ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE .LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHẠM THẾ PHÚC

ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG
ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG
VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ
CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE

Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng và Cơng nghiệp
Mã số: 85 80 201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH

Đà Nẵng, Năm 2019


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Phạm Thế Phúc


TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH

Đề tài: ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG
VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XÂY
DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE
Học viên: Phạm Thế Phúc - Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình DD và CN
Mã số: 85 80 201 - Khóa: K36, Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt: Luận văn tập trung nghiên cứu khảo sát đánh giá mức độ ăn mịn cốt thép
trong bê tơng của các cơng trình trên địa bàn tỉnh Bến Tre, nơi có mơi trƣờng xâm
thực ăn mòn cao. Phƣơng pháp đo điện thế cốt thép sử dụng thiết bị phân tích
Proceq Corrosion Analysing Instrument của Thuỵ Sĩ đƣợc sử dụng để khảo sát. Đặc
điểm nổi bật của phƣơng pháp đo điện thế là nhanh chóng phát hiện vị trí cốt thép bị
ăn mịn. Khả năng xuất hiện ăn mòn của cốt thép đƣợc đánh giá dựa theo tiêu chuẩn
ASTM C876 và TCVN 9348 – 2012. Kết quả cho thấy khả năng xuất hiện ăn mòn
cốt thép trong bê tông của một số bộ phận kết cấu trên địa bàn là rất cao. Các biện
pháp xử lý các cơng trình có khả năng ăn mịn cốt thép trong bê tông đã đƣợc đề
xuất cụ thể phù hợp với các tiêu chuẩn của Việt Nam và trên thế giới.
Từ khóa: Bến Tre, ăn mịn cốt thép, điện thế cốt thép, xử lý ăn mòn.

Topic: ASSESS THE SITUATION OF REINFORCED CONCRETE
CORROSION AND PROPOSE REMEDIAL MEASURES FOR
SOME CONSTRUCTION WORKS IN BEN TRE PROVINCE
Abstract: The thesis investigated the corrosion probability of steel in concrete of
some typical buildings in Ben Tre province that has highly corrosion environment.
Half -cell potential method using Proceq Corrosion Analysing Instrument,
Switzerland was used. This method can identify quickly corrosion of steel in
concrete. The corrosion probability of steel in concrete can be evaluated in
accordance with some standards including ASTM C876 and TCVN 9348-2012. The
results show that the steels in concrete of some buildings in Ben Tre have high
probability of corrosion. Some repair methods have been recommended meeting the

requirments of current standards.
Key words: Ben Tre, corrosion of steel, half cell potential, repair method


MỤC LỤC
TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU ...........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .......................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .................................................................................1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.............................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................................................2
5. Bố cục luận văn .........................................................................................................2
CHƢƠNG 1. ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƢỠNG CỦA
ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BTCT ..........................3
1.1. ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG ..........................................................3
1.1.1. Cơ chế ăn mịn. ................................................................................................ 3
1.1.2. Ăn mòn do ion Cl- ............................................................................................5
1.1.3. Ăn mòn do hiện tƣợng cacbonat ......................................................................7
1.1.4. Ăn mòn do dòng điện lân cận ..........................................................................9
1.2. ẢNH HƢỠNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT
CẤU BTCT..................................................................................................................10
1.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1.....................................................................................11
CHƢƠNG 2. KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MÒN CỐT THÉP
TRONG BÊ TƠNG TẠI MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TẠI BẾN TRE ............................. 12
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG .........................................................................................12

2.2. THIẾT BỊ PHÂN TÍCH ĂN MÒN PROCEQ CORROSION ANALYSING
INSTRUMENT ...........................................................................................................13
2.3. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ĂN MỊN THƠNG QUA ĐIỆN THẾ CỐT THÉP .......18
2.4. KẾT QUẢ ĐO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI BẾN TRE ...........22
2.4.1. Cơng trình Chợ Giồng Miễu- Huyện Thạnh Phú ..........................................22
2.4.2. Cơng trình UBND Huyện Thạnh Phú ...........................................................25
2.4.3. Cơng trình Ban Quản Lý Chợ Huyện Mỏ Cày Nam .....................................28
2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2.....................................................................................31


CHƢƠNG 3. CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO CÁC CÔNG TRÌNH HƢ HỎNG DO
ĂN MỊN CỐT THÉP TẠI BẾN TRE ...........................................................................32
3.1. GIỚI THIỆU CHUNG .........................................................................................32
3.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN VÀ SỬA CHỮA KẾT CẤU ĐÃ BỊ
ĂN MÒN. ....................................................................................................................32
3.2.1 Tổng quan .......................................................................................................32
3.2.2. Phƣơng pháp sửa chữa ...................................................................................33
3.2.2.1. Đánh giá kết cấu hiện hữu :.....................................................................33
3.2.2.2. Biện pháp xử lý nứt bê tơng do cốt thép bị ăn mịn gây ra .....................35
3.2.2.3. Phƣơng pháp ngăn chặn ăn mòn ............................................................. 40
3.3. XỬ LÝ CÁC CƠNG TRÌNH BỊ HƢ HẠI TẠI BẾN TRE.................................43
3.3.1. Cơng trình Chợ Giồng Miễu- Huyện Thạnh Phú ..........................................43
3.3.2. Cơng trình UBND – Huyện Thạnh Phú ........................................................44
3.3.3. Cơng trình Ban Quản Lý Chợ - Huyện Mỏ Cày Nam ..................................45
3.4. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.....................................................................................47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 50
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC
PHẢN BIỆN.

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn ASTM C876 về điện thế ăn mòn cốt thép ..................................18
Bảng 2.2. Kết quả đo điện thế cốt thép cột cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú .24
Bảng 2.3. Kết quả đo điện thế cốt thép dầm cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú
.........................................................................................................................................24
Bảng 2.4. Kết quả đo điện thế cốt thép sàn cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú.25
Bảng 2.5. Kết quả đo điện thế cốt thép cột cơng trình UBND – Thạnh Phú.................26
Bảng 2.6. Kết quả đo điện thế cốt thép dầm cơng trình UBND – Thạnh Phú..............26
Bảng 2.7. Kết quả đo điện thế cốt thép sàn cơng trình UBND – Thạnh Phú ................27
Bảng 2.8. Kết quả đo điện thế cốt thép cột cơng trình BQL – M ỏ C ày Nam..............28
Bảng 2.9. Kết quả đo điện thế cốt thép dầm cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam ..............29
Bảng 2.10. Kết quả đo điện thế cốt thép sàn công trình BQL - Mỏ Cày Nam .............30


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ q trình gỉ cốt thép do ăn mịn điện q ..............................................3
Hình 1.2. Sơ đồ cân bằng tiềm năng PH cho hệ Fe – H20 ở 250C ..................................4
Hinh 1.3. Điều kiện lý thuyết cho sự ăn mịn và thụ động của sắt ..................................5
Hình 1.4. Sơ đồ xâm nhập ion Cl - ...................................................................................6
Hình 1.5. Quá trình cacbonat hố .....................................................................................7
Hình 1.6. Ăn mịn do dịng điện lận cận...........................................................................9
Hình 1.7. Bê tơng cốt thép bị ăn mịn .............................................................................11
Hình 2.1. Cầu Silver sập năm 1965 ................................................................................12
Hình 2.2. Cầu qua sơng Mississippi sập năm 2007 .......................................................13
Hình 2.3. Máy đo điện thế cốt thép ................................................................................14
Hình 2.4. Điện cực tham khảo .......................................................................................16
Hình 2.5. Sơ đồ đo điện thế cốt thép trong bê tơng .......................................................17
Hình 2.7. Bản đồ đƣờng đồng mức đẳng thế ................................................................ 20

Hình 2.8. Đồ thị tần suất tích luỹ ...................................................................................21
Hình 2.9. Đo điện thế cốt thép cột bị ăn mịn CT Chợ Giịng Miễu .............................. 23
Hình 2.10. Đo điện thế sàn bê tơng cốt thép bị ăn mịn .................................................27
Hình 2.11. Cốt thép Cột bị ăn mịn tại cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam .......................28
Hình 2.12. Đo điện thế dầm bê tơng cốt thép bị ăn mịn ...............................................29
Hình 2.13. Đo điện thế sàn bê tông cốt thép bị ăn mịn CT BQL - Mỏ Cày Nam ........30
Hình 3.1. Khoan lấy mẫu, thử clorua và PH ..................................................................34
Hình 3.2. Bê tơng bị nứt bong vở do cốt thép bị ăn mòn ..............................................36
Hình 3.3. Đục tẩy phần bê tơng bị nứt xung quanh khu vực cốt thép bị gỉ .................36
Hình 3.4. Máy đánh gỉ làm sạch thép ............................................................................37
Hình 3.5.Máy đánh gỉ bằng cát kết hợp nƣớc ............................................................... 37
Hình 3.6. Đóng ván khn và tiến hành đổ bê tơng mới ..............................................38
Hình 3.7. Qt lớp chống thấm bên ngồi bề mặt bê tơng ...........................................38
Hình 3.8. Máy phun bê tơng Aliva 237 ..........................................................................39
Hình 3.9. Bơm bêtơng đáy dầm .....................................................................................40
Hình 3.10. Sử dụng nguồn điện bên ngồi ....................................................................41
Hình 3.11. Sử dụng Anode hy sinh ...............................................................................42
Hình 3.12. Quét chống thấm & phun chống thấm ........................................................42
Hình 3.13. Cột Bê tơng cốt thép bị bong tróc lớp bê tơng bảo vệ cơng trình UBND
Thạnh Phú ............................................................................................. 45
Hình 3.14. Nơi giao nhau giữa đầu cột và sàn ô văng công trình BQL - MCN ............46
Hình 3.15. Dầm bê tơng cốt thép bị hƣ hỏng cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam .............47


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bê tông là loại đá nhân tạo, đƣợc chế tạo từ các loại vật liệu rời(cát, đá,
sỏi...), chất kết dính(thƣờng là xi măng), nƣớc và có thể có thêm phụ gia.

Ăn mịn cốt thép là một hiện tƣợng phổ biến trong kết cấu bê tơng cốt
thép, q trình thủy hóa xi măng làm cho bê tông tăng cƣờng độ nhƣng đồng
thời cũng làm giảm độ pH có trong bê tơng, điều này làm cho cốt thép bị mất
tính chống rỉ thụ động. Với sự xâm nhập của muối, oxy, độ ẩm và co2 vào trong
lớp bảo vệ bê tơng và sau đó dẫn đến ăn mịn của cốt thép bên trong bê tơng.
Q trình phá hoại của bê tơng và q trình ăn mịn cốt thép có mơi quan hệ mật
thiết với nhau. [3].
Khi cốt thép trong kết cấu bê tơng bị ăn mịn sẽ làm suy giảm khả năng
chịu lực của kết cấu khi chịu tải trọng và dẫn đến kết cấu bị phá hoại; do ăn mịn
làm giảm kích thƣớc tiết diện ngang của cốt thép, cốt thép trở nên dòn hơn; thể
tích các sản phẩm ăn mịn tăng lên gây ra nội ứng suất trong bê tông dẫn đến
xuất hiện các vết nứt trong bê tơng; ngồi ra khi cốt thép bị ăn mịn cịn ảnh
hƣởng đến lực dính giữa bê tơng và cốt thép. [3]
Tại Việt Nam nói chung và tỉnh Bến Tre nói riêng việc quy hoạch xây
dựng các cơng trình cịn nhiều bất cập chƣa đồng bộ. Tỉnh Bến tre có vị trí địa lý
trong khu vực tiếp giáp biển đơng nơi có nhánh dịng sơng Mekong chảy ra cửa
biển, xung quanh bao chùm bởi sơng ngịi dày đặc. Việc tác hại xâm thực của
nƣớc biển dẫn đến ăn mịn cốt thép là điều khó tránh khỏi; qua các nguyên nhân
nêu trên tác giả muốn nghiên cứu khảo sát một số dạng ăn mòn cốt thép thƣờng
gặp tại địa phƣơng tỉnh Bến Tre. Đó là lý do tác giả chọn đề tài: “Đánh giá thực
trạng ăn mòn cốt thép trong Bê tông và đề xuất biện pháp xử lý cho một số
cơng trình tại Tỉnh Bến Tre “
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát để đánh giá thực trạng hƣ hại công trình
xây dựng do ăn mịn cốt thép trong bê tơng tại địa phƣơng tỉnh Bến Tre, từ đó
tác giả đề xuất một số giải pháp xử lý.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
 Các cơng trình xây dựng tại tỉnh Bến Tre

2

 Ăn mịn cốt thép trong bê tơng
 Sử dụng phƣơng pháp đo điện thế cốt thép bằng thiết bị đo Proced
Corrosion Analysing Instrument
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về ăn mịn cốt thép trong bê tơng và tác hại
của ăn mòn cốt thép đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép.


Đo các giá trị điện thế cốt thép tại một số cơng trình xây dựng tại
tỉnh Bến Tre. Căn cứ vào các tiêu chuẩn hiện hành để đánh giá mức độ ăn mòn
cốt thép trong bê tơng của các cơng trình đã khảo sát.


Tổng quan các biện pháp chống ăn mòn cốt thép trong bê tơng, từ
đó tác giả đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý cho cơng trình đã khảo sát.


5. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chƣơng
Chƣơng 1: Ăn mòn cốt thép trong bê tơng và ảnh hƣởng của ăn
mịn cốt thép đến sự làm việc của kết cấu BTCT.


Chƣơng 2: Khảo sát đánh giá thực trạng ăn mịn cốt thép trong bê
tơng tại một số cơng trình tại Bến Tre.


Chƣơng 3: Các biện pháp xử lý cho các cơng trình hƣ hỏng do ăn

mòn cốt thép tại Bến Tre.



3

CHƢƠNG 1
ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƢỠNG CỦA
ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BTCT
1.1. ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG
1.1.1. Cơ chế ăn mòn.
- Ăn mòn cốt thép là quá trình điện hóa liên quan đến việc di chuyển
dịng điện ở diện nhỏ hoặc rộng [2]

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình gỉ cốt thép do ăn mịn điện q
- Phản ứng ở điện cực dƣơng:
Một sơ đồ pH tiềm năng có thể đƣợc sử dụng để trình bày các phản
ứng của sắt trong dung dịch nƣớc, trong đó bốn phản ứng điện cực chính
đƣợc hiển thị.
Sơ đồ đƣợc chia thành các vùng đại diện cho khả năng miễn
dịch(không thể ăn mòn), ăn mòn(phản ứng 1 và 4) và thụ động (phản ứng 2
và 3, có thể tạo thành một lớp bảo vệ sản phẩm ăn mòn trên bề mặt).


4

Fe2+

Fe

→

Fe + 2H2O

→ Fe(OH)2 + 2H+

+ 2 e-

(2)

Fe + 2H2O

→ FeO(OH)- + 3H+

+ 2 e-

(4)

+

2 e-

(1)

Hình 1.2. Sơ đồ cân bằng tiềm năng PH cho hệ Fe – H20 ở 250C
- Phản ứng ở điện cực âm:
Tùy thuộc vào sự sẵn có của O2 và độ pH trong vùng lân cận bề mặt
thép, có hai phản ứng catốt có thể xảy ra:
2H+
+ 2 enhánh a

→

H2

(5)

2H2O + O2 + 4 enhánh b

→

4OH-

(6)


5

Hinh 1.3. Điều kiện lý thuyết cho sự ăn mòn và thụ động của sắt
- Dấu hiệu đầu tiên nhận thấy sự ăn mòn là các vết màu nâu trên bề mặt bê
tông tại khu vực quanh cốt thép. Các vết màu nâu này có thể thâm nhập vào bê
tơng mà khơng cần có các vết nứt của bê tơng nhƣng thông thƣờng sẽ đi kèm
với các vết nứt của bê tông hoặc là các vết nứt sẽ xuất hiện ngay sau đó [2]
- Sau khi ăn mịn bắt đầu, các sản phẩm ăn mòn (nhƣ ion O2 &OH ) sẽ làm
tăng thể tích vài lần so với thể tích thép ban đầu dẫn đến các nội ứng lực gây
nên vết nứt và bong trát lớp bê tông bảo vệ [2]
1.1.2. Ăn mòn do ion Cla) Sự thâm nhập của Cl – vào bê tơng là ngun nhân chính gây ra ăn
mòn của cốt thép. Khi ion Cl- thâm nhập vào bê tơng thì nó sẽ phá hủy lớp
màng bảo vệ xung quanh cốt thép [2]

6

Hình 1.4. Sơ đồ xâm nhập ion Cl b) Với có mặt của ion Cl- trong mơi trƣờng biển là nguyên nhân chủ yếu
làm tăng tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tơng. Tốc độ ăn mịn cốt thép lớn do
ion CL- làm giảm điện trở của dung dịch điện ly trong bê tông. Mặt khác khi ion
Cl -khuyếch tán đến bề mặt cốt thép chúng có thể tạo nên sự ăn mịn bằng cách
hồ tan lớp thụ động hoặc khyếch tán qua lớp oxy này [7]
c) Clorua có thể tồn tại trong hỗn hợp bê tông thông qua nhiều cách.
Clorua có thể đƣợc đúc vào kết cấu thơng qua phụ gia CaCl2(đã ngừng sử
dụng), hoặc các ion clorua có thể tồn tại trong hỗn hợp cát, cốt liệu, nƣớc, một
cách vơ tình hay cố ý. Tuy nhiên, ngun nhân chính của hiện tƣợng ăn mịn do
clorua trong hầu hết các cơng trình là do sự khuếch tán của ion clorua từ môi
trƣờng nhƣ:
+ Kết cấu tiếp xúc trực tiếp với mơi trƣờng biển có nhiều muối
+ Việc sử dụng muối làm tan băng hoặc các hợp chất hoá học có
clorua.
- Tƣơng tự q trình carbonat hố, q trình xâm nhập của clorua khơng
trực tiếp ăn mịn cốt thép, ngoại trừ chúng phá vỡ lớp màng bảo vệ trên bề mặt
cốt thép và thúc đẩy q trình ăn mịn phát triển. Nói cách khác, clorua đóng vai
trị nhƣ một chất xúc tác cho q trình ăn mịn BTCT. Tuy nhiên, cơ chế ăn
mịn do ion clorua khác q trình carbonat hoá ở chỗ ion clorua xâm nhập qua


7

lớp bê tông bảo vệ và tấn công cốt thép ngay cả khi độ pH trong hỗn hợp vẫn ở
mức cao.
- Ăn mòn cục bộ do sự tập trung của ion Cl- trên bề mặt cốt thép trong
BTCT.

Có bốn(04) cơ chế xâm nhập của ion clorua qua lớp bảo vệ bê tông
+ Sức hút mao dẫn
+ Sự thẩm thấu do tập trung hàm lƣợng clorua cao trên bề mặt BTCT
+ Thấm thấu dƣới áp căng bề mặt
+ Sự dịch chuyển do chênh lệch điện thế [1]
1.1.3. Ăn mòn do hiện tƣợng cacbonat
Hiện tƣợng cacbonat cũng là nguyên nhân chính gây nên ăn mịn của
cốt thép trong bê tơng mà khơng cần sự phá hoại của lớp bê tông trƣớc khi cốt
thép bị tấn cơng.
CaCO3 đƣợc hình thành do phản ứng hóa học giữa CO2 từ mơi
trƣờng khơng khí và Ca(OH)2 trong chất lỏng từ các lỗ rỗng của bê tông
CO2 + Ca(OH) 2

→

CaCO 3H2 O

Kết quả tất yếu của phản ứng trên là nồng độ pH của chất lỏng của các
lỗ rỗng bên trong bê tông bị giảm từ giá trị bình thƣờng 13-14 đến giá trị trung
tính. Khi có sự xuất hiện của O2 và nƣớc thì ăn mịn của cốt thép bắt đầu xảy ra
khi nồng độ pH của chất lỏng trong các lỗ rỗng bê tông rơi xuống dƣới 11 [2]
Sắt(Fe)

1.Trƣớc khi ăn
mòn

2.Cốt thép bắt
đầu gỉ

Gỉ sắt

(xFeOyFe2O3zH2O)

3.Cốt thép bắt
đầu gỉ mạnh

Hình 1.5. Q trình cacbonat hố

4.Bê tơng bị
phá vỡ


8

Tốc độ cacbon hóa phụ thuộc vào cả các yếu tố môi trƣờng (độ ẩm,
nhiệt độ, nồng độ Ca(oH)2 ) và chất lƣợng bê tông(chủ yếu là độ kiềm và tính
thấm của nó)
Tính thấm của bê tơng là yếu tố khơng chắc chắn nhất khi đánh giá sự
cacbon hóa của bê tơng, bởi vì những thay đổi nhỏ trong độ ẩm có thể có ảnh
hƣởng lớn đến hệ số khuếch tán CO2
Cacbonat nhanh hơn trong chu kỳ khô và ƣớt / khô môi trƣờng [2]
Sự tập trung hàm lƣợng dung dịch Canxi hydroxit hoà tan(Ca(OH)2)
trong các lỗ rổng của kết cấu bê tơng là kết quả của q trình thuỷ hố xi
măng giúp giữ độ pH ở ngƣỡng an tồn 12-13. Nhƣ đã nói, trong mơi trƣờng
kiềm, cốt thép hồn tồn đƣợc bảo vệ khỏi các tác nhân ăn mịn nhờ vào lớp
màng mỏng trên bề mặt(dày từ 2-20 nanomét). Sau q trình trung hồ, khi độ
pH trong bê tơng giảm xuống dƣới mức 9, cơ chế "tự bảo vệ thụ động" của
BTCT khơng cịn tồn tại và cốt thép bắt đầu bị ăn mịn.
Q trình ăn mịn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề
mặt cốt thép và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bê tông. Sự phát triển của
vết nứt phát triển dần dƣới sự tấn công của các tác nhân ăn mịn cho đến khi

phá vỡ hồn tồn sự kết dính giữa bê tơng và cốt thép.
- Tốc độ của q trình carbonat hố phụ thuộc vào tác động của
các tác nhân từ mơi trƣờng nhƣ độ ẩm khơng khí, nhiệt độ, hàm lƣợng CO2 và
tính chất cơ lý của bê tông nhƣ độ kiềm và độ thẩm thấu. Điều kiện lý tƣởng
thúc đẩy q trình carbonat hố hoạt động mạnh là khi độ ẩm khơng khí ở mức
60-75%. Hơn nữa, tốc độ q trình carbonat hố tăng dần khi hàm lƣợng CO2
trong khơng khí và nhiệt độ tăng dần. Mặt khác, hàm lƣợng xi măng là một yếu
tố quan trọng để tăng độ kiềm và làm chậm quá trình carbonat hố.[1]
- Carbonat hố là một q trình chậm, đặc biệt khi nhiệt độ mơi
trƣờng ở mức bình thƣờng. Tốc độ của q trình này có thể đo đạc đƣợc và
ngăn chặn. Tuy nhiên, nó lại là vấn đề nghiêm trọng đối với những cơng trình
có tuổi thọ cao(≥ 30 năm).
Độ bền lâu của cơng trình bê tơng cốt thép đƣợc đảm bảo nhờ lớp bê
tông bảo vệ về mặt vật lý và hố học để cốt thép khơng bị ăn mịn. Bản chất của
sự ngăn cản của q trình ăn mịn là do có mơi trƣờng kiềm cao của nƣớc chiết


9

bê tông(PH >13). Sự giảm độ kiềm của môi trƣờng trong lớp bê tông bảo vệ
đến ngƣỡng thụ động của sắt(pH<11) xảy ra do q trình rửa trơi kiềm hoặc q
trình cacbonat hố bê tơng. Từ đó giảm khả năng bảo vệ cốt thép của bê
tông. [7]
Mối quan hệ tƣơng hỗ giữa q trình cacbonat hố và sự xâm nhập
của ion clorua: Trong thực tế, kết cấu BTCT thƣờng xuyên làm việc dƣới tác
động hỗn hợp của cả hai cơ chế trên. AlCl4- đƣợc tạo ra từ phản ứng giữa ion
clorua và xi măng có tác dụng làm giảm lƣợng clorua, qua đó làm chậm q
trình ăn mịn. Tuy nhiên, khi q trình carbonat hố làm giảm độ pH trong bê
tông, AlCl4- sẽ bị phá vỡ. Kết quả là những kết cấu chịu sự tác động của cả hai
cơ chế trên đồng thời sẽ nhạy cảm hơn nhiều với ăn mịn và khó để kiểm sốt

hơn.
1.1.4. Ăn mịn do dịng điện lân cận

Hình 1.6. Ăn mịn do dịng điện lận cận
Dòng điện lân cận từ các hệ thống xe lửa, hoặc những thiết bị điện có
điện thế cao thơng thƣờng gây ra ăn mòn của các kết cấu thép hoặc BTCT đƣợc
chơn dƣới lịng đất.Dịng điện lân cận có thể là dòng điện một chiều(DC) hoặc
xoay chiều(AC).


10

Dịng điện lân cận có thể đi theo hƣớng khác với hƣớng dự định vì nó
ln có hƣớng đi song song hoặc những hƣớng di chuyển khác nhau. Hƣớng đi
của dịng điện lân cận là hƣớng có điện trở thấp di chuyển qua các kết cấu có
chứa kim loại thép đƣợc chơn dƣới lịng đất(đƣờng ống dẫn dầu, khí, bể chứa,
các cơng trình biển).[2]
1.2. ẢNH HƢỠNG CỦA ĂN MỊN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
KẾT CẤU BTCT
Sự phá hoại của bê tơng ít khi do một ngun nhân riêng biệt mà
thơng thƣờng do nhiều ngun nhân cơ, lí, hóa khác nhau. Muối, oxy, độ ẩm và
CO2 có thể thâm nhập vào lớp bảo vệ bê tơng và sau đó dẫn đến ăn mịn của cốt
thép bên trong bê tơng.
Q trình phá hoại của bê tơng và q trình ăn mịn cốt thép có mối
quan hệ mật thiết với nhau.Thực tế, những quá trình này xuất hiện đồng thời và
gia tăng nguy cơ phá hoại kết cấu. Hậu quả của sự ăn mịn của cốt thép khơng
chỉ liên quan đến khả năng phục vụ hoặc điều kiện bên ngoài của kết cấu,
nhƣng cũng có thể ảnh hƣởng đến hiệu suất kết cấu và do đó giảm sự an tồn
của nó.
Ăn mòn thƣờng đƣợc xác định bởi các đốm gỉ xuất hiện trên bề mặt

bên ngồi của bê tơng, hoặc do hƣ hỏng của bê tông vỏ đƣợc sản xuất bởi sự
mở rộng của các sản phẩm ăn mòn. Những sản phẩm trong thực tế chiếm một
khối lƣợng lớn hơn nhiều so với ban đầu thanh thép. Khối lƣợng của các sản
phẩm ăn mịn có thể lớn từ 2 đến 6 lần so với sắt mà chúng có nguồn gốc, tùy
thuộc vào thành phần của chúng và mức độ hydrat hóa [2]
Khối lƣợng của các sản phẩm ăn mòn, một hỗn hợp của những oxit
này, có thể đƣợc coi là gấp 3 lần khối lƣợng sắt. Do đó, các sản phẩm ăn mịn
có thể tạo ra ứng suất kéo và hình thành các vết nứt trên vỏ bê tông lách vào
một khu vực cục bộ, hoặc phân tách hoàn toàn. Giảm liên kết của cốt thép với
bê tơng cũng có thể xảy ra [2]
Khi cốt thép bị ăn mịn, nó có ảnh hƣởng kép đến ứng xử cơ học của
kết cấu: làm giảm khả chịu lực do diện tích cốt thép bị giảm so với vị trí ban
đầu, làm giảm độ cứng của cấu kiện do giảm diện tích cốt thép & giảm lực dính
giữa bê tơng và cốt thép ; làm giảm độ võng khi kết cấu bị phá hoại [3]


11

Hình 1.7. Bê tơng cốt thép bị ăn mịn
1.3. KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Ăn mòn cốt thép là một hiện tƣợng phổ biến trong kết cấu bê tông cốt thép.
Với sự xâm nhập của các tác nhân có hại nhƣ ion Cl -, sau một thời gian chúng
sẽ tác động trực tiếp vào đến cốt thép và gây ăn mòn. Muốn tăng tuổi thọ cơng
trình thì ngồi việc tăng bề dày lớp bê tơng bảo vệ thì việc tăng độ đặc chắc của
bê tơng là một nhân tố có vai trị quan trọng trong việc giảm tốc độ thấm CO2,
Cl- ...vào trong bê tông. Nhƣng một điều bất lợi đối với bê tông là cƣờng độ
chịu kéo khá nhỏ so với cƣờng độ chịu nén, nên chúng rất dễ nứt tại vùng kéo
khi chịu lực.

12

CHƢƠNG 2
KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MÒN CỐT THÉP
TRONG BÊ TƠNG TẠI MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TẠI BẾN TRE
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trên thế giới có nhiều sự cố cơng trình mà ngun nhân chủ yếu là do ăn
mịn cốt thép trong bê tơng hoặc ăn mịn thép ứng lực trƣớc(ƢLT). Ngày 15
tháng 12 năm 1965 cây cầu Silver trên quốc lộ 35 kết nối Point Pleasant, Tây
Virginia và Kanauga, bang Ohio – Hoa kỳ đột nhiên đổ sụp xuống sông Ohio
làm 37 xe ô rơi xuống sông và 47 ngƣời chết. Các nhà điều tra đã chỉ ra một
trong các nguyên nhân gây sập cầu là do ăn mòn cốt thép, ăn mòn dƣới tác dụng
của ứng suất và ăn mịn dƣới tác dụng của mỏi [3].

Hình 2.1. Cầu Silver sập năm 1965
Ngày 28 tháng 6 năm 1983 cầu Mianus River Bridge tại Greenwich bang
Connecticut(Hoa kỳ) bị sập do ăm mòn cốt thép và do mỏi làm 3 ngƣời chết và
7 ngƣời bị thƣơng. Ngày 01 tháng 8 năm 2007 cầu thép bắc qua sông
Mississippi bị sập làm chết 13 ngƣời và 147 ngƣời bị thƣơng, theo các nhà điều
tra chỉ ra một trong các nguyên nhân cũng là do ăn mòn cốt thép [3]


13

Hình 2.2. Cầu qua sơng Mississippi sập năm 2007
Trong mơi trƣờng xâm thực vùng ven biển, hiện tƣợng ăn mòn cốt thép và bê
tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông và BTCT, làm bê tông bị hƣ
hỏng sớm, không đảm bảo tuổi thọ công trình. Độ bền thực tế của kết cấu BTCT
phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trƣờng và chất lƣợng vật liệu sử
dụng(cƣờng độ bê tông, mác chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi

măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lƣợng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý,
sử dụng cơng trình...). Quan điểm chung về chống ăn mịn cho kết cấu bê tơng &
BTCT là: bảo vệ bê tông, lấy bê tông bảo vệ cốt thép. Vì vậy cần thiết phải làm
rõ thực trạng và tìm các giải pháp bảo vệ chống ăn mịn cho kết cấu bê tông cốt
thép phù hợp với điều kiện đặc thù Việt Nam [4] nói chung và tại tỉnh Bến Tre
nói riêng.
2.2. THIẾT BỊ PHÂN TÍCH ĂN MỊN PROCEQ CORROSION
ANALYSING INSTRUMENT
 Canin + là công cụ nhanh nhất để phân tích ăn mịn, cung cấp một
cách tiếp cận thực tế, hiệu quả về chi phí cho việc khảo sát bê tơng cốt thép.
Phân tích ăn mịn với Canin + cho phép kiểm tra nhanh chóng, tồn diện về vị trí
và đƣa ra đánh giá nhanh về các vị trí có khả năng ăn mịn. Phân tích ăn mịn với
phƣơng pháp đo nửa điện thế hiện nay đƣợc sử dụng tại Việt Nam theo TCVN
9348 – 2012 [10] và các nƣớc trên thế giới.


14

Hình 2.3. Máy đo điện thế cốt thép
 Quy trình đo ăn mịn cốt thép thơng qua điện thế cốt thép bằng máy
phân tích Proceq Corrosion Analysing Instrument
+ Phƣơng pháp đo nửa điện thế là phƣơng pháp đơn giản và trực
tiếp có thể xác đƣợc những khu vực mà cốt thép có thể bị ăn mịn mà khơng cần
thiết phải phá bỏ lớp bê tông bảo vệ.
+ Là phƣơng pháp đơn giản nhƣng có độ tin cậy
+ Phản ứng điện hóa của cốt thép có thể đƣợc xác định bằng việc
đo nửa điện thế. Theo đó, điện thế giữa một điện cực(tham khảo) và cốt thép
đƣợc đo(half cell potential)
+ Kết hợp phƣơng pháp đo nửa điện thế này cùng với phƣơng pháp
khảo sát bằng mắt và các phƣơng pháp khác giúp xác định đƣợc vị trí mà cốt

thép có khả năng bị ăn mịn.
Quy trình đo: [2]
• Kiểm tra và chuẩn thiết bị đo nửa điện thế
• Kiểm tra Vơn kế đảm bảo chuẩn đo
• Chọn khu vực đo nơi có khả năng cao ăn mịn cốt thép. Cần để ý các nguồn
tác nhân bên ngồi có thể gây ra sai số gía trị đo


15

• Sử dụng thiết bị để định vị cốt thép cũng nhƣ khoảng cách cốt thép.
• Kiểm tra tính liên tục của cốt thép khi có dịng điện chạy qua, nếu suất điện
trở nhỏ hơn 1Ω có nghĩa là cốt thép liên tục.
• Chia lƣới khu vực đo. Lƣới 1x1m có thể áp dụng đối với trƣờng hợp
‘general corrsion’ ăn mòn chung, lƣới 0.2x0.2m áp dụng cho ăn mòn cục bộ.
• Nếu cần thiết có thể sử dụng nƣớc máy để làm ẩm khu vực đo nhằm đảm
bảo tạo ra dịng điện chạy qua .
• Sau khi chuẩn bị các điều kiện cần thiết thì kết nối cốt thép vào cực(+) của
thiết bị đo vơn kế, cịn điện thế tham khảo đƣợc kết nối vào cực(-) của vơn kế .
• Ghi chú các điều kiện môi trƣờng(nhiệt độ, độ ẩm), loại điện thế tham khảo
dùng, liên kết giữa các điện cực với cốt thép, chiều dày lớp bê tông bảo vệ.
Những điều kiện trên có khả năng ảnh hƣởng đến kết quả đo. Kiểm tra có dịng
điện lân cận hay khơng, vì dịng điện lân cận có thể ảnh hƣởng đến kết quả đo.
• Đọc và ghi chú lại các số liệu đo, những giá trị đo nằm lân cận nhau khơng
đƣợc khác biệt q lớn. Nếu có sự chênh lệch lớn cần kiểm tra lại các thiết bị và
điều kiện đo.
• Kiểm tra đánh giá các giá trị đo, xem xét khu vực có những giá trị điện thế
âm lớn có những dấu hiệu ăn mịn và những nguồn tấn cơng gây ra ăn mịn hay
khơng.
• Đối với những thanh thép đã lộ rõ ra bên ngoài do ăn mòn, cần thực hiện

thêm các phƣơng pháp đo khác để đánh giá mức độ ăn mòn
 Tuy nhiên trong quá trình tiến hành đo ngồi thực tế hiện trƣờng

cần lƣu ý một số vấn đề:
• Khi tạo lƣới đo phải đục hết lớp vữa bê tông tới bề mặt bê tơng bên trong,
mặt tiếp xúc phải thật bằng phẳng .
• Khi kẹp đầu điện cực dƣơng thiết bị đo vào thanh thép phải vệ sinh lớp thép
rĩ sét để có độ bám dính.
• Tƣới nƣớc ẩm cấu kiện cần đo,thƣờng phải đạt cho mặt bê tơng no
nƣớc(bão hồ)
• Tránh gần khu vực đo có dịng điện lân cận


16

• Quá trinh đo đấu nối đầu điện cực tham khảo vào vị trí đo trên bề mặt bê
tơng phải giữ tay cố định và chậm để thu đƣợc kết quả chính xác, lƣu ý chờ đến
khi màn hình hiển thị giá trị lớn nhất thì ghi nhận giá trị max .
• Điện cực tham khảo có các loại điện cực chuẩn nhƣ sau:(theo TCVN 93482012).[10]
- Điện cực đồng sunfat bão hoà(Cu/CuSo4)
- Điện cực Calomen bão hoà(Hg/Hg2- Cl2/KCl)
- Điện cực bạc Clorua(Ag/AgCl/4MKCl)
 Trong thiết bị đo Proceq Corrosion Analysing Instrument tác giả sử
dụng khảo sát các cơng trình hƣ hại bằng điện cực tham khảo Cu/CuSo4 có cấu
tạo nhƣ sau:

Hình 2.4. Điện cực tham khảo [10]


17

CHÚ DẪN:

6) Thanh đồng nguyên chất

1) Đầu vít dây dẫn điện với vôn kế

7) Tinh thể đồng sunfat dƣ

2) Tay nắm đồng

8) Nút xốp

3) Chốt đệm đồng

9) Bộ phận nối điện(cao su xốp)

4) Ống đựng

10) Mức luôn đổ dầy dung dịch đồng
sunfat

5) Dung dịch đồng sunfat

Hình 2.5. Sơ đồ đo điện thế cốt thép trong bê tông[10]


18

CHÚ DẪN:

1) Cốt thép
2) Bê tông
3) Vôn kế
4) Đầu kẹp

5) Điện cực đồng - đồng sunfat(đặt trên
bề mặt bê tông tại các điểm đo điện thế)
6) Dây dẫn điện từ vôn kế đến điện cực
đồng - đồng sunfat
7) Dây dẫn điện từ vôn kế đến cốt thép

2.3. ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ĂN MỊN THƠNG QUA ĐIỆN THẾ CỐT
THÉP
 Theo tiêu chuẩn ASTM C876 và TCVN 9348 – 2012(bảng 1 mục
7.4) [10] chúng ta đều có thể đánh giá đƣợc khả năng ăn mịn cốt thép trong bê
tơng.
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn ASTM C876 về điện thế ăn mòn cốt thép

 Đo điện thế trong phạm vi -100 mV đến -250 mV, trong đó xác suất
ăn mịn đƣợc đánh giá là khơng chắc chắn, rất khó để giải thích và đơi khi tạo
thành một tỷ lệ đáng kể của tất cả các giá trị đo. Khi các tiêu chí đƣợc đƣa ra
theo kinh nghiệm, các biến thể có thể xảy ra đối với các loại bê tơng khác nhau,
theo đó các tiêu chí ASTM khơng thể đƣợc sử dụng một cách hữu ích. Do những