(Luận văn thạc sĩ) Sử dụng vật liệu thẩm thấu kết tinh gốc xi măng để nâng cao chất lượng bê tông cống vùng triều

L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u c a riêng tơi. Các s li u trích d n,
k t qu nghiên c u trong lu n v n là trung th c, ch a t ng đ

c công b trong b t

k công trình nào khác.
Hà n i, ngày 14 tháng 11 n m 2016
Tác gi lu n v n

ng Quang

i

c


L IC M

N

Lu n v n th c s k thu t chuyên nghành v t li u xây d ng v i
v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ nâng cao ch t l
vùng tri u” đ

c hoàn thành d

is h

tài “S d ng
ng bê tông c ng

ng d n c a PGS.TS Hồng Phó Un -

Vi n Th y Cơng.
Tác gi xin bày t lịng bi t n chân thành t i Ban giám hi u tr

ng

i h c Th y

L i, các th y cô giáo Khoa Công trình, b mơn V t li u xây d ng nhà tr

ng, tác

gi các bài báo, t p chí chuyên nghành, …và đ c bi t là t p th th y giáo h

ng d n

đã t n tình giúp đ , t o đi u ki n thu n l i cho tơi hồn thành lu n v n này.
Tác gi chân thành c m n Công ty Trách nhi m h u h n m t thành viên Khai thác
cơng trình th y l i a

, H i Phịng- n i tơi cơng tác, đã t o đi u ki n t t nh t cho

tôi trong quá trình h c t p và làm thí nghi m hoàn thành lu n v n.
Tác gi c ng bày t lòng bi t n đ i v i s đ ng viên to l n c a gia đình, b n bè và
các đ ng nghi p. ó là ngu n đ ng l c m nh m giúp tơi hồn thành lu n v n này.
V i kh n ng có h n, lu n v n khó tránh kh i nh ng thi u xót, tác gi r t mong
nh n đ

c nh ng ch b o, góp ý chân tình c a các nhà khoa h c, chuyên gia trong

và ngoài nghành cùng các đ ng nghi p.
Xin chân thành c m n!
Hà n i, ngày 14 tháng 11 n m 2016
Tác gi lu n v n

ng Quang

ii

c


M CL C
L I CAM OAN ........................................................................................................... i
L IC M

N ................................................................................................................ ii

M C L C ..................................................................................................................... iii
DANH M C HÌNH NH ............................................................................................ vi
DANH M C B NG BI U ........................................................................................ viii
DANH M C CH
PH N M

VI T T T .................................................................................... x

U ............................................................................................................ 1

1. Tính c p thi t............................................................................................................... 1
2. M c đích nghiên c u ................................................................................................... 3
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u ............................................................................... 3

4. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u ................................................................. 3

CH
NG 1: T NG QUAN V BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH BI N, CÁC D NG
XÂM TH C BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH BI N VÀ V T LI U TH M TH U
K T TINH G C XI M NG ........................................................................................ 4
1.1 T ng quan v bê tơng và bê tơng cơng trình bi n ..................................................... 4
1.2 Th c tr ng các công trình ven bi n s d ng bê tơng ................................................ 5
1.3 Phân lo i môi tr

ng xâm th c BT và BTCT........................................................... 7

1.4 Các vùng làm vi c và m c đ xâm th c k t c u bê tơng cơng trình bi n ................ 8
1.5 Các d ng h h ng k t c u bê tông và bê tơng c t thép do q trình xâm th c ...... 10
1.5.1 H h ng t i các vùng hoàn toàn ng p n
1.5.2 H h ng t i các vùng n

c ......................................................... 13

c lên xu ng và sóng đánh ........................................... 14

1.5.3 H h ng t i các vùng khí quy n trên bi n và ven bi n ........................................ 15
1.6 Các nguyên nhân gây xâm th c và phá h y các cơng trình BT và BTCT trong
mơi tr ng bi n Vi t Nam ............................................................................................ 16
1.7 M t s gi i pháp nâng cao tu i th cho bê tông và bê tông c t thép trong môi
tr ng n c m n và chua phèn ..................................................................................... 17
1.7.1 Các gi i pháp c b n ............................................................................................ 17
1.7.2 Phân tích v

u nh

c đi m và tính kh thi c a các gi i pháp ........................... 18

1.7.3 Gi i pháp đ xu t ................................................................................................. 19
1.8 T ng quan v công ngh v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng ......................... 19
1.8.1 Khái ni m v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng ............................................. 20
1.8.2 M t s k t qu nghiên c u và s d ng v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng
trên th gi i và t i Vi t Nam ......................................................................................... 20
iii


K t lu n ch

ng 1 ......................................................................................................... 23

CH
NG 2: C S KHOA H C, V T LI U S D NG VÀ PH
NG PHÁP
NGHIÊN C U.............................................................................................................. 25
2.1 C s khoa h c c a vi c s d ng v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ

nâng cao m t s tính ch t c a bê tơng .......................................................................... 25
2.1.1 C u trúc l r ng và hi n t

ng th m n

c c a bê tông ....................................... 25

2.1.2 Gi i pháp ch ng th m theo c ch th m th u k t tinh ......................................... 27
2.2 V t li u s d ng ...................................................................................................... 30
2.2.1 Xi m ng ................................................................................................................ 30
2.2.2 C t li u nh .......................................................................................................... 31
2.2.3 C t li u l n ........................................................................................................... 32
2.2.4 V t li u TKX HyCI-CT09 ................................................................................... 32
2.2.5 V t li u TKX Aquafin IC..................................................................................... 38
2.3. Tiêu chu n áp d ng ................................................................................................ 40
2.3.1 Tiêu chu n áp d ng trong nghiên c u .................................................................. 40
2.3.2 Ph

ng pháp th c nghi m ................................................................................... 42

tài ti n hành thí nghi m ki m tra các tính ch t c lý c a các v t li u s d ng
trong nghiên c u............................................................................................................ 42
2.4 M t s quy trình áp d ng trong nghiên c u ............................................................ 42
2.4.1 Quy trình tr n bê tơng trong phịng thí nghi m .................................................. 42
2.4.2 Ph

ng pháp ch t o m u bê tông ....................................................................... 43

2.4.3 Ph

ng pháp thi công v t li u TKX lên b m t bê tơng ...................................... 46

2.4.4 Thí nghi m đ mài mịn bê tơng......................................................................... 49
2.4.5 C

ng đ bám dính v i b m t bê tông ............................................................... 55

K t lu n ch

ng 2 ......................................................................................................... 56

CH
NG 3: NGHIÊN C U M T S TÍNH CH T C A BÊ TƠNG S
D NG V T LI U TH M TH U K T TINH G C XI M NG ........................... 57
3.1 Thi t k thành ph n c p ph i bê tông M200 ........................................................... 57
3.1.1 B

c 1 - Ch n đ s t ........................................................................................... 57

3.1.2 B

c 2 - Ch n l

3.1.3 B

c 3 - Tính t l xi m ng/n

3.1.4 B

c 4 - Tính l

3.1.5 B

c 5 - Tính ho c tra b ng c t li u l n (đá d m, s i) ....................................... 60

3.1.6 B

c6-L

ng n

c tr n bê tông .............................................................. 57
c (X/N) ............................................................. 58

ng dùng xi m ng (X) ............................................................... 60

ng c t li u nh cho 1 m3 bê tông (C).............................................. 62

iv


3.2 M t s tính ch t c a bê tông M200 và bê tông M250 ............................................ 63
3.3 Nghiên c u s nh h ng c a v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ n m t
s tính ch t c a bê tơng s d ng trong cơng trình bi n ................................................ 65
3.3.1 i u ki n th nghi m s nh h ng c a v t li u th m th u k t tinh g c xi
m ng đ n m t s tính ch t c a bê tông ......................................................................... 65
3.3.2 Nghiên c u s nh h ng c a v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ n tính
ch ng th m c a bê tơng s d ng trong cơng trình bi n ................................................ 68
3.3.3 Nghiên c u s nh h ng c a v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ n tính
ch ng mài mịn c a bê tơng s d ng trong cơng trình bi n .......................................... 76

3.3.4 Nghiên c u c
K t lu n ch

ng đ bám dính c a v t li u TKX v i bê tông. .......................... 80

ng 3 ......................................................................................................... 81

K T LU N VÀ KI N NGH .................................................................................... 83
1. K t lu n ..................................................................................................................... 83
2. Ki n ngh ................................................................................................................... 84
TÀI LI U THAM KH O .......................................................................................... 85
PH L C 1. QUY TRÌNH THI CƠNG V T LI U TKX ..................................... 86
1. Chu n b b m t thi công .......................................................................................... 86
2. Chu n b h n h p CT-09 ........................................................................................... 86
3. Quy trình thi cơng ..................................................................................................... 87
4. Nghi m thu ................................................................................................................ 88
PH L C 2. M T S

HÌNH NH THÍ NGHI M ................................................ 89

PH L C 3. M T S

K T QU THÍ NGHI Ms................................................. 93

v


DANH M C HÌNH NH
Hình 1.1. L p bê tơng b o v c t thép thi công không đ m b o ................................7
Hình 1.2. Thân c ng n m trong vùng m c n c dao đ ng b mài mịn tr c t

li u l n .........................................................................................................................7
Hình 1.3. Các vùng làm vi c c a k t c u bê tơng cơng trình bi n..............................9
Hình 1.4. Ph n thân c ng b mài mịn .......................................................................11
Hình 1.5. Tr

ng n c t thép ....................................................................................11

Hình 1.6. Xâm th c do m c n

c dao đ ng ( n mịn khí quy n). ...........................12

Hình 1.7. Dàn cơng tác b n mịn tr c t thép. ........................................................12
Hình 1.8. Bê tơng thân c ng b nh h
Hình 1.9. Tr

ng do q trình n mịn ..............................12

ng n c t thép làm bong l p bê tơng b o v .....................................12

Hình 2.1. B m t bê tơng d
Hình 2.2. M t k n t đ

i kính hi n vi có r t nhi u k n t ...............................28

c phóng đ i lên 2.000 l n .................................................28

Hình 2.3. Phun v t l u TKX lên b m t bê tơng .......................................................29
Hình 2.4. Sau khi phun v t li u TKX lên b m t bê tơng .........................................29
Hình 2.5. Sau khi v t li u TKX c ng r n trong l r ng bê tơng...............................30
Hình 2.6. nh ch p vi c u trúc .................................................................................30

Hình 2.7. Chu n b v t li u tr n BT ..........................................................................43
Hình 2.8. Tr n bê tơng đúc m u ...............................................................................43
Hình 2.9. Chu n b khuôn đúc m u và quét d u ch ng dính khn .........................44
Hình 2.10.

m và đúc m u bê tơng.........................................................................45

Hình 2.11. M u bê tơng sau khi đúc .........................................................................45
Hình 2.12. B o qu n m u trong đi u ki n phịng thí nghi m ...................................45
Hình 2.13. V sinh b m t m u đ m b o yêu c u .....................................................47
Hình 2.14. Quá trình tr n v t li u HYCI - CT09B ...................................................48
Hình 2.15. Quét v t li u TKX lên b m t bê tông ....................................................49
Hình 2.16. Thi t b thí nghi m mài mịn theo tiêu chu n ASTM C1138 .................53
Hình 2.17. M u tr

c khi thí nghi m mài mịn ........................................................54
vi


Hình 2.18. M u sau khi thí nghi m mài mịn............................................................54
Hình 2.19.

u kéo và thi t b đo c

ng đ bám dính .............................................55

Hình 3.1. B n đ h th ng th y l i a

...............................................................67

Hình 3.2. C ng C Ti u III nhìn t phía h l u ........................................................67
Hình 3.3. K t qu thí nghi m đ ch ng th m ...........................................................75
Hình PL1.1. Máy ph t n

c cao áp dùng đ v sinh b m t bê tông x lý th m .....86

Hình PL1.2. Tr n h n h p b ng máy khoan tay có cánh khu y...............................87
Hình PL1.3. Máy phun h n h p CT-09 ....................................................................88
Hình PL1.4. Thi công phun h n h p lên b m t x lý th m.....................................88
Hình PL2.1. Chu n b c t li u tr n bê tơng ..............................................................89
Hình PL2.2. Tr n bê tơng .........................................................................................90
Hình PL2.3. Th tính cơng tác h n h p bê tơng .......................................................91
Hình PL2.4. úc m u bê tơng ...................................................................................91
Hình PL2.5. M u bê tơng sau khi đúc.......................................................................91
Hình PL2.6. Ngâm m u thí nghi m t i c ng C Ti u III – H i Phịng ....................92
Hình PL2.7. V t m u thí nghi m sau khi ngâm t i c ng C Ti u III – H i
Phịng .........................................................................................................................93
Hình PL2.8. Thí nghi m đ ch ng th m c a m u bê tơng .......................................93
Hình PL2.9. Thí nghi m đ mài mịn c a m u bê tông ............................................93

vii


DANH M C B NG BI U
B ng 1.1 M c đ xâm th c t i các vùng ....................................................................9
B ng 1.2. Thành ph n n
B ng 1.3.

m nn

c bi n c a Vi t Nam và trên th gi i ..............................13

c bi n t ng m t trong vùng bi n Vi t Nam, o/ oo ...................14

B ng 1.4. K t qu đo đ c đi n th n mòn c t thép và kh n ng n mòn t i các
cơng trình...................................................................................................................15
B ng 1.5. M t s cơng trình bê tơng l n trên th gi i áp d ng công ngh
ch ng th m TKX .......................................................................................................20
B ng 1.6. M t s cơng trình s d ng v t li u TKX t i Vi t Nam ............................22
B ng 2.1. Các tính ch t c lí c a xi m ng PCB40 Chinfon ......................................30
B ng 2.2. Các tính ch t c lí c a c t li u nh ...........................................................31
B ng 2.3. K t qu thành ph n h t c a cát .................................................................31
B ng 2.4.Tính ch t c lí c a c t li u l n. .................................................................32
B ng 2.5. Thành ph n hóa h c c a v t li u TKX .....................................................34
B ng 2.6. Thành ph n khoáng c a v t li u TKX ......................................................35
B ng 2.7. Thành ph n h t c a cát th ch anh .............................................................36
B ng 2.8. Các ch tiêu và m c ch t l

ng ................................................................37

B ng 2.9. Thành ph n hóa h c c a ch ng th m IC ..................................................39
B ng 2.10. Thành ph n khoáng c a ch ng th m IC .................................................40
B ng 2.11. Các tiêu chu n thí nghi m v t li u .........................................................40
B ng 2.12. Các tiêu chu n thí nghi m bê tông .........................................................41
B ng 2.13. Ch tiêu c n xác đ nh và hình dáng, kích th

c viên m u ......................43

B ng 3.1.

s t bê tông cho các d ng k t c u ........................................................57

B ng 3.2. L

ng dùng n

c cho 1 m3 bê tông (v t li u khô hoàn toàn) ..................58

B ng 3.3. H s tra A và A'.......................................................................................60
B ng 3.4. B ng tra h s d v a K d ..........................................................................62
B ng 3.5. Thành ph n c p ph i tính tốn c a bê tơng M200 ...................................63
B ng 3.6. Thành ph n c p ph i tính tốn c a bê tơng M250 ...................................63
viii


B ng 3.7. Thành ph n c p ph i bê tông s d ng trong nghiên c u..........................63
B ng 3.8. K t qu thí nghi m c

ng đ nén .............................................................63

B ng 3.9. K t qu thí nghi m đ ch ng th m ...........................................................64
B ng 3.10. K t qu thí nghi m đ ch ng th m bê tơng M200 .................................68
B ng 3.11. K t qu thí nghi m đ ch ng th m bê tông M250 .................................71
B ng 3.12. B ng t ng h p k t qu thí nghi m đ ch ng th m .................................74
B ng 3.13. K t qu thí nghi m đ mài mịn bê tơng M200 ......................................76
B ng 3.14. K t qu thí nghi m đ mài mịn bê tơng M250 ......................................78
B ng 3.15. C

ng đ bám dính c a v t li u TKX lên bê tông .................................81

ix


DANH M C CH

VI T T T

AASHTO

Tiêu chu n thí nghi m c a M AASHTO

ASTM

Tiêu chu n thí nghi m c a M ASTM

BT

Bê tông

BTCT

Bê tông c t thép

QPTL

Quy ph m Thu l i

TCVN

Tiêu chu n Vi t Nam

TKX

V t li u th m th u k t tinh g c xi m ng

x


PH N M

U

1. Tính c p thi t
Vi t Nam có đ

ng b bi n dài h n 3200 km t 8037’ đ n 21032’ v đ B c. Sau

n m 1960 s l

ng các cơng trình làm vi c trong môi tr

Theo k t qu kh o sát c a các c quan nghiên c u trong n

ng bi n t ng đáng k .
c nh Vi n Khoa h c

công ngh Xây d ng, Vi n Khoa h c V t li u, Vi n Khoa h c thu l i, Vi n Khoa
h c công ngh Giao thông v n t i, Tr

ng

i h c Bách khoa

à N ng, v.v… thì

tình tr ng suy gi m tu i th cơng trình bê tơng (BT) và bê tơng c t thép (BTCT)
làm vi c trong môi tr

ng bi n đáng đ quan tâm.

Theo đánh giá v đ b n (tu i th ) c a các cơng trình BTCT c a các qu c gia trên
th gi i qua h n m t th k s d ng cho th y trong mơi tr

ng khơng có tính xâm

th c, k t c u BT có th làm vi c b n v ng trên 100 n m; trong môi tr
th c vùng bi n, hi n t

ng n mòn c t thép và BT d n đ n làm n t v và phá h y

k t c u BT, BTCT có th xu t hi n sau 10 ÷ 30 n m s d ng.
c u BTCT ph thu c vào m c đ xâm th c c a môi tr
s d ng (c

ng xâm

b n c a các k t

ng và ch t l

ng v t li u

ng đ BT, mác ch ng th m, kh n ng ch ng n mòn, ch ng lo i xi

m ng, ph gia, lo i c t thép, ch t l

ng thi t k , thi công và bi n pháp qu n lý, s

d ng cơng trình …).
Th c t , có h n 50% b ph n k t c u BT và BTCT b

n mòn, h h ng n ng ho c

b phá hu ch sau t 10 ÷ 30 n m s d ng. H u h t các k t c u này trong quá trình
làm vi c đ u ti p xúc v i mơi tr
tr

ng khơng khí và n

c bi n. Gi a v t li u và môi

ng luôn x y ra các tác đ ng qua l i và b n thân BT luôn thay đ i tr ng thái c u

trúc. Tác đ ng xâm th c c a môi tr

ng bi n t i đ b n công trình BT và BTCT

ch y u do các quá trình sau:
- Q trình cacbonat hố làm gi m n ng đ pH c a bê tông theo th i gian, làm v
màng th đ ng có tác d ng b o v c t thép, đ y nhanh quá trình n mòn c t thép

d n đ n phá hu k t c u.

1


- Quá trình th m ion SO 4 2- vào bê tơng, t
m ng t o ra khống ettringit tr

ng tác v i các s n ph m thu hoá c a xi

ng n th tích gây phá hu k t c u ( n mịn

sunfat).
- Q trình khu ch tán ôxy, ion Cl- và h i m vào bê tơng trong đi u ki n nhi t đ
khơng khí cao.
- Q trình n mịn vi sinh v t, n mịn c h c do sóng, n mịn r a trơi.
Ngồi ra, v i đ c thù khí h u nóng, m, m a bão nhi u thì t c đ và m c đ
h

nh

ng c a quá trình xâm th c t i cơng trình BT và BTCT s nhanh h n, tu i th

cơng trình s gi m đi đáng k .
Có nhi u bi n pháp đ nâng cao tu i th cho bê tơng, trong đó vi c s d ng v t li u
th m th u k t tinh g c xi m ng đ

c xem là m t gi i pháp hi u qu và th c hi n

thu n l i trong đi u ki n Vi t Nam.

Trong Báo cáo d án s n xu t th nghi m c p B “Hồn thi n cơng ngh s n xu t
v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng (ch ng th m, mài mịn, n mịn) và thi cơng
cho k t c u bê tơng cơng trình th y cơng” do Vi n Khoa h c Thu l i Vi t Nam
ch trì c ng đã nghiên c u nâng cao kh n ng ch ng th m, ch ng mài mòn bê tông
c a v t li u th m th u k t g c xi m ng. Tuy nhiên, k t qu nghiên c u m i ch d ng
l i

vi c nghiên c u đ b n ch ng th m, ch ng mài mịn c a bê tơng M200, M250

s d ng trong mơi tr

ng n

c bình th

ng (cơng trình h ch a n

cN

c Trong,

t nh Qng Ngãi) và nghiên c u đ b n ch ng th m, ch ng mài mịn c a bê tơng
M300, M350 s d ng trong mơi tr
H i Phịng, n

ng n

c m n và chua phèn (n

c chua phèn l y t i Cà Mau). Còn trên th c t

n

cm nl yt i
c ta, các cơng

trình ven bi n đã xây d ng t lâu v i mác bê tông ch t 200 ÷ 250 kG/cm2 và ch a
quan tâm đ n y u t xâm th c. i u đó cho th y c n ph i ti p t c nghiên c u, đánh
giá nh h

ng c a quá trình xâm th c đ n k t c u bê tông và bê tông c t thép.

Xu t phát t đó, đ tài đã ti n hành nghiên c u: “S d ng v t li u th m th u k t
tinh g c xi m ng đ nâng cao ch t l

ng bê tông c ng vùng tri u”.

2


2. M c đích nghiên c u
Nghiên c u nh h

ng c a v t li u th m th u k t tinh g c xi m ng đ n bê tông

M200, M250 đã và đang đ

c s d ng ph bi n trong xây d ng các công trình ven

bi n nói chung và c ng vùng tri u nói riêng. T đó, ch ra các hi u qu đ đ xu t

s d ng t i các cơng trình c ng vùng tri u và các cơng trình t
cao ch t l
3.

it

ng t nh m nâng

ng và tu i th cơng trình.
ng và ph m vi nghiên c u

Nghiên c u bê tơng M200, M250 khi có s d ng và không s d ng v t li u th m
th u k t tinh g c xi m ng

đi u ki n bình th

ng và đi u ki n môi tr

ng vùng

tri u v i các tính ch t sau:
- Kh n ng ch ng th m.
- Kh n ng ch ng mài mòn.
-C

ng đ bám dính c a v t li u TKX v i bê tông.

4. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u

Cách ti p c n
- Ti p c n th c ti n
- Ti p c n lý thuy t
Ph

ng pháp nghiên c u

- Nghiên c u phân tích lý thuy t: Thu th p, tìm hi u, t ng h p kinh nghi m và k t
qu nghiên c u m t s tài li u trong n

c c ng nh trên Th gi i v hi n tr ng xâm

th c bê tơng cơng trình bi n, t đó đ a ra m c đích nghiên c u c a Lu n v n.
- Nghiên c u th c nghi m: Ti n hành thí nghi m m t s tính ch t (tính cơng tác,
c

ng đ nén, đ ch ng th m, đ mài mòn, c

ng đ bám dính c a v t li u TKX

v i bê tơng) c a BT trong phịng thí nghi m.
- L y ý ki n chuyên gia: Thông qua trao đ i chuyên môn v i các nhà khoa h c và
chuyên gia, tác gi đã đúc rút kinh nghi m t đó hồn thi n đ

3

c Lu n v n.

CH

NG 1: T NG QUAN V BÊ TƠNG CƠNG TRÌNH BI N, CÁC D NG

XÂM TH C BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH BI N VÀ V T LI U TH M TH U
K T TINH G C XI M NG
1.1 T ng quan v bê tơng và bê tơng cơng trình bi n
Bê tông (g c t béton trong ti ng Pháp) là m t lo i đá nhân t o, đ

c hình thành

b i vi c tr n các thành ph n: C t li u thô, c t li u m n, ch t k t dính, v.v... theo m t
t l nh t đ nh (đ

c g i là c p ph i bê tơng) sau q trình thu hố và đóng r n.

K thu t ch t o và s d ng bê tông xu t hi n t th i La Mã c đ i và đ
r ng rãi trong su t giai đo n t n t i c a

c s d ng

qu c La Mã. Sau khi đ qu c La Mã s p

đ , k thu t s d ng bê tông c ng b mai m t cho đ n khi đ

c tái khám phá vào

gi a th k XVIII, xong ph i đ n cu i th k XIX đ u th k XX bê tông m i đ

c

ng d ng trong xây d ng các cơng trình bi n và ven bi n.
Hi n nay m t s qu c gia phát tri n trên th gi i đã xây d ng nhi u c ng ng n tri u
v i quy mô l n v i ki n trúc k di u trong l nh v c cơng trình th y.
l nh v c này ph i k đ n các n

i đ u trong

c nh Anh, Ph n Lan, Hà Lan… M t s cơng trình

đi n hình nh cơng trình ng n sơng Thames (c a Anh); cơng trình ch n sóng bão,
n

c bi n dâng h l u đông Schede (c a Hà Lan); t h p cơng trình ng n tri u

Saint Petersburg (c a Nga); cơng trình ch n sóng Maeslandt (c a Hà Lan). Các
cơng trình này ngồi tác d ng ng n tri u, ch ng xâm nh p m n, ch ng ng p l t cịn
có tác d ng ng n m i đe d a c a sóng bi n khi có bão. M t s cơng trình c ng ng n
tri u thi công tr c ti p trên lịng sơng l n v i các gi i pháp cơng ngh xây d ng
ch ng n mịn, phá h y bê tông đ

c các n

c tiên ti n xây d ng phát huy hi u qu

cao; đ m b o tính b n v ng, an tồn và th m m , thu hút s chiêm ng

ng c a các

du khách trên th gi i.

Hi n t i và trong t

ng lai bê tông là lo i v t li u đ

c s d ng r ng rãi nh t trong

xây d ng cơng trình dân d ng, công nghi p, giao thông, thu l i, thu đi n, th m
chí trong xây d ng các nhà máy đi n nguyên t (bê tông c n x ), v.v...Theo đánh
giá c a Hi p h i bê tông th gi i, th k XXI là th k c a v t li u bê tông.

4


Bê tơng là lo i v t li u có c u trúc ph c t p đ
v i hình d ng, kích th
ch a thu hố, n
và bé, các l

c, đ đ c ch c, c

c t o nên t các thành ph n: c t li u
ng đ , v.v...,khác nhau, ch t k t dính

c và ph gia hoá h c, h th ng các l gel, h th ng mao qu n l n

r ng trong đó ch a khơng khí, h i n

c ho c n

c, các v t

n t…Trong thành ph n đá xi m ng bê tơng g m các khống chính
2CaO.SiO2.mH2O, 3CaO.Al2O3.6H2O, CaO.Fe2O3.mH2O. Ngồi ra cịn m t s
thành ph n khác nh Ca(OH)2, Mg(OH)2, v.v...
B n thân bê tơng có c u trúc r ng mao qu n (k c bê tông đ c ch c), nên cho phép
n

c di chuy n và lan to vào trong bê tông, s th m th u c a các ch t l ng và khí

t bên ngồi. Các tác đ ng này d n đ n s r a trôi các ch t khơng có c
nh ng thay đ i lí hố khác nhau làm gi m ch t l
t

ng và đ b n c a bê tông. Hi n

ng này x y ra nhi u v i bê tông mác th p và xi m ng có hàm l
i v i bê tơng các cơng trình thu l i c

ng đ ho c

ng đ nén th

ng vôi th a cao.

ng th p, nên kh n ng

ch ng th m không cao, trong khi đó yêu c u v kh n ng gi n

c là hàng đ u nên

bê tơng c n có đ ch ng th m cao. Vì v y vi c t ng kh n ng ch ng th m cho các
cơng trình bê tơng là c p thi t, có th nói là t t c các cơng trình th y l i đ u nên
t ng kh n ng ch ng th m.
ng th i đ b n lâu c a cơng trình bê tơng đ

c xem xét

m c đ th m n

c và

khí c a v t li u này. Do v y vi c nghiên c u áp d ng các bi n pháp và v t li u s
d ng ch ng th m cho bê tông, nh t là bê tông c t thép luôn đ

c quan tâm t hàng

th k nay.
V i các cơng trình th y l i vùng ven bi n th

ng ch u nh h

t th y tri u. Do v y, các k t c u bê tông ti p xúc v i n
c a chu k

ng tr c ti p c a y u

c bi n luôn ch u tác đ ng

t- khơ, l nh- nóng hàng ngày. Ngồi kh n ng ch u l c thì vi c ch ng

th m, ch ng n mòn và mài mòn c h c cho k t c u bê tơng là m t tính ch t quan
tr ng, liên quan đ n an toàn và n đ nh c a cơng trình.
1.2 Th c tr ng các cơng trình ven bi n s d ng bê tông
Theo đánh giá v đ b n (tu i th ), th c t c a các cơng trình BT và BTCT c a các
qu c gia trên th gi i qua h n m t th k s d ng cho th y trong môi tr
5

ng không


có tính xâm th c, k t c u BT và BTCT có th làm vi c b n v ng trên 100 n m;
trong môi tr

ng xâm th c vùng bi n, hi n t

ng n mòn c t thép và BT d n đ n

làm n t v và phá h y k t c u BT, BTCT có th xu t hi n sau 10 ÷ 30 n m s
d ng.
môi tr

b n th c t c a các k t c u BTCT ph thu c vào m c đ xâm th c c a
ng và ch t l

ng v t li u s d ng (c

ng đ BT, mác ch ng th m, kh

n ng ch ng n mòn, ch ng lo i xi m ng, ph gia, lo i c t thép, ch t l

ng thi t k ,

thi công và bi n pháp qu n lý, s d ng cơng trình …)
Vi t Nam, BTCT đã đ

c ng

i Pháp đ a vào s d ng t nh ng n m cu i th k

19. Tuy nhiên ph i sau n m 1960 kh i l
tr

ng cơng trình BTCT xây d ng trong mơi

ng bi n m i t ng đáng k . Song trên th c t bên c nh các cơng trình b n v ng

sau 40 ÷ 50 n m thì hàng lo t các cơng trình BTCT

Vi t Nam có niên h n s

d ng 10 ÷ 15 n m đã b xâm th c và phá h y tr m tr ng, địi h i ph i chi phí 40 ÷
70% giá thành xây m i cho vi c s a ch a và b o v chúng.

i n hình là cơng trình

c ng C Ti u III thu c h th ng cơng trình thu l i

(h th ng cơng trình

a

thu l i l n nh t H i Phòng).
C ng C Ti u III đ

c đ a vào s d ng t n m 2001. Qua 15 n m v n hành, ph n

bê tông c ng đã xu t hi n nh ng d u hi u xâm th c do th m, n mịn khí quy n và
mài mòn c h c b i nh h
l

ng bê tông c ng

nhi u đ n nh h

ng c a các ion chính : pH, SO 4 2- và Cl-. Ngoài ra, ch t

th i k xây d ng th c hi n theo tiêu chu n c ch a tính tốn

ng c a q trình xâm th c, thi công bê tông áp d ng: QPTL-D6-

78, TCVN 445. Bên c nh đó cịn k đ n đ n v thi công ph n bê tông không đ m
b o đ dày l p bê tông b o v c t thép. M t s hình nh k t c u bê tông c ng C
Ti u III b xâm th c nh hình 1.1 và 1.2:

6


Hình 1.1. L p bê tơng b o v c t thép

Hình 1.2. Thân c ng n m trong vùng

thi công không đ m b o

m cn

c dao đ ng b mài mịn tr

c t li u l n
Có th th y, tác đ ng xâm th c do môi tr

ng là r t m nh d n đ n phá h y cơng

trình. M c đ h h ng ph thu c vào v trí và đi u ki n làm vi c c a cơng trình.
K t h p v i đi u ki n khí h u nóng, m, m a bão nhi u thì t c đ và m c đ
h

nh

ng c a quá trình xâm th c t i cơng trình BT và BTCT s nhanh h n, tu i th

cơng trình s gi m đi đáng k .
1.3 Phân lo i môi tr

ng xâm th c BT và BTCT

C n c TCVN 9139:2012 “Công trình th y l i - k t c u bê tông, bê tông c t thép
vùng ven bi n - u c u k thu t” thì mơi tr

ng làm vi c c a các cơng trình th y

l i vùng ven bi n, các k t c u bê tông và bê tông c t thép đ
môi tr

ng xâm th c n

* Các k t c u làm vi c
- Các k t c u làm vi c

c m n và môi tr
vùng n
vùng n

thép n m ng p hoàn toàn trong n

ng xâm th c n

c chia làm 2 lo i là

c chua phèn.

c m n:
c ng p m n: các k t c u bê tông và bê tông c t
c bi n.
7


- Các k t c u làm vi c trong vùng n
tông c t thép n m

gi a m c n

c m n thay đ i: các k t c u bê tông và bê

c lên xu ng c a th y tri u, k c vùng sóng leo.

- Các k t c u làm vi c trong vùng khí quy n bi n: các k t c u bê tông và bê tông c t thép
n m trong không khí (bao g m các vùng khí quy n trên m t bi n, g n b và xa b ).
* Các k t c u làm vi c trong vùng chua phèn:
- Các k t c u n m trong vùng ng p n

c chua phèn: các k t c u bê tông và bê tông

c t thép n m ng p hoàn toàn trong n

c chua phèn.

- Các k t c u n m trong vùng m c n

c chua phèn thay đ i: các k t c u bê tông và

bê tông c t thép n m gi a m c n

c chua phèn lên xu ng.

- Các k t c u n m trong khơng khí vùng n

c chua phèn: các k t c u bê tông và bê

tông c t thép n m trong không khí t i vùng n

c có chua phèn.

1.4 Các vùng làm vi c và m c đ xâm th c k t c u bê tơng cơng trình bi n
C n c theo tính ch t xâm th c và m c đ tác đ ng c a môi tr

ng bi n lên k t c u

BT và BTCT có th phân làm ba vùng nh sau:
- Vùng hoàn toàn 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 và sóng đánh: bao g m các b ph n k t c u làm vi c

gi a m c n

v trí

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, g m các ti u vùng: bao g m các b ph n k t
c u làm vi c trong vùng khơng khí trên bi n và ven bi n tính sâu vào đ t li n t i
20km; sát mép n

c t 0 ÷ 0,25km; ven b t 0,25 ÷ 1km; g n b 20km.

8


Hình 1.3. Các vùng làm vi c c a k t c u bê tơng cơng trình bi n
Có th phân lo i m c đ xâm th c t i các vùng nh B ng 1.1
B ng 1.1 M c đ xâm th c t i các vùng
M c đ xâm th c c a mơi tr
Mơi tr

TT

1

Vùng khí quy n g n b

1

Vùng ven b

3

Vùng sát mép n

4

Vùng n

5

Vùng ng p n

ng

đ iv ik tc u

ng

c

c lên xu ng và sóng đánh
c bi n

9

Bê tơng

Bê tơng c t thép

-

Trung bình

Nh

M nh

Trung bình

M nh

M nh

R t m nh

M nh

M nh


1.5 Các d ng h h ng k t c u bê tông và bê tông c t thép do q trình xâm
th c
Vùng bi n là mơi tr
Mơi tr

ng bi n Vi t Nam xâm th c m nh h n môi tr

gi i do nhi t đ , đ
n

ng có tính xâm th c m nh đ i v i bê tông và bê tông c t thép.
ng bi n nhi u n

m khơng khí cao, th i gian m

c trên th

t l n, n ng đ mu i cao,

c và c t li u có nhi m m n.

Các k t c u BT đ

c xác đ nh b h h ng do quá trình xâm th c khi quan sát th y

m t trong nh ng d u hi u sau:
- B m t BT b n mòn đ l c t li u l n trên di n r ng.
- B m t BT b n t n , ph ng r p ho c bong tróc c c b t ng m ng.
- Các d u hi u h h ng c t thép:
+ G s t màu vàng đ ti t ra t trong lòng kh i BT.
+ Xu t hi n các v t n t l p BT d c theo các thanh c t thép.
+ Bong r p l p BT b o v đ l c t thép b g .
* M t s hình nh v xâm th c t i c ng

a Ng (s a ch a n m 2010), trên đê t

V n Úc. V trí c ng cách c a sông V n Úc 3km v phía th

10

ng l u.


Hình 1.4. Ph n thân c ng b mài mịn
* M t s hình nh v s

nh h

Hình 1.5.Tr

ng n c t thép

ng c a xâm th c bê tông và bê tông c t thép t i

c ng H ng (xây d ng t n m 1960) trên đê bi n II,

11

S n, H i Phòng


Hình 1.6. Xâm th c bê tơng trong
vùng m c n

c dao đ ng.

Hình 1.8. Bê tơng thân c ng b
h

Hình 1.7. Dàn cơng tác b

n mịn tr

c t thép ( n mịn khí quy n).

nh

Hình 1.9.Tr

ng do q trình n mòn

ng n c t thép làm bong

l p bê tông b o v

12


1.5.1 H h ng t i các vùng hoàn toàn ng p n
N

c bi n c a các đ i d

ng trên th gi i th

c
ng ch a kho ng 3,5% các mu i hòa

tan: 2,73% NaCl; 0,32% MgCl 2 ; 0,22% MgSO 4 ; 0,13% CaSO 4 ; 0,02% KHCO 3 và
m tl

ng nh CO 2 , O 2 hòa tan; đ pH ≥8,0. Do v y, n

c bi n c a các đ i d

ng

mang tính xâm th c m nh t i bê tông và bê tông c t thép [1].
c bi n Vi t Nam có thành ph n hoá h c, đ m n và tính xâm th c t

N

v i các vùng bi n khác trên th gi i. Riêng vùng g n b , do nh h
sông ch y ra bi n nên khác chút ít (vùng nh h

ng đ

ng

ng c a các

ng c a th y tri u) [2]. K t qu

phân tích nh trong b ng 1.2.
B ng 1.2. Thành ph n n

Ch tiêu

nv

c bi n c a Vi t Nam và trên th gi i

Vùng bi n

Vùng bi n

Bi n B c

Hịn Gai

H i Phịng

M

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

Các cơng trình BT và BTCT trong vùng bi n này ch u tác đ ng c a n
l

Bi n Bantic

ng mu i hòa tan khá l n, hàm l

ng SO 4 2- v

c bi n v i

t q tiêu chu n. Hi n t

ng n

mịn hóa lý s x y ra, các ion SO 4 2- s ph n ng v i các s n ph m hydrat hóa bê
tơng t o ra h p ch t khó tan. Khi n ng đ SO 4 2- l n s t o ra CaSO 2 .2H 2 O. S n
ph m t o ra có th tích g p 2,86 l n gây ng su t phá v bê tông.
m nc an

c bi n t ng m t trong vùng bi n Vi t Nam đ

1.3.

13

c ghi l i nh b ng


B ng 1.3.

m nn

c bi n t ng m t trong vùng bi n Vi t Nam, o/ oo
Tháng
Trung

Mùa đông

Tr m

bình

Mùa hè

n m
XII

I

II

VI

VII

VIII

C a Ơng

29,2

30,0

30,4

25,3

23,4

21,3

26,6

Hịn Gai

30,8

31,5

31,6

31,2

30,8

29,3

30,9

Hịn Dáu

26,3

28,1

28,1

17,1

11,9

10,9

21,2

V n Lý

25,9

18,3

29,5

25,4

20,1

19,0

24,4

C a Tùng

22,8

27,2

29,3

31,8

31,3

31,7

17,4

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

30,1

B ch Long V

32,7

33,3

33,6

33,5

32,6

32,0

33,0

32,9

33,1

33,0

33,4

33,0

32,8

33,1

Tr

ng Sa

1.5.2 H h ng t i các vùng n

c lên xu ng và sóng đánh

Cùng v i q trình n mịn hố h c, đi n hố thì trên b m t các k t c u bê tơng và
BTCT cịn b bào mịn c h c do áp l c sóng, đ c bi t là sóng có c
gió bão gây ra. Trên b m t k t c u, quá trình khơ
nhanh q trình tích t ion Cl- , O2-. N

t x y ra th

ng đ m nh do

ng xuyên làm t ng

c bi n c ng thâm nh p vào bê tơng thơng

qua q trình khuy ch tán và l c hút mao qu n. Kh o sát k t c u bên trong cơng
trình khi đ c ki m tra t i các v t n t th y c t thép b g r t n ng, m t c t ngang c t
thép có th gi m t 40% ÷ 60%, c t thép đai n m bên ngoài th
và đ t nhi u. Ki m tra đi n th

ng b g n ng h n

n mòn b ng máy đo đi n th CANIN cho th y:
14


đi n th đ t -900 mV, ch ng t c t thép b

n mòn r t m nh. Khi s d ng ph

pháp đi n c c so sánh Ag/AgCl, k t qu đo đ c đ

ng

c đánh giá d a vào tiêu chu n

ASTM C876 và gi n đ E-pH c a h Fe-H 2 O nh B ng 1.4.
Khi ki m tra thành ph n hoá h c c a bê tơng theo chi u t ngồi vào trong cho th y:
t i v trí xu t hi n v t n t, cách mép v t n t t 15 ÷ 20 cm, mi n bê tơng c n c t thép,
đ pH th

ng có giá tr nh h n 11,6; hàm l

ng SO 4 2- nh h n 4% kh i l

kho ng (1,5÷13,5) kg/m3 bê tông, hàm l
B ng 1.4. K t qu đo đ c đi n th

ng ion Cl- r t cao, th

ng n m trong
ng xi m ng.

n mòn c t thép và kh n ng n mịn t i các
cơng trình.

i n th so v i

Kh n ng

đi n th

n mòn

Ag/AgCl

c t thép

-436 đ n -516

≥ 95%

ASTM C876

-409 đ n -450

≥ 90%

ASTM C876

C ng Liên Chi u

-320 đ n -460

≥ 90%

ASTM C876

C ng Nguy n V n Tr i

-306 đ n -325

≥ 90%

Cơng trình

C ng Tiên Sa
C ng Thu n Ph

c

Ph

ng pháp đánh giá

Gi n đ E-pH h FeH2O

1.5.3 H h ng t i các vùng khí quy n trên bi n và ven bi n
T i m t ngoài, hi n t

ng n mòn và phá hu k t c u th

nh ng v trí tr c di n v i gió bi n ho c th
khơ, m. D ng n mòn th

ng x y ra m nh v i

ng xuyên h ng ch u m a gió và khí h u

ng g p là trên b m t l p bê tông b o v xu t hi n các

v t n t có b r ng trung bình t (5÷25) mm ch y d c theo các thanh thép ch u l c.
V i k t c u d ng b n, sàn th

ng b bong tách thành t ng m ng l n, l p bê tơng

b o v c t thép l ra ngồi và b g r t n ng.
Phía bên trong k t c u, khi đ c m
thi t di n gi m t

r ng các v t n t thì th y c t thép b g n ng,

(20÷60)%, nhi u thanh b đ t r i h n, nh t là thép đai. Khi ki m
15