2. Nguyên vật liệu :
- Xi măng: xi măng PCB40 Nghi Sơn.
- Cốt liệu lớn: đá dăm canxit, có Dmax = 20mm.
- Cốt liệu nhỏ: cát vàng sông Lô, môdun độ lớn Mđl = 2,37.
- Phụ gia siêu dẻo: Glenium SP51 của hãng MBT.
- Phụ gia khoáng mịn: Sử dụng tro bay Phả Lại.
- Cốt sợi thép phân tán: sợi thép rèn Ni
Kon do Mỹ sản xuất, chiều dài l = 38mm, tỷ lệ hướng sợi là 29, số lượng sợi khoảng 2560 sợi/1kg, tiết diện hình bán nguyệt, có hình dạng lượn sóng hình 1.
3. Kết quả nghiên cứu :
3.1 Xác định thành phần cấp phối hợp lý. Bạn đang xem: Bê tông cốt thép có khả năng chống lại sự tác động của sóng biển
Cấp phối hợp lý được lựa chọn trên các tiêu chí sau:
- Đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật:
Tính công tác: hỗn hợp bê tông không tách nước không phân tầng, độ sụt SN = 16 -18cm.
Cường độ tuổi 28 ngày đạt300da
N/cm2
- Đảm bảo tính kinh tế với giá thành hợp lý nhất.
Trên nền bê tông mác 300, giữ nguyên hàm lượng XM, tỷ lệ N/X; giữ nguyên hàm lượng cốt liệu nhỏ; thay đổi hàm lượng sợi thép đưa vào: 20, 35, 50kg/m3, điều chỉnh hàm lượng cốt liệu lớn đảm bảo thể tích tuyệt đối của sợi thép và cốt liệu lớn là không đổi. Điều chỉnh hàm lượng phụ gia siêu dẻo đảm bảo hỗn hợp bê tông cốt sợi kim phân tán đạt độ sụt SN = 16 -18cm. Kết quả được cho ở bảng1
Có thểthấy điểm khác biệt so với bê tông thông thường là trong thành phần cấp phối bê tông nêu trên có sử dụng một hàm lượng tro bay lớn. Qua nghiên cứu với hàm lượng tro bằng 50% XM cho sợi có khả năng phân tán tốt, với hàm lượng tro bay nhỏ sợi thường bị vón thành từng bó, phân bố không đều còn với hàm lượng tro cao hơn thì mức độ phân tán sợi không được cải thiện đáng kể.So với bê tông thông thường có Kd = 1,05 á 1,52, bê tông cốt sợi nghiên cứu có Kd = 2,73. Tro bay trong bê tông cốt sợi có vai trò quan trọng, làm tăng sự phân tán của sợi, tăng năng lượng tương tác cơ học cũng như tương tác pha giữa sợi và nền.
3.2. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính công tác.
Trên cơ sở cấp phối nền ký hiệu CP30, bổ sung sợi thép rèn với các hàm lượng khác nhau để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng sợi đến tính công tác của hỗn hợp bê tông. Kết quả được cho ở bảng 2
Như vậy, có thể nói việc bổ sung sợi thép ảnh hưởng không nhiều đến tính công tác của hỗn hợp bê tông, khi hàm lượng sợi tăng, tính công tác giảm xuống do sợi thép gây cản trở khả năng dịch chuyển của các hạt cốt liệu trong hỗn hợp bê tông.
3.3. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông cốt sợi BTCS theo thời gian.
Trên cơ sở thành phần cấp phối đã lựa chọn trong bảng 1, tiến hành nghiên cứu cường độ chịu nén của BTCS. Kết quả nghiên cứu được cho ở bảng 3 và biểu diễn trên hình 2.
Từ kết quả trên cho thấy cường độ chịu nén của bê tông cốt sợi và bê tông đối chứng phát triển đồng biến theo thời gian. Trong 7 ngày đầu cường độ chịu nén phát triển nhanh sau đó chậm lại nhưng khá đều ở tuổi 28 ngày. Như vậy hàm lượng của sợi thép rèn phân tán không ảnh hưởng đến tốc độ phát triển và ảnh hưởng không nhiều đến cường độ chịu nén của bê tông.
3.4 ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến sự phát triển cường độ chịu uốn theo thời gian.
Kết quả nghiên cứu cường độ chịu uốn được trình bày trong bảng 4 và được biểu diễn trên hình 3.
Cường độ chịu uốn của bê tông cốt sợi và bê tông nền phát triển đồng biến theo thời gian và phát triển nhanh trong 7 ngày đầu. Cường độ chịu uốn của bê tông có bổ sung sợi thép rèn phân tán tăng đáng kể so với bê tông nền và tăng tỷ lệ với hàm lượng sợi thép đưa vào trong bê tông.
Có thể thấy với cấp phối bê tông Mác 300, hàm lượng sợi thép 35kg/m3, tương ứng với 89600 sợi/m3 làm tăng cường độ chịu uốn hiệu quả. Khi hàm lượng sợi tăng đến 50kg/m3 tương ứng với 128000sợi/m3 thì cường độ chịu uốn tăng không nhiều đồng thời làm tăng giá thành bê tông.
Khi thí nghiệm xác định cường độ chịu uốn, những mẫu dầm có cốt sợi bị phá hoại chậm hơn so với mẫu bê tông nền bị phá hoại đột ngột. Khi mẫu bị phá hoại, sợi thép rèn trong mẫu không bị đứt mà có chiều hướng duỗi thẳng và tuột khỏi bê tông nền .
3.5 ảnh hưởng của hàm lượng sợi thép đến quá trình mất nước và biến dạng mềm trong điều kiện khí hậu nóng ẩm.
Quá trình mất nước và biến dạng mềm là hai quá trình vật lý có liên quan chặt chẽ với nhau và ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của bê tông. Quá trình mất nước diễn ra do tác động của các yếu tố môi trường khí hậu gây ra biến dạng mềm, làm thay đổi cấu trúc ban đầu của bê tông. Biến dạng mềm là nguyên nhân gây ra các vết nứt trên bề mặt bê tông trong những giờ đầu đóng rắn.
Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm nước ta, quá trình mất nước và biến dạng mềm này diễn ra mạnh và có ảnh hưởng bất lợi đến chất lượng của bê tông.. Trong những giờ đầu đóng rắn bê tông không chỉ co mà còn có hiện tượng nở vì vậy khái niệm biến dạng mềm đã được sử dụng thay cho khái niệm co mềm khi cường độ bê tông chưa đáng kể, và quá trình này được chia thành 5 giai đoạn:
Giai đoạn 1: khoảng 20 phút đầu tốc độ co diễn ra chậm, giai đoạn bắt đầu co;
Giai đoạn 2: khoảng 1,5-2 giờ tiếp theo là giai đoạn co mềm;
Giai đoạn 3: khoảng 1,5 giờ tiếp theo. Lúc này bê tông bắt đầu có cường độ nên có tác dụng cản co. Giai đoạn này được gọi là giai đoạn ổn định co mềm;
Giai đoạn 4: khoảng 1,5-2 giới tiếp theo, lúc này độ mất nước đã ổn định, bê tông hấp thụ nhiệt môi trường nên xuất hiện nở mềm. Giai đoạn này được coi là nét đặc trưng của khí hậu nóng ẩm đối với biến dạng mềm của bê tông;
Giai đoạn 5: là những giờ còn lại, giai đoạn này là giai đoạn ổn định, biến dạng mềm thay đổi không nhiều.
Thí nghiệm về mất nước và biến dạng mềm được tiến hành đối với bê tông mác 300. Với cấp phối không sợi và có sợi với hàm lượng sợi là 20, 35, 50kg/m3, sử dụngloại sợi thép dẹt lượn sóng dài 38mm. Các mẫu thí nghiệm đo độ mất nước và biến dạng mềm được xác định với modun hở Mh = 30m-1 modul hở Mh: tỷ số giữa bề mặt thoáng của bê tông có tiếp xúc với môi trường tự nhiên và thể tích khối bê tông, biến dạng mềm được xác định trên nền trơn nhẵn. Tác động của điều kiện khí hậu đến biến dạng mềm được biểu diễn trên hình 4. Kết quả đo độ mất nước và biến dạng mềmcủa bê tông sau 1 ngày đóng rắn cho trong bảng 5.
Ký hiệu công thức trong bảng có nghĩa như sau:
- e0ư là giá trị biến dạng mềm của bê tông không sợi;
- e là giá trị biến dạng mềm của BTCS thép;
- e/e0 là giá trị chênh lệch biến dạng mềm của BTCS thép so với bê tông không sợi.
Hình 4. Tác động của điều kiện khí hậu nóng ẩm đến quá trình mất nước và biến dạng mềm của bê tông và BTCS thép theo thời gian
Từ kết quả trên có thể rút ra một số nhận xét sau:
- Có thể thấy rằng độ mất nước của hỗn hợp bê tông xảy ra rất nhanh trong 6 giờ đầu đóng rắn, các mẫu có sợi có độ mất nước nhỏ hơn không nhiều so với mẫu bê tông trơn. Điều này chứng tỏ sợi thép có tác dụng ngăn cản quá trình bốc hơi nước không lớn. Kết quả này cũng phù hợp với các nghiên cứu về độ mất nước của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam.
- Quá trình biến dạng mềm diễn ra ngay sau khi bê tông tiếp xúc với môi trường, tốc độ tăng nhanh trong khoảng 2- 3 giờ đầu đóng rắn và sau đó ổn định. Trị số biến dạng mềm của các mẫu bê tông cốt sợi đều thấp hơn so với mẫu bê tông không sợi và giảm dần theo chiều tăng hàm lượng sợi. Cụ thể với hàm lượng sợi 50kg/m3 0,636% thể tích làm giảm nhẹ độ co của bê tông khoảng 5,38% tương ứng khoảng 0,08mm/m.
Ở đây, sự có mặt của sợi thép làm cản trở 1 phần nhỏ sự dịch chuyển tự do của hỗn hợp bê tông trong thời gian đầu khi bê tông chưa có cường độ. Sự cản trở này phụ thuộc vào tiết diện sợi, hàm lượng sợi, sợi càng mảnh và số lượng sợi lớn thì sự cản trở càng lớn. Do vậy việc bảo dưỡng ẩm đối với bê tông và BTCS thép sau khi tạo hình trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam là rất cần thiết, nhằm làm giảm độ mất nước và biến dạng mềm của bê tông.
4. Kết luận
- Có thể chế tạo bê tông cốt sợi thép mác >300 với nguyên liệu địa phương và sợi thép nhập ngoại đáp ứng các yêu cầu đặc biệt trong xây dựng.
- Với hàm lượng sợi thép rèn khác nhau, cường độ chịu nén tăng không đáng kể. cường độ chịu uốn tăng tỷ lệ với hàm lượng sợi thép.
- Hàm lượng sợi thép rèn hợp lý trong bê tông khoảng 35kg/m3. Khi đó sợi thép rèn làm tăng cường độ chịu uốn của bê tông khoảng 18% so với mẫu đối chứng.
- Sợi thép rèn có ảnh hưởng không lớn đến quá trình mất nước và biến dạng mềm của bê tông trong điều kiện khí hậu nóng ẩm Việt Nam.
- Bê tông cốt sợi thép mác 300 hoàn toàn có thể sử dụng hiệu quả trong thực tế, có tính công tác tốt độ sụt = 18cm, đạt cường độ chịu nén trên 300da
N/cm2, đạt cường độ chịu uốn trên 64 da
N/cm2. Có thể ứng dụng cho các lớp phủ mặt cầu, mặt đập, sàn công nghiệp, nền hang ga chứa máy bay…
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Mạnh Phát – Nguyễn trung Thành 2003, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi théptrong cáccôngtrình xây dựng ở Việt Nam
Báo cáo Khoa học tại hội nghị KHCN Trường ĐHXD.
2. Nguyễn Mạnh Phát – Nguyễn văn Tuấn 2004, Nghiên cứu chế tạo bê tông cốt sợi Polyme dùng trong các công trình xây dựng, Báo cáo tổng kết đề tài Hội nghị
KHCN Trường ĐHXD – Tạp chí KHCNTrường ĐHXD
Theo Tổng hội XDVN
Chung cư A1CT2 Tây Nam Linh Đàm | Chung cư B1B2 CT2 Tây Nam Linh Đàm | Chung cư D2CT2 Tây Nam Linh Đàm | Chung cư VP2VP4 Bán đảo linh đàm | Chung cư HUD3 Nguyễn Đức Cảnh | Chung cư New Skyline Văn QuánĐối tác chiến lược Tư vấn thiết kế nội thất
thiết kế nội thất văn phòng - thiết kế nội thất chung cư
Đệm | Đệm giá rẻ | Đệm lò xo | Đệm Sông Hồng | Đệm Sông Hồng | Đệm Everhome | Đệm mút | Đệm mút cứng | Đệm Queensweet | Đệm Liên á | Đệm Korea
| Thực trạng ăn mòn, và phá hủy các công trình bê tông cốt thép bảo vệ bờ biển nước ta. TS. Đinh Anh Tuấn, TS. Nguyễn Mạnh Trường |
| Thứ ba, 06 Tháng 3 2012 16:08 | |||||
Bài viết giới thiệu vài nét về tình hình nghiên cứu chống ăn mòn và bảo vệ công trình vùng biển của nước ta và trên thế giới, đặc điểm môi trường biển Việt Nam. Trên cơ sở những kết quả điều tra, bài viết đề cập và thảo luận về hiện trạng ăn mòn và phá hủy bê tông cốt thép nhằm tỉm hiểu nguyên nhân và thực chất của vấn đề ăn mòn và phá hủy các công trình bê tông cốt thép, đề xuất một số biện pháp nâng cao độ bền cho công trình bê tông cốt thép bảo vệ bờ biển nước ta. I. Vài nét về tình hình nghiên cứu chống ăn mòn và bảo vệ công trình vùng biển Bê tông cốt thép (BTCT) được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Song phải đến cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nó mới được được ứng dụng trong xây dựng các công trình biển. Ở Việt Nam, bê tông cốt thép đã được người Pháp đưa vào sử dụng ngay từ những năm cuối của thế kỷ 19. Tuy nhiên phải sau năm 1960, khối lượng công trình BTCT xây dựng trong môi trường biển mới tăng lên đáng kể. Qua hơn một thế kỷ sử dụng, độ bền (tuổi thọ) thực tế của các công trình bê tông cốt thép được các quốc gia trên thế giới tổng kết như sau: + Trong môi trường không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100 năm. + Trong môi trường xâm thực vùng biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và bê tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá huỷ kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất hiện sau 10 ¸ 30 năm sử dụng. Độ bền thực tế của kết cấu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trường và chất lượng vật liệu sử dụng (cường độ bê tông, mác chống thấm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xi măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sử dụng công trình...) Quan điểm chung về chống ăn mòn cho kết cấu bê tông & BTCT là: bảo vệ bê tông, lấy bê tông bảo vệ cốt thép. Ở Việt nam, vấn đề nghiên cứu ăn mòn và bảo vệ công trình đã được tiến hành từ năm 1970. Các đơn vị có bề dày trong lĩnh vực bảo vệ công trình BTCT gồm: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải, Viện Khoa học Thuỷ Lợi, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Khoa học vật liệu - TTKHTN&CNQG, Viện Kỹ thuật Quân sự, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Trường Đại học Giao thông vận tải, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, v.v... Song rất tiếc là cho tới nay các kết quả nghiên cứu được ứng dụng vào thực tế xây dựng còn hạn chế. Tất cả các công trình ven biển được xây dựng từ những năm 1960 đến nay đều áp dụng theo quy phạm xây dựng thông thường, ít chú ý đến vấn đề chống ăn mòn nhằm đảm bảo độ bền vững cho công trình, dẫn đến kết quả là tuổi thọ của nhiều công trình trong môi trường biển thấp. Hiện nay, bên cạnh các công trình bền vững sau 40 ¸ 50 năm, hàng loạt các công trình BTCT ở Việt Nam có niên hạn sử dụng 10 ¸ 15 năm đã bị ăn mòn và phá huỷ trầm trọng, đòi hỏi phải chi phí khoảng 40 ¸ 70% giá thành xây mới cho việc sửa chữa bảo vệ chúng. II. Đặc điểm môi trường biển Việt Nam Vùng biển Việt Nam nằm trải dài trên 3200 km từ 8o ¸ 24o vĩ bắc. Theo tính chất xâm thực và mức độ tác động lên kết cấu bê tông & BTCT có thể phân môi trường biển Việt Nam thành 4 vùng có ranh giới khá rõ sau đây (hình 1).  Hình 1. Phân vùng môi trường biển Việt Nam 1/ Vùng hoàn toàn ngập trong nước biển; 2/ Vùng nước lên xuống (bao gồm cả phần sóng đánh); 3/ Vùng khí quyển trên và ven biển, gồm các tiểu vùng: sát mép nước 0 ¸ 0,25 km; 0,25 ¸ 1 km ven bờ; 1 ¸ 20 km gần bờ. 4/ Vùng đất nước ngầm bờ biển: cách mép nước từ 0 ¸ 0,25 km. Tính chất xâm thực của các vùng thể hiện ở các điểm sau 1. Vùng ngập nước Nước biển của các đại dương trên thế giới thường chứa khoảng 3,5% các muối hoà tan: 2,73% Na Theo tài liệu <3>, nước biển Việt Nam có thành phần hoá học, độ mặn và tính xâm thực tương đương các đại dương khác trên thế giới, riêng vùng gần bờ có suy giảm chút ít do ảnh hưởng của các con sông chảy ra biển ( xem bảng 1 và bảng 2).
Bảng 1.Thành phần hóa của nước biển Việt nam và trên thế giới Chỉ tiêu | Đơn vị | Vùng biển Hòn gai | Vùng biển Hải phòng | Biển Bắc Mỹ | Biển Bantíc |
p | - | 7,8 - 8,4 | 7,5 - 8,3 | 7,5 | 8,0 |
Cl- | g/l | 6,5 - 18,0 | 9,0 - 18,0 | 18,0 | 19,0 |
Na+ | g/l | - | - | 12,0 | 10,5 |
SO42- | g/l | 1,4 - 2,5 | 0,002 - 2,2 | 2,6 | 2,6 |
Mg2+ | g/l | 0,2 - 1,2 | 0,002 - 1,1 | 1,4 | 1,3 |
Bảng 2. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt nam, %
2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển
Khí quyển trên biển và ven biển thường chứa nồng độ cao các chất xâm thực cùng các điều kiện khô ướt thay đổi do mưa và gió mùa. Theo tài liệu < 1, 2, 3 > ảnh hưởng của khí quyển trên biển và ven biển lên kết cấu bê tông cốt thép chủ yếu thể hiện qua tính chất xâm thực của ion Cl- có trong không khí và điều kiện nóng ẩm mang tính đặc thù của khí hậu ven biển Việt Nam.
Các đặc điểm chung của khí hậu ven biển Việt Nam
* Bức xạ mặt trời:
Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến nên bức xạ mặt trời nhận được trên vùng ven biển khá lớn từ 100 ¸150 kcal/cm2. Lượng nhiệt bức xạ tăng dần từ Bắc vào Nam và đạt cao nhất ở cực Nam Trung bộ. Với lượng bức xạ cao như vậy đã thúc đẩy quá trình bốc hơi nước biển đem theo ion Cl- vào trong khí quyển.
* Nhiệt độ không khí:
Vùng biển nước ta có nhiệt độ không khí tương đối cao, trung bình từ 22,5 ¸ 22,7o
C, tăng dần từ Bắc vào Nam. Miền Bắc có 2 ¸ 3 tháng mùa đông, nhiệt độ dưới 20o
C. Miền Nam nhiệt độ cao đều quanh năm, biên độ dao động 3-7o
C.
* Độ ẩm không khí:
Độ ẩm tương đối của không khí ở mức cao so với các vùng biển khác trên thế giới, dao động trung bình từ 75 ¸ 80%. Cụ thể:
Vùng ven biển Bắc bộ và Bắc Trung bộ : 83 ¸ 86%;
Vùng ven biển Trung và Nam Trung bộ: 75 ¸ 82%;
Vùng ven biển Nam bộ: 80 ¸ 84%.
Theo TCVN 3994: 1985 <15> , với độ ẩm tương đối cao như vậy, môi trường không khí trên biển và ven biển Việt Nam có ảnh hưởng mạnh tới quá trình ăn mòn thép trong bê tông cốt thép.
* Thời gian ẩm ướt bề mặt:
Đây là đặc điểm riêng của khí hậu ven biển Việt Nam có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình ăn mòn thép trong bê tông cốt thép. Theo tài liệu <3>, tổng thời gian ẩm ướt bề mặt kết cấu ở một số địa phương vùng ven biển Việt Nam được xác định theo công thức (1), trình bày trên hình 2:
Tướt = Tmưa + T sương mù + T nồm + T kéo dài ẩm (1)
Trong đó:
Tướt : Tổng thời gian ẩm ướt bề mặt, h
Tmưa : Thời gian mưa, h
T sương mù : Thời gian sương mù, h
T nồm : Thời gian nồm, h
T kéo dài ẩm : Thời gian kéo dài ẩm tính từ sau khi mưa hoặc sương mù cho đến khi màng nước còn đọng lại bay hơi hoàn toàn, h.
Thời gian gây ướt bề mặt kết cấu ở vùng ven biển các tỉnh Miền Bắc tập trung vào mùa xuân, còn các tỉnh Miền Nam tập trung vào các tháng mưa mùa hạ và chỉ bằng khoảng 50% so với Miền Bắc.
Hình 2. Tổng thời gian ướt bề mặt kết cấu công trình vùng ven biển Việt Nam
Hình 3. Phân bố nồng độ ion Cl- trong không khí theo cự ly cách mép nước
* Tốc độ gió: Vận tốc gió trung bình ở vùng biển là không lớn nhưng hàng năm thường có các đợt gió lớn như bão, lốc, gió mùa Đông Bắc, gió mùa Tây Nam. Tốc độ cực đại có thể đạt tới 140 km/h. Hướng gió thịnh hành là Đông Bắc, Đông Nam và Tây Nam.
Các hướng gió này đều thổi từ biển vào mang theo các chất xâm thực và có thể gây ảnh hưởng sâu vào trong đất liền tới trên 20 ¸ 30 km.
* Hàm lượng ion Cl - trong không khí:
Theo tài liệu <3>, hàm lượng muối phân tán trong không khí sát mép nước tại các Trạm đo ở các tỉnh Miền Bắc dao động từ 0,4 ¸ 1,3 mg
Cl-/m3. ở miền Nam, giá trị này là 1,3 ¸ 2,0 mg
Cl-/m3. Nồng độ ion Cl- giảm mạnh ở cự ly 200¸ 250 m tính từ mép nước biển, sau đó tiếp tục giảm dần khi đi sâu vào trong đất liền, hình 3.
Theo các số liệu khảo sát về ảnh hưởng của khí quyển ven biển tới quá trình ăn mòn thép và bê tông cốt thép <2, 3>, có thể thấy rằng:
+ Vùng ven biển Miền Bắc ảnh hưởng của khí quyển biển vào sâu trong đất liền trung bình 20 km, có thể tới trên 30 km .
+ Vùng ven biển Miền Nam ảnh hưởng của khí quyển biển trung bình 20 km, có thể còn sâu hơn, tới 50 km.
Do ảnh hưởng như vậy, bê tông ở vùng khí quyển trên biển và ven biển chịu mức xâm thực nhẹ ¸ trung bình, BTCT chịu mức xâm thực trung bình ¸ mạnh. Tại vùng 0¸0,25 km các kết cấu BTCT trực diện với gió biển có thể bị xâm thực rất mạnh.
3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh
Phần trên đã phân tích kỹ tính chất xâm thực của môi trường nước biển, khí quyển trên biển và ven biển. Trong vùng nước lên xuống và sóng đánh tính chất xâm thực của môi trường được tăng cường thêm bởi các yếu tố sau:
+ Quá trình khô ướt xảy ra thường xuyên và liên tục theo thời gian, tác động từ ngày này qua ngày khác lên bề mặt kết cấu đã làm tăng nhanh mức tích tụ ion Cl- , H2O và O2 từ nước biển và không khí vào trong bê tông thông qua quá trình khuyếch tán nồng độ và lực hút mao quản.
+ Ngoài các quá trình ăn mòn hóa học và điện hóa, trên bề mặt các kết cấu còn xảy ra ăn mòn sinh vật gây nên bởi các loại hà và sò biển, bị bào mòn cơ học do sóng biển nhất là vào những ngày dông bão và mùa gió lớn.
Do đặc điểm như vậy nên vùng nước lên xuống và sóng đánh được xem là vùng xâm thực rất mạnh đối với BTCT, xâm thực mạnh đối với bê tông.
Căn cứ vào cách phân loại môi trường xâm thực đã đề cập trong TCVN 3994: 1985 <15> và một số tiêu chuẩn nước ngoài liên quan hiện hành, có thể phân loại mức độ tác động của môi trường biển đến kết cấu bê tông & BTCT như trong bảng 3
Bảng 3.Phân loại mức độ xâm thực của môi trường biển đối với kết cấu bê tông và bê tông cốt thép
Ghi chú: (1): Trực diện mưa và gió biển - rất mạnh; (2): Trực diện mưa và gió biển - mạnh
III. Nguyên nhân gây ăn mòn và phá hủy các công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam
1. Tác động xâm thực của môi trường
Tư liệu kết quả khảo sát độ bền thực tế trên các công trình bê tông cốt thép đã xây dựng ở vùng biển nước ta<2, 3...> cho phép khẳng định rằng môi trường biển Việt Nam có tác động xâm thực mạnh dẫn tới ăn mòn và phá huỷ các công trình bê tông & BTCT. Mức độ xâm thực phụ thuộc vào vị trí và điều kiện làm việc cụ thể của từng kết cấu trong công trình. So với các nước khác, môi trường biển Việt Nam có đặc thù khí hậu nóng ẩm, mưa bão nhiều tạo ra sự ăn mòn mạnh hơn đối với kết cấu BTCT.
Bằng chứng rõ nét nhất về tác động ảnh hưởng của môi trường biển tới độ bền công trình bê tông & BTCT tạo bởi các quá trình sau:
* Quá trình thấm ion Cl- vào bê tông gây ra ăn mòn và phá huỷ cốt thép;
* Quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản phẩm thuỷ hoá của đá xi măng tạo ra khoáng ettringit trương nở thể tích gây phá huỷ kết cấu (ăn mòn sunfat);
* Quá trình cacbonat hoá làm giảm độ p
H bê tông theo thời gian làm phá vỡ màng thụ động bảo vệ cốt thép, góp phần đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép làm phá huỷ kết cấu;
* Quá trình khuếch tán oxy và hơi ẩm và clo vào trong bê tông trong điều kiện môi trường nhiệt độ không khí cao là các điều kiện làm cho quá trình ăn mòn cốt thép xảy ra rất mạnh;
* Các hiện tượng xâm thực khác: ăn mòn rửa trôi, ăn mòn vi sinh do các loại hà, sò biển gây ra, ăn mòn cơ học do sóng biển.
2. Thiết kế, thi công, quản lý sử dụng công trình
Độ bền (tuổi thọ) kết cấu công trình BTCT trong môi trường biển là kết quả tổng hợp của các công đoạn thiết kế, thi công, giám sát chất lượng và quản lý sử dụng công trình. Vấn đề này liên quan đến trình độ khoa học - công nghệ xây dựng của nước ta. Vì vậy để nâng cao độ bền công trình BTCT trong môi trường biển Việt Nam cần đi sâu xem xét và nhìn nhận các nguyên nhân đã dẫn đến ăn mòn và phá huỷ kết cấu thể hiện rõ trên các mặt sau đây.
2.1. Về thiết kế
+ Chưa chọn lựa được vật liệu đảm bảo yêu cầu về chống ăn mòn, đảm bảo độ bền lâu dài cho công trình trong môi trường biển Việt Nam:
+ Về kiến trúc: Mặt ngoài công trình chưa thiết kế được các hình thái phù hợp với môi trường vùng biển, tất cả các kết cấu nằm ở các vị trí chịu ảnh hưởng xâm thực mạnh của môi trường chưa được tăng cường các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn.
2.2 Về Thi công:
+ Chất lượng thi công xây dựng công trình chưa cao, nhiều công đoạn còn làm thủ công nên khó đảm bảo chất lượng xây lắp. Lớp bê tông bảo vệ của nhiều kết cấu thi công chưa đảm bảo, nhiều chỗ mỏng hơn 10 mm, nên không thể đảm bảo khả năng chống ăn mòn cho kết cấu trong thời gian 50 ¸ 60 năm.
+ Công tác giám sát thi công, quản lý chất lượng và nghiệm thu công trình chưa được duy trì chặt chẽ, thường xuyên. Đặc biệt là trong một số công trình đã sử dụng cát biển và nước biển để chế tạo bê tông thì chỉ sau 5 ¸ 7 năm công trình đã hư hỏng trầm.
2.3 Về Quản lý sử dụng
+ Chưa có các qui định pháp lý về kiểm tra định kỳ công trình nhằm phát hiện các nguyên nhân và mầm mống gây hư hỏng kết cấu công trình để sớm có biện pháp duy tu sửa chữa kịp thời
+ Chưa áp dụng các biện pháp công nghệ bảo trì và khắc phục hư hỏng cục bộ do ăn mòn cho các công trình đã xây dựng.
IV. Hiện trạng ăn mòn và phá hủy các công trình bê tông cốt thép trong môi trường biển
Cho đến nay ở Việt Nam chỉ mới có một số kè biển, Cầu cảng, Kè chắn sóng được xây dựng ở vùng ngập nước ven bờ. Việc khảo sát phần kết cấu BTCT ngập trong nước biển tiến hành chưa được nhiều do thiếu thiết bị và phương tiện kỹ thuật. Nghiên cứu đánh giá tác động xâm thực của môi trường ngập nước được tiến hành chủ yếu thông qua các mẫu nhỏ ngâm trong nước biển kết hợp với các tài liệu khảo sát của nước ngoài.
Sau thời gian thi nghiệm ngâm trong nước biển trên bề mặt bê tông có thể xuất hiện các vết rạn nứt dạng chân chim do ăn mòn sunfat gây nên, ngoài ra bê tông còn bị ăn mòn rửa trôi và ăn mòn vi sinh vật do hà, sò biển bám vào.
Hình 4. Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông kè biển Cát Hải
1. Ở vùng ngập nước
Phân tích kết quả điều tra, khảo sát ở vùng ngập nước cho thấy: Dạng phá huỷ chính kết cấu bê tông & BTCT là ăn mòn sunfat bê tông, gây ra bởi ion SO4-2 có trong nước biển, tạo ra khoáng ettringit trương nở thể tích làm nứt vỡ bê tông. Các vết nứt thường có dạng lưới được hình thành sau khoảng 20 ¸ 30 năm.
Xem thêm: Mách Bạn Cách Đăng Ký Facebook Bằng Email, Hướng Dẫn Cách Đăng Nhập Facebook Bằng Gmail
2. Ở vùng nước thuỷ triều lên xuống (bao gồm cả phần sóng đánh)
Ở vùng này hiện tượng ăn mòn và phá huỷ kết cấu mang tính toàn diện, thể hiện ở chỗ: Hầu hết các kết cấu sau khoảng 10 ¸ 15 năm làm việc trong môi trường này đều thấy xuất hiện các vết nứt có bề rộng 1- 20 mm, chạy dài dọc theo các thanh cốt thép bị gỉ nặng do ăn mòn. Nhiều chỗ lớp gỉ quá dày làm bong tách hẳn lớp bê tông bảo vệ, cốt thép lộ ra ngoài và bị gỉ rất nặng. Ngoài ra bê tông còn bị sóng biển bào mòn và rũa lỗ chỗ bề mặt do ăn mòn rửa trôi.
3. Ở vùng khí quyển trên biển và vùng ven biển
Hiện tượng ăn mòn và phá huỷ kết cấu mang tính cục bộ, thường xảy ra mạnh đối với kết cấu nằm ở vị trí hứng chịu mưa gió và khô ẩm thường xuyên như khu phụ, ban công, cầu thang, dầm, cột v.v...phía mặt ngoài công trình. Đối với các kết cấu nằm ở vị trí khô ráo, không bị ẩm ướt thường ít bị hư hỏng do ăn mòn hơn.
Hiện tượng ăn mòn và phá huỷ phổ biến là: Sau khoảng 15 ¸ 25 năm sử dụng, trên bề mặt lớp bê tông bảo vệ thường xuất hiện các vết nứt bề rộng trung bình 5 ¸ 15 mm chạy dọc theo các thanh cốt thép. Với kết cấu dạng bản, sàn thường bị bong tách từng mảng lớn lớp bê tông bảo vệ, cốt thép lộ ra ngoài và bị gỉ rất nặng.
V. Biện pháp nâng cao độ bền công trình bê tông và bê tông cốt thép vùng biển Việt Nam
Để đảm bảo độ bền lâu dài cho các công trình xây dựng trong môi trường biển Việt Nam cần thực hiện nghiêm ngặt các điều kiện kỹ thuật sau đây đối với bê tông và bê tông cốt thép:
+ Yêu cầu về lựa chọn vật liệu đầu vào;
+ Yêu cầu về thiết kế;
+ Yêu cầu về thi công;
+ Yêu cầu áp dụng biện pháp chống ăn mòn bổ sung;
+ Yêu cầu về quản lý sử dụng và bảo trì công trình.
1. Yêu cầu về lựa chọn vật liệu đầu vào
Vật liệu đầu vào để chế tạo BTCT bao gồm: xi măng, cốt liệu, nước trộn, phụ gia, cốt thép cần tuân thủ các yêu cầu tiêu chuẩn.
Vật liệu để chế tạo bê tông không cốt thép có thể sử dụng theo tiêu chuẩn qui định cho bê tông thông thường.
2. Yêu cầu về thiết kế
Về mặt thiết kế ngoài việc tuân thủ theo các tiêu chuẩn thiết kế TCVN hiện hành về kết cấu bê tông và bê tông cốt thép, đối với các công trình xây dựng trong vùng biển Việt Nam để đảm bảo độ bền lâu dài cần đáp ứng thêm các kiến nghị nêu trong bảng 12.
3. Yêu cầu về công nghệ thi công
Thi công chính là giai đoạn thể hiện các ý đồ thiết kế trên công trường. Đây là mắt xích rất quan trọng để đảm bảo chất lượng công trình. Do vậy phải tuân thủ nghiêm ngặt các qui phạm thi công, nghiệm thu và giám sát chất lượng công trình đã ban hành.
Thực tế đã chứng minh rằng, do trình độ công nghệ thi công chưa cao, tổ chức thi công không chặt chẽ, tay nghề và ý thức công nhân kém, giám sát kỹ thuật lỏng lẻo là những nguyên nhân dẫn đến chất lượng bê tông trên các công trình đã xây dựng ở vùng biển Việt Nam không đồng đều, nhiều kết cấu không đạt sự đồng nhất cao về cường độ bê tông và chiều dày lớp bảo vệ dẫn tới ăn mòn cục bộ.
Qui trình thi công bê tông trong môi trường ven biển nói chung tương tự như trong vùng nội địa TCVN 4453:1995, chỉ ở vùng nước thuỷ triều lên xuống và vùng ngập nước là cần áp dụng công nghệ thi công đặc biệt nhằm đảm bảo bê tông không bị nhiễm mặn.
Các yêu cầu sau đây cần thực hiện tốt khi thi công bê tông trong môi trường biển:
+ Thực hiện thiết kế thành phần bê tông theo chỉ dẫn kỹ thuật
+ Khi ghép cốp pha và lắp đặt thép cần căn chỉnh bằng con kê để đảm bảo chiều dày lớp bê tông bảo vệ theo đúng yêu cầu thiết kế.
+ Nên dùng hỗn hợp bê tông với độ sụt hợp lý với bê tông công trình Thuỷ Công.
+ Đảm bảo bê tông đồng nhất, hệ số dao động cường độ d
+ Đảm bảo chiều dày và độ đặc chắc của lớp bê tông bảo vệ .
+ Duy trì nghiêm ngặt chế độ bảo dưỡng dưỡng ẩm theo TCVN 5592:1991,
+ Nên giữ bê tông mới đổ không tiếp xúc nước biển trong vòng 5 ¸7 ngày.
+ Xử lý mạch ngừng thi công bằng hồ vữa ximăng chống thấm mác cao.
4. Yêu cầu áp dụng biện pháp chống ăn mòn bổ sung
Theo các số liệu khảo sát thực tế thấy rằng, hiện tượng ăn mòn và phá huỷ kết cấu cấu thường xảy ra ở những vùng chịu tác động xâm thực mạnh của môi trường, đặc biệt ở vùng nước thuỷ triều lên xuống, bề mặt ngoài công trình, khu phụ, khu dùng nước, những chổ kết cấu thường xuyên bị khô ẩm. Còn ở những chỗ khô ráo kết cấu ít bị ăn mòn hơn. Vì vậy cần lựa chọn áp dụng biện pháp chống ăn mòn bổ sung thích hợp cho kết cấu trong các điều kiện làm việc có như vậy mới đạt được hiệu quả chống ăn mòn và đảm bảo được độ bền cho kết cấu trong môi trường biển.
Trong trường hợp không làm được kết cấu BTCT hoặc chiều dày lớp bảo vệ tương đương như yêu cầu, có thể áp dụng các biện pháp chống thấm bổ sung như sau:
1. Trát vữa chống thấm: Vữa xi măng có pha nhũ tương pôlime M250 ¸ 300.
2. Sơn chống ăn mòn cốt thép: Sơn xi măng, sơn ximăng- pôlime, sơn hoá chất cao phân tử, các loại sơn này phải đảm bảo khả năng dính kết giữa cốt thép được sơn với bê tông.
3. Sơn phủ mặt ngoài kết cấu: Dùng các loại sơn epoxy và các hợp chất cao phân tử có độ dính kết cao với bê tông và đàn hồi tốt.
5. Yêu cầu về quản lý sử dụng và bảo trì công trình
Công tác quản lý sử dụng và bảo trì công trình có tầm quan trọng đặc biệt trong việc đảm bảo và duy trì độ bền công trình. Đây là một công việc lâu dài, bắt đầu từ khi bàn giao đưa công trình vào sử dụng đến khi hết thời hạn sử dụng công trình.
Thực tế đã cho thấy, rất nhiều công trình đã xây dựng ở nước ta đều không được quản lý sử dụng tốt, công năng và mục đích sử dụng bị thay đổi là một trong những nguyên nhân dẫn đến ăn mòn và phá huỷ kết cấu, làm công trình hư hỏng sớm. Bên cạnh đó, chế độ bảo trì công trình chưa được thể chế hoá bằng các văn bản Nhà nước, thường chỉ khi nào thấy hỏng tới mức nghiêm trọng mới tiến hành khảo sát, đánh giá nguyên nhân hư hỏng và tìm kiếm phương án khắc phục. Việc làm này gây tốn kém và hiệu quả sử dụng công trình không cao.
Ở đây chúng tôi có một số kiến nghị như sau:
* Về quản lý sử dụng:
+ Công trình phải được sử dụng đúng mục đích, công năng theo yêu cầu thiết kế.
+ Nhà nước cần có qui định cụ thể về trách nhiệm bảo hành độ bền công trình cho các nhà thiết kế và thi công, người sử dụng công trình.
+ Mỗi công trình đều phải lập hồ sơ theo dõi về chất lượng công trình, tình trạng sử dụng, các hư hỏng, xuống cấp, quá trình duy tu, sửa chữa v.v...
+ Định kỳ kiểm tra, khảo sát kiểm định chất lượng công trình, chi phí cho các lần khảo sát này nên tính ngay vào đầu tư công trình.
* Về bảo trì công trình
Bảo trì công trình là vấn đề rất mới đối với chúng ta, nó có ý nghĩa và tác dụng như bão dưỡng máy móc, thiết bị sau một thời gian làm việc.
Đối với các công trình xây dựng ở vùng biển nước ta, bảo trì công trình đồng nghĩa với việc áp dụng các kỹ thuật công nghệ nhằm khắc phục nguy cơ gây ăn mòn bê tông & BTCT do môi trường xâm thực biển gây ra. Như vậy vấn đề bảo trì công trình rất có ý nghĩa trong việc bảo vệ và duy trì độ bền cho công trình với chi phí thấp hơn nhiều so với để công trình hư hỏng trầm trọng mới đầu tư sửa chữa.
Các công nghệ sau đây đã và đang được nghiên cứu áp dụng:
+ Sửa chữa cục bộ các vết nứt, các chỗ kết cấu BTCT bị ăn mòn bằng công nghệ bơm ép xi măng, trát phủ vữa sửa chữa, phun khô bê tông;
+ Bảo trì công trình bằng công nghệ khử muối và tái kiềm;
+ Bảo trì công trình bằng công nghệ bảo vệ ca tốt (dùng dòng ngoài hoặc lắp đặt anốt hi sinh)
Hai công nghệ sau cùng đều dựa trên nguyên tắc điện hoá và đang được nghiên cứu áp dụng ở Việt Nam.
VI. Kết luận
1. Vùng biển là môi trường xâm thực mạnh đối với bê tông và bê tông cốt thép - Kết cấu chiếm tỉ trọng trên 70% trong xây dựng hiện tại và tương lai. Môi trường biển Việt Nam xâm thực mạnh hơn môi trường biển nhiều nước trên thế giới do nhiệt độ, độ ẩm không khí cao, thời gian ẩm ướt lớn , nồng độ muối Cl- cao, nước và cốt liệu có nhiễm mặn. Do vậy việc chống ăn mòn và bảo vệ công trình cần trên cơ sở công nghệ thế giới gắn với điều kiện thực tế Việt Nam.
2. Thiết kế, thi công bê tông và bê tông cốt thép theo quy phạm hiện hành dự kiến đảm bảo độ bền kết cấu 50-60 năm, trên thực tế qua phần lớn các công trình đã khảo sát chỉ đạt 20¸30 năm, nhiều công trình hư hỏng nặng sau 7¸15 năm. Tốc độ ăn mòn ở mức báo động và gây hư hỏng nhanh hơn khả năng sửa chữa rất tốn kém về kinh phí. Do vậy cần khẩn trương hoạch định một chiến lược chống ăn mòn và bảo vệ cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép vùng biển Việt Nam.
3. Cần rà soát lại toàn bộ quy hoạch tuyến đê biển Việt Nam.
4. Xây dựng một chương trình phát triển đê biển với đầy đủ cơ sở khoa học trong giai đoạn trươc mắt và lâu dài.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
<1>. Báo cáo tổng kết đề tài độc lập cấp Nhà nước mã số 40-94ĐTĐL "Nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép xây dựng ở vùng ven biển Việt Nam"- Viện Khoa Công nghệ Xây dựng-1999.
<2>. Báo cáo tổng kết đề tài 34C.01.06: "Đặc điểm phá huỷ kết cấu công trình giao thông trong vùng biển nước ta" - Viện KHKT GTVT. Hà Nội 1989.
<3>. Trần Việt Liễn và các cộng tác viên: Báo cáo tổng kết đề mục "Ăn mòn khí quyển đối với bê tông và bê tông cốt thép vùng ven biển Việt Nam". Viện Khí tượng Thủy văn. Hà Nội, 1996
<4>. Atwood, W.G and Johnson, A.A: The disingtegration of Cement in sea water. Transaction, ASCE, V87, Page 10.1533, 1924.
<5>. P.K. Mehta: Durability of Concrete in Marine Environment - A.Review. Proceedings of 1st International Conference "Performance of concrete in marine environment" St. andrews by the sea. SP- 65 ACI Publication, 1980.
<6>. Moskovin V. M., Ivanov F. M., Alexseev S. N., Guzeev B. A.: Corrozia betona i zelezobetona, metodư ix zaxitư, Moskova, Ctroiizdat, 1980.
<7>. ACI 318 - 83: Building code requirements for reinforced concrete.
<8>. JSCE - SP 1: 1986: Standard specification for design and construction of concrete structures.
<9>. BS 8110 - 85: Structureal use of concrete.
<10>. AS 3600 - 88: Structural use of concrete.
<11>. DIN 1045-78: Concrete and reinforced concrete design and construction.
<12>. TCXDVN 356:2005 ”Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - tiêu chuẩn thiết kế”
<13>. TCVN 2737:1995: Tải trọng và tác động. Tiêu chuẩn thiết kế.
<14>. TCVN 4453:95: Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép toàn khối. Qui phạm thi công và nghiệm thu.
Tác giả: TS. Đinh Anh Tuấn, TS. Nguyễn Mạnh Trường. Viện Bơm & TBTL. Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam
