Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhằm tăng khả năng chống xâm thực, ăn mòn bê tông công trình bảo vệ bờ biển ở việt nam

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1
2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn. .................................................. 1
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI ................................................................... 2
1.1. Thực trạng cơng trình đê biển Việt Nam ................................................... 2
1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá) .................................. 2
1.1.2. Đê biển miền Trung ................................................................................ 6
1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển ........................................... 8
1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển .................................................................... 9
1.2. Thực trạng cơng trình đê biển trên Thế giới .............................................. 9
1.2.1. Đê Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works ............................. 10
1.2.2. Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống đê ............................................ 11
1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước biển dâng ................. 11
KẾT LUẬN CHƯƠNG I ................................................................................ 13
CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG
CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM ............................. 14
2.1. Đặc điểm môi trường biển Việt Nam....................................................... 14
2.1.1. Vùng ngập nước biển ............................................................................ 15
2.1.2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển .................................................. 16
2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh ...................................................... 17
2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép ở Việt Nam...... 18


2.3. Cơ chế phá hủy bê tông trong nước biển ................................................. 23
2.3.1. Ăn mịn bê tơng ở các vùng biển .......................................................... 23
2.3.2. Giới thiệu về xi măng ............................................................................ 27
2.3.3. Cấu trúc của đá xi măng và nguyên nhân ăn mòn xi măng .................. 31
2.3.4. Tác động ăn mòn xi măng của nước biển ............................................. 38
2.3.5. Hiện tượng mềm hóa bê tông do nước biển gây ra ............................... 40

2.4. Cơ chế ăn mòn cốt thép của nước biển .................................................... 45
2.5. Tuổi thọ cơng trình và q trình suy giảm độ bền trong môi trường nước
biển .................................................................................................................. 52
KẾT LUẬN CHƯƠNG II ............................................................................... 56
CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VẬT VÀ
PHỤ GIA ỨC CHẾ ĂN MỊN ĐỂ KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNG XÂM
THỰC ĂN MỊN BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÙNG BIỂN ... 56
3.1. Tác dụng của phụ gia khống, phụ gia ức chế ăn mịn ............................ 56
3.1.1. Tro bay .................................................................................................. 56
3.1.2. Muội silic (Silica fume, SF) .................................................................. 58
3.1.3. Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép ............................................................ 59
3.2. Tính tốn cấp phối bê tơng có sử dụng phụ gia khống, phụ gia ức chế ăn
mịn .................................................................................................................. 60
3.2.1. Thiết kế cấp phối bê tơng ...................................................................... 61
3.2.2. Quy trình cấp phối bê tông .................................................................... 62
3.2.3. Các bước thiết kế................................................................................... 62
3.3. Thí nghiệm để đánh giá những tác dụng mà phụ gia đem lại .................. 66
3.3.1. Thí nghiệm xác định độ lưu động ......................................................... 66
3.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ ............................................................. 68


3.3.3. Thí nghiệm xác định hệ số thấm ........................................................... 68
KẾT LUẬN CHƯƠNG III.............................................................................. 69
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO ĐÊ BIỂN
HUYỆN NGHĨA HƯNG - TỈNH NAM ĐỊNH .............................................. 70
4.1. Giới thiệu về đê biển huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định ...................... 70
4.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................ 70
4.1.2. Hiện trạng đê kè biển huyện Nghĩa Hưng............................................. 70
4.2. Tính tốn cấp phối bê tơng, tỷ lệ sử dụng phụ gia khống, ức chế ăn mịn
cho kè Nghĩa Hưng ......................................................................................... 72

4.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông dùng cho kè Nghĩa Hưng ............................ 72
4.2.2. Tính tốn cấp phối cho 1m3 bê tơng ..................................................... 72
P

P

4.2.3. Cấp phối thí nghiệm .............................................................................. 73
4.2.4. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm ............................................... 75
4.2.5. Thí nghiệm ngâm mẫu bê tơng trong nước biển ................................... 78
4.2.6. Lựa chọn cấp phối bê tông, tỷ lệ sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức
chế ăn mòn cho kè Nghĩa Hưng ...................................................................... 78
4.3. So sánh kết quả thí nghiệm bê tơng đối chứng và bê tơng có sử dụng phụ
gia khống, phụ gia ức chế ăn mòn ................................................................. 79
KẾT LUẬN CHƯƠNG IV ............................................................................. 79
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 80
1. Kết luận ....................................................................................................... 80
2. Những vấn đề còn tồn tại ............................................................................ 80
3. Kiến nghị ..................................................................................................... 80


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định .............................................. 4
Hình 1.2. Đê Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works ....................... 10
Hình 2.1. Cảng Thương vụ - Vũng Tầu sau 15 năm sử dụng ......................... 20
Hình 2.2. Cảng Cửa Cấm - Hải Phịng cách biển 25km, sau 30 năm sử dụng 21
Hình 2.3. Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hịa Bình (Nguồn tin internet) ................................................................ 21
Hình 2.4. Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
- Hải Phịng...................................................................................................... 21
Hình 2.5. Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn

mịn cốt thép, ăn mịn bê tơng trong mơi trường nước biển (Nguồn tininternet)
......................................................................................................................... 22
Hình 2.6. Hiện trạng ăn mịn rửa trơi và ăn mịn cơ học do sóng biển của bê
tơng kè biển Cát Hải – Hải Phịng (Nguồn tin internet) ................................. 22
Hình 2.7. Xâm thực bê tơng do bị mài mịn, rửa trơi cống Vàm Đồn – Bến Tre
......................................................................................................................... 22
Hình 2.8. Ăn mịn bê tơng ở các vùng biển ................................................... 23
Hình 2.9 Sự phát triển cường độ bê tơng theo thời gian ................................ 42
Hình 2.10. Phát triển cường độ trong mơi trường mặn ................................... 45
Hình 2.11. Cốt thép bị ăn mịn trong các cơng trình cầu bê tơng cốt thép ..... 46
Hình 2.12. Sơ đồ q trình ăn mịn điện hố các cốt thép trong bê tơng ........ 47
Hình 2.13. Sơ đồ mơ tả lý thuyết ăn mịn cốt thép ......................................... 50
Hình 2.14. Giản đồ Pourbaix đơn giản ........................................................... 51
Hình 2.15. Sơ đồ mơ tả cốt thép bị ăn mịn ................................................... 52
Hình 2.16. Sơ đồ mơ tả q trình suy giảm chất lượng cơng trình theo thời
gian .................................................................................................................. 53
Hình 3.1. Nón cụt tiêu chuẩn dùng để xác định độ sụt của bê tông............... 68


Hình 3.2. Đo độ sụt của bê tơng ...................................................................... 68
Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệm xác định hệ số thấm ............................................ 69
Hình 4.1. Hệ số thấm của bê tơng có và khơng có phụ gia trong 3 ngày ....... 76
Hình 4.2. Hệ số thấm của bê tơng có và khơng có phụ gia trong 7 ngày ....... 77
Hình 4.3. K thấm của bê tơng có và khơng có phụ gia trong 28 ngày............ 77


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4]......... 15
Bảng 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thế giới [4] .............. 15
Bảng 2.3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam [4] ........... 16

Bảng 2.4. Bảng phân loại mác xi măng .......................................................... 28
Bảng 2.5. Thành phần khoáng vật của xi măng [3] ........................................ 29
Bảng 2.6. Bảng thống kê sự phát triển cường độ chịu nén của bê tơng.......... 42
các cơng trình trong mơi trường biển [5] ........................................................ 42
Bảng 4.1 Cấp phối bê tông thường ................................................................. 74
Bảng 4.2 Cấp phối bê tơng có 30%F, 0,5%P .................................................. 74
Bảng 4.3. Cấp phối bê tơng có 25%F, 0,5%P, 5%S ....................................... 74
Bảng 4.4. Cấp phối bê tơng có 20%F, 10%S, 0,5%P ................................... 75
Bảng 4.5. Tổng hợp kết quả cường độ nén thí nghiệm (Mpa) ........................ 75
Bảng 4.6. Bảng xác định hệ số thấm .............................................................. 76
Bảng 4.7. Mối quan hệ giữa Kt~B trong 28 ngày ........................................... 77
Bảng 4.8. Bảng kết quả độ mài mòn ............................................................... 78


DANH MỤC VIẾT TẮT

BT:

Bê tông

BTCT:

Bê tông cốt thép

BT & BTCT :

Bê tơng và bê tơng cốt thép

X:

Xi măng

C:

Cát

Đ:

Đá

N:

Nước

CKD:

Chất kết dính

PGK:

Phụ gia khống

PGH:

Phụ gia hóa

HHBT:

Hỗn hợp bê tơng

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

BMVLXD:

Bộ môn vật liệu xây dựng


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3600 km trải dài từ Móng Cái đến Hà
Tiên. Bên cạnh việc đem lại cho con người những giá trị tích cực về kinh tế,
tinh thần, biển cịn có thể mang đến sự tàn phá, huỷ hoại ghê gớm. Từ bao đời
nay, những cơng trình trong môi trường biển, bảo vệ bờ biển đã và đang hình
thành ngày càng nhiều với sự đóng góp đáng kể của những tiến bộ khoa học
kỹ thuật với mục đích lợi dụng tối đa những lợi ích và giảm tối thiểu những
tác động tiêu cực từ nước biển.
Đê biển và các cơng trình bê tơng trong vùng biển là loại cơng trình ven
bờ biển và trong mơi trường biển, bị nước biển ăn mòn theo thời gian, phá
hỏng các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép không những về mặt cơ học mà
còn gây ra hiện tượng ăn mịn hóa học. Nó gây hư hỏng và giảm tuổi thọ cơng
trình. Một khi đê biển và các cơng trình bê tơng và bê tơng cốt thép bị phá
hoại thì hậu quả tác động tới kinh tế và kinh tế xã hội rất lớn. Vì vậy việc
nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mịn hóa học của bê tơng trong môi trường
biển và đưa ra một số giải pháp giảm thiểu ăn mịn, tăng tuổi thọ cơng trình
trở thành vấn đề vô cùng cấp thiết với nước ta hiện nay.
2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn.
- Nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mịn bê tơng, bê tông cốt thép trong
môi trường biển Việt Nam.
- Các giải pháp khắc phục tình trạng xâm thực, ăn mịn bê tông và bê
tông cốt thép vùng biển.
- Nghiên cứu sử dụng phụ gia chống xâm thực và ức chế ăn mịn để
khắc phục tình trạng ăn mịn bê tơng và bê tông cốt thép.


2

CHƯƠNG I
NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CƠNG TRÌNH ĐÊ BIỂN
VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1.1. Thực trạng cơng trình đê biển Việt Nam
Hệ thống đê biển và cửa sông của chúng ta được xây dựng, bồi trúc và
phát triển theo thời gian và do nhiều thế hệ người Việt Nam thực hiện. Đê chủ
yếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và người địa phương tự đắp bằng những
phương pháp thủ cơng. Hệ thống đê hình thành là kết quả của quá trình đấu
tranh với thiên nhiên, mở đất của ơng cha chúng ta. Chính vì vậy đê khơng
thành tuyến mà là các đoạn nằm giữa các cửa sơng. Có địa phương chỉ trong
vịng một thế kỷ đã có nhiều lần đê phát triển ra ngoài, mà cho đến nay vẫn
tồn tại các tuyến đó như đê huyện Tiên Lãng - Vĩnh Bảo - Hải Phòng; đê Thái
Thuỵ - Tiền Hải - Thái Bình; đê Kim Sơn - Ninh Bình v.v…
Thân đê chủ yếu được đắp bằng đất cát pha, một số tuyến đê như Hải
Hậu (Nam Định), Hậu Lộc (Thanh Hoá) và các tuyến đê biển miền trung
được đắp bằng cát và phủ lớp chống xói phía ngồi; mái đê phía đồng, mặt đê
dễ bị xói sạt khi mưa lớn, sóng leo trong bão. Mặt đê nhỏ tải trọng cho phép
phục vụ giao thông yếu, hầu hết các phương tiện cơ giới không thể đi lại được
trên mặt đê gây cản trở giao thơng, khó khăn trong việc ứng cứu, hộ đê trong
mùa bão. Các cống dưới đê nhiều về số lượng nhưng do được xây dựng từ
hàng chục năm trước đây, nhiều cống đã bị xuống cấp nghiêm trọng chưa
được tu sửa, rất nhiều cống phải hoành triệt để đảm bảo an toàn trong mùa
mưa bão.
1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá)
Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ là nơi có địa hình thấp trũng là một
trung tâm kinh tế của cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung
dân cư đơng đúc. Về mặt hình học, đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nhất cả


3

nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định. Đây là
vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4m) và nước dâng do bão cũng
rất lớn. Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển, đê
cửa sông ở khu vực này được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín.
Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sơng khoảng 484km, trong đó có
trên 350km đê trực tiếp biển.
Đê biển Bắc Bộ có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m – 4,0m, nhiều
đoạn đê có chiều rộng mặt đê < 2,0m như một số đoạn đê thuộc đê Hà Nam,
đê Bắc cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh), đê biển số 5, số 6, số 7, số
8 (tỉnh Thái Bình), đê Cát Hải (Hải Phịng). Sau khi được đầu tư khơi phục,
nâng cấp thơng qua dự án PAM 5325 và q trình tu bổ hàng năm, các tuyến
đê biển nhìn chung chống được mức nước triều cao tần suất 5% có gió bão
cấp 9. Tuy nhiên tổng chiều dài các tuyến đê biển rất lớn, dự án PAM mới chỉ
tập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn đê xung yếu. Mặt khác do tác động
thường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đến nay hệ thống đê biển Bắc Bộ
vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó những tồn tại chính như:
- Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh Nam
Định đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp
gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe doạ trực tiếp đến an toàn của
đê biển. Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê phía biển
được bảo vệ nhưng đến nay cây chắn sóng bị phá huỷ, đê trở thành trực tiếp
chịu tác động của sóng, thuỷ triều nên nếu khơng được bảo vệ sẽ có nguy cơ
vỡ bất cứ lúc nào


4

Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định

5

- Đến nay mới xây dựng được khoảng gần 90km kè bảo vệ mái trên
484km đê biển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc
khơng cịn cây chắn sóng vẫn thường xun bị sạt lở hoặc có nguy cơ sạt lở
đe doạ đến an tồn của đê biển, đặc biệt trong mùa mưa bão.
- Kết cấu của kè đá đang được sử dụng: một lớp đá hộc dày 30cm xếp
khan trên một lớp đá dăm dày 10cm, phía dưới là lớp vải lọc hoặc là cát. Đá
lát từ chân đê phía biển lên đến đỉnh đê. Đối với mốt số đoạn xây dựng trong
thời gian gần đây được thi công khung bêtông, trong đổ đá hộc; hoặc sử dụng
cấu kiện bê tơng đúc sẵn có ngàm khoá với nhau; hoặc một số đoạn thử
nghiệm sử dụng kết cấu mảng bê tông.
- Một số nơi bãi biển bị bào xói, ngồi việc lát mái nhiều đoạn được làm
thêm một số mỏ hàn dọc và ngang để bảo vệ. Ngồi hình thức đê kè ở trên,
một số đoạn đê được kết hợp giữa đê đất và tường kè để tạo cảnh quan và
giảm chi phí.
Đê biển ổn định trong điều kiện khí tượng thuỷ văn bình thường. Trong
điều kiện bình thường đối với đoạn đê biển Bắc Bộ là gió dưới cấp 7 và mực
nước triều trung bình. Trong điều kiện bình thường có thể xảy ra những hư
hỏng nhỏ cục bộ đối với mái đê phía biển dưới tác dụng của sóng làm dịch
chuyển các hịn đá kè lát mái. Xói mặt và mái đê ở hai phía tạo thành các rãnh
sâu, ngun nhân do khơng có đầy đủ các rãnh xương cá để gom nước và do
thân những đoạn đê này đắp bằng đất có thành phần hạt cát nhiều. Ngồi ra
cịn hay bị sạt trượt mái đê phía đồng hoặc hiện tượng rị rỉ đối với đê cửa
sơng khi có lũ hay triều cường.
Đê mất ổn định trong điều kiện khí tượng thuỷ văn khơng bình thường:
mực nước triều cao hoặc trung bình, gió cấp 8 trở lên. Trường hợp đê biển
phải làm việc trong bão cấp 8, cấp 9 gặp triều cường hoặc có gió cấp 10, cấp
11 gặp triều trung bình. Khi đó các dạng hư hỏng thường gặp là:

6

Sạt sập mái đê phía biển những đoạn có mái đá lát hoặc mái cỏ dọc theo
tuyến đê, nhất là các đoạn đê trực tiếp sóng gió và có độ dốc bãi lớn. Có
trường hợp mái sạt sập và sóng nước cuốn mất 1/2 - 1/3 thân đê. Sự sạt mái
đê biển là hiện tượng phổ biến nhất về hư hỏng đê biển Bắc Bộ không phải
chỉ với các tuyến đê được đắp bằng cát có bọc lớp chống thấm mà đối với
những đoạn đê có lát đá kè bảo vệ mái.
So với các tuyến đê biển thì trực tiếp với biển thì các tuyến đê vùng cửa
sơng ít bị hư hỏng lớn về mái. Các tuyến đê này phần lớn bãi có cây chống
sóng và chất đất đắp đê cũng tốt hơn.
Sập mái đê phía biển và phía đồng trên phạm vi dài dọc theo tuyến đê
trực tiếp sóng gió. Hiện tượng xảy ra khi đê làm việc gặp triều cường và có
gió bão trên cấp 9, cấp 10. Đối với những đoạn đê có kết cấu bảo vệ yếu, sóng
sẽ làm sập mái phía biển. Đối với những đoạn đê bảo vệ cứng, sóng tràn qua
mái đê phía đồng và làm sập mái phía đồng.
1.1.2. Đê biển miền Trung
Khác với vùng cửa sông đồng bằng Bắc Bộ với cơ chế chủ yếu là bồi,
cịn các cửa sơng miền Trung có thể thay đổi vị trí hoặc bồi hoặc xói tuỳ theo
tính chất của từng cơn lũ. Do đó, đê biển và cửa sơng miền Trung có một
tuyến đê ngồi phạm vi biến đổi của cửa sơng, khơng có tuyến đê quai lấn
biển và khơng có tuyến đê dự phòng như đồng bằng Bắc Bộ.
Mùa bão nước biển tràn vào làm nhiễm mặn đồng ruộng. Mặt khác do
đặc điểm địa hình, khí hậu, mùa kiệt thiếu nước cho sản xuất nông nghiệp và
sinh hoạt. Do vậy đê biển miền Trung trở thành yêu cầu cấp bách để bảo vệ
sản xuất và đời sống nhân dân.
Các tỉnh từ Thanh Hoá đến Hà Tĩnh, theo thống kê chiều dài các tuyến
đê biển, đê cửa sông khu vực Bắc Trung Bộ khoảng 406km. Vùng ven biển

Bắc Trung Bộ là vùng đồng bằng nhỏ hẹp của hệ thống sông Mã, sông Cả


7

cũng là một trong những vùng trọng tâm về phát triển kinh tế, địa hình ven
biển thấp trũng và cao dần về phía Tây. Đây là vùng thường xuyên chịu ảnh
hưởng của thiên tai (đặc biệt là bão, áp thấp nhiệt đới) biên độ thuỷ triều nhỏ
hơn vùng biển Bắc Bộ, vùng ven biển đã bắt đầu xuất hiện các cồn cát có thể
tận dụng được như các đoạn đê ngăn mặn tự nhiên.
Vùng ven biển Trung Trung Bộ từ Quảng bình đến Quảng Nam là vùng
có diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi các
sơng, rạch, địa hình đồi cát ven biển. Một số tuyến bao diện tích canh tác nhỏ
hẹp dọc theo đầm phá. Đây là vùng có biên độ thuỷ triều thấp nhất, thường
xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai.
Phần lớn các tuyến đê được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyến
nằm sâu so với cửa sông và đầm phá đất thân đê là đất sét pha cát như đê tả
Gianh (Quảng Bình), đê Vĩnh Thái (Quảng Trị)...Một số đoạn đê được bảo vệ
3 mặt hoặc 2 mặt bằng tấm bê tông để cho lũ tràn qua như tuyến đê phá Tam
Giang (Thừa Thiên Huế), đê hữu Nhật Lệ (Quảng Bình)...Ngồi các đoạn đê
trực tiếp chịu tác động của sóng, gió được xây dựng kè bảo vệ, hầu hết mái đê
được bảo vệ bằng cỏ, đê vùng cửa sơng được bảo vệ bằng cây chắn sóng với
các loại cây sú, vẹt, đước. Một số tồn tại của tuyến đê biển Trung Trung Bộ
như sau:
Còn 238,8km đê biển, đê cửa sông chưa được đầu tư tu bổ, nâng cấp nên
còn thấp nhỏ chưa đảm bảo cao độ thiết kế
Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hoá, về mùa mưa bão mặt đê
thường bị lầy lội nhiều đoạn khơng thể đi lại được
Đến nay mới có khoảng 165km được xây dựng kè bảo vệ mái, phần lớn
mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nơi đã được bảo vệ nhưng chưa

đồng bộ hoặc chưa đủ kiên cố nên vẫn thường xuyên bị sạt lở đe doạ đến an
toàn các tuyến đê biển


8

Chất lượng đê: Thân đê phần lớn được đắp bằng đất thịt nhẹ pha cát, cơ
tuyến đắp bằng đất sét pha cát, đất cát. Một số tuyến nằm sâu so với các cửa
sông và ven đầm phá, đất thân đê ven biển là đất cát như các tuyến đê của
huyện Quảng Xương, Tĩnh Gia (Thanh Hóa), Diễn Châu (Nghệ An), Kỳ Anh
(Hà Tĩnh), Vĩnh Hài, Vĩnh Trinh(Quảng Trị)…
Mái đê các tỉnh miền Trung hầu hết được bảo vệ bằng cỏ. Một số đoạn
đê trực tiếp chịu sóng, gió được kè đá hoặc lát tấm bêtông. Một số đoạn đê
nằm ở phía Tây Đầm Phá thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế được lát tấm bêtông 3
mặt cách đây gần 20 năm, tuyến đê biển Nhật Lệ thuộc Quảng Bình được lát
tấm bê tơng 2 mặt..[2].
Ngồi các đoạn đê trực tiếp sóng gió được kè đá, còn lại mái đê được
bảo vệ bằng cơ. Hầu hết các tuyến cửa sông được bảo vệ bằng cây chống sóng
với các cây như sú, vẹt, đước.
1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển
- Nguyên nhân do lũ sông:
Đoạn trực tiếp với biển chịu ảnh hưởng của biển và hư hỏng xuất phát từ
các yếu tố tự nhiên, địa mạo, địa chất và các yếu tố thuỷ động lực của biển là
chủ yếu
Đoạn đê cửa sông nơi chịu tổ hợp của lũ sông và các yếu tố biển: tổ hợp
này thường gây ra mực nước lớn cho đoạn cửa sông gây nước tràn qua mặt
đê, ngồi ra lưu tốc dịng chảy từ trong sơng ra cũng cần phải quan tâm vì đây
có thể là ngun nhân trực tiếp gây xói chân cơng trình gây trượt mái phía
sơng dẫn đến đổ vỡ tồn bộ con đê.
- Nguyên nhân từ phía biển:

Nguyên nhân từ phía biển được xem là nguy hiểm nhất bao gồm bão,
nước dâng kết hợp với thuỷ triều cao hay gió mùa dài ngày kết hợp với triều
cao gây nước tràn qua đê phá hoại mái trong vốn ít được gia cố. Mặt khác tải


9

trọng sóng lớn đánh vào mái đê phía biển, làm bong bật các tấm lát mái vốn
có trọng lượng khơng đủ lớn hoặc được thi công không đúng kỹ thuật sẽ bị
phá hoại, tiến tới phá hỏng hoàn toàn tuyến đê. Khi nước thấp, bãi thấp thì
sóng tác động thường xuyên vào chân đê gây xói chân dẫn đến sạt trượt mái.
- Ngồi ra cịn rất nhiều ngun nhân khác gây hư hỏng cơng trình
biển…
1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển
- Cơ chế phá hỏng do sóng hoặc mực nước lớn hơn cao trình đỉnh đê gây
nước tràn qua đỉnh gây hỏng mái
- Xói chân đê, kè
- Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh đê và xói thân đê
- Lún cơng trình do nền mềm
1.2. Thực trạng cơng trình đê biển trên Thế giới
Quan điểm thiết kế đê biển là bảo vệ vùng đất thấp không cho nước biển
tràn vào hoặc làm nhiệm vụ lấn biển (quai đê lấn biển). Một tuyến đê sau khi
được xây dựng có tác động lớn đến mơi trường xung quanh, có thể làm thay
đổi diễn biến xói bồi của bờ biển, làm biến đổi môi trường đất, nước ở vùng
đất được bảo vệ, làm thay đổi môi trường sinh thái….Hà Lan là một lãnh thổ
mà phần lớn là vùng đất thấp, được hình thành từ bốn châu thổ của các sơng
Rhine (Rhin), Maas (Meuse), Sheslde và Ijssel. Lịch sử Hà Lan là lịch sử
chiến đấu không ngừng và kiên cường với biển và ngập nước để tồn tại từ trên
2000 năm nay.
Hà Lan được thế giới biết đến như là đất nước của các polder (pơn-đơ)

và hiện có trên 3000 polder ở các quy mô khác nhau. Polder là một vùng đất
thấp được đê bao bọc, là một thực thể thuỷ văn theo nghĩa là nó khơng có trao
đổi nước bên ngồi ngoại trừ những cơng trình do con người xây dựng nên và
vận hành. Cối xay gió, biểu tượng của Hà Lan là một cơng trình sử dụng năng
lượng gió để bơm và tháo nước cho các polder, kết hợp làm cối xay.


10

1.2.1. Đê Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works
Nói đến polder là nói đến khả năng đê bị vỡ. Từ 1700 đến năm 1926 đã
có 490 lần vỡ đê. Sau thiên tai năm 1961, đê Afsluidijk được xây dựng, ngăn
Ijselmeer với Biển Bắc. Polder Weringmmer được cải tạo và ba polder mới
rộng lớn Noordoost, Oostelijk Fleveland và Zuidelịk Flevoland được hình
thành.
Đê Afsluidijk dài 32km, bề mặt rộng 90m, chiều cao thiết kế ban đầu
7,25m trên mực nước biển. Ở đầu tây nam, Den Oever có âu thuyền Stevin và
ba dãy mỗi dãy năm cửa cống. Ở đầu đông bắc Kornwerderzand có âu thuyền
Lorent và hai dãy mỗi dãy năm cửa cống. Do nước từ các sông liên tục đổ vào
và nước từ các polder mới được hình thành tháo ra, nên định kỳ Ijsselmeer
được thay nước.

Hình 1.2. Đê Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works
Sau trận vỡ đê ngày 01.01.1953 đề án Delta Plan đề xuất một hệ thống
cơng trình rất quy mơ cho vùng Zeeland và Nam Holland.


11

1.2.2. Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống đê

Có 3 ngun nhàn được đưa ra để giải thích trận vỡ đê ngày 01.02.1953
- Đê thấp và mái đê rất dốc
- Cơn bão phát sinh từ hai áp thấp đến từ Scotland hội tụ lại làm cho
nước biển dâng cao, tràn qua đê và xói móc thân đê từ bên trong, làm cho đê
yếu và vỡ
- Cơn bão trùng với lúc có triều xuân phân.
Đó là chưa kể đến tình trạng sụt lún đất trước đó làm tăng khả năng đê bị
vỡ. Cũng may là vào ngày vỡ đê khơng có lũ đổ về từ thượng nguồn các sơng,
nếu khơng thảm hoạ cịn lớn hơn rất nhiều.
Chính vì lẽ đó, sau khi các cơng trình Delta Works đi vào hoạt động năm
1978 thì Luật về an tồn đê đã được Nghị viện Hà Lan ban hành. Trước
những thách thức của biến đổi khí hậu, năm 1996 Luật mới về an toàn đê đã
được Nghị viện Hà Lan ban hành. Theo luật này, mỗi con đê và rồng cát, đặc
biệt ở ven biển phải được khảo sát một lần mỗi năm theo các tiêu chuẩn được
Chính phủ ban hành để đánh giá khả năng xảy ra các tình huống:
- Chảy tràn và mực nước cao hơn đỉnh đê
- Trượt đất ở mái trong và mái ngồi của đê
- Xói mịn của lớp phủ thân đê (cỏ, asphalt hoặc khối basalt) có thể dẫn
đến đê bị vỡ
- Có mạch rị rỉ nước dưới chân đê và xói mịn thân đê từ bên trong.
1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước biển dâng
Theo các số liệu được công bố, nhiệt độ hà Lan từ năm 1990 đến nay đã
tăng +1,70C, gần gấp đơi mức tăng trung bình trên thế giới (+0,80C)
P

P

P

P

Nước biển dâng ở Hà Lan bình quân trong thời gian qua là
24cm/100năm, lớn hơn trung bình của thế giới (khoảng 20cm/100năm).


12

Ở Hà Lan các uỷ ban về nước đã có từ 700 năm nay. Đây là một thể chế
bao gồm chính quyền địa phương, các cơ quan chun mơn và các tổ chức đại
diện cho người dân trên địa bàn cả về quyền lợi và nghĩa vụ.
Trong phạm vi trách nhiệm của mình uỷ ban về nước có trách nhiệm:
- Quản lý và bảo trì các cơng trình có tác động đối với dòng chảy như đê,
rồng, bến cảng
- Quản lý và bảo trì các thuỷ lộ, bảo trì một mực nước thích hợp trong
các polder và các thuỷ lộ
- Bảo trì chất lượng nước mặt thơng qua việc xử lý nước thải.
Tháng 12/2007 Chính phủ Hà Lan thành lập uỷ ban Châu thổ với chức
năng tư vấn, trên phạm vi cả nước, với tầm nhìn dài hạn cho Chính phủ trong
việc bảo vệ và phát triển bền vững cùng ven biển và các vùng đất thấp.
Trước thời tiết bất thường Hà Lan đã có sự chuyển biến quan trọng: từ
chinh phục thiên nhiên chuyển sang thích nghi với thiên nhiên để tồn tại và
phát tiển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
Sự chuyển hướng này khơng chỉ có ở Hà Lan mà cũng đang diễn ra tại
Anh, Pháp, Đức, Bỉ…[7].
Hiện nay ở Việt Nam cũng có rất nhiều cơ quan, đơn vị và cá nhân đã
nghiên cứu về vấn đề xâm thực, ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép trong mơi
trường biển cụ thể như:
- Viện Khoa học Công nghệ xây dựng năm 2003: Nâng cao độ bền lâu
cho bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển bằng sử dụng phụ gia
khống vật hoạt tính [11].

- Đề tài nghiên cứu khoa học (2009): Hồng Phó Un, Nguyễn Quang
Phú, Nguyễn Quang Bình: “Xác định mối quan hệ giữa hệ số thấm và mác
chống thấm của bê tơng các cơng trình thủy lợi” [10].


13

- Cao Duy Tiến & nnk (1999): Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu các
điều kiện kỹ thuật nhằm đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép ở vùng biển Việt Nam - Viện khoa học Công nghệ Xây dựng [8].
- Cao Duy Tiến: Hiện tượng ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép dưới tác
động khí hậu ven biển Việt Nam. Hội thảo quốc tế bê tông bền biển 1994 [9].
- Tạ Duy Long: Đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu cơ chế
ăn mịn hóa học của bê tơng trong môi trường biển và một số giải pháp giảm
thiểu ăn mịn, tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng và bê tông cốt thép trong môi
trường biển Việt Nam” [7].

KẾT LUẬN CHƯƠNG I
Qua nghiên cứu thực trạng cơng trình biển ở Việt Nam và trên Thế giới
ta thấy:
- Các công trình bảo vệ bờ biển bị xâm thực, ăn mịn rất nhanh chóng
và có tác hại xấu đến mơi trường, sinh hoạt xung quanh.
- Xuất phát từ những hư hỏng đó, các cơng trình bảo vệ bờ phải thường
xun duy tu, sửa chữa gây tốn kém và thiệt hại về kinh tế rất nhiều.


14

CHƯƠNG II
NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MỊN BÊ TƠNG, BÊ TÔNG CỐT THÉP

TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM
2.1. Đặc điểm mơi trường biển Việt Nam
Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc tính cơ
bản là nóng ẩm và phân bố theo mùa. Vùng biển Việt Nam nằm trải dài trên
3600Km, từ 80-240 vĩ bắc. Môi trường biển là môi trường rất khắc nghiệt và
P

P

P

P

tiềm ẩn nhiều yếu tố phá hoại kết cấu bê tông cốt thép xây dựng trong khu
vực chịu ảnh hưởng của nó. Các ngun nhân chính phá hoại kết cấu bê tơng
cốt thép trong mơi trường biển có thể phân loại theo các cơ chế vật lý, hóa
học, ăn mịn điện hóa cốt thép và cả do các sinh vật biển. Các nguyên nhân
phá hoại thường xảy ra cùng lúc và đan xen nhau làm cho kết cấu bê tông bị
phá hủy nhanh hơn.
Căn cứ theo tính chất và mức độ xâm thực của môi trường biển đối với
kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, môi trường biển được phân thành các
vùng xâm thực theo vị trí kết cấu như sau:
- Vùng ngập nước: Vị trí kết cấu nằm ngập hoàn toàn trong nước biển.
- Vùng nước lên xuống: Vị trí kết cấu nằm giữa mức nước lên cao nhất
và xuống thấp nhất của thủy triều, kể cả các khu vực bị sóng táp.
- Vùng khí quyển: Vị trí kết cấu nằm trong khơng khí, chia thành các
tiểu vùng:
+ Khí quyển trên mặt biển hay nước lợ.
+ Khí quyển trên bờ: Vị trí kết cấu nằm trên bờ trong phạm vi nhỏ hơn
hoặc bằng 1km cách mép nước.

+ Khí quyển gần bờ: Vị trí nằm trên bờ cách mép nước 1-30km.


15

2.1.1. Vùng ngập nước biển
Nước biển thong thường chứa 3,5% tính theo khối lượng là các loại
muối tan (tức là cứ 1kg nước biển thì có 35gam các loại muối tan). Thành
phần hóa học của các muối có trong nước biển bao gồm chủ yếu là các ion
Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, SO 4 2- với hàm lượng trung bình được giới thiệu
P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

R

RP

P

trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4]
Số

Ion

Hàm lượng (g/l)

1

Na+

11,00

2

K+

0,40

3

Mg2+

1,33

4

Ca2+

0,43

5

Cl-

19,80

6

SO 4 2-

2,76

P

P

P

P

P

R

RP

Nước biển Việt Nam có thành phần hóa học, độ mặn và tính xâm thực
tương đương với các nơi khác trên thế giới. Riêng vùng gần bờ độ mặn có suy
giảm ít nhiều do ảnh hưởng của các con song chảy ra biển. Thành phần hóa
học và độ mặn của nước biển Việt Nam được thể hiện ở bảng 2.2 và bảng 2.3
Bảng 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thế giới [4]
Chỉ tiêu

Đơn vị

Vùng biển

Vùng biển

Biển

Biển

Hịn Gai

Hải Phịng

Bắc Mỹ

Ban 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

P

P

R

RP

P


16

Bảng 2.3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam [4]
Tháng
Trạm

Trung

Mùa đơng

Mùa hè

bình

12

1

2

6

7

8

năm

Cửa Ơng

29.2

30.0

30.4

25.3

23.4

21.3

26.6

Hịn Gai

30.8

31.5

31.6

32.2

30.8

29.3

31.0

Hịn Dấu

26.3

28.1

28.1

17.1

11.9

10.9

20.4

Văn Lý

25.9

18.3

29.5

25.4

20.1

19.0

23.0

Cửa Tùng

22.8

27.2

29.3

31.8

31.3

31.7

29.0

Sơn Trà

8.7

17.6

22.8

-

21.2

26.9

-

Vũng Tàu

30.4

33.1

34.7

29.8

29.8

27.6

30.9

2.1.2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển
Khí quyển trên biển và ven biển Việt Nam có một số đặc trưng sau đây:
+ Nhiệt độ khơng khí
Vùng biển Việt Nam có nhiệt độ khơng khí tương đối cao, trung bình từ
22,5-22,70C, tăng dần từ Bắc vào Nam. Miền Bắc có từ 2 đến 3 tháng mùa
P

P

đơng, nhiệt độ dưới 200C. Miền Nam cao đều nhiệt độ quanh năm, biên độ
P

P

dao động từ 3 đến 70C.
P

P

+ Bức xạ mặt trời
Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến nên bức xạ mặt trời nhận
được trên vùng ven biển khá lớn từ 100-150 kCal/cm2. Lượng nhiệt bức xạ
P

P

tăng dần từ Bắc vào Nam và đạt cao nhất tại cực Nam Trung Bộ. Với lượng
bức xạ cao như vậy đã thúc đẩy quá trình bốc hơi nước biển mang theo ion ClP

vào khí quyển.

+ Độ ẩm khơng khí

P


17

Độ ẩm tương đối của khơng khí ở mức cao so với các vùng biển khác
trên thế giới, dao động trung bình từ 75-80%. Cụ thể là:
- Vùng ven biển Băc Bộ và Bắc Trung Bộ: 83-86%.
- Vùng ven biển Trung và Nam Trung Bộ: 75-82%.
- Vùng ven biển Nam Bộ: 80-84%.
+ Thời gian ẩm ướt bề mặt
Tổng thời gian ẩm ướt bề mặt kết cấu trung bình trong năm ở vùng ven
biển các tỉnh phía bắc dao động từ 1300-1850 giờ/ năm tập trung chủ yếu vào
mùa xuân, còn các tỉnh miền Nam từ 450-950 giờ/năm, tập trung vào các
tháng mưa mùa hạ. Đây là đặc điểm mang tính đặc thù của khí hậu Việt Nam,
có ảnh hưởng đến ăn mịn khí quyển biển.
+ Hàm lượng ion Cl- trong khơng khí
P

P

Khí quyển trên biển và ven biển có chứa hàm lượng ion Cl- phân tán
P

P

cao, tại trạm đo sát mép nước ở các tỉnh Miền Bắc dao động từ 0,4-1,3 mg ClP

/m2, ở các tỉnh Miền Nam khoảng từ 1,3-2,0 mg Cl-/m2. Nồng độ ion Cl- giảm
P

P

P

P

P

P

P

P

P

mạnh ở cự ly 200-250m tính từ sát mép nước, sau đó tiếp tục giảm dần khi đi
sâu vào trong đất liền. Tuy nhiên do ảnh hưởng của nhiều đợt gió mùa thổi từ
biển vào lục địa nồng độ ion Cl- có thể cao hơn.
P

P

2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh
Đây là vùng giao thoa giữa vùng ngập nước và vùng khí quyển trên
biển. Do nước biển lên xuống thường xuyên dẫn tới q trình khơ ướt xảy ra
liên tục theo thời gian, tác động từ ngày này qua ngày khác lên trên bề mặt kết

cấu cùng với nhiệt độ môi trường cao làm tăng khả năng tích tụ ion Cl- , H 2 O
P

P

R

R

và O 2 từ nước biển và không khí vào trong bê tơng thơng qua q trình
R

R

khuếch tán nồng độ và lực hút mao dẫn.


18

Ngồi ra vùng này cịn chịu ảnh hưởng xâm thực của hà, sị biển, tác
động cơ học của sóng biển. Vì vậy vùng này được xem là có tính chất và mức
độ xâm thực mạnh nhất.
2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép ở Việt Nam
Nhiều cơng trình xây dựng bằng bê tơng và bê tông cốt thép ở nước ta
sau một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các mơi trường có
tính chất ăn mịn. Điều đó địi hỏi phải có các biện pháp phịng ngừa để hạn
chế sự ăn mịn của các kết cấu bê tơng và bê tông cốt thép. Nhà nước ta đã
ban hành các tiêu chuẩn nhà nước: 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 mịn trong xây dựng - kết cấu bê tơng và bê tơng

cốt thép - phân loại ăn mịn”, TCXD 149-86 “ Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi
bị ăn mòn” . Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này chưa đề cập đến tất cả các loại ăn
mịn, các mơi trường ăn mịn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưa
phát huy được tác dụng trong thực tế.
Nhận thức được tính cấp bách của việc chống ăn mịn bê tơng và bê tơng
cốt thép, ở nước ta có nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đề này. Các
đề tài nghiên cứu chưa quan tâm nghiên cứu về lý thuyết, mà chủ yếu đi vào
các biện pháp cụ thể chống ăn mịn cho cơng trình kết cấu bê tông và bê tông
cốt thép. Các nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mịn của mơi trường
lỏng, chủ yếu là mơi trường biển, vì nước ta có hơn 2000km bờ biển và ngày
càng có nhiều cơng trình quan trọng được xây dựng trong mơi trường biển.
Khơng có nhiều cơng trình nghiên cứu chống ăn mịn cho bê tơng và bê tông
cốt thép dưới tác động của môi trường .
Trong những năm cuối của thập kỷ 60 có một số nhà nghiên cứu đã tiến
hành khảo sát hư hỏng các kết cấu bê tơng cốt thép ở cảng Hịn Gai, Hải
Phòng được xây dựng từ năm 1914 và cũng đã đưa ra nhận xét là cần phải có