Nghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh HòaNghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Đặng Thị Thu Hiền NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO TRONG VÙNG BIỂN XA BỜ TỈNH KHÁNH HÒA Ngành : Kỹ thuật xây dựng công trình đặc biệt Mã số : 9 58 02 06 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Hà Nội - 2024 Công trình được hoàn thành tại: ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI Người hướng dẫn khoa học: HD1 GS.TS Phạm Duy Hữu HD2 PGS.TS Nguyễn Thị Bạch Dương Phản biện 1: GS.TSKH Phùng Văn Lự Phản biện 2: GS.TSKH Nguyễn Đông Anh Phản biện 3: TS Đỗ Hữu Thắng Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường Đại học Giao thông vận tải vào hồi … giờ … ngày … tháng … năm 2024 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc Gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Giao thông vận tải 1 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Hiện nay, khá nhiều công trình bê tông cốt thép (BTCT) được xây dựng trong vùng biển Việt Nam đã bị hư hỏng sau một thời gian ngắn được đưa vào sử dụng (dưới 20 năm) Trong khi đó, các nghiên cứu về lĩnh vực thiết kế kế công trình BTCT mới đang tập trung chủ yếu theo hướng thiết kế vật liệu với hàm mục tiêu là cường độ Việc chưa quan tâm đến thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo độ bền đã dẫn đến thực trạng các công trình bị xâm nhập ion clo nghiêm trọng, làm giảm tuổi thọ sử dụng công trình Nắm bắt được thực trạng đó tại Việt Nan nên đề tài nghiên cứu của luận án “Nghiên cứu độ bền của bê tông chất lượng cao trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa” là cần thiết, có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án Mục tiêu của luận án là nghiên cứu độ bền của kết cấu bê tông cốt thép trong vùng biển xa bờ của tỉnh Khánh Hòa Để đạt được mục tiêu trên, luận án đã thiết kế thành công thành phần bê tông HPC sử dụng muội silic đảm bảo độ bền chống xâm nhập ion clo phù hợp với đặc thù khu vực và ứng dụng loại bê tông HPC đã thiết kế trong xây dựng các công trình phục vụ kinh tế - quốc phòng với tuổi thọ sử dụng đạt tối thiểu 100 năm 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án Đối tượng nghiên cứu: kết cấu bê tông cốt thép với hai vật liệu chính là bê tông và cốt thép thường không bao gồm cốt thép dự ứng lực Như vậy kết cấu BTCT là bê tông cốt thép thường Phạm vi nghiên cứu: bê tông chất lượng cao có thành phần là chất kết dính xi măng poóc lăng nhóm 1, không sử dụng hỗn hợp xi măng hỗn hợp khác Chất kết dính phụ: chỉ sử dụng muội silic, không sử dụng tro bay hoặc xỉ lò cao Các loại cốt liệu phù hợp theo tiêu chuẩn Việt Nam 4 Phương pháp nghiên cứu trong luận án Phương pháp nghiên cứu áp dụng trong luận án là nghiên cứu lý thuyết, mô hình toán, kết hợp với thực nghiệm 5 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc của luận án Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết và bố cục của luận án; Chương 1 Tổng quan độ bền và các ứng dụng của bê tông chất lượng cao trong môi trường biển Chương 2 Thực nghiệm xác định nồng độ clo bề mặt bê tông, hệ số khuếch tán clo một số công trình BTCT đã xây dựng ở vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa Chương 3 Thiết kế thành phần bê tông HPC đảm bảo độ bền cho các công trình BTCT trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa Chương 4 Thiết kế bền vững công trình BTCT vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa sử dụng bê tông HPC 2 Kết luận và kiến nghị: tổng hợp các kết quả nghiên cứu, những đóng góp mới của luận án và kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo Danh mục công trình của tác giả Tài liệu tham khảo 6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học của luận án: luận án đã đề xuất công thức dự đoán nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian Đồng thời xây dựng được mô hình FEM xác định nồng độ ion clo theo chiều sâu kết cấu và thời gian Từ đó đề xuất quy trình và phương pháp thiết kế thành phần bê tông HPC theo hàm mục tiêu độ bền và các thành phần bê tông HPC cụ thể áp dụng cho công trình xây dựng trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa đảm bảo tuổi thọ sử dụng tối thiểu là 100 năm - Ý nghĩa thực tiễn của luận án: phương pháp thiết kế thành phần bê tông với mục tiêu đảm bảo độ bền cho các kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi trường biển đã được đề xuất; đã ứng dụng thành công bê tông muội silic, một loại bê tông đảm bảo độ bền của kết cấu BTCT khi làm việc trong môi trường biển, giúp giảm chi phí duy tu bảo dưỡng, đáp ứng hiệu quả kinh tế dài hạn, giảm ô nhiễm môi trường, góp phần bảo tồn các công trình lịch sử trong khu vực Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BỀN VÀ ỨNG DỤNG BÊ TÔNG CHẤT LƯỢNG CAO TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN 1.1 Tổng quát về công trình bê tông cốt thép trong môi trường biển Môi trường biển chủ yếu bao gồm môi trường nước biển và môi trường không khí biển Dựa theo tính chất xâm thực của môi trường biển, vị trí làm việc của kết cấu BTCT chia làm 3 vùng ranh giới sau: vùng ngập nước, vùng nước biển lên xuống và sóng đánh và vùng khí quyển biển Trong đó vùng nước biển lên xuống và sóng đánh là vùng có mức độ ẩm đối với kết cấu là mạnh nhất Kết quả phân tích đặc điểm môi trường vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa: khí hậu nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới với hai mùa; mùa khô kéo dài từ tháng 2 đến tháng 4, còn mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 1 năm sau; nhiệt độ dao động không quá 4oC, nhiệt độ trung bình là 28oC; lượng mưa dao động từ 1.800mm đến 2.200mm; biên độ sóng dao động khá lớn từ 0,8-1,8m, lớn nhất có thể tới hơn 2m Kết quả phân tích thành phần nước biển cho thấy hàm lượng ion clo vào mùa khô tương đương với vùng biển Arabian Gulf và có hàm lượng cao gấp 2 lần so với khu vực biển Hà Tĩnh, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Nha Trang, Hải Phòng, Hòn Gai, v.v Vào mùa mưa hàm lượng ion clo giảm nhiều so với mùa khô Kết quả khảo sát hiện trạng các công trình đã xây dựng tại khu vực nghiên cứu cho thấy hầu hết các công trình BTCT xây dựng tại các đảo của vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa sau 10-20 năm sử dụng đã xuất hiện những hư hỏng điển hình như bê tông bị nứt hoặc vỡ, vết nứt từ nhỏ đến lớn thậm chí còn bị vỡ từng mảng để lộ cốt thép đã bị han gỉ 1.2 Tổng quan về độ bền công trình BTCT trong môi trường biển Quá trình xuống cấp của công trình do các nguyên nhân được thể hiện trên Hình 1.6 3 Hình 1.6 Nguyên nhân gây hư hỏng kết cấu BTCT Theo nghiên cứu của Giáo sư Mutsuyoshi [24], nguyên nhân chủ yếu dẫn đến các hư hại của các kết cấu BTCT là do xâm nhập ion clo, chiếm tới 66% Trong khi đó, cacbonat hóa chỉ chiếm 5% Vì vậy, trong luận án, tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của sự xâm nhập ion clo đến sự suy giảm độ bền của kết cấu BTCT Theo phương pháp thiết kế đảm bảo độ bền, độ bền được xác định là tuổi thọ sử dụng yêu cầu Theo phương pháp này, quan niệm định tính về độ bền được chuyển thành những yêu cầu có căn cứ là số năm sử dụng của công trình mà kết cấu của nó phải đảm bảo yêu cầu (tuổi thọ sử dụng) (Fagerlund [107]) Tuổi thọ sử dụng của một kết cấu có thể được mô tả như là sự kết hợp tuổi thọ sử dụng đối với các bộ phận khác nhau của kết cấu Bộ phận có tuổi thọ sử dụng ngắn nhất sẽ quyết định đến tuổi thọ sử dụng của kết cấu đó Với phương pháp này, có thể xác định được bộ phận kết cấu được sử dụng để xác định tuổi thọ sử dụng Những kết cấu BTCT quan trọng thì yêu cầu tuổi thọ sử dụng là 50, 80, 100 năm hoặc nhiều hơn với độ tin cậy được thể hiện bởi các nhà thiết kế và chủ đầu tư Trong suốt 150 năm qua, các chuyên gia, các Ủy ban và chính quyền Quốc gia đã tham gia vào vấn đề đảm bảo độ bền kết cấu BTCT trong môi trường biển Trong đó các nghiên cứu điển hình bao gồm: cuối thế kỉ XX, các nghiên cứu tập trung vào các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xâm nhập ion clo trong bê tông như nồng độ clo bề mặt bê tông, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép; đến đầu thế kỉ XXI, các nghiên cứu tập trung vào sự ảnh hưởng của phụ gia khoáng như muội silic, tro bay, xỉ lò cao và sự kết hợp giữa chúng; sau đó, các công trình tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của muội silic đến cường độ và mức độ chống xâm nhập ion clo của bê tông Các nghiên cứu về độ bền bê tông chỉ ra rằng, bê tông sử dụng muội silic đảm bảo độ bền, cường độ và tính công tác của kết cấu BTCT trong môi biển Các nghiên cứu trong nước cũng đi theo hướng nghiên cứu của thế giới, đó là cải thiện chất lượng bê tông trong môi trường biển bằng cách sử dụng các vật liệu khoáng và phụ gia khoáng để tăng cường sức kháng xâm nhập ion clo và đảm bảo tính công tác và cường độ chịu nén Các phụ gia khoáng được sử dụng phổ biến là muội silic, tro bay, xỉ lò cao, v.v hoặc kết hợp các loại trên Các nghiên cứu mới chỉ tập trung xác định cường độ chịu nén của kết cấu, từ đó tìm ra các biện pháp nâng cao tuổi thọ sử dụng mà chưa ưu tiên tiêu chí đảm bảo độ bền của kết cấu khi thiết kế thành phần bê tông 4 Các tiêu chuẩn độ bền của bê tông trong môi trường biển hiện đang được ứng dụng tại Việt nam bao gồm: EN 206-1, TCVN 9346:2012 và TCVN 12-41-2017 Những quy định trong các tiêu chuẩn của thế giới và Việt nam về độ bền kết cấu BTCT trong môi trường biển đều quy định về phân loại vị trí tiếp xúc, tỉ lệ N/CKD lớn nhất, cấp bê tông, hàm lượng xi măng và chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép Đây là những giới hạn yêu cầu khi thiết kế kết cấu BTCT đảm bảo độ bền trong môi trường biển 1.3 Tổng quan về bê tông HPC Bê tông HPC là một thế hệ bê tông mới có thêm một số tính năng được cải thiện Xét về cường độ chịu nén, đây là bê tông cường độ cao; xét tổng thể các tính năng thì gọi là bê tông chất lượng cao Tính năng của bê tông chất lượng cao thể hiện ở tính công tác, cường độ chịu nén (fc’≥ 55 , ACI PRC-363-10) và độ bền thể hiện qua sức kháng xâm nhập ion clo cao, khả năng chống lại sự tấn công của các yếu tố như yếu tố hóa học, vật lý, sinh học và ăn mòn Do đó, bê tông HPC có độ bền cao và đảm bảo tuổi thọ sử dụng lâu dài trong môi trường khắc nghiệt Hiện nay, bê tông HPC được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, trong đó có một số lĩnh vực quan trọng như kết cấu nhà cao tầng, cầu, công trình ngoài khơi v.v 1.4 Định hướng nghiên cứu của luận án 1) Thực nghiệm xác định nồng độ clo trên bề mặt bê tông khu vực thủy triều tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa; 2) Xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông HPC đảm bảo độ bền xâm nhập ion clo trong môi trường biển; 3) Sử dụng mô phỏng số bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu BTCT chịu ảnh hưởng của sự xâm nhập ion clo khi nồng độ clo bề mặt và hệ số khuếch tán clo thay đổi theo thời gian trên cơ sở kết quả thực nghiệm tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa; 4) Từ nghiên cứu bê tông HPC đảm bảo độ bền tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa, đề xuất thành phần bê tông HPC và chiều dày lớp kết cấu bê tông bảo vệ cốt thép đảm bảo độ bền kết cấu kè bảo vệ âu tàu ở khu vực này Chương 2 THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ CLO BỀ MẶT, HỆ SỐ KHUẾCH TÁN CLO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH BTCT ĐÃ XÂY DỰNG Ở VÙNG BIỂN XA BỜ TỈNH KHÁNH HÒA 2.1 Sự ăn mòn cốt thép trong kết cấu BTCT do xâm nhập ion clo 2.1.1 Cơ chế vận chuyển trong bê tông Khuếch tán, điện di, đối lưu là các cơ chế chuyên chở các chất trong bê tông Trong luận án, cơ chế khuếch tán được sử dụng để xác định sự xâm nhập của ion clo vào trong bê tông Đây là cơ chế đang được sử dụng phổ biến trong các nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam Định luật cơ bản của khuếch tán là định luật thứ hai của Adolf Fick [73] Định luật Fick thứ hai: Tốc độ biến thiên nồng độ theo thời gian tỉ lệ thuận với đạo hàm bậc hai của nồng độ theo tọa độ 5 C 2C (2.2) D 2 t x Khuếch tán ion clo trong bê tông là do trong bê tông có hệ thống lỗ rỗng rất nhỏ, thường được lấp đầy bởi nước Các ion clo sẽ khuếch tán trong dung dịch bên trong hệ thống lỗ rỗng đó khi có chênh lệch nồng độ Trong trường hợp hệ số khuếch tán clo và nồng độ clo bề mặt là hằng số, trong khi nồng độ ion clo ban đầu trong bê tông bằng 0, nghiệm của phương trình (2.2) được viết theo phương trình (2.3) x (2.3) C x,t Cs 1 erf 2 D0 t 2.1.2 Cơ chế hóa học ăn mòn cốt thép do xâm nhập ion clo Khi ion clo xâm nhập vào bê tông và nồng độ ion clo trên bề mặt cốt thép đạt tới ngưỡng nồng độ clo giới hạn thì màng thụ động sẽ bị phá vỡ Điều này sẽ dẫn đến việc cốt thép có thể bị ăn mòn nếu có sự cung cấp độ ẩm và oxy Đây là một quá trình điện hóa với các phản ứng hóa học diễn ra trong hai vùng cực dương và cực âm, Hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ ăn mòn cốt thép do xâm nhập ion clo Theo Nielsen [100], oxit sắt Fe2O3 chưa ngậm nước có thể tích bằng với thể tích của thép mà nó thay thế Khi Fe2O3 ngậm nước, nó nở nhiều hơn, trở lên xốp Do đó thể tích tại giao diện bê tông - thép tăng lên đến 6 lần dẫn đến nứt và tách tấm bê tông 2.1.3 Các yếu tố chính ảnh hưởng đến cơ chế khuếch tán - Hệ số khuếch tán clo của bê tông thường có giá trị thay đổi từ 10-13 m2/s đến 10-11 m2/s Hệ số đó có giá trị từ 10-12 m2/s đến 10-11 m2/s đối với bê tông thường và từ 10-13 m2/s đến 10-12 m2/s đối với bê tông HPC [68] Nó phụ thuộc vào tỉ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic, thời gian kết cấu tiếp xúc với môi trường và nhiệt độ môi trường - Nồng độ clo bề mặt càng cao thì ion clo khuếch tán vào sâu bên trong bê tông càng mạnh và tốc độ ăn mòn cốt thép càng tăng (Fick 2) Nó phụ thuộc vào vị trí địa lý của vùng biển và vị trí tiếp xúc của kết cấu Theo các nghiên cứu hiện nay, nồng độ clo trên bề mặt bê tông tiếp xúc với môi trường biển được tích tụ, sau đó tăng lên theo thời gian Đến một thời điểm nhất định, nó đạt giá trị lớn nhất (Cs,max) và không tăng nữa Các nghiên cứu về nồng độ clo bề mặt được tổng hợp trong Bảng 2.3 6 Bảng 2.3 Các nghiên cứu về nồng độ clo bề mặt trong môi trường biển [98] TT Nguồn dữ liệu Thời gian Phương trình Các tác giả Năm tiếp xúc (năm) Cs=a.t0,5 Uji et al [129] 1990 Cs=a.tb Costa and Appleton [66] 1999 1 Japan 23-58 Cs=a(1-e-b.t) 2002 Kasir et al [87] 2 Portugal 0,5-5,5 3 United States of America 2-16 4 South Korea 0,7-48,7 Cs=a.Ln(b.t+1)+c Pack et al [106] 2010 0-3 Cs=a+b.t0,5 Zhou et al [134] 2016 5 Dữ liệu báo cáo 0-5 Cs=a(1-eb.t) Yang et al [133] 2017 6 Dữ liệu báo cáo Theo số liệu từ các cuộc điều tra hiện trường rộng lớn của kết cấu BTCT dọc theo bờ biển Na Uy được tổng hợp trong Bảng 2.4 [74], nồng độ clo bề mặt có thể được mô tả “cao” với giá trị trung bình là 5,5% và độ lệch chuẩn là 1,3% tính theo khối lượng xi măng tương ứng Bảng 2.4 Nồng độ clo bề mặt kết cấu bê tông trong môi trường khắc nghiệt [74] Mức nồng độ clo bề mặt Cs (% trọng lượng xi măng) Giá trị trung bình Độ lệch chuẩn Cao 5,5 1,3 Trung bình 3,5 0,8 Thấp 1,5 0,3 - Ngưỡng nồng độ clo giới hạn gây ăn mòn cốt thép (Ccr) là hàm lượng ion clo cần thiết tại bề mặt cốt thép để phá vỡ màng thụ động của thép và bắt đầu gây ăn mòn Giá trị này thường được biểu thị theo tỉ lệ phần trăm của khối lượng bê tông hoặc khối lượng CKD Theo các nghiên cứu [108], [75], ngưỡng nồng độ này có giá trị trong khoảng 0,17% - 2% 2.2 Thực nghiệm xác định nồng độ ion clo theo chiều sâu và hệ số khuếch tán clo kết cấu BTCT đã xây dựng tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa 2.2.1 Kế hoạch lấy mẫu tại hiện trường Các mẫu thí nghiệm được lấy trên hệ thống công trình cầu cảng, kè biển và âu tàu được xây dựng trong các năm 2000, 2004, 2010 và 2015 Có 02 loại mẫu cần lấy làm thí nghiệm gồm: (1) mẫu bột xác định nồng ion clo theo chiều sâu của kết cấu BTCT; (2) mẫu trụ xác định hệ số khuếch tán clo 2.2.2 Trình tự lấy mẫu Thông tin chi tiết của các mẫu bột và mẫu trụ được lấy ở khu vực thủy triều được thể hiện trong bảng 2.7 và 2.8 Các bước lấy mẫu được thực hiện theo TCVN 7572-15:2006 [10] Bảng 2.7 Chi tiết các mẫu bột tại công trình TT Ký hiệu mẫu Tuổi mẫu (năm) Vị trí mặt cắt Độ sâu lấy mẫu tại các mặt cắt (cm) Số lượng (mẫu) 1 B11-7nam 07 Kè biển 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 2 B12-7nam 07 Kè biển 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm, 06 3 B21-12nam 12 Âu tàu 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 4 B22-12nam 12 Âu tàu 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 5 B31-18nam 18 Kè biển 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 6 B32-18nam 18 Kè biển 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 7 B41-22nam 22 Cầu cảng 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 8 B42-22nam 22 Cầu cảng 0-1cm; 1-2cm; 2-3cm; 3-4cm; 4-5cm; 5-6cm; 06 Tổng cộng 48 7 Bảng 2.8 Chi tiết các mẫu trụ tại công trình STT Ký hiệu mẫu Tuổi mẫu (năm) Vị trí mặt cắt Số lượng mẫu (mẫu) 1 T11-07nam 07 Kè biển 01 2 T12-07nam 07 Kè biển 01 3 T21-12nam 12 Âu tàu 01 4 T22-12nam 12 Âu tàu 01 5 T31-18nam 18 Kè biển 01 6 T32-18nam 18 Kè biển 01 7 T41-22nam 22 Cầu cảng 01 8 T42-22nam 22 Cầu cảng 01 TỔNG CỘNG 08 2.2.3 Tiến hành thử tại phòng thí nghiệm Nồng độ ion clo theo chiều sâu kết cấu được xác định theo TCVN 7572-15:2006 [10] tại Phòng Hóa môi trường, Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Bảng 2.9 Bảng 2.9 Kết quả thí nghiệm nồng độ ion clo theo chiều sâu kết cấu Tuổi Nồng độ ion clo ứng với chiều sâu mũi khoan (%) TT Ký hiệu mẫu mẫu (% khối lượng bê tông) (năm) 0-1cm 1-2cm 2-3cm 3-4cm 4-5cm 5-6cm 1 B11-7nam 7 0.6023 0.3985 0.2976 0.2124 0.1332 0.0887 2 B12-7nam 7 0.5981 0.4106 0.3076 0.2348 0.1657 0.1045 3 B21-12nam 12 0.8089 0.6202 0.4923 0.3732 0.2889 0.2112 4 B22-12nam 12 0.8223 0.5923 0.4478 0.3485 0.2845 0.1965 5 B31-18nam 18 0.9962 0.7979 0.6834 0.5123 0.4129 0.4389 6 B32-18nam 18 0.9201 0.7312 0.7012 0.5678 0.4121 0.3878 7 B41-22nam 22 1.0980 0.8623 0.7056 0.6021 0.5072 0.4324 8 B42-22nam 22 1.0623 0.8135 0.7292 0.6087 0.5624 0.4219 Hệ số khuếch tán clo được xác định trên mẫu thử hình trụ có kích thước 50x100 mm (theo tiêu chuẩn ASTM C1202 [46]) Trong thí nghiệm này, điện lượng Q chuyển qua mẫu đã được xác định Kết quả được thể hiện trong Bảng 2.11 Bảng 2.11 Điện lượng Q chuyển qua mẫu thí nghiệm Tuổi mẫu Qt Dt D28 Mức độ STT Ký hiệu mẫu (Cu lông) (m2/s) (m2/s) xâm nhập ASTM C1202 (năm) (PT 2.21) (PT.2.22) Clo 1 T11-07nam 7 2212 6,6444E-12 11,9102E-12 Trung bình 2 T12-07nam 7 2353 6,9984E-12 12,5447E-12 Trung bình 3 T21-12nam 12 2150 6,4876E-12 12,9528E-12 Trung bình 4 T22-12nam 12 2042 6,2128E-12 12,4040E-12 Trung bình 5 T31-18nam 18 1723 5,3870E-12 11,6639E-12 Thấp 6 T32-18nam 18 1681 5,2766E-12 11,4249E-12 Thấp 7 T41-22nam 22 1666 5,2365E-12 11,8024E-12 Thấp 8 T42-22nam 22 1596 5,0511E-12 11,3844E-12 Thấp Hệ số khuếch tán trung bình D28 12,0109E-12 Dt 1, 03 *1014 x Qt 0,84 (2.21); D28 0,2 Dt kc,cl ke,cl (2.22) t28 t (kc,cl và ke,cl là hệ số bảo dưỡng và hệ số môi trường, kc,cl =0,79; ke,cl=0,92) 2.3 Phân tích sự thay đổi nồng độ clo bề mặt bê tông theo thời gian Giả sử quá trình khuếch tán ion clo vào bê tông theo chiều sâu tuân theo quy luật hàm logarit tự nhiên Khi đó, nồng độ ion clo giảm dần theo chiều sâu kết 8 cấu Tức là quan hệ giữa nồng độ ion clo (% khối lượng bê tông) theo chiều sâu x được thể hiện theo phương trình (2.23) CCl x C s e x (2.23) Đồ thị mối quan hệ giữa CCl(x) và độ sâu x dựa trên kết quả thí nghiệm ở Bảng 2.9 được xây dựng bằng phương pháp phân tích hồi quy và được thể hiện trên Hình 2.5 a - Công trình B11-7nam b - Công trình B12-7nam Hình 2.5 Mối quan hệ giữa nồng độ clo và độ sâu của kết cấu Từ đồ thị Hình 2.5, các tham số Cs và của các kết cấu BTCT tại các thời gian tiếp xúc khác nhau (7, 12, 18 và 22 năm) được xác định (Bảng 2.14) Bảng 2.14 Giá trị Cs và kết cấu BTCT Vị trí Tuổi (năm) Nồng độ bề mặt Cs Số mũ Hệ số tương quan B11-7nam 07 0.7363 -0.377 0.9953 B12-7nam 07 0.7090 -0.335 0.9926 B21-12nam 12 0.9345 -0.265 0.9983 B22-12nam 12 0.9170 -0.275 0.9943 B31-18nam 18 1.0487 -0.182 0.9379 B32-18nam 18 1.0107 -0.179 0.9632 B41-22nam 22 1.1558 -0.183 0.9934 B42-22nam 22 1.1126 -0.169 0.9748 Từ kết quả trong Bảng 2.14, các phương trình đường cong Cs phù hợp với kết quả thực nghiệm tại hiện trường đã được xác định Đồ thị của nó được thể hiện trên (Hình 2.6) Hình 2.6 Đồ thị của các phương trình đường cong Cs 11 (c) B12-12 năm (d) B22-12 năm Hình 2.11 So sánh kết quả thu được bằng chương trình và bằng thực nghiệm Sự sai khác giữa C(x,t) được xác định bằng thực nghiệm và C(x,t) được xác định bằng phương pháp FEM dao động từ (0,41-16,7)% Giá trị lớn nhất đạt được khi kết cấu tiếp xúc với môi trường 12 năm Sai số có thể chấp nhận được Do đó, mô hình FEM cho phép dự đoán sự xâm nhập của ion clo và hỗ trợ một phần thí nghiệm tại hiện trường, nơi thí nghiệm gặp nhiều khó khăn và có chi phí lớn Các thông số đầu vào để dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu BTCT đã được xây dựng được thể hiện trong Bảng 2.17 Bảng 2.17 Các thông số đầu vào để xác định C(x, t) a (mm) Ccr (% khối lượng bê tông) D28 (m2/s) 70 0,15% 12,01E-12 Kết quả của chương trình Program Solve_eqs_FEM được thể hiện trên Hình 2.13 Hình 2.13 Tuổi thọ sử dụng kết cấu BTCT đã xây dựng ở tỉnh Khánh Hòa Hình 2.13 cho thấy, tuổi thọ sử dụng dự báo của kết cấu BTCT là 12 năm, nhỏ hơn so với tuổi thọ thiết kế (50 năm) Do đó, để nâng cao tuổi thọ sử dụng kết cấu BTCT, cần có giải pháp về vật liệu bê tông làm tăng khả năng chống xâm nhập ion clo trong môi trường biển 2.5 Kết luận chương 2 - Xây dựng thành công phương trình nồng độ clo bề mặt bê tông của kết cấu công trình BTCT trong khu vực thủy triều vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa - Sử dụng mô phỏng số trên cơ sở FEM, có thể xác định được nồng độ ion clo ở các vị trí khác nhau của kết cấu bê tông theo thời gian kết cấu BTCT tiếp xúc với môi trường 12 - Mô hình số cho phép dự đoán, thay thế một phần thí nghiệm hiện trường ở vùng biển xa bờ Việt Nam - Kết quả dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu BTCT đã xây dựng tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa là khoảng 18 năm (12+6=18 năm) Giá trị này rất thấp so với tuổi thọ thiết kế (50 năm) Do đó, trong thiết kế, cần tính toán đảm bảo độ bền Chương 3 THIẾT KẾ THÀNH PHẦN BÊ TÔNG HPC ĐẢM BẢO ĐỘ BỀN TRONG VÙNG BIỂN XA BỜ TỈNH KHÁNH HÒA 3.1 Nguyên lý thiết kế thành phần bê tông theo độ bền Những tác động nghiêm trọng của môi trường lên kết cấu làm giảm độ bền công trình bê tông cốt thép Đến đầu những năm 1980, vấn đề này đã được các nhà nghiên cứu giải quyết theo hướng phải đảm bảo độ bền của bê tông trước tiên, Hình 3.2 Trong thiết kế thành phần bê tông truyền thống, cường độ chịu nén thường được chọn làm hàm mục tiêu Thông số này được thiết kế theo 03 phương pháp phổ biến là: 1-Tiêu chuẩn ACI 211.4R-08 [15]; 2-Phương pháp của AΪTCIN [37] và 3-Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 10306:2014 [43] Hàm mục tiêu độ bền được thể hiện bằng hệ số khuếch tán clo Hệ số này được sử dụng để xác định tỉ lệ N/CKD Trong luận án này, các bước thiết kế bê tông đảm bảo độ bền được đề xuất và được thể hiện trên Hình 3.3 Trong đó: Dtn là hệ số khuếch tán clo từ thí nghiệm Hình 3.2 Thiết kế bê tông theo độ Hình 3.3 Sơ đồ thiết kế thành bền [95] phần bê tông theo độ bền 3.2 Vật liệu chế tạo bê tông HPC 3.2.1 Yêu cầu vật liệu chế tạo bê tông HPC a Xi măng [95] Theo TCVN 10306:2014 [15], lượng xi măng được sử dụng cho bê tông HPC là 13 từ 400 ÷ 593 kg/m3 Xi măng poóc lăng PC40 hoặc PCB40 có thể được sử dụng cho bê tông đạt được cấp C70 b Phụ gia hóa học Phụ gia giảm nước và phụ gia siêu giảm nước được sử dụng trong bê tông HPC để giúp giảm khối lượng nước tối đa cần thiết để sản xuất bê tông với yêu cầu đảm bảo tính dễ thi công c Phụ gia khoáng siêu mịn Các phụ gia khoáng siêu mịn bao gồm: tro bay, muội silic, xỉ lò cao nghiền mịn, v.v… Theo kinh nghiệm, bê tông HPC có cường độ chịu nén từ 50 → 100 Mpa có thể được chế tạo bằng cách sử dụng đa dạng các tổ hợp chất kết dính như: xi măng poóc lăng và tro bay; xi măng poóc lăng và muội silic; xi măng poóc lăng, tro bay và muội silic, v.v Theo số liệu thống kê bởi Magee và Olek [94], sự kết hợp giữa xi măng Poóc lăng và muội silic được sử dụng phổ biến nhất, khoảng 46% d Cốt liệu mịn Theo tiêu chuẩn ASTM C33 [44] hoặc EN 1992-1-1 [71], cốt liệu mịn phải có hạt bền, cứng và sạch, không lẫn bụi, bùn sét, chất hữu cơ và những tạp chất khác e Cốt liệu thô Thành phần hạt của cốt liệu thô phải phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C33 [44] Thể tích đã lèn chặt của đá được sử dụng để chế tạo bê tông HPC thường có giá trị từ 0,65-0,72m3/m3 Cường độ chịu nén của đá để chế tạo bê tông HPC ở phía bắc và phía Nam Việt Nam đều đảm bảo có cường độ thích hợp cho việc chế tạo bê tông HPC (đá gốc có cường độ lớn hơn 100MPa) f Tỉ lệ hỗn hợp cho bê tông HPC Theo số liệu thống kê của Magee và Olek [94], trong bê tông HPC, hàm lượng nước thường có tỷ lệ tương đối thấp (150→ 175 (kg/m3)), còn hàm lượng chất kết dính thường có tỷ lệ cao (350 → 500 (kg/m3)) Hàm lượng cốt liệu thô và mịn thường được sử dụng cho bê tông HPC tương ứng là 1000 → 1100 (kg/m3) và 700 → 800 (kg/m3) Thành phần bê tông HPC với hàm lượng nước thấp và phụ gia siêu dẻo được sử dụng phổ biến 3.2.1 Vật liệu chế tạo bê tông HPC trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa a) Xi măng: xi măng được sử dụng là loại xi măng PCB40 Vicem Hà Tiên với thành phần hóa học và khoáng theo TCVN 2682:2009 [11] Khối lượng riêng của xi măng là 3.125 kg/m3 b) Muội silic: muội silic được sử dụng là loại sikacrete PP1 của hãng Sika c) Cốt liệu thô: cốt liệu thô được sử dụng là đá 5x10mm có nguồn gốc từ mỏ Hòn Ngang, xã Diên Sơn, huyện Diên Khánh, tỉnh Khánh Hòa Nó có thành phần hạt cốt liệu và chỉ tiêu cơ lý phù hợp với ASTM C33 [44] d) Nước và phụ gia Nước được sử dụng trong nghiên cứu là nước sinh hoạt, đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn nước dùng cho bê tông và vữa xây dựng theo TCVN 4506:2012 [14] 14 Phụ gia đươc sử dụng là loại GPS-5000 với thành phần chính là polycarbonxylate Đây là phụ gia siêu dẻo phù hợp với tiêu chuẩn ASTM C494 [52] 3.3 Xác định tỉ lệ N/CKD đảm bảo độ bền kết cấu BTCT 3.3.1 Yêu cầu đối với bê tông đảm bảo độ bền trong môi trường biển Các yêu cầu cho bê tông đảm bảo độ bền trong môi trường biển được quy định trong các tiêu chuẩn: TCVN 12041:2017 [6], EN 206-1 [70] và CSA A23.1/A23.2- 2014 [63], bao gồm: - Tỉ lệ N/CKD ≤ 0,4; - 400 (kg) ≤ Hàm lượng xi măng ≤ 593 (kg) - Độ bền xâm nhập ion clo Q≤1000 (cu lông) hay D0 1,68.1012 (m2/s) 3.3.2 Xác định tỉ lệ N/CKD đảm bảo độ bền Hệ số khuếch tán clo và tỉ lệ N/CKD đảm bảo tuổi thọ sử dụng được xác định theo công thức (2.3) và (3.3) Giá trị này phụ thuộc vào chiều dày lớp vỏ bê tông bảo vệ cốt thép Bảng 3.13 tổng hợp tải trọng môi trường, tuổi thọ sử dụng yêu cầu và ngưỡng nồng độ clo giới hạn yêu cầu của vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa Bảng 3.13 Các tham số xác định hệ số khuyếch tán clo (Do) Các thông số đầu vào Cs, max Ccr tsd (% khối lượng CKD) (% khối lượng CKD) (năm) Giá trị 5,5 0,4 1,0 100 Bước 1: Xác định hệ số khuếch tán clo (Do) 2 x 1 C(x, t) 2.erf 1 (2.3) x Cs C(x, t) Cs 1 erf D0 2 D0tsd tsd Bước 2: Xác định tỉ lệ N/X N (3.3) X 12 N D0 D0 0, 04.1166 x10 log1166 X 12 0, 04x10 Tỉ lệ N/X hay tỉ lệ N/CKD (đối với bê tông sử dụng phụ gia khoáng siêu mịn) được tính toán theo công thức (3.3) Kết quả tính thể hiện trong Bảng 3.14 Bảng 3.14 Bảng xác định N/CKD theo độ bền x (mm) t (năm) Ccr=0,4% Ccr=1% Do (m2/s) N/CKD Do (m2/s) N/CKD 60 100 0,177E-12 0,21 0,320E-12 0,29 65 100 0,208E-12 0,23 0,376E-12 0,32 70 100 0,241E-12 0,25 0,436E-12 0,34 75 100 0,277E-12 0,27 0,500E-12 0,36 80 100 0,315E-12 0,29 0,569E-12 0,38 85 100 0,356E-12 0,31 0,642E-12 0,39 90 100 0,399E-12 0,33 0,720E-12 0,41 95 100 0,444E-12 0,34 0,803E-12 0,42 100 100 0,492E-12 0,36 0,889E-12 0,44 15 Hệ số khuếch tán clo lớn nhất (D0max) có giá trị 0,492.10-12 (m2/s) và 0,889.10- 12 (m2/s) khi Ccr có giá trị 0,4% và 1% tương ứng Giá trị này được xác định khi chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là 100mm Hệ số này nhỏ hơn hệ số khuếch tán clo yêu cầu (1,68.10-12 (m2/s)) Do đó, bê tông có hệ số khuếch tán clo thoả mãn điều kiện trong Bảng 3.17 đều đảm bảo yêu cầu độ bền trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa 3.3.3 Xác định cường độ chịu nén theo độ bền yêu cầu Trong luận án, quan hệ giữa N/CKD và cường độ chịu nén thiết kế (f’cr) được xác định theo phương pháp ACI 211.4R-08 [37] Bảng 3.17 thể hiện giá trị của f’cr đảm bảo độ bền kết cấu BTCT vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa khi đường kính cốt liệu lớn của bê tông là 9,5 (mm) Bảng 3.17 Bảng xác định cường độ thiết kế từ điều kiện độ bền Ccr=0,4% Ccr=1% x (mm) D0 N/CKD f’cr f’c D0 N/CKD f’cr f’c (m2/s) (MPa) (MPa) (m2/s) (MPa) (MPa) 60 0,177E-12 0,21 94,6 85,0 0,320E-12 0,29 76,0 66,0 65 0,208E-12 0,23 90,0 80,0 0,376E-12 0,32 69,0 59,0 70 0,241E-12 0,25 85,3 75,0 0,436E-12 0,34 65,5 56,0 75 0,277E-12 0,27 80,6 71,0 0,500E-12 0,36 62,0 52,0 80 0,315E-12 0,29 76,0 66,0 0,569E-12 0,38 59,7 50,0 85 0,356E-12 0,31 71,3 61,0 0,642E-12 0,39 58,5 49,0 90 0,399E-12 0,33 67,3 57,0 0,720E-12 0,41 56,2 46,0 95 0,444E-12 0,34 65,5 56,0 0,803E-12 0,42 55,0 45,0 100 0,492E-12 0,36 62,0 52,0 0,889E-12 0,44 52,7 43,0 Dựa trên cường độ chịu nén thiết kế được xác định từ điều kiện độ bền cho các công trình vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa, bê tông HPC cấp C50, C60 và C70 đã được chọn Khi đó, các hệ số D0, N/CKD và f’cr tương ứng được tổng hợp trong Bảng 3.18 Bảng 3.18 Quan hệ giữa hệ số khuếch tán clo, cường độ chịu nén và tỉ lệ N/CKD x (mm) Do (m2/s) N/CKD f’cr (MPa) f’c (MPa) 75 0,277E-12 0,27 80,6 70,0 85 0,356E-12 0,31 71,3 61,0 100 0,492E-12 0,36 62,0 52,0 Theo kinh nghiệm thiết kế bê tông bền trong môi trường biển, hỗn hợp chất kết dính “xi măng poóc lăng + muội silic” được đánh giá là hỗn hợp mang lại hiệu quả cao trong việc tăng sức kháng xâm nhập clo Vì vậy, trong luận án, phụ gia khoáng siêu mịn với hàm lượng là 5%, 10% và 15% (% khối lượng chất kết dính) ở mỗi cấp cường độ đã được chọn để thiết kế thành phần bê tông đảm bảo độ bền tại vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa 3.4 Thiết kế thành phần bê tông HPC kiến nghị theo độ bền Trình tự thiết kế thành phần bê tông HPC kiến nghị theo độ bền: - Bước 1: Xác định hệ số khuếch tán clo yêu cầu - Bước 2: Xác định tỉ lệ N/CKD từ điều kiện độ bền - Bước 3: Xác định cường độ chịu nén thiết kế 16 - Bước 4: Chọn độ sụt yêu cầu - Bước 5: Chọn hàm lượng cốt liệu thô tối ưu - Bước 6: Xác định lượng nước và hàm lượng không khí - Bước 7: Xác định khối lượng chất kết dính (CKD) - Bước 8: Xác định khối lượng xi măng và phụ gia khoáng siêu mịn - Bước 9: Xác định khối lượng cốt liệu mịn - Bước 10: Chọn tỉ lệ phụ gia siêu dẻo - Bước 11: Thực nghiệm, hiệu chỉnh tỉ lệ thành phần thử nghiệm Thành phần bê tông HPC-TS (bê tông đảm bảo độ bền trong vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa) được xác định theo 11 bước thiết kế ở trên Kết quả thu được là bê tông muội silic cấp C50, C60 và C70 với hàm lượng muội silic là 5%, 10% và 15% ở mỗi cấp cường độ, Bảng 3.25 Bảng 3.25 Thành phần bê tông HPC-TS Tỉ lệ MS CKD=X+MS Nước Xi măng Muội silic Đá 5x10 Cát GPS- 5000 TT Do x10-12 N/CKD (X) (MS) (Đ) (C) Cấp bê Kí hiệu mẫu (l) tông 2 (m /s) (%) (kg) (l) (kg) (kg) (kg) (kg) 1 0,492 0,36 431 155 409 22 1085 780 7,5 C50 C50-5MS 2 0,356 0,31 5% 500 155 475 25 1085 715 7,5 C60 C60-5MS 3 0,277 0,27 574 155 545 29 1085 650 7,5 C70 C70-5MS 4 0,492 0,36 431 155 388 43 1085 770 7 C50 C50-10MS 5 0,356 0,31 10% 500 155 450 50 1085 710 7 C60 C60-10MS 6 0,277 0,27 574 155 517 57 1085 640 7 C70 C70-10MS 7 0,492 0,36 431 155 366 65 1085 760 7,5 C50 C50-15MS 8 0,356 0,31 15% 500 155 425 75 1085 700 7,5 C60 C60-15MS 9 0,277 0,27 574 155 488 86 1085 630 7,5 C70 C70-15MS 3.5 Thí nghiệm xác định đặc tính bê tông HPC-TS trong phòng thí nghiệm 3.5.1 Thí nghiệm xác định tính công tác Tính công tác của hỗn hợp bê tông tươi được xác định bằng phương pháp đo độ sụt sử dụng côn Abram theo TCVN 3106:1993 [3] Bảng 3.26 Kết quả độ sụt của hỗn hợp bê tông Thành phần C70- C70- C70- C60- C60- C60- C50- C50- C50- Độ sụt (cm) 15MS 5MS 10MS 15MS 5MS 10MS 15MS 5MS 10MS 10,0 10,3 10,2 9,5 12,4 11,0 11,0 11,5 11,2 Đối với mỗi cấp bê tông, khi hàm lượng muội silic thay thế xi măng tăng, độ sụt của hỗn hợp bê tông giảm 3.5.2 Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, cường độ chịu kéo khi uốn Cường độ chịu nén được xác định trên mẫu hình trụ kích thước 15cm x 30cm và được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C39 [48] Cường độ chịu kéo khi uốn được xác định trên mẫu dầm kích thước 10x10x40cm ở các ngày tuổi 3, 7 và 28 ngày và được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C78 [50] Hai thí nghiệm này được thực hiện tại phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng củaTrường đại học Giao thông vận tải 17 Hình 3.3 Sự phát triển cường độ chịu nén Hình 3.4 Sự phát triển cường độ chịu mẫu C50, C60 và C70 ở các ngày tuổi kéo khi uốn ở các ngày tuổi Theo các biểu đồ trên Hình 3.3, ở 28 ngày tuổi, cường độ chịu nén của tất cả các mẫu bê tông đã đạt giá trị yêu cầu và tăng trung bình 2,5% Bê tông cấp C70 phát triển cường độ sớm hơn so với cấp C50 và C60 Khi hàm lượng MS tăng, cường độ chịu nén của bê tông cũng tăng và đạt giá trị lớn nhất ở 10MS Tuy nhiên, nó giảm dần khi hàm lượng MS tăng đến 15% ở tất cả các cấp cường độ Dựa vào đặc tính này, các nhà thiết kế có thể điều chỉnh tăng tỉ lệ N/CKD hoặc điều chỉnh tỉ lệ cốt liệu nhằm phát huy hiệu quả kinh tế và giảm độ khó khi thi công vì tận dụng được sự phát triển mạnh về mặt cường độ của bê tông HPC-TS 10MS 3.5.3 Thí nghiệm xác định mức độ xâm nhập ion clo Mức độ xâm nhập ion clo được xác định trên mẫu thử hình trụ kích thước 100mm x 50mm và được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C1202 [46] Điện lượng Q chuyển qua mẫu bê tông HPC-TS được đo ở các ngày tuổi 28, 180 và 365 ngày Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên Hình 3.23 Ở mỗi cấp cường độ, điện lượng Q giảm dần theo thời gian Hình 3.23 Mức độ xâm nhập ion clo Ở thời điểm 180 ngày, điện lượng của các mẫu HPC-TS Q chuyển qua mẫu ở tất cả các cấp cường độ giảm đi gần một nửa so với ở thời điểm 28 ngày Ở thời điểm 365 ngày, giá trị này cũng giảm đi gần một nửa so với ở thời điểm 180 ngày Hàm lượng MS càng tăng, điện lượng Q càng giảm hay sức kháng xâm nhập clo của bê tông càng tốt Giá trị này ở mỗi cấp bê tông tăng theo mức độ tăng của MS, từ 5% đến 15% Bê tông cấp C60 và C70 15MS hầu như không bị xâm nhập ion clo, điện lượng chuyển qua mẫu đo được nhỏ hơn 100 cu lông ở các ngày tuổi bê tông 18 3.6 Thực nghiệm xác định xâm nhập ion clo bê tông HPC-TS tại hiện trường 09 mẫu bê tông ở các cấp cường độ C50, C60 và C70 với hàm lượng muội silic tương ứng là 5%, 10% và 15% được đặt tại khu vực thủy triều vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa và Vịnh Hạ Long tỉnh Quảng Ninh trong thời gian 365 ngày Sau đó, các mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm VLXD, trường Đại học Giao thông vận tải Thí nghiệm xác định mức độ xâm nhập ion clo được thực hiện trên mẫu đã ngâm tại hiện trường và được thực hiện theo tiêu chuẩn ASTM C1202 [46] Kết quả thí nghiệm được thể hiện trên hình 3.27 và 3.28 Theo kết quả thí nghiệm, hệ số khuếch tán clo có xu hướng giảm dần và ổn định sau thời gian một năm Mức độ xâm nhập ion clo giảm dần từ vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa đến Vịnh Hạ Long và cuối cùng là trong phòng thí nghiệm Do đó, tác giả đề nghị sử dụng D365 của vùng biển xa bờ Khánh Hòa là hệ số khuếch tán clo cơ sở để đánh giá sức kháng clo của bê tông HPC-TS tại khu vực này Hình 3.27 Mức độ xâm nhập ion clo ở 365 Hình 3.28 Biểu đồ so sánh điện lượng Q ngày tại Khánh Hòa và Quảng Ninh các mẫu HPC-TS ở 365 ngày tuổi Các loại bê tông HPC-TS được lựa chọn đảm bảo độ bền xâm nhập clo và đạt hiệu quả kinh tế được tổng hợp ở Bảng 3.37 Bảng 3.37 Lựa chọn loại bê tông HPC-TS cho vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa Kí hiệu mẫu bê C70-5MS C70- C70-15MS C60-5MS C60- C60- C50-5MS C50-10MS C50-15MS tông 10MS 10MS 15MS Mẫu ngâm tại vùng biển xa bờ Trường Sa Điều kiện độ bền Do ≤ 0,492.10-12 (m2/s) D365TS x10-12 (m2/s) 0,447 0,345 0,179 0,514 0,413 0,223 0,712 0,473 0,291 Điều kiện bền Thỏa mãn Thỏa mãn Tính kinh tế về Không Thỏa mãn Không thỏa Thỏa mãn Thỏa mãn mặt cường độ Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn Tổng hợp Không thỏa thỏa mãn mãn mãn Không Thỏa Không Không Không thỏa Thỏa mãn Thỏa mãn Thỏa mãn mãn mãn thỏa mãn thỏa mãn Không Thỏa Không Không Không thỏa Thỏa mãn Thỏa mãn thỏa mãn mãn mãn thỏa mãn Theo Bảng 3.37, có 04 loại bê tông đảm bảo độ bền xâm nhập ion clo và đạt hiệu quả kinh tế là C50-10MS; C60-10MS, C70-5MS và C70-10MS Các loại bê tông này được khuyến nghị sử dụng cho các kết cấu BTCT được xây dựng ở khu vực thủy triều vùng biển xa bờ tỉnh Khánh Hòa Bảng 3.38 Đặc tính về độ bền của bê tông HPC-TS khuyến nghị sử dụng Kí hiệu mẫu bê tông C70-5MS C70-10MS C60-10MS C50-10MS Điện lượng Q (cu lông) 176 114 158 189 Do x10-12 (m2/s) 0,447 0,345 0,413 0,473