Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Sử dụng vật liệu thẩm thấu kết tinh gốc xi măng để nâng cao chất lượng bê tông cống vùng triều

653.3.1 Điễu kiện thir nghiệm sự ảnh hưởng của vật liệu thẩm thấu kết tinh gốc ximăng đến một s tính chất của bé tông: 653.3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của vật liệu thấm thấu kết tinh gốc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu trích dẫn,

kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được công bố trong bat

kỳ công trình nào khác.

Hà nội, ngày 14 thang 11 năm 2016

Tác giả luận văn

Đồng Quang Đức

LỜI CÁM ƠN

Luận văn thạc sỹ kỹ (huật chuyên nghành vật liệu xây dựng với DE tài “Sie đụngvật liệu thẫm thấu kết tỉnh gốc xi ming dé nâng cao chất lượng bê tông cổngvàng triều” được hoàn thình dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Phó Uyên -Viện Thủy Công.

“Tác giả xin bày tô lòng biết on chân thành tới Ban giám hiệu trường Đại học ThủyLợi các thấy cô giáo Khoa Công tình, bộ môn Vật liga xây đựng nhà trường, tác

giả các bài báo, tạp chí chuyên nghành, và đặc biệt là tập thể thầy giáo hướng din

.đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.

“Tác giả chân thành cảm ơn Công ty Trách nhiệm hữu hạn một thành viên Khai thác

công trình thủy lợi Da Độ, Hải Phòng- nơi tôi công tác, đã tạo điều kiện tốt nhất cho

tôi trong quá trình học tập và làm thí nghiệm hoàn thành luận văn.

“Tác giả cũng bảy tỏ lòng biết ơn đ với sự động viên to lớn của gia đình, bạn bè và

các đồng nghiệp Đ là nguồn động lực mạnh m giúp tôi hoàn thành luận văn này

Với khả năng có hạn, luận văn khó tránh khỏi những thiểu xót, ác giả rắt mong

nhận được những chi bảo, góp ý chân tình của các nhà khoa học, chuyên gia trong.

và ngoài nghành cùng các đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn!

Hà nội, ngày 14 thing 11 năm 2016

1:

giả luận văn

Đồng Quang Đức

DANH MỤC BANG BIÊU.

DANH MỤC CHỮ VIET TAT

PHAN MO ĐẦU

1 Tính cấp thiết

2 Mục đích nghiên cứu.

3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu.

4 Cách tiếp cận va phương pháp nghiên cứu

CHUONG 1: TONG QUAN VE BÊ TONG CÔNG TRINH BIEN, CÁC DẠNGXÂM THỰC BE TONG CÔNG TRINH BIEN VÀ VAT LIỆU THÁM THAU

KET TINH GÓC XI MĂNG series fŸ

1 Tổng quan v8 b ông và bề tôn công mình biên 4 1.2 Thực trang các công tình ven biển sử dụng bê tông 5 L3 Phân loi môi trường xâm thực BT và BTCT 7 1.4 Các vùng làm việ và mức độ xâm thực kétcéu bể tong công tinh biển 8 1.5 Các dang hư hỏng kết cầu bê tông và bê tông cốt thép do quá trình xâm thực 10 1.5.1 Hư hông tại các vùng hoàn toàn ngập nước a 1.5.2 Hư hông tại các vùng nước lên xuống và sóng đánh ir 1.5.3 Hư hồng tại các vùng khí quyền trên biển và ven bi 15 1.6 Các nguyên nhân gây xâm thực và phá hủy các công trình BT và BTCT tong mỗi trường biên Việt Nam, 161.7 Một số giải pháp nâng cao tuổi thọ cho bê tông và bề tông cốt thép trong môi

trường nước mặn và chua phèn 17 1.7.1 Các giải pháp cơ ban 17

1.7.2 Phân tích về ưu nhược điểm và tính khả thí của các giải pháp 18

1.7.3 Giải pháp đề xuất 19 1.8 Tổng quan về công nghệ vật liệu thẳm thấu kết tinh gốc xi mang 19

1.8.1 Khái niệm vật liệu thắm thấu két tinh gốc xi măng 201.8.2 Một số kết quả nghiên cứu và sử dụng vật liệu thẳm thấu kết tinh gốc xi mangtrên thể giới và tại Việt Nam 20

Kết luận chương 1 23CHUONG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC, VAT LIEU SỬ DỰNG VÀ PHƯƠNG PHÁPNGHIÊN CỨU 252.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng vật liệu thẳm thấu kết tinh gốc xi ming để nâng cao một số tính chất của bê tông 252.1.1 Cấu trú lỗ rỗng và hiện tượng thắm nước của bê tông 25

2.1.2 Giải pháp chồng thắm theo cơ chế thắm thấu kết tinh 2

2.2 Vật liệu sử dụng 30 2.2.1 Xi mang 30 2.2.2 Cốt liệu nhỏ 31 2.2.3 Cốt liệu lớn 32 2.2.4 Vat liệu TKX HyCI-CT09 32 2.2.5 Vatligu TKX Aquafin IC 38 2.3 Tiêu chuẩn áp dụng 40 2.3.1 Tiêu chuẩn ấp dung trong nghiên cứu, 40 2.3.2 Phương pháp thực nghiệm a

tiến hành thí nghiệm kiểm tra các tính chit cơ lý của các vật liệu sử dung cứu 4“

uy trình ấp dụng trong nghiên cứu a 2.4.1 Quy trình trộn bê tông trong phòng thí nghiệm a

2.4.3 Phương pháp thi công vật liệu TKX lên 46 2.4.4 Thí nghiệm độ mài mòn bê tông 492.4.5 Cường độ bám dính với bé mặt bê tông 55Kết luận chương 2 56CHUONG 3: NGHIÊN COU MOT SỐ TINH CHAT CUA BE TONG SỬDUNG VAT LIEU THAM THAU KET TINH GOC XI MAN

3.1 Thiết kế thành phan cắp phối bê tông M200 37

31 Bước 1 = Chon độ sụt 37 3.1.2 Bước 2- Chon lượng nước trộn bé tông 37 3.1.3 Bước 3 ‹ Tính tỷ lệ xi mãng nước (XIN) 38 3.14 Bước 4 Tinh lượng ding xi mang (X) 0 3.15 Bước 5 - Tính hoặc tra bảng cốt liệu lớn (đá dm, si) 03.1.6 Bước 6 - Lượng cốt liệu nhỏ cho 1 m' bê tông (C), 6

3⁄2 Một số tinh chất của bê tông M200 và bê tông M250 `

Nghiên cứu sự ánh hưởng của vật liệu thẩm thấu kết tỉnh gốc xi măng đến một

lính chất của bê tông sử dụng trong công trình biển 653.3.1 Điễu kiện thir nghiệm sự ảnh hưởng của vật liệu thẩm thấu kết tinh gốc ximăng đến một s tính chất của bé tông: 653.3.2 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của vật liệu thấm thấu kết tinh gốc xi măng đến tínhchống thắm của bê tông sử dụng trong công trình biển 68

3.3.3 Nghiên cứu sự ảnh hưởng của vật liệu thắm thấu kết tỉnh gốc xi mang đến tính

chống mài mon của bê tông sử dụng trong công trình biên 16 3.34 Nghiên cứu cường độ bám dính của vật liệu TKX với bê tông 80 Kết luận chương 3 81

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ eerirrrreeeoBổ

1 Kết hiện 83

2 Kién nghị 84

THAM KHAO

1 QUY TRINH THI CONG VAT LIE

bị bề mat thi công

2 Chuẩn bị hỗn hợp CT-08 86

3 Quy tinh thi công 87

4, Nghiệm thụ

PHY LỤC 2 MỘT SỐ HÌNH ANH THÍ NGHIỆM

PHY LỤC 3 MỘT SỐ KET QUÁ THÍ NGHIỆM:

Hình 1.8 Bê tông thân cống bị ảnh hưởng do quá trình ăn mon 2

Hình 1.9 Trương nở cốt thép làm bong lớp bê tông bảo vệ RHình 2.1 B mặt bê tông dưới kính hiễn vi có ắt nhiều ke nút 28Hình 2.2 Một kế nứt được phóng đại lên 2.000 lần 28Hình 2.3 Phun vật lệu TKX lên bé mặt bê tông 29 Hình 24 Sau khi phun vậtliệu TKX lên bé mặt bé tông 29Hình 2.5 Sau khi vật liệu TKX cứng rắn trong lỗ rồng 30Hình 2.6 Ảnh chụp vi cấu trúc 30Hình 2.7 Chuẩn bi vit liệu trộn BT 43

Hình 2.9 Chuẩn bị khuôn đúc mẫu và quét dầu chống dính khuôn 44

Hình 2.11, Mẫu bê tông sau khi đúc 45Hình 2.12, Bảo quan mẫu trong điều kiện phòng thí nghiệm 45Hình 2.13 Vệ sinh bể mặt đảm bảo yêu cầu 47Hinh 2.14, Qua trộn vật liệu HYCI - CT09B 48Hình 2.15, Quét vat liệu TKX lên bẻ mặt bê tông 49Vinh 2.16 Thiết bj thí nghiệm mài mòn theo tiêu chuẩn ASTM C1138 33Hình 2.17, Mẫu trước khi thí nghiệm mài mon 54

Hình 2.18 Mẫu sau khi thí nghiệm mài mòn 54Tình 2.19 Đầu kéo va thiết bị đo cường độ bám dính 55Hinh 3.1 Ban đồ hệ thống thủy lợi Da BO 67Tĩnh 3.2 Cống Cổ Tiéu III nhìn từ phía hạ lưu 61

Hình 3.3 Kết quả thí nghiệm độ chống thắm 75 Hình PLI.1 Máy phụt nước cao áp dùng để th bể mặt bê tông xử lý thắm 86 Hình PL.1.2 Trộn hỗn hợp bằng máy khoan tay có cánh khuấy, 87 Hình PLL.3 Máy phun hỗn hop CT-09 88 Hình PL1.4 Thi công phun hỗn hợp lên bề mặt xử lý thắm, 88 Hình PL2.1 Chuẩn bị cốt liệu trộn bê tông 89

Hình PL2.3 Thử tính công tác hỗn hợp bê tông 1 Hình PL2.4, Die mẫu bê 9Ị Hình PL2.5 Mẫu bê tông sau khi đc 9Ị

Hình PL2.6, Ngâm mẫu thí nghiệm tai cổng Cỏ Tiêu HI Hai Phòng %Hình PL27 Vớt mẫu thí nghiệm sau khi ngâm tại cổng Cổ Tiểu HI ~ Hai

Phòng 93

Hình PL2.8 Thí nghiệm độ chống thắm của mẫu bê tông 93Hình PL2.9 Thí nghiệm độ mài mòn của mẫu bê tong 93

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 1.1 Mức độ xâm thực tạ các vùng 9 Bang 1.2 Thành phin nước biển của Việt Nam và trên thé giới la

Bang 1.3 Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam, , 14

Bảng 1.4, Kết quả do đạc điện thể an mòn cốt thếp và khả năng ăn mòn tại cácsông tình IsBảng 1.5 Một số công tình bê tông lớn trên thé giới 4p dụng công nghệchống thâm TKX 20

Bang 1.6, Một số công trình sử dụng vat liệu TKX tại Việt Nam 2

Bảng 2.1 Các tinh chất cơ lí của xi măng PCB40 Chinfon 30 Bảng 22 Các tinh chất cơ lí của cắt liệu nh 3Bảng 2.3 Kết qu thành phần hạt của cát 31Bảng 2.4 Tính chit cơ lí của o6tligu lớn 32 Bang 25 Thành phần hóa học của vt liệu TKX, a4 Bang 26 Thành phần khoáng của vit liệu TKX 35 Bang 2.7 Thành phần hat cia cất thạch anh 36Bang 2.8 Các chỉ iêu va mức chất lượng +?Bảng 2.9 Thành phin hóa học của chống thắm IC 39Bang 2.10, Thành phin khoáng của chẳng thắm IC 40 Bảng 2.11 Các tiêu chun thí nghiệm vật liệu 40 Bảng 2.12 Các tiêu chun thi nghiệm bê tông 4i Bảng 2.13 Chỉ tiêu cần xác định và hình dáng, kích thước vig 43 Bang 3.1 Độ sụt bê tông cho các dang kết cầu 57

Bang 3.2 Lượng dùng nước cho | m° bê tông (vật liệu khô hoàn toàn) 58 Bảng 33 Hệ số trì A và A’ )

Bang 3.4 Bảng tra hệ số dư vữa Ky, 62

Bảng 35 Thành phin cấp phối tinh toán của bề tông M200 6 Bảng 3.6 Thành phần cấp phối tinh toán của bê tông M250 63

Bảng 37 Thành phần cấp phối bê tông sử dụng trong nghiên cứu

Bảng 3.8 Kết quả thí nghiệm cường độ nén

Bảng 3.9 Kết quả thí nghiệm độ chống thắm

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm độ chong thắm bê tông M200

Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm độ chống thắm bê tông M250

Bảng 3.12 Bảng tổng hợp kết quả thí nghiệm độ chẳng thắm

Bảng 3.13 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn bẻ tông M200

Bảng 3.14 Kết quả thí nghiệm độ mài mòn b tông M250

Bang 3.15 Cường độ bám dính của vật liệu TKX lên bê tông,

63 63 64 68

DANH MỤC CHỮ VIET TAT

AASHTO Tiêu chuẩn thí nghiệm của Mỹ AASHTO ASTM _ Tiêu chuẩnthínghiệm cia Mj ASTM

PHAN MO DAU

1 Tinh cấp thiết

đài hơn 3200 km từ 8°37' đến 21°32' vĩ độ Bắc SauViệt Nam có đường ba bi

năm 1960 số lượng các công tình làm việc trong môi trường biển tăng đáng kể

“Theo kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu trong nước như Viện Khoa họccông nghệ Xây dựng, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học thuỷ lợi, Viện Khoa

học công nghệ Giao thông vận tải, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, v.v thi

lông (BT) và bê tông cốt thép (BTCT) làm việc trong môi trường biển đáng dé quan tâm,

tình trạng suy giảm tu thọ công trình

“Theo đánh giá về độ bên (tdi thọ) của các công tình BTCT của các quốc gia trênthé giới qua hơn một thể kỹ sử dụng cho thấy trong mỗi trường không có tính xâmthực, cốc cầu BT có thể làm việc bén vũng trên 100 năm; trong mỗi trường xâm

thực ving biển thép và BT dẫn đến làm nứt vỡ và phá hủy kết cầu BT, BTCT có thể xuất hiện sau 10 + 30 năm sử dụng Độ bổn của các kết

„ hiện tượng ăn môn.

cấu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực của môi trường và chất lượng vật liêu

sử dụng (cường độ BT, mác chống thắm, khả năng chống ăn mòn, chủng loại xỉ

măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế, thi công và biện pháp quản lý, sửdụng công trình )

‘Thue tế, có hơn 50% bộ phận kế

bị phá huỷ chỉ san từ 10 + 30 năm sử dụng Hầu hết các kt cí

làm việc đều tiếp xúc với môi trường không khí và nước biển Giữa vật liệu và môi.trường luôn xảy ra các tác động qua lại và bản thân BT luôn thay đổi trang thái cấu

ấu BT và BTCT bị ăn mỏn, hư hỏng nặng hoặc

này trong quá trình

trúc Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bằn công trình BT và BTCTchủ yếu do các quá trình sau:

- Quá

màng thụ động có tác đụng bảo vệ cốt thếp, diy nhanh qua tỉnh ăn môn cốt thép

inh cacbonat hoá làm giảm nồng độ pH của bê tông theo thời gian, làm vỡ,

dẫn đến phá huỷ kết cắu

inh thắm ion SO,” vào.

- Quá

măng tạo ra khoáng ettringit trương nở thể tích gây phá huỷ kết cấu (ãn môn

ing, tương tác với các sn phẩm thuỷ hoá của xi

sunfat)

- Quá trình khuếch tấn Oxy, ion CI’ và hơi Am vào bê tông trong điều kiện nhiệt độ

không khí cao.

- Quá trình an môn vi sinh vật, ăn môn cơ học do sóng, An mòn rửa tôi

Ngoài ra, với đặc thù khí hậu nóng, dm, mưa bão nhiều thì tốc độ và mức độ ảnh.

sẽ nhanh hơn, tuổi thọ hưởng của quá trình xâm thực tới công trình BT và

công trình sẽ giảm di đáng kể

C6 nhiễu biện pháp để nâng cao tuổi thọ cho bê tông, trong đó việc sử dụng vật liệuthẩm thấu nh gốc xi măng được xem là một giải pháp hiệu quả và thực hiện thuận lợi trong điều kiện Việt Nam.

“Trong Báo cáo dự án sin xuất thử nghiệm cấp Bộ “Hoàn thiện công nghệ sản xuấtvật liệu thắm thấu kết tinh gắc xi mang (ching thắm, mài mòn, ăn mòn) và thi côngcho kết cấu bé tông công trình thủy cong” do Viện Khoa học Thuy lợi Việt Namchủ trì cũng đã nghiên cứu nẵng cao khả năng chống thắm, chống mài mòn bê tôngcửa vt liga thâm thấu kế sốc xi ming, Tuy nhiên, ké quả nghiên cứu mới chỉ dừnglại ð việc nghiền cứu độ bền chống thắm, chống mài man của bề tông M200, M250

sử đụng trong môi trường nước bình thường (công tinh hỖ chứa nước Nước Trong,tinh Quảng Ngĩi) và nghiên cứu độ bén chống thắm, chống mài mon của bê tôngM300 M350 sử dụng trong môi trường nước mặn và chua phèn (nước mặn ly tạiHải Phòng, nước chua phn lấy tại Cà Mau), Còn trên thực tẾ ở nước ta, các công

tông chỉ từ 200 + 250 kG/em? và chưa

1, đánh.

trình ven biển đã xây dựng từ lâu với mác

quan tâm đến yếu tổ xâm thực Điều đó cho thấy cn phải tiếp tục nghiên cứ

giá ảnh hưởng của quá tinh xâm thực đến kết cầu bê tông và bê tông cét tp,

Xuất phát từ đó, đề tài đã tiến hành nghiên cứu: “Sứ dung vật liệu thẩm thấu kếttinh gắc xi măng dé nâng cao chất lượng bê tông cổng ving tru”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của vật liệu thm thấu kết tỉnh gde xi măng đến bê tông

M200, M250 đã và dang được sử dụng phổ biến trong xây dụng các công trình venbiển nói chung và cổng vùng tiều nói riéng Từ đồ, chỉ ra các hiệu quá để đề xuất

sử dụng tại các công trình cổng vùng triều và các công trình tương tự nhằm nâng.

cao chit lượng và tuổi tho công trình

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu bê tong M200, M250 khi có sử dung và không sử dụng vật liệu thẩm thấu kết nh gốc xi măng ở điều kiện bình thường và điều kiện môi trường vùngtriều với các tính chat sau:

= Khả năng chống thắm

= Khả năng chống mài mon.

- Cường độ bám đính của vật liệu TKX với bê tông.

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

Cách tiếp cận

- Tiếp cận thực

“Tiếp cận lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu.

~ Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập, tìm hiéu, tổng hợp kinh nghiệm và kết

‘qua nghiên cứu một số tài liệu trong nước cũng như trên Thế giới về hiện trạng xâm

thực bê tông công trình biển, từ đó đưa ra mục đích nghiên cứu của Luận van,

- Nghiên cu thực nghiệm: nh chit đính công te,cường độ nén, độ chéng thắm, độ mài mòn, cường độ bám dính của vật liệu TKX.với bê tông) của BT trong phòng thí nghiệm.

in hành thí nghiệm một số

- Lấy ý ki

chuyên gia, tác giả đã đúc rút kinh nghiệm từ đó hoàn thiện được Luận van,

chuyên gia: Thông qua trao đổi chuyên môn với các nhà khoa học và

CHUONG 1: TONG QUAN VỀ BÊ TONG CÔNG TRÌNH BIEN, CÁC DANGXÂM THỰC BÊ TONG CÔNG TRÌNH BIEN VÀ VAT LIEU THÁM THAUKET TINH GÓC XI MĂNG

1.1 Tong quan về bê tông và bê tông công trình biển

Bê tông (gốc từ biton trong tiếng Phíp) là một loại đã nhân ạo, được hình thànhbai việc rộn các thành phần: Ct iu thô, cốt igu min, chất kết dính, v.v heo một

tý ệ nhất định (được gọi là cấp phối bê tông) sau quá tình thuỷ hoá và đông rắn,

Kỹ thuật chế tạo và sử dụng bê tông xuất hiện từ thời La Mã cổ đại vả được sử dụngrộng ri trong suốt giai đoạn tổn tại của DE quốc La Mã Sau khi để quốc La Mã sụp

đổ, kỹ thuật sử dụng bê tông cũng bị mai một cho đến khi được ti khám phá vào

iữa thé ky XVIIL, xong phải đến cuỗi thể ky XIX đầu thé ky XX bê tông mới được

et

ứng dung trong xây dựng c: h biển va ven biển

Hiện nay một số quốc gia phát trién trên thé giới đã xây dựng nhiễu công ngăn triều.với quy mô lớn với kiến trúc ky diệu trong lĩnh vực công tình thấy Di đầu trong

lĩnh vực này phải kể đến các nước như Anh, Phin Lan, Hà Lan Một số công trình

điển hình như công trình ngăn sông Thames (của Anh); ông trình chắn sóng bão, nước biển dang ha lưu đông Schede (của Hà Lan); tổ hợp công trình ngăn triều ởSaint Petersburg (của Nga); công trình chắn sóng Maeslandt (của Hà Lan) Cáccông tình này ngoài ác dụng ngăn tiểu, chống xâm nhập mặn, chống ngập lụt còn

có tác dụng ngăn mỗi đe dọa của sóng biển khi có bão Một số công trình cổng ngăntriều thi công trực tiếp trên lòng sông lớn với các giải pháp công nghệ xây dung

chống ăn mòn, phá hủy bê tông được các nước tên tiến xây đựng phat huy hiệu quả

cao; đảm bảo tính bn vũng, an toàn và thẳm mi, thu hút sự chiêm ngưỡng của các

<u khách tên th giới

Hiện tại và trong tương ai b tổng là loại vit liệu được sử dụng rộng răi nhất rongxây dựng công tinh dân dụng, công nghiệp, giao thông, thu lợi thuỷ điện, thậm

chí trong xây dựng các nhà máy điện nguyên tử (bê tông cản xạ), v.v Theo đánh.

gi của Hiệp hội be tông thể giới, thể kỹ XXI à thể kỷ của vật iệu bê tông

cốt liệu.

Bê tông là loại vật liệu có cầu trúc phức tạp được tạo nên tử các thành phi

với hình dang, kích thước, độ đặc chi

chưa thuỷ hoá, nước và phụ gia hoá học, hệ thống các lỗ gel, hệ thống mao quản lớn

Đồng thời độ bền lâu của công trình bê tông được xem xét ở mức độ thắm nước va

khí của vật liệu này Do vậy việc nghiên cửu áp dụng các biện pháp và vật liệu sử

‘dung chống thắm cho bê tông, nhất là bê tông cốt thép luôn được quan tâm tir hàng thể kỹ nay.

Với các công trình thủy lợi vùng ven biển thường chịu anh hưởng trực tiếp của yếu.

tổ thủy triều Do vậy, các kết cầu bê tông tiếp xúc với nước biển luôn chịu tác động của chu kỳ ước- khô, lạnh- nồng hàng ngày N; ài khả năng chịu lục thì việc chẳng.thấm, chống ăn mòn và mai mòn cơ học cho kết cầu bê tông là một tính chất quantrọng, liên quan đến an toàn và ôn định của ông tỉnh

1.2 Thực trạng các công trình ven biễn sử dụng bê tông

Theo đánh giá về độ bền (tuổi thọ), thực t của các công tình BT và BTCT của các

«qude gia trên thể giới qua hơn một thé ky sử dung cho thấy trong môi trường không

có tính xâm thực, kí

trong môi trường xâm thực vùng biển, hiện tượng ăn mòn cốt thép và BT dẫn đến

làm nứt vỡ và phá hủy kết cấu BT, BTCT có thể xuất hiện sau 10 + 30 năm sửdụng Độ bin thực tẾ của các kết cầu BTCT phụ thuộc vào mức độ xâm thực của

môi trường và chất lượng vật lậu sử dụng (cường độ BT, mác chống thắm, khả

năng chống ăn môn, chủng loại xỉ măng, phụ gia, loại cốt thép, chất lượng thiết kế,thi công và biện pháp quản lý, sử dụng công tình )

6 Việt Nam, BTCT đã được người Pháp đưa vào sử dụng từ những năm cuối th ky

19 Tuy nhiên phải sau năm 1960 khối lượng công tinh BTCT xây dụng trong môi

trường biển mới tăng đáng kể Song trên thực tế bên cạnh các công trình bên vững, sau 40 = $0 năm thi hàng loạt các công trình BTCT ở Việt Nam có niên hạn sử

dụng 10 + 15 năm đã bị xâm thực và phá

10% gi

cổng CO

ly trằm trọng, đòi hỏi phải chi phí 40 +

thành xây mới cho việc sửa ct ta và bảo vệ chúng Điển hình là công trình

su IIT thuộc hệ thống công tình thuỷ lợi Đa Độ (hệ thống công trình

thuỷ lợi lớn nhất Hai Phòng)

“Cổng Cổ Tiểu IT được đưa vào sử đụng từ năm 2001 Qua 15 năm vận hành, phần

bê tông cổng đã xuất gn những dẫu hiệu xâm thực do thắm, ăn mòn khí quyển vàmài mn eo học bởi ảnh hưởng của các ion chính : pH, SO,” và Cr Ngoài ra chấtlượng bê tông cổng ở thời kỳ xây dựng thực hiện theo tiêu chuẳn cũ chưa tinh toánnhiều đến ảnh hưởng của quá tình xâm thực, thi công bê tông áp dụng: QPTL-D6-T8, TCVN 445 Bên cạnh đó còn kể đến đơn vị thi công phần bê tông không dimbảo độ dày lớp bê tông bảo vỹ cốt thép, Một số hình ảnh kết cẩu be tông cổng Cổ

“Tiểu HH bị xâm thực như bình 1.1 và 1.2:

6

Mình 1.1 Lớp bê tông bảo vệ cốt thép Hình 1.2 Thân cống nằm trong vùng

thi công không đảm bảo mực nước dao động bị mài mon tro

sốt liệ lớnC6 thể thấy, tác động xâm thực do mỗi trường là rất mạnh dẫn đến phá hủy côngtrình Mức độ hư hỏng phụ thuộc vào vị trí và diễu kiện làm việc của công trìnhKết hợp với điều kiện khí hậu nóng, dm, mưa bão nhiều thì tốc độ và mức độ anhhưởng của quá tinh xâm thực tới công tình BT và BTCT sẽ nhanh hơn, tui thọ

công trình sẽ giảm di đáng kể

1.3 Phân loại môi trường xâm thực BT và BTCT

Can cứ TCVN 9139:2012 “Công trình thủy lợi ~

vùng ven biển - yêu cầu kỹ thuật” thi môi trường làm việc của các công trình thủy,

*u bê tông, b tông cốt hep

lợi vũng ven biển, các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép được chia làm 2 loại làmôi trường xâm thực nước mặn và môi trường xâm thực nước chua phèn.

* Các kết cấu làm việc ở vùng nước mặn:

+ Cức kết cấu làm việc ở vùng nước ngập mặn: các kết chu bê tông và bê tông cốt

thép nằm ngập hoàn toàn trong nước biển

7

+ Các két ju làm việc trong vàng nước man thay đổi: các kết cầu bê tông và bêtông cốt thép nằm ở giữa mye nước lên xuống của thủy triều, kể cả vùng sóng leo.

~ Các Kết cấu làm việc tong vàng khíquyén biển: các kết cầu bê tông và

in bở và xa bờ).

tông cối thép nằm trong không khí (bao gồm các vùng khí quyển trên mặt biển

* Các kết cầu làm việc trong vùng chua phèn:

- Các kết edu nằm trong vàng ngập nước chưa phèn: các kết cấu bê tông và bê tông

íp nằm ngập hoàn toàn trong nước chua phèn.

ác kết cấu nằm trong vùng mực nước chua phèn thay đổi: các kết cau bê tông và

bê tông cốt thép nằm giữa mực nước chua phèn lên xuống

= Các két cấu nằm trong không khí vùng nước chua phèn: các kết cầu bê tông và bêtông cốt thép nằm trong không khí tại vũng nước có chua phen

1.4 Các vùng làm việc và mức độ xâm thực kết cầu bê tông công trình biểnCăn cũ theo tinh chất xâm thực và mức độ tác động của mỗi trường biển lê kết cấu

BT và BTCT có thể phân làm ba vùng như sau:

= Vàng hoàn toàn ngập nước: bao gồm các bộ phận kết cắt ngập hoàn toàn trong nước bi

= Vùng nước lên xuống và sóng đánh: bao gồm các bộ phận kết cầu làm việc ở vị trí

giữa mực nước thủy triều lên xuống thấp nhất và cao nhất, tính cả phần bị sóng.

anh vào.

= Vùng khí yến trên biễn và ven biển, gdm các td vùng: bao gồm các bộ phận kết

su lim việc trong vùng không khí trên biển và ven biển tinh sâu vào đất in tới 20km; sát mép nước từ 0 + 0,25km; ven bi từ 0,25 + Ikm; gin bờ 20km.

mm thm ‹025 labo

va

+025 tem

Hình 1.3 Các vùng làm việc của kết cấu bê tông công trình biển.

“Có thể phân loại mức độ xâm thực tại các vùng như Bảng 1.1

Bang 1.1 Mức độ xâm thực tại các vùng,

Mite độ xâm thực cña môi trường

mr Môi tường đối với kế cần

Bê tông Be tông cốt thép

1 | Vũng khí quyển gần bở - Trang bình

1 | Vang ven ba Nhe Mạnh

3 | Vũng sit mép nước Trang bình Mạnh

4 | Ving nước lên xuống và sống đánh Mạnh Rit mạnh

5 | Vũng ngập nước biển Mạnh Mạnh

1.8 Các dạng hư hỏng kết cấu bê tông và bê tông cổ

thực

thép do quá trình xâm

Vang bi ä môi trường có tính xâm thực mạnh đối với bê tông vài

Môi trường biển Việt Nam xâm thực mạnh hơn môi trường biển nhiều nước trên thé

giới do nhiệt độ, độ ẩm không khí cao, thời gian dm ướt lớn, nồng độ muối cao,

nước và cốt liệu có nhiễm mặn.

Cée kết cầu BT được xác định bj hư hỏng do quá trình xâm thực khi quan sát thấy

một trong những dấu hiệu sau:

- B mặt BT bị ăn mòn để lộ cốt liệu lớn trên diện rộng

- Bề mặt BT bị nứt nẻ, phẳng rộp hoặc bong tróc cục bộ từng mảng.

Các dẫu hiệu hư hỏng cốt hep

+ Gi sắt màu vàng đô tiế ra từ rong lòng khối BT:

++ Xuthiện các vết nứt lớp BT dọc theo các thanh cốt thép

+ Bong rộp lớp BT bảo vệ để lộ cốt thép bị gỉ

*# Một số hình ảnh về xâm thực tại công Đa Ngư (sửa chữa năm 2010), trên dé tả.

Van Úc Vị trí cống cách cửa sông Văn Úc 3km về phía thượng lưu

10

Hình 1.4 Phần thân cổng bị mài mòn Hình 1.5.Trương nỡ cốt thép

* Một số hình ảnh về sự ảnh hưởng của xâm thực bê tông và bề tông cốt thếp tai

cổng Họng (xây dựng từ năm 1960) trên dé biển II, Đồ Sơn, Hải Phòng

Hình 1.6 Xam thực bê tông trong ình 1.7 Dàn công tác bị ăn mòn tro

vùng mye nước dao động cắt thép (in min khí quyển)

1.5.1 Hic hong tại các ving hoàn toàn ngập nước

Nước biển của các đại dương trên thé giới thường chứa khoảng 3,5% các mudi hòa73% NaCl; 0,32% MgCl;; 0,22% MgSO,; 0,13% CaSO¿; 0.02% KHCO; và một lượng nhỏ C ›, O; hòa tan; độ pH 28,0 Do vậy, nước biển của các đại dương mang tinh xâm thực mmạnh tới bê tông và bê tông cốt thép [1]

Nước biển Việt Nam có thành phần hoá học, độ man và tính xâm thực tương đương

với các vùng biển khác trên thể giới Riêng vùng gin bờ, do ảnh hưởng của các

sông chảy ra biển nên khác chút í (vùng ảnh hưởng của thủy trigu) [2] Kết quảphân tích như trong bảng 1.2

Bang 1.2 Thành phần nước biển của Việt Nam và trên thể giới

Vùngbiễn | Vùngbiển | BiểnBắc |Chiêu | Doni Biển Bantic

“Các công tình BT và BTCT trong vùng biển này chịu tác động của nước biển vớilượng muối hòa tan khá lớn, him lượng SO,ˆ vượt qu tiêu chuẩn Hiện tượng ăn

các sim phẩm hydrat hóa betông tạo ra hợp chất khó tan Khi nồng độ SO lớn sẽ tạo ra CaSO;.2H:O Sảnmòn hóa lý sẽ xảy ra, các ion SO,” phản ứng ví

phẩm tạo ra có th ích sắp 2,86 lần gây ứng suất phá vỡ bê tông

Độ mặn của nước biển ting mặt trong vùng biển Việt Nam được ghỉ lại như bang 13.

Bing 1.3 Độ mặn nước bién tang mặt trong vùng biển Việt Nam, ”„„

-1.5.2 Hur hông tại các ving nước lên xuống và sóng đánh

Cùng với quá trình ăn mòn hoá học, điện hoá thì trên bề mặt các kết cấu bê tông vàBTCT còn bị bảo môn cơ học do áp lực sóng, đặc biệt là sống có cường độ mạnh do

gió bão gây ra Trên bé mat kết cấu, quá trình khô ướt xảy ra thường xuyên làm tăng

nhanh quá trình tích tụ ion CI , O” Nước biển cũng thâm nhập vào bê tông thông

‘qua quá trình khuyếch tán và lực hút mao quản Khảo sát kết cấu bên trong côngtrình khi đục kiểm tra tại các vết nứt thấy cốt thép bị gỉ rit nặng, mặt cắt ngang cốtthép có thể giảm từ 40% + 60%, cốt thép dai nằm bên ngoài thưởng bị gỉ nặng hon

‘va đứt nhiều Kiểm tra điện thế ăn mon bằng máy đo điện thé CANIN cho thấy:

l4

điện thé đạt 900 mY, chứng tỏ cốt thép bị ăn mòn rit mạnh Khi sử dung phươngpháp điện cực so sinh Ag/AgCTI, kết qui do đạc được đánh

ASTM C876 và giản dé E-pH của hệ Fe-H:O như Bảng 1.4

á dựa vào tiêu chuẩn

Khi kiểm tra thành phần hoá học của bê tông theo chiều tir ngoài vào trong cho thé

tại vị trí xuất hiện vết nứt, cách mép vết nứt tử 15 + 20 em, miễn bê tông cận cốt thép,

độ pH thường có giá trị nhỏ hơn 11,6; ham lượng ion CI rất cao, thường nằm trong

khoảng (1,5:13,5) kg/m‘ bê tông, hàm lượng SO,” nhỏ hơn 4% khối lượng xi măng,

Bang 1.4 Kết quả đo đạc điện thé ăn mòn cốt thép và khả năng ăn mòn tại các

ing Liên Chiến -330 đến -460 | >90% ASTM C876

l Giản đồ E>

Cảng Nguyễn Văn Trỗi | -306đổn-325 | >90%

1.5.3 Hic hong tại tùng khí quyén trên biển và ven biên

Tại mặt ngoài, hiện tượng ăn mòn và phá huỷ kết cấu thưởng xảy ra mạnh với những vị trítrự điện với giớ biển hoặc thường xuyên hồng chịu mưa gió và khí hậu khô, âm Dạng ăn môn thường gặp là trên bề mặt lớp bê tông bảo vệ xuất hiện cácvết nứt số bé rộng trung bình từ (5225) mm chạy dọc theo các thanh thấp chịu IveVới kết cấu dạng bản, sàn thường bị bong tích thành từng ming lớn, lớp bê tôngbảo vệ cốt thép lộ ra ngoài và bị gi rất nặng

Phía bên tong kết cấu, khi đục mở rộng các vét nứt thì thấy cốt thép bị sỉ nặng,

thiết diện giảm từ (20:60)%, nhiều thanh bị đứt rời hẳn, nhất là thép đại Khi kiểm.

1s

chuẩn Việt Nam có tínhtra khả năng chịu tải theo ti

tông cốt thép do an môn thi thấy nhiều kết cu không còn đủ khả năng chịu lực1.6 Các nguyên nhân gây xâm thực và phá hủy các công trình BT và BTCTtrong môi trường biển Việt Nam

“Theo tài liệu [1.4] cho thấy: Môi trường bi

ấn nhiều yếu tổ phá hoại kết cấu bê tông và bê tông cốt thép xây dụng trong khu

là môi trường rit khắc nghiệt và tiềm

iu bê tông cốtvue chịu ảnh hưởng của nó Các nguyên nhân chính phá hoại kết

thép trong môi trường biển có thé phân loại theo các cơ chế vật lý, hóa học, an mon điện hóa

ra cũng lúc và dan xen nhau làm cho kết

ốt thép và cả do các sinh vật biển Các nguyên nhân phá hoại thường xây

ibe tông bị phá hùy nhanh hơn Bêncạnh các nguyên nhân rên còn phải kể đến các nguyên nhân liên quan đến thiết kể,

thi công và quản lý sử dụng chưa được thực hiện tốt cũng làm cho các kết cầu bê

tông và bê tông cốt thép bị giảm tuổi thọ dáng kể.

thực tếKết quả khảo sắt độ bể

ây dạn

n các công tình bê ông và bế tông cốt thép đã

‘ving biển nước ta cho phép khẳng định ring môi trường biển Việt Nam

có tác động xâm thực mạnh dẫn tới ăn mòn và phá hủy các kết cấu Mức độ xâm.

thực phụ thuộc vào vị tri và điều kiện làm việc cụ thé của từng kết cầu trong công trình So với các nước khác, môi trường biển Việt Nam còn có đặc thù khí hậu nóng

âm, mưa bão nhiu tạo rast ăn mòn mạnh hơn đối với kết cấu bể tông và bể tôngcốt thép

Bằng chứng rõ rệt nhất về ác động ảnh hưởng của môi trưởng biển tới độ bền côngtrình BT và BTCT tạo bởi các quá trình sau:

- Quá tình thắm ion CŨ vào BT gây rà an mòn và phá hủy cốt thp:

~ Qui tình thắm fon SO, vào BT, tương tác với các sin phẩm thủy hóa của đ xỉmăng tạo ra khoáng cringil trương nở thể tích gây phá hủy kết cấu (ăn món sunfat);

- Qué trình cacbonat hóa làm giảm độ pH bê tông theo thời gian làm phá vỡ mang

thụ động bảo vệ cốt thép góp phần diy nhanh quá trình an mòn cốt thép gây pháhủy kết cấu,

- Quá

trường nhiệt độ không khí cao là các điều kiện làm cho quá trình ăn mòn cốt thép,

khuếch tin oxy, hơi ẩm và clo vào trong bê tông trong điều kiện môiXây ra rất mạnh:

- Các hiện tượng xâm thực khác, như: ăn mồn rửa rồi, ăn mn vỉ sinh do các loại

hà, sd biển gây ra ăn môn cơ học do sống biển

Như vậy các kết cấu BT và BTCT công tình ven biển nằm trong vùng chịu tácđộng của các yếu tổ gây xâm đã bị xuống cấp, hư hong nhanh chóng dẫn đến làmgiảm tuổi thọ và khả năng lim vige của chúng

17 Một số giải pháp nâng cao tuổi thọ cho bê tông và bê tông cốt thép trong

môi trường nước mặn và chua phèn

17.1 Các giải pháp cơ bản

Ngoài các giải pháp về thết kể, thi công, quản lý sử dụng công tình (theo TCVN9139:2012 hiện hành) thì dé ning cao độ bên và tuổi thọ cho các kết cầu bảo về BTvùng t ăn mòn và độ bền chống mài mòn cho BT [3]

sẽ phải tập trung vào hướng tăng độ bền chị

~ Giải pháp tăng độ bền chống an min, gdm

+ Thay đổi thành phần khoáng vật xi ming

+ Biển đổi các thành phần thủy hóa của xi mang,

++ Tăng độ đặc cấu trúc BT

+ Ngăn cách BT với môi trường gây ăn mòn.

~ Giải pháp tăng độ bền chống mài môn: Tăng độ đặc và độ cứng cho kết cầu BT.

+ Trong quá tình thi công mới và sửa chữa công trình dang hoạt động không làmđược kết cấu BTCT hoặc chiều day lớp bảo vệ cốt thép (theo TCVN 9139:2012,chiều dày lớp BT bảo v 50mm), có thé áp dụng các biện pháp chống.thắm bỗ sung như sau:

+ Trt vữa chẳng thẳm: Vita xỉ măng có pha nhữ tương polime M250, M200,

+ Son chống ăn mén cốt thấp: Sơn xi ming ~ polime, sơn héa chất cao phân tử, cácloại son này phải dim bảo khả năng dính kết giữa cốt thép được sơn với bê tông + Sử dung chất ức chế ăn môn canxi niiL

+ Sử dung vật liệu composjtthay thé cho BT thông thường

1.7.2 Phân tích về uu nhược diém và tính khả thi của các giải pháp

Tai liệu [5], phân 'h ưu nhược điểm của các giải pháp như sau:

- Thay đổi thành phan khoáng vật xi mang: Việc thay đổi thành phần khoáng vật xỉ

măng để tăng độ bền chống ăn mòn cho BT sẽ dẫn đến giảm cường độ của BT.Ngoài ra để thay đội thành phần khoáng vật đòi hỏi một công nghệ sản xuất đặc biệt

từ việc tuyển nguyên liu, tính toán tý lệ phối liệu và kiểm soát quá trình nung:Những hạn chế dé làm cho giải pháp này thực tit được khuyến cáo ding

- Bién đổi sin phẩm thủy hóa của xi mang: Bing cách dùng những chất pha trộn sẵnsóc tin dụng được từ phế thải công nghiệp để giảm thiểu him lượng tác nhân ăn

môn trong xi ming, Nhược điểm giải pháp này là sử dụng vật liệu phể thai, cần phải

có những quy trình kiểm tra chặt chế trong chế tạo bê tông và các yếu tổ liên quan đến môi trường xung quanh công tình.

- Tâng độ đặc chắc của BT: Vi hạn chế được khả năng xâmnhập của nước vào trong BT do dé ting được độ ban chống ăn môn ngoài ra tăng độ

tăng độ đặc chắc s

“đặc chắc cũng sẽ làm tăng cường độ, cũng như độ cứng do đó nâng cao được độ bênchống mài mòn cho BT Bản thân bê tông đặc chắc vẫn có cấu trúc rng mao quảncho nên vẫn bị thẩm thấu khi kết cắu ngập trong nước Dặc biệt trong môi trường.nước mặn thì quá trình thim thấu làm giảm tuổi thọ của BT.

- Tăng độ cứng cho BT: Hiện tượng mai mòn bé mặt xảy ra khi độ cứng của BTkém Để cải thiện độ cứng cho BT, tăng được cường độ bằng cách tạo được nhiều

những liên kết hóa học bền vững trong kết cấu đá xi măng, Nhược điểm giá thành.

“chỉ phí cho xây dung công trình cao.

- Trất vữa chống thắm: Cần phải nghiên cứu thêm về khả năng bám dính giữa hailớp liên kết

~ Son chống an mòn cốtthếp: Gidi pháp này chỉ chống được an mòn cốt thép

= Son phủ mặt ngoài kết cấu: Sử dụng sơn epoxy là gốc hữu cơ cho nên tuổi thọ.

Không được cao

~ Sử đụng chất ức chế ăn mon canxi niit: Chỉ chồng được ăn mòn cốt thép.

- Sử dụng vật liệu composi thay th cho BT thông thường: Gii pháp này có chỉ phí

giá thành rất cao

1.7.3 Giải pháp đề xuất

Qua các phân tích rên, tác giả để xuất giải pháp Ngan cách BT với mỗi trường gâytấn môn, Đây là ải pháp đáp ứng được cả với công trình xây mới và các công tinh

đang làm việc Hiện nay ở Việt Nam đã nghiên cứu sản xuất và ứng dụng thử

nghiệm thành công vật liệu thẳm thấu kết tinh gốc xỉ măng HyCI - CTUĐA sử dungcho các kết cấu bê tông trong môi trường nước ngọt và HyCI - CTU9B sử dụng cho

bê tông trong môi trường nước mặn và chua phèn ( tài do Viện Thủy công thực hiện và đã ứng dung thir nghiệm thành công) đạt chất lượng tương đương so với vậtliệu tương tự của các nước trên thé giới, đảm bảo được yêu cầu kỹ thuật đặt ra màgiá thành chỉ bằng 75¢ các sản phẩm cùng loại rên thị trường Ngoài ra sản phẩm

này còn có các ưu điểm khác, như:

- Sản phẩm có gốc vô cơ khi làm việc có độ bền cao

Không làm thay đổi kích thước bình học của kết su

Nhu vậy, việc lựa chọn sử dung vật liệu HYCI - CTO9B sơn phi lên b mặt bê tông,

bê tông cốt thép trong môi trường nước mặn và chua phèn nhằm làm tăng khả năng,

chống thắm, chống mài mòn và chống ăn mòn để nâng cao tuổi thọ cho các côngtrình BT vùng tiểu là một giải pháp hữu hiệu trong giai đoạn hiện nay,

1.8 Tổng quan về công nghệ vật liệu thẩm thấu kết tinh gốc xi măng

Vật liệu thim thấu kết tinh gốc xỉ măng là công nghệ tiên tiến đã được sử dụng từnhững năm 1960 ở trên th giới Tại Việt Nam hiện cũng đã sản xuất và thử nghiệmthành công loại vật liệu này vớ giá thành hạ và chất lượng trơng đương với các sảnphim cùng loi Các sàn phim hiện có rên thị trường dều có cơ ch làm việc giống

19

nhau, dp ứng tốt việc nâng cao tuổi thọ cho các công tình bê tổng và bê tông cốtthép hiện nay (61

18.1 Khái niệm vật liệu hẫm thấu kết tinh sắc xi mang

Vat liệu thấm thấu kết tinh gốc xỉ măng là một hỗn hợp khô, bao gdm các thành.

phần: Xi măng, cát thạch anh, phụ gia khoáng hoạt tính siêu min, phụ gia hóa học,phụ gia polime và các xúc tác dạng tỉnh thé giúp thẩm thấu vào bé mặt bê tông hoặc.vữa Sau khi thẩm thấu vào các mao a, chúng tác dụng với mudi trong xi măng

tạo thành các khoáng không tan lắp đầy các mao dẫn và lỗ rồng tạo khả năng chống

thắm tốt và tăng độ bản cho bé mat công tinh

18.2 Một số kết quả nghiên cứu và sử dụng vật liệu thẩm thấu kết tỉnh gốc xi

"măng trên thế giỏi và tại Việt Nam

Trên thé gii

Vật liệu thắm thấu kết inh gốc xi măng ra đồi từ những năm 60 thể kỉ trước Đây làloại vật liệu có gốc võ cơ, làm việc rit linh hoạt Việc ứng dụng vật liệu này cho các.sông trình bể tông và bê ông cốt thép từ trước đến nay đều được đánh giá ắt cao

Hiện nay trên thể giới có nhiều loại vật liêu chẳng thắm bê tông dang thẳm thấu của

nhiều hãng hóa chất xây dựng khác nhau như: Thụy Sỹ, Úc, Mỹ, Canada có sảnphẩm Penetron, Indoseal, Các sin phẩm này được sử dụng rộng rãi cho các công

nước trên thé giới như Mỹ, NhậtAustralia và Canada và hiện dang được phát triển sử dụng ra nhiều nước trên thểtrình bê tông và bê tông cốt thép tại một s

giới

‘Bang 1.5 Một số công trình bê tông lớn trên thé giới áp dụng công nghệ chống

thấm TKX

TT Tên công trình Địnđếm — | Quốcgia

1 | Sydney Harbour Tunnel Sydney Ue

2 | Olympic 2000 Stadium Sydney Úc

20

TT Ten công trình Địađểm — | Quốcgia

3 | Vancourver Seabus BC Canada

Badaling Donglaoyu Express Highway Tang

4 i Donghou Express Highway | ng

Bridge Deck Quốc

5 | tia Dam Kaama, Ibaraki | Nhật Bin

6 | Okachimachi Tunnel Tokyo — | Nhậ Ban

7 | Grimset-Atea Dap System Grimset— | Thụy

| Eany Sha Dam Hstitien | Bai Loan

9 | Wash ngton D.C Mero System Washington D.C | Mỹ

Guang Xiian-Shen-Qiao Hydro- Tran

wo one anh Quang xỉ :

Tại Việt Nam

Linh vực chống thắm bằng vật liệu thắm thấu kết tinh cho bé tông công tình thủylợi hiện nay tại Việt Nam còn hạn ch Mới có it đ ti nghiên cứu về lĩnh vực này

“Thông tin nghiên cứu chủ yếu do các hing nước ngoài cung cấp thông qua một sốhội thảo Theo đó, có rat nk loại sản phẩm được các hãng hóa chất xây dựng bán

và ứng dụng cho các công trình BT như: Simon* Pene-Seal của hing VinkemsXypex" của hãng Xypex, Indoseal của Trung tâm xử lý kỹ thuật công trình Đông.Dương: IndoChina Centepro.

CCác sin phẩm của các hing đã được ing dung tại nhiễu công tình ở Việt Nam, đặc

biệt sản phẩm XypexTM được ứng dụng tại rit nhiều công trình dân dụng công nghiệp.

và (hủy lợi (khoảng 100 công tình), như: nhà mấy Kao Việt Nam ~ Biện Hòa, Nhà máy Sanyo Việt Nam - Biên Hòa, Nhà máy điện Phú Mỹ - Bà Ria Vũng Tàu, ĐậpDầu Tiếng ~ Tây Ninh Tại Việt Nam, uy vật liêu TKX được biết đến muộn

a

nhưng cũng đã sử dụng

công trình bê tôi

này của nước ngoài để chống thẳm cho cácBang 1.6 Một số công trình sử dụng vật liệu TKX tại Việt Nam

Tr “Tên công trình Dia điểm

_—-1 | Nhà máy Kao Việt Nam Biên Hoà Công nghiệp

2 | Nhà máy Sanyo Viet nam Biên Hoà Công nghiệp

3 Nhà May Điện Phú Mỹ Bà Rịa - Vũng Tau | Công nghiệp

4 | KCN Nomura Hải Phòng — | Côngnghiệp

5 | Nhà máy Canon Việt nam Hà Nội Công nghiệp

ọ | Bộn chứnhồ Nhà máy DĩAn- Sông Bé | CôngnghiệAmerican Standard

7 | Nhà máy nước Long Thành "Nhơn Trạch- Đồng

10 | Đập Dau Tiếng

IL Đập Nước Trong,

Ngoài các công tinh kế rên, hiện nay ở nước ta có nhiều công trình bê tông, bê tông cốt thép lớn và đặc biệt là các công trình làm việc trong vùng có tính xâm thực:mạnh rit cin thiết phải ti tục xử lý chống thắm nhằm dim bảo tuổi thọ cia chúng;Ước tính mỗi năm tới hàng triệu mỶ bé mặt kết cấu bê tông thủy công cin chống

Tây Ninh Quảng Ngãi

2

“Thủy lợi

“Thủy lợi

thắm Đi hình nhất là các cổng bằng b lông được xây dựng ở các vùng cửa sông, cửa biển có điều kiện làm việc khắc nghiệt Với khối lượng bê tông cin chống thắmlớn như vậy, nhu cầu vẻ thị trường sử dụng công nghệ chống thắm tiên tiến bằng vậtliệu TKX là rất lớn [8]

Việc chọn vật liệu TKX sản xuất trong nước (HyCI - CT09) để thử nghiệm là một

gn nay HyCI - CT09 có giá

thành thấp hơn so với các sản phẩm nhập ngoại, bởi vì: Nguyên liệu đầu vào rẻ do

lựa chọn mang tính hiệu quả kinh tổ, Trên thị trường.

chủ yếu sử dụng vật liệu trong nước, giá nhân công và năng lượng rẻ hơn so với

nước ngoài, ngoài ra chỉ phí vận chuyỂn thấp hơn nhiều so với nhập khẩu Dự kiến

giá sản phẩm vật iệu TKX có giá thành chỉ bằng khoảng 75% so với sản phẩmnhập ngoại, c

của khí hậu nước ta Ngoài ra để tài còn sử dụng một loại TKX nhập ngoại để

lượng thì tương đương và phù hợp với điều kiện sử dụng đặc thù.

nghiên cứu so sinh với loại trong nước, đồ là Aquafin IC

Kết luận chương 1

1 Tác hại của mỗi trường iễn và nước biển là gây xâm thực đến bê tong và bê tổngcốt thép trong xây dựng công trình biển làm suy giảm chất lượng và tuổi thọ cị tinh, vì yy cần có wii pháp chống lại xâm thực của môi trường bằng cách tăng độbền chống ăn môn, độ bn chống mài môn, độ bén chống thắm

2 Các nguyên nhân gây xâm thực và phá hủy các công trình BT và BTCT trongmôi trường biển Việt Nam: Quá tinh thấm ion CL vào BT; Quá tình thắm ionSO¿Ÿ vào BT; Quá trình cacbonat hóa; Quá trình khuếch tán oxy, hơi ẩm và clo vào.trong bê tôn: Ngoài ra còn các hiện tượng xâm thực khác, như: ăn môn rửa tri, ăn mòn vi sinh do các loại hà, sò biển gây ra, ăn mòn cơ học do sóng biển.

3 Các giải pháp chống xâm thực dé ning cao tuổi thọ cho bê tông và bê tông cốtthếp trong môi trường xâm thực là: Thay đổi thành phần khoáng vật xi măng; Biểnđổi sản phẩm thủy hóa của xi mang; Tang độ đặc chắc của BT; Tăng độ cứng choBT; Trất vữa chống thắm; Sơn chống ăn mòn cốt thép: Sơn phủ mặt ngoài kết cầu;

in mn canxi nitri; Sử dụng vật liệu composit thay thé cho BT

3

thông thường Trong đó giải pháp lựa chọn là Ngăn cách BT với môi trường gây ăn

4, Giải pháp sử dụng vậliệu thắm thấu kết tinh gốc xi ming để ngăn cách BT với

ông há

môi tường gây ăn môn fim tăng khã năng chống thắm, chống mài mon nhằm năng

ao tuổi thọ cho các công trình BT vùng iễu là một giải pháp hữu hiệu trong giai

đoạn hiện nay và đây cũng là hướng nghiên cứu Luận văn.

4

CHƯƠNG 2:

NGHIÊN COU

‘0 SỞ KHOA HQC, VAT LIEU SỬ DỤNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

2.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng thấu kết inh gốc xỉ măng đểnâng cao một số tính chất của bê tông

2.1.1 Cẩu trúc lỗ rằng và hiện tượng thắm nước của bê tông

* Cấu trúc của

Đá xi măng, vữa và bê tông là các vật liệu có cấu trúc lỗ rỗng Phân loại kích thước

ig của các vật liệu thành: 1g gel (gel pores) có ban kính 15-30A0 và lỗ

rng mao quan (Capillary pores) có bán kính từ 30-10,000A0 (1m) Trong lỗ rồng

mao quin lại chia ra vi xốp (Micropores) có bán kính 50A0, lỗ rỗng mao quản

chuyên tiếp có bán kính từ 50-100A0 và lỗ rỗng mao quản lớn có bán kính từ

1000-10.000A0 Loại 18 rỗng thô không phải dạng mao quản có đường kính lớn hơn10.000A0, Độ thắm nước của lỗ rồng gel rit thấp cỡ 7.10-6(m/s) và thực tế lỗ rỗngmao quan có bán kính đến 500A0 cũng khó thắm nước qua Do vậy độ thắm nước

tông phụ thuộc vào lỗ rỗng có bán kính mao quản lớn hơn 500A và kiểu

ấu tạo mao quản không liên tục hay gián đoạn

* Tính hút nước và bão hòa nước

Do bê tông có kết cấu mao quân và rng nên có th bị hóa âm do hút một lượng hơi

Š hút nước đến bão,nước nhất định từ môi trường không khí xung quanh hoặc có t

hoà khi tiếp xúc trực tiếp với nước.

Khi độ ẩm tương đối của môi trường không khí vượt quá trị số âm của bê tông, hay

khi nhiệt độ bao hoà hơi nước môi trường xung quanh lớn hơn nhiệt độ bê tông, sẽ

.đưa đến sự hút dm, Độ âm cân bằng của bê tông phụ thuộc vào độ rỗng và nh chất

phần rỗng của bé tông Với bê tông nhẹ cốt liệu rồng, có cầu tạo toàn khối liên tục

độ hút âm có thể đạt tới 20 + 25%.

Sự hút nước và bao hoà nước của bê tông kh iếp xúc rực tiếp với nước xây ra do

sự hút ẩm mao dẫn trong bê tông hoặc qua các lỗ rỗng hớ khi mặt ngoài của sản

phim hay công tình bị thấm ớt Sự hút âm mao dẫn hay sự dịch chuyển hoi nước trong mao quản nhỏ trong đá xi măng tương đối đặc chắc xảy ra khi cố gradien

25

độ và độ âm Những mao quản có tết diện bé hơn lumn không cho nước lọt

cqua kể cả dưới áp lực đáng kể hoặc khi trên vách mao quản có chiều day của màng

nước hip phụ bằng 0,5m thì sự dẫn nước mao quản này hoàn toàn bị mắt đi

Độ hút nước lớn nhất của bể tông xi măng, cốt liệu đặc chắc thường xuyên ở trạngthái bão hoà nu 6 thé đạt đến 4 + 8% theo khối lượng (10 + 20% theo thể tích).Véi bê tông nhẹ cốt liệu rổng, độ bút nước lớn đáng kể và dao động tong giới han

cũng như cầu tạo của bê.lớn phụ thuộc vào độ rỗng và tính chất ring của cốt

tông

Khi bão hod nước, cường độ bê tông sẽ giảm Tỉ số cường độ bê tông ở trạng tháibio hoà nước vàở trạng thái khô gọi la hệ số mềm Với b tổng xi ming nặng, hệ

mềm dao động trong phạm vi 0,85 + 0.9; bê tông thạch cao có hệ số mềm

(046, Sự hút nước và bão hoà liên tgp sẽ dẫn đến sự biển dỗi thể tích bê tôngbiến dạng dài sin phẩm nhưng không lớn Nhưng cứ bão hoà nước rồi sy khô liêntiếp nhiễu lẫn sự biển dạng lắp di lắp lai iên tục dẫn đến phá hoại mỗi liên kết và

thay đổi kết cấu bê tông,

'* Tính thắm nước của ng

Bê tông có kết cấu rng mao quản (kể cả bê tông đặc chắc) nên có inh thắm nước

và các chất long Khác duối tác dung của áp lực thủy tinh, Sự thắm lọc dưới ấp lựcthuỷ tinh của bé tông có độ đặc chắc trung bình không phải qua đá xi măng (với

NIX > 0,5 + 0,55) mà chủ yếu theo mao quản thô có tiết điện < lụm thông nhau và những hée rồng bé giữa miễn tiếp xúc giữa đá xi măng và cốt liệu Những hốc rỗng

này được tạo thành do sự tách nước bên trong khi các hạt xi mang lắng, hoặc do sựxuất hiện kẽ nứt co ngót trong bê tông.

"Với một số kí cấu hoặc công tình tông cn sử dụng bê tng chống thắm với sliệu khác nhau Độ bền chống thắm của bê tông là tị số áp lực thủy ĩnh mà với áp

Ie này nước không thắm qua mẫu bê tông có kích thước tiêu chuẩn.

* Nhận xét

6

lông là loại vật liệu tương đối đặc chắc, nhưng

thống mao quản và lỗ rỗng thông hoặc không thông nhau Ngoài ra còn kèm theo

hiện tượng vi nứt trong bê tông cũng tham gia vào hệ thống này

- Bê tông có hiện tượng hit nước, chất lồng thông qua hệ thống mao dẫn bối lục hút

mao quản, sự khuếch tin ning độ dung dich, sự chênh lệch nhiệt độ

trường bên ngoài và bản thân bê tông Đây là cơ sở cho sự thẩm thấu của dung dich sơn chứa các thành phần khoáng siêu mịn vào trong bê tông thông qua mạng lưới

‘mao quản.

- Bê tông là vật liệu bị thắm nước qua hệ thống mao quản và lỗ rỗng thông nhau, vì

vây cần phải bị kín ác lỗ rỗng và mao quản để ngăn chặn nước thắm qua bé tông

2.1.2 Giải pháp chống thắm theo cơ chế thẫm thấu kés tinh

“Các chit hoại tính trong hỗn hop chất chẳng thắm dạng này khi quét hoặc phun lên

bê mặt bê tông âm sẽ thẩm thấu vào trong và tạo nên một phản ứng xúc tác giữaphân tử nước và các muối vô cơ, oxit kim loại và các sin phẩm hydrat hoá có trong

bê tông tạo thành các sản phim tinh thể không hoà tan bên trong các lỗ mao quản,

chèn kín và bịt chặt hệ thông mao quản thông nhau trong cau trúc bê tông Đồng.thời lên kết các khe nứt nhỏ do co ngót của bé tông trong quả tình đồng rắn

“Trên bể mặt bê tông là một mạng lưới các lỗ rỗng gel, 1g mao quản (vi xốp vàxếp mao quản lớn), xốp thô, Khi các chất long tiếp xúc với bề mặt bé tông sẽ chit

một lực hút do các lỗ rỗng thông nhau tạo ra gọi là lực hút mao quản, Lực hút này

lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ thống lỗ rỗng (loại bể tông), bản chit của chất lòng

Ngoài ra dung dich sơn có ndng độ chất tan cao được khuyếch tấn thẳm thấu vào

trong nước mao quản của b Ong,

“Trong thực tế thì các lỗ rồng có bán kính nhỏ hơn 500A0 hẳu như không cho nude

thắm qua, như vây để nâng cao khả năng chống thắm thì chi cin quan tâm đến các

lỗ rỗng thông nhau có đường kính lớn hơn 500A0 Thực chit cơ chế hoạt độ

các chất thâm thấu là thâm nhập vào bê tông qua đường mao quản, các lỗ gel, phản.ứng hoá học với Ca(OH)2 hình thành sản phẩm silieat cỏ cường độ, liên kết với

27

nhau thành hệ thống gel bít kín các lỗ rỗng bê tông, làm cứng hod bê tông và tăng

độ chống thắm nước

(C6 hai loại chống thắm thẩm thấu kết tinh cho bê tông

Loại thứ nhất là sơn gốc xi măng, trong thành phan của sơn có xi măng kết hợp với

‘bot cất thạch anh min, chất hoạt tính siêu min và phụ gia hoá học có tác dung: tăng

độ do (độ chảy long ) xi mang, độ bin chống thắm và độ liên kết bám dính của somvới bé mặt nền bê tông, vữa Simon Pene — seal của Bite, sơn của hãng Xypex-

‘Canada, sơn của công ty hoá phẩm xây dựng Trung Qu

thuộc loại sơn này.

Trong thành phần đá xi ming BT gồm các khoáng chính: 2CaO.SiO;mH;O,

3CaO.Al:O;.6H,O, CaO Fe:O mH2O Ngoài ra còn có một số thành phần khác

như: Ca(OH);, Mg(OH), Các hydroxit này dễ bị ăn mòn hòa tan khi nước thắm

‘qua, Các hóa chất thẳm thấu kết tỉnh có chứa nari silicat và một số chất khác có tác

‘dung thúc đây khả năng thẳm thấu va thúc dy phan ứng Nai silicat thẩm thấu vào

trong BT và tạo phản ứng với casihydroxi tạo (hành các gel bit kín các lỗ mao quản

không cho nước thắm qua

Với cơ chế thẳm thấu kết tin, các chất hoại tính trong hỗn hợp chất chống thắm khi

«quét hoặc phun lên bé mặt bê tông ẩm sẽ thẳm thấu vào trong và tạo nên một phảnứng xúc tác giữa phân tử nước và các mudi vô cơ, oxit kim loại và các sản phimhhydrat hoá có trong bê tổng tạo thành các sản phẩm tỉnh thé không hoà tan bên

trong các lỗ mao quản, chền kin va bịt chật hg thống mao quản thông nhau trong

sấu tric bê tông Đẳng thời liên kết các khe nứt nhỏ do cơ ngét của bê lông rong

‘qua trình đóng rin

Ua điểm của biện pháp này là không phụ thuộc vio điều kiện thi công mà còn thắm

thấu đi sâu vào trong bản thân bê tổng và trở thành một phn không th tách rời của

"bê lông, giấp ngân chặn triệt để hiện tượng thim từ mọi hướng

#ẽ

29

ĐỀ tài sir dung ximang PCB40 Chinfon.

Bảng 2.1 Các tinh chit eo i cũa xi ming PCB40 Chinfonstr “Tên chỉ tiêu Don vị Kết quả

1 [Khỗi lượng ring gen” ã

| 2 | Độ min Blaine emg 3585

30