Đề tài "Nghiên cứu độ bền sun phát và ion clo của bê tông xi măng mặt đường ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ "LUẬN ÁN THẠC SỸ

i LỜI CẢM ƠN Luận án thực hướng dẫn trực tiếp GS.TS Phạm Duy Hữu PGS.TS Nguyễn Thanh Sang Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn dẫn tận tình, góp ý định hướng khoa học có giá trị cho nội dung nghiên cứu để giúp thực luận án Tôi xin cảm ơn quý thầy, cô Bộ môn Đường Bộ, Bộ môn Vật Liệu Xây Dựng – Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải động viên, nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình làm luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Thế Truyền đóng góp ý kiến cho luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Phịng Đào tạo sau Đại học trường Đại Học Giao Thông Vận Tải tạo điều kiện thuận lợi cho q trình học tập Trường Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Đại học Giao Thông Vận Tải, lãnh đạo Khoa Cơng Trình tạo điều kiện để học tập nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn trường Cao Đẳng Giao Thơng Vận Tải 2, Phịng Thí nghiệm & Kiểm định - Trung tâm Kỹ thuật Đường - Cục Quản lý Đường III tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập Cuối tơi bày tỏ cảm ơn đồng nghiệp, gia đình người thân giúp đỡ tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2016 Tác giả Hồ Văn Quân ii CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập –Tự – Hạnh phúc Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi Các số liệu kết nêu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận án Hồ Văn Quân iii MỤC LỤC Lời cảm ơn i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh mục bảng ix Danh mục hình vẽ, đồ thị xii Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu xiv MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 KHÁI QUÁT VỀ VÙNG DUYÊN HẢI NAM TRUNG BỘ 1.1.1 Các đặc trưng khí hậu vùng duyên hải Nam Trung 1.1.2 Tác động biến đổi khí hậu 1.1.3 Phân vùng môi trường biển Việt Nam 1.1.3.1 Vùng ngập nước 1.1.3.2 Vùng khí ven biển 1.1.3.3 Vùng thủy triều lên xuống sóng đánh 1.2 CÁC TÍNH CHẤT THẤM, ĐỘ BỀN VÀ CÁC CƠ CHẾ SUY GIẢM ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG 1.2.1 Các vấn đề chung 1.2.1.1 Khái niệm bê tông xi măng 1.2.1.2 Phân loại bê tông xi măng 1.2.1.3 Cấu trúc bê tông xi măng 1.2.2 Các tính chất thấm bê tông xi măng 13 1.2.2.1 Quá trình vận chuyển 13 1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất thấm bê tơng xi măng 15 1.2.3 Độ bền bê tông xi măng chế suy giảm độ bền 15 1.2.3.1 Khái niệm độ bền bê tông xi măng 15 1.2.3.2 Các chế suy giảm độ bền bê tông xi măng 17 iv 1.3 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TẠO MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG 24 1.3.1 Phân loại mặt đường tơ có lớp mặt bê tông xi măng 24 1.3.1.1 Mặt đường BTXM thường có khe nối (JPCP) 24 1.3.1.2 Mặt đường BTCT có khe nối (JRCP) 24 1.3.1.3 Mặt đường BTCT liên tục (CRCP) 25 1.3.2 Cấu tạo mặt đường bê tông xi măng 25 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG XI MĂNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 27 1.4.1 Các nghiên độ bền bê tông xi măng giới 27 1.4.1.1 Các nghiên cứu độ bền sun phát bê tông xi măng 27 1.4.1.2 Các nghiên cứu độ thấm hệ số khuyếch tán ion clo bê tông 29 1.4.1.3 Các nghiên cứu thời gian khởi đầu ăn mòn, thời gian lan truyền ăn mòn cốt thép tuổi thọ kết cấu bê tông 34 1.4.2 Các nghiên cứu độ bền bê tông xi măng nước 36 1.5 XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 39 1.6 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 40 1.7 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40 1.7.1 Nội dung nghiên cứu 40 1.7.2 Phương pháp nghiên cứu 41 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 41 Chương 2: KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ TỐC ĐỘ CACBONAT HÓA, ĐỘ THẤM ION CLO VÀ NỒNG ĐỘ CLO BỀ MẶT BÊ TÔNG CỦA MỘT SỐ KẾT CẤU BÊ TÔNG Ở KHU VỰC QUẢNG NAM - ĐÀ NẴNG 43 2.1 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ CACBONAT HÓA VÀ ĐỘ THẤM ION CLO CỦA MỘT SỐ MẶT BTXM Ở KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG 43 2.1.1 Xác định hệ số cacbonat hóa số mặt đường bê tông xi măng khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng 43 2.1.1.1 Khảo sát, lấy mẫu thí nghiệm xác định chiều sâu cacbonat hóa 43 2.1.1.2 Kết đo chiều sâu cacbonat hóa mặt đường BTXM 44 v 2.1.1.3 Xác định hệ số cacbonat hóa số mặt đường BTXM 46 2.1.1.4 Đánh giá chất lượng mặt đường BTXM 47 2.1.2 Thí nghiệm xác định độ thấm ion clo mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng 47 2.1.2.1 Chuẩn bị mẫu 47 2.1.2.2 Tiến hành thí nghiệm 48 2.1.2.3 Kết thí nghiệm 50 2.2 PHÂN TÍCH SỰ THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ CLO BỀ MẶT BÊ TÔNG THEO THỜI GIAN CÁC CƠNG TRÌNH BTCT VEN BIỂN Ở KHU VỰC ĐÀ NẴNG 50 2.2.1 Phương pháp xác định nồng độ clo bề mặt cơng trình xây dựng 51 2.2.2 Lấy mẫu bê tơng thí nghiệm xác định nồng độ clo bề mặt bê tông 52 2.2.3 Phân tích kết thí nghiệm 53 2.2.4 Phân tích thay đổi nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian 54 2.3 DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM ĐANG KHAI THÁC Ở KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG DO CACBONAT HÓA VÀ XÂM NHẬP ION CLO 58 2.3.1 Dự báo tuổi thọ mặt đường BTXM khai thác khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng cacbonat hóa 58 2.3.2 Dự báo tuổi thọ mặt đường BTXM khai thác khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng xâm nhập ion clo 59 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 63 Chương 3: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH CÁC ĐẶC TRƯNG CƯỜNG ĐỘ, ĐỘ BỀN SUN PHÁT VÀ ĐỘ THẤM ION CLO CỦA BÊ TÔNG 65 3.1 CÁC YÊU CẦU CỦA XI MĂNG VÀ BÊ TÔNG XI MĂNG DÙNG TRONG XÂY DỰNG MẶT ĐƯỜNG Ô TÔ 65 3.1.1 Các yêu cầu xi măng dùng xây dựng mặt đường ô tô 65 3.1.2 Các yêu cầu BTXM dùng xây dựng mặt đường ô tô 65 3.2 VẬT LIỆU SỬ DỤNG CHẾ TẠO BÊ TÔNG XI MĂNG 67 3.2.1 Xi măng 67 vi 3.2.2 Phụ gia khoáng 69 3.2.2.1 Tro bay 69 3.2.2.2 Muội silic 70 3.2.3 Cốt liệu lớn 71 3.2.4 Cốt liệu nhỏ 73 3.2.5 Phụ gia siêu dẻo 75 3.3 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG 75 3.3.1 Phương pháp ACI 211 75 3.3.1.1 Tiêu chuẩn ACI 211.1-97 75 3.3.1.2 Tiêu chuẩn ACI 211.4R – 08 81 3.3.2 Tính tốn thiết kế thành phần bê tơng 84 3.3.2.1 Tính tốn thành phần bê tơng cấp 30 MPa 84 3.3.2.2 Tính tốn thành phần bê tông cấp 40 MPa 86 3.3.2.3 Tính tốn thành phần bê tơng cấp 50 MPa 88 3.3.2.4 Thử độ sụt để xác định lượng phụ gia siêu dẻo 90 3.4 THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH CƯỜNG ĐỘ KÉO UỐN VÀ CƯỜNG ĐỘ NÉN CỦA CÁC LOẠI BÊ TÔNG 91 3.4.1 Số lượng mẫu thí nghiệm 91 3.4.2 Công tác đúc bảo dưỡng mẫu bê tông 91 3.4.3 Thí nghiệm xác định cường độ kéo uốn cường độ nén bê tông 93 3.4.4 Xác định cường độ kéo uốn cường độ nén đặc trưng bê tông 94 3.4.5 So sánh với yêu cầu BTXM dùng để xây dựng mặt đường tơ 102 3.5 THÍ NGHIỆM ĐỘ BỀN SUN PHÁT CỦA CÁC LOẠI BTXM 103 3.5.1 Số lượng mẫu thí nghiệm 103 3.5.2 Công tác đúc bảo dưỡng mẫu bê tông 103 3.5.3 Cơng tác thí nghiệm 103 3.5.3.1 Xác định chiều dài ban đầu mẫu bê tông 103 3.5.3.2 Xác định độ thay đổi chiều dài mẫu bê tơng 104 vii 3.6 THÍ NGHIỆM ĐỘ THẤM ION CLO CỦA CÁC LOẠI BTXM 108 3.6.1 Số lượng mẫu thí nghiệm, cơng tác đúc bảo dưỡng mẫu bê tông 108 3.6.2 Cơng tác thí nghiệm 110 3.6.3 Kết thí nghiệm 110 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 112 3.7.1 Về đặc trưng cường độ bê tông xi măng 112 3.7.2 Về độ bền sun phát độ chống thấm ion clo bê tông xi măng 112 Chương 4: DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BÊ TÔNG XI MĂNG SỬ DỤNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG MỚI Ở KHU VỰC QUẢNG NAM – ĐÀ NẴNG DO XÂM NHẬP ION CLO 113 4.1 KHÁI NIỆM VỀ THIẾT KẾ TUỔI THỌ 113 4.1.1 Khái niệm thiết kế tuổi thọ 113 4.1.2 Cơ sở để thiết kế tuổi thọ 114 4.1.2.1 Tuổi thọ 114 4.1.2.2 Các mơ hình suy giảm độ bền 115 4.2 KHÁI QUÁT KHUNG THIẾT KẾ TUỔI THỌ 116 4.2.1 Thiết kế hệ số tải trọng sức kháng (LRFD) 116 4.2.1.1 Phương trình thiết kế 116 4.2.1.2 Các biến sức kháng tải trọng 117 4.2.1.3 Các giá trị đặc trưng 117 4.2.1.4 Các giá trị thiết kế hệ số riêng phần 117 4.3 XÂM NHẬP ION CLO, KHỞI ĐẦU ĂN MÒN CỐT THÉP 119 4.3.1 Phương trình thiết kế 119 4.3.2 Các giá trị thiết kế 120 4.3.3 Giá trị đặc trưng 120 4.3.3.1 Hình học 120 4.3.3.2 Vật liệu 120 4.3.3.3 Thi công 120 viii 4.4.3.4 Các tính chất tùy thuộc vào vật liệu môi trường 120 4.4 DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA MẶT ĐƯỜNG BTXM SỬ DỤNG CÁC LOẠI BÊ TÔNG MỚI DO XÂM NHẬP ION CLO Ở VÙNG KHÍ QUYỂN BIỂN 121 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 129 Kết luận 129 Những tồn tại, hạn chế 130 Kiến nghị hướng nghiên cứu 131 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học nước biển khu vực Đà Nẵng Bảng 1.2 Kết thí nghiệm tính chất học độ bền bê tơng [72] 33 Bảng 1.3 Kết thí nghiệm tính chất học độ bền mẫu bê tông đúc chỗ khoan từ mặt đường [107] 34 Bảng 2.1 Thành phần BTXM xây dựng mặt đường khu vực QN– ĐN 43 Bảng 2.2 Kết đo chiều sâu cacbonat hóa xác định hệ số cacbonat hóa mặt đường BTXM Quảng Nam – Đà Nẵng 45 Bảng 2.3 Kết tính tốn hệ số cacbonat hóa đặc trưng BTXM 47 Bảng 2.4 Đánh giá mức độ thấm ion clo bê tông 49 Bảng 2.5 Độ thấm ion clo mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng 50 Bảng 2.6 Kết thí nghiệm xác định hàm lượng clo theo chiều sâu công trình vùng khí biển 53 Bảng 2.7 Kết thí nghiệm xác định hàm lượng clo theo chiều sâu cơng trình vùng thủy triều 54 Bảng 2.8 Giá trị tham số CS m kết cấu bê tông với điều kiện tiếp xúc khác 56 Bảng 2.9 Tuổi thọ mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng cacbonat hóa 58 Bảng 2.10 Giá trị đặc trưng nồng độ clo tới hạn 59 Bảng 2.11 Độ thấm hệ số khuyếch tán ion clo 28 ngày mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng 61 Bảng 2.12 Tuổi thọ mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng xâm nhập clo 62 Bảng 3.1 Cường độ nén cường độ kéo uốn yêu cầu xi măng dùng xây dựng mặt đường BTXM 66 Bảng 3.2 Các tiêu hóa, lý xi măng dùng xây dựng mặt đường BTXM 66 x Bảng 3.3 Các tiêu yêu cầu bê tông dùng xây dựng mặt đường ô tô 67 Bảng 3.4 Thành phần khoáng vật loại xi măng sản xuất Việt Nam 68 Bảng 3.5 Các tiêu cơ, lí xi măng Nghi Sơn PCB40 68 Bảng 3.6 Kết xác định lượng nước yêu cầu độ hoạt tính TB 69 Bảng 3.7 Các tính chất tro bay theo ASTM C618:05 TCVN 10302:2014 69 Bảng 3.8 Kết xác định độ hoạt tính muội silic 70 Bảng 3.9 Các tiêu muội silic theo ASTM C1240 70 Bảng 3.10 Yêu cầu bê tông tiếp xúc với môi trường xâm thực nặng 71 Bảng 3.11 Các tiêu cơ, lí yêu cầu cốt liệu lớn dùng làm mặt đường BTXM 72 Bảng 3.12 Các tiêu cơ, lí đá gốc Granit mỏ đá Phước Tường- Đà Nẵng 72 Bảng 3.13 Các tiêu cơ, lí đá Dmax = 19 mm mỏ đá Phước Tường – Đà Nẵng 73 Bảng 3.14 Thành phần hạt đá dăm mỏ đá Phước Tường – Đà Nẵng .73 Bảng 3.15 Các tiêu cơ, lý yêu cầu cát dùng làm mặt đường BTXM 74 Bảng 3.16 Các tiêu cơ, lí cát vàng Túy Loan – Đà Nẵng 74 Bảng 3.17 Thành phần hạt cát vàng Túy Loan – Đà Nẵng 74 Bảng 3.18 Các tiêu phụ gia siêu dẻo Glinium 113 75 Bảng 3.19 Độ sụt hỗn hợp bê tông theo loại kết cấu 76 Bảng 3.20 Lượng nước trộn hàm lượng khơng khí bê tơng tươi 76 Bảng 3.21 Mối quan hệ tỉ lệ N/CKD cường độ nén 78 Bảng 3.22 Thể tích đá dăm đầm chặt đơn vị thể tích bê tơng 78 Bảng 3.23 Đề xuất độ sụt cho bê tơng có khơng có phụ gia siêu dẻo 81 Bảng 3.24 Đề xuất độ sụt hỗn hợp bê tông theo loại kết cấu 81 Bảng 3.25 Kích thước lớn cốt liệu lớn 82 Bảng 3.26 Thể tích đá dăm đầm chặt đơn vị thể tích bê tơng 82 Bảng 3.27 Lượng nước trộn hàm lượng khơng khí bê tơng tươi sở sử dụng cát có độ rỗng 35% 83 xi Bảng 3.28 Gía trị tối đa N/CKD khuyên dùng bê tông sản xuất phụ gia siêu dẻo 83 Bảng 3.29 Gía trị tối đa N/CKD khuyên dùng bê tơng sản xuất có phụ gia siêu dẻo 83 Bảng 3.30 Thành phần bê tông cấp 30, 40 50 MPa 90 Bảng 3.31 Số lượng mẫu bê tơng để thí nghiệm cường độ kéo uốn nén 91 Bảng 3.32 Gía trị kn cho giá trị đặc trưng 5% 94 Bảng 3.33 Cường độ kéo uốn cường nén đặc trưng loại bê tông 95 Bảng 3.34 Tỉ số f’c/ f’c28, f’c/f’c0MS0TB f’cn/f’cku loại bê tông 98 Bảng 3.35 So sánh với cường độ kéo uốn yêu cầu BTXM làm mặt đường 102 Bảng 3.36 Chiều dài ban đầu mẫu bê tông sau bảo dưỡng ẩm 28 ngày 104 Bảng 3.37 Độ thay đổi chiều dài mẫu bê tông theo thời gian ngâm 105 Bảng 3.38 Độ thay đổi chiều dài trung bình mẫu bê tơng theo thời gian ngâm 106 Bảng 3.39 Tỉ số độ giãn nở bê tông 7MS0TB, 5MS15TB so với bê tông 0MS0TB 107 Bảng 3.40 Số lượng mẫu bê tông để thí nghiệm độ thấm ion clo 109 Bảng 3.41 Độ thấm ion clo loại bê tông xi măng 109 Bảng 3.42 Tỉ số Q28/Q280MS0TB, Q56/Q560MS0TB Q56/Q28 loại BTXM 110 Bảng 4.1 Giá trị đặc trưng hệ số bảo dưỡng bê tông 120 Bảng 4.2 Giá trị đặc trưng hệ số môi trường với bê tông thường 121 Bảng 4.3 Giá trị đặc trưng hệ số tuổi bê tông 121 Bảng 4.4 Độ thấm hệ số khuyếch tán ion clo loại BTXM 28 ngày 123 Bảng 4.5 Tuổi thọ mặt đường BTXM xâm nhập ion clo vùng khí biển 125 Bảng 4.6 Tỉ số tbđ/tyc, tbđ/tbđ0MS0TB tbđ/tbđMĐ loại mặt đường BTXM 126 xii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Phân vùng mơi trường biển Việt Nam [9] Hình 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến tính thấm bê tơng [91] 15 Hình 1.3 Suy giảm độ bền theo thời gian bê tông xi măng [96] 16 Hình 1.4 Vùng xâm nhập cacbonat hóa đạt đến cốt thép [77] 21 Hình 1.5 Sơ đồ biểu diễn clo gây ăn mòn cốt thép [99] 22 Hình 1.6 Thể tích tương đối sản phẩm ăn mòn so với thể tích sắt [88] 24 Hình 1.7 Các hư hại ăn mòn gây nứt, vỡ, tách lớp bê tơng [86] 24 Hình 1.8 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường mép BTXM 25 Hình 1.9 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường góc BTXM 26 Hình 1.10 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường vị trí cống hộp (cống chui) 26 Hình 1.11 Cấu tạo bố trí cốt thép gia cường vị trí cống trịn 27 Hình 1.12 Ảnh hưởng MS TB đến sức kháng sun phát bê tơng [102] 28 Hình 1.13 Ảnh hưởng hàm lượng MS, TB tỉ lệ N/CKD vào độ thấm ion clo loại bê tông 28 ngày [79] 32 Hình 1.14 Tuổi thọ kết cấu bê tông cốt thép theo mơ hình Tuuti [103] 35 Hình 2.1 Xác định chiều sâu cacbonat hóa mặt đường BTXM 44 Hình 2.2 Thí nghiệm độ thấm ion clo mẫu bê tông 49 Hình 2.3 Cơng tác khoan lấy mẫu bê tông để xác định hàm lượng clo theo chiều sâu 52 Hình 2.4 Đường cong hồi qui cơng trình mặt đường BTXM tuổi vùng khí biển 55 Hình 2.5 Đường cong hồi qui cơng trình trụ cầu 19 tuổi vùng thủy triều 55 Hình 2.6 Đường cong thể nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian kết cấu bê tơng vùng khí biển 57 Hình 2.7 Đường cong thể nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian kết cấu bê tông vùng thủy triều 57 Hình 2.8 Hệ số khuyếch tán ion clo 28 ngày mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng 61 xiii Hình 2.9 Quan hệ tuổi thọ mặt đường BTXM khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng xâm nhập ion clo chiều dày lớp bê tông bảo vệ 62 Hình 3.1 Thử độ sụt hỗn hợp bê tông 92 Hình 3.2 Cơng tác đúc bảo dưỡng mẫu bê tông 92 Hình 3.3 Thí nghiệm kéo uốn nén mẫu bê tơng 93 Hình 3.4 Biểu đồ phát triển cường độ kéo uốn loại BTXM 99 Hình 3.5 Quan hệ cường độ kéo uốn tỉ lệ N/CKD loại BTXM 99 Hình 3.6 Biểu đồ phát triển cường độ nén loại BTXM 99 Hình 3.7 Quan hệ cường độ nén tỉ lệ N/CKD loại BTXM 100 Hình 3.8 Đo độ giãn nở mẫu bê tông theo thời gian ngâm dung dịch Natri sun phát 10% 106 Hình 3.9 Độ giãn nở loại BTXM ngâm dung dịch sun phát 107 Hình 3.10 Quan hệ tỉ lệ N/CKD độ giãn nở sun phát 28 tuần ngâm loại BTXM 107 Hình 3.11 Tỉ số  L/  L0MS0TB loại BTXM 108 Hình 3.12 Độ thấm ion clo 28 56 ngày loại bê tông xi măng 110 Hình 3.13 Tỉ số Qtb/QtbĐC 28 56 ngày loại bê tông xi măng 111 Hình 4.1 Các biến cố liên quan đến tuổi thọ cơng trình [58] 114 Hình 4.2 Quan hệ tỉ lệ N/CKD hệ số khuyếch tán ion clo D28 bê tông 123 Hình 4.3 Quan hệ tỉ lệ N/CKD tuổi thọ mặt đường BTXM xâm nhập ion clo vùng khí biển 126 Hình 4.4 Tuổi thọ mặt đường BTXM xâm nhập ion clo vùng khí biển 127 xiv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÍ HIỆU A Hệ số phụ thuộc nồng độ clo bề mặt bê tông CS nồng độ clo tới hạn gây ăn mịn cốt thép CCR, điều kiện thi cơng mơi trường AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials (Hiệp hội người làm vận tải đường Hoa Kỳ) ACI American concrete institute (Viện bê tông Hoa Kỳ) ASTM American society of testing materials (Hiệp hội Vật liệu Thử nghiệm Hoa Kỳ) B Khối lượng m3 bê tông tươi BS British standards (Tiêu chuẩn Anh Quốc) BTCT Bê tông cốt thép BTXM Bê tông xi măng C Cát vàng CCL Nồng độ clo CS Nồng độ clo bề mặt CCR Nồng độ clo tới hạn gây ăn mịn cốt thép CKD Chất kết dính Dt Hệ số khuyếch tán ion clo thời điểm t D28 Hệ số khuyếch tán ion clo 28 ngày Đ Đá dăm f’cku Cường độ kéo uốn đặc trưng f’cn Cường độ nén đặc trưng h Chiều dày bê tơng xi măng hc Chiều sâu cacbonat hóa bê tông xi măng kc Hệ số kể đến điều kiện bảo dưỡng bê tông ke Hệ số kể đến điều kiện môi trường tiếp xúc kn Hệ số cho giá trị đặc trưng 5% xv Kca Hệ số cacbonat hóa KK Khơng khí Lc Chiều dài chuẩn Lt Chiều dài mẫu độ tuổi t L0 Chiều dài ban đầu mẫu LRFD Thiết kế theo hệ số tải trọng sức kháng (Load and Resistance Factor Design) m Hệ số tuổi bê tông MK Metakaolanh MS Muội silic N Nước N/CKD Tỉ lệ nước-chất kết dính N/X Tỉ lệ nước-xi măng PGSD Phụ gia siêu dẻo Q Độ thấm ion clo Rku Cường độ kéo uốn Rn Cường độ nén S Độ lệch chuẩn t Thời gian TB Tro bay tbđ Thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TT Tro trấu x Chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép xc Số đọc đồng hồ đo chiều dài chuẩn xm Số đọc đồng hồ đo chiều dài mẫu bê tơng X Xi măng XLC Xỉ lị cao c xvi Khối lượng riêng cát đ Khối lượng riêng đá  MS Khối lượng riêng muội silic N Khối lượng riêng nước  TB Khối lượng riêng tro bay x Khối lượng riêng xi măng L Độ thay đổi chiều dài mẫu bê tông x Dung sai lớp bê tông bảo vệ cốt thép MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Mặt đường bê tông xi măng (BTXM) xây dựng Bellefontaine, Ohio vào năm 1891 George Bartholomew, 100 năm sau đó, phần mặt đường Ơng cịn sử dụng Tuy nhiên, thời loại mặt đường chưa có tên gọi bê tơng xi măng Đến năm 1913, 37 km (23 dặm) mặt đường bê tông với chiều rộng 2,70 m (9,0 foot), dày 125 mm (5 inch) xây dựng gần Pine Bluff, Arkansas với chi phí la foot (0,305 m), xem mặt đường bê tông xi măng nghĩa giới [90] Sau khoảng 100 năm phát triển nay, mặt đường bê tơng có phát triển vượt bậc trở thành mặt đường quan trọng hệ thống đường giao thông nước giới, đặc biệt đường cao tốc Ở số nước khu vực Châu Á Trung Quốc, Thái Lan mặt đường BTXM chiếm từ 30-40% tổng chiều dài đường cao tốc trục Tại Hàn Quốc, mặt đường BTXM chiếm khoảng 65% tổng chiều dài đường cao tốc Tại Nhật Bản, khoảng 50-60% mặt đường BTXM, năm gần tỉ lệ mặt đường BTXM Nhật Bản giảm đáng kể lí khác nhau, có lý nâng cấp hệ thống đường bê tông cũ Tại Mỹ, khoảng 60% hệ thống đường Liên Bang BTXM, đặc biệt khu vực đô thị nơi dự báo lưu lượng giao thông lớn, BTXM lựa chọn giải pháp cho mặt đường Tại Bỉ, đường cao tốc, mặt đường BTXM chiếm khoảng 40%; đường tỉnh lộ, mặt đường BTXM chiếm khoảng 37% [17] Ở Việt Nam, thập niên 80 kỉ 20, số đoạn đường xây dựng mặt đường BTXM Quốc Lộ (đoạn Thái Nguyên – Bắc Cạn), Quốc Lộ 14 (đoạn Tiên Yên – Móng Cái) đến đầu kỉ 21 loại mặt đường thực có điều kiện để xây dựng Tuy nhiên, mặt đường BTXM chiếm tỉ lệ nhỏ, khoảng 3% mạng lưới đường 5% hệ thống đường Quốc Lộ [17] Hiện nay, Việt Nam thực loạt dự án đường BTXM kể đường cao tốc tương lai gần tỉ lệ mặt đường BTXM tăng lên đáng kể Mặt đường BTXM loại mặt đường có ưu việt đặc biệt tuổi thọ (gấp 2-4 lần so với bê tông nhựa), khả chịu lực, tính thích ứng (với điều kiện khí hậu loại xe), tiết kiệm nhiên liệu xe chạy, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến mơi trường, biến động giá so với nhựa, tận dụng nguồn vật liệu địa phương, tu bảo dưỡng Về mặt giá thành chi phí xây dựng ban đầu mặt đường BTXM thường cao mặt đường bê tông nhựa giá thành qui đổi lại rẻ 15-25% [17, 63] Gjørv nhận định rằng, vấn đề liên quan đến độ bền đánh giá thấp nhiều năm Trọng tâm xác định tính chất học khả chịu lực kết cấu, thiết kế độ bền, chất lượng thi công quản lý vịng đời bị lãng qn Ít chủ đầu tư kết cấu bê tông đưa yêu cầu đặc biệt với độ bền chất lượng lâu dài với cơng trình họ [59] Trên giới, vấn đề thiết kế tuổi thọ công trình bê tơng bê tơng cốt thép bắt đầu nghiên cứu từ đầu thập kỉ 80 kỉ 20 đến vấn đề tiếp tục nghiên cứu Ở Việt Nam, vấn đề gần có số tác giả nghiên cứu, nhiên chưa nghiên cứu sâu nhiều hạn chế Khu vực duyên hải Nam Trung chiếm diện tích lớn Việt Nam nơi có bờ biển trải dài từ thành phố Đà Nẵng đến Bình Thuận Nơi thuộc vùng khí hậu nhiệt đới nóng - ẩm ướt chịu ảnh hưởng trực tiếp khí hậu biển, khu vực duyên hải Nam Trung nơi chịu ảnh hưởng nặng nề tác động biến đổi khí hậu như: gia tăng nhiệt độ, xâm nhập mặn mực nước biển dâng, bão, lũ [4, 5] Việc nghiên cứu độ bền sun phát ion clo bê tông xi măng mặt đường môi trường khí hậu khắc nghiệt khu vực duyên hải Nam Trung bộ, từ đề xuất biện pháp làm tăng độ bền cho bê tông xi măng mặt đường để kéo dài tuổi thọ đồng thời giảm chi phí tu bảo dưỡng thường xuyên định kỳ, đảm bảo an toàn quản lý sử dụng vấn đề mang tính khoa học, kinh tế thực tiễn Do đề tài "Nghiên cứu độ bền sun phát ion clo bê tông xi măng mặt đường khu vực duyên hải Nam Trung " có tính thời cấp thiết Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu tập trung vào vấn đề sau: - Khảo sát, đánh giá độ bền (cacbonat hóa, độ thấm ion clo) số mặt đường BTXM xây dựng khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng - Xác định nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian số cơng trình bê tơng cốt thép (BTCT) xây dựng khu vực Đà Nẵng 3 - Ảnh hưởng phụ gia khoáng tro bay (TB) muội silic (MS) đến đặc trưng cường độ, độ bền sun phát độ thấm ion clo loại bê tông cấp 30, 40 50 MPa - Dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép) mặt đường BTXM sử dụng loại bê tông (có phụ gia khống TB MS) xâm nhập ion clo mơi trường khí biển Cấu trúc luận án Gồm có phần Mở đầu, Chương, phần Kết luận Kiến nghị, Danh mục cơng trình tác giả công bố, Danh mục tài liệu tham khảo Cụ thể là: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Khảo sát đánh giá tốc độ cacbonat hóa, độ thấm ion clo nồng độ clo bề mặt số kết cấu bê tông khu vực Quảng Nam - Đà Nẵng - Chương 3: Nghiên cứu thực nghiệm xác định đặc trưng cường độ, độ bền sun phát độ thấm ion clo bê tông - Chương 4: Dự báo tuổi thọ mặt đường bê tông xi măng sử dụng loại bê tông khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng xâm nhập ion clo - Kết luận kiến nghị - Danh mục cơng trình tác giả cơng bố - Tài liệu tham khảo Những đóng góp đề tài - Đánh giá độ bền tuổi thọ (cacbonat hóa xâm nhập ion clo) mặt đường BTXM xây dựng khu vực Quảng Nam – Đà Nẵng tác động khí hậu biển - Xây dựng công thức xác định nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian cơng trình BTCT ven biển khu vực Đà Nẵng - Thiết kế thành phần bê tông xi măng cấp 30, 40 50 MPa sử dụng phụ gia khoáng TB MS theo yêu cầu cường độ độ bền - Thực nghiệm đánh giá độ bền sun phát, độ chống thấm ion clo cấp bê tông xi măng 30, 40 50 MPa sử dụng phụ gia khoáng TB MS 4 - Dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép) mặt đường BTXM sử dụng loại bê tông (có phụ gia khống TB MS) xâm nhập ion clo mơi trường khí biển Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Luận án có ý nghĩa khoa học thực tiễn, có tính mới, lần nghiên cứu tính tốn, dự báo tuổi thọ mặt đường BTXM có cốt thép điều kiện môi trường biển khu vực duyên hải Nam Trung có xét đến ảnh hưởng thời gian đến nồng độ clo bề mặt bê tông Luận án xác định ảnh hưởng có lợi phụ gia khoáng MS TB đến đặc trưng cường độ độ bền sun phát độ chống thấm ion clo bê tông Luận án góp phần làm rõ vai trị MS TB bê tông xi măng chống lại xâm nhập ion clo, làm tăng tuổi thọ cơng trình ven biển khu vực dun hải Nam Trung xâm nhập ion clo Luận án cung cấp tổng quan, thông số để dự báo tuổi thọ (thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép) mặt đường BTXM điều kiện môi trường biển khu vực Duyên hải Nam Trung bộ, tài liệu tham khảo cho nhà nghiên cứu độ bền kết cấu bê tông môi trường biển