ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN MINH TÚ

-------------------------------------

NGUYỄN MINH TÚ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG
CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG
CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT XÂY DỰNG

K39.KTXD

Đà Nẵng - 2022


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------------------

NGUYỄN MINH TÚ

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA
ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN
CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng
Mã ngành
: 8.58.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN VĂN CHÍNH

Đà Nẵng - 2022


LỜI CAM ĐOAN
Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến khả
năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép” dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn
Chính được Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quyết định giao nhiệm
vụ tại Quyết định số 540/QĐ-ĐHBK, ngày 9 tháng 3 năm 2021.
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào
khác.
Tác giả

Nguyễn Minh Tú

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


TĨM TẮT

NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MỊN CỐT THÉP ĐẾN
KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP
Học viên Nguyễn Minh Tú
Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng
Mã số: 85802021
Khóa: K39 - Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN
Tóm tắt: Luận văn nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các cấp ăn mòn cốt
thép dọc chịu kéo đối với khả năng chịu lực của dầm bê tông cốt thép (BTCT). Bảy dầm
BTCT có cùng kích thước 150x200x2100mm được chia làm 2 nhóm. Trong đó nhóm A
gồm bốn dầm BTCT sử dụng cốt thép chịu kéo là 2Ø12 và được gia tốc ăn mòn đến các
cấp ăn mòn lần lượt là 3%,5% và 10%, nhóm B gồm ba dầm BTCT sử dụng cốt thép
chịu kéo là 2Ø16 và gia tốc ăn mòn với các cấp ăn mòn 0%, 3%, 5%. Sau khi hồn
thành việc gia tốc ăn mịn thì các dầm BTCT được thí nghiệm uốn theo sơ đồ bốn điểm
để xác định đường cong quan hệ lực-chuyển vị, hình dạng vết nứt và dạng phá hoại. Kết
quả chỉ ra rằng khi cốt thép bị ăn mịn thì khả năng chịu lực của dầm bị suy giảm, sự
suy giảm càng tăng khi cấp độ ăn mòn cốt thép dọc càng lớn. Khả năng chịu lực của
dầm chỉ đạt đến 77% so với dầm đối chứng khi cốt thép dọc bị ăn mịn đến 10% đối với
nhóm A và đạt 84% so với dầm đối chứng khi cốt thép dọc bị ăn mịn đến 5% đối với
dầm nhóm B.
Từ khóa: Dầm bê tơng cốt thép, ăn mịn cốt thép, gia tốc ăn mòn.
EXPERIMENT THE PERFORMANCE OF REINFORCEMENT CONCRETE
BEAM AFTER GETTING STEEL CORROSION
Abstract: The thesis studied the effect of tension reinforcement corrosion on the
flexural performance of under reinforced concrete (RC) beams. Seven RC beams, each
dimensions of 150x200x2100mm were divided into two groups. Group A consisted of
four RC with tension reinforcement of 2Ø12 which were accelerated corrosion to
degrees of corrosion of 0%, 3%, 5% and 10%. Group B included three RC beams with
tension reinforcement of 2Ø16 which were accelerated corrosion to degrees of corrosion
of 0%, 3% and 5%. All beams including the control one (0% degree of corrosion) were
tested under four points bending to determine the load deflection curves, cracking

pattern and failure modes. The results show that corrosion of tension reinforcement
reduced the load capacity of reinforced concrete beams and the higher degree of
corrosion the more reduction in the strength. The ultimate strength of 10% corroded RC
beams was of 77% that of the control beam for group A while the ultimate strengnth of
5% corroded RC beams was of 84% that of the corresponding control sample for Group
B.
Key words: Reinforced concrete beam, corrosion, accelerated corrosion

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1

1.

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài .............................................................................1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................................1
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................2
5. Kết quả dự kiến .....................................................................................................2
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP ..........3
1.1

BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG CỐT THÉP .............................................................3

1.1.1


Bê tơng ........................................................................................................3

1.1.2

Bê tơng cốt thép ..........................................................................................3

1.1.3

Các nhân tố đảm bảo sự làm việc giữa bê tông và cốt thép ........................4

1.1.4

Ưu điểm và nhược điểm của Bê tơng cốt thép ............................................4

1.2

DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP ............................................................................5

1.2.1

Cấu tạo của dầm ..........................................................................................5

1.2.2

Sự làm việc của dầm ...................................................................................5

1.3

KẾT LUẬN ........................................................................................................7


CHƯƠNG 2 : ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA
ĂN MỊN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .......8
2.1.

ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG ......................................................8

2.1.1.

Cơ chế ăn mịn của cốt thép trong bê tông ..................................................8

2.1.2.

Các nguyên nhân ăn mịn ..........................................................................11

2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MỊN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VİỆC CỦA KẾT
CẤU BTCT ................................................................................................................13
2.2.1.

Một số cơng trình trên thế giới bị phá hoại do ăn mòn .............................13

2.2.2.
thép

Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt
14

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ



2.3. GİA TỐC ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG TRONG PHỊNG THÍ
NGHİỆM. ...................................................................................................................14
2.3.1.

Khái niệm về thí nghiệm gia tốc ...............................................................14

2.3.2.

Gia tốc ăn mịn của cốt thép trong bê tơng sử dụng nguồn điện một chiều
15

2.3.3.

Định luật Faraday’s ...................................................................................15

2.3.4.

Xác định cấp độ ăn mòn thực tế ................................................................ 16

2.4.

KẾT LUẬN ......................................................................................................17

CHƯƠNG 3 : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP. ...........................17
3.1.

GİỚİ THİỆU CHUNG .....................................................................................17


3.2

CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHİỆM ..................................................................18

3.2.1

Vật liệu, dụng cụ và thiết bị dùng để thí nghiệm ......................................18

3.2.2.

Thành phần cấp phối và chế tạo dầm bê tơng cốt thép .............................30

3.2.3.

Gia tốc ăn mịn cốt thép trong dầm BTCT ................................................37

3.2.4

Thí nghiệm uốn dầm bê tơng cốt thép.......................................................40

3.3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................................41

3.3.1

Cường độ nén của bê tông.........................................................................41

3.3.2


Điện thế xuất hiện trong cốt thép dầm trong quá trình ăn mịn ................41

3.3.4.

Một số hình ảnh quan sát dầm sau khi gia tốc ăn mòn cốt thép ...............44

3.3.5

Khảo sát bề mặt thanh thép bị ăn mòn ......................................................45

3.3.6

Biểu đồ quan hệ lực và chuyển vị của dầm ...............................................48

3.3.7

Hình ảnh vết nứt và dạng phá hoại khi uốn dầm.......................................52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................1
PHỤ LỤC CÁC BẢNG BIỂU SỐ LIỆU ........................................................................2

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
3.12
3.13
3.14
3.15
3.16
3.17
3.18
3.19

Tên bảng
Thành phần hạt của cốt liệu lớn
Thành phần hạt của cát
Các chỉ tiêu kỹ thuật do nhà sản xuất công bố
Hàm lượng tối đa cho phép của muối hòa tan, ion sunfat,
ion clorua và cặn không tan trong nước trộn vữa
Các chỉ tiêu kỹ thuật do nhà sản xuất công bố.
Các chỉ tiêu cơ lý của thép theo công bố của nhà sản xuất.
(Các kết quả trong bảng 3.6 được nhà sản xuất thí nghiệm
ngẫu nhiên theo lơ hàng)

Kết quả thí nghiệm thép tại phịng thí nghiệm
Thành phần cấp phối bê tơng cho một dầm BTCT
Số liệu các thanh thép sau khi gia công để thực hiện thí
nghiệm
Chi tiết dầm bê tơng để thí nghiệm ăn mòn
Số lượng mẫu – kết quả đo độ sụt khi đúc dầm
Bảng tính tốn cường độ dịng điện theo mật độ thép và thời
gian ăn mòn cho từng dầm khác nhau
Kết quả nén mẫu lưu 28 ngày cho 2 nhóm A,B
Kết qua đo hiệu điện thế dịng điện trong q trình gia tốc
ăn mịn dầm nhóm A với (I = 1703 mA)
Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm A
Kết quả đo hiệu điện thế dịng điện trong q trình gia tốc
ăn mịn dầm nhóm B với (I = 2270 mA)
Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm B
Tổng hợp lực và chuyển vị của các dầm nhóm A
Tổng hợp lực và chuyển vị của các dầm nhóm B

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Trang
19
20
20
22
24
24
25
31
31

33
35
39
41
PL-01
PL-01
PL-02
PL-02
51
52

Lưu hành nội bộ


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ
Số liệu hình
Tên hình vẽ và sơ đồ
vẽ và sơ đồ
1.1
Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản
Các giai đoạn của trạng thái ứng suất - biến dạng
1.2
trên tiết diện thẳng góc
2.1
Sơ đồ ăn mịn cốt thép trong bê tơng
2.2
Cầu Silver sập năm 1965
2.3
Cầu qua sơng Mississippi sập năm 2007
2.4

Hình ảnh kết cấu bị ăn mòn
3.1
Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường
3.2
Thép tròn trơn fi 8
3.3
Thép vằn
3.4
Gia công lắp dựng thép
Cân khối lượng thép chủ bị ăn mòn trước khi tiến
3.5
hành đục dầm
Buộc băng keo cách điện giữa thép bị ăn mịn và
3.6
thép khơng bị mòn, và dùng dây guốc để cố định
3.7
Khung cốt thép dầm
3.8
Muối NaCl REFINED SALT
Gia công ván khuôn dầm
3.9
Lắp đặt cốt thép dầm vào trong khuôn
3.10
3.11
Máy trộn động cơ điện 250l
3.12
Máy cân điện tử (30 kg)
3.13
Bộ dụng cụ lấy độ sụt bê tơng
3.14

Thùng ngâm mẫu bê tơng
Mơ hình thí nghiệm ăn mịn dầm BTCT nhóm A
3.15
với I khơng đổi
3.16
Máy nén mẫu bê tông
3.17
Lắp đặt thép dầm
3.18
Cân thép dầm trước khi vào khung thép
3.19
Chi tiết dầm bê tơng cốt thép nhóm A
3.20
Chi tiết dầm bê tơng cốt thép nhóm B
3.21
Bảo dưỡng dầm bê tông
3.22
Bảo dưỡng mẫu bê tông
3.23
Dầm sau khi tháo ván khn
3.24
Ngâm dầm trong nước muối
3.25
Hình ảnh nén mẫu lưu 28 ngày nhóm A
3.26
Hình ảnh nén mẫu lưu 28 ngày nhóm B
Mơ hình sơ đồ gia tốc dịng điện ăn mòn cốt thép
3.27
trong bể ngâm


THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Trang
5
7
10
13
13
14
19
23
23
25
25
26
26
26
27
27
28
28
29
29
30
30
32
32
34
34
36

36
36
36
37
37
38

Lưu hành nội bộ


Số liệu hình
vẽ và sơ đồ
3.28
3.29
3.30
3.31
3.32
3.33
3.34
3.35
3.36
3.37
3.38
3.39
3.40
3.41
3.42
3.43
3.44
3.45

3.46

Tên hình vẽ và sơ đồ
Hình ảnh gia tốc ăn mịn dầm BTCT nhóm A
Hình ảnh gia tốc ăn mịn dầm BTCT nhóm B
Sơ đồ uốn dầm 4 điểm
Thiết lập sơ đồ uốn dầm tại PTN
Theo dõi hiệu điện thế dòng điện bằng Camera
Biểu đồ dao động hiệu điện thế U trong qn trình
ăn mịn dầm nhóm A
Biểu đồ dao động hiệu điện thế U trong qn trình
ăn mịn dầm nhóm B
Tháo mẫu dầm nhóm A
Tháo mẫu dầm nhóm B
Sau khi vệ sinh thép dầm A2
Sau khi vệ sinh thép dầm A3
Sau khi vệ sinh thép dầm A4
Sau khi vệ sinh thép dầm B2
Sau khi vệ sinh thép dầm B3
Thép chủ dầm A3 bị ăn mòn cục bộ
Đường cong quan hệ lực- chuyển vị giữa dầm nhóm
A
Đường cong quan hệ lực- chuyển vị giữa dầm nhóm
B
Hình ảnh vết nứt và dạng phá hoại của dầm BTCT
nhóm A
Hình ảnh vết nứt và dạng phá hoại của dầm BTCT
nhóm B

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Trang
38
38
41
42
42
44
44
45
46
47
47
47
48
48
48
49
50
53
54

Lưu hành nội bộ


TỪ NGỮ VIẾT TẮT
AC

Dịng diện xoay chiều


BD

Biến dạng

BTCT

Bê tơng cốt thép

DC

Dòng điện một chiều

M

Momen

ƯS

Ứng suất

ƯLT

Ứng lực trước

XM

Xi măng

VAS


Thép Việt Mỹ

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


1

MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đề tài

Ăn mịn cốt thép là một hiện tượng phổ biến trong kết cấu bê tơng cốt thép, q
trình thủy hóa xi măng làm cho bê tông tăng cường độ nhưng 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].
Dầm bê tông cốt thép là 01 loại cấu kiện chịu uốn, được sử dụng phổ biến trong
kết cấu công trình bê tơng cốt thép. Cốt thép dọc chịu lực trong dầm đặt ở vùng kéo
của dầm, đôi khi cũng có cốt thép dọc chịu lực đặt ở vùng nén của dầm. Bê tơng và cốt
thép có thể cùng chịu lực được nhờ lực dính giữa hai loại vật liệu đó, đảm bảo cho bê
tơng và cốt thép cùng biến dạng, đảm bảo sự truyền lực qua lại [1]. Khả năng chịu uốn
của dầm bê tông cốt thép phụ thuộc chủ yếu vào cường độ của bê tông, cường độ của
cốt thép và lực dính giữa bê tơng và cốt thép. Nhưng một điều bất lợi đối với bê tông
là cường dộ chịu kéo khá nhỏ so với cường độ chịu nén nên chúng rất dễ nứt tại vùng
kéo khi chịu lực, do đó hầu như tồn bộ tồn bộ lực kéo là do cốt thép chịu. Khi cốt
thép trong dầm bê tơng bị ăn mịn sẽ làm suy giảm khả năng chịu lực của dầm khi chịu

tải trọng và dẫn đến dầm bị phá hoại; do ăn mòn làm giảm kích thước tiết diện ngang
của cốt thép, cốt thép trở nên dịn hơn; thể tích các sản phẩm ăn mịn tăng lên gây ra
nội ứng suất trong bê tơng dẫn đến xuất hiện các vết nứt trong bê tông; ngồi ra khi cốt
thép bị ăn mịn cịn ảnh hưởng đến lực dính giữa bê tơng và cốt thép [3]. Đây chính là
lý do tác giả làm đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của ăn
mòn cốt thép đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép”.
2.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của các cấp độ ăn mòn khác nhau của cốt
thép dọc chịu kéo đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Các dầm bê tơng cốt thép có kích thước tiết diện là (150x200)mm, chiều dài
dầm 2100mm.
Mẫu bê tông (150x150x150)mm và mẫu 150x150x600mm để xác định cường
độ chịu nén và chịu kéo của bê tông.
Cốt thép dọc chịu lực trong dầm được gia tốc ăn mòn ở các cấp độ khác nhau sử
dụng phương pháp dịng điện khơng đổi. Dầm bê tơng cốt thép được thí nghiệm để xác
định khả năng chịu uốn.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


2


4.

Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp lý thuyết các kết quả nghiên cứu trước đó về ăn mịn của cốt thép
trong bê tơng và ảnh hưởng của nó đến khả năng chịu lực của một số cấu kiện bê tông
cốt thép.
Thực hiện các thí nghiệm dựa trên tiêu chuẩn: TCVN 3105:1993: Hỗn hợp bê
tông nặng và bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo và bảo dưỡng mẫu thử; TCVN
3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt; TCVN 3118:1993: Bê
tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén;
Đúc dầm BTCT kích thước (150x200x2100)mm trong đó cốt thép dọc được gia
tốc ăn mòn ở các cấp độ khác nhau sử dụng phương pháp dịng điện khơng đổi. Ngồi
ra đúc các mẫu bê tơng kích thước (150x150x150)mm và (150x150x600)mm để xác
định cường độ chịu nén của bê tông.
Sau khi hồn thành việc gia tốc ăn mịn cốt thép, dầm BTCT được tiến hành thí
nghiệm uốn.
Phân tích các kết quả thí nghiệm.
+ Khối lượng cốt thép bị ăn mịn.
+ Biểu đồ lực và chuyển vị của dầm.
+ Vết nứt của dầm.
Đánh giá sự ảnh hưởng các cấp độ ăn mòn khác nhau của cốt thép dọc đến khả
năng chịu uốn của dầm BTCT.
5.

Kết quả dự kiến
Xác định khả năng chịu lực còn lại của dầm BTCT sau khi cốt thép bị ăn mòn

Đưa ra các kiến nghị khi ứng dụng trong việc đánh giá khả năng chịu lực còn

lại của dầm BTCT.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


3

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ DẦM BÊ TÔNG
CỐT THÉP
1.1

BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

1.1.1 Bê tông
Bê tông là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá,
sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời
còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm,
loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5 - 40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn
với nước hoặc các chất dẻo khác.
Nguyên lý tạo nên bê tông là dùng các cốt liệu lớn làm thành bộ khung, cốt liệu
nhỏ lấp đầy các khoảng trống và dùng xi măng làm chất kết dính liên kết chúng lại
thành một thể đặc chắc có khả năng chịu lực và chống lại các biến dạng.
Bê tơng có cấu trúc khơng đồng nhất vì hình dạng kích thước cốt liệu khác
nhau, sự phân bố của cốt liệu và chất kết dính khơng thật đồng đều, trong bê tơng vẫn
cịn lại một số ít nước thừa và lỗ rỗng li ti ( do nước thừa bốc hơi).
Q trình khơ cứng của bê tơng là q trình thủy hóa của xi măng, q trình
thay đổi lượng nước cân bằng, sự giảm keo nhớt, sự tăng mạng tinh thể của đá xi
măng. Các quá trình này làm cho bê tơng trở thành vật liệu vừa có tính đàn hồi vừa có

tính dẻo.
Phụ gia nhằm cải thiện một số tính chất của bê tơng trong lúc thi cơng cũng như
trong q trình sử dụng. Có nhiều loại phụ gia như phụ gia nâng cao độ dẻo của hỗn
hợp bê tông, tăng nhanh hoặc kéo dài thời gian đông kết của bê tông, nâng cao cường
độ của bê tông trong thời gian đầu, chống thấm [1].
1.1.2 Bê tông cốt thép
Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu có
đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau
một cách hợp lý và hiệu quả.
Bê tông đã là một vật liệu phức hợp bao gồm cốt liệu (cát, đá, sỏi...) và chất kết
dính (Xi măng) kết lại với nhau thành một loại đá nhân tạo. Về mặt chịu lực, Bê tông
chịu nén tốt hơn chịu kéo từ 8-15 lần.
Cốt thép chịu nén và chịu kéo đều tốt và tốt hơn bê tông nhiều lần. Nếu đặt một
lượng cốt thép thích hợp và miền chịu kéo của dầm thi khả năng chịu kéo của miền
này tăng lên rất nhiều, tương ứng với khả năng chịu nén của miền bê tơng phía trên.
Do đó tăng đươc khả năng chịu lực của kết cấu (dầm bê tơng cốt thép có khả năng

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


4

chịu lực lớn hơn dầm bê tông không cốt thép hàng chục lần).
Cốt thép chịu nén cũng rất tốt nên cốt thép được đặt vào trong cấu kiện chịu
nén như cột, thanh nén của dàn, vòm..để tăng khả năng chịu lực, giảm kích thước tiết
diện, chịu các lực kéo xuất hiện do ngẫu nhiên. [1]
1.1.3 Các nhân tố đảm bảo sự làm việc giữa bê tơng và cốt thép
Lực dính: Có ý nghĩa quyết định sự làm việc chung giữa bê tơng và cốt thép.

Nhờ lực dính mà cường độ bê tông cốt thép mới được khai thác, bề rộng khe nứt trong
vùng kéo mới được hạn chế.
Giữa bê tông cốt thép khơng xảy ra phản ứng hóa học , bê tơng bảo vệ cốt thép
chống ăn mịn của mơi trường.
Hệ số dãn nở dài của cốt thép và bê tơng xắp xỉ nhau, do đó sự thay đổi nhiệt
độ trong phạm vi thông thường (<1000c) trong cấu kiện không xảy ra nội ứng suất,
khơng phá hoại lực dính giữa bê tông và cốt thép. [1]
1.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của Bê tông cốt thép
1.1.4.1Ưu điểm
Bê tông cốt thép có cường độ nén và khả năng chịu lực cao so với các vật liệu
xây dựng khác như gạch gỗ, có thể chịu tốt các tải trọng rung động,bao gồm cả động
đất.Và có khả năng sử dụng được vật liệu địa phương (xi măng, cát đá, sỏi) tiết kiệm
thép là vật liệu quý hiếm, vừa bên vừa tốn ít tiền bảo dưỡng. Vì cấu kiện đúc theo
hình ván khn nên việc tạo các hình dáng kết cấu khác nhau để có thể đáp ứng được
yêu cầu kiến trúc là có thể thực hiện được tương đối dễ dàng. Trong các cấu trức như
móng, đập trụ,... Bê tơng cốt thép là vật liệu xây dựng tiết kiệm nhất. So với việc sử
dụng thép trong kết cấu, bê tơng cốt thép địi hỏi ít lao động ngành nghề để lắp được
kết cấu.
Chịu lửa tốt. Bê tông bảo vệ cốt thép không bị nung nóng nhanh đến nhiệt độ
nguy hiểm. Ví dụ nếu lớp bảo vệ bê tông dày 2,5cm và nhiệt độ bên ngồi là 1000°C
thì phải sau 1 giờ cốt thép mới nóng đến nhiệt độ khoảng 55°C. Nếu kết cấu thường
xuyên làm việc ở điều kiện nhiệt độ 150-250°C thì ta phải sử dụng kết cấu Bê Tông
Cốt Thép chịu nhiệt. [2]
1.1.4.2Nhược điểm
Trọng lượng bản thân lớn nên khó làm được những kết cấu có nhịp lớn bằng Bê
tơng cốt thép thường. Cường độ chịu kéo của Bê Tông chỉ bằng khoảng 5-10% cường
độ chịu kéo của Cốt Thép, trong khi tỷ trọng của bê tông bằng 30% tỷ trọng của thep.
Để khắc phục, người ta sử dụng bê tông nhẹ, BTCT Ứng lực trước và các loại kết cấu

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.


Lưu hành nội bộ


5

nhẹ như vỏ mỏng. Cách âm và cách nhiệt kém, để khắc phục có thể sử dụng các dạng
kết cấu có rỗng.
Dưới tác dụng của tải trọng và các tác động khác, bê tơng cốt thép dễ có khe nứt
làm ảnh hưởng đến chất lượng đến chất lượng sử dụng và tuổi thọ của kết cấu. Để
khắc phục có thể sử dụng Bê Tông Cốt Thép Ứng Lực Trước hoặc có những biện pháp
tính tồn và thi cơng hợp lý để hạn khe nứt làm cho sự có mặt của khe nứt không ảnh
hưởng đến việc sử dụng kết cấu bình thường. [2]
1.2

DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP

1.2.1 Cấu tạo của dầm
Dầm là cấu kiện mà chiều cao và chiều rộng của tiết diện ngang khá nhỏ so với
chiều dài của nó. Tiết diện có thể là chữ nhật, I, T, hộp ….Tỷ số chiều cao h và chiều
rộng b: h/b=2-:-4; chiều cao h = 1/8-:-1/20 nhịp của dầm.
Dầm bê tông cốt thép là cấu kiện chịu uốn, được sử dụng phổ biến trong kết cấu
cơng trình bê tơng cốt thép. Cốt thép dọc chịu lực trong dầm đặt ở vùng kéo của dầm,
đơi khi cũng có cốt thép dọc chịu lực đặt ở vùng nén của dầm. Bê tông và cốt thép có
thể cùng chịu lực được nhờ lực dính giữa hai loại vật liệu đó, đảm bảo cho bê tông và
cốt thép cùng biến dạng, đảm bảo sự truyền lực qua lại [1]. Khả năng chịu uốn của
dầm bê tông cốt thép phụ thuộc chủ yếu vào cường độ của bê tơng, cường độ của cốt
thép và lực dính giữa bê tông và cốt thép. Nhưng một điều bất lợi đối với bê tông là
cường dộ chịu kéo khá nhỏ so với cường độ chịu nén nên chúng rất dễ nứt tại vùng kéo
khi chịu lực, do đó hầu như toàn bộ toàn bộ lực kéo là do cốt thép chịu.

1.2.2 Sự làm việc của dầm
Khi tải trọng đủ lớn sẽ thấy xuất hiện những khe nứt thẳng góc với trục dầm nơi
có momen lớn và khe nứt nghiêng ở khu vực gần gối tựa là chỗ có lực cắt lớn. Khi tải
trọng khá lớn thì dầm có thể bị phá hoại tại tiết diện có khe nứt thẳng góc hoặc tại tiết
diện có khe nứt nghiêng [1].

Khe nứt thẳng góc

Khe nứt nghiêng

Hinh 1.1: Các dạng khe nứt trong dầm đơn giản
Việc tính tốn dầm theo cường độ chính là bảo đảm cho dầm không bị phá hoại
trên tiết diện thẳng góc (tính tốn cường độ trên tiết diện thẳng góc), và khơng bị phá
hoại trên tiết diện nghiêng (tính tốn cường độ trên tiết diện nghiêng).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


6

Theo dõi sự phát triển ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc ta có thể chia
thành các giai đoạn sau:
1.2.2.1Giai đoạn 1
Khi M (Momen) bé (tải trọng nhỏ), có thể xem như vật liệu làm việc đàn hồi,
quan hệ giữa ứng suất và biến dạng là đường thẳng, sơ đồ ứng suất pháp có dạng tam
giác. Khi M tăng lên biến dạng dẻo trong bê tông phát triển. Sơ đồ ứng suất pháp có
dạng đường cong. Khi sắp sửa nứt, ứng suất kéo trong bê tông đạt đến giới hạn cường
độ chịu kéo Rbt. Ta gọi trạng thái giữa ứng suất và biến dạng này là trạng thái Ia. Muốn

cho dầm khơng bị nứt thì ứng suất pháp trên tiết diện không được vượt quá trạng thái
Ia.
1.2.2.2Giai đoạn 2
Khi M tăng lên miền bê tông chịu kéo bị nứt, khe nứt phát triển dần lên phía
trên, hầu như toàn bộ lực kéo là do cốt thép chịu. Nếu lượng thép chịu kéo khơng nhiều
lắm thì khi M tăng lên, ứng suất trong cốt thép có thể đạt đến giới hạn chảy Rs. Ta gọi
trạng thái này là trạng thái IIa.
1.2.2.3Giai đoạn 3 (giai đoạn phá hoại)
Khi M tiếp tục tăng lên, khe nứt tiếp tục tăng lên phía trên, vùng bê tơng chịu
nén thu hẹp lại, ứng suất trong vùng bê tông nén tăng lên trong khi ứng suất trong cốt
thép khơng tăng (vì cốt thép đã chảy) khi ứng suất pháp trong vùng bê tông nén đạt đến
giới hạn cường độ chịu nén Rb thì dầm bị phá hoại. Sự phá hoại khi ứng suất trong cốt
thép đạt đến giới hạn chảy và ứng suất trong bê tông đạt đến Rb gọi là sự phá hoại dẻo.
Trường hợp phá hoại này gọi là trường hợp phá hoại thứ nhất, đã tận dụng được khả
năng chịu lực của Bê tông và cốt thép. Nếu cốt thép vùng kéo quá nhiều, ứng suất trong
cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy mà bê tông vùng nén đã bị phá hoại thì dầm cũng
bị phá hoại. Khi đó khơng xảy ra trạng thái IIa. Đây là sự phá hoại dòn, cốt thép chưa
chảy dẻo, trường hợp này gọi là trường hợp phá hoại thứ hai. Trường hợp này cần tránh
vì khơng tận dụng hết khả năng chịu lực của cốt thép và cũng nguy hiểm vì dầm bị phá
hoại khi biến dạng cịn nhỏ nên khó đề phịng.
Nếu cốt thép vùng kéo q ít, thì dầm cũng bị phá hoại dòn do thép bị đứt đột
ngột ngay sau khi khe nứt xuất hiện.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


7


Hình 1.2: Các giai đoạn của trạng thái ứng suất - biến dạng trên tiết diện thẳng góc
1.3

KẾT LUẬN

Bê tơng là một loại vật liệu nhân tạo được chế tạo từ các vật liệu rời (cát, đá,
sỏi) và chất kết dính (thường là xi măng), nước và có thể thêm phụ gia. Vật liệu rời
còn gọi là cốt liệu, cốt liệu có 2 loại bé và lớn. Loại bé là cát có kích thước (1-5)mm,
loại lớn là sỏi hoặc đá dăm có kích thước (5 - 40)mm. Chất kết dính là xi măng trộn
với nước hoặc các chất dẻo khác.
Bê tông cốt thép là một loại vật liệu xây dựng phức hợp do hai loại vật liệu có
đặc trưng cơ học khác nhau là bê tông và cốt thép cùng cộng tác chịu lực với nhau một
cách hợp lý và hiệu quả.
Phá hoại dầm bê tông cốt thép: Sự phá hoại khi ứng suất trong cốt thép đạt đến
giới hạn chảy và ứng suất trong bê tông đạt đến Rb gọi là sự phá hoại dẻo. Nếu ứng
suất trong cốt thép chưa đạt đến giới hạn chảy mà bê tông vùng nén đã bị phá hoại thì
dầm cũng bị phá hoại gọi là phá hoại dòn.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


8

CHƯƠNG 2 : ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH
HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA
KẾT CẤU BÊ TƠNG CỐT THÉP
2.1.


ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG

Những nhân tố ảnh hưởng đến ăn mịn của cốt thép trong bê tông như chất
lượng bê tông (nước/xi măng, hàm lượng xi măng, các vết nứt, độ sạch của thành phần
tạo nên bê tông) và các nhân tố từ mơi trường bên ngồi (độ ẩm mơi trường, oxy, nhiệt
độ, vi khuẩn tấn cơng và dịng điện lân cận stray current).
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 nhưng thơng thường sẽ đi kèm với các vết nứt
của bê tông hoặc là các vết nứt sẽ xuất hiện ngay sau đó.
Sau khi ăn mòn bắt đầu, các sản phẩm ăn mòn (như iron oxides và hydroxides)
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 tơng bảo vệ.
Ăn mịn cốt thép là một trong những nguyên nhân chính gây nên sự hư hại của
kết cấu bê tông cốt thép, đặc biệt là những kết cấu ở môi trường biển. [3]
Sự phá hoại của các kết cấu ứng lực trước do thâm nhập chloride đang tiếp diễn
trên toàn thế giới. Nhiều kết cấu ứng lực trước làm việc trong môi trường biển bị tấn
công bởi ion chloride (nguyên nhân chính dẫn đến sự ăn mịn của cốt thép trong bê
tơng) [3].
2.1.1. Cơ chế ăn mịn của cốt thép trong bê tơng
Ngày nay, việc nghiên cứu sự ăn mịn và bảo vệ các cơng trình bêtông cốt thép
là một đề tài khá hấp dẫn, được nhiều nhà khoa học nước ngoài và trong nước quan
tâm vì số lượng cơng trình bêtơng cốt thép rất nhiều: các cơng trình dân dụng nhà ở
ven biển, cầu cống ven biển, cầu cảng biển, các cơng trình khai thác dầu khí v.v…
Bêtơng cốt thép gồm hai phần: phần vỏ là vật liệu đá nhân tạo gồm các thành
phần có tỉ lệ hợp lí: chất kết dính xi măng, nước, cốt liệu thô (sỏi cát) và các phụ gia
khác, chúng được trộn vào nhau sau đó đúc thành khn và phần thứ hai là cốt lõi
bằng thép.
Trong q trình đóng rắn của bêtơng, các thành phần của khống xi măng bị
thuỷ hố và tạo mơi trường kiềm (pH =13 ÷ 14). Trong môi trường này cốt thép bị thụ

động.
Phản ứng thuỷ hoá (hiđrat hoá) của các khoáng silicat như sau:

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


9

2(3CaO.SiO2) + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
2(2CaO.SiO2) + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
Đối với khoáng C3A phản ứng xảy ra:
3CaO.Al2O3 + 6H2O → 3CaO.Al2O3.6H2O
2(3CaO.Al2O3) + 21H2O → 4CaO.Al2O3.13H2O + 2CaO.Al2O3.8H2O
Khi có mặt thạch cao xảy ra phản ứng tạo thành ettringit:
3CaO.Al2O3 + 3(CaSO4.2H2O) + 6H2O → 3CaO.Al2O3.3CaSO4.12H2O
Ettringit là các tinh thể hình kim được hình thành nhanh trên khống C3A chưa
thuỷ hố tạo lớp vỏ bọc khơng cho nước thấm qua. Vì vậy thạch cao được dùng làm
phụ gia điều chỉnh thời gian đơng kết xi măng.
Q trình thuỷ hố diễn ra suốt thời gian sử dụng bêtông.
Nếu lớp vỏ chặt xít có kết cấu tốt thì cốt thép ln ln ở trạng thái thụ động và
khơng bị ăn mịn.
Nếu lớp vỏ bêtơng q mỏng hoặc có kết cấu xốp thì oxi sẽ xâm nhập vào cốt
thép và gây ra ăn mịn. Đương nhiên khi bêtơng cốt thép ngâm trong nước, lượng oxi
thấp, khó xâm nhập cốt thép và sự phá huỷ cốt thép cũng bị hạn chế.
Trong nước biển chứa nhiều ion Cl– , sự xâm nhập của nó vào cấu trúc bê tông
sẽ ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của các cơng trình.
Ion Cl– xâm nhập vào bê tông theo cơ chế khuếch tán và thường tồn tại ở các
dạng: hấp phụ vật lí trên bề mặt rắn của lỗ xốp, tham gia liên kết hoá học tạo

C3A.CaCl2.10H2O hoặc C3A.3CaCl2.3H2O
Nếu tồn tại tự do trong các mao quản, lỗ trống ion Cl– sẽ phá huỷ và ăn mịn
bêtơng cốt thép.
Q trình ăn mịn cốt thép bêtơng là ăn mịn điện hố. Khi có ion Cl–xâm nhập
vào lớp thụ động của bêtông, lớp thụ động bị phá vỡ và thép bị ăn mòn, pH giảm:
Fe – 2e → Fe2+
Fe2+ + 2H2O + Cl– → Fe(OH)2 + 2HCl
Ngưỡng tới hạn phá huỷ màng thụ động và gây ăn mòn cốt thép là
[Cl]/[OH–] = 0,6. Khi lớp thụ động bị phá vỡ một phần hoặc hồn tồn thì thế điện cực
của cốt thép dịch chuyển về phía âm hơn, tại đó đóng vai trị là anot và thép bị hồ tan
(xem hình 2.1).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


10

Hình 2.1: Sơ đồ ăn mịn cốt thép trong bê tông

Tại anot: Fe – 2e → Fe2+
Tai catot: 1/2O2 + 2e + H2O → 2OH–
Q trình ăn mịn chỉ xảy ra khi vùng catot có H2O và O2. Nếu điện trở của
bêtơng rất lớn thì tốc độ ăn mịn nhỏ (5 ÷ 7.10 4 Ω/cm).
Oxi là chất đóng vai trị khử catot thúc đẩy sự hoà tan kim loại, song Cl– đóng
vai trị rất quan trọng. Khi có mặt Cl–, điện trở bêtơng bị giảm dễ làm cho dịng ăn mịn
tăng lên và nó đóng vai trị khơi mào cho phản ứng thông qua phản ứng phá vỡ màng
thụ động với sự hình thành hợp chất phức:
Fe + 3Cl– → FeCl3– + 2e

FeCl3– + 2OH– → Fe(OH)2 + 3Cl–
Phản ứng catot tạo ra OH–, pH tăng lên cho nên sự ăn mòn sâu trong lỗ bị giảm,
để sự ăn mòn tiếp tục thì nồng độ Cl– trong lỗ phải đủ lớn để thay thế OH– , nếu thiếu
Cl– sẽ sinh ra tái thụ động. Với nồng độ Cl– = 0,5% so với khối lượng ximăng thì xảy
ra sự lan truyền khơi mào ăn mịn. Mặt khác, với sự có mặt Cl– , xảy ra sự ăn
mòn lỗ làm cho tỉ lệ điện tích catot/anot lớn, mật độ dịng sẽ tăng cao. [4]
Để nâng cao chất lượng cơng trình bêtơng cốt thép có thể sử dụng các biện pháp
sau:
-

Tạo một lớp vỏ bêtơng bám chắc cốt thép, chặt xít, phủ kín hạn chế sự thấm
nước và thấm các chất gây ăn mịn của mơi trường.

-

Bảo vệ bằng phương pháp điện hóa - bảo vệ catot.

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


11

-

Sơn phủ lớp vỏ bêtông bằng các loại sơn vô cơ hoặc hữu cơ. [3]

2.1.2. Các nguyên nhân ăn mòn
2.1.2.1Ăn mòn do chlorride

Ăn mòn của cốt thép chủ yếu xuất hiện khi các thanh thép tiếp xúc với chloride
từ thành phần của bê tông khi đúc hoặc do xâm thực từ mơi trường có chloride.
Sự thâm nhập của chloride vào bê tơng là ngun nhân chính gây ra ăn mịn của
cốt thép. Khi chloride thâm nhập vào bê tơng thì nó sẽ phá hủy lớp màng bảo vệ
(passive film) xung quanh cốt thép.
Chloride xâm nhập vào bê tông thông thường từ các nguồn sau đây: CaCl2 có
trong xi măng khi đúc bê tông; muối trong các thành phần cấp phối khi đúc bê tông; sự
thâm nhập của nước muối ở môi trường biển, sự thâm nhập muối từ đường xá và xe cộ
do hiện tượng de-icing.
Có nhiều dạng chloride trong bê tông như: ion chloride tự do trong chất lỏng ở
các lỗ rỗng bê tông; chloride liên kết yếu trong hợp chất với calcium silicate; chloride
liên kết mạnh với các hợp chất calcium aluminates [3].
2.1.2.2Ăn mòn do hiện tượng carbonation
Hiện tượng carbonation của bê tông hoặc sự xâm nhập của các khí chứa acid
vào bê tơng cũng là ngun nhân chính gây nên sự ăn mịn của cốt thép trong bê tông
mà không cần sự phá hoại của lớp bê tông trước khi cốt thép bị tấn công.
Đây là hiện tượng khơng thể tránh được; CaCO3 được hình thành do phản ứng
hóa học giữa CO2 từ mơi trường khơng khí và Ca(OH)2 trong chất lỏng từ các lỗ rỗng
của bê tông.
CO2.Ca(OH)2

H2O, NaOH CaCO3 + H2O

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 thường 13-14 đến giá trị trung tính. Khi có sự
xuất hiện của O2 và nước 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 dưới 11 [3].
2.1.2.3Ăn mòn do dòng điện lân cận
Dòng điện lân cận từ các hệ thống xe lửa, hoặc những thiết bị điện có điện thế
cao thơng thường gây ra ăn mòn của các kết cấu thép hoặc BTCT được chơn dưới lịng

đất.
Dịng điện lân cận có thể là dòng điện một chiều (DC) hoặc xoay chiều (AC).
Dòng điện lân cận có thể đi theo hướng khác với hướng dự định vì nó ln có

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


12

hướng đi song song hoặc những hướng di chuyển khác nhau. Hướng đi của dịng điện
lân cận là hướng có điện trở thấp di chuyển qua các kết cấu có chứa kim loại thép được
chơn dưới lịng đất (đường ống dẫn dầu, khí, bể chứa, các cơng trình biển) [3].
2.1.2.4Ăn mịn cốt thép trong mơi trường biển
Bê tơng và bê tông cốt thép được xây dựng trong nước biển hoặc vùng ven biển
chịu tác dụng trực tiếp của các yếu tố xâm thực của môi trường biển mà đặc trưng là
bốn loại yếu tố xâm thực sau:
Các yếu tố hoá học: Nước biển có chứa các ion khác nhau của các loại muối có
trong nước biển.
Các yếu tố biến động của nước biển và thời tiết: Nước thuỷ triều lên xuống nên
một số bộ phận bị khô ẩm liên tiếp.
Các yếu tố vật lí: Nhiệt độ biến đổi.
Các yếu tố cơ học: Tác động của sóng xói mịn trên bề mặt bê tông.
Tác động phối hợp của các yếu tố này làm cho bê tông và bê tông cốt thép trong
mơi trường biển bị ăn mịn mạnh. Xét về bản chất có một số dạng ăn mịn chính sau
đây:
+ Ăn mịn hố học bê tơng trong nước biển.
+ Ăn mịn cốt thép trong khí quyển biển và vùng có mực nước lên xuống.
+ Ăn mịn bê tơng do vi sinh vật biển.

Trong các dạng ăn mịn này thì ăn mịn hố học của bê tơng trong mơi trường
biển là nguy hiểm nhất vì nó vừa phá vỡ cấu trúc bê tống vừa tạo điểu kiện để các tác
nhân hoá học xâm nhập vào ăn mịn cốt thép.
Các cơng trình bê tông cốt thép khi sử dụng trong môi trường biển, nếu khơng
có biện pháp bảo vệ có hiệu quả thì bị ăn mịn mạnh, vì mơi trường nước biển có chứa
các hợp chất hóa học có tính chất ăn mịn cao đối với cả bê tơng và cốt thép. Có thể nói
đây là loại ăn mịn tổng hợp.
Ngun nhân chính làm phá huỷ bêtông trong môi trường biển là do các muối
sunfat ăn mòn đá xi măng, về mặt nguyên tắc, độ bền ăn mịn sunfat của bêtơng tăng
khi giảm thành phần C3A và phụ thúộc không nhiều vào hàm lượng C3S của ximăng
[3]

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


13

2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VİỆC CỦA
KẾT CẤU BTCT
2.2.1. Một số cơng trình trên thế giới bị phá hoại do ăn mòn
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 mòn thép ứng lực trước (ƯLT). 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 người chết.Và một trong các nguyên nhân gây sập cầu là do ăn mòn cốt thép, ăn
mòn dưới tác dụng của ứng suất và mơi trường.

Hình 2.2: 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 người chết và 7
người bị thương.
Ngày 01 tháng 8 năm 2007 cầu thép bắc qua sông Mississippi bị sập làm chết 13
người và 147 người bị thương, theo các nhà điều tra thì một trong các ngun nhân
cũng là do ăn mịn .

Hình 2.3: Cầu qua sông Mississippi sập năm 2007

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


14

2.2.2. Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt
thép
Đối với kết cấu bê tơng cốt thép thì sau một thời gian cốt thép bị ăn mịn, chúng
làm nứt lớp bê tơng bảo vệ. Sự ăn mòn này sẽ gây ra những hậu quả nghiêm trọng nếu
ta không tiến hành những biện pháp gia cố, sửa chữa. Thông thường kết cấu bê tơng bị
ăn mịn dễ bị phát hiện vì chúng ln tạo ra các vết nứt hoặc dễ nhận biết bởi màu đỏ
do rỉ sắt tạo ra.

Hình 2.4. Hình ảnh kết cấu bị ăn mòn
Hậu quả của sự ăn mòn cốt thép khơng chỉ liên quan đến khả năng bảo trì hoặc
điều kiện bên ngồi của kết cấu, mà cịn có thể ảnh hưởng đến khả năng chịu lực và
đảm bảo an tồn của kết cấu.
Cốt thép bị ăn mịn sẽ giảm tiết diện và bị dòn dẫn đến giảm khả năng chịu kéo
(nén) của kết cấu theo thiết kế ban đầu về lau dài sẽ dẫn đến kết cấu bị phá hoại, giảm

tuổi thọ của cơng trình.
Khi bị ăn mịn do trương nở thể tích gây ra ứng suất làm nứt kết cấu và sẽ làm
mất thẩm mỹ, thấm nước.. và gây tư tưởng khơng an tồn cho người sử dụng. [5].
2.3. GİA TỐC ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG TRONG PHỊNG
THÍ NGHİỆM.
2.3.1. Khái niệm về thí nghiệm gia tốc
Thí nghiệm gia tốc là những thí nghiệm mà phương pháp và điều kiện tiến hành
thí nghiệm đó đảm bảo cho chúng ta thu được thông tin cần thiết về các đặc tính của
đối tượng thí nghiệm trong khoảng thời gian ngắn hơn so với khi thí nghiệm thơng
thường. [3].

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ


15

2.3.2. Gia tốc ăn mòn của cốt thép trong bê tông sử dụng nguồn điện một chiều
Sử dụng nguồn điện 1 chiều, có cường độ dịng điện I khơng đổi hoặc hiệu điện
thế U khơng đổi. Trong đó Cực dương (+) của nguồn điện được nối với cốt thép và
Cực âm (-) của nguồn điện được nối với tấm thép khơng gỉ làm việc như cực âm.
Q trình thí nghiệm ăn mòn diễn ra trong dung dịch chất điện phân ( muối
NaCl 3,5%....). Mức dung dịch trong bể được điều chỉnh để đảm bảo đủ độ ngập của
các thanh thép, đồng thời đảm bảo mặt thoáng đủ oxy cho quá trình ăn mịn được tiến
hành.
Thời gian thực hiện thí nghiệm ăn mịn được tính tốn để đưa ra mức độ ăn mòn
cần thiết theo Luật Faraday’s. [3].
2.3.3. Định luật Faraday’s
Mối quan hệ giữa mật độ dòng ăn mòn và tổn thất khối lượng của thanh cốt

thép do ăn mòn được xác định bằng cách áp dụng Định luật Faraday’s. [3].

m =

A.I .t
Z .F

Trong đó:
A : Khối lượng mol của sắt (56mol/g).
I : Cường độ dòng điện (A).
t : Thời gian (giây).
Z : Số hóa trị của ion sắt (2).
F : Hằng số Faraday’s (96485,33 Coulombs/ mol).

m = a. .
Trong đó:
a: diện tích bề mặt của thanh thép trước khi bị ăn mịn (cm2)

 : sự suy giảm đường kính thanh thép (cm)
 : khối lượng riêng của thép (7.86 g/cm3)

I = i.a
Trong đó
i : Mật độ dịng điện (A/cm2).

THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG.

Lưu hành nội bộ