Lựa chọn mác bê tông cho bê tông công trình trong môi trường chua phèn ở Đồng Bằng sông Cửu Long

TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

LỰA CHỌN MÁC BÊ TƠNG CHO BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH TRONG
MƠI TRƯỜNG CHUA PHÈN Ở ĐỒNG BẰNG SƠNG CỬU LONG
SELECTION GRADE CONCRETE USE FOR REINFORCED CONCRETE
CONSTRUCTIONIN THE ACID ENVIRONMENT AT THE MEKONG DELTA
TS. Khương Văn Hn
Trường Đại hoc Cơng Nghệ Sài Gòn
TĨM TẮT
Các cơng trình bê tơng cốt thép có mác M200 được xây dựng ở khu vực Đồng bằng
sơng Cửu Long trước đây, sau vài chục năm đã có nhiều dấu hiệu bị ăn mòn như lớp
bê tơng bảo vệ bị bong tróc, bề mặt bê tơng bị trơ đá dăm, cốt thép bị gỉ và cường độ
bê tơng bị giảm đáng kể. Qua kết quả thử nghiệm cho thấy bê tơng mác trên M350
có sự suy giảm cường độ thấp và hệ số thấm nhỏ hơn nhiều lần so với bê tơng M200
đã từng sử dụng trước đây. Để đảm bảo tuổi thọ cho cơng trình ở vùng chua phèn
Đồng bằng sơng Cửu Long có mức trung hạn khoảng 50 năm, nên sử dụng bê tơng
có mác tối thiểu M350 để xây dựng cơng trình.

ABSTRACT
The grade concrete M200 for reinforced concrete building was built in the Mekong
Delta. after somes years, there have been many signs of corrosion such as loss of
concret cover, rusted reinforced and reduced concrete strength. Based on the test
results, the grade concrete on the M350 has a low intensity degradation and the
permeability coefficient is much smaller than the M200 used previously. In order to
ensure a medium life span of about 50 years, in the acid environment at the Mekong
Delta, we should use M350 grade concrete to build the works.

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cơng trình bê tơng cốt thép được xây dựng ở khu vực Đồng bằng sơng Cửu Long
(ĐBSCL) sau vài chục năm đã có nhiều dấu hiệu bị ăn mòn như lớp bê tơng bảo vệ bị
bong tróc, bề mặt bê tơng (BT) bị trơ đá dăm, cốt thép bị gỉ và cường độ bê tơng bị

giảm đáng kể [4].
Để nâng cao độ bền cho kết cấu bê tơng cốt thép (BTCT) trong mơi trường chua
phèn ở ĐBSCL chúng ta cần xác định mác bê tơng cần thiết tối thiểu để xây dựng cơng
trình nhằm đảm bảo tuổi thọ mức trung hạn khoảng 50 năm.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Cơ sở xác định mác bê tơng tối thiểu cần thiết để xây dựng cơng trình BTCT ở
vùng chua phèn ở ĐBSCL được dựa trên sự suy giảm cường độ nén của bê tơng tại các
cơng trình thủy lợi ở ĐBSCL đã xây dựng trước đây, đồng thời xác định sự biến đổi
cường độ nén, hệ số thấm của mẫu bê tơng được ngâm trong mơi trường nước chua
446

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

phèn ở ĐBSCL ở một số mác bê tơng nghiên cứu, sau đó tiến hành phân tích đánh giá
lựa chọn mác bê tơng hợp lý nhằm đảm bảo tuổi thọ cơng trình ở mức khoảng 50 năm.
Mác bê tơng sử dụng nghiên cứu là M200; M300; M400. Vật liệu sử dụng chế tạo
mẫu đạt u cầu kỹ thuật cho bê tơng thủy cơng gồm xi măng Holcim PCB40; Cát
Đồng Nai; Đá dăm Biên Hòa.
Bảng 1. Thành phần cấp phối bê tơng nghiên cứu
Ký hiệu
M200
M300
M400

N/X
0,69
0,58

0,47

Xi măng (kg)
295
350
430

Cát (kg)
710
690
620

Dăm (kg)
1191
1177
1166

Nước (lit)
204
204
204

Chỉ tiêu cường độ bê tơng được thí nghiệm ở tuổi 7 ngày và 1; 3; 9; 21 tháng, nén
mẫu theo TCVN 3118:2012 [5]. Hệ số thấm của bê tơng thí nghiệm ở tuổi tương tự, sử
dụng mẫu Φ150 H300 mm có lỗ rỗng đường kính 10 mm ở giữa mẫu. Dùng sơn epoxy
biến tính sơn phủ để hai đầu mẫu bê tơng khơng bị ăn mòn. Tiến hành tạo áp lực nước
xung quanh bề mặt ngồi của mẫu. Dưới áp lực làm cho nước sẽ thấm và đi dần vào tâm
mẫu, sau đó sẽ chảy ra ngồi và được thu hồi. Hệ số thấm K sẽ được tính theo định luật
Darcy với thiết bị thấm của Nhật Model TC-235B (Concrete permeability apparatus
external pressure type). Sử dụng tiêu chuẩn CRA-C48-92 - Standard Test method for

water permeability of concrete [3].
Mơi trường chua phèn điển hình ở ĐBSCL chủ yếu ở các tiểu vùng Đồng Tháp
Mười, Tứ Giác Long Xun và Bán Đảo Cà Mau. Vùng ngâm mẫu thử nghiệm được
lựa chọn có độ chua đại diện cho mơi trường chua phèn điển hình ở khu vực ĐBSCL.
Đặc trưng mơi trường chua phèn là giá trị pH. Vị trí ngâm mẫu được chọn tại khu vực
cống Rạch Chanh thị xã Tân An - Long An. Kết quả độ chua pH trung bình biểu thị
trong Bảng 2. Mơi trường nước đối chứng là nước sinh hoạt của nhà máy nước Thủ
Đức, đại diện cho mơi trường khơng có yếu tố gây ăn mòn bê tơng (Bảng 3).
Bảng 2 Giá trị pH của mơi trường nước ở một số thời điểm
trong khu vực cống Rạch Chanh - Tân An - Long An
1
5,48

2
5,12

Tháng trong năm 2007
3
4
5
6
7
8
9
10
4,76
4,12
3,45
3,52
3,14

3,56
4,02
5,52
Giá trị trung bình pH = 4,59 < giới hạn ăn mòn [pH] = 6,5

11 12
6,21 6,21

Bảng 3 Kết quả phân tích nguồn nước sử dụng ngâm mẫu
Chỉ tiêu

pH

Nước sinh hoạt
Nước Rạch Chanh - Long An
Giới hạn BT bị ăn mòn theo TCVN
3994:1985

6,53
3,52
< 6,5

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

SO42(mg/l)
205
102
≥ 250

Cl-(mg/l)

221
97

Mg2+
(mg/l)
105
112
≥ 1000

447


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

Hình 1. Gia cơng mẫu bê tơng thí nghiệm

Hình 2. Địa điểm ngâm mẫu bê tơng trong mơi
trường chua phèn

3. KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN
Cường độ nén bê tơng (MPa)

Theo số liệu khảo sát cường độ bê
40
tơng của 34 cơng trình vùng chua phèn sau
35
một số năm khai thác [4], sự biến đổi
30
cường độ nén trung bình của bê tơng ở
25

vùng chua phèn và vùng nước ngọt theo
20
thời gian được thể hiện trong Hình 3. Do
15
y = -0,1402x + 22,795
10
tác động bất lợi nên cường độ bê tơng
Mơi trường Chua phèn
5
trong mơi trường chua phèn ở ĐBSCL
Mơi trường nước Ngọt
0
thấp hơn so với bê tơng vùng nước ngọt.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Cường độ bê tơng giảm dần theo thời gian
Tuổi bê tơng (năm)
và sau khoảng 20 năm, đã thấp hơn mác
thiết kế M200, điều đó chứng tỏ bê tơng Hình 3. Diễn biến cường độ bê tơng trong mơi
mác M200 đã sử dụng khơng đủ bền vững trường nước chua phèn và mơi trường nước
ngọt
đảm bảo tuổi thọ lâu dài trong mơi trường
chua phèn ở khu vực ĐBSCL.
Đối với kết quả thí nghiệm cường độ nén trên mẫu thử, ngâm trong mơi trường
nước chua phèn điển hình được thể hiện trên Hình 4. Kết quả cho thấy cường độ nén của
mẫu ở mơi trường nước chua phèn (ký hiệu chữ C) phát triển kém hơn trong mơi trường
nước ngọt (ký hiệu chữ N). Sau khoảng 9 tháng, cường độ một số mác bê tơng trong mơi
trường chua phèn bắt đầu giảm. Như vậy xu hướng biến đổi cường độ trên mẫu thử
nghiệm phù hợp với kết quả khảo sát ở các cơng trình mơi trường chua phèn ở ĐBSCL.
Tương quan giữa hệ số thấm và tỷ lệ Nước/Xi măng (N/X) của bê tơng thể hiện
trên Hình 5. Ở mơi trường chua phèn, trong thời gian thử nghiệm 21 tháng, hệ số thấm

của bê tơng có N/X = 0,7 (tương ứng bê tơng M200) thay đổi trong khoảng khá rộng từ
6.10-9 xuống 1.10-9(cm/s). Còn các loại bê tơng có tỷ lệ N/X nhỏ hơn 0,57 (mác M300
và cao hơn) thì hệ số thấm của nó thay đổi trong phạm vi hẹp từ 1,3.10-9 xuống 1.1010
(cm/s). Bê tơng có N/X nhỏ hơn 0,57 có hệ số thấm nhỏ và khoảng biến đổi hẹp nên
sẽ ít bị ăn mòn và bền vững hơn trong mơi trường ăn mòn.
448

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

60

6,0E-09

)a 50
P
M
( 40
n
én
? 30
đ
g
n 20
?
ư
C 10

5,0E-09
)
s/
m 4,0E-09
c(
K
m 3,0E-09
?
h
t
? 2,0E-09
s
?
H 1,0E-09

M200-N
M300-N
M400-N

0
0

3

6

M200-C
M300-C
M400-C

9
12
15
Tu?i (tháng)

18

21

1 tháng

3 tháng

9 tháng

21 tháng

G
-P
0
0
4
M

0
0
2
M

0

0
3
M

0
0
4
M

0,0E+00
0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70 0,75

24

&l &N/X

Hình 4. So sánh sự phát triển Cường độ mẫu
bê tơng trong mơi trường nước ngọt và mơi
trường chua phèn

Hình 5. Tương quan sự phát triển hệ số thấm
của bê tơng và Tỷ lệ (N/X) trong mơi trường
nước chua phèn

Tương quan giữa cường độ và hệ số thấm của bê tơng trong các mơi trường chua
phèn được thể hiện trong Hình 6. Giữa hệ số thấm và cường độ bê tơng có quan hệ
thuận nghịch: Cường độ tăng, hệ số thấm giảm. Ứng với bê tơng có cường độ khoảng
20 MPa, hệ số thấm K = (5 - 6).10-9 (cm/s); ứng với cường độ khoảng 35 MPa, hệ số
thấm K = (3 – 5).10-10 (cm/s); ứng với cường độ khoảng 50 MPa, hệ số thấm K = (7 10).10-11 (cm/s). Như vậy với BT có cường độ mức 35 MPa, hệ số thấm đã giảm đi
được hàng chục lần so với BT mác M200.

)s
/
m
c(
K
m
?
h
t
?s
?
H

5E-09
4E-09

25

y = 0,00038x-3,80444
R² = 0,79286
y = -2,0E-10x + 7,2E-09

3E-09
2E-09

y = -1,0E-11x + 6,6E-10

1E-09
0E+00

Mức giảm cường độ (%)

6E-09

20
-1,5084

y = 1821,9x
15

2

R = 0,9014

10
5
0

15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Cư?ng đ? nén (MPa)

Hình 6. Tương quan Cường độ và Hệ số
thấm của bê tơng trong mơi trường nước
chua phèn

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Cường độ nén 28 ngày (MPa)

Hình 7. Tương quan giữa mức suy giảm cường
độ và mác BT trên mẫu thử nghiệm trong mơi
trường chua phèn ở 21 tháng

Tương quan giữa cường độ nén bê tơng tuổi 28 ngày (tương ứng mác thiết kế) và
mức suy giảm cường độ mẫu ngâm trong mơi trường chua phèn khi so sánh với mẫu
ngâm trong nước ngọt được thể hiện trên Hình 7, trong đó mức suy giảm S này được
tính như sau:
S=

( Rchp − Rng )
x100
Rng

(%)

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

(1)

449


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

Rchp

Cường độ bê tơng ở mơi trường chua phèn

Rng

Cường độ bê tơng trong mơi trường nước ngọt ở tuổi tương ứng

Dựa vào những kết quả đã nghiên cứu trên, để nâng cao tuổi thọ cho cơng trình ở
mức trung hạn (50 ÷ 60 năm) thay vì khoảng 20 năm so với bê tơng M200 đã sử dụng
trước đây, tác giả đề xuất hướng nâng cao chất lượng bê tơng bằng việc tăng mác bê
tơng và khả năng chống thấm của bê tơng như sau:
Biện pháp nâng cao chất lượng bê tơng đầu vào để giảm tốc ăn mòn: Các kết quả
nghiên cứu trước đây [8] cho thấy khi sử dụng xi măng portland, BT khơng thể tránh
khỏi bị ăn mòn trong mơi trường chua phèn, kể cả BT mác cao. Tuy nhiên BT mác cao
sẽ có tốc độ ăn mòn ít hơn. Biện pháp chọn mác bê tơng có hệ số thấm nhỏ và ổn định
sẽ hạn chế tác động của mơi trường ăn mòn, tăng tuổi thọ cho cơng trình.
Việc tính tốn xác định cường độ bê tơng cần thiết để sử dụng cho việc xây dựng
cơng trình ở ĐBSCL như sau:

Theo hướng hạn chế tốc độ ăn mòn bê tơng: Từ kết quả thí nghiệm (Hình 7),
với bê tơng có cường độ 20 MPa (nén ở tuổi 28 ngày sẽ tương đương M200) có mức
suy giảm cường độ là 18,79%. Từ kết quả khảo sát cơng trình thực tế (Hình 1), với BT
có mác M200 chỉ đáp ứng tuổi thọ cơng trình khoảng 20 năm. Để BT tồn tại 50 năm
(gấp 2,5 lần tuổi thọ của bê tơng thực tế đã sử dụng ở mơi trường ĐBSCL) thì mác BT
lựa chọn có mức giảm cường độ khoảng 7,5% (18,8% : 2,5). Bê tơng có mức suy giảm
cường độ 7,5% tương ứng với bê tơng có cường độ 37Mpa.
Theo u cầu về ổn định hệ số thấm: Đối với cơng trình thủy, u cầu về độ
chống thấm cực kỳ quan trọng, đặc biệt cơng trình trong mơi trường ăn mòn chua phèn
như ở ĐBSCL. Dựa vào tương quan giữa hệ số thấm và cường độ bê tơng (Hình 6) nhận
thấy bê tơng có cường độ ở mức 35 Mpa như là một ranh giới khác biệt giữa 2 miền
thấm của bê tơng. Khi cường độ cao hơn 35 Mpa thì bê tơng có hệ số thấm nhỏ hơn
khoảng 5 đến 10 lần so với giải bê tơng có mác thấp hơn.
Tổng hợp chung từ các u cầu về việc hạn chế tốc độ ăn mòn, sự ổn định hệ số
thấm để cho BT bền vững trong mơi trường chua phèn thì nên chọn BT có cường độ thiết
kế khơng nhỏ hơn mức 35 Mpa hoặc có tỷ lệ Nước và Xi măng khơng lớn hơn 0,52.

4. KẾT LUẬN

450

-

Trong mơi trường chua phèn ở Đồng bằng sơng Cửu Long, sử dụng bê tơng mác
M200 là khơng đảm bảo độ bền lâu dài cho cơng trình thủy cơng.

-

Bê tơng với tỷ lệ N/X bé hơn 0,52 (Tương ứng mác M350) có hệ số thấm nhỏ và

mức biến động ít hơn hàng chục lần so với bê tơng mác M200. Khi sử dụng loại
bê tơng có tỷ lệ N/X khơng lớn hơn 0,52 sẽ có tác dụng tốt trong việc ngăn chặn
ăn mòn bê tơng cốt thép.

-

Đề nghị nên sử dụng bê tơng mác ≥ M350 cho bê tơng cơng trình vùng chua
phèn ở Đồng bằng sơng Cửu Long và tiếp tục theo dõi diễn biến chất lượng các
cơng trình đã sử dụng bê tơng mác bê tơng lớn hơn M200 cùng đặc điểm mơi
VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM


TUYỂN TẬP KẾT QUẢ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 2017 - 2018

trường trong thực tế nhằm đảm bảo chắc chắn tuổi thọ lâu dài, bền vững cho
cơng trình trong khu vực xây dựng.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] ACI 318-89. Building Code Requirements For Reinforced Concrete
[2] Bộ Xây dựng. Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tơng các loại. NXBXD, Hà Nội 2008.
[3] CRA-C 48-92. Standard Test Method for Water Permeability of concrete.
[4] Khương Văn Hn và nnk (2001). Điều tra sự thóai hóa độ bền bê tơng các cơng trình thủy
lợi đã xây dựng vùng chua mặn Đồng bằng sơng Cửu Long. Báo cáo tổng kết dự án, Viện
Khoa học Thủy lợi miền Nam.
[5] TCVN 3118:2012. Bê tơng - Phương pháp xác định cường độ nén
[6] TCVN 3994:1985. Chống ăn mòn trong xây dựng kết cấu bê tơng và bê tơng cốt thép –
Phân loại mơi trường xâm thực.
[7] TCXD 149:1986. Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi bị ăn mòn.
[8]

TCVN 9139:2012 Cơng trình Thủy lợi- Kết cấu bê tơng cốt thép vùng ven biển- u cầu
Kỹ thuật

[9] V.Moskvin, F.Ivanov, S. Alekseyes, E. Guzeyev, 1983. Concrete and reinforced Concrete
Deterioration and Protection, Mir Publishers, Moscow.

Phản biện: PGS. TS. Nguyễn Thanh Hải

VIỆN KHOA HỌC THỦY LI MIỀN NAM

451