nghiên cứu đánh giá thực trạng vận hành từ đó đề xuất giải pháp quản lý chất lượng xây dựng công trình ngăn mặn vùng triều cống trà linh i thái thụy - thái bình

Tất cả các thiết bị đóng mở phải tuân theo các quy định sau: - Tại mỗi máy đóng mở phải đánh dấu chiều quay đóng hoặc mở cửa cống; - Các thiết bị đóng mở cửa cống vận hành bằng điện phải

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay luận văn Thạc sỹ

kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá thực trạng vận hành từ đó đề xuất giải pháp quản lý chất lượng xây dựng công trình ngăn mặn vùng triều “ cống Trà Linh I" Thái Thụy - Thái Bình Đã hoàn thành đúng thời hạn và đảm bảo đầy đủ các yêu cầu đặt ra trong bản

đề cương đã được phê duyệt;

Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết chân thành tới Trường đại học Thủy lợi đã đào tạo

và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn này;

Tác giả xin trân trọng cảm ơn GS.TS Vũ Thanh Te đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ để hoàn thành tốt nhiệm vụ của luận văn đặt ra;

Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô phòng đào tạo đại học và sau đại học, các Cô trên thư viện, Khoa công trình, Bộ môn công nghệ quản lý và xây dựng, Công ty khai thác thủy lợi Bắc Thái Bình, tổ đội vận hành cống Trà Linh I đã tạo điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ cho tác giả trong quá trình làm luận văn

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, chắc chắn khó tránh khỏi những thiếu sót nhất định Tác giả rất mong muốn được sự góp ý, chỉ bảo chân tình của các Thầy Cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bài luận văn Xin trân trọng cảm ơn!

Hà nội, ngày 26 tháng 02 năm 2014

Học viên cao học

Bùi Quang Hương

từ đó đề xuất giải pháp quản lý chất lượng xây dựng công trình ngăn mặn vùng triều “ cống Trà Linh I" Thái Thụy - Thái Bình trên là của riêng tôi Các thông tin, tài liệu

trích dẫn trong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây

Tác giả

Bùi Quang Hương

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG1:TỔNGQUANVỀCÁCCÔNGTRÌNHVENBIỂN 4

1.1 CÁC CÔNG TRÌNH VÙNG TRIỀU ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 4

1.1.1 Các công trình vùng triều trên Thế Giới: 4

1.1.2 Các công trình vùng triều ở Việt Nam: 6

1.2 AN TOÀN TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ, KHAI THÁC VẬN HÀNH CỐNG NGĂN MẶN VÙNG TRIỀU: 10

1.2.1 Đối với công trình: 10

1.2.2 Đối với người quản lý vận hành: 13

1.3 AN TOÀN CÁC CỐNG VÙNG TRIỀU LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ, THI CÔNG: 14

1.3.1 Đối với công tác thiết kế: 14

1.3.2 Đối với công tác thi công: 21

1.4 AN TOÀN CÁC CỐNG VÙNG TRIỀU TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HIỆN NAY: 24

1.4.1 Biến đổi khí hậu: 24

1.4.2 An toàn cho các cống vùng triều trong điều kiện biến đổi khí hậu: 27

KẾTLUẬNCHƯƠNG1: 28

CHƯƠNG2:CƠCHẾĂNMÒNBÊTÔNGVÀBÊTÔNGCỐTTHÉPDONƯỚC BIỂN,ẢNHHƯỞNGCỦANÓĐẾNTUỔITHỌCÔNGTRÌNH 29

2.1 CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN: 29

2.1.1 Quá trình thấm ion Cl- vào bê tông gây ra ăn mòn, phá hủy cốt thép: 29

2.1.2 Quá trình thấm ion SO42- vào bê tông: 34

2.1.3 Quá trình cacbonat hóa làm giảm pH bê tông: 34

2.1.4 Quá trình khuếch tán oxy và hơi ẩm vào trong bê tông: 36

2.1.5 Quá trình mài mòn cơ học: 36

2.1.6 Quá trình xâm thực khác: 36

2.2 NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ CHUNG TÌNH HÌNH NGẬP MẶN VÀ THỰC TRẠNG HƯ HỎNG, XUỐNG CẤP CÁC CỐNG VÙNG TRIỀU CÁC HUYỆN VEN BIỂN TỈNH THÁI BÌNH: 37

2.2.1 Đặc điểm môi trường biển Việt Nam: 37

2.2.2 Tình trạng ăn mòn, phá hủy công trình bê tông cốt thép trong môi trường nước biển Việt Nam: 41

2.2.3 Tổng quan về vùng nghiên cứu: 42

2.2.4 Tình hình ngập mặn các huyện ven biển tỉnh Thái Bình: 46

2.2.5 Hiện trạng hư hỏng xuống cấp của cống ngăn mặn vùng triều “ Cống Trà Linh I” – Thái Thụy – Thái Bình: 48

2.2.6 Đánh giá chung về nguyên nhân gây ra hư hỏng, xuống cấp của các cống vùng triều ven biển tỉnh Thái Bình: 51

KẾTLUẬNCHƯƠNG2: 52

CHƯƠNG3:XÁCLẬPĐIỀUKIỆNKỸTHUẬTĐỂQUẢNLÝ,THICÔNGVÀ VẬNHÀNHCỐNGVÙNGTRIỀUÁPDỤNGCHO“CỐNGTRÀLINHI”VÀCÁC CỐNGVÙNGTRIỀUTỈNHTHÁIBÌNH 54

3.2.2 Các chỉ tiêu thiết kế: 55

3.3 KIỂM TRA VÀ QUẢN LÝ HỒ SƠ THIẾT KẾ: 59

3.3.1 Tính toán thủy công: 59

3.3.2 Đối với vật liệu dùng sản xuất bê tông và bê tông cốt thép: 66

3.3.3 Đối với bê tông & bê tông cốt thép: 69

3.4 GIÁM SÁT CHẤT LƯỢNG THI CÔNG CỐNG: 74

3.4.1 Công tác cốt pha – đà giáo: 74

3.4.2 Công tác cốt thép: 75

3.4.3 Công tác bê tông: 75

3.5 CÔNG TÁC NGHIỆM THU: 84

3.6 ÁP DỤNG CÁC BIỆN PHÁP CHỐNG ĂN MÒN BỔ SUNG: 84

3.7 CÔNG TÁC KIỂM TRA TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH CỐNG “ TRÀ LINH I”: 85

3.7.1 Nguyên tắc công tác kiểm tra: 86

3.7.2 Quy định về công tác kiểm tra: 86

3.7.3 Yêu cầu công tác kiểm tra: 87

3.7.4 Nội dung công tác kiểm tra: 87

3.7.5 Ghi chép và lưu trữ các tài liệu kiểm tra: 89

3.8 CÔNG TÁC QUAN TRẮC TRONG QUÁ TRÌNH VẬN HÀNH “ CỐNG TRÀ LINH I”: 89

3.8.1 Quy định về công tác quan trắc: 89

3.9 QUY TRÌNH VẬN HÀNH CÔNG TRÌNH “ CỐNG TRÀ LINH I”: 93

3.9.1 Những quy định chung về quy trình vận hành: 94

3.9.2 Quy trình vận hành đối với cống Trà Linh I: 96

3.10 TU SỬA VÀ BẢO DƯỠNG CỐNG: 97

3.10.1 Nguyên tắc chung: 97

3.10.2 Nội dung tu sửa, bảo dưỡng thường xuyên: 98

3.10.3 Nội dung tu sửa bảo dưỡng theo định kỳ: 98

3.10.4 Bảo vệ cống: 100

KẾTLUẬNCHƯƠNG3: 101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: 101

KẾTLUẬN: 101

KIẾNNGHỊ: 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Hình 1.3: Ăn mòn, phá hủy BTCT cảng Cửa Cấm – Hải Phòng 8

Hình 1.4: Ăn mòn BTCT cảng Thương Vụ–Vũng Tàu 9

Hình 1.5: Ăn mòn BTCT cầu cảng Hòn Gai – Quảng Ninh 10

Hình 1.6: Cách đặt các con kê “ Trích từ TCXDVN 327:2004” 22

Hình 1.7: Phục hồi lớp BT bảo vệ ở các đầu bu lông gông ván khuôn 23

Hình 2.1: Giản đồ “Điện thế- Độ pH” của CT khi không có Cl- 31

Hình 2.2: Giản đồ “Điện thế- Độ pH” của CT khi có Cl- 32

Hình 2.3: Cơ chế ăn mòn BT&BTCT bởi ion Cl- 34

Hình 2.4: Cơ chế ăn mòn BT&BTCT bởi cacbonnat hóa 35

Hình 2.5: Ranh giới môi trường biển Việt Nam 37

Hình 2.6: Lớp BT bảo vệ bong tróc lộ cốt thép han, gỉ - cống Trà Linh - Thái Bình 48

Hình 2.7: Lớp sơn bảo vệ van thép và mô tơ bị bong tróc sơn, ốc vít han gỉ 49

Hình 2.8: Hà bám dày đặc trên hệ thống kéo cánh van thép 50

Hình 2.9: Các tấm bê tông chắn phai mới được lắp dựng lại sau trận bão 50

Hình 3.1: Cống Trà Linh I – Thái Thụy – Thái Bình 54

Hình 3.2: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép Error! Bookmark not defined

Bảng 1 2: Yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu làm bê tông và bê tông cốt thép đạt tính năng

chống ăn mòn trong môi trường biển “ Trích từ TCXDVN 327:2004” 18

Bảng 2.1: Thành phần hóa của nước biển Việt Nam và thế giới 38

Bảng 2.2: Độ mặn nước biển tầng mặt vùng biển Việt Nam, % 38

Bảng 2.3: Phân loại mức độ xâm thực của môi trường biển đối với BT&BTCT 40

Bảng 2.4: Chu kỳ triều thiết kế (18-28/9/1983) cm 46

Bảng 3.1: Cấp chống nứt ứng với loại cốt thép được dùng và giá trị của bề rộng khe nứt giới hạn (mm) 60

Bảng 3.2: Giới hạn độ võng 63

Bảng 3.3: Khoảng cách lớn nhất giữa các khe nhiệt độ - co giãn cho phép không cần tính toán,m 65

Bảng 3.4: Yêu cầu kỹ thuật vật liệu làm BT và BTCT về chống ăn mòn trong môi trường biển “ Trích từ TCXDVN 327:2004” 66

Bảng 3.5: Yêu cầu về N/X tối đa và Rb tối thiểu vùng xâm thực 70

Bảng 3.6: Yêu cầu về Mác bê tông vùng xâm thực 70

Bảng 3.7: Độ chống thấm nước tối thiểu của bê tông vùng xâm thực 71

Bảng 3.8: Yêu cầu về độ thấm ion clo trong bê tông vùng xâm thực 72

Bảng 3.9: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu cho kết cấu BTCT trong môi trường biển 73

Bảng 3.10: Hàm lượng xi măng tối thiểu cho kết cấu BT&BTCT trong môi trường biển 74

Bảng 3.11: Sai lệch cho phép khi cân đong thành phần của bê tông 76

Bảng 3.12: Thời gian trộn hỗn hợp bê tông (phút) 76

Bảng 3.13: Góc nghiêng giới hạn của băng chuyền (độ) 78

Bảng 3.14: Thời gian bảo dưỡng ẩm ( trích TCXDVN 391:2007) 82

ĐBSH Đồng bằng sông Hồng

BT & BTCT Bê tông và bê tông cốt thép

MỞ ĐẦU

Biến đổi khí hậu đang làm cho các đại dương ấm lên Theo quan trắc trong thời gian từ năm 1961 đến năm 2003 nhiệt độ đại dương toàn cầu tăng bình quân 0,10o

C, trong đó tốc độ tăng trong thập kỷ từ 1993 đến 2003 cao hơn mức bình quân Nhiệt độ tăng làm cho tăng dung tích nước vốn có của các đại dương đồng thời làm cho băng tan từ các vùng cực Bắc và Nam cực, từ các khối băng tiềm tàng trên các núi cao Hệ quả của hiện tượng này bao gồm rất nhiều các vấn đề liên quan đến sự thay đổi của các dòng hải lưu, thay đổi sinh hóa của đại dương, độ mặn, hệ sinh thái và nước biển dâng Kết quả quan trắc bằng thiết bị vệ tinh cho thấy trong thập niên 1993-2003 tốc độ nước biển dâng bình quân khoảng 3,1±0,7 mm/năm Theo báo cáo của IPCC, 2007 với kịch bản biến đổi khí hậu A1B mực nước biển dâng vào năm 2090 so với năm 1990 bình quân từ 22 đến 44 cm, với tốc độ khoảng 4mm/năm

Ở Việt Nam, ước tính sẽ có 1/5 diện tích bị ngập mặn nếu mực nước biển dâng lên 1m Những vùng sẽ bị chịu ảnh hưởng mạnh của nước biển dâng là vùng đồng bằng sông Cửu Long, đồng bằng châu thổ Sông Hồng và dải đồng bằng ven biển Miền Trung Diện tích ngập lụt là 40.000 km2 , 1.700Km2 vùng đất ngập nước cũng

bị đe dọa và 17 triệu người cùng gánh chịu hậu quả của lũ lụt, kéo theo những thảm họa như mặn xâm nhập sâu vào trong lòng đất, mưa cực đoan dẫn tới tình trạng thiếu nước ngọt, mất mùa liên tục xảy ra đe dọa đến vấn đề an ninh lương thực quốc gia

Thái Bình nói riêng, là tỉnh có trên 50 km bờ biển đáp ứng nhu cầu nuôi trồng thủy sản, sản xuất muối và du lịch biển Hàng năm, toàn tỉnh Thái Bình vẫn còn khoảng 10-20 nghìn ha vụ xuân bị hạn thường xuyên do mực nước nguồn xuống thấp, lưu lượng qua các cống tưới giảm nhiều so với thiết kế Vụ xuân các năm

1994, 2004, 2005, 2007, 2008 mực nước trên sông Hồng xuống rất thấp, mặn xâm nhập sâu, toàn tỉnh có khoảng 30 nghìn ha khó khăn về nguồn nước tưới nhất là giai đoạn đổ ải chưa kể diện tích nuôi trồng thủy sản ven biển khoảng 10.000 ha Hiện

nay, quá trình nhiễm mặn vào những khu vực nội đồng đã có những ảnh hưởng to lớn thấy rõ đến đời sống, sản xuất của người dân địa phương Các hiện tượng như

sự nhiễm mặn các giếng nước ăn, làm chết cây cối trong vườn, làm giảm năng suất lúa, hoa màu , điển hình ở xã Thái Đô, Thái Thượng, Thái Ninh huyện Thái Thụy

và xã Nam Cường huyện Tiền Hải và một số nơi khác đã thể hiện mức độ lan rộng

và tác động theo chiều hướng tiêu cực của quá trình nhiễm mặn vào nội đồng Mặt khác, nhiều công trình cửa sông, ven biển xuống cấp nghiêm trọng do sự tác động của nước mặn, sóng biển dẫn đến xói lở, hư hỏng nặng

Trước thực trạng nêu trên, vấn đề: Nghiên cứu đánh giá thực trạng vận hành

từ đó đề xuất giải pháp quản lý chất lượng xây dựng công trình ngăn mặn vùng triều “ cống Trà Linh I" Thái Thụy - Thái Bình Là vấn đề rất quan trọng và thiết

thực nhằm xây dựng các giải pháp quản lý chất lượng để vừa có thể tiếp tục phát triển các nghành sản xuất kinh tế mũi nhọn của địa phương với hiệu quả kinh tế cao, đồng thời khắc phục, hạn chế các tác động tiêu cực của quá trình nhiễm mặn cũng như để đảm bảo được sự phát triển bền vững chung của cả vùng lãnh thổ rộng lớn ven biển tỉnh Thái Bình

2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu:

Phân tích nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng của cống vùng triều để có giải pháp chủ động phòng ngừa, quản lý chất lượng công trình trong giai đoạn thiết kế, thi công

3.Nội dung của luận văn:

Phân tích nguyên nhân sự cố và đánh giá chất lượng các công trình ngăn mặn

vùng ven biển

Quản lý chất lượng công tác tư vấn thiết kế và thi công cống vùng triều để bảo

đảm chất lượng các cống vùng triều

4 Phương pháp nghiên cứu:

Luận văn chủ yếu sử dụng kết hợp các phương pháp:

- Phương pháp nghiên cứu tổng quan;

- Phương pháp thu thập phân tích tài liệu;

- Phương pháp chuyên gia, hội thảo;

- Phương pháp quan sát trực tiếp;

- Phương pháp nhân quả;

- Phương pháp kế thừa những kết quả đã tổng kết, nghiên cứu

5 Các kết quả dự kiến đạt được:

Hệ thống được các nguyên nhân gây ra sự cố, hư hỏng các công trình ngăn mặn vùng triều

Đề xuất các giải pháp quản lý và áp dụng tiến bộ khoa học trong công tác khảo sát, thiết kế và thi công các cống vùng triều

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG TRÌNH VEN BIỂN

1.1 CÁC CÔNG TRÌNH VÙNG TRIỀU ĐƯỢC XÂY DỰNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

1.1.1 Các công trình vùng triều trên Thế Giới:

Hiện nay một số quốc gia phát triển trên thế giới đã xây dựng nhiều công trình cống ngăn triều với quy mô lớn và kiến trúc kỳ diệu trong lĩnh vực xây dựng công trình thủy Đi đầu trong lĩnh vực này phải kể đến các nước Anh, Hà Lan, Phần Lan… Các công trình này ngoài tác dụng ngăn triều chống xâm nhập mặn, chống ngập lụt còn có tác dụng ngăn mối đe dọa của sóng biển khi bão đồng thời cũng là các điểm thăm quan lý tưởng của khách du lịch Một số công trình cống ngăn triều thi công trực tiếp trên lòng sông lớn với các giải pháp công nghệ xây dựng chống ăn mòn, phá hủy BT&BTCT đã được các nước tiên tiến xây dựng phát huy hiệu quả cao, có thể điểm qua một số công trình sau:

1.1.1.1 Công trình ngăn sông Thames (Anh):

Những năm trước đây, Thủ đô Luân Đôn thường xuyên bị thủy triều đe dọa Theo chu kì, nước do gió và sóng tràn từ sông Thames làm ngập nhiều khu phố, gây nhiễm mặn nhiều vùng thuộc nước Anh ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái và

đe dọa tính mạng người dân trong vùng Gía trị thiệt hại ước tính lên tới 30 tỷ bảng Anh Chính vì vậy, quyết định xây dựng công trình bảo vệ London trước tai họa ngập lụt đã được chính quyền thành phố đưa ra năm 1972

Công trình ngăn sông Thames rộng 520m Gồm có 10 khoang cửa: 4 cửa lớn và

6 cửa nhỏ Khoang lớn có chiều rộng 61m, cao 20m, tổng trọng lượng 3.700 tấn Có khả năng chịu được tải trọng tác dụng 9.000 tấn Các khoag thông nước được lắp đặt cửa van bằng thép hình bán cầu Tổ hợp công trình trị giá nửa tỷ bảng Anh được hoàn thành vào năm 1984 Ngoài chức năng chính bảo vệ thành phố trước thiên tai, Thames Barrier còn là một điểm tham quan lý tưởng của mọi người trên khắp thế giới với gần 70.000 du khách mỗi năm

1.1.1.2 Công trình chắn sóng bão nước biển dâng hạ lưu đông schelde (Hà Lan):

Sau thảm họa ngập lụt năm 1953 một dự án delta được ra đời và đi vào hiện thực nhằm bảo vệ những vùng đát thấp của Hà Lan khỏi ngập lụt do nước thủy triều dâng cao Tổ hợp công trình cống ngăn triều gồm 65 trụ bê tông đồ sộ, mỗi trụ có kích thước 25×50 m, giữa các trụ này lắp đặt các của van phẳng bằng thép với chế độ vận hành bằng pitông thủy lực Tổng cộng 62 cửa với tổng chiều dài của chúng lên đến 2800m Trong điều kiện bình thường tổ hợp công trình được mở, cửa van sẽ được đóng lại khi có dự báo mực nước biển Bắc dâng cao hơn 300 cm so với mực nước biển trung bình Điều này xảy ra khoảng 1 lần trong năm Công trình còn được đóng trong các trường hợp xảy ra sự cố tràn dầu hoặc nhiều tảng băng trôi dạt vào

1.1.1.3 Tổ hợp công trình ngăn triều ở Saint Petersburg ( Phần Lan):

Công trình tháo nước B1-B6 được xây dựng với mục tiêu làm giảm tối đa ảnh hưởng của tổ hợp công trình chống ngập lên chế độ thủy văn và môi trường vùng cửa sông neva và vùng phía đông vịnh Phần Lan Mỗi công trình tháo nước có từ 10 đến 12 khoang, mỗi khoang rộng 24m, độ sâu nước từ 2,5 đến 5m tất cả được đóng

mở bằng cửa van cung

Các tuyến đê bảo vệ có nhiệm vụ bảo vệ thành phố khỏi bị ngập lụt do thủy triều

và bão, đồng thời thiết lập tuyến giao thông đường bộ theo tuyến công trình Tổng chiều dài con đê là 23,4km, trong đó tường chắn sóng cao hơn mực nước biển là 8m

1.1.1.4 Công trình chắn sóng Maeslandt (Hà Lan):

Đây là công trình có kết cấu động lớn nhất hành tinh hiện nay, công trình được thiết kế như một lá chắn bảo vệ vùng ven biển trước bão mạnh ở Rotterdam Hai cánh cửa hình quạt chắn trọn tuyến luồng tầu có chiều dài gần 300m rộng 210m và cao 22m, trọng lượng gần 5.500 tấn Tuyến luồng tầu tại vị trí công trình rộng 360m và sâu 17m

Những công trình ngăn triều tại một số nước tiên tiến trên thế giới đã nêu trên có thể nói là những nhân kiệt tác của loại về ứng dụng khoa học công nghệ vào công cuộc chế ngự thiên nhiên, thiên tai Các công trình này có tính bền vững, an toàn, lâu dài, đẹp thu hút sự chiêm ngưỡng của nhiều du khách trên thế giới

1.1.2 Các công trình vùng triều ở Việt Nam:

1.1.2.1 Cống qua đê biển Hải Phòng:

Cống dưới đê biển Hải Phòng được xây dựng bằng BTCT Sau một thời gian sử dụng trong điều kiện môi trường không khí và nước biển, toàn bộ các hệ cột bị bong bục từng mảng dọc theo các thanh cốt thép, nhiều khu vực không còn lớp bê tông bảo vệ Cốt thép cột bị lộ ra ngoài và bị ăn mòn phá hủy rất nặng, tiết diện giảm 40 – 60%, nhiều chỗ bị đứt hẳn (Xem hình 1.1)

Hình 1.1: Ăn mòn BTCT cống qua đê biển Hải Phòng

1.1.2.2 Cầu Diễn Kim huyện Diễn Châu - Nghệ An:

Là cây cầu huyết mạch nối hai xã Diễn Bích và Diễn Kim (huyện Diễn Châu), mấy năm gần đây, cây cầu này xuống cấp trầm trọng khiến người dân lo lắng, bất

an Cầu được làm bằng sắt, BTCT, trụ vĩnh cửu Làm việc trong môi trường nước mặn cùng với thời gian đã khiến cho công trình bị ăn mòn, phá hủy xuống cấp nặng

nề Các dầm sắt bong gỉ, xuống cấp Phía trên thành cầu hai dãy lan can bằng bê tông cốt thép đều bị bong tróc, trơ cốt thép bị han gỉ, phá hủy nặng Một đầu mố cầu

có dấu hiệu sụt lún cơ quan chức năng đã phải gia cố bằng các rọ đá (Xem hình 1.2)

Hình 1.2: Ăn mòn và phá hủy BTCT cầu Diễn Kim – Nghệ An

1.1.2.3 Cảng Cửa Cấm – Hải Phòng cách biển 25km [14]:

Qua kết quả khảo sát năm 2001 sau 30 năm sử dụng, cảng Cửa Cấm – Hải Phòng

đã xuất hiện những hiện tượng hư hỏng do ăn mòn, phá hủy BTCT trên nhiều bộ

phận công trình như:

Ở vùng ngập nước biển: Bê tông bị hà bám, chưa nứt (R≈300 daN/cm2), hàm

lượng Cl-: 0,66 – 3,96 kg/m3BT; pH: 11,81 – 12,06; hàm lượng SO3: 0,14 – 0,23%

so với BT Cốt thép chứ bị gỉ

Ở vùng nước biển lên xuống, sóng táp: Bê tông bị hà bám, nứt, bong bục từng

mảng (R= 275-290 daN/cm2); chiều dày lớp bảo vệ 12 – 30mm; hàm lượng Cl-:0,66

– 5,4 kg/m3BT; pH: 11,36 – 11,71; hàm lượng SO3: 0,14 – 0,22% so với bê tông

Cốt thép bị gỉ từ trung bình đến rất nặng, tiết diện giảm đến 50%, thép đai nhiều chỗ

bị đứt hẳn

Ở vùng khí quyển trên mặt nước biển và ven biển: Bê tông bị nứt, bong bục

từng mảng rất nặng tập trung chủ yếu ở bụng dầm (R = 210 – 300 daN/cm2) Hàm

lượng Cl-:0,2-4,5 kg/m3BT; pH: 11,26 – 12,08 Cốt thép bị gỉ (ăn mòn) từ trung

bình đến rất nặng, có chỗ tiết diện giảm tới 75%, xảy ra mạnh nhất ở các bụng dầm

(Xem Hình 1.3)

Hình 1.3: Ăn mòn, phá hủy BTCT cảng Cửa Cấm – Hải Phòng

1.1.2.4 Cảng Thương Vụ - Vũng Tàu [14]:

Qua kết quả khảo sát năm 2001 sau 15 năm sử dụng, cảng Cửa Thương Vụ - Vũng Tàu đã xuất hiện những hiện tượng hư hỏng do ăn mòn, phá hủy BTCT trên nhiều bộ phận công trình như:

Ở vùng ngập nước biển: Bê tông bị hà bám, chưa nứt (R≈ 290-350 daN/cm2), hàm lượng Cl-: 0,3 – 3,1 kg/m3BT; pH: 12,24 – 12,49; hàm lượng SO3: 0,08 – 0,21% so với BT Cốt thép chưa bị gỉ

Ở vùng nước biển lên xuống, sóng táp: Bê tông bị hà bám, nứt, bong bục từng

mảng (R= 290-380 daN/cm2); hàm lượng Cl-:0,3 – 2,5 kg/m3BT; pH: 12,42 – 12,49 Cốt thép bị gỉ từ trung bình đến rất nặng, tiết diện giảm đến 20%

Ở vùng khí quyển trên mặt nước biển và ven biển: Bê tông bị nứt, bong bục

từng mảng rất nặng nhiều khu vực không còn lớp bê tông bảo vệ tập trung chủ yếu

ở bụng dầm (R = 290 – 400 daN/cm2

), chiều dày lớp bảo vệ: 25 – 68mm Hàm lượng Cl-:0,4-2,6 kg/m3BT; pH: 12,32 – 14,48 Cốt thép bị gỉ (ăn mòn) từ trung bình đến rất nặng, có chỗ tiết diện giảm tới 45%, nhiều thép đai bị đứt hẳn (Xem hình 1.4)

Hình 1.4: Ăn mòn BTCT cảng Thương Vụ–Vũng Tàu

1.1.2.5 Cầu cảng Hòn Gai – Quảng Ninh [14]:

Qua kết quả khảo sát năm 2001 với niên hạn 100 năm, cầu cảng Hòn Gai – Quảng Ninh đã xuất hiện những hiện tượng hư hỏng do ăn mòn, phá hủy BTCT trên nhiều bộ phận công trình như:

Ở vùng ngập nước biển: Bê tông bị hà bám dày, chưa nứt (R≈ 420-580

daN/cm2), hàm lượng Cl-: 5,6 – 11,9 kg/m3BT; pH: 11,13 – 11,9; hàm lượng SO3: 0,08 – 0,21% so với BT Cốt thép chớm gỉ nhẹ

Ở vùng nước biển lên xuống, sóng táp: Bê tông bị hà bám, nứt, bong bục từng

mảng (R= 340-560 daN/cm2); hàm lượng Cl-: 5,4 – 9,2 kg/m3BT; pH: 10,16 – 11,23 Hàm lượng SO3 :0,1 – 0,36% so với BT.Cốt thép cột, giằng bị gỉ rất nặng nhiều chỗ bị đứt hẳn

Ở vùng khí quyển trên mặt nước biển và ven biển: Bê tông bị nứt, bong bục

từng mảng rất nặng nhiều khu vực không còn lớp bê tông bảo vệ tập trung chủ yếu

ở bụng dầm (R = 180 – 370 daN/cm2), chiều dày lớp bảo vệ: 40 – 59mm Hàm lượng Cl-: 7,2-13,2 kg/m3BT; pH: 10,02 – 11,23 Cốt thép cột, giằng, dầm bị gỉ (ăn

mòn) rất nặng, có chỗ tiết diện giảm từ 40-80%, nhiều thép đai bị đứt hẳn (Xem hình 1.5)

Hình 1.5: Ăn mòn BTCT cầu cảng Hòn Gai – Quảng Ninh

Qua một số công trình điển hình nêu trên, có thể thấy hầu hết các công trình (như

cầu cảng, đê, kè, cống…) tại vùng biển Việt Nam, tác động xâm thực do môi trường

biển là rất mạnh dẫn đến ăn mòn và phá huỷ công trình Mức độ ăn mòn phụ thuộc

vào vị trí và điều kiện làm việc của công trình Với đặc thù khí hậu nóng, ẩm, mưa

bão nhiều kết hợp với triều cường thì mức độ ăn mòn BT&BTCT sẽ nhanh hơn,

tuổi thọ công trình sẽ giảm đi đáng kể Vì vậy cần phải các biện pháp công nghệ xây

dựng đồng thời phân tích xác lập các điều kiện kỹ thuật để quản lý chất lượng xây

dựng công trình nhằm nâng cao khả năng làm việc, đảm bảo chất lượng và tuổi thọ

dài lâu cho công trình vùng biển

1.2 AN TOÀN TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ, KHAI THÁC VẬN HÀNH

CỐNG NGĂN MẶN VÙNG TRIỀU [12]:

1.2.1 Đối với công trình:

1.2.1.1 Nguyên tắc vận hành:

Các cống chỉ được vận hành theo đúng nhiệm vụ thiết kế đã định như: Lưu

lượng tối đa, mực nước cao nhất cho phép khi mở cống, tốc độ nước chảy tối đa, độ

chênh lệch mực nước tối đa phải giữ khi đóng cống, mực nước cho phép phương tiện giao thông thủy đi lại…;

Trong trường hợp phải sử dụng cống với các chỉ tiêu cao hơn chỉ tiêu thiết kế thì

cơ quan quản lý phải tiến hành tính toán kiểm tra, có ý kiến cơ quan thiết kế chấp thuận và cấp ban hành qui trình chuẩn y mới được cho công trình làm việc theo các chỉ tiêu cao hơn;

Đơn vị, cá nhân được giao nhiệm vụ quản lý vận hành cống có quyền hạn và trách nhiệm quản lý sử dụng cống theo quy trình kỹ thuật đã được ban hành;

Các cá nhân hoặc cơ quan khác không được ra lệnh hoặc tự ý đóng hoặc mở cống;

Trong quá trình sử dụng cống nếu xảy ra sự cố, người quản lý phải tìm mọi biện pháp xử lý và báo cáo khẩn cấp lên cấp trên để trực tiếp tìm biện pháp giải quyết

1.2.1.2 Vận hành khi cống đang mở:

Khi cống đang mở, nếu quan trắc thấy một trong các yếu tố thủy lực vượt quá giới hạn thiết kế, người quản lý phải điều chỉnh độ mở cửa cống để công trình làm việc đúng theo chỉ tiêu thiết kế;

Nếu thấy mực nước trước cống có khả năng lên quá giới hạn cho phép thì người quản lý phải đóng cống lại trước khi mép nước lên đến giới hạn đó, và báo cáo lên cấp trên trực tiếp của mình;

Trong quá trình mở cống phải theo dõi tình hình thủy lực nước chảy qua cống để điều chỉnh độ mở các cửa cống sao cho nước chảy qua cống thuận dòng, tập trung vào giữa, giảm nhẹ ở hai bên bờ kênh

1.2.1.3 Thao tác đóng mở cống:

- Đóng mở từ từ và từng đợt;

- Đóng mở cửa từng đợt phải được tính toán và quy định trong quá trình quản

lý vận hành cống đó;

- Với cống có nhiều cửa, phải đóng mở theo nguyên tắc đối xứng hoặc đồng

thời;

- Khi mở cống: đối xứng từ giữa ra hai bên;

- Khi đóng cống: đối xứng từ ngoài vào giữa;

- Đối với các cửa cống có từ hai hàng cánh van trở lên (đối với mỗi cửa) khi

mở phải mở lần lượng theo thứ tự cánh trên trước, cánh dưới sau, khi đóng thì thao

tác theo thứ tự ngược lại cánh dưới trước cánh trên sau;

- Với các cống vừa là âu thuyền hoặc cống có cửa âu thuyền thì tùy theo bố trí

cụ thể của công trình và các chỉ tiêu thiết kế mà lập quy trình vận hành riêng cho

cửa âu;

- Khi đóng hoặc mở cống, nếu độ chênh lệch mực nước trước và sau cống nhỏ

hơn 10cm thì có thể đóng mở một đợt và không cần theo nguyên tắc đối xứng 1.2.1.4 Sử dụng thiết bị đóng mở cống:

Tùy từng loại, phải có quy trình vận hành riêng (nằm trong quy trình vận hành cống) Tất cả các thiết bị đóng mở phải tuân theo các quy định sau:

- Tại mỗi máy đóng mở phải đánh dấu chiều quay đóng hoặc mở cửa cống;

- Các thiết bị đóng mở cửa cống vận hành bằng điện phải có công tắc hành trình và rơle bảo vệ;

- Các thiết bị đóng mở phải được vận hành với tốc độ lực kéo nằm trong giới hạn của nhà máy chế tạo quy định;

- Khi đóng hoặc mở cống gần đến giới hạn thì dừng lại, giảm tốc độ quay máy

để khi cửa cống đến điểm dừng thì tốc độ giảm tới số 0;

- Với cửa cống đóng mở bằng tời cáp, xích thì tuyệt đối không được thả máy cho cửa cống rơi tự do;

- Khi đóng hoặc mở cống bằng thủ công phải dùng lực đều, không được dùng lực quá lớn, để đóng mở cưỡng bức Trong quá trình đóng mở nếu thấy lực đóng

mở tăng hay giảm đột ngột phải dừng lại, kiểm tra và xử lý rồi mới tiếp tục đóng

mở

1.2.1.5 Công tác khác:

- Cầu công tác, dàn van cao hơn 1 m phải có lan can;

- Cầu thang lên xuống phải có tay vịn;

- Các bậc lên xuống để kiểm tra thường xuyên dưới nước phải xây bằng gạch,

đá;

- Ở các cống có đối trọng để giảm nhẹ lực kéo của van thì phải thiết kế bộ

phận móc, đỡ đối trọng, không để cáp phải làm việc thường xuyên liên tục;

Trước khi bão đến các cửa cống phải được đóng kín hoặc hạ xuống vị trí thấp nhất

1.2.2 Đối với người quản lý vận hành:

- Phải có đầy đủ trang thiết bị bảo hộ lao động (tùy theo loại công việc) theo

chế độ hiện hành;

- Không được bố trí công nhân có các bệnh tim mạch, thần kinh làm việc ở

trên cao hoặc dưới nước;

- Công nhân làm việc trên dàn công tác khi có bão phải đeo dây an toàn;

- Công nhân làm việc dưới nước phải biết bơi và có phao bơi;

- Các công nhân vận hành phải được đào tạo và cấp chứng chỉ theo quy định;

Các quy chế bảo đảm an toàn lao động trong công tác sửa chữa thực hiện theo quy phạm an toàn trong xây dựng;

Tại các cống sử dụng các thiết bị điện để đóng mở cửa van thì khi quản lý vận hành phải chấp hành quy phạm an toàn sử dụng vận hành các thiết bị điện

1.3 AN TOÀN CÁC CỐNG VÙNG TRIỀU LIÊN QUAN ĐẾN CÔNG TÁC KHẢO SÁT THIẾT KẾ, THI CÔNG [7] [8] [11]:

1.3.1 Đối với công tác thiết kế:

1.3.1.1 Yêu cầu về thiết kế thủy công [7]:

Tính toán kết cấu ngoài việc được thực hiện theo các tiêu chuẩn thiết kế hiện hành: TCVN 5574:1991, TCVN 4116:1985, TCVN 2737:1995 hoặc các tiêu chuẩn quy phạm chuyên ngành khác, đồng thời phải áp dụng bổ sung các biện pháp chống

ăn mòn như sau:

Yêu cầu tối thiểu về mác bê tông, độ chống thấm của bê tông, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, bề rộng khe nứt giới hạn và cấu tạo kiến trúc bề mặt của kết cấu công trình (Xem bảng 1.1);

Bảng 1 1: Các yêu cầu tối thiểu về thiết kế bảo vệ kết cấu chống ăn mòn trong

môi trường biển “ Trích từ TCXDVN 327:2004”

Kết cấu làm việc trong vùng

Trên mặt nước Trên bờ,

0¸1 km cách mép nước

Gần bờ, 1¸30 km cách mép nước

Kết cấu làm việc trong vùng

Trên mặt nước Trên bờ,

0¸1 km cách mép nước

Gần bờ, 1¸30 km cách mép nước

3 Chiều dày lớp bê

5 Cấu tạo kiến trúc - Bề mặt kết cấu phẳng, không gây đọng nước, không gây tích tụ ẩm và bụi,

- Hạn chế sử dụng kết cấu BTCT dạng thanh mảnh (chớp, lan can chăn nắng),

- Có khả năng tiếp cận tới mọi vị trí để kiểm tra, sửa chữa

Chú thích:

(1) Đối với kết cấu bê tông không có cốt thép ở vùng khí quyển biển không bắt

buộc thực hiện yêu cầu về mác bê tông theo Bảng 1.1;

(2) Đối với kết cấu bê tông không có cốt thép ở vùng khí quyển biển không bắt buộc thực hiện yêu cầu về độ chống thấm nước theo Bảng 1.1;

(3) Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép được tính bằng khoảng cách gần nhất từ mặt ngoài kết cấu tới mặt ngoài cốt thép đai

(4) Kết cấu trong đất ở vùng ngập nước và vùng nước lên xuống được bảo vệ tương

tự như kết cấu trong vùng ngập nước

(5) Bề rộng khe nứt giới hạn cho trong bảng ứng với tác dụng của toàn bộ tải trọng,

kể cả dài hạn và ngắn hạn Đối với k ết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước không cho phép xuất hiện vết nứt

Các kết cấu thi công bằng phương pháp đổ bê tông dưới nước (cọc nhồi, đài móng) phải tăng 20 mm chiều dày bảo vệ so với yêu cầu tối thiểu ghi ở Bảng 1.1 Mối nối hàn các cọc đóng cần được bảo vệ bằng 3 lớp bitum nóng mác III hoặc IV; Đối với các kết cấu khó cấu tạo được chiều dày lớp bảo vệ cốt thép theo yêu cầu

ở Bảng 1.1, thì có thể dùng chiều dày nhỏ hơn kết hợp áp dụng một trong các biện pháp bảo vệ hỗ trợ như sau:

Bảo vệ thêm mặt ngoài kết cấu bằng một lớp bê tông phun khô hoặc một lớp vữa trát chống thấm (hoặc kết hợp cả 2 lớp) có mác tương đương mác bê tông kết cấu và chiều dày bằng tổng chiều dày bê tông bảo vệ còn thiếu;

Bảo vệ thêm cốt thép bằng lớp sơn phủ chống ăn mòn, sử dụng chất ức chế ăn mòn kết hợp sơn chống thấm mặt ngoài kết cấu, hoặc bằng phương pháp catốt Các phương pháp bảo vệ này được áp dụng theo chỉ dẫn riêng;

Trong mọi trường hợp không thiết kế chiều dày lớp bê tông bảo vệ nhỏ hơn 30

mm đối với kết cấu bề mặt trực diện với hơi nước biển hoặc nước biển và nhỏ hơn

20 mm đối với kết cấu nằm trong nhà;

Đối với cáp ứng suất trước đặt trong kết cấu, ngoài việc được bảo vệ bằng lớp

bê tông theo quy định ở Bảng 1.1, cần phải bơm chèn vữa xi măng không co ngót

và không tách nước với mác tối thiểu 40 MPa vào trong ống luồn cáp Cáp ứng suất trước đặt ngoài kết cấu được bảo vệ bằng dầu trong ống luồn cáp theo chỉ dẫn riêng; Đối với các kết cấu trong vùng ngập nước và nước lên xuống có yêu cầu niên hạn sử dụng trên 50 năm (tới 100 năm) thì ngoài việc phải thực hiện quy định ở

Bảng 1.1 còn phải áp dụng thêm một trong các biện pháp bảo vệ hỗ trợ với mức tối thiểu như sau:

Tăng mác bê tông thêm 10 MPa, tăng độ chống thấm thêm một cấp (2 atm) và tăng thêm 20 mm chiều dày lớp bê tông bảo vệ so với quy định ở Bảng 1.1;

Tăng cường bảo vệ mặt ngoài kết cấu bằng một lớp bê tông phun khô có mác bằng bê tông kết cấu dày 30 mm hoặc một lớp bê tông phun khô có mác cao hơn bê tông kết cấu 10 MPa với chiều dày tối thiểu 20 mm;

Tăng cường bảo vệ trực tiếp cốt thép bằng phương pháp catot (theo chỉ dẫn riêng);

Đối với các kết cấu trong vùng khí quyển trên mặt nước, trên bờ và gần bờ có yêu cầu niên hạn sử dụng trên 50 năm (tới 100 năm) thì ngoài việc phải thực hiện quy định ở Bảng 1.1 còn phải áp dụng thêm một trong các biện pháp bảo vệ hỗ trợ như sau:

Tăng mác bê tông thêm 10 MPa và độ chống thấm thêm một cấp hoặc tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ thêm 20 mm;

Tăng cường bảo vệ mặt ngoài kết cấu bằng một lớp bê tông phun khô có mác bằng bê tông kết cấu dày tối thiểu 15 mm;

Tăng cường thêm lớp sơn chống ăn mòn phủ mặt cốt thép trước khi đổ bê tông (chất liệu và quy trình sơn phủ cốt thép theo quy định riêng);

Quét sơn chống thấm bề mặt kết cấu, dùng chất ức chế ăn mòn cốt thép hoặc bảo vệ trực tiếp cốt thép bằng phương pháp bảo vệ catốt theo EN 12696:2000

1.3.1.2 Yêu cầu về vật liệu [7]:

Vật liệu để chế tạo bê tông chống ăn mòn cần phải đảm bảo yêu cầu kỹ thuật theo các TCVN hiện hành và một số yêu cầu bổ sung quy định ở Bảng 1.2;

Bảng 1 2: Yêu cầu kỹ thuật đối với vật liệu làm bê tông và bê tông cốt thép đạt tính năng chống ăn mòn trong môi trường biển “ Trích từ TCXDVN 327:2004”

TT Tên vật

1 Xi măng 1.1 Kết cấu trong vùng khí quyển:

- Pooclăng thường theo TCVN 2682:1999;

- Pooclăng hỗn hợp theo TCVN 6260:1997

1.2 Kết cấu trong vùng nước thay đổi:

- Pooclăng bền sunphat thường theo TCVN 6067:1995;

- Pooclăng hỗn hợp theo TCVN 6260:1997 (C3A clinke nên nhỏ hơn hoặc bằng 10%);

- Pooclăng thường theo TCVN 2682:1999 (C3A clinke nên nhỏ hơn hoặc bằng 10%);

1.3 Kết cấu trong vùng ngập nước:

- Pooclăng bền sunphat thường theo TCVN 6067:1995;

- Pooclăng hỗn hợp theo TCVN 6260:1997 (C3A clinke nên nhỏ hơn hoặc bằng 10%);

- Pooclăng thường theo TCVN 2682:1999 (C3A clinke nên nhỏ hơn hoặc bằng 10%);

2 Cát - Modun độ lớn lớn hơn hoặc bằng 2,0;

- Không gây phản ứng kiềm – silic, thử theo TCXDVN 238:1999;

- Lượng Cl- hoà tan nhỏ hơn hoặc bằng 0,05% khối lượng cát cho bê tông cốt thép thường, nhỏ hơn hoặc bằng 0,01% cho bê tông cốt thép ứng suất trước, thử theo TCXDVN 262:2001;

- Các chỉ tiêu khác theo TCVN 1770:1986

3 Đá (sỏi) - Đường kính hạt lớn nhất (Dmax ) nhỏ hơn hoặc bằng 40 mm cho bê

tông có chiều dày lớp bảo vệ lớn hơn 40 mm;

- Dmax nhỏ hơn hoặc bằng 20 mm cho bê tông có chiều dày lớp bảo

TT Tên vật

vệ nhỏ hơn hoặc bằng 40 mm;

- Không gây phản ứng kiềm – silic, thử theo TCXD 238:1999;

- Lượng Cl- hoà tan nhỏ hơn hoặc bằng 0,01% khối lượng cốt liệu lớn, thử theo TCXDVN 262:2001;

- Các chỉ tiêu khác theo TCVN 4506:1987

4.2 Kết cấu trong vùng nước thay đổi và ngập nước:

- Như 4.1 ở bảng này;

- Hàm lượng SO3 không vượt quá 1000mg/l;

- Tổng lượng muối hoà tan không vượt quá 2000mg/l

5 Cốt thép Cho mọi vùng xâm thực:

- Cốt thép thường loại C I, C II, C III theo TCVN 1651:1985;

- Cáp ứng suất trước theo TCVN 6284:1997 phần 1, 2, 3, 4;

- Khuyến khích dùng cốt thép hợp kim có khả năng chống ăn mòn

6 Phụ gia Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà chỉ định sử dụng loại phụ gia phù

hợp (liều lượng, qui trinh sử dụng theo chỉ dẫn của người sản xuất) như sau:

Sử dụng phụ gia hoá dẻo, siêu dẻo khi cần tăng độ sụt của hỗn hợp

bê tông hoặc giảm tỷ lệ nước/ xi măng để tăng cường độ và độ

Sử dụng chất ức chế ăn mòn cốt thép (Ca(NO2)2 hoặc các dạng khác) khi cần hạn chế tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông ở vùng khí quyển biển

Chú thích:

Hàm lượng Cl - được khống chế riêng biệt cho từng loại vật liệu như qui định ở bảng 2 hoặc khống chế theo tổng khối lượng của chúng trong tất cả vật liệu làm bê tông như sau:

Hàm lượng Cl - hoà tan thử theo TCXDVN 262:2001 không vượt quá 0,6kg/m 3 đối với bê tông thường và 0,3kg/m 3 đối với bê tông ứng suất trước;

Lượng Cl - ghi trong bảng 2 không áp dụng cho vật liệu chế tạo kết cấu bê tông không có cốt thép (trừ trường hợp cần hạn chế loang lở trên bề mặt kết cấu)

Để đảm bảo đồng thời mác bê tông theo cường độ nén và độ chống thấm nước ở Bảng 1.1, thành phần bê tông cần được thiết kế theo "Chỉ dẫn kỹ thuật chọn thành phần bê tông các loại ban hành theo quyết định 778/1998/QĐ-BXD ngày 5/9/1998 Ngoài ra còn phải đảm bảo một số yêu cầu kỹ thuật sau đây:

Hàm lượng xi măng tối thiểu trong 1m3 bê tông ở trong vùng khí quyển và vùng ngập nước là 350kg/m3, trong vùng nước thay đổi là 400 kg/m3 Hàm lượng xi măng tối đa không vượt quá 500 kg/m3;

Hỗn hợp bê tông dùng loại có độ sụt thấp và không quá 8 cm Trường hợp phải dùng hỗn hợp bê tông có độ sụt cao để thực hiện công nghệ thi công đặc biệt (bơm

bê tông, đổ cọc nhồi ) thì sử dụng kết hợp với phụ gia dẻo hóa hoặc siêu dẻo; Đối với kết cấu có yêu cầu niên hạn sử dụng trên 50 năm (tới 100 năm) nằm trong vùng ngập nước và nước lên xuống, bê tông cần dùng xi măng pooclăng bền sunfat thường hoặc xi măng pooclăng thường kết hợp cùng các loại phụ gia khoáng hoạt tính cao ( silicafume, tro trấu )

1.3.2 Đối với công tác thi công [13]:

Công tác thi công các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển được thực hiện theo TCVN 4453:1995 và các quy phạm chuyên ngành khác Trong quá trình thi công ngoài các yêu cầu trên cần phải tuân thủ một số yêu cầu kỹ thuật như sau:

1.3.2.1 Bảo quản và lắp dựng cốt thép, lắp dựng ván khuôn:

Bảo quản cốt thép trong kho kín có mái che Không để cốt thép bị ướt nước mưa

và bị tác động trực tiếp của gió biển;

Việc lắp dựng cốt thép trên hiện trường cần phải làm nhanh Thời gian từ lúc bắt đầu lắp dựng cốt thép tới khi đổ bê tông không kéo dài quá 24h đối với kết cấu nằm

từ mép nước ra biển, không quá 48h đối với kết cấu ở trong phạm vi nhỏ hơn hoặc bằng 1km tính từ mép nước vào bờ Đối với các kết cấu khối lớn cần phân ra các phần nhỏ để lắp dựng xong cốt thép đến đâu đổ bê tông ngay đến đó Nếu thời gian lắp dựng cốt thép kéo dài hoặc trong thời gian lắp dựng bề mặt cốt thép bị gỉ thì phải làm sạch gỉ trước khi đổ bê tông;

Hình 1 6: Cách đặt các con kê “ Trích từ TCXDVN 327:2004”

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ được tạo bằng các con kê Con kê được chế tạo từ

bê tông hạt nhỏ (Dmax = 10 mm), có mác và độ chống thấm nước tương đương với

bê tông kết cấu Kích thước con kê bằng 40 mm x 40 mm tới 50 mm x 50 mm và chiều dày bằng chiều dày lớp bê tông bảo vệ yêu cầu với sai số ± 5 mm Đối với kết cấu cột, dầm con kê được đặt tại các nút thép đai và thép chủ, tỳ vào thép đai Đối với kết cấu sàn, tường con kê được đặt tại nút ngang của lưới cốt thép và tỳ vào mặt ngoài của sợi thép gần nhất với ván khuôn Con kê được bố trí cách nhau khoảng từ

40 đến 50 lần đường kính cốt thép chủ Cách lắp đặt con kê được minh họa ở Hình 1.6 Trước khi đổ bê tông cần phải phun nước làm ẩm các con kê;

Ván khuôn ngoài việc phải được thiết kế và lắp dựng chắc chắn, không bị sụp đổ hoặc biến dạng trong quá trình thi công dưới tác động của tải trọng còn cần đảm bảo yêu cầu bổ sung sau:

Không dùng cốt thép chịu lực làm điểm tựa để gông ván khuôn;

Trong trường hợp sử dụng bulông xuyên qua kết cấu để gông ván khuôn thì bu lông phải được đặt trong ống nhựa để rút ra khỏi kết cấu sau khi đổ Nếu các bulong này để lại trong bê tông thì phải cắt bỏ hai đầu bulông, đục sâu vào bê tông và phục hồi lại lớp bảo vệ (Xem hình 1.7)

Hình 1 7: Phục hồi lớp BT bảo vệ ở các đầu bu lông gông ván khuôn

“ Trích từ TCXDVN 327:2004”

Chú dẫn: 1) Bulông 2) Ván khuôn 3) Cắt bỏ đầu bu lông

4) Phục hồi lớp bảo vệ bằng vữa xi măng mác cao

1.3.2.2.Thi công bê tông [13]:

Thực hiện nghiêm ngặt các quy định thi công theo TCVN 4453:1995, ngoài ra phải tuân thủ các yêu cầu sau:

Xi măng, cát, đá cần được phân lô và bảo quản tránh tác động trực tiếp của nước biển Nếu cốt liệu được vận chuyển tới bằng đường biển hoặc lưu bãi lâu trên bờ biển thì trước khi trộn bê tông phải kiểm tra khống chế hàm lượng Cl- của cốt liệu theo yêu cầu ở bảng 1.2 Khi thay đổi nguồn khai thác cốt liệu nhất thiết phải kiểm tra lại các chỉ tiêu theo quy định ở Bảng 1.2;

Công tác sản xuất bê tông dùng cho các công trình ở vùng biển qui định như sau: Trường hợp bê tông được sản xuất và thi công bằng cơ giới hoàn toàn (trộn tại trạm, vận chuyển bằng bơm hoặc xe chuyên dùng, đổ và đầm hỗn hợp bê tông bằng máy) Bê tông tại trạm trộn phải có độ sụt phù hợp điều kiện thi công và cường độ tối thiểu không nhỏ hơn 1,15 lần giá trị mác bê tông qui định ở Bảng 1.1;

Trường hợp bê tông được sản xuất và thi công bằng thủ công kết hợp cơ giới (cân đong, vận chuyển và đổ thủ công, trộn và đầm bằng máy) Bê tông tại trạm trộn phải có độ sụt phù hợp điều kiện thi công và cường độ tối thiểu không nhỏ hơn 1,25 lần giá trị mác bê tông qui định ở Bảng 1.1;

Bê tông chỉ được coi là thi công đạt yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn khi các chỉ tiêu xác định trên các tổ mẫu đúc tại hiện trường và chiều dày lớp bê tông bảo vệ thực tế thoả mãn các yêu cầu qui định ở bảng 1.1;

Đối với kết cấu bê tông cốt thép được thi công tại chỗ trong vùng nước lên xuống cần phải có biện pháp che chắn để bề mặt kết cấu không bị ngấm nước biển trong vòng 3 ngày đầu Trong trường hợp không thực hiện được điều này thì cần tính toán thời gian đổ bê tông sao cho kết thúc công tác đổ bê tông tối thiểu 6 giờ trước khi nước thuỷ triều lên ngập kết cấu Ngoài ra trong trường hợp này cần áp dụng các biện pháp làm kín ván khuôn (lót ni lông) không để nước làm phân rã bê tông và tăng cường bảo vệ cốt thép bằng cách sơn phủ cốt thép trước khi đổ bê tông;

Bảo dưỡng bê tông được thực hiện theo TCVN 5592 : 1991 Không dùng nước biển hay nước lợ để bảo dưỡng bê tông cốt thép;

1.4 AN TOÀN CÁC CỐNG VÙNG TRIỀU TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU HIỆN NAY [1]:

1.4.1 Biến đổi khí hậu:

1.4.1.1 Tổng quan:

Biến đổi khí hậu là một trong những thách thức lớn nhất đối với nhân loại trong thế kỷ 21 Biến đổi khí hậu sẽ tác động nghiêm trọng đến sản xuất, đời sống và môi trường trên phạm vi toàn thế giới Nhiệt độ tăng, mực nước biển dâng gây ngập lụt, gây nhiễm mặn nguồn nước, ảnh hưởng đến nông nghiệp, và gây rủi ro lớn đối với công nghiệp và các hệ thống kinh tế - xã hội trong tương lai Biến đổi khí hậu đã làm cho các thiên tai, đặc biệt là bão lũ, hạn hán ngày càng khốc liệt

1.4.1.2 Một số biểu hiện biến đổi khí hậu Việt Nam:

Ở Việt Nam, kết quả phân tích các số liệu khí hậu cho thấy biến đổi của các yếu

tố khí hậu có những điểm đáng lưu ý sau:

Nhiệt độ: Trong 50 năm qua (1958 - 2007), nhiệt độ trung bình năm ở Việt Nam

tăng lên khoảng 0,5oC đến 0,7oC Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn nhiệt độ mùa

hè và nhiệt độ ở các vùng khí hậu phía Bắc tăng nhanh hơn các vùng khí hậu phía Nam Nhiệt độ trung bình năm của thập kỷ 1991 - 2000 ở Hà Nội, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931 - 1940 lần lượt là 0,8; 0,4 và 0,6oC Năm 2007, nhiệt độ trung bình năm ở cả 3 nơi trên đều cao hơn trung bình của thập kỷ 1931 - 1940 là 0,8 - 1,3oC và cao hơn thập kỷ 1991 - 2000 là 0,4 - 0,5oC

Lượng mưa năm: Trên từng địa điểm, xu thế biến đổi của lượng mưa trung bình

năm trong 9 thập kỷ vừa qua (1911- 2000) không rõ rệt theo các thời kỳ và trên các vùng khác nhau: có giai đoạn tăng lên và có giai đoạn giảm xuống Lượng mưa năm giảm ở các vùng khí hậu phía Bắc và tăng ở các vùng khí hậu phía Nam Tính trung bình trong cả nước, lượng mưa năm trong 50 năm qua (1958-2007) đã giảm khoảng 2%

Mực nước biển dâng: Nếu mực nước biển dâng 0,75 ÷ 1,0m, ngoài 5 thành phố

lớn như đã nói ở trên sẽ bị ngập úng do triều thì hầu hết các thành phố ven biển khác sẽ bị ngập triều, đặc biệt là các ấp, xã ở ĐBSCL Về mùa lũ, vào những năm lũ lớn khoảng 90% diện tích của ĐBSCL sẽ bị ngập với thời gian khoảng 4 ÷ 5 tháng; Nước biển dâng làm mặn xâm nhập sâu vào nội địa, các cống hạ lưu ven sông

sẽ không có khả năng lấy nước ngọt vào đồng ruộng; vào mùa khô sẽ có khoảng trên 70% diện tích ĐBSCL sẽ bị xâm nhập mặn với nồng độ lớn hơn 4 g/l;

Vùng đồng bằng sông Hồng hiện có khoảng 55 hệ thống thủy nông, thủy lợi vừa đảm bảo tưới cho 765.000 ha (trong đó, tưới lúa mùa khoảng 580.000 ha, màu và cây công nghiệp dài ngày chiếm 7.000 ha), diện tích được tiêu khoảng 510.000 ha Tuy nhiên, các công trình tiêu nước vùng ven biển hiện nay hầu hết đều là các hệ thống tiêu tự chảy; khi mực nước biển dâng lên, việc tiêu tự chảy sẽ hết sức khó khăn, diện tích và thời gian ngập úng tăng lên tại nhiều khu vực;

Vùng miền trung khoảng 5.500 ha sẽ bị ngập, thời gian ngập lũ sẽ dài hơn, lũ đến sẽ khốc liệt hơn và dòng chảy sẽ suy giảm đáng kể;

1.4.1.3 Kịch bản biến đổi khí hậu ở Việt Nam:

Về nhiệt độ: Vào cuối thế kỷ 21, theo kịch bản trung bình, nhiệt độ trung bình

năm có thể tăng 2,6oC ở Tây Bắc, 2,5oC ở Đông Bắc, 2,4oC ở đồng bằng Bắc Bộ, 2,8oC ở Bắc Trung Bộ, 1,9oC ở Nam Trung Bộ, 1,6oC ở Tây Nguyên và 2,0oC ở Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980-1999

Về lượng mưa: Vào cuối thế kỷ 21, lượng mưa năm có thể tăng 7-8% ở Tây

Bắc, Đông Bắc, đồng bằng Bắc Bộ, Bắc Trung Bộ và từ 2 – 3% Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Nam Bộ so với trung bình thời kỳ 1980- 1999 Lượng mưa từ thời kỳ tháng 3 đến tháng 5 sẽ giảm từ 4-7% ở Tây Bắc, Đông Bắc và đồng bằng Bắc Bộ, khoảng 10% ở Bắc Trung Bộ, lượng mưa vào giữa mùa khô ở các vùng khí hậu phía nam có thể giảm tới 10 – 15% so với thời kỳ 1980-1999 Lượng mưa các tháng cao điểm của mùa mưa sẽ tăng từ 10 – 15% ở cả bốn vùng khí hậu phía Bắc và Nam Trung Bộ còn ở Tây Nguyên và Nam Bộ chỉ tăng trên dưới 1% Độ ẩm tương đối trung bình năm có khả năng giảm trên phạm vi cả nước trong các thời kỳ khác nhau của thế kỷ 21 với mức giảm phổ biến từ 3 đến 7% Khu vực Đông Bắc Bộ, Đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ là những nơi có độ ẩm tương đối trung bình năm giảm nhiều nhất

Về mực nước biển dâng: Vào cuối thế kỷ 21, theo kịch bản phát thải trung

bình, nước biển dâng cao nhất ở vùng từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ

62 đến 82cm, thấp nhất ở vùng Móng Cái trong khoảng từ 49 đến 64cm; trung bình toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 57 đến 73cm Theo kịch bản phát thải cao (A1FI), vào cuối thế kỷ 21, nước biển dâng cao nhất ở vùng từ Cà Mau đến Kiên Giang trong khoảng từ 85 đến 105cm, thấp nhất ở khu vực từ Móng Cái đến Hòn Dấu trong khoảng từ 66 đến 85cm; trung bình toàn Việt Nam, nước biển dâng trong khoảng từ 78 đến 95cm Nếu mực nước biển dâng 1m sẽ có 1.668 km2 đất thuộc đồng bằng sông Hồng bị ngập, 1.874.011 người bị ảnh hưởng 2.983 km2 đất

bị ngập.Tại vùng đồng bằng duyên hải Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ, mực nước biển dâng sẽ thu hẹp diện tích rừng ngập mặn, khả năng xói lở bờ biển tăng lên trực tiếp đe dọa các công trình giao thông, thủy lợi, xây dựng, công nghiệp và một số đô thị trên nhiều tuyến bờ biển.

Về tần suất bão và sức mạnh của bão: Theo báo cáo năm 2002 với tựa đề Báo

cáo đặc biệt về quản lý nguy cơ của các hiện tượng thái quá và các thảm họa để thúc đẩy hòa nhập với biến đổi khí hậu (gọi tắt là báo cáo SREX) thì bão ít hơn nhưng sẽ

dữ dội hơn trong tương lai Năm 2007, nhóm chuyên gia liên chính phủ về diễn biến khí hậu của LHQ đã sử dụng phương pháp mô hình hóa, sau đó kết luận các cơn bão trong tương lai có thể dữ dội hơn và mưa nhiều hơn Nguyên nhân do bề mặt đại dương nóng lên

1.4.2 An toàn cho các cống vùng triều trong điều kiện biến đổi khí hậu:

Tính toán các yếu tố: khí tượng, thủy văn, thủy lực, nguồn nước, có xét đến BĐKH theo các kịch bản, chú trọng đến các yếu tố cực đoan do BĐKH gây ra để làm cơ sở cho quy hoạch, thiết kế, thi công và quản lý các hệ thống cống vùng triều; Nghiên cứu đánh giá tác động của BĐKH đến hệ thống công trình thủy lợi và công trình ngăn mặn giữ ngọt, đặc biệt đối với những khu vực chịu nhiều ảnh hưởng như đồng bằng sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long và khu vực ven biển;

Áp dụng các tiến bộ kỹ thuật công nghệ và vật liệu mới, tiêu chuẩn, quy chuẩn

kỹ thuật phù hợp với điều kiện BĐKH, nước biển dâng;

Xây dựng, hoàn thiện, củng cố và nâng cấp: hệ thống đê sông, đê biển; hệ thống kênh mương nội đồng, công trình cống ngăn mặn giữ ngọt phù hợp với kịch bản BĐKH, nước biển dâng;

Rà soát hoàn thiện quy hoạch thủy lợi, quy trình quản lý, khai thác, vận hành công trình cống vùng triều nhằm sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nguồn nước, bảo đảm ngăn mặn, giữ ngọt cho khu vực phục vụ sản xuất nông nghiệp, đời sống dân sinh trong điều kiện BĐKH, nước biển dâng;

Tăng cường trồng, bảo vệ rừng phòng hộ ven biển, cây chắn sóng bảo vệ đê biển;

Xây dựng hệ thống quan trắc, kiểm tra, giám sát công trình thủy lợi nói chung cũng như cống vùng triều nói riêng , ưu tiên đầu tư trước tại các công trình trọng điểm để chủ động trong việc giám sát, đánh giá mức độ an toàn công trình;

Tuyên truyền, phổ biến kiến thức về biến đổi khí hậu, nâng cao khả năng thích ứng của người dân với các tác động của biến đổi khí hậu;

An toàn cho các công trình thủy lợi nói chung cũng như các cống vùng triều nói riêng trong tác động của BĐKH là một vấn đề cấp bách hiện nay Trong điều kiện biến đổi khí hậu, mưa lũ bất thường, các công trình thủy lợi nói chung có mức độ an toàn không cao Để từng bước nâng cao độ an toàn cho chúng cần phải thực hiện các nghiên cứu cụ thể đối với từng nhóm đề tài Đồng thời, nhà nước cần sớm hoàn chỉnh các tiêu chuẩn và chế tài đối với vấn đề an toàn công trình thủy lợi trong điều kiện BĐKH hiện nay, có chính sách đầu tư đúng hướng và nhất quán đối với sự nghiệp Thủy Lợi nói chung và công tác an toàn công trình thủy lợi nói riêng

CHƯƠNG 2: CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP DO NƯỚC BIỂN, ẢNH HƯỞNG CỦA NÓ ĐẾN TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH 2.1 CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN [16]:

Các kết quả kiểm tra đánh giá chất lượng các công trình thủy lợi bằng BT&BTCT như: Đập tràn, mố tiêu năng, cống ngầm, cống dưới đê, cống ngăn mặn,

kè biển, kè sông… đặc biệt là những công trình trong môi trường biển, cho thấy hầu hết những công trình chỉ sau một thời gian đưa vào sử dụng đã thấy dấu hiệu của xâm thực BT&BTCT (bề mặt bê tông bị thấm tiết vôi, bị rỗ, bê tông dọc theo các thanh cốt thép bị nứt do cốt thép bị xâm thực nở thể tích…) Có những công trình chỉ sau khoảng 10 năm đi vào hoạt động BT&BTCT đã bị xâm thực nghiêm trọng, cường độ bê tông suy giảm đáng kể theo các cơ chế như sau:

2.1.1 Quá trình thấm ion Cl - vào bê tông gây ra ăn mòn, phá hủy cốt thép:

Sự có mặt của ion clorua trong bêtông có thể do nhiều nguyên nhân như dùng phụ gia đông cứng nhanh có chứa ion clorua (CaCl2, khá phổ biến trong thập niên 70); dùng cốt liệu, nước trộn có chứa ion clorua… Tuy nhiên, đối với các kết cấu BTCT vùng biển, nguyên nhân chủ yếu là do sự xâm thực của ion clorua từ môi trường Quá trình xâm thực của ion clorua vào bêtông chủ yếu theo 4 cơ chế sau:

Sự hút mao dẫn do sức căng mặt ngoài: Nếu bề mặt kết cấu bêtông không bão

hòa khi tiếp xúc với môi trường nước chứa ion clorua, dưới áp lực mao dẫn, nước chứa ion clorua sẽ xâm nhập vào bêtông bề mặt đến độ sâu khoảng 5÷15 mm chỉ trong vòng vài giờ đến vài ngày Cơ chế này có thể gây nên sự xâm thực đáng kể của clorua vào lớp bêtông bảo vệ Về mặt lý thuyết, độ cao cột nước mao dẫn trong bêtông với kích thước lỗ rỗng mao dẫn khoảng 10-6m có thể đạt đến 15 m Nếu bề mặt kết cấu chịu tác động chu kỳ khô ẩm của nước chứa ion clorua, hệ thống lỗ rỗng sẽ tiếp tục hấp thu và tích trữ ion clorua, dẫn đến lớp bêtông bảo vệ chịu ảnh hưởng của cơ chế này có nồng độ ion clorua khá cao Đây là trường hợp của phần bêtông ở vùng nước lên xuống và sóng táp

Sự khuyếch tán do chêch lệch nồng độ ion clorua: Khi có sự chêch lệch nồng

độ ion clorua, ion clorua sẽ dịch chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ

thấp hơn Như vậy, dưới tác động của cơ chế này, ion clorua sẽ dịch chuyển từ bề

mặt bêtông vào sâu trong kết cấu Sự khuyếch tán ion clorua trong kết cấu bêtông

có thể được mô tả gần đúng bằng các định luật Fick về khuyếch tán

Thông thường, sự khuyếch tán ion clorua trong kết cấu bêtông được xem là bài

toán một chiều:

∂C/∂t = D ∂2C/∂x2 (1) Với C: Nồng độ clorua trong bêtông (kg/m3);

D: Hệ số khuyếch tán (m2/s);

Từ đấy, nồng độ ion clorua C(x,t) tại độ sâu x và thời điểm t có thể được tính như sau:

Cx,t = Cs – (Cs - C∞) erf[x/(4Dt)1/2] (2) Với CS: Nồng độ ion clorua tại lớp ngoài cùng của lớp bêtông bề mặt (kg/m3);

C∞: Nồng độ ion clorua ban đầu trong kết cấu bêtông (kg/m3);

Hàm sai số:

=

y u

du e y

erf

0

2

2)(

π Dựa trên công thức này, ta có thể tính được thời gian để nồng độ ion clorua tại

bề mặt cốt thép đạt đến trị số giới hạn gây gỉ cốt thép Đối với bêtông, hệ số khuyếch tán D thường khoảng 2x10-12 đến 3x10-12 (m2/s) và nồng độ ion clorua tại lớp ngoài cùng của lớp bêtông bề mặt CS khoảng 18 kg/m3 ở vùng nước lên xuống

và sóng táp Tuy nhiên biên độ dao động của các hệ số này khá lớn:

Hệ số khuyếch tán D thay đổi theo nhiệt độ, thời gian, khoảng cách đến bề mặt kết cấu và môi trường làm việc;

Nồng độ ion clorua tại lớp ngoài cùng của lớp bêtông bề mặt CS thay đổi theo mùa và các tác động của môi trường Vì lý do này, thường nồng độ ion clorua CS được xác định tại độ sâu khoảng 10 mm;

Biên độ dao động lớn của các hệ số cùng với sự ảnh hưởng của các cơ chế xâm thực khác, khả năng hấp thụ ion clorua của bêtông, đòi hỏi sự thận trọng trong việc xử lý kết quả từ bài toán trên

Sự thẩm thấu do chêch lệch áp lực:

Áp lực làm tăng tốc độ xâm thực ion clorua vào kết cấu BTCT;

Sự thẩm thấu do chênh lệch điện thế: Trong thực tế, quá trình xâm thực của ion clorua vào kết cấu BTCT là sự tổng hợp của các cơ chế trình bày ở trên Ví dụ, đối với kết cấu BTCT trong vùng nước lên xuống và sóng táp, sự hút mao dẫn do sức căng mặt ngoài và sự khuyếch tán do chênh lệch nồng độ ion clorua là các cơ chế chính gây xâm thực clorua;

Ban đầu, bêtông là môi trường kiềm mạnh với độ pH khoảng từ 13,0 đến 13,8 Môi trường kiềm này tạo điều kiện hình thành lớp màng oxit thụ động bảo vệ trên

bề mặt cốt thép gồm các ôxit ngậm nước của Fe2+ và Fe3+ với bề dày khoảng vài nano mét

Hình 2.1: Giản đồ “Điện thế- Độ pH” của CT khi không có Cl -

Hình 2.2: Giản đồ “Điện thế- Độ pH” của CT khi có Cl -

Có thể thấy từ 2 giản đồ trên rằng, lớp màng ôxit thụ động có thể mất đi khi:

Độ pH của bêtông tại bề mặt cốt thép nhỏ hơn 9 (do bị cacbonat hóa): Cần chú ý

là hiện tượng cacbonat hóa bêtông chỉ xảy ra mạnh khi độ ẩm trong kết cấu bêtông khoảng 50% đến 60% Đối với bêtông bão hòa nước (phần kết cấu ở vùng nước lên xuống, sóng táp, ), ảnh hưởng của hiện tượng này là không đáng kể Và thông thường, việc đảm bảo chất lượng bêtông cùng với chiều dày bảo vệ cốt thép hợp lý

là đủ để duy trì sự làm việc bình thường của các công trình thông thường trong niên hạn sử dụng;

Nồng độ ion clorua tại bề mặt cốt thép tăng: Một điểm quan trọng là sự có mặt của ion clorua làm thu hẹp đáng kể “vùng an toàn” của cốt thép (Xem hình 2.2) Tuy nhiên, nồng độ ion clorua trong nước lỗ rỗng tại bề mặt cốt thép phải vượt qua một “ngưỡng” nhất định trước khi màng bảo vệ ôxít bị phá vỡ Ngưỡng này thường được qui định: (1) nồng độ ion clorua không quá 0,2% đên 0,4% khối lượng ximăng; hay (2) tỷ lệ nồng độ ion Cl-/OH- không quá 0,6 Tuy nhiên, giá trị của ngưỡng này tùy thuộc vào độ pH của bêtông (thay đổi tùy loại ximăng và cấp phối bêtông), mức độ hấp thụ vật lý và hóa học ion clorua của bêtông, sự có mặt của ôxy

và hơi ẩm, cũng như lỗ rỗng tại bề mặt tiếp xúc giữa cốt thép và bêtông;

Quá trình ăn mòn cốt thép trong bêtông là quá trình điện hóa Trong môi trường

có ion Cl-, OH-, ôxy, các phản ứng catôt và anôt có thể được biểu diễn như sau: Phản ứng ở anôt khi nồng độ ion OH- cao:

Fe + 2OH- → 1/2Fe2O3.3H2O (gỉ) + 2e- (3) Ôxit sắt ngậm nước (gỉ) không hòa tan trong môi trường kiềm, tạo thành lớp màng bảo vệ trên bề mặt cốt thép;

Phản ứng ở anôt khi nồng độ ion Cl- cao:

Fe + 2Cl-→ FeCl2→ Fe2+ + 2Cl- + 2e- (4) Phản ứng ở catôt (khi có oxy và nước):

1/2O2 + H2O + 2e-→ 2OH- (5)

Rõ ràng, nồng độ ion clorua và ôxy cao gây ăn mòn mạnh cốt thép, trong khi nồng độ ion OH- cao làm chậm quá trình ăn mòn Khi tỷ lệ nồng độ ion Cl-/OH- vượt quá giá trị ngưỡng giới hạn (khoảng 0,63), xác suất xảy ra phản ứng ăn mòn anôt (4) sẽ lớn hơn xác suất hình thành màng bảo vệ anôt bởi phản ứng (3), và sự ăn mòn cốt thép bắt đầu Một điểm đáng chú ý từ phản ứng (4) là ion clorua không bị hấp thụ trong quá trình ăn mòn

Quá trình ăn mòn cốt thép trong bêtông có thể được chia thành 4 quá trình thành phần:

- Các phản ứng tại anôt;

- Các phản ứng tại catôt;

- Dòng chuyển dời của các ion trong bêtông;

- Dòng chuyển dời của các electron trong cốt thép;

Quá trình ăn mòn cốt thép trong bêtông do đó có thể được khống chế bằng cách khống chế ít nhất một trong các quá trình thành phần trên Do độ dẫn điện trong cốt