tính xâm th c

ng đ

ng v i các n i khác trên th gi i. Riêng vùng g n b đ m n có suy

14

gi m ít nhi u do nh h
h c và đ m n c a n

ng c a các con song ch y ra bi n. Thành ph n hóa

c bi n Vi t Nam đ

B ng 2.1. Thành ph n hóa n
Ch tiêu

nv

c th hi n

b ng 2.1 và b ng 2.2

c bi n Vi t Nam và trên th gi i[6]

Vùng bi n

Vùng bi n

Bi n B c

Bi n Ban

Hòn Gai

H i Phòng

M

Tích

pH

-

7.8-8.4

7.5-8.3

7.5

8.0

Cl-

G/l

6.5-18.0

9.0-18.0

18.0

19.0

Na+

G/l

-

-

12.0

10.5

SO 4 2-

G/l

1.4-2.5

0.002-2.2

2.6

2.6

Mg2+

G/l

0.2-1.2

0.002-1.1

1.4

1.3

B ng 2.2.

m nn

c bi n t ng m t trong vùng bi n Vi t Nam[6]
Tháng

Tr m

Trung

Mùa đông

Mùa hè

bình

12

1

2

6

7

8

n m

C a Ông

29.2

30.0

30.4

25.3

23.4

21.3

26.6

Hòn Gai

30.8

31.5

31.6

32.2

30.8

29.3

31.0

Hòn D u

26.3

28.1

28.1

17.1

11.9

10.9

20.4

V n Lý

25.9

18.3

29.5

25.4

20.1

19.0

23.0

C a Tùng

22.8

27.2

29.3

31.8

31.3

31.7

29.0

S n Trà

8.7

17.6

22.8

-

21.2

26.9

-

V ng Tàu

30.4

33.1

34.7

29.8

29.8

27.6

30.9

2.1.2. Vùng khí quy n trên bi n và ven bi n

Khí quy n trên bi n và ven bi n Vi t Nam có m t s đ c tr ng sau đây:
+ Nhi t đ không khí


15

Vùng bi n Vi t Nam có nhi t đ không khí t

ng đ i cao, trung bình t

22,5-22,70C, t ng d n t B c vào Nam. Mi n B c có t 2 đ n 3 tháng mùa
đông, nhi t đ d

i 200C. Mi n Nam cao đ u nhi t đ quanh n m, biên đ

dao đ ng t 3 đ n 70C.
+ B c x m t tr i
Vi t Nam n m trong vành đai n i chí tuy n nên b c x m t tr i nh n
đ

c trên vùng ven bi n khá l n t 100-150 kcal/cm2. L

ng nhi t b c x

t ng d n t B c vào Nam và đ t cao nh t t i c c Nam Trung B . V i l
b c x cao nh v y đã thúc đ y quá trình b c h i n

ng

c bi n mang theo ion Cl-

vào khí quy n.
+

m không khí
mt

ng đ i c a không khí

m c cao so v i các vùng bi n khác

trên th gi i, dao đ ng trung bình t 75-80%. C th là:
- Vùng ven bi n B c B và B c Trung B : 83-86%.
- Vùng ven bi n Trung và Nam Trung B : 75-82%.
- Vùng ven bi n Nam B : 80-84%.
+ Th i gian m

tb m t

T ng th i gian m

t b m t k t c u trung bình trong n m

vùng ven

bi n các t nh phía b c dao đ ng t 1300-1850 gi / n m t p trung ch y u vào
mùa xuân, còn các t nh mi n Nam t 450-950 gi /n m, t p trung vào các
tháng m a mùa h . ây là đ c đi m mang tính đ c thù c a khí h u Vi t Nam,
có nh h

ng đ n n mòn khí quy n bi n.

+ Hàm l

ng ion Cl- trong không khí

Khí quy n trên bi n và ven bi n có ch a hàm l
cao, t i tr m đo sát mép n
/m2,
m nh

c

ng ion Cl- phân tán

các t nh Mi n B c dao đ ng t 0,4-1,3 mg Cl-

các t nh Mi n Nam kho ng t 1,3-2,0 mg Cl-/m2. N ng đ ion Cl- gi m
c ly 200-250m tính t sát mép n

c, sau đó ti p t c gi m d n khi đi


16

sâu vào trong đ t li n. Tuy nhiên do nh h

ng c a nhi u đ t gió mùa th i t

bi n vào l c đ a n ng đ ion Cl- có th cao h n.

2.1.3. Vùng n

c lên xu ng và sóng đánh

ây là vùng giao thoa gi a vùng ng p n
bi n. Do n

c bi n lên xu ng th

c và vùng khí quy n trên

ng xuyên d n t i quá trình khô

t x y ra

liên t c theo th i gian, tác đ ng t ngày này qua ngày khác lên trên b m t k t
c u cùng v i nhi t đ môi tr
và O 2 t n

ng cao làm t ng kh n ng tích t ion Cl- , H 2 O

c bi n và không khí vào trong bê tông thông qua quá trình

khu ch tán n ng đ và l c hút mao d n.
Ngoài ra vùng này còn ch u nh h

ng xâm th c c a hà, sò bi n, tác

đ ng c h c c a sóng bi n. Vì v y vùng này đ

c xem là có tính ch t và m c

đ xâm th c m nh nh t.
2.2. C

CH PHÁ H Y BÊ TÔNG TRONG N

C BI N

Theo lý thuy t các công trình bê tông có tính ch t ngày càng t t h n do
s phát tri n c

ng đ đá xi m ng theo th i gian. Tuy nhiên, th c t không

ph i nh v y mà các công trình bê tông b h h ng theo th i gian mà nguyên
nhân chính là đá xi m ng b n mòn. n mòn đá xi m ng có th là do b n thân
đá xi m ng có ch a các ch t khoáng gây n mòn ho c các tác nhân c a môi
tr

ng tác d ng v i khoáng c a xi m ng t o ra các khoáng m i gây n mòn

2.2.1. Gi i thi u v xi m ng
Xi m ng pooc l ng là ch t k t dính r n trong n

c quan tr ng nh t

trong xây d ng các công trình hi n nay. Xi m ng pooc l ng đ

c phát minh

và đ a vào s d ng trong xây d ng t đ u th k XIX kho ng n m 1824. Xi
m ng pooc l ng ch a kho ng 70-80% silicat canxi nên c ng có th g i là xi
m ng silicat.


17

Trong công nghi p xi m ng pooc l ng đ

c s n xu t t 2 nguyên li u

chính là đá vôi và đ t sét sau khi gia công c h c và nung đ n nhi t đ c n
thi t đ đ
l

c clanhke xi m ng. T clanhke xi m ng nghi n chung v i m t

ng th ch cao (đi u ch nh th i gian đông k t) s đ

c xi m ng pooc l ng

(PC), n u h n h p này nghi n chung v i ph gia khoáng (hàm l
v

t quá 40%) đ

ng không

c g i là xi m ng pooc l ng h n h p (PCB).

Thành ph n khoáng v t c a xi m ng pooc l ng quy t đ nh đ n m i tính
ch t c a v t li u dùng xi m ng.
B ng 2.3. Thành ph n khoáng v t c a xi m ng[3]
T l % trong

Tên khoáng v t

Công th c

Vi t t t

Silicat tricanxit

3CaO.SiO 2

C3S

37-60%

Silicat đi canxit

2CaO.SiO 2

C2S

15-37%

Aluminat tri canxit

3CaO.Al 2 O 3

C3A

7-15%

C 4 AF

10-18%

Fero-aluminat tetra canxit 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3

clanhke

Hàm lu ng C 3 S và C 2 S trong clanhke xi m ng pooc l ng th

ng chi m

t 70-80%. Ngoài các thành ph n chính trong chúng còn ch a m t l

ng

không l n các khoáng v t khác nh : C 8 A 3 F và C 2 F. Tính ch t và tác d ng
c a t ng thành ph n khoáng v t ch y u nh sau:
C 3 S – Thành ph n quan tr ng nh t, chi m t l cao nh t, có c

ng đ

cao, r n ch c nhanh và phát nhi u nhi t. Trong xi m ng t l C 3 S chi m càng
nhi u, ch t l
nhiên hàm l

ng c a xi m ng càng cao và đ

c g i là xi m ng Alit. Tuy

ng này làm cho xi m ng kém b n trong môi tr

C 2 S – Có c

ng.

ng đ cao, r n ch c ch m trong th i k đ u, nh ng c

ng

đ v n ti p t c phát tri n rõ r t h n trong th i k sau. N u t l C 2 S chi m
nhi u h n thì đ
môi tr

c g i là xi m ng Belit. Lo i xi m ng này cho tính b n trong

ng cao h n so v i xi m ng ch a khoáng C 3 S.


18

C 3 A – thành ph n này r n r t nhanh trong th i gian đ u nh ng c
đ th p, nhi t l

ng phát ra nhi u nh t, d gây n t n . N u hàm l

chi m nhi u, thì đ
trong các môi tr

ng

ng C 3 A

c g i là xi m ng Aluminat. Lo i xi m ng này r t kém b n
ng đ c bi t là môi tr

C 4 AF – r n t

ng đôi nhanh, c

ng sun phát.
ng đ phát tri n trung bình và phát

tri n rõ r t trong th i k sau. Lo i khoáng này có kh i l

ng riêng l n nh t

trong xi m ng kho ng 3,77 g/cm3.
Quá trình r n ch c c a xi m ng là quá trình t h xi m ng bi n thành đá
xi m ng, là quá trình bi n đ i hóa lý r t ph c t p. Quá trình này đ

c chia

làm 2 th i k :
Giai đo n đông k t là giai đo n h xi m ng m t d n tính d o và đ c d n

l i nh ng ch a có c

ng đ .

Giai đo n r c ch c là giai đo n h xi m ng m t hoàn toàn tính d o và
c

ng đ phát tri n d n.
Khi tác d ng v i n

c, thành ph n khoáng v t ch y u c a xi m ng s

th y hóa và th y phân. Khoáng v t C 3 S s th y phân trong quá trình tác d ng
v in

c theo ph n ng sau:
3CaO.SiO 2 + nH 2 O  3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca(OH) 2
(2.1)

Khi tác d ng v i m t l

ng n

c C2S đ

c th y hóa theo ph

ng trình sau:

3CaO.SiO 2 + nH 2 O  3CaO.2SiO 2 .3H 2 O + Ca(OH) 2

(2.2)
Các ph n ng trên là đ n khoáng và v i l

ng n

c thích h p, tuy

nhiên trong th c t C 3 S ho t tính h n C 2 S r t nhi u, nên nó nhanh chóng tác
d ng v i n
ra v i l

c và ng n c n C 2 S ph n ng v i n

ng n

c. M t khác ph n ng x y

c h n ch đ c bi t là ph n ng (2.2). Do đó ph n ng (2.2)

không có m t c a Ca(OH) 2 và s n ph m chính m i t o thành c a hydrat


19

silicat canxi có h s thay đ i (xu h
d

ng l

ng ki m gi m). Nên đ

c vi t

i d ng t ng quát nCaO.mSiO 2 .pH 2 O (vi t t t CSH)
Thành ph n C 3 A k t h p v i n

c t o thành s n ph m b n cu i cùng

3CaO.Al 2 O 3 + 6H 2 O  3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O

(2.3)

N u không có th ch cao, do C 3 A r t ho t tính nên nó nhanh chóng tác
d ng v i n

c t o ra hai s n ph m không b n 4CaO.Al 2 O 3 .9H 2 0 và
. Nh ng khi có th ch cao s tham gia ph n ng v i

2CaO.Al 2 O 3 .8H 2 O
C 3 A và n
theo ph

c t o nên m t s n ph m m i khó hòa tan và n th tích (ettringit),
ng trình sau:

3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O+3(CaSO 4 .2H 2 O)+26H 2 O3CaO.Al 2 O 3 .3CaSO 4 .32H 2 O
(2.4)

Thành ph n C4AF ph n ng v i n

c nh sau:

4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 + nH 2 O → 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O + CaO.Fe 2 O 3 .(n-6)H 2 O
(2.5)
Nh v y là sau quá trình th y hóa, trong đá xi m ng bao g m các h p
ch t sau: Ca(OH) 2 , CHS, 3CaO.Al 2 O 3 .6H 2 O, ettringit, CaO.Fe 2 O 3 .nH 2 O
2.2.2. C u trúc c a đá xi m ng và nguyên nhân n mòn xi m ng
2.2.2.1. C u trúc c a đá xi m ng
H xi m ng đ
có c

c t o thành sau khi xi m ng ph n ng v i n

c, là h

ng đ , đ nh t, đ d o c u trúc và tính xúc bi n. Sau khi tr n, h xi

m ng có c u trúc ng ng t liên k t v i nhau b ng l c hút phân t và l p v
hydrat. C u trúc này b phá h y d
rung…). Do ng su t tr

i tác d ng c a l c c h c (nhào tr n,

t gi m đ t ng t, nó tr thành ch t l ng nh t.

tr ng thái này h xi m ng mang tính ch t xúc bi n, có ngh a khi lo i b tác
d ng c h c đ nh t k t c u l i đ

c khôi ph c l i.

Tính ch t c h c c u trúc t ng theo m c đ th y hóa c a xi m ng. S
hình thành c u trúc c a h xi m ng và c

ng đ c a nó x y ra nh sau: Các


20

phân t c u trúc ban đ u hình thành sau khi tr n xi m ng v i n
đ

c là ettringit

c hình thành sau vài phút, hydro canxit xu t hi n trong kho ng vài gi , và

CSH đ u tiên là tinh th d ng s i, sau đó d ng nhánh, r i d ng không gian
“bó”.
V m t c u trúc, đá xi m ng bao g m các hat clanhke ch a ph n ng,
thành ph n d ng gel, các tinh th , l r ng mao qu n và l r ng l n. Các h t
ch a ph n ng gi m d n theo th i gian ph thu c vào lo i clanhke xi m ng,
đ nghi n m n và th i gian đông k t. Các gel g m các ch t m i t o thành có
kích th

c 50-200 A0 và l r ng gel đ

ng kính t 10-1000 A0. Ngoài ra

trong đá xi m ng còn có các ch t m i t o thành có kích th
tính ch t keo. Hàm l

c l n và không có

ng các thành ph n d ng gel và tinh th ph thu c vào

lo i clanhke xi m ng, đi u ki n đóng r n. L r ng mao qu n trong đá xi m ng
có kích th

c t 0,1-10µm, còn các l r ng ch a khí có kích th

đ n 2mm. L r ng ch a khí th

ng chi m t 2-5% th tích đá xi m ng.

Khi nhào tr n xi m ng v i n
tr n th

c đ ch t o s n ph m, l

ng l n h n r t nhi u so v i l

ng n

ng n

c nhào

c c n thi t đ hydrat hóa hoàn

toàn các khoáng xi m ng, do đó trong đá xi m ng còn có m t l
đ

c t 50µm

ng n

cd

c phân b trong l r ng gel hay n m gi a các h t ch a ph n ng t o thành

l r ng mao qu n. Khi t ng th i gian đóng r n c a s n ph m thì đ r ng mao
qu n gi m đi do chúng đ
l

ng n

c l p đ y b i các s n ph m hydrat. Tùy thu c vào

c nhào tr n mà đ r ng mao qu n có th thay đ i trong kho ng

r ng và có th đ t t i 40%. Khi gi m l

ng n

c nhào tr n, đ r ng c a s n

ph m gi m, tính ch ng th m t ng lên. Th c t cho th y khi t l N/X là 0,40,45 thì tính ch ng th m c a đá xi m ng t

ng đ

ng v i đá t nhiên có đ

r ng 2-3%, nh ng n u t l N/X=0,6 thì tính ch ng th m gi m m nh. Khi
nhào tr n xi m ng v i n

c còn t o thành các l r ng hình c u hay l r ng


21

thông nhau ch a khí, chúng có nh h

ng l n đ n c u trúc và tính ch t c a đá

xi m ng.

2.2.2.2. n mòn xi m ng
Bê tông và v a dùng xi m ng pooclang trong quá trình s d ng th
b các ch t l ng, ch t khí n mòn, làm cho c

ng

ng đ gi m xu ng, th m chí b

phá ho i. Nguyên nhân gây n mòn ch y u là:
Trong xi m ng có m t s thành ph n, nh t là Ca(OH) 2 và C 3 AH 6 d b
hòa tan làm cho bê tông và h b r ng và c

ng đ gi m xu ng.

Khi g p m t s lo i hóa ch t nh : a xít, mu i… m t s thành ph n c a

đá xi m ng sinh ra các ph n ng hóa h c, t o ra nh ng ch t m i d tan trong
n

c ho c n th tích h n tr

c gây n i ng su t làm cho bê tông và v a b

phá ho i. Các nguyên nhân trên th

ng đ ng th i t n t i và nh h

ng l n

nhau
2.2.3. Tác đ ng n mòn xi m ng c a n

c bi n

Theo tài li u kh o sát các công trình do Viên Khoa h c Công ngh Xây
d ng và các c quan khác th c hi n t i hàng tr m công trình bê tông c t thép
đã xây d ng t đ u th k XX đ n nay, các vùng bi n Qu ng Ninh, H i
Phòng, Thái Bình, Vinh,
th y hi n t

à N ng, Nha Trang, V ng Tàu v.v…có th cho ta

ng n mòn và phá h y các công trình bê tông c t thép

bi n Vi t Nam là r t ph bi n và đã
ra là nghiêm tr ng. T c đ

vùng

m c báo đ ng. Thi t h i do n mòn gây

n mòn làm h h ng công trình di n ra khá nhanh,

chi phí cho v n đ s a ch a n mòn k t c u bê tông c t thép có th chi m t i
30-70% giá thành xây m i công trình.


22

Các ch t có ti m n ng n mòn m nh v i bê tông là MgCl 2 ; MgSO 4 và
CO 2 . C ch

n mòn đ

c mô t nh sau [8]:

2.2.3.1. Tác đ ng c a CO 2
CO 2 + Ca(OH) 2

CO 2
CaCO 3 + H 2 O

Ca(HCO 3 ) 2

K t tinh d ng aragonite

hòa tan

CO 2 + [Ca(OH) 2 + 3CaO.Al 2 O 3 .CaSO 4 .18H 2 O]
3CaO.Al 2 O 3 .CaCO 3 .nH 2 O + CaSO 4 .2H 2 Oa
hòa tan
3CO 2 + 3CaO.2SiO 2 .3H 2 O

3CaCO 3 + 2SiO 2 .nH 2 O
K t tinh d ng aragonite

2.2.3.2. Tác đ ng c a MgCl 2 , MgSO 4
MgCl 2 + Ca(OH) 2

Mg(OH) 2 + CaCl 2 (hòa tan)
K t tinh d ng Brucite

H2 O
MgSO 4 + Ca(OH) 2

Mg(OH) 2 + CaSO 4 .2H 2 O (hòa tan)

K t tinh d ng Brucite
H2O
MgSO 4 + [Ca(OH) 2 + 3CaO.Al 2 O 3 .CaSO 4 .18H 2 O]
Mg(OH) 2 + 3CaO.Al 2 O 3 .3CaCO 3 .32H 2 O