Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu sử dụng phụ gia nhằm tăng khả năng chống xâm thực, ăn mòn bê tông công trình bảo vệ bờ biển ở Việt Nam

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.83 MB, 87 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

MỤC LỤC

i00... ... |

CHƯƠNG I: NGHIÊN CUU THỰC TRANG CONG TRINH DE BIEN

1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biền...---2- 55525525522 81.1.4. Các co chế phá hoại đê biGN...ceccecceccccecsesseessessessessessessesseessessessesseeseeses 9

1.2.1. Dé Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works...-.-- 10

1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước bién dâng... 11KET LUẬN CHƯNG L ooceccccccsscssssccssscssssesersscersscsrsecsvsussesassesassesasseeatsesaneees 13CHUONG II: NGHIÊN CUU CO CHE AN MON BE TONG, BE TONGCOT THÉP TRONG MOI TRUONG BIEN VIET NAM...-... 14

2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tông, bê tông cốt thép ở Việt Nam... 18

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

2.3. Cơ chế phá hủy bê tông trong nước biển : -..23

2.3.1. An man bê tông ở các vùng biển 23

2.3.2. Giới thiệu về xi măng. _ : 22.3.3. Cầu trúc của đá xi mang và nguyên nhân ăn mơn xi măng sh2.3.4. Tác động ăn mịn xi mang của nước bién 382.3.5. Hiện tượng mém hóa bê tông do nước biển gây ra 40

2.4. Cơ chế ăn mòn cốt thép của nước biển... wo dS2.5. Tuổi thọ cơng trình và q trình suy giảm độ bền trong môi trường nước

biển. 52

KET LUẬN CHƯƠNG II 56

CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU SỬ DUNG PHY GIA KHOANG VAT VAPHU GIA UC CHE AN MON DE KHAC PHUC TINH TRẠNG XÂM.THUC AN MON BE TONG CONG TRÌNH BẢO VE BO VUNG BIEN... 563.1. Tác dung của phụ gia khoáng, phụ gia tre chế ăn mòn 56

3.1.1. Tro bay _ : : %63.1.2. Muội silie (Silica fume, SF) 58

3.1.3. Phụ gia ức chế ăn mịn cốt thép - 593.2. Tinh tốn cấp phối bê tơng có sử dụng phụ gia khống, phụ gia ức chế ăn.

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

3.3.3. Thí nghiệm xác định hệ số thẩm.. " ...68KET LUẬN CHƯƠNG IIL 69

CHUONG IV: UNG DUNG KET QUA NGHIEN CUU CHO DE BIEN

HUYỆN NGHĨA HUNG - TINH NAM ĐỊNH. - oe TO,4.1, Giới thiệu về dé biển huyện Nghĩa Hung, tinh Nam Định... 70

AMAL. Vit dI0 IY .ẽẽ 704.1.2. Hiện trạng dé kè biển huyện Nghĩa Hưng... see TO

4.2. Tinh toán cấp phối bê tơng, ty lệ sử dung phụ gia khống, ức chế ăn mòn

cho ké Nghĩa Hưng 72

4.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông diing cho kè Nghĩa Hưng T2

4.2.2. Tinh tốn cấp phối cho 1m’ bê tơng. so seen TZ4.2.3. Cấp phối thi nghiệm T34.2.4. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thắm. T5

4.2.5. Thí nghiệm ngâm mẫu bê tông trong nước biển... soe TB

4.2.6. Lựa chon cấp phối bê tơng, tỷ lệ sử dung phụ gia khống, phụ gia ức

chế ăn mòn cho kè Nghĩa Hung T8

4.3, So sánh kết qua thí nghiệm bê tơng đối chứng và bé tơng có sử dung phụ

gia khống, phụ gia ức chế ăn môn... --79

KET LUẬN CHƯƠNG IV... -.79KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ... ¬— oe 801. Kết luận... — cu — 80

3. Kiến nghị 80

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

DANH MỤC HÌNH VE

Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định. 4Hình 1.2. Dé AfRlitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works „210Hình 2.1. Cảng Thương vụ - Vũng Tau sau 15 năm sử dụng, „20Hình 2.2. Cảng Cửa Cim - Hải Phịng cách bid

Hình 2.3. Thắm ti

in 25km, sau 30 năm sử dung21vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủyđiện Hịa Bình (Nguồn tin internet)... 2ỊHình 2.4. Xâm thực bê tơng do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cơng C2- Hải Phịng, 2Hình 2.5. Xam thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đ

mòn cốt thép, ăn mòn bê tơng trong mơi trường nước biên (Nguồn tininternet)

2Hình 2.6. Hi n trang ăn mịn rửa trơi và ăn mơn cơ học do sóng biển của bêtơng kè biển Cát Hải — Hải Phịng (Nguồn tin internet). -...22

Hình 2.7. Xâm thực bê tơng do bị mài mịn, rửa trơi cống Vàm Đền - Bến Tre.

Hình 2.8. An mịn bê tơng ở các vùng bién

Hình 2.9 Sự phát triển cường độ bê tơng theo thời gian... seen ADHình 2.10. Phat triển cường độ trong mơi trường man,

ốt thép... 4ó.Hình 2.12. Sơ dd q trình ăn mịn điện hố các cốt thép trong bê tơng...47Hình 2.11. Cốt thép bị ăn mịn trong các cơng trình cầu bê tơng.

Hình 2.13. Sơ dé mơ tả lý thuyết ăn mịn cốt thép. 50

Hình 2.14. Giản đỗ Pourbaix đơn giản sHình 2.15, Sơ đồ mơ tả cốt thép bị ăn mịn 5

Hình 2.16. Sơ đồ mơ tả q trình suy giảm chất lượng cơng trình theo thời

gian... 5

Hình 3.1. Nón cụt tiêu chuẩn. dùng để xác định độ sụt của bê tơng... 68

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Hình 3.2. Do độ sụt của bê tơng,

Hình 3.3. Sơ dé thí nghiệm xác định hệ số thắm.

Hình 4.1. Hệ số thâm của bê tơng có và khơng có phụ gia trong 3 ngày...

Hình 4.2. Hệ số tham của bê tơng có va khơng có phụ gia trong 7 ngày.Hình 4.3. K thấm của bê tơng có và khơng có phụ gia trong 28 ngiy..

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

DANH MỤC BẰNG Bì

Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4]Bang 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thé giới [4]

Bang 2.3. Độ mặn nước biển ting mặt trong vùng biển Việt Nam [4]...

Bảng 2.4. Bảng phân loại mác xi mang

Bảng 2.5. Thành phin khống vật của xi măng [3]...

Bang 2.6. Bảng thơng kê sự phát triển cường độ chịu nén của bê tơng...các cơng trình trong mơi trường biển [5]

Bảng 4.1 Cấp phối bê tơng thường,

Bang 4.2 Cấp phối bê tơng có 30%, 0.54P,

Bang 4.3, Cấp phối bê tơng có 25%F, 0,5%P, 5%SBang 4.4. Cấp phối bê tơng có 20%F, 10%S, 0,5%P

Bang 4.5, Tổng hợp kết quả cường độ nén thí nghiệm (Mpa).

Bang 4.6. Bảng xác định hệ số thắm.

Bang 4.7. Mối quan hệ giữa Kt-B trong 28 ngày.

Bang 4.8, Bảng kết qua độ mai mon

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

BT & BTCT

DANH MYC VIET TAT

Bê tong

Bê tông cốt thép

Bê tông và bê tơng cốt thép.

Xi mangCát

Chất kết dínhPhụ gia khống,Phụ gia hóa

Hon hợp bê tông

Tiêu chuẩn Việt Nam.

Tiêu chuẩn xây dựng,Tiêu chuẩn nghànhVật liệu xây dựng

Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng,

Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tảiBộ môn vật liệu xây dựng

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

MỞ ĐÀU1. Tính cấp thiết của đề tài

Bờ biên nước ta có chiều dai hơn 3600 km trải dai từ Móng Cái đến HàTiên. Bên cạnh việc đem lại cho con người những giá trị tích cực về kinh tế,tinh than, biển cịn có thé mang đến sự tàn phá, huỷ hoại ghê gớm. Tử bao đời.nay, những cơng trình trong mơi trường biển, bảo vệ bờ biễn đã và đang hìnhthành ngày càng nhiều với sự đóng góp đáng kể của những tiến bộ khoa học

kỹ thuật với mục đích lợi dụng tối đa những lợi ích và giảm tối thiểu nhữngtác động tiêu cực từ nước biển

Dé biển và các cơng trình bê tơng trong vùng biển là loại cơng trình ven

bờ biển và trong môi trường biến, bị nước biển ăn mịn theo thời gian, pháhỏng các kết cấu bê tơng, bê tông cốt thép không những về mặt cơ học mà.cồn gây ra hiện tượng ăn min hóa học. Nó gây hư hỏng và giảm tuổi thọ cơng

trình. Một khi dé biển và các cơng trình bé tơng và bé tơng cốt thép bị phá

hoại thì hậu quả tác động tới kinh tế và kinh tế xã hội rất lớn. Vì vậy việc.

nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mịn hóa học của bê tơng trong mơi trường

biển và đưa ra một số giải pháp giảm thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ cơng trình.trở thành van dé vơ cùng cấp thiết với nước ta hiện nay.

2. Những vấn dé cần giải quyết của luận văn.

~ Nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép trong

mơi trường biển Việt Nam.

- Các giải pháp khắc phục tinh trạng xâm thực, ăn mịn bê tơng và bê

tơng cốt thép vùng biển

- Nghiên cứu sử dụng phụ gia chống xâm thực và ức chế ăn mòn dé

khắc phục tỉnh trang an mịn bê tơng và bé tơng cốt thép

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

CHUONG I

NGHIEN CỨU THỰC TRẠNG CONG TIVIET NAM VA TREN THE GIỚI1.1. Thực trạng cơng trình đê biển Việt Nam.

Hệ thống dé biên và cửa sông của chúng ta được xây dựng, bồi trúc vàphát triển theo thời gian và do nhiều thể hệ người Việt Nam thực hiện. Đê chủyếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và người địa phương tự đắp bằng những.phương pháp thủ cơng. Hệ thống dé hình thành là kết quả của quá trình đấu

tranh với thiên nhiên, mở đất của ơng cha chúng ta. Chính vi vậy đê khơngthành tuyến mà là các đoạn nằm giữa các cửa sông. Có địa phương chỉ trong

vịng một thé ky đã có nhiều lan đê phát trién ra ngoài, mi cho đến nay vẫntin tại các tuyển đó như dé huyện Tiên Lang - Vinh Bảo - Hai Phòng; đê Thai

“Thuy - Tiền Hai - Thái Bình; đề Kim Sơn - Ninh Binh v.v...

Thân đê chủ yếu được đắp bằng dat cát pha, một số tuyển đê như HảiHậu (Nam Dinh), Hậu Lộc (Thanh Hoá) và các tuyến đê biển miền trung.

được dip bằng cát và phi lớp chống xói phía ngồi; mái đê phía đồng, mặt đê

dễ bị x6i sat khí mưa lớn, sóng leo trong bão. Mặt đê nhỏ tai trọng cho phépphục vụ giao thông yếu, hầu hết các phương tiện cơ giới không thể đi lại được.

trên mặt đê gây cản trở giao thơng, khó khăn trong việc ứng cứu, hộ dé trong

mùa bão. Các cổng dưới đê nhiều về số lượng nhưng do được xây dựng từhàng chục năm trước đây, nhiều cống đã bị xuống cấp nghiêm trọng chưa.được tu sửa, rit nhiều cống phải hoành triệt dé đảm bảo an toàn trong mùa

mura bão,

1.1.1. Đề biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá)

‘Vang ven biển đồng bằng Bắc Bộ là noi có địa hình thấp tring là mộttrung tâm kinh tế của cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung.dân cư đơng đúc. Về mặt hình học, đê biển miễn Bắc thuộc loại lớn nhất cả.

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

nước tập trung chủ yếu ở các tinh Hải Phong, Thái Bình, Nam Định. Đây là

vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4m) và nước dâng do bão cũng

rat lớn, Để bảo vệ sản xuất va sinh hoạt của nhân dan, các tuyến dé biên, dé

cửa sông ở khu vực này được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín.

Tổng chiều dai các tuyến đê biển, đê cửa sơng khoảng 484km, trong đó cótrên 350km đê trực tiếp biển.

Dé biển Bắc Bộ có bé rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m — 4,0m, nhiều

đoạn dé có chiều rộng mặt dé < 2,0m như một số đoạn dé thuộc dé Hà Nam,đểác cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh), dé biển số

`, số 6, số 7, số

8 (tinh Thái Bình), để Cát Hai (Hai Phịng). Sau khi được đầu tư khôi phục,

nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 và quá trình tu bỗ hàng năm, các tuyếnđê biển nhìn chung chống được mức nước triều cao tin suất 5% có gió baocấp 9. Tuy nhiên tổng chiều dai các tuyến đê biển rất lớn, dự án PAM mới chỉtập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn dé xung yếu. Mặt khác do tác độngthường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đến nay hệ thống dé biển Bắc Bộ

vin còn nhiều tồn ti, trong đó những tồn tại chính như:

~ Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh Nam.Dinh đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biễn liên tục bị bảo môn, hạ thấpgây sat lở chân, mái kè bảo vệ mái dé biển, de doa trực tiếp đến an toàn của.đê biển. Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê phía biểnđược bảo vệ nhưng đến nay cây chắn sóng bị phá huỷ, dé trở thành trực tiếpchịu tác động của sóng, thuỷ triều nên nếu khơng được bảo vệ sẽ có nguy cơ

vỡ bit cứ lúc nào,

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Hình 1.1. Hiện trang dé Giao Thuy - Nam Định

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

- Đến nay mới xây dung được khoảng gần 90km kè bảo vệ mái trên

484km đển, nên những nơi mái đê phía biển chưa có kè bảo vệ hoặc.

khơng cịn cây chắn sóng vin thường xun bi sat lở hoặc có nguy cơ sat lởđe dog đến an toàn của dé biên, đặc biệt trong mia mưa bao.

- Kết cấu của kẻ đá đang được sử dụng: một lớp đá hộc day 30cm xếp.

khan trên một lớp đá dim dày 10em, phía dưới là lớp vải lọc hoặc là cát. Đá

lát từ chân đê phía biển lên đến đỉnh đê. Đối với mốt số đoạn xây dựng trong.thời gian gần đây được thi công khung bêtông, trong dé đá hộc; hoặc sử dụng

cấu kiện bê tông đúc sẵn có ngàm khố với nhau; hoặc một số đoạn thửnghiệm sử dụng kết cầu mảng bé tông,

~ Một số nơi bãi biên bị bao xói, ngồi việc lát mái nhiều đoạn được làm.

thêm một số mo han dọc và ngang để bio vệ. Ngồi hình thức đề kẻ ở trên,

một số đoạn đê được kết hợp giữa đê đất và tường kè để tạo cảnh quan va

giảm chỉ phí

Để biến én định trong điều kiện khí tượng thuỷ văn bình thường. Trong

điều kiện bình thưởng đối với đoạn đê biển Bắc Bộ là gió dưới cấp 7 và mực.

nước triều trung bình. Trong điều kiện bình thường có thé xảy ra những hư.hỏng nhỏ cục bộ đối với mái đê phía biển dưới tác dụng của sóng làm dịch.

chuyễn các hịn đá kè lát mái. Xói mặt và mái đê ở hai phía tạo thành các rãnh

sâu, nguyên nhân do khơng có đầy đủ các rãnh xương cá để gom nước và dothân những đoạn đê này đắp bằng đất có thành phần hạt cát nhiều. Ngồi racịn hay bị sat trượt mái đê phía đồng hoặc hiện tượng rị ri đối với đê cửa

sơng khi có lũ hay triều cường.

Đề mắt dn định trong điều kiện khi tượng thuỷ văn khơng bình thường:

mực nước triều cao hoặc trung bình, gió cắp 8 trở lên. Trường hợp đê biểnphải làm việc trong bão cấp 8, cấp 9 gặp triều cường hoặc có gió cấp 10, cấp

11 gặp triều trung bình. Khi đó các dang hư hỏng thường gặp là:

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

Sat sập mái dé phía biển những đoạn có mái đá lát hoặc mái cỏ dọc theo

tuyến đê, nhất là các đoạn đê trực tiếp sóng gió và có độ dốc bãi lớn. Có.trường hợp mái sat sập và sóng nước cuốn mắt 1⁄2 - 1/3 than dé, Sự sat máiđê biển là hiện tượng phỏ biến nhất về hư hỏng dé biển Bắc Bộ không phảichỉ với các tuyến đê được dap bằng cát có bọc lớp chống thắm mà đối với

những đoạn dé có lát đá kè bảo vệ mái.

So với các tuyến đê biển thì trực tiếp với biển thì các tuyến đê vùng cửa.sơng it bj hư hỏng lớn về mái. Các tuyến dé này phần lớn bãi có cây chống

sóng và chất dat đắp dé cũng tốt hơn.

Sập mái đê phía biển và phía đồng trên phạm vi dài dọc theo tuyến đê

trực tiếp sóng gió. Hiện tượng xảy ra khi dé làm việc gặp triều cường và có.gió bão trên cấp 9, cấp 10. Đối với những đoạn đê có kết cấu bảo vệ yếu, sóng.

sẽ làm sập mái phía biển. Đồi với những đoạn dé bảo vệ cứng, sóng trần quamái dé phía đồng và làm sập mái phía đồng

1.1.2, Đề biển miền Trung

Khác với vùng cửa sông đồng bằng Bắc Bộ với cơ chế chủ yếu là bồi,

còn các cửa sơng miền Trung có thé thay đồi vị trí hoặc bồi hoặc xói tuỳ theo.tính chất của từng cơn lũ. Do đó, dé biển và cửa sơng miễn Trung có mộttuyến đê ngồi phạm vi biến đổi của cửa sơng, khơng có tuyến dé quai lắnbiển va khơng có tuyến đê dự phòng như đồng bằng Bắc Bộ.

Mùa bão nước biển tràn vào làm nhiễm mặn đồng ruộng. Mặt khác dođặc điểm địa hình, khí hậu, mùa kiệt thiểu nước cho sản xuất nông nghiệp và

sinh hoạt. Do vay đề biển miền Trung trở thành yêu cầu cấp bách để bảo vệ

sản xuất và đời sống nhân dân.

Các tinh từ Thanh Hoá đến Ha Tĩnh, theo thống kê chiều dai các tuyếnđê biển, đê cửa sông khu vực Bắc Trung Bộ khoảng 406km. Vùng ven biểnBắc Trung Bộ là vùng đồng bằng nhỏ hẹp của hệ thống sông Mã, sông Ca

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

cũng là một trong những vùng trọng tâm về phát triển kinh tế, địa hình venbiển thấp tring và cao dẫn về phía Tây. Đây là vùng thường xuyên chịu ảnh

hưởng của thiên tai (đặc biệt là bão, áp thấp nhiệt đới) biên độ thuỷ triều nhỏ

hơn vùng biển Bắc Bộ, vùng ven biên đã bat đầu xuất hiện các cồn cát có the

tận dụng được như các đoạn dé ngăn mặn tự nhiên

‘Ving ven biển Trung Trung Bộ từ Quảng bình đến Quang Nam là vingcó diện tích nhỏ hẹp, phần lớn các tuyến đê biển đều ngắn, bị chia cắt bởi cácsông, rạch, địa hình đồi cát ven biển. Một số tuyển bao diện tích canh tác nhỏ.

hẹp dọc theo dim phá. Đây là vùng có biên độ thuỷ triều thấp nhất, thường

xuyên chịu ảnh hưởng của thiên tai

Phan lớn các tuyến đê được dip bằng đất thịt nhẹ pha cát, một số tuyếnnằm sâu so với cửa sông va đầm phá đất thân dé là dat sét pha cát như đê tả.Gianh (Quảng Bình), đê Vĩnh Thái (Quảng Trị)...Một số đoạn đê được bảo vệ3 mặt hoặc 2 mặt bằng tắm bê tông để cho lũ tràn qua như tuyến dé phá TamGiang (Thừa Thiên Huế), đê hữu Nhật Lệ (Quảng Bình)... Ngồi các đoạn đề

trực tiếp chịu tác động của sóng, gió được xây dựng kẻ bảo vệ, hầu hết mái đê

được bảo vệ bằng cỏ, dé vùng cửa sông được bảo vệ bằng cây chắn sóng vớicác loại cây st, vet, dude. Một số tồn tại của tuyến dé biển Trung Trung Bộ.

như sau:

Cịn 238,8km dé biển, đê cửa sơng chưa được đầu tư tu bổ, nâng cấp nêncòn thấp nhỏ chưa đảm bảo cao độ thiết kế

Toàn bộ mặt đê chưa được gia cố cứng hoá, về mùa mưa bão mặt đê

thường bị lẫy lội nhiều đoạn không thé di lại được

Đến nay mới có khoảng 165km được xây dựng kẻ bảo vệ mái, phần lớn

mái đê phía biển chưa được bảo vệ, một số nơi đã được bảo vệ nhưng chưa.đồng bộ hoặc chưa đủ kiên cố nên vẫn thường xuyên bị sat lở de doa đến an

toàn các tuyến dé biển

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Chat lượng đê: Thân đê phần lớn được đắp bằng đắt thịt nhẹ pha cát, cơtuyến đắp bằng đất sét pha cát, đắt cát. Một số tuyến nằm sâu so với các cửa.

sông và ven dim phá, đất thân đê ven biển là đất cát như các tuyến đê của

huyện Quảng Xương, Tĩnh Gia (Thanh Hóa), Diễn Châu (Nghệ An), Kỳ Anh

(Ha Tĩnh), Vĩnh Hai, Vĩnh Trinh(Quang Tri)...

Mái đê các tinh miền Trung hau hết được bảo vệ bằng cỏ. Một số đoạn

đê trựcp chịu sóng, gió được kè đá hoặc lát tim bêtơng. Một số đoạn dé

nằm ở phía Tây Dim Phá thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế được lát tim bêtông 3

mặt cách đây gần 20 năm, tuyển đê biển Nhật Lệ thuộc Quảng Bình được lát

tắm b tơng 2 mặt..2]

Ngồi các đoạn đê trục tiếp sóng gió được kè đá, cịn lại mái dé được

bảo vệ bằng cơ. Hầu hết các tuyến cửa sơng được bảo vệ bằng cây chống sóng.

với các cây như sú, vet, dude,

1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống dé biển

- Nguyên nhân do lũ sông

Đoạn trực tiếp với biển chịu ảnh hưởng của biển và hư hỏng xuất phát từ

các yếu tổ tự nhiên, địa mạo, địa chat và các yếu tố thuỷ động lực của bién là

chủ yếu

‘Doan đê cửa sông nơi chịu tô hợp của lũ sông và các yếu tố biển: tổ hop

này thường gây ra mực nước lớn cho đoạn cửa sông gây nước trần qua mặt

đê, ngồi ra lưu tốc dịng chảy từ trong sông ra cũng cần phải quan tâm vì đây

có thể là ngun nhân trục tiếp gây xói chân cơng trình gây trượt mái phía

sơng dẫn đến dé vỡ tồn bộ con dé.

~ Ngun nhân tir phía biển:

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

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

trọng sóng lớn đánh vào mái dé phía biển, làm bong bat các tắm lát mái vốn

có trong lượng khơng đủ lớn hoặc được thi công không đúng kỳ thuật sẽ bị

phá hoại, tiến tới phá hỏng hoàn toàn tuyến đê. Khi nước thấp, bãi thấp thisóng tác động thường xuyên vào chân đê gây xói chân dẫn đến sat trượt mãi.

- Ngồi ra cịn rất nhiều ngun nhân khác gây hư hỏng cơng trình

1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển

- Cơ chế phá hỏng do sóng hoặc mực nước lớn hơn cao trình đỉnh đề gây

nước tràn qua định gây hỏng mái- Xói chân đê, kè

~ Hư hỏng kết cấu bảo vệ mái, đỉnh dé và xói thân đê:~ Lin cơng trình do nén mềm.

1.2. Thực trạng cơng trình đê biển trên Thế giới

Quan điểm thiết kế dé biển là bảo vệ vùng đất thấp không cho nước biển.

tràn vào hoặc làm nhiệm vụ lấn biển (quai dé lắn biển). Một tuyến đề sau khi

được xây dung có tác động lớn đến mơi trường xung quanh, có thể làm thay

đổi diễn biến xói bồi của bờ biển, làm biển đổi môi trường đất, nước ở vùng

đất được bảo vệ, làm thay đổi môi trường sinh thái....Hà Lan là một lãnh thd

mà phan lớn là vùng dat thấp, được hình thành tử bon châu thổ của các sông.

Rhine (Rhin), Maas (Meuse), Sheslde và Issel. Lịch sử Hà Lan là lịch s

chiến đầu không ngừng và kiên cường với biển và ngập nước để tồn tại từ trên

2000 năm nay.

Ha Lan được thể giới biết đến như là dat nước của các polder (pơn-đơ)

và hiện có trên 3000 polder ở các quy mô khác nhau. Polder là một vùng đất

thấp được dé bao bọc, la một thực thé thuỷ văn theo nghĩa là ồ khơng có trao

đổi nước bên ngồi ngoại trừ những cơng trình do con người xây dựng nên và

vận hành. Céi xay gió, biểu tượng của Hà Lan là một cơng trình sử dung năng

lượng gió để bơm và tháo nước cho các polder, kết hợp làm cối xay.

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

1.2.1. Đề Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works

Nói đến polder là nói đến khả năng đê bị vỡ. Từ 1700 đến năm 1926 đã

có 490 lần vỡ đê. Sau thiên tai năm 1961, dé AfSluidijk được xây dựng, ngắnIjselmeer với Biển Bắc. Polder Weringmmer được cải tạo và ba polder mới.

rộng lớn Noordoost, Oostelijk Fleveland và Zuideljk Flevoland được hìnhthành.

Dé Afsluidijk dài 32km, bề mặt rộng 90m, chiều cao thi kế ban đầu7,25m trên mực nước biển. Ở đầu tây nam, Den Oever có âu thuyền Stevin và

ba diy mỗi day năm cửa cổng. Ở đầu đơng bắc Komwerderzand có âu thuyềnLorent và hai day mỗi day năm cửa cống. Do nước tir các sông liên tục đỗ vào

và nước từ các polder mới được hình thành tháo ra, nên định kỳ Ijsselmeerđược thay nước.

Hinh 1.2. Dé Afsluitdijk và hệ thống cơng trình Delta Works

Sau trận vỡ dé ngày 01.01.1953 đề án Delta Plan để xuất một hệ thơng,cơng trình rất quy mơ cho vùng Zeeland và Nam Holland,

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

1.2.2. Đánh giá mức độ an tồn của hệ thơng đê

Có 3 nguyên nhàn được đưa ra để giải thích trận vỡ đề ngày 01.02.1953= Dé thấp và mái dé rất dốc.

~ Cơn bão phát sinh từ hai áp thấp đến từ Scotland hội ty lại làm cho.nước biển dâng cao, tran qua đê và xói móc thân đê từ bên trong, làm cho đêyến và vỡ

~ Con bão trùng với lúc có triều xn phân.

Đó là chưa ké đến tình trạng sụt lún đất trước đó làm tăng khả năng dé bị

vỡ. Cũng may là vào ngày vỡ dé khơng có lũ đỗ về từ thượng nguồn các sông,nếu không thảm hoạ cịn lớn hơn rất nhiều.

Chính vì lẽ đó, sau khi các cơng trình Delta Works đi vào hoạt động năm.

1978 thì Luật về an tồn đê đã được Nghị viện Hà Lan ban hành. Trướcnhững thách thức của biến đổi khí hậu, năm 1996 Luật mới về an tồn đê đã

được Nghị viện Hà Lan ban hành, Theo luật này, mỗi con dé va rồng cát, đặc

biệt ở ven biển phải được khảo sát một lần mỗi năm theo các tiêu chuẩn được

“Chính phủ ban hành dé đánh giá khả năng xảy ra các tỉnh huống:

- Chay tràn và mực nước cao hơn đình dé

~ Trượt đất ở mái trong và mái ngồi của dé

~ Xói mịn của lớp phủ thân đê (cỏ, asphalt hoặc khối basalt) có thé dinđến dé bị vỡ

- Có mạch rị rỉ nước dưới chân dé và xói mịn thân dé từ bên trong.

1.2.3. Hà Lan thách thức của bién đối khí hậu và nước biển dang

‘Theo các số liệu được công bổ, nhiệt độ hả Lan từ năm 1990 đến nay đãtăng +1,7°C, gần gấp đơi mức tăng trung bình trên thé giới (+0,8"C)

Nước biển ding ở Hi Lan bình quân trong thời gian qua là24em/100nãm, lớn hơn trung bình của thé giới hoảng 20cm/100năm),

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

G Hà Lan các uy ban về nước đã có từ 700 năm nay. Day là một thé chếbao gồm chính quyền địa phương, các cơ quan chuyên môn và các tổ chức đạidiện cho người dân trên địa bàn cả về quyền lợi và nghĩa vụ.

"rong phạm vỉ trách nhiệm của mình uỷ ban về nước có trách nhiệm:- Quản lý và bảo tri các cơng trình có tác động đổi với dong chảy như dé,

- Quản lý và bao trì các thuỷ lộ, bảo tri một mực nước thích hợp trong,các polder và các thuỷ lộ

- Bảo trì chất lượng nước mặt thơng qua việc xử lý nước thải

‘Thing 12/2007 Chính phủ Ha Lan thành lập uy ban Châu thổ với chức.năng tự vấn, trên phạm vi cả nước, với tim nhìn dài hạn cho Chính phủ trong

việc bảo vệ và phát triển bền vững củng ven biển va các vùng đắt thấp.

‘Trude thời tiết bắt thường Hà Lan đã có sự chuyển biến quan trọng: tir

chỉnh phục thiên nhiên chuyển sang thích nghỉ với thiên nhiên dé tổn tại và

¡ cảnh biến đối khí hậu và nước biển dâng.phat tiên bền vững trong

Sự chuyển hướng nảy khơng chỉ có ở Hà Lan mã cũng đang diỄn ra tại

Anh, Pháp, Đức, Bi... 7]

Hiện nay ở Việt Nam cũng có rất nhiều cơ quan, đơn vị và cá nhân đã

nghiên cứu về vấn để xâm thực, ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép trong môi.

trường biển cụ thể như

- Viện Khoa học Công nghệ xây dựng năm 2003: Nang cao độ bên lâu

cho bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển bằng sử dụng phụ gia.

khống vật hoại tính [II]

- Đề tài nghiên cứu khoa học (2009): Hồng Phó Un, Nguyễn Quang

Phú, Nguyễn Quang Binh: “Xác định mdi quan hệ giữa hệ số thắm và mác.chống thâu của bê tông các cơng tình thấy tot” [I0].

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

~ Cao Duy Tiến & nnk (1999): Báo cáo tổng kết dé tài nghiên cứu cácđiều kiện kỹ thuật nhằm đảm bảo độ bên lâu cho kết cấu bé tông và bê tông.

cốt tháp ở vùng biển Việt Nam - Viện khoa học Công nghệ Xây dựng [8],~ Cao Duy Ti

động khí hậu ven b

:: Hiện tượng ăn mịn kết cầu bê tông cốt thép dưới táciệt Nam. Hội thảo quốc tế bs tông bên biển 1994 |9].~ Tạ Duy Long: Đề tai luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghién cứu cơ chế:dn môn hỏa học của bê tông trong môi trường bién và một số giải pháp giảm

thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng và bé tơng cốt thép trong môitrưởng biển Việt Nam” (7)

KET LUẬN CHƯƠNG I

Qua nghiên cứu thực trang cơng trình biển ở Việt Nam và trên Thể giớita thấy:

- Các cơng trình bảo vệ bờ biển bị xâm thực, ăn mòn rất nhanh chóng,

và có tác hại xấu đến mơi trường, sinh hoạt xung quanh.

~ Xuất phat từ những hư hỏng đó, các cơng trình bảo vệ bờ phải thường:xun duy tu, sửa chữa gây tốn kém và thiệt hại về kinh tế rat nhiều.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

vực chịu ảnh hưởng của nó. Các ngun nhân chính phá hoại kết cấu bê tơngcốt thép trong mơi trường biển có thể phân loại theo các cơ chế vật lý, hóahọc, ăn mịn điện hóa cốt thép và cả do các sinh vật biển. Các nguyên nhân.

phá hoại thường xảy ra cùng lúc và đan xen nhau làm cho kết cấu bê tông bị

phá hủy nhanh hơn

Căn cứ theo tính chất và mức độ xâm thực của môi trường biển đối với

kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, môi trường biển được phân thành các

vùng xâm thực theo vị trí kết cấu như sau;

~ Vùng ngập nước: Vị trí. kết cấu nằm ngập hoàn toàn trong nước biển

~ Vùng nước lên xuống: Vị trí kết cấu nằm giữa mức nước lên cao nhấtvà xuống thấp nhất của thủy triều, kể cả các khu vực bị sóng tap.

~ Vùng khí quyển: Vị trí kết cấu nằm trong khơng khí, chia thành các.tiểu vùng:

+ Khí quyền trên mặt biển hay nước lo.

+ Khi quyển trên bờ: Vị trí kết cấu nằm trên bờ trong phạm vi nhỏ hon

hoặc bằng Ikm cách mép nước.

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

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

2.1.1. Viing ngập nước bi

‘Nude biển thong thường chứa 3,5% tinh theo khối lượng là các loạimuối tan (tức là cứ 1kg nước biển thì có 35gam các loại muối tan). Thành.phần hóa học của các mụ

Na”, Kh, Mg”, Ca”, CE, SO,” với hàm lượng trung bình được giới thiệucó trong nước biển bao gồm chủ yếu là các ion

trong bảng 2.1

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

Số Ton Ham lượng (g1)T Na 11,002 Kh 04403 MeTM 133a Ca 0435 cr 19.806 80,7 2.76

Nước biển Việt Nam có thành phin hóa học, độ mặn và tính xâm thực

tương đương với các noi khác trên thé giới. Riêng vùng gin bờ độ mặn có suy.giảm it nhiều do ảnh hưởng của các con song chảy ra biển. Thanh phần hóa

học và độ mặn của nước biển Việt Nam được thể hiện ở bảng 2.2 và bảng 2.3

Bảng 2.2. Thành phan hóa nước biển Việt Nam và trên thé giới [4]

¬ . |Yängbiến [Ving bién [Biển [Biển

-cr Gi | 65-180 | 90-180 | 180 190

Nav Git = = 12.0 105SỐ, Gi 14-25 | 0002-22 | 26 26MeTM G1 | 02-12 [0002-11| T4 13

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Bang 2.3. Độ mặn nước biển ting mặt trong vùng biển Việt Nam [4]

Tháng TrungTrạm Mùa đơng Mùa hè bình

"âm 2 6 7 8 | năm

HồnGai 308 | 315 | 316 | 322 | 308 | 293 | 310HồnDẫu 263 | 281 | 281 | 171 | 119 | 109 | 204

VănLý 259 | 183 | 295 | 254 | 201 | 190 | 230

CửaTùng 228 | 272 | 293 | 318 | 313 | 317 | 290

SơnTrà §7 | 176 | 228 212 1269 |

-Vũng Tâu 304 | 331 | 347 | 298 | 298 | 276 | 309

2.1.2, Vùng khí quyén trên biển và ven biể:

Khí quyền trên biển và ven biển Việt Nam có một số đặc trưng sau đây:

bức xạ cao như vậy đã thúc đây quá trình bốc hơi nước biển mang theo ion Crvào khí quyển.

+ Độ ấm khơng khí

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Độ âm tương đối của khơng khí ở mức cao so với các vùng biển kháctrên thé giới, dao động trung bình từ 75-80%. Cụ thé là:

- Vùng ven biên Bac Bộ và Bắc Trung Bộ: 83-86%.

~ Vũng ven biển Trung va Nam Trung Bộ: 75-82%~ Vùng ven biển Nam Bộ: 80-84%.

+ Thời gian ẩm ướt bề mặt

Tổng thời gian âm ướt bề mặt kết cấu trung bình trong năm ở vùng venbiển các tỉnh phía bắc dao động tir 1300-1850 giời năm tập trung chủ yếu vào

mùa xuân, còn các tỉnh miền Nam từ 450-950 giờ/năm, tập trung vào các

tháng mưa mùa hạ. Đây là đặc điểm mang tính đặc thủ của khí hậu Việt Nam,

có ảnh hưởng đến ăn mon khí quyền bién,

+ Hàm lượng ion CŨ trong khơng khí

Khí quyển trên biển và ven biển có chứa hàm lượng ion CI phân tấncao, tại tram đo sit mép nước ở các tỉnh Miễn Bắc dao động từ 0,4-1,3 mg CLdm’, ở các tỉnh Miễn Nam khoảng từ 1,3-2,0 mg CI/m”. Nồng độ ion CL giảm

mạnh ở cự ly 200-250m tinh tir sát mép nước, sau đó tiếp tục giảm dần khi đi

sâu vào trong dat liên. Tuy nhiên do ảnh hưởng của nhiều dot gió mùa thơi từbiển vào lục địa nơng độ ion CI có thẻ cao hơn.

2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh:

Đây là ving giao thoa giữa vũng ngập nước và vùng khí quyển trên

biển. Do nước biến lên xuống thường xuyên dẫn tới quá trình khơ ưới xảy ra

liên tục theo thời gian, tác động từ ngày này qua ngày khác lên trên b mặt kết

ấu cùng với nhiệt độ môi trường cao làm tăng khả năng tích tụ ion Cl, HO.và O; từ nước biển và khơng khí vào trong bê tơng thơng qua quá trình

khuếch tán nồng độ và lực hút mao dẫn.

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Ngồi ra vùng này cịn chịu ảnh hưởng xâm thực của hà, sở biển, tácđộng cơ học của sóng biển. Vì vay vùng này được xem là có tính chất và mức.độ xâm thực mạnh nhất.

2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng, bê tơng cốt thép ở Việt NamNhiều cơng trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép ở nước ta

sau một thời gian khai thác đã bị ăn min và phá hoại trong các mơi trường có

tính chất ăn mịn. Điều đó địi hỏi phải có các biện pháp phỏng ngừa để hạn.chế sự ăn mòn của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Nha nước ta đã

ban hành các tiêu chuẩn nhà nước; TCVN 3993:85 “Chéng ăn mịn trong xây

dựng kết cầu bê tơng và bé tông cốt thép - nguyên tắc cơ bản dé thiết kế”,'TCVN 3994:85 “Chống ăn mỏn trong xây dựng - kết cấu bê tông và bê tôngcốt thép - phân loại ăn mon”, TCXD 149-86 “ Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏibị ăn mén” . Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này chưa dé cập đến tắt cả các loại ănmòn, các mơi trường ăn mịn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưaphat huy được tác dung trong thực tế.

"Nhận thức được tính cất bách của việc chống ăn mịn bê tơng và bê tơng

cốt thép, ở nước ta có nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đẻ y. Các

48 tai nghiên cứu chưa quan tâm nghiên cứu về lý thuyết, ma chủ yếu đi vàocác biện pháp cụ thé chống ăn mịn cho cơng trình kết cấu bê tơng va bê tơngcốt thép. Các nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mén của mơi trường

Jong, chủ yếu là mơi trường biển, vì nước ta có hơn 2000km bờ biển và ngàycảng có nhiều cơng trình quan trọng được xây dựng trong mơi trường biển.

Khơng có nhiều cơng trình nghiên cứu chống ăn mỏn cho bê tông va bê tôngốt thép dưới tác động của môi trường

Trong những năm cuối của thập ky 60 có một số nha nghiên cứu đã tiềnhành khảo sát hư hỏng các kết cấu bê tông cốt thép ở cảng Hòn Gai, HảiPhòng được xây dựng từ năm 1914 và cũng đã đưa ra nhận xét là cin phải có

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

quy định riêng cho các cơng tác thiết kế và thi công bê tông, bê tông cốt thép.vùng biển, khác với kết cấu nằm sâu trong nội địa. những nghiên cứu đầu tiên

nhằm tìm ra biện pháp bảo vệ cơng trình biên cũng đã được hành từ.

những năm đầu của thập ky 80. Đáng tiếc la cho tới nay các kết quả nghiêncứu được ứng dụng vào thực tế xây dựng còn hạn chế. Một mặt là do chưa tạođược hành lang pháp lý (hông qua hệ thống quy phạm, tiêu chuẩn để áp dụng.Mặt khác phan lớn các giải pháp đều chưa đạt được tính toàn diện, chủ yếu.mới thiên về một số giải pháp cục bộ như bảo vệ bằng sơn phủ kết cấu, sử.

dụng chất ức chế ăn mòn, tăng cường độ chống thấm của bê tông bằng phụgia... Hậu quả là hàng loạt các cơng trình ven biển được xây dựng 6 at trong

những năm 80 và 90 vẫn áp dụng theo quy phạm xây đựng thơng thường nêncó tuổi thọ rất thấp. Trung bình sau 10 + 15 năm sử dụng đã có dau hiệu hư.

hỏng nghiêm trọng.

Viện Khoa học Cơng nghệ Xây dựng (VKHCNXD) - Bộ Xây dựng từ

những năm đầu của thập ky 80 đã triển khai nghiên cứu lĩnh vực chống ăn

man bê tông bảo vệ cốt thép, đã dat được một số thành quả nhất định theo

hướng sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn và sơn phủ bề mặt kết cấu đối với cơngtrình biển. Năm 1994, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường đã giao cho'VKHCNXD [9] nghiên cứu tổng thể các điều kiện kỹ thuật cần thiết dé bảovệ chống ăn mòn và đảm bảo độ bén lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt

thép xây dựng ở vùng biển phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội ở

Việt Nam (dé tài mã số ĐTĐL-40/94). Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu này,

đã biên soạn những chỉ dẫn kỹ thuật cằn thiết cho công tác xây dựng và sửachữa cơng trình làm bằng bê tơng và bê tông cốt thép vùng biển nước ta'VKHCNXD cũng đã xây dựng tiêu chuân ngành về van đề nảy.

Liên tục trong các năm từ 1995 đến năm 2003 đã có nhiều hội nghị khoa

học về chống ăn mòn cho các cơng trình xây dựng được tổ chức ở các cơ

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

quan như VKHCNXD [11] , VKHCNGTVT, Trường Đại học Xây dựng Hà

Nội. Tuy nhiên các dé tài đều tập trung vào cơng tác chống ăn mịn cho các.

cơng trình biển, chưa có một hội nghị chính thức nào nói về ăn mịn của cơng.

trình xây dựng dan dụng cơng nghiệp và cơng trình trong mơi trường nước

măng bari và đã được sử dụng mộtcơng trình bê tơng cốt thép trong nước.mặn hoặc chịu ảnh hưởng của nước mặn.

Hinh 2.1. Cảng Thương vụ - Vũng TẦu sau 15 năm sử dung

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 2.2. Cảng Cửa Cắm - Hải Phòng cách biển 25km, au 30 năm sử dung

Hin 3.3. Thâm tit vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thyđiện Hịa Bình (Nguồn tin internet)

Hình 2.4. Xâm thực bê tơng do ảnh hướng của mực nước thay đổi tại cổng C2— Hải Phong(Nguén tin internet)

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Hình 2.5. Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mec nước thay adi, anmén cốt thép, dn mịn bê tơng trong mơi trường nước biển (Nguồn tininternet)

Hinh 2.6, Hiện trang ăn mòn rita trơi và ăn min cơ học do sóng biển của bê

tơng ke biển Cát Hải ~ Hải Phịng (Nguồn tin internet)

Hình 2.7. Xam thực bê tơng do bị mài mịn, rửa trơi cơng Vim Đơn — Bên Tre(Ngn tin internet)

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

2.3. Cơ chế phá hủy bê tơng trong nước biễn

2.3.1. An mịn bê tơng ở các vùng biễn

Trong môi trường biển và các ving ven biển, bé tơng trong các cơng

trình xây dựng, giao thơng, nhất là cơng trình thủy lợi có nguy cơ. ăn mịn

lớn nhất. Ở những vùng này hiện tượng ăn mòn và phá hủy bê tông thườngxảy ra mạnh đối với kết cấu nằm ở vị trí tiếp xúc với gió biển hoặc thường

xun hứng chịu mưa gió và khơ 4m phía mặt ngồi cơng trình. Với những

kết cấu nằm ở vị trí khác, khơ ráo và khơng bị 4m ướt thường it bị hư hỏng do.

ăn mịn hơn

Hình 2.8. Ăn mịn bê tông ở các vùng biển

Nước biển của các đại dương trên thế giới chứa khoảng 3,5% tông lượngcác muối hoà tan, cụ thể là 273% NaCl; 0,32% MgCl›; 022% MgSO¿:

0,13% CaSO,; 0,02 KHCO; và một lượng nhỏ CO; và Ư; hồ tan. Ngồi ra

trong nước biển cịn có các hợp chất hoá học như nitrit, nitrat, photphat,

siliedioxit, cũng như các loại mudi bromua, iodua .... Độ pH của nước bỉ

đạt 8,0. Nước biển Việt Nam có thành phin hố học, độ mặn tương tự với

nước biở các nước khác trên thé giới, riêng ở vùng bờ thi độ mặn có suy

giảm ít nhiễu do ảnh hưởng của nước ở một số con sông lớn chảy ra biển

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

Trong nước biển có ion clo CI’. Như vậy có thé sinh phản ứng hố hocvới Ca(OH), trong đá xi ming và bê tông để tạo ra CaCl, như phản ứng hoá

Ca(OH); + 2HCI = CaCl; + 2H,0 QuayMgCl, + Ca(OH)» = CaCh + Mg(OH); 22)

Trong nước biển có ion SO/ ` như vậy nó có thé phản ứng hố học với

Ca(OH); trong bê ơng để tạo ra CaSO4 sau đố lại tương tác với3Ca0A1,0,.6H,0 và nước để tạo ra 3CaO.AI,O,.3CaSO,.31H,O gây trươngnở đá xi măng và phá hủy cấu trúc bê tơng

MgSO¿tCa(OH);tH;O=CaSO,.2H;O+Mg(OH); Ø3)

Na;SO,+Ca(OH);+2H›O=CaSO,.2H,O+2NaOH. ay3Ca0.Al:03.6H,0+3(CaSO4.2H,0}+19Hy=Ca0.Al03.3CaSO4.31H20

Trong nước biển có Mg”, lại có Cl’, SO,’ như vậy có thé chứa mudi

manhe (manhê clorua, manhê sunphat ...) và sẽ tương tác với Ca(OH); để tạo

ra Mg(OH); là một chất rời rạc không keo kết, làm suy giảm cấu trúc của bê

MgSO,+Ca(OH);+2H;O=CaSO,2H;O+Mg(OH)› 2.6)

MgCI;+Ca(OH); = CaCl; + Mg(OH); G7)"Trong nước biển có ion Na’, như vậy có thể xảy ra phản ứng của Na vớiCO; và nước để tạo ra NasCOs

2NaOH + CO; + HạO = Na;CO; + 2H;O 8)

Thue tế cho thấy, trên các kết cấu cơng trình bê tơng cốt thép có sử dung,

cất hoặc nước bị nhiễm mặn để chế tạo bê tông thi sau khoảng thời gian từ

5 đến 7 năm đã xuất hiện hiện tượng ăn mòn rõ rằng. Trên bề mặt lớp bê tông.bảo vệ thường xuất hiện các vết nứt bề rộng từ 5 đến 7 mm chạy đọc theo cốt

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

thép chịu lực; nhiều chỗ lớp bê tông bảo vệ bong tách hẳn do lớp gi thép quaday; tiết diên cốt thép có thể bị giảm tới 20 + 60% so với ban đầu; các cốt dai

nằm ở phía ngồi thường bị gỉ nặng hơn và bị đứt nhiều; các cốt thép bị lộ ra

ngồi. Cịn trên các kết cấu bê tơng cốt thép khác thì thời gian xảy ra sự ăn

mịn chậm hơn, thường là sau khoảng 15 + 20 năm sử dụng.

Các cơng trình thủy lợi bằng bê tơng hoặc bê tông cốt thép được xâydựng trong nước biển hoặc vùng ven biển chịu tác động trực tiếp của các yếutố xâm thực của môi trường biển ma đặc trưng là bốn loại yếu tố sau:

+ Ci yéu tổ hóa học: Nước bién có chứa các ion khác nhau của các loại

+ Các yéu tổ biển động của nước biến và thời tiết: Nước thay triều lênxuống nên một số bộ phận bị khô ẩm liên tiếp.

+ Các yéu tổ vật ý: Nhiệt độ bid

+ “Các yéu tổ cơ học: Tác động của sóng xói mịn trên bề mặt bê tơng.

Tác động phối hợp của các yếu tố này làm cho các cơng trình thủy lợi

bằng bê tơng và bé tơng cốt thép trong môi trường bién và ven biển bị ăn mịnmạnh. Xét về bản chất có một số dang ăn mịn chính sau đây:

+ An mịn hóa học bê tơng trong nước biển,

+ Ăn mịn cốt thép trong vùng khơng khí biển và vùng thủy triều lên

+ Ăn mịn bê tông do vi sinh vật biển. Các vi sinh vật trong nước biển có

khả năng tiết ra một số hợp chất hóa học tác dụng với thành phần đá xi măng.

‘gay ăn mịn bê tơng theo cơ chế hóa học. Trong các dang ăn mịn nảy thimịn hóa học của bê tông và cốt thép trong môi trường thủy triều lên xuống là

phổ biển va nghiêm trọng nhất, ảnh hưởng đáng kể chất đến tuổi thọ các cơng

trình bê tông cốt thép.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Đối với các công trình vượt biển như cầu hay cảng, kẻ, cổng vùng triều,q trình ăn mịn kết cấu có thể xảy ra ở ba ving chính khác nhau:

+ Vùng thường xuyén ngập nước: chủ yễu xây ra ăn mịn hóa học và ăn

mòn vi sinh ở mức độ nhỏ đối với bê tông.

+ Fang thủy trig lên xuống: Ở đây xây ra quả trình ăn mịn hóa học vàăn mịn vi sinh đổi với bê tông, ăn mỏn cốt thép, tác động phá hủy vật lý và va.

đập, mãi min cơ học,

+ Viing khơng khí biển (khơng khí chứa các mudi phân tắn): Chủ yếu là

ăn min cốt thép, dẫn tới làm nứt né, phá hoại lớp bê tông bảo vệ

Môi trường biển là mơi trường hố học, vì vậy q trình ăn mịn bê tơng

trong mơi trường nước biên có thé được mơ tả tóm tắt như sau:

+ Trong xi mang có chứa khống 3CaO.Al,O,, khi thuỷ hố tạo rakhống hydro aluminat canxi dạng: 3CaO.AI;O,.6H;O (C›AH,). Khi nước

biển thắm vào kt bê tông sẽ xây ra phản ứng,

CsAHy + 3Cá” +380," + 26H2O + C;A3CaSO,.32H:O

Sản phẩm của phan ứng (cttringit) có thể tích tăng gấp 4,76 lần so với

các chất tham gia phản ứng tao ra ứng suất phá vỡ cầu trúc đá xi ming,

Khoáng C;S trong xi ning khi thuỷ hố giải phóng ra Ca(OH); và

trong khi nước biển thẩm vào bê tông sẽ xây ra các phan ứng

Ca(OH), + Mẹ!” + 3SO¿?+ 2H;O + CaSO,.2H¿O + Mg(OH);

Csản phẩm của phản ứng này bị hồ tan và bị rửa trơi trong nước

+ Ban thân các sản phẩm thuỷ hố chính của xi ming là các hydro

silicat canxi cũng bị phản ứng hoá học tạo thành các sản phẩm dé bj hoa tan.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

bê tông bảo vệ là nguyên nhân trực tiếp gây ăn mòn cốt thép.

ốt hơn do sự phát triển cường độ đá xi măng theo thời gian. Tuy nhỉ: , thực

é không phải như vậy mà các cơng trình bê tơng bị hư hỏng theo thời gian mà.

nguyên nhân chính là đá xi măng bị ăn mịn. Ấn mịn đá xi măng có thể là do

bản thân đá xi măng có chứa các chất khống gây ăn mịn hoặc các tác nhân

của mơi trường tác dụng với khoáng của xi măng tạo ra các khoáng mới gây

2.3.2, Giới thiệu vé xi mang

Xi mang pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước quan trong nhất

trong xây dựng các cơng trình hiện nay. Xi mang pooe lãng được phát minh

và đưa vào sử dụng trong xây dựng từ đầu thé ky XIX khoảng năm 1824. Xi

măng pooc lãng chứa khoảng 70 - 80% silicat canxi nên cũng có thể gọi là ximăng silicat

“Trong cơng nghiệp xi măng pooc lăng được sản xuất từ 2 nguyên liệu

chính là đá vôi và đất sét sau khi gia công cơ học và nung đến nhiệt độ cầnthiết để được clanhke xi măng. Từ clanhke xi măng nghiền chung với một

lượng thạch cao (đichỉnh thời gian đông kết) sẽ được xi măng pooc lăng

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

(PC), nếu hỗn hợp này nghién chung với phụ gia khoáng (ham lượng không

vượt quá 40%) được gọi là xi măng pooe ling hỗn hợp (PCB),

‘Thanh phần khoáng vật của xi mang pooc lãng quyết định đến mọi tính.

chat của vật liệu dùng xi mang.

Phan loại các xi mang chính ở Việt Nam đưa ra ở bảng 2.4 [4]Bang 2.4. Bang phân loại mắc xi mang

“Các chỉ tiêu PC-30 | PC-40 | PC-50 | PCB-30/ VỤ

lechatelier, mm, <

5. Ham lượng SOs, %, = 3 356. Lượng mắt Khi nung, 5 -

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

“Các chỉ tiêu PC-30 | PC40 | PC-50 | PCB30/ VỤ

Silicat tricanxit 3CaO.SIO; Gs 37-60%

Silicat di canxit 2CaO.SiO; Gs 15-37%.Aluminat trì canxit 3CaO.Al,O; GA 715%

Ham lugng CS va CoS trong clanhke xi măng pooc lăng thường chiếm

không lớn các khống vật khác như:Aluminat canxi: 5CaO.Al;O;

Alumơferit canxi: 8CaO.AI,O;.Fe;O;Ferit canxi: 2CaO. Fe;O,

Tính chất và tác dụng của từng thành phần khống vật chủ yếu như sau

'C¿S ~ Thành phần quan trọng nhất, chiếm tỷ lệ cao nhất, có cường độ

cao, rin chắc nhanh và phát nhiều nhiệt. Trong xi ming tỷ lệ CS chim cảng

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

nhiều, chất lượng của xi măng càng cao và được gọi là xi măng Alit. Tuy‘ham lượng này Lim cho xi măng kém bền trong môi trường.

GS -C¡cường độ cao, rin chắc chậm trong thời ky đầu, nhưng cường

độ vẫn tiếp tục phát triển rõ rệt hơn trong thời ky sau. tỷ lệ C;§ chiếmnhiều hơn thì được gọi là xi măng Belit. Loại xi mang này cho tính bền trong.

ường cao hơn so với xi măng chứa khoáng C;Š.

CA — thành phần này rắn rất nhanh trong thời gian đầu nhưng cườngđộ thấp, nhiệt lượng phát ra nhiều nhất, dễ gây nứt nẻ. Nếu him lượng CạA.

chiếm nhiều, thì được gọi là xi măng Aluminat, Loại xi măng này rất kém bềntrong các môi trường đặc biệt là môi trường Sunphát.

C¿AF = rin tương đơi nhanh, cường độ phat triển trung bình và pháttriển rõ rệt trong thời ky sau. Loại khoáng này có khối lượng riêng lớn nhấttrong xi ming khoảng 3,77 g/em’.

Quá trình rắn chắc của xi măng là quá trình từ hd xi măng biến thành đáxi ming, là q trình biến đổi hóa lý rất phúc tạp. Q trình này được chia

làm 3 thời ky:

Giai đoạn đơng kết là giai đoạn hỗ xi mang mắt dan tính déo và đặc dẫn.

Jai nhưng chưa có cường độ.

Giai đoạn rắc chắc là giai đoạn hồ xi mang mat hoàn toàn tính déo vacường độ phát triển dẫn.

Theo sự nghiên cứu của nhiều nha bác học thì quá trình rắn chắc của xỉ

măng chủ yếu là quá trình biến đổi của các sản phẩm thủy hóa được tạo thànhkhi các khống vật của xi ming phản ứng với nước.

Khi tác dụng với nước, thành phần khoáng vật chủ yếu của xi ming sẽ

thủy hóa và thủy phân. Khống vật C;§ sẽ thủy phân trong qué trình tác dụngvới nước theo phan ứng sau:

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

3Ca0.Si0; + nH,0 > 3CaO.2SiO;.3H;O + Ca(OH)(2.12)

Khi tác dụng với một lượng nước C2S được thủy hóa theo phương trình sau:

3CaO.SiO; + nHạO > 3CaO.2SiO;.3H;O + Ca(OH);

Các phản ứng trên là đơn khoáng và với lượng nước thích hợp, tuy

nhiên trong thực tế C;S hoạt tính hơn CS rat nhiều, nên nó nhanh chóng tic

dụng với nước và ngăn cản C;S phản ứng với nước. Mặt khác phản ứng xảyra với lượng nước hạn chế đặc biệt là phản ứng (2.13). Do đó phản ứng(2.13) khơng có mặt của Ca(OH), và sản phẩm chính mới tạo thành của

hydrat silicat canxi có hệ số thay đổi (xu hướng lượng kiềm giảm). Nên được.viết đưới dạng tông quát nCaO.mSiO;.pH;O. (viết tắt CSH)

Thanh phần C;A kết hợp với nước tạo thành sản phẩm bén cuối cing

3CaO.AI,O, + 6H,O > 3CaO.AI,O,.6H,O. 2.14)

Nếu khơng có thạch cao, do C3A rất hoạt tính nên nó nhanh chóng tác

dụng với nước tạo ra hai sản phẩm không bền 4CaO.Al,O;9H;0 và

2CaO.AI,O,.8H,O "Nhưng kh có thạch cao sẽ tham gia phản ứng với

C;A và nước tạo nên một sản phẩm mới khó hỏa tan và nở thẻ tích (ettringit),

theo phương trình sau

“Thành phần C4AF phản ứng với nước như sau:

4CaO.Al;O,.Fe;Os+ nHạO. > 3CaO.Al;O;6H,O+CaO.Fe;O;(n-6)HạO

Nhu vậy là sau q trình thủy hóa, trong đá xi măng bao gồm các hep

chit sau: Ca(OH), CHS, 3CaO.AI›O,.6H;O, ctingit, CaO Fe;O, nH,O,

2.3.3. Cầu trúc của đá xỉ măng và nguyên nhân ăn mòn xi mang

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

3.3.3.1. Cấu trúc của đá xi mang

Hồ xi ming được tạo thành sau khi xi măng phản ứng với nước, là hệ

có cường độ, độ nhớt, độ dẻo cau trúc và tính xúc biến. Sau khi trộn, hồ ximăng có cấu trúc ngưng tụ liên kết với nhau bằng lực hút phân tử và lớp vỏ.

hydrat, Cắtrúc này bị phá hủy dưới tác dụng của lực cơ học (nhảo trộn,

rung...). Do ứng suất trượt giảm đột ngột, nó trở thảnh chất lỏng nhớt. Ởtrạng thái này hồ xi măng mang tính chất xúc bi „ có nghĩa khi loại bỏ tác

dung cơ học độ nhớt kết cấu lại được khơi phục lại

“Tính chất cơ học cấu trúc tăng theo mức độ thủy hóa của xi măng. Sựhình thành edu trúc của hồ xi ming và cường độ của nó xảy ra như sau: Các

phan tổ cấu trúc ban đầu hình thành sau khi trộn xi mang với nước la ettringitđược hình thành sau vài phút, hydro canxit xuất hiện trong khoảng vải giờ, vàCSH đầu tiên là tinh thé dang sợi, sau đó dạng nhánh, rồi dạng khơng gian

'Về mặt cấu trúc, đá xi măng bao gồm các hat clanhke chưa phản ứng,

thành phần đạng gel, các tỉnh thể, lỗ rỗng mao quản và lỗ rỗng lớn. Các hạt

chưa phan ứng giảm dần theo thời gian phụ thuộc vào loại clanhke xi mang,

độ nghién mịn và thời gian đông kết. Các gel gồm các chất mới tạo thành cókích thước 50-200 A” và lỗ rng gel đường kính từ 10-1000 A°. Ngồi ra

trong đá xi mang cịn có các chất mới tạo thành có kích thước lớn và khơng có

tính chất keo. Him lượng các thành phần dang gel và tinh thể phụ thuộc vào.loại clanhke xi măng, điều kiện đóng rắn. L rỗng mao quan trong đá xi măng.

có kích thước từ 0,1-101m, cịn các lỗ rỗng chứa khí có kích thước từ 50m

đến 2mm. Lỗ rỗng chứa khí thường chiếm từ 2-5% thé tích đá xi măng.

Khi nhào trộn xi ming với nước dé chế tạo sản phẩm, lượng nước nhào,trộn thường lớn hơn rit nhiều so với lượng nước cần thiết dé hydrat hóa hồn

tồn các khống xi mang, do đó trong đá xi mang cịn có một lượng nước dư

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

được phân bố trong lỗ rỗng gel hay nằm giữa các hạt chưa phản ứng tạo thành

16 rỗng mao quản. Khi tăng thời gian đóng rắn của sản phẩm thì độ rng mao

quản giảm đi do chúng được lấp đầy bởi các sản phẩm hydrat. Tay thuộc vàolượng nước nhảo trộn mà độ rỗng mao quản có thé thay đổi trong khoảng.

rong và có thé dat tới 40%. Khi giảm lượng nước nhảo trộn, độ rỗng của sản

phim giảm, tính chống thắm tăng lên. Thực tế cho thấy khi ty lệ N/X là

0,4-0,45 thi tinh el

rỗng 2-3%, nhưng nếu tỷ lệ N/X =

ig thắm của đá xi măng tương đương với đá tự nhiên có độ

,6 thì tính chống thắm giảm mạnh. Khi

nhảo trộn xi măng với nước còn tạo thành các lỗ rồng hình cầu hay lỗ rỗng

thơng nhau chứa khí, chúng có ảnh hướng lớn đến cấu trúc và tính chất của đá

xi mang

Độ rỗng của đá xi mang (r;) bao gồm độ rỗng gen (r; Mộ rng mao

quản (a, )và độ rồng do khơng khí cuốn vào (r).

Có nhiều cơng trình nghiên cửu về quá trình rắn chắc của xi măng và

đã đưa ra nhiều lý thuyết khác nhau, nhưng lý thuyết của A.A.Baicoops vảsau được viện sỹ P.A.Rebinder bổ sung là tương đối hồn thiện. Theo thuyếtnày, q trình rắn chắc của xi măng được chia ra Lim 3 giai đoạn:

Giai đoạn hỏa tan: khi trộn xi măng với nước,phản ứng hóa học giữa xi

ming và nước sẽ được tiến hành trên bể mặt hạt xi măng. Những chất mới

sinh ra hòa tan được trong nước như: Ca(OH)s và 3CaO.AI;O;6H;O,

</div>