NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN HÓA HỌC CỦA BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU ĂN MÒN TĂNG TUỔI THỌ BÊ THÔNG VÀ CÔNG TRÌNH BÊ CÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN HÓA HỌC CỦA BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU ĂN MÒN TĂNG TUỔI THỌ BÊ THÔNG VÀ CÔNG TRÌNH BÊ CÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM Xem nội dung đầy đủ tại: https://123doc.org/document/5082848-la1581.htm

T DUY LONG

NGHIÊN C U C CH N MÒN HÓA H C C A BÊ TÔNG TRONG

T NG TU I TH CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP

LU N V N TH C S

Hà N i – 2012

T DUY LONG

T NG TU I TH CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP

M C L C

M U 4

TÍNH C P THI T C A TÀI 4

CH NG I 5

T NG QUAN V N N MÒN BÊ TÔNG, 5

BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N 5

1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN C U N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP TRÊN TH GI I 5

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN C U N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP VI T NAM 8

CH NG II 13

NGHIÊN C U C CH N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP TRONG MÔI TR NG BI N VI T NAM 13

2.1 C I M MÔI TR NG BI N VI T NAM 13

2.1.1 Vùng ng p n c bi n 13

2.1.2 Vùng khí quy n trên bi n và ven bi n 14

2.1.3 Vùng n c lên xu ng và sóng đánh 16

2.2 C CH PHÁ H Y BÊ TÔNG TRONG N C BI N 16

2.2.1 Gi i thi u v xi m ng 16

2.2.2 C u trúc c a đá xi m ng và nguyên nhân n mòn xi m ng 19

2.2.2.1 C u trúc c a đá xi m ng 19

2.2.2.2 n mòn xi m ng 21

2.2.3 Tác đ ng n mòn xi m ng c a n c bi n 21

2.2.3.1 Tác đ ng c a CO2 22

2.2.3.2 Tác đ ng c a MgCl2, MgSO4 22

2.2.4 Hi n t ng m m hóa bê tông do n c bi n gây ra 24

2.2.4.1 C s đánh giá c ng đ ch u nén c a bê tông theo th i gian 24

2.2.4.2 ánh giá s phát tri n c ng đ ch u nén c a bê tông trong môi tr ng n c bi n ng b ng Sông C u Long 26

2.3 C CH N MÒN C T THÉP C A N C BI N 28

2.4 TU I TH CÔNG TRÌNH VÀ QUÁ TRÌNH SUY GI M B N TRONG MÔI TR NG N C BI N 38

CH NG III 43

CÁC GI I PHÁP KH C PH C TÌNH TR NG N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N 43

3.1 CÁC YÊU C U K THU T C B N TRONG THI T K , THI

BÊ TÔNG C T THÉP VÙNG BI N 44

3.1.1 Yêu c u v v t li u đ u vào và l a ch n thành ph n bê tông 44

3.1.1.1 Ch ng lo i xi m ng dùng trong môi tr ng bi n 44

3.1.1.2 C t li u dùng cho bê tông 44

3.1.1.3 N c cho bê tông 50

3.1.1.4 Ph gia cho bê tông 51

3.1.1.5 C t thép 53

3.1.2 Thi t k k t c u và c u t o ki n trúc 54

3.1.3 Yêu c u k thu t trong thi công 56

3.1.3.1 Thi t k thành ph n bê tông có tính t i s dao đ ng ch t l ng 56

3.1.3.2 m b o chi u dày l p bê tông b o v trong l p d ng c t thép 59

3.1.3.3 và đ m bê tông 60

3.1.3.4 K thu t thi công m ch ng ng và m i n i 62

3.1.3.5 Yêu c u v b o d ng bê tông 64

3.2 CÁC BI N PHÁP H TR NÂNG CAO KH N NG CH NG N MÒN CHO K T C U BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG C T THÉP TRONG MÔI TR NG BI N 66

3.3 CÁC BI N PHÁP B O TRÌ VÀ S A CH A K T C U VÙNG BI N 74

CH NG IV NGHIÊN C U S D NG PH GIA CH NG TH M, CH NG XÂM TH C BIFI-WP CHO BÊ TÔNG VÙNG BI N 82

4.1 GI I THI U PH GIA BIFI-WP 82

4.2 THÍ NGHI M ÁNH GIÁ NH NG TÁC D NG MÀ PH GIA BIFI-WP MANG L I 82

4.2.1 Các thí nghi m 82

4.2.1.1 Thí nghi m xác đ nh đ l u đ ng 82

4.2.1.2 Thí nghi m xác đ nh c ng đ 84

4.2.1.3 Thí nghi m xác đ nh h s th m 84

4.2.2 Thành ph n bê tông và c p ph i thí nghi m 86

4.2.2.1 Thành ph n bê tông 86

4.2.2.2 C p ph i thí nghi m 86

4.2.2.3 L a ch n t l ph gia 86

4.2.3 Các k t qu thí nghi m 88

4.2.3.1 K t qu thí nghi m c ng đ 88

4.2.3.2 K t qu thí nghi m xác đ nh h s th m 88

4.2.3.3 Thí nghi m ngâm m u v a xi m ng trong n c bi n 91

K T LU N VÀ KI N NGH 92 TÀI LI U THAM KH O 94

M U

N c ta có đ ng b bi n dài h n 3600 km tr i dài t Móng Cái đ n

Hà Tiên Bên c nh vi c đem l i cho con ng i nh ng giá tr tích c c v kinh

t , tinh th n, bi n còn có th mang đ n s tàn phá, hu ho i ghê g m T bao

đ i nay, nh ng công trình trong môi tr ng bi n, b o v b bi n đã và đang hình thành ngày càng nhi u v i s đóng góp đáng k c a nh ng ti n b khoa

h c k thu t v i m c đích l i d ng t i đa nh ng l i ích và gi m t i thi u

nh ng tác đ ng tiêu c c t n c bi n

ê bi n và các công trình bê tông trong vùng bi n là lo i công trình ven

b bi n và trong môi tr ng bi n, b n c bi n theo th i gian n mòn, phá

h ng các k t c u bê tông, bê tông c t thép không nh ng v m t c h c mà còn gây ra hi n t ng n mòn hóa h c Nó gây h h ng và gi m tu i th công trình M t khi đê bi n và các công trình bê tông và bê tông c t thép b phá

ho i thì h u qu tác đ ng t i kinh t và kinh t xã h i r t l n Vì v y vi c nghiên c u c ch n mòn hóa h c c a bê tông trong môi tr ng bi n và đ a

K t báo cáo đ u tiên vào n m 1920 t i H i ngh h ng h i Qu c t

[22] cho t i nay đã có nhi u tài li u nghiên c u v v n đ n mòn bê tông và

bê tông c t thép vùng bi n Xung quanh c ch phá h y bê tông và bê tông

c t thép trong môi tr ng bi n còn nhi u đi u bàn lu n, đ c bi t là b n ch t

s n mòn bê tông trong n c bi n Lý do là có nhi u y u t xâm th c tác

đ ng theo các c ch khác nhau Quá trình n mòn l i di n ra ch m do v y các k t qu thí nghi m nhanh n u có mô ph ng th ng không l t t đúng b n

ch t phá h y trong th c t Trên con đ ng xác đ nh b n ch t n mòn bê tông

và bê tông c t thép bi n ta đã ph i kh o sát r t nhi u công trình th c t b

h h ng

N m 1980, trong báo cáo c a mình t i h i ngh khoa h c đ u tiên v đ

b n lâu c a công trình bi n New Brunswick[24], K.Mehta đã trích d n k t

qu kh o sát th c t trên nhi u công trình đã t n t i t 60-100 n m trong môi

tr ng bi n Th c t ch ra r ng ch y u h h ng do n mòn c t thép, nh t là vùng n c lên xu ng i v i bê tông có phát hi n th y hi n t ng m m hóa khi có hàm l ng xi m ng th p M t s tr ng h p bê tông n t b m t, nguyên nhân đa ph n là do ph n ng ki m- silic ho c n t vì các lý do khác Trong thành ph n bê tông lâu n m bi n có xác đ nh m t s s n ph m n mòn nh aragonite, brucite, ettringite, magnesium silicat hydrate,… Tuy v y

m t s công trình, bê tông còn gi đ c ch t l ng cao sau nhi u n m

bi n (70 n m), m c dù đ c ch t o t xi m ng pooclang v i hàm l ng C3A

t i 14,9%

Trong h i ngh khoa h c v công trình bi n l n th 2 vào n m 1988[22]

K.Mehta ti p t c đ a ra nh ng d n ch ng khác v s n mòn bê tông, bê tông

c t thép trong môi tr ng bi n B n ch t hi n t ng không có gì khác bi t so

v i các l n tr c

Odd E.Gjorv trong tài li u [20] đã t ng k t nhi u k t qu kh o sát ch t

l ng các công trình bi n Nauy và c ng đ a ra k t lu n ph n l n nguyên nhân h h ng là do r c t thép Có nhi u k t c u sau 70-80 n m s d ng v n còn tình tr ng t t n u đ c thi t k h p lý và thi công chu n xác

T i Nh t B n, Sh.Toyama và Y.Ishii[19] đã công b k t qu kh o sát

494 c u ki n đ n l trên các c ng bi n Nh t b n R t nhi u k t c u b n mòn c t thép d n t i n t v bê tông b o v Hàm l ng ion Cl-

trong bê tông

r t cao

Hình 1.1 Tình tr ng n mòn bê tông, c t thép tr c u c ng M

Hình 1.2 Hình 1.3

Tình tr ng n mòn bê tông Anh Tình tr ng n mòn bê tông Nam Phi

T i Nga vi c nghiên c u v đ b n c a bê tông và bê tông c t thép đã

đ c nhi u nhà nghiên c u quan tâm Theo V.M Moskvin, công trình c a vica “nghiên c u nguyên nhân hóa h c phá h y và các bi n pháp nâng cao

d ng bê tông và bê tông c t thép trong các xí nghi p công nghi p đ c th c

hi n vào đ u th k XX nh công trình nghiên c u c a E.Rabal’d c bi t là công trình nghiên c u c a A.A Bajkov là công trình nghiên c u có giá tr l n trong l nh v c này Ông đã phân tích nguyên nhân gây n mòn bê tông và

nh ng bi n pháp áp d ng trong th c t ch ng n mòn Kavatosi trong công trình nghiên c u c a mình đã đ a ra lo i ph gia t ng h p siêu d o

(Furylacol-Ca(NO3)2) đ ch t o v a b n trong môi tr ng ch u tác đ ng xâm

th c c a các mu i gây n mòn G.Bachac p trong m t công trình khác đã công b vi c s d ng d u nh a thông v i hàm l ng 0,15% đ ch t o v a và

bê tông có kh n ng ch ng n mòn cao

Các nghiên c u đ u có k t lu n th ng nh t v nguyên nhân n mòn là

do các s n ph m h y hóa c a xi m ng b tan vào môi tr ng ho c tác d ng

v i các mu i, axit có trong môi tr ng t o ra nh ng h p ch t có tính tan

m nh ho c n th tích gây nên s phá h y k t c u n i b các công trình Các công trình nghiên c u c ng đánh giá đ c hi u qu c a các bi n pháp ch ng

n mòn: Dùng ph gia vô c ho t tính, dùng xi m ng đ c bi t…Các bình lu n

v nguyên nhân gây n mòn và gi i h n đ b n c a k t c u bê tông và bê tông

c t thép dùng trong các môi tr ng này v n còn nhi u v n đ ph i tranh cãi kéo dài cho đ n nay

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN C U N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T

THÉP VI T NAM

Nhi u công trình xây d ng b ng bê tông c t thép n c ta sau m t

th i gian khai thác đã b n mòn và phá ho i trong các môi tr ng có tính ch t

n mòn i u đó đòi h i ph i có các bi n pháp phòng ng a đ h n ch s n mòn c a các k t c u bê tông và bê tông c t thép Nhà n c ta đã ban hành các tiêu chu n nhà n c: TCVN 3993:85 “ch ng n mòn trong xây d ng k t c u

bê tông và bê tông c t thép- nguyên t c c b n đ thi t k ”, TCVN 3994:85 “

ch ng n mòn trong xây d ng- k t c u bê tông và bê tông c t thép- phân lo i

n mòn”, TCXD 149-86 “ b o v k t c u xây d ng kh i b n mòn” Tuy nhiên, các tiêu chu n này ch a đ c p đ n t t c các lo i n mòn, các môi

tr ng n mòn, do đó vi c áp d ng c ng b h n ch và ch a phát huy đ c tác

d ng trong th c t

Nh n th c đ c tính c p bách c a vi c ch ng n mòn bê tông và bê tông c t thép, n c ta có nhi u c quan khoa h c đã nghiên c u v n đ này Các đ tài nghiên c u ch a quan tâm nghiên c u v lý thuy t, mà ch y u đi vào các bi n pháp c th ch ng n mòn cho công trình k t c u bê tông và bê tông c t thép Các nghiên c u t p trung vào vi c ch ng n mòn c a môi

tr ng l ng, ch y u là môi tr ng bi n, vì n c ta có h n 2000 km b bi n

và ngày càng có nhi u công trình quan tr ng đ c xây d ng trong môi tr ng

bi n

Trong nh ng n m cu i c a th p k 60 có m t s nhà nghiên c u đã ti n hành kh o sát h h ng các k t c u bê tông c t thép c ng Hòn Gai, H i Phòng đ c xây d ng t n m 1914 và c ng đã đ a ra nh n xét là c n ph i có quy đ nh riêng cho các công tác thi t k và thi công bê tông, bê tông c t thép vùng bi n, khác v i k t c u n m sâu trong n i đ a nh ng nghiên c u đ u tiên

gia… H u qu là hàng lo t các công trình ven bi n đ c xây d ng t trong

nh ng n m 80 và 90 v n áp d ng theo quy ph m xây d ng thông th ng nên

có tu i th r t th p Trung bình sau 10-15 n m s d ng đã có d u hi u h

h ng nghiêm tr ng

Vi n Khoa h c Công ngh Xây d ng (VKHCNXD)- B Xây d ng t

nh ng n m đ u c a th p k 80 đã tri n khai nghiên c u l nh v c ch ng n mòn bê tông b o v c t thép, đã đ t đ c m t s thành qu nh t đ nh theo

h ng s d ng ph gia c ch n mòn và s n ph b m t k t c u đ i v i công trình bi n N m 1994, B Khoa h c Công ngh và Môi tr ng đã giao cho

VKHCNXD nghiên c u t ng th các đi u ki n k thu t c n thi t đ b o v

ch ng n mòn và đ m b o đ b n lâu cho k t c u bê tông và bê tông c t thép xây d ng vùng bi n phù h p v i đi u ki n t nhiên, kinh t và xã h i Vi t Nam (đ tài mã s T L-40/94) Trên c s các k t qu nghiên c u này, đã biên so n nh ng ch d n k thu t c n thi t cho công tác xây d ng và s a ch a công trình làm b ng bê tông và bê tông c t thép vùng bi n n c ta VKHCNXD c ng đã xây d ng tiêu chu n ngành v v n đ này Nh ng cho

m c), n c th i bã gi y nh m nâng cao đ ch c cho bê tông T ng c ng b o

v m t ngoài k t c u bê tông b ng các l p s n ph ch ng th m nh : S n

bitum- cao su, s n bitum-epoxy

Vi n Khoa h c Th y L i đã thành công trong đ tài s d ng ph gia bentonit t ng ch ng th m, gi m n mòn c t thép đ i v i các công trình th y

l i

Vào nh ng n m cu i c a th p k 90 có m t s đ tài v công ngh v t

li u mang mã s KC-05-13A v tri n khai ch t o các t h p bê tông và v a

có ph gia c ch n mòn và b o v c t thép trong môi tr ng bi n Vi t Nam tài này bao g m các nhánh đ tài: Nghiên c u ch t c ch n mòn c t thép, nghiên c u dùng ph gia ZKJ, nghiên c u dùng ph gia bentônít c i

ti n, nghiên c u dùng ph gia khoáng SISEX, nghiên c u dùng ph gia SP

melamin foocmaldehit sunfomat, nghiên c u dùng ph gia polymer trong bê

tông

M c đích đ a các lo i ph gia trên vào bê tông là đ t ng c ng đ đ c

ch c, đ ch ng th m cho bê tông, t đó ng n ng a ho c h n ch n mòn Các

ph ng pháp c ch n mòn, b o v cat t th ng ph i h p v i các ph ng pháp ch ng n mòn bê tông, nh m b o v ch ng n mòn cho k t c u bê tông

ng t

Ngoài nh ng đ tài trên, còn có m t s nghiên c u khác v ch ng n mòn và t ng tu i th cho công trình bê tông và bê tông c t thép trong môi

tr ng bi n và vùng ven bi n Tr c đây nhà n c ta đã c m t s cán b khoa h c sang h c các n c b n (Liên Xô, Ba Lan, Ti p Kh c, Rumani…) làm nghiên c u sinh, nghiên c u các đ tài v n mòn bê tông trong n c

bi n

Tuy đã có m t s k t qu nghiên c u v bê tông và bê tông c t thép trong môi tr ng bi n n c ta nh ng cho đ n nay v n ch a tri n khai áp

d ng đ c nhi u vào s n xu t Chúng ta đã nghiên c u s n xu t đ c m t s

lo i xi m ng b n trong môi tr ng n c bi n nh : Xi m ng ch ng sunphat, xi

m ng bari và đã đ c s d ng m t s công trình bê tông c t thép trong n c

m n ho c ch u nh h ng c a n c m n

N m 2000 nhà n c ta đã cho phép VKHCNXD th c hi n m t s d

án k thu t, kinh t v ch ng n mòn và b o v các công trình bê tông và bê tông c t thép vùng bi n tài này đ c tri n khai hai n m 2000-2001 Hy

v ng r ng các d án đ c th c hi n s có nhi u k t qu ng d ng vào các công trình xây d ng

Hình 1.4 Hình 1.5

Hình 1.4 C ng Th ng v - V ng T u sau 15 n m s d ng[1]

Hình 1.5 C ng C a C m - H i Phòng,cách bi n 25 km, sau 30 n m s

d ng[1]

CH NG II NGHIÊN C U C CH N MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG C T THÉP

Vi t Nam n m trong vùng khí h u nhi t đ i gió mùa, v i đ c tính c

b n là nóng m và phân b theo mùa Vùng bi n Vi t Nam n m tr i dài trên 3200Km, t 80

-240 v b c D a theo tính ch t xâm th c c a môi tr ng bi n,

v trí làm vi c c a k t c u bê tông c t thép (BTCT), có th phân chia nh

h ng c a môi tr ng bi n Vi t Nam thành các vùng nh có ranh gi i khá rõ

+ Vùng ng p n c: Bao g m các b ph n k t c u ng p hoàn toàn trong

th c m nh đ i v i các k t c u bê tông và bê tông c t thép

N c bi n Vi t Nam có thành ph n hóa h c, đ m n và tính xâm th c

t ng đ ng v i các n i khác trên th gi i Riêng vùng g n b đ m n có suy

gi m ít nhi u do nh h ng c a các con song ch y ra bi n Thành ph n hóa

2.1.2 Vùng khí quy n trên bi n và ven bi n

Khí quy n trên bi n và ven bi n Vi t Nam có m t s đ c tr ng sau đây: + Nhi t đ không khí

Vùng bi n Vi t Nam có nhi t đ không khí t ng đ i cao, trung bình t

22,5-22,70C, t ng d n t B c vào Nam Mi n B c có t 2 đ n 3 tháng mùa đông, nhi t đ d i 200C Mi n Nam cao đ u nhi t đ quanh n m, biên đ dao đ ng t 3 đ n 70

C

+ B c x m t tr i

Vi t Nam n m trong vành đai n i chí tuy n nên b c x m t tr i nh n

đ c trên vùng ven bi n khá l n t 100-150 kcal/cm2 L ng nhi t b c x

t ng d n t B c vào Nam và đ t cao nh t t i c c Nam Trung B V i l ng

b c x cao nh v y đã thúc đ y quá trình b c h i n c bi n mang theo ion Clvào khí quy n

-+ m không khí

m t ng đ i c a không khí m c cao so v i các vùng bi n khác trên th gi i, dao đ ng trung bình t 75-80% C th là:

- Vùng ven bi n B c B và B c Trung B : 83-86%

- Vùng ven bi n Trung và Nam Trung B : 75-82%

- Vùng ven bi n Nam B : 80-84%

+ Th i gian m t b m t

T ng th i gian m t b m t k t c u trung bình trong n m vùng ven

bi n các t nh phía b c dao đ ng t 1300-1850 gi / n m t p trung ch y u vào mùa xuân, còn các t nh mi n Nam t 450-950 gi /n m, t p trung vào các tháng m a mùa h ây là đ c đi m mang tính đ c thù c a khí h u Vi t Nam,

sâu vào trong đ t li n Tuy nhiên do nh h ng c a nhi u đ t gió mùa th i t

bi n vào l c đ a n ng đ ion Cl- có th cao h n

2.1.3 Vùng n c lên xu ng và sóng đánh

ây là vùng giao thoa gi a vùng ng p n c và vùng khí quy n trên

bi n Do n c bi n lên xu ng th ng xuyên d n t i quá trình khô t x y ra liên t c theo th i gian, tác đ ng t ngày này qua ngày khác lên trên b m t k t

c u cùng v i nhi t đ môi tr ng cao làm t ng kh n ng tích t ion Cl-

2.2 C CH PHÁ H Y BÊ TÔNG TRONG N C BI N

Theo lý thuy t các công trình bê tông có tính ch t ngày càng t t h n do

s phát tri n c ng đ đá xi m ng theo th i gian Tuy nhiên, th c t không

ph i nh v y mà các công trình bê tông b h h ng theo th i gian mà nguyên nhân chính là đá xi m ng b n mòn n mòn đá xi m ng có th là do b n thân

đá xi m ng có ch a các ch t khoáng gây n mòn ho c các tác nhân c a môi

tr ng tác d ng v i khoáng c a xi m ng t o ra các khoáng m i gây n mòn

2.2.1 Gi i thi u v xi m ng

Xi m ng pooc l ng là ch t k t dính r n trong n c quan tr ng nh t trong xây d ng các công trình hi n nay Xi m ng pooc l ng đ c phát minh

và đ a vào s d ng trong xây d ng t đ u th k XIX kho ng n m 1824 Xi

m ng pooc l ng ch a kho ng 70-80% silicat canxi nên c ng có th g i là xi

m ng silicat

Trong công nghi p xi m ng pooc l ng đ c s n xu t t 2 nguyên li u chính là đá vôi và đ t sét sau khi gia công c h c và nung đ n nhi t đ c n thi t đ đ c clanhke xi m ng T clanhke xi m ng nghi n chung v i m t

l ng th ch cao (đi u ch nh th i gian đông k t) s đ c xi m ng pooc l ng (PC), n u h n h p này nghi n chung v i ph gia khoáng (hàm l ng không

Silicat đi canxit

Aluminat tri canxit

Fero-aluminat tetra canxit

Hàm lu ng C3S và C2S trong clanhke xi m ng pooc l ng th ng chi m

t 70-80% Ngoài các thành ph n chính trong chúng còn ch a m t l ng không l n các khoáng v t khác nh : C8A3F và C2F Tính ch t và tác d ng

c a t ng thành ph n khoáng v t ch y u nh sau:

C3S – Thành ph n quan tr ng nh t, chi m t l cao nh t, có c ng đ cao, r n ch c nhanh và phát nhi u nhi t Trong xi m ng t l C3S chi m càng nhi u, ch t l ng c a xi m ng càng cao và đ c g i là xi m ng Alit Tuy nhiên hàm l ng này làm cho xi m ng kém b n trong môi tr ng

C2S – Có c ng đ cao, r n ch c ch m trong th i k đ u, nh ng c ng

đ v n ti p t c phát tri n rõ r t h n trong th i k sau N u t l C2S chi m nhi u h n thì đ c g i là xi m ng Belit Lo i xi m ng này cho tính b n trong môi tr ng cao h n so v i xi m ng ch a khoáng C3S

C3A – thành ph n này r n r t nhanh trong th i gian đ u nh ng c ng

đ th p, nhi t l ng phát ra nhi u nh t, d gây n t n N u hàm l ng C3A

chi m nhi u, thì đ c g i là xi m ng Aluminat Lo i xi m ng này r t kém b n trong các môi tr ng đ c bi t là môi tr ng sun phát

C4AF – r n t ng đôi nhanh, c ng đ phát tri n trung bình và phát tri n rõ r t trong th i k sau Lo i khoáng này có kh i l ng riêng l n nh t trong xi m ng kho ng 3,77 g/cm3

Khi tác d ng v i m t l ng n c C2S đ c th y hóa theo ph ng trình sau:

3CaO.SiO2 + nH2O  3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2

silicat canxi có h s thay đ i (xu h ng l ng ki m gi m) Nên đ c vi t

d i d ng t ng quát nCaO.mSiO2.pH2O (vi t t t CSH)

Thành ph n C3A k t h p v i n c t o thành s n ph m b n cu i cùng

3CaO.Al2O3 + 6H2O  3CaO.Al2O3.6H2O (2.3)

N u không có th ch cao, do C3A r t ho t tính nên nó nhanh chóng tác

d ng v i n c t o ra hai s n ph m không b n 4CaO.Al2O3.9H20 và 2CaO.Al2O3.8H2O Nh ng khi có th ch cao s tham gia ph n ng v i

C3A và n c t o nên m t s n ph m m i khó hòa tan và n th tích (ettringit), theo ph ng trình sau:

3CaO.Al2O3.6H2O+3(CaSO4.2H2O)+26H2O3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O (2.4)

Thành ph n C4AF ph n ng v i n c nh sau:

4CaO.Al2O3.Fe2O3+ nH2O → 3CaO.Al2O3.6H2O + CaO.Fe2O3.(n-6)H2O (2.5)

Nh v y là sau quá trình th y hóa, trong đá xi m ng bao g m các h p

ch t sau: Ca(OH)2, CHS, 3CaO.Al2O3.6H2O, ettringit, CaO.Fe2O3.nH2O

tr ng thái này h xi m ng mang tính ch t xúc bi n, có ngh a khi lo i b tác

d ng c h c đ nh t k t c u l i đ c khôi ph c l i

Tính ch t c h c c u trúc t ng theo m c đ th y hóa c a xi m ng S hình thành c u trúc c a h xi m ng và c ng đ c a nó x y ra nh sau: Các

phân t c u trúc ban đ u hình thành sau khi tr n xi m ng v i n c là ettringit

đ c hình thành sau vài phút, hydro canxit xu t hi n trong kho ng vài gi , và CSH đ u tiên là tinh th d ng s i, sau đó d ng nhánh, r i d ng không gian

“bó”

V m t c u trúc, đá xi m ng bao g m các hat clanhke ch a ph n ng,

thành ph n d ng gel, các tinh th , l r ng mao qu n và l r ng l n Các h t

ch a ph n ng gi m d n theo th i gian ph thu c vào lo i clanhke xi m ng,

đ nghi n m n và th i gian đông k t Các gel g m các ch t m i t o thành có kích th c 50-200 A0 và l r ng gel đ ng kính t 10-1000 A0

Ngoài ra

trong đá xi m ng còn có các ch t m i t o thành có kích th c l n và không có tính ch t keo Hàm l ng các thành ph n d ng gel và tinh th ph thu c vào

lo i clanhke xi m ng, đi u ki n đóng r n L r ng mao qu n trong đá xi m ng

có kích th c t 0,1-10µm, còn các l r ng ch a khí có kích th c t 50µm

đ n 2mm L r ng ch a khí th ng chi m t 2-5% th tích đá xi m ng

Khi nhào tr n xi m ng v i n c đ ch t o s n ph m, l ng n c nhào

tr n th ng l n h n r t nhi u so v i l ng n c c n thi t đ hydrat hóa hoàn toàn các khoáng xi m ng, do đó trong đá xi m ng còn có m t l ng n c d

đ c phân b trong l r ng gel hay n m gi a các h t ch a ph n ng t o thành

l r ng mao qu n Khi t ng th i gian đóng r n c a s n ph m thì đ r ng mao

qu n gi m đi do chúng đ c l p đ y b i các s n ph m hydrat Tùy thu c vào

l ng n c nhào tr n mà đ r ng mao qu n có th thay đ i trong kho ng

r ng và có th đ t t i 40% Khi gi m l ng n c nhào tr n, đ r ng c a s n

ph m gi m, tính ch ng th m t ng lên Th c t cho th y khi t l N/X là 0,45 thì tính ch ng th m c a đá xi m ng t ng đ ng v i đá t nhiên có đ

0,4-r ng 2-3%, nh ng n u t l N/X=0,6 thì tính ch ng th m gi m m nh Khi nhào tr n xi m ng v i n c còn t o thành các l r ng hình c u hay l r ng

Khi g p m t s lo i hóa ch t nh : a xít, mu i… m t s thành ph n c a

đá xi m ng sinh ra các ph n ng hóa h c, t o ra nh ng ch t m i d tan trong

n c ho c n th tích h n tr c gây n i ng su t làm cho bê tông và v a b phá ho i Các nguyên nhân trên th ng đ ng th i t n t i và nh h ng l n

nhau

2.2 3 Tác đ ng n mòn xi m ng c a n c bi n

Theo tài li u kh o sát các công trình do Viên Khoa h c Công ngh Xây

d ng và các c quan khác th c hi n t i hàng tr m công trình bê tông c t thép

đã xây d ng t đ u th k XX đ n nay, các vùng bi n Qu ng Ninh, H i Phòng, Thái Bình, Vinh, à N ng, Nha Trang, V ng Tàu v.v…có th cho ta

th y hi n t ng n mòn và phá h y các công trình bê tông c t thép vùng

bi n Vi t Nam là r t ph bi n và đã m c báo đ ng Thi t h i do n mòn gây

ra là nghiêm tr ng T c đ n mòn làm h h ng công trình di n ra khá nhanh, chi phí cho v n đ s a ch a n mòn k t c u bê tông c t thép có th chi m t i

30-70% giá thành xây m i công trình

Các ch t có ti m n ng n mòn m nh v i bê tông là MgCl2; MgSO4 và

CO2 C ch n mòn đ c mô t nh sau [8]:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O Ca(HCO3)2

K t tinh d ng aragonite hòa tan

CO2 + [Ca(OH)2 + 3CaO.Al2O3.CaSO4.18H2O]

3CaO.Al2O3.CaCO3.nH2O + CaSO4.2H2Oa

hòa tan 3CO2 + 3CaO.2SiO2.3H2O 3CaCO3 + 2SiO2.nH2O

Mg(OH)2 + 3CaO.Al2O3.3CaCO3.32H2O

K t tinh d ng Brucite Khoáng gây n ettringine

MgSO4+[Ca(OH)2+3CaO.2SiO2.3H2O] 4MgO.SiO2.8H2O+CaSO4.2H2O

Nh ng bi n đ i c b n t o ra s n ph m b r a trôi ho c làm phá v c u

trúc và đ b n c a đá xi m ng là : hòa tan CaCl2; Ca(HCO3)2 ; CaSO4.2H2O

trong n c, tr ng n do t o khoáng ettringine Ngoài ra nhi u tài li u[16,22] còn cho r ng s hình thành s n ph m Mg(OH)2 và 4MgO.SiO2.8H2O c ng

làm suy gi m c ng đ c a đá xi m ng

Theo Moskvin[15] các s n ph m n mòn đ c phân b theo nhi u l p ngoài cùng là vùng ph n ng c a CO2 và Ca(OH)2 và các s n ph m th y

hóa khác Ti p theo là l p Brucite Mg(OH)2 đ c t o ra do tác đ ng c a ion

Mg++ Các ion SO42- th ng th m th u sâu và có th t o ettringine t bên

trong bê tông

đây có v n đ c n ph i phân tích rõ là v y thì v i bê tông trong n c

bi n d ng n mòn nào s là ch đ o và n mòn sunphat có ph i là nguyên

nhân chính d n t i phá h y bê tông hay không? ây c ng là v n đ còn nhi u tranh cãi cho t i nay V lý thuy t, hàm l ng SO4

2- trong n c bi n vào kho ng 2600-2700 mg/l là r t cao, đ kh n ng gây n mòn sunphat v i bê tông trên n n xi m ng pooclang thông th ng Tuy nhiên, th c t đ c ghi

nh n qua r t nhi u công trình lâu n m trong n c bi n là bê tông đ c ch t o

t xi m ng pooclang thông th ng có hàm l ng C3A t 12- 17% sau 40- 100

n m v n còn t t ho c b n mòn nh ng không ph i d ng n mòn sunphat mà

ph n l n b m m hóa, r a trôi[15,16,17,20] Nh v y ch ng t quá trình n

mòn hóa h c bê tông trong n c bi n là s t ng h p song song c a nhi u

d ng di n ra ch m và có nhi u y u t tác đ ng c ng tác d ng ho c ki m ch

l n nhau

2.2.4 Hi n t ng m m hóa bê tông do n c bi n gây ra

2.2.4.1 C s đánh giá c ng đ ch u nén c a bê tông theo th i gian

C s đánh giá c ng đ ch u nén c a bê tông theo th i gian nh sau:

+ Kh o sát xác đ nh c ng đ ch u nén c a bê tông t i công trình ;

+ Tính toán s phát tri n c ng đ bê tông trong đi u ki n khí h u

nóng m Vi t Nam theo tài li u

S phát tri n c ng đ nén bê tông theo th i gian đ c đánh giá thông

qua ch s S, nó đ c tính b ng (%/n m) theo công th c sau :

- Rtt: C ng đ ch u nén tính tóan c a bê tông t i tu i n ( n m),

n u phát tri n trong đi u ki n bình th ng không b n mòn đ c tính

Hình 2.1 S phát tri n c ng đ bê tông theo th i gian

Trong đi u ki n khí h u nóng m Vi t Nam, s phát tri n c ng đ c a

bê tông theo th i gian nh sau:

• C ng đ bê tông tu i 28 ngày đ t R28= 200 kG/cm2 (b qua

nh ng sai sót trong quá trình thi công, c ng đ bê tông kh i

đi m tu i 28 ngày coi nh đ t thi t k );

• C ng đ bê tông tu i 1 n m đ t kho ng 1,4-1,6 l n mác thi t

Trong đó, n là tu i c a bê tông tính theo n m

2.2.4.2 ánh giá s phát tri n c ng đ ch u nén c a bê tông trong môi

tr ng n c bi n ng b ng Sông C u Long

S công trình kh o sát vùng m n là 36, các công trình n m trên gi i đ t giáp bi n thu c các t nh Cà Mau, B c Liêu, Sóc Tr ng, Trà Vinh, B n Tre,

Ti n Giang K t qu kh o sát và tính toán trình bày trong b ng 2.4

B ng 2.4 B ng th ng kê s phát tri n c ng đ ch u nén c a bê tông

các công trình trong môi tr ng bi n [5]

TT Công trình

kh o sát

Tu i (N m)

TT Công trình

kh o sát

Tu i (N m)

TT Công trình

kh o sát

Tu i (N m)

Khi n m trong bê tông, n u bê tông đ c ch c, ch a b cacbonat hóa, đ

pH c a dung d ch n c chi t bê tông có giá tr 12,5-13,0 thì c t thép đ c đ t

trong môi tr ng thu n l i v m t đi n hóa đ t o ra màng th đ ng theo ph n ng:

L p oxit s t t o thành m t l p màng có đ đ c ch c cao trên b m t c t thép, ng n c n quá trình ti p t c phân h y kim lo i C t thép đ c m t l p màng th đ ng b o v nên còn đ c g i là tr ng thái th đ ng

Hi n t ng n mòn c t thép x y ra khi l p màng th đ ng trên b m t

c t thép b phá h y b i m t trong hai đi u ki n sau (ho c là c hai):

thép gi m d i giá tr c n thi t đ có th b o toàn c t thép tr ng thái

V b n ch t đây là m t quá trình đi n hóa, trên b m t c t thép xu t

hi n nhi u c p pin an t và cat t đó x y ra các ph n ng sau:

Cat t: O2 + 2H2O + 4e- 4OH

-S n ph m n mòn l n l t đ c hình thành d i các d ng Fe3O4; Fe(OH)2; Fe(OH)3.3H2O Kèm theo quá trình này là s tích t s n ph m n mòn trên b m t kim lo i v i vi c t ng th tích g p 4-6 l n so v i ban đ u Chính s tr ng n th tích này đã gây ra ng su t phá v l p bê tông b o v

và song song v i nó là ti t di n c t thép b gi m thi u

Trong môi tr ng ven bi n có th x y ra c hai đi u ki n đ phá v màng th đ ng và gây n mòn c t thép nh đã k trên

Quá trình gi m đ pH trong bê tông môi tr ng không khí ch y u là

do hi n t ng Cacbonat hóa b ng ph n ng sau:

CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O

i v i môi tr ng n c lên xu ng thì ngoài tác d ng c a khí CO2 các

hi n t ng n mòn hóa lý khác c a bê tông trong n c bi n c ng góp ph n

làm gi m đ pH

Gi i h n d i c a giá tr pH đ đ b o v c t thép trong bê tông là v n

đ ch a đ c th ng nh t

Trên hình 2.4 là gi n đ Pourbaix[26] mô t tr ng thái n mòn ho c th

đ ng thép trong n c chi t ph thu c vào đ pH và th đi n c c C n c vào

s đ lý thuy t này khiessl cho r ng n mòn c t thép x y ra khi đ pH gi m

d i 9,0

Tuy nhiên c ng trong tài li u[24], các s li u thí nghi m c a Babuskin

l i xác đ nh giá tr gi i h n 11,5

Theo quy ph m ACI 201 khi pH gi m d i 10,0 thì kh n ng n mòn

có th xu t hi n và n u bê tông b cácbonát hoàn toàn (pH=8-9) thì ch c ch n

c t thép s b n mòn Thông th ng bê tông b cácbonát hóa, c t thép b n mòn đ u và toàn di n

Theo nh n đ nh chung s suy gi m đ pH, đ c bi t là hi n t ng cácbonát hóa, th ng di n ra ch m và không ph i là nguyên nhân chính d n

t i g c t thép các k t c u vùng bi n V i bê tông có ch t l ng t t, chi u dày l p b o v trên 20mm đ đ b o v c t thép ch ng l i quá trình cácbonát hóa trong th i gian dài s d ng[23,26,27]

Nguyên nhân ch y u d n t i n mòn c t thép trong các k t c u vùng

bi n là tác d ng xâm th c c a ion Cl-, th m th u vào t môi tr ng bên ngoài

ho c s d ng v t li u nhi m m n

Nh đã bi t , khi ion Cl- t p trung trên b m t c t thép v t quá m t giá

tr nh t đ nh s đ kh n ng “xuyên th ng” màng th đ ng (Fe2O3) và t o ra các an t c c b trên b m t c t thép Thông qua m t s khuy t t t c a màng

th đ ng, ion Cl- t ng tác v i s t t o nên m t s s n ph m hòa tan nh

FeCl2, FeCl- và kèm theo đó đ pH trong vi l gi m m nh, ti p t c kích thích

ph n ng an t (Hình 2.5)[20,23,28]

ClCl

- pH>12,5

Theo các ngu n t li u trích d n trong tài li u[26,27,28,29], n ng đ

gi i h n ion Cl- gây r c t thép dao đ ng t 0,2-2,02% hàm l ng xi m ng

trong bê tông S d có s dao đ ng l n này là vì giá tr gi i h n c a ion Cl

-ph thu c r t nhi u vào y u t , bao g m:

Ion Cl- có m t trong bê tông đ c phân chia thành 2 d ng: t do và liên

k t Thông th ng ch có ion Cl- t do trong dung d ch n c chi t m i gây n mòn c t thép pH c a bê tông có m i quan h tr c ti p và nh h ng rõ

nh t t i n ng đ Cl- gây r trong các ph n ng đi n hóa phá v màng th

đ ng Theo lý thuy t c a Hassman[21] t l t ng quan gi a n ng đ Cl

và

OH- gây r c t thép là [Cl

]/[OH- ]≥0,61

Qua đây có th th y giá tr n ng đ Cl- nguy hi m n m trong d i r ng,

ph thu c và nhi u y u t Th c t c ng đã xác đ nh c t thép b r trên các k t

c u có n ng đ ion Cl-v i các giá tr khá khác nhau

Tuy nhiên c ng c n ph i quy đ nh m t giá tr “tiêu chu n” nào đó, ch

y u có ý ngh a xác đ nh gi i h n Cl- nguy hi m khi tính toán đ nhi m m n

c a đ u vào Các n c châu Âu[19] quy đ nh hàm l ng Cl- gi i h n trong

bê tông c t thép th ng là 0,4% l ng xi m ng và 0,2% đ i v i bê tông c t thép ng su t tr c M , theo ACI 222, giá tr gi i h n đ i v i bê tông c t thép th ng là 0,2% và bê tông c t thép ng su t tr c là 0,085 so v i hàm

l ng xi m ng

i v i các k t c u vùng bi n trong quá trình s d ng ion Cl- s th m

th u vào bê tông và khi đã tích t đ hàm l ng gi i h n c t thép s b r Chính vì v y mà t c đ th m th u ion Cl- có ý ngh a quan tr ng đ i v i đ

b n k t c u và tu i th công trình

Ion Cl- th m th u vào bê tông theo nhi u c ch khác nhau tuy thu c vào b n ch t môi tr ng

Theo l p lu n c a K.Tuuti[29] trong đi u ki n k t c u ng p n c bi n

th ng xuyên (bão hòa n c) ion Cl- khu ch tán vào bê tông ch y u do chênh l ch n ng đ gi a bên ngoài (n c bi n) và bên trong bê tông Hình

th c th m th u này có t c đ ch m i v i các k t c u vùng đ t lên xu ng

ho c trong khí quy n bi n, ngoài hi n t ng khu ch tán nói trên còn có s

th m th u c a ion Cl- do l c hút mao qu n trong quá trình hút n c t ngoài

vào trong bê tông

V n đ xác đ nh t c đ th m th u ion Cl- vào bê tông trong môi tr ng

bi n đã thu hút s quan tâm nghiên c u c a r t nhi u tác gi v i m c đích

cu i cùng là xác đ nh đ c l p bê tông b o v đ kh n ng kéo dài quá trình tích t ion Cl- t i ng ng g c t thép (Cgh) trong su t quá trình s d ng

V m t lý thuy t theo K Byfor, h u h t các tác gi đ u d a vào đ nh

lu t Fick đ mô t quá trình khu ch tán Cl- trong bê tông Tuy nhiên ph ng pháp gi i các ph ng trình vi phân và cách đ t đi u ki n biên có khác nhau

R.D Brown, P.S Mangat, Sall K Roy và nhi u tác gi khác đ t gi thi t khu ch tán m t chi u qua ph ng trình vi phân sau:

2 ( , ) ( , )

- H s khu ch tán D c a ion Cl

là m t h ng s ;

- Hàm l ng ion Cl-ban đ u Cbđ trong bê tông r t nh , đ c b qua;

- Tr ng khu ch tán m t chi u t ngoài vào trong;

ChiÒu dµy líp BT b¶o vÖ

Hình 2.6 Bi u đ mô t s phân b ion Cl - trong bê tông t i các v trí và th i

đi m khác nhau

V i giá tr Co và D c đ nh đã bi t, n u áp th i gian ti c n thi t đ c t thép không b g và giá tr ion Cl-

gi i h n gây g C(x,t) =Cgh s tính đ c chi u dày l p b o v xi c n thi t th a mãn đi u ki n c t thép không b g trong th i gian ti

Trong th c t quá trình khu ch tán ion Cl- môi tr ng ven bi n ph c

t p h n nhi u Takewaka, Mastumoto và Schiessl đã thi t l p các mô hình tính phù h p v i th c t h n C th là Takewaka và Mastumoto đã áp d ng quá trình khu ch tán 2 chi u theo ph ng trình vi phân sau:

Trong đó:

C(x,y,t) - Hàm l ng ion Cl- t do trong bê tông t a đ x,

y v i tr ng khu ch tán 2 chi u ;

K - H s bi u th t l ion Cl- liên k t v i khoáng xi

m ng trong t ng s ion Cl- khu ch tán vào bê tông Th c ch t ch có

ion Cl-t do trong bê tông m i có tác đ ng gây g c t thép

Khi gi i ph ng trình (2.10), các tác gi đã đ t m t s đi u ki n biên “đ ng” g m:

o N ng đ ion Cl- h p ph trên b m t ngoài c a bê tông ch c

đ nh khi bê tông ng p trong n c bi n Khi đó nghi m c a

o H s D trong tính toán c a Takewaka và Mastumoto c ng là

m t đ i l ng thay đ i ph thu c vào:

Trong đó: Dw/c là h s khu ch tán ph thu c vào t l N/X

D1 là h s ph thu c vào lo i xi m ng

T là th i gian khu ch tán Schiessl c ng đã đ t các đi u ki n biên nh Takewaka và Mastumoto, ngoài ra còn đ a ra mô hình tính toán cho c quá trình th m th u ion Cl- b i

l c hút mao qu n

C ng chính vì cách đ t đi u ki n biên khác nhau cho các mô hình tính

Schiessl cho r ng v i bê tông có t l N/X=0,45-0,5 trong vùng khí quy n

bi n, chi u dày l p b o v 70mm đ ng n c n s tích t ion Cl- t i gi i h n gây g (0,4% xi m ng) trên b m t c t thép trong vòng 30 n m Trong khi đó, theo tính toán c a các tác gi thì c ng v i đi u ki n biên nh trên, ch sau 14,2 n m c t thép s b g

Song song v i nh ng tr ng phái tính toán lý thuy t, nhi u tác gi khác

l i tìm hi u m c đ th m th u ion Cl

vào trong bê tông trên các công trình

th c t lâu n m vùng bi n M t s k t qu kh o sát trên các công trình bi n