Luận văn thạc sĩ Xây dựng công trình thủy: Nghiên cứu sử dụng kết hợp một số loại phụ gia để tăng độ bền cho bê tông các kết cấu bảo vệ mái đê biển ang Giao Phong - Nam Định

'Các công trình bảo vệ bờ bién như dé biển phải chịu các tác động hóa học, tác động cơ học từ nước biển, sóng biển gây nên hư hỏng, xâm thực, ăn mòn bê tông kết cấu bảo vệ mái dé.. Khiđi

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và làm luận văn tại trường Đại Học Thủy Lợi,

được sự giúp đỡ cua dé tài KC08-03/11-15 do GS TS Ngô Trí Viêng làm chủ nhiệm dé tài, các thay, cô giáo đặc biệt là thay giáo TS Vũ Quốc Vương, cô giáo ThS Nguyễn Thị Thu Hương cùng sự nỗ lực của bản thân đến nay tôi đã

hoàn thành luận văn.

Các kết quả đạt được trong luận văn thạc sỹ của tôi là những đóng góp nhỏ bé về mặt khoa học trong quá trình nghiên cứu nang cao độ bên cho bê tông dùng cho các kết cầu bảo vệ mái đê biển Tuy nhiên trong khuôn khổ luận van do điều kiện thời gian và trình độ có hạn cũng như các phương tiện máy móc còn thiếu thốn nên không tránh khỏi những thiếu sói Tác giả rất mong nhận được những ý kiến chi bảo, đóng góp của các thay, cô và đông nghiệp.

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thay giáo hướng dan: TS Vũ Quốc Vuong đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và cung cấp các kiến thức khoa học can thiết trong quá trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn dé tai KC08-03/11-15 do GS TS Ngô Trí Viéng làm chủ nhiệm, các thay, cô Bộ

môn Vật Liệu Xây Dựng, Khoa Công Trinh, Phòng dao tạo đại học & sau đại

học- Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt luận văn thạc sĩ của mình.

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Đỗ Đoàn Dũng

TINH NAM ĐỊNH

1.1 Thực trang công trình dé bién Việt Nam 3 1.2 Thực trạng để biển tỉnh Nam Định và các công tình liên quan 6 1.2.1 Thực trang dé biển tinh Nam Định 6 1.2.2 Thực trạng các công trình liên quan 8 1.2.3 Những tồn tại của tuyển dé biển Tinh Nam Định "

1.2.4 Giới thiệu về đê biển Ang Giao Phong, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định

" 1.3 Nguyên nhân hư hỏng các công trình bê tông trong môi trường biển Việt Nam 14 1.3.1 Tác động xâm thực của môi trường „14 1.3.2 Thiết kế, thi công, quản lý sử dụng công trình 16

CHUONG II CƠ SỞ LÝ THUYET VE AN MON BE TONG TRONG MOL

TRUONG BIEN _ 19

2.1, Đặc trưng của môi trường biển vả nước biển sos ove T9

2.1.1 Đặc trưng của môi trường biển 19

2.1.2 Thành phan nước biển —- ¬ -e.e 23)

2.2 Cơ chế phá hủy bê tông trong môi trường nước bién se 26

NANG CAO ĐỘ BEN CHO KET CAU BE TONG BAO VE MAI DE BIEN

ANG GIAO PHONG, NAM ĐỊNH se „4T 3.1 Vật liệu thí nghiệm 47

3.1.1 Chat kết dính 4?

3.1.2 Cốt liệu „51 3.1.3 Phụ gia hóa học 5

3.14 Nước 34

3.2 Tinh toán thành phần cắp phối bê tông và ty lệ sử dụng phụ gia 543.2.1 Phương pháp tinh toán cấp phii : 54

3.2.2 Yêu cầu kỹ thuật

3.2.3 Các bước tính toán cắp phối

3.2.4 Kết quả tính toán cap phối,

3.3 Thí nghiệm trong phòng : : 61

3.3.2 Các kết qua thí nghiệm : : 693.4, Đúc tắm lát bảo vệ mái đê biển ở hiện trường cho tuyến đê biển Ang

Giao Phong, Giao Thủy, Nam Định : 5ä.

KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ _—- soos TB

Bảng 2.1 Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thể giới

Bang 2.2 Độ mặn nước biển ting mặt trong vùng biển Việt Nam

Bang 2.3 Thanh phần nước các hỗ, biển và đại dương,

Bang 2.4 Thành phần nước biển do tại một số địa điểm ở Việt Nam

Bang 2.5 Tính chất xâm thực của khí quyền biển ở một số vùng ven biển Việt

Nam

Bảng 2.6, Thành phần khoáng vật của xi măng

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu tinh chất cơ lý của xi ming PC40 Vicem Bút Sơn

Bảng 3.2 Tính chất vật lý của tro bay nhiệt điện Phả Lai.

Bảng 3.3, Tinh chất vật lý của muội si

Bảng 3.4 Các chỉ tiêu vật lý của cát

Bang 3.5 Thanh phần hat của cát

Bang 3.6 Kết quả thí nghiệm các chỉ tiêu vật lý của đá dim,

Bảng 3.7 Thành phần hạt của đá dim

Bảng 3.8 Thành phần bê tông M30 theo lý thuyết

Bang 3.9 Kết quả điều chỉnh thành phan bé tông

Bảng 3.10 Kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén của bê tông

Bảng 3.11 Kết quả thí nghiệm độ hút nước của bê tông

Bảng 3.12 Độ thấm ion clo (%) sau 3 tháng tại các điểm đo khác nhau

25

Hình 1.1 Đề bién Giao Thủy ~ Nam Định _ "

Hình 1.2 Hiện trạng an mòn rita tồi và ăn mòn cơ học do sống biễn của bê tông kề biển Cát Hải 15 Hình 1.3 Hiện trạng ăn mòn và phá hủy kết cấu bê tông cốt thép cổng qua dé

biển Hải Phòng AS

Hình 2.1 Phân vùng môi trường biển Việt Nam 20

Hình 2.2 Sơ đồ cơ chế ăn mòn điện hoá thép trong bê tông có ion CT 35Hình 2.3 Sơ đồ quá trình xói mòn vật liệu trong môi trường nước 36Hình 2.4 Hình ảnh mô tả hai loại phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép 43

Hình 3.1 Côn thử độ sụt của bé tông : @

Hình 3.2 Thí nghiệm kiểm tra độ sụt của hỗn hợp bê tông 62Hình 3.3 Đúc mẫu bê tông kích thước 15x15x15cm -.-68Hình 3.4 Thí nghiệm nén mẫu bê tông _ 66Hình 3.5 Mẫu bê tông sau khi bị phá hủy 6Hình 3.6 Máy thí nghiệm xác định nông độ ion clo wee 69

Hình 3.7 Phụ gia sử dung để trộn bê tông tai hiện trường 75

Hình 3.8 Công tác chuẩn bị khuôn đúc mẫu bê tông tại hiện trường 7S

Hình 3.9 Công tác trộn bê tông tại hiện trường, 16

Hình 3.10 Công tác đầm hỗn hợp bê tông tai hiện trường see 6Hình 3.11 Mẫu bê tông khối lát bảo vệ mái dé biển 1

x Khối lượng xi mang

N Khối lượng nước

Cc Khối lượng cát

Đ Khối lượng đá

F Fly Ash (Tro bay)

SE Silica Fume

Por Pog Khối lượng thé tích xóp cát, đá

Peso» Pron Ps Khoi lượng riêng của chat kết dính,phụ gia hóa, xi

mang

PP Khối lượng riêng của cát, nước

ye Khối lượng thể tích hạt của đá

% Độ tổng của đá

Ray ‘Cuong độ bê tông ở tuổi 28 ngày

Ry ‘Cubng độ bê tông

R (Cuong độ xi mang

Vụ “Thể tích thực tế

vụ “Thể tích hỗ xi mang

ky Hệ số dư vữa hợp lý

Ma Mô dun độ lớn của cát

Das Đường kính lớn nhất của cốt liệu

CKD Chất kết dính

a ‘TY lệ nước/chắt kết dính.

PGK Phụ gia khoáng.

CP Cấp phố

HHBT Hỗn hợp bê tông

TPBT ‘Thanh phan bê tông

TCVN “Tiêu chuẩn Việt Nam

TCXDVN 'Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam

BDKH Biến đổi khí hậu

BCB Biy cát biến

MCT Mô chữ T

pas Để giảm sóng

‘Tinh cấp thiết của đề tài

'Việt Nam là đất nước có đường bờ biển dai thứ 32 trên Thế giới trong

số 156 nước có biển (theo công bố của Bộ Khoa học và Công nghệ là3350km) Biển mang đến cho Việt Nam rat nhiều những giá trị tích cực vềtỉnh thần cũng như kinh tế, song cũng có sức tàn phá ghê gớm, để lại những.hậu quả không thể đo đếm được Chính vì vậy, việc xây dựng những công

trình bảo vệ bờ biển, chắn sóng, mang một ý nghĩa rit to lớn Những công

trình này giúp chúng ta chống lại những tác động tiêu cực tới từ biển, phòng

chống lụt bão và có đồng góp rất quan trọng trong chiến lược phát triển kinh

tế - xã hội của các xã vùng ven biển.

'Các công trình bảo vệ bờ bién như dé biển phải chịu các tác động hóa học, tác động cơ học từ nước biển, sóng biển gây nên hư hỏng, xâm thực, ăn

mòn bê tông kết cấu bảo vệ mái dé Việc chịu tác động từ nước biển, sóng

biển trong một thời gian đài khiến cho tuổi tho của công tình giảm, phá lủy

các công trình Ngoài ra, đặc điểm khí hậu của nước ta cũng gây ra những tác

động tiêu cực lên các kết cầu bê tông làm việc trong môi trường biển Khiđiễunày xảy ra, thì những tác động tiêu cực tới từ biển không được kiểm soát, hậuquả tác động đến an ninh - kinh tế - xã hội của các xã vùng ven biển là rất

lớn.Vì vậy, việc nghiên cứu các nguyên nhân gây ra hư hỏng cho bê tông dé

biển và tìm ra được các giải pháp nhằm tăng độ bền cho bê tông của kết cấu

bảo vệ mái dé biển, tăng khả năng chống lại những tác động của biển là vô

cùng cấp thiết đối với Việt Nam nói chung và tỉnh Nam Định nói

Những vấn đề cần giải quyết của luận van:

~ Nghiên cứu cơ chế phá hủy bê tông trong môi trường nước biển

- Các giải pháp nâng cao độ bền cho bê tông trong môi trường biển Việt Nam

"Mục đích của đề tài

Phân tích nguyên nhân gây hư hỏng bê tông kết iu bảo vệ mái dé biển

và giải pháp khắc phục bằng cách sử dụng các loại phụ gia dé tăng độ bền cho

"bê tông, tăng khả năng chống lại các tác động tiêu cực tới từ biển

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết kết hợp thực nghiệm:

- Thu thập, phân tích ti liệu về hư hông để biển

các công trình này mang ý nghĩa rất to lớn, giúp chúng ta chống lại những tác

động tiêu cực từ biễn Nếu không làm tốt công tác này, thì sẽ không kiểm soát

được những tác động tiêu cực từ biển với sức tần phá ghê gớm và để lạinhững hậu quả không đo đếm được Chính vì vậy, Nhà nước ta đã có nhữngchương trình, dự án nhằm củng cố, nâng cao hơn nữa chất lượng tuyển đê.biển và các công trình liên quan

“Thực trạng đê biển Việt Nam đã được trình bày rất cụ thé trong các tài

liệu [2JÍ3] Các trọng điểm xung yếu trên các tuyến đê biển như: khu vực đề

trước đây quá xung yếu, thường xuyên bị sạt lở, hư hỏng, khu vực trước đề bịxói lở hạ thấp làm ảnh hưởng đến an toàn đê cơ bản đã được đầu tư cũng

cổ, nâng cấp đảm bao an toàn với mức tiêu chuẩn thiết kế, đã đáp ứng đượcmục tiêu đặt ra Đối với các khu vực có thé nhưỡng, bùn cát và sóng gió thủytriều không thuận lợi cho việc trồng cây chắn sóng cũng đã có những nghiêncứu, áp dụng các biện pháp khoa học công nghệ cho trồng cây đạt hiệu quả

nhất định, góp phin từng bước hoàn thiện hệ thống dé biển đồng bộ, bén

vững, én định, kết hợp đa mục tiêu

‘Tuy nhiên, bên cạnh những kết quả đã đạt được, thì vẫn tồn tại một số

mặt hạn chế, bắt cập như sau:

đầu tư tw bồ thường xuyên nhưng do hạn chế về kinh phi, đề nhanh bị xuốngcấp và thường xuyên hư hỏng khi có mưa bão, phải xử lý rat vat va tốn kém.Một số khu vực biển tiến, rừng phòng hộ trước dé bị xâm hại, dé biển thườngxuyên bị sat lở, hư hỏng như đê Hà Nam - Quảng Ninh; đê biển Cát Hai, DOSơn, Vinh Quang, Cằm Cập - Hải Phong: dé biển Hải Hậu, Giao Thủy - Nam

Định; dé biển Y Vích, Hậu Lộc - Thanh Hóa Đặc biệt, trong năm 2005,

vùng ven bién nước ta liên tiếp chịu ảnh hưởng trực tiếp của các cơn bão số 2,

số 6 và số 7 với sức gió mạnh cấp 11, cấp 12, giật trên cắp 12 vượt mức thiết kể

của đê biến, bão số lại đồ bộ vào đúng thời kỷ tiểu cường ( tổ hợp bit lợi

ít gặp) làm những nơi trước dé không có cây chắn sóng, những nơi biển tiến,nơi dé trực diện biển đã bị nước biển tràn qua làm sat lở trên 54 km dé thuộc

Hải Phòng, Nam Định, Thái Bình, Thanh Hóa, làm vỡ một số đoạn thuộc các tuyến dé biển Cát Hải (Hải Phòng), dé biển Hải Hậu, Giao Thủy (Nam Định)

với tổng chiều dài 1.465m, làm thiệt hại nghiêm trọng về sản xuất, ảnh hưởng

đến đời sống, kinh tế của nhân dan,

Do chưa qui hoạch kết hợp dé với đường giao thông, nên quy mô, kíchthước đê không thống nhất, mặt đê gia cố chưa liên tục hoặc tuyến đê chưa.chú ý vi chỉnh, cắt cong theo tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông, nên đê còn.nhiều khúc cua gấp khúc; chưa đề cập đến khoảng cách tối thiểu giữa đường.giao thông và đê biển trong trường hợp ở gin nhau và điều kiện kết hợp vừa

đường giao thông vừa là dé biển Mặt đê được gia cố chủ yếu phục vụ công

tác kiểm tra, ứng cứu, hộ đê kết hợp giao thông đi lại của nhân dân, nên tải

trọng của các phương tiện giao thông còn bị hạn chế.

Do chưa có một quy hoạch thống nhất với nhiễu ngành và sử dụng da

mục tiêu, nên diện tích trồng cây chắn gió trồng cây ngập mặn chắn sóng bảo

chắn gió ven biển với chuyển đổi cơ cấu sản xuất, phát triển kinh tế - xã hội,phat triển nguồn lợi thủy sản, cải thiện môi trưởng ven biển gắn với phát triển

du lịch sinh thái nên diện tích cây trồng bảo vệ đê biển nhiều nơi khôngnhững không phát triển, mà còn bị suy giảm theo thời gian

Do chưa có sự thống nhất và chuẩn hóa việc sử dụng các cấu kiện bao

vệ mái đê phía biển, kết cấu chân khay cả vé hình thức và kích thước cơ ban,

din đến việc nhiễu công tinh xây dựng trước năm 2010 áp dụng các loại cầu

ết cấu chân khay khác nhau và chưa phủ hợp với thực tế từng

kiện bảo vệ mái,

đoạn bờ biễn, nên hiệu qua còn thấp hoặc còn gây lãng phí không đáng có

Các tuyến đê biển, đê cửa sông chưa khép kín, nhiều đọan đê còn thiếucầu, cống, do đó chưa chủ động trong tiêu úng, tiêu phèn, hạn chế hiệu quảngăn mặn, giữ ngọt, chưa đáp ứng yêu cầu nuôi trồng thủy sản, chưa đảm bảo

yêu cầu kết hợp giao thông ven biển

Công tác củng cổ và nâng cấp đ bién trong giai đoạn vừa qua chưa

tính đến yếu tổ biến đồi khí hậu, mực nước biên dâng (Theo công bồ của Bộ.tài nguyên và Môi trường, đến năm 2050, thì mực nước biển dâng do biến đổikhí hậu có thé dang cao là 0.33m và trong điều kiện BĐKH bão, lũ có xu théngày càng gia tăng cả về tần suất lẫn cường độ), ảnh hưởng trực tiếp tới tính.toán kết cấu hệ thống đê về cao trình, cũng như kết cấu của từng đoạn đê

được rùng ngập mặn bảo vệ, chưa chuẩn hóa được cấu kiện bảo vệ mái đê phía biển cả về hình thức và kích thước cơ bản, dẫn đến vig địa phương

ấp dụng nhiều loại cấu kiện khác nhau Chưa nghiên cứu chỉ tiết khi đầu tư

các công trình chống sóng gây bồi

Điền của đề biển 8 (Thái Binh)

Dé nằm sâu trong khu vực được bồi đắp nhiều năm rit rộng lớn, cn cótuyến đê quai phía ngoài phục vụ phát triển kinh , giao thông đi lại, cũng

như mở mang diện tích cho tỉnh như đoạn từ K26+700 (cống Thụy Xuân 1)đến K31+700 (tại cống Quang Lang, tiếp giáp với cảng cá Tân Sơn), đoạn qua

xã Điện Biên, Giao Thủy (Nam Dinh), tuyến dé Nga Sơn, tinh Thanh Hóa

1.2 Thực trạng dé biển tinh Nam Định và các công trình liên quan

1.2.1 Thực trạng đê biển tỉnh Nam Định

“Thực trang đề bién tinh Nam Định đã được trình bày rat cụ thé trongcác tài liệu [2][3] Nam Định có 91 km đê biển, đê cửa sông Đã thực hiệnnâng cấp được 45 km Mặt đê rộng 4-5 m kết cấu BT M250 dày 20 em đối.với các đoạn đã nâng cấp, tường chắn sóng cao trình từ +5.2 đến +5.5, kết cầuBTCT hoặc đá xây Mái phía biển được gia cố bằng CKBT, tắm BT Đối với

những khu vực xung yếu có làm kè mỏ hin giữ bãi, bảo vệ bờ (Cổng Thanh

Niên:l4 kè mỏ hàn, kè Kiên Chính:9 kè mỏ hàn, Hải Thịnh:5 kè mỏ hàn;

Nghia Phúc:1§ ké mỏ hàn) Khu vực Con Lu, Cồn Ngạn, Côn Xanh đều trồng.cây chin sóng

Nhiễu đoạn thuộc tuyển đề huyện Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh NamĐịnh đang đứng trước nguy cơ bị vỡ (nếu xảy ra bão vượt tần suất thiết kế) do.bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sat lở chân, mái kè bảo vệ mái dé

biển, de doa trực tiếp đến an toàn của dé biển Một số đoạn trước đây có rừng

ay chắn sóng bị phi huỷ, nay trở thành trực tiếp chịu tác động của sóng, thuỷ

triều, nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất cứ lúc nào Nhiễuđoạn trước đây có 2 tuyến khi tuyến đê ngoài được nâng cấp tạo tâm lý chủ

‘quan, tuyến 2 không được chú ý đầu tư thích đáng nên nay đang bị xuống cấp

dan vùng bao vệ.

Hệ thống đê tuyến 2 huyện Giao thuỷ được đắp năm 1986 -:- 1987 Tir

đó đến nay tuyên dé này không được tu bé củng cố nên bị bào mòn, hạ thấpkhông đảm bảo chống bão khi tuyến 1 không giữ được

‘Tai những vị trí xung yếu đê biển Nam Định hình thành 2 tuyến, tuyến

1 đang được củng cố nâng cp, tuyến 2 chưa được củng cố,

“Tuyến 2 đê biển Huyện Giao Thủy: Tổng chiều dài: 8.900m gồm

Hệ thống dé tuyến 2 huyện Giao thuỷ được đắp năm 1986 -;- 1987 Từ

độ đến nay tuyển 48 này không được tu bổ cũng cổ, nên bi bào mòn, hạ thấpkhông đảm bảo chống bão khi tuyến 1 không giữ được,

Đoạn tuyển 2 Giao Hải- Giao Long dài 4.900 m Bé rộng mặt đê B= 3

m Cao trình mặt dé +2.50, Mái phía biển m = 2 và mái phía đồng m=2 Sau

khi đấp không có điều kiện xây dựng đập Giao Long để tiêu nước ra sông

Nguyễn Văn Bé từ đó tiêu qua các cổng Cai Đề và Cổng số 9 Vì vậy tuyển 2không khép tuyến không có tác dụng ngăn chặn nước biển trần vào khi vỡ

tuyển 1

oan đ tuyến 2 CéVay dip năm 1986 đài 2.000m, đến năm 1996được tu bỗ nâng cao với chi tiêu thiết kế : Bề rộng mặt đê B = Sm, cao trình

mặt dé + 4.50, mái phía biển m= 3 và mái phía đồng m= 2 Day là đoạn dé

phát huy tác dung tốt trong bão số 7.Néu không có đoạn dé này nước biên đã

tràn sâu vào dat liễn trong bão số 7

‘Dé tuyến 2 Bạch Long đắp năm 1986 dài 2.000m với

kế : Bề rộng mặt đê B= 3 n Cao trình mặt dé +2.50, Mái phía bién

mái phía đồng m=2 Đến nay vẫn giữ nguyên hiện trạng chưa được tu bổ củng

Hoa: Bip năm 1996 -:- 1997 ( Chủ yếu là đất tại c rà đất cat) Trong bão số

7 sau khi vỡ tuyến 1, tuyển 2 Táo Khoai cũng bị thủng và bị sat lở nghiêm.trọng Sau bão số 7 huyện đã huy động hàng ngàn lao động củng cổ lại tuyến

2 Táo khoai Đến nay tuyến 2 mới chỉ đạt cao trình + 3.5, mặt đê m va

mái m2,

2 Đề tuyến 2 Cồn tròn: KI9+750-:- K214+650 dài 1700m xã Hải Hòa

được dip từ lâu đời Tuyến đê này không được tu bổ củng cố nên bị bào mòn,

hạ thấp không dim bảo chống bão khi tuyển 1 bị vỡ trong bão số 7, tuyển 2

cùng bj tran và vỡ nhiều đoạn,

3 Dé Tuyến 2 Hải Thịnh: K24-K274200:dai 1500m xã Hải Thịnh

"Được đắp từ lâu, nhưng thấp và bị huyhogi nhiều đoạn, đề không đủcao trình và mặt cắt chống lụt bão Do đó doan dé Hải Thịnh HH (Thị tran

“Thịnh Long) bị vỡ trên chiều đài 174m, nước tràn vào, kéo theo vỡ luôn đề

'Đê tuyển 2 Hải Trị

“Tuyến 2 đê biển huyện Nghĩa Hưng: Da

K16+ 600-:- K17 +100 Hai Triều, dai 1000m

1500 m xã Nghĩa Phúc dip

năm 1986 với các chi tiêu thiết ké : B rộng mặt dé B= 3 m Cao trình mặt đê

+2.50 Mái phía biển m= 2 và mái phía đồng m=2, đến nay vẫn giữ nguyên.hiện trạng chưa được tu bổ củng cố

1.2.2 Thực trạng các công trình liên quan.

Hình thức công bao gồm: cong hộp, ngằm, lộ thiên, vòm với vật liệu xây

dựng chủ yếu bằng đá xây, gạch, và bê tông Nhiệm vụ chính là tiêu, tướinước, chống lũ Đến nay sau thời gian sử dụng, khai thác các cống đã quá cũ,xuống cấp, hư hỏng nhiều, cần được cải tạo, sửa chữa và nâng cấp; số congcần nâng cấp sửa chữa là 16 cống Khi nguồn nước ở vùng ven biển bị nhiễmchua mặn, thì tiêu đuổi thai ra biển

“Các công được xây dựng trước đây đều ngắn so với mặt cắt đê hiện tai,thân cổng, mang cổng, din van đều cần được tu bổ Đặc biệt, các hệ thống

‘van đồng mở, cánh công, thân cống cốt thép đều bj ăn mon nhanh, làm giảm

'ề lâu dài sẽ làm ảnh hưởng trực tiếp đến đê,kha năng hoạt động của cổng

nhất là trong điều kiện bão, lũ lớn xảy ra

“Trong điều kiện hiện nay biển đổi khí hậu và nước biển dâng dang thể

hiện ngày càng rõ rộ Nó ảnh hưởng trực tiếp đến dign biến bờ biển, các công

trình bảo vệ bở biển qua thời gian, đặc biệt là sau mỗi trận bão đổ bộ Việc

tinh toán thiết kế từ trước đến nay mới chỉ xác định theo nhu cầu tưới, tiêu

nước cũng chưa có công trình nảo được tính toán cụ thể với các ảnh hưởng do.ngập lụt, biến đôi khí hậu, nước biển dâng bằng các công cụ, phương pháp

tính hiện đại do kinh phí lớn.

1.2.2.2 Về ke bảo vệ dé

- Kè phía biển hau hết đều có mái dốc từ m= 3-4.Hình thức kè chủ yếu

là gia cổ tắm bê tông đúc sẵn đổi với những tuyến đề trực điện với biển, đá lát

khan với những tuyến dé cửa sông hoặc đê có rừng ngập mặn bảo vệ Kè phía

đồng chủ yếu là trồng cö, hoặc để cỏ mọc tự nhiên, với m=2-3 Haw hết các kècđều ôn định, đảm bảo chống chịu được các ảnh hưởng trực tiếp từ biển

~ Một số tuyến kẻ thường xuyên chịu ảnh hưởng của các trận bão đỗ bộ

vào hàng năm Vì iu bio vệ chân kè phải đảm bảo độ an yy, bản thân

toàn chịu xói qua cơn bão Tuy nhiên khi đoạn bờ biển bị xói 16 mạnh do vận

chuyển bùn cát ven bờ gây ra (do xói ác tính) thì kết cấu bảo vệ chân sẽ phảirất kiên cố và cực ky tốn kém Ngoài ra còn cần có tư duy tu bảo dưỡng

chân kẻ thường xuyên nếu không thì sớm hay muộn dé cũng sẽ bị sụp do bị

mắt chân.

lần có các biện pháp khác để tạo và giữ bãi trước cùng với việc bảo

vệ chân kè Tài liệu diễn biến hình thái x6i lờ bãi trước dé là cơ sở cho việcđánh giá phân tích về nguyên nhân va mức độ xói từ đó nghiên cứu đề xuất

các giải pháp giữ bãi trước đê cụ thể và phù hợp cho điều kiện của từng

vũng Tuy nhiên, qua điều tra hiện trang để biển ở 13 tỉnh, các tà liệu liên

quan đến theo đõi diễn biển hình thái xói lở bãi trước đê hằu như không có

Vi vậy quá trình thủy động lực học dòng ven bờ và các tác động gây ra sự

chênh lệch và thiểu hụt bùn cát ở các vùng biển chỉ được phân tích mang tính

định tinh, Cdn có những nghiên cứu sâu và cụ thé hơn, trên cơ sở đó đề xuất

giải pháp đổi với từng đoạn kè cụ thể

1.2.2.3 Các công trình nga cái, giảm song gây bai, tạo bãi

Công trình bay cát (BCB): Loại công trình này xuất hiện ở Nam Định,bắt đầu ở khu vực Cống Thanh Niên, huyện Giao Thủy, do Công ty Tư Vấn.xây dựng NN và PTNT Nam Định thiết kế Đây là 1 loại công trình "lai tao"giữa DGS, MCT va thêm tường dọc chân kè Trong thời gian gần đây, công,

trình tổ hợp này đang được triển khai xây dựng cho đoạn Kiên Chính, Hải Hậu và đoạn Nghĩa Phúc IL

“Tổ hợp này ngoài kè mái bình thường ra, gồm 3 bộ phận: chủ thể là

‘DGS; đoạn nối giữa ĐGS và bờ (gọi là đê nối); Tường doc chân kẻ Vi đề nỗicao trình rất thấp, không có tác dụng ngăn cát, chỉ là đường thí công, không

thể tạo thành MCT, tường doc chân kè có chức năng chống đá bay lên mặt kè(đá lưu vong) phá hủy cấu kiện mái kè Tạm đặt tên cho hệ thống này là

cát biến (BCB).

1.2.3 Những tồn tại của tuyến đê biển Tinh Nam Định

- Tại các vị trí xung yếu, cần phải bo sung, nâng cấp thêm đê tuyến 2

- Dé được xây dựng qua nhiều thời kỳ, với nhiều chủ đầu tư,

không có sự thống nhất trên toàn tuyến, chất lượng chưa cao

- Cần nâng cấp sửa chữa 1 số Cống qua dé đã xây dựng từ lâu

- Cin xây dựng thêm các đường cứu hộ cứu nạn kết hợp đề.

1.2.4, Giới thiệu về đê biển Ang Giao Phong, huyện Giao Thủy, tỉnh Nam

Định

Tuyến dé biển Giao Thuy dài 32,333 Km, có 9 kè đài 6829 m, e614 cổng

‘Tir năm 1962 + 2000 tại K15,5 ~ K20,5 đê phải di dời 3 lẫn

Tir Đông sang Tây, trực diện với biển có các kẻ sau|3]

~ Kẻ Cai Dé số 9 (từ KI5+111 đến KI71968);

~ Kẻ Kè Đông cống 8B (từ K19+463 đến 19+632);

~ Ké Đông cống Thanh Niên (từ K20+213 đến K21+593);

- Kẻ Tây cống Thanh Niên (từ K21+593 đến K23+560);

- Kè Ang Giao Phong (từ K23+764 đến K24+134);

~ Kè Đồng Hiệu (từ K29+510 đến K30+162)

Đoạn kẻ Đông Tây công Thanh Niên (Từ K20+213 đến K23+560) thuộc

Nong Trường Bạch Long, nằm giữa Giao Long và Giao Phong Đây là đoạn

trong điểm của dé Giao Thủy Ngoài công tinh gia cố mái theo PAM, đã xâydựng hệ thống 13 công trình ngăn cát giảm sóng (NCGS) dang bẫy cát (BCB)

“Tuyến đê biển huyện Giao Thuỷ được hình thành cách đây đã rất lâu

trên nền đất yêu, đất bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng Tuyển đê chạy dài

trên địa hình phức tạp, có điều kiện địa hình, địa chất thay đổi thường xuyên.

Chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ tri , gió bão, từ biển Đông, chịu ảnh hưởng dòng chảy lũ đổ vào bién Đông của các sông ngòi nội ia, nên những,

năm qua tuyển bờ biển huyện Giao Thuỷ diễn biến phức tạp, đoạn giữa tuyếntrực diện với biển, xói lở nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuyến đê, nhiều khu.vực biển đã an sâu vào đất phá vỡ đề, gây thiệt hại lớn cho nhân dan

trong vùng Đặc biệt khi gặp bão lớn trực tiếp đổ bộ kết hop ví triều cường.tuyến đê biển huyện Giao Thuỷ thường xuyên xảy ra các sự cố vỡ dé, sat,trượt, gây nhiều thiệt hại đến tính mạng tài sản của nhân dân trong khu vực

Do nguồn vốn đầu tư hạn hẹp, nên tuyến dé biển Giao Thuỷ xây dựngcòn chap vá, không đồng bộ, các giải pháp kỹ thuật còn hạn chế, do vậy tuyến

đê bién không đủ sức chồng đỡ, các sự cố hư hỏng, sat lở, vỡ đê hoàn toàn có.thể xảy ra Nhiéu đoạn đê chất lượng đắt đắp thân đê và nén đê rit kém, chủ.yếu là đất cát và đất cát pha, dé sat lở do mưa và sóng Những đoạn đê trực

diện với biên; những vị trí xung yếu tuy đã được kẻ lát mái bảo vệ, nhưng vẫn

thường xuyên bị phá hoại, do kết cấu mái kẻ bằng các cấu kiện chưa hợp lý

Một số cổng qua đê xây dựng cách đây trên 40 năm, cống ngắn so với thân

đê, hình thức, kết cấu lạc hậu, đã bị hư hỏng và xuống cấp, không đáp ứng

được yêu cầu chống lụt bão hiện nay

Vi vậy, việc đầu tư nâng cap và xây dựng mới tuyến đê, kè biển Giao Thuy

Tà võ cùng quan trong, dem lại hiệu quả to lớn v mặt kinh tế - xã hội như:

- Bảo đảm an toàn tinh mạng, tài sản cho người và 23.206 ha diện tích

đất tự nhiên, trong đó có 11.245,16 ha diện tích đất Nông nghiệp (nông

nghiệp, nuôi trồng thuỷ sản, làm mudi) 22 xã của huyện Giao Thuỷ.

- Chồng ngập lụt, nhiễm mặn đất, tạo điều kiện cho các địa phương thực

hiện thau chua rửa mặn cải tạo dat, thực hiện thâm canh tăng vụ, mở rộng.diện tích, chuyển đổi cơ cấu cây trồng, đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tếnông nghiệp và kinh tế biển trong giai đoạn hiện nay và các năm tiếp theo của

các địa phương trong vùng dự án.

~ Bảo vệ cho 559 ha diện tích trồng mudi và 1.195 ha điện tích đắt nuôitrồng thuỷ sản nằm trong tuyến đê biển bảo vệ

- Tạo điều kiện thuận lợi cho công tác bảo vệ, phòng thủ an ninh biên

giới, an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội vùng ven biễn.

- Bảo vệ môi trường sinh thái, cảnh quan thiên nhiên, tạo điều kiện phát

triển ngành du lịch của địa phương vùng ven biển

Nguyên nhân hư hong các công trình bê tông trong môi trường biển

Việt Nam

1.3.1 Tác động xâm thực của môi trường,

Kết quả khảo sát độ bên thực tế trên các công trình bê tông cốt thép đãxây dựng ở vùng biển nước ta, cho phép khẳng định rằng trong môi trường

biển Việt Nam có tác động xâm thực mạnh, dẫn tới ăn mòn và phá hủy các

iecông trình bê tông cốt thép Mức độ xâm thực phụ thuộc vào vj trí vàkiện làm việc cụ thể của từng kết cấu trong công trình Môi trường biển Việt

Nam có đặc thù khí hậu nóng ẩm mưa nhiều tạo ra sự ăn mon khi quyền biển

rất mạnh đổi với các kết cầu bê tông cốt thép

Bê tông và bê tông cốt thép lầm việc trong nước biển hoặc vùng venbiển chịu tác dụng trực tiếp của các yêu tố xâm thực từ môi trường biển mà

đặc trưng là bốn loại yếu tổ xâm thực sau[13]:

- Các yéu tổ hóa học: Nước biển có chứa các ion khác nhau của cácloại muối, trong đó phải kể đến ảnh hưởng của ion Clo và sunfat

- Các yếu tổ biến động của nước biển và thời tiết: Nước thủy triều lên

xuống, nên một số bộ phận bị khô ẩm liên tiếp

- Các yéu tổ sinh học: Do các sinh vật bién nhỏ trong nước biển.

- Các yéu tổ cơ học: Tác động của sóng, dong chảy xói mòn trên bề

~ Ấn mòn hóa học bê tông trong nước biển;

~ Ăn mòn cốt thép trong khí quyển biển và vùng có mực nước

lên xuống;

Hình 1.2 Hiện trang ăn môn riea trôi và ăn mòn cơ học do sống biển của

Hình 1.3 Hiện trạng ăn mòn và phá húy két cdu bê tông cốt thép

cổng qua dé biển Hải Phong

1.3.2 Thiết kế, thi công, quản lý sử dụng công trình

Độ bên (tuổi thọ) của kết cấu công trình bê tông và bê tông cốt thép

trong môi trường biển là kết quả tổng hợp của các công đoạn thiết kế, thi

công, giám sát chất lượng và quản lý sử dụng công tình Vấn để này liên

quan đến trình độ khoa học ~ công nghệ xây dựng của nước ta Vì vậy, để nâng cao độ bền công trình trong môi trường biển Việt Nam, cin di sâu xem

xét và nhìn nhận các nguyên nhân đã dẫn đến ăn mòn và phá hủy kết cấu thé

hiện rõ sau đây 13]‡

1.3.2.1 Về thiết

“Chưa lựa chọn được vật liệu đảm bảo yêu cầu chống ăn mòn, đảm bio

độ bên lâu dai cho công trình trong môi trường biên Việt Nam:

Tuổi thọ công trình xây dựng tir bê tông và bê tông cốt thép theo yêucầu thiết kế trung bình là 50 đến 60 năm, công trình đặc biệt là 80 đến 100năm Vấn để đặt ra là khi thiết kế thì vật liệu đã được lựa chọn như thé nào,

có đảm bảo khả năng chống ăn mòn nhằm duy tri độ bền lâu dài cho kết cấu

trong môi trường xâm thực hay không.

'Như ta đã biết, độ bền trung bình thực tế của nhiều kết cấu bê tông và

bê tông cốt thép chỉ đạt 30 đến 50% tuổi thọ theo yêu cầu thiết kế Nguyênnhân sâu xa là do khi thiết kế các công trình xây dựng chúng ta chưa lường.hết được tác động ăn mòn và phá hủy kết cấu trong môi trường biển nước ta;thường chỉ chú ý đến khả năng chịu tải, tính toán sao cho an toàn về tai trong,

còn rất xem nhẹ khâu thiết kế lựa chọn vật liệu có khả năng chống ăn mòn lâu

đài cho kết cầu công trình

Trong một thời gian rất dài chúng ta đã sử dụng bê tông mác thấp M20

đến M25 với chiều day bảo vệ trung bình là 2cm để thiết kế độ bên trung hạn

50 đến 60 năm cho công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trườngbiển Thực tế đã chứng minh ring, về mặt chịu lực được tính toán đảm bao;

nhưng về khả năng chống ăn mòn trong môi trưởng biển, thì với công nghệ

đã sử dụng cho các công trình tốt nhất cũng chỉ có khả

thi công và vật

năng đảm bảo độ bèn cho kết cấu trong khoảng 30 đến 40 năm

Thực chất vấn đề là chúng ta chưa xây dựng được tiêu chuẩn, quy

phạm xây dựng riêng cho môi trường biển mang tính đặc thù của Việt Nam.

t cấu bêĐặc biệt thiếu các tiêu chuan thử nghiệm đánh giá nhanh độ bền

tông va b tông cốt thép làm việc trong môi trường xâm thực vùng biển, nên

đã không có đủ cơ sở dé lựa chọn và kiểm tra khả năng chống ăn mon của vật

liệu, kết cấu trước khi đưa vào công trình Do vậy từ khâu thiết kế đã khôngthể lựa chọn vật liệu phù hợp với độ bền kết cấu công trình trong môi trường

‘Chat lượng thi công xây dựng công trình chưa cao, nhiều công đoạn

còn làm thủ công, nên khó đảm bảo chất lượng xây lắp Cường độ bê tôngđược kiểm tra tại nhiều kết cấu công trình sau 10 đến 20 năm vẫn còn thấphon so với yêu cẩu thiết kế ban đầu Lớp bê tông bảo vệ của nhiều kết cấu bê.tông chưa đảm bảo, nhiễu chỗ mỏng hơn 10cm, nên không thé đủ khả năngchống ăn mòn cho kết cấu trong khoảng thời gian từ 50 đến 60 năm

Công tác giám sát thi công, quản lý chất lượng và nghiệm thu công trình chưa được duy trì chặt chế, thường xuyên Đặc biệt là trong một số công

trình đã sử dụng cát biển và nước biển để chế tạo bê tông, thì chỉ sau 5 đến 7

năm công trình đã bj hư hỏng nặng tới mức phải sửa chữa lớn.

1.3.2.3 VỀ quản lý sử dựng

Chưa có các quy định pháp lý về kiểm tra định kỳ công trình, nhằm.

phát hiện các nguyên nhân và mim mồng gây hư hỏng kết cấu công trình dé

có biện pháp duy tu sửa chữa kịp thời

Chua áp dụng các biện pháp công nghệ bảo trì và khắc phục hư hong

‘cue bộ do ăn môn cho các công trình đã xây dựng.

CHƯƠNG II

CO SỞ LÝ THUYET VE AN MON BE TONG

TRONG MOI TRUONG BIEN

2.1 Đặc trưng của môi trường biển và nước biển

14 Đặc trưng của môi trường biển

'Việt Nam nằm trong vùng nội chí tuyến Bắc bán cẳu, có khí hậu thuộc

loại hình nhiệt đới gió mùa với những thuộc tính cơ bản là nóng ẩm và phân

n đất nước nằm dài từ Bắc đến Nam, nên khí

đổi

hóa theo mùa rõ rệt Do đặc

hậu cũng thay đổi the từng vùng: các tỉnh phía Bắc thuộc loại inh nhỉ

gió mùa, có mùa hé nông va mùa đông lạnh Còn các tinh phía Nam mang đặc

tính khí hậu nhiệt đới gió mùa điển hình, mà đặc trưng là nền nhiệt độ cao, ítthay đổi trong năm và một chế độ mưa 4m phân hóa rõ rệt theo mùa Các yếu

tổ khí hậu (bao gồm: Độ ẩm và nhiệt độ không khí, tốc độ gió, bức xạ mặt

trời, lượng mưa) ở mỗi vùng và mỗi mùa cũng rất khác nhau

Khí hậu vùng ven biển Việt Nam ngoài những đặc thù của khí hậu nóng.

âm phân chia theo các miễn Bắc, Trung, Nam còn có thêm điều kiện tác độngcủa muỗi biển, tác động của ion Cl Các yếu tố khí hậu đã thúc day quá trìnhxâm nhập CI vo bê tông làm tăng nhanh quá trình ăn mòn kết cấu bê tông.Đặc điểm của vùng khí hậu biển Việt Nam là: Lượng muối trong nước biểntăng din từ Bắc vào Nam, nên tác động của các yếu tố khí hậu đối với quátrình xâm nhập CI vào kết cấu bê tông cũng thay đổi Tuy nhiên theo nghiên

cứu của Viện KHCN xây dựng thì do tác động cân bằng của các yếu tổ khí

hậu nóng ẩm giữa các vùng và các mùa đối với qué trình xâm nhập CT’ nênquá trình này có thể được xem là không thay đổi từ Bắc vào Nam

Dựa theo tính chất xâm thực của môi trưởng bién, vị trí làm việc của

kết cấu bê tông cốt thép (BTCT), có thé phân chia ảnh hưởng của môi trường

biển Việt Nam thành các vùng nhỏ có ranh giới khá rõ như hình 2.1 theo tài

liệu [8]

1 Vùng ngập nước: Bao gém các bộ phận kết cấu ngập hoàn toàn

trong nước biểu

2 Vũng nước lên xuống (gâm cả phan sóng dank): Bao gém các bộ

phận kết cau làm việc ở vị trí giữa mục nước thủy triều lên xuống thấp nhất

và cao nhất, tính cả phan bj sóng đánh vào

3 Vùng khí quyển trên biển và ven biển: Bao gém các bộ phận kết cấulàm việc trong vùng không khí trên biển và ven biển vào sâu trong đất liền tới

Nước biển Việt Nam có thành phan hóa học, độ mặn và tính xâm thực.

tương đương với các nơi khác trên thể giới Riêng vàng gin bở độ mặn có suygiảm ít nhiều do ảnh hưởng của các con sóng chảy ra biển Thành phần hóa

học và độ mặn của nước biển Việt Nam được thể hiện ở bảng 2.1 và bảng 2.2

Bảng 2.1 Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thé giới[8]

Ving biên | Vùng biến | Biển Bac | Biển Ban Chitiêu | Don vi

-+ Nhiệt độ không khí

Vùng biển Việt Nam có nhiệt độ không khí tương đồi cao, trung bình tir22,5-22.7°C, tăng din từ Bắc vào Nam, Miền Bắc có từ 2 đến 3 tháng mùađông, nhiệt độ dưới 20°C Miền Nam cao đều nhiệt độ quanh năm, biên độdao động từ 3 đến 7°C

~ Vùng ven biển Bac Bộ và Bắc Trung Bộ: 83-86%

~ Vùng ven biển Trung và Nam Trung Bộ: 75-82%

~ Vùng ven biển Nam Bộ: 80-84%

+ Thời gian ẩm ướt bề mặt

“Tổng thời gian ẩm wot bé mặt kết cấu trung bình trong năm ở vùng ven

biển các tỉnh phía bắc dao động từ 1300-1850 giờ/ năm, tập trung chủ yếu vào

mùa xuân; còn các tỉnh miễn Nam từ 450-950 jinam, lập trung vào các

tháng mưa mùa hạ Đây là đặc điểm mang tính đặc thù của khí hậu Việt Nam,

có ảnh hưởng đến ăn mòn khí quyền biến

+ Ham lượng ion CF trong không khí

Im’, ở các tinh Miền Nam khoảng từ 1,3-2,0 mg CI/mỶ Nong độ ion CT giảm

mạnh ở cự ly 200-250m tính từ sát mép nước, sau đó tiếp tục giảm dẫn khi di

sâu vào trong đất liễn Tuy nhiên do ảnh hưởng của nhiễu đợt giớ mùa thổi từbiển vào lục địa nồng độ ion CI có thé cao hơn

2.1.1.8 Ving nước lên xuống và sóng dink

Đây là vùng giao thoa giữa vùng ngập nước và vùng khí quyển trên

biển Do nước biển lên xuống thường xuyên dẫn tới quá trình khô tới xảy raliên tục theo thời gian, tác động từ ngày này qua ngày khác lên trên bỀ mat kết

cấu cùng với nhiệt độ môi trường cao, làm tăng khả năng tích ty ion CI, HzO

và O; từ nước biển và không khí vào trong bê tông thông qua quá trình

Thanh phan hóa học của nước tại các đại dương biến đổi trong một giới

hạn không lớn, tổng hàm lượng các muỗi hòa tan cỡ 34-35%0 (hoặc g/l)

“Tương quan ham lượng các muối và ion khác nhau trong đại dương khá énđịnh so với ven biển Giới hạn biến đổi tổng độ mudi của một số hỗ, biển, đạidương lớn và thành phần ion tương ứng với độ muối trung bình được trình

trong bảng 2.3

STT | Tên biển, đại dương, ion cia nước ở Đại Tây

Tượng muỗi lớn nhất là NaCl (77-79%), thứ hai là MgCl, (10,5-10/9%),

thir ba là MgSO, (44-4,8%), sau đó là CaSO; (3.4-3,6) “ing toàn bộ các muối clorua là 88-89% và tổng các muối sunphat là 10,5 bằng 1/8 lượng

muối clorua Xét hàm lượng các ion thi ion Cl chiếm 55.3% còn ion SO

chiếm 7.7% bằng khoảng L7 lượng ion Cl Từ cúc s6 liệu trên ta thấy trong

| lít nước biển trung bình có 19,4g Cl và 2,7g SO,”

Ở Việt Nam, thành phần nước biển đã được phân tích tai một số điểm,kết quả được trình bày trong bảng 2.4

‘Thanh phần nước biến Đơn vị Cửa Lò Hòn Gai

Như vậy, nước biển có tính xâm thực do tác động của trước hết là ion

CI, réi đến ion SO,È và các ion khác Ngoài ra, môi trường biển, không khí

2.2 Cơ chế phá hủy bê tông trong môi trường nước biển.

2.2.1 Xi ming và đá xi măng

2.2.1.1 Giới thiệu về xi măng:

Xi ming pooc lăng là chất kết dính rắn trong nước quan trọng nhất

trong xây dựng ác công trình hiện nay Xi măng pooe lãng được phát minh

tỷ XIX khoảng năm 1824 Xi

và đưa vào sử dụng trong th ay dung tir

ming pooe lăng chứa khoảng 70-80% silicat canxi nên cũng có thé gọi là xi

mang silicat

Xi măng pooe lãng được sả xuất từ 2 nguyên liệu chính là đá vôi và

đất sét sau khi gia công cơ học và nung đến nhiệt độ cần thiết để được

clanhke xi măng Tir clanhke xi măng nghién chung với một lượng thạch cao

(điều chỉnh thời gian đông lược xỉ măng pooc lăng (PC), nếu hỗn hợp

nghiễn chung với phụ gia khoáng (hàm lượng không vượt quá 40%) được

gọi là xi mang pooc lãng hỗn hợp (PCB).

‘Thanh phan khoáng vật của xi măng pooc lăng quyết định đến mọi tinhchất của vật li ing xi mang.

Bảng 2.6 Thành phần khoáng vật của xi mangl5}

Aluminat tri canxit 3CaO.Al,O; GA T-15%

Fero-aluminat tetra canxit | 4CaO.Al,O,.Fe;O; |_ CAF 10-18%

Ham luợng C›§ và C2S trong clanhke xi măng pooc lãng thường chiếm

từ 70-80% Ngoài các thành phần chính trong chúng còn chứa một lượng

'C;S — Thành phần quan trọng nhất, chiếm tỷ lệ cao nhất, có cường độ

cao, rin chắc nhanh và phát nhiều nhiệt Trong xi măng tỷ lệ C;S chiếm càng.nhiều, chất lượng của xi măng càng cao và được gọi là xi măng Alit Tuynhiên hàm lượng này làm cho xỉ mãng kém bền trong môi trường

C28 — Có cường độ cao, rắn chắc chậm trong thời ky đầu, nhưng cường

độ vẫn tiếp tục phát triển rõ rệt hơn trong thời kỳ sau Nếu tỷ lệ C;§ chiếm

nhiều hơn thi được gọi là xi măng BeliL Loại xi măng này cho tính bền trong

môi trường cao hơn so với xi mang chứa khoáng CS.

CsA = thành phan này rắn rất nhanh trong thời gian đầu nhưng cường

độ thấp, nhiệt lượng phát ra nhiều nhất, dễ gây nứt nẻ Nếu hàm lượng CsAchiếm nhiễu, thì được gọi là xi măng Aluminat Loại xi măng này rất kém bền

trong các môi trường đặc biệt là môi trường sun phát

C;AF - rắn tương đôi nhanh, cường độ phát triển trung bình và phát

triển rõ rệt trong thời kỳ sau Loại khoáng này có khối lượng riêng lớn nhất

trong xi mang khoảng 3,77 giem’

Qué trình rắn chắc của xi măng là quá trình từ hỗ xi măng biến thành đá

xi măng, là quá trình biển đổi hóa lý rất phức tạp Quá trình này được chia

làm 2 thời kỳ:

Giải đoạn đông kết là giai đoạn hồ xi măng mắt dần tính đẻo và đặc din

lại, nhưng chưa có cường độ.

Giai đoạn rắc chắc 18 giai đoạn hỗ xi măng mắt hoàn toàn tính déo va

cường độ phát triển dần.

Khi tác dụng với nước, thành phần khoáng vật chủ yếu của xi mang sẽ

thủy hóa và thủy phân Khoáng vật C;§ sẽ thủy phân trong quá trình tác dung với nước theo phản ứng sau[5]:

2(2CaO.SiO;)+ 4H,0 > 3CaO.2SiO,.3H;O + Ca(OH);(2.2)

“Các phản ứng trên là đơn khoáng và với lượng nước thích hợp, tuy

nhiên trong thực tế C;§ hoạt tính hơn C;S rat nhiều, nên nó nhanh chóng tác

dụng với nước và ngăn cần C;S phản ứng với nước Mặt khác phản ứng xây

ra với lượng nước hạn chế đặc biệt là phản ứng (2.2) Do đó phản ứng (2.2)

không có mặt của Ca(OH); và sản phẩm chính mới tạo thành của hydrat

silicat canxi có hệ số thay đổi (xu hướng lượng kiểm giảm) Nên được viết

dưới dạng tổng quát nCaO.mSiO,.pH;O (viết tit CSH)

‘Thanh phần C;A kết hợp với nước, tạo thành sản phẩm bén cuối cùng

3CaO.A,O, + 6H,O > 3CaO.Al,O,.6H,O (2.3)

Nếu không có thạch cao, do C3A rất hoạt tính nên nó nhanh chóng tác

dụng với nước tạo ra hai sản phẩm không bền 4CaO.AI,O,9H;0 và

2CaO.AI,O,.8H,O Nhưng khi có thạch cao sẽ tham gia phản ứng với

CsA và nước tạo nên một sin phẩm mới khó hòa tan và nở thé tích (ettringit),

‘theo phương trình sau

3CaO.AI;O;.6HO+3(CaSO, 2H;0)+26H,093Cx0 Al;0s,3CaSO4.32H;002.4)

“Thành phin C4AF phản ứng với nước như sau:

4CaO.AI;O Fe;O;+ nHạO > 3CaO.Al;O,.6H;O + CaO.Fe;O (n-6)H;O

25)

Nhu vậy là sau quá trình thủy hóa, trong đá xi măng bao gồm ác hợp

chất sau: Ca 3CaO.Al;O 6H;O, etringit, CaO.Fe;O, nH,OI(OH)›;, CH!

2.2.1.2 Cấu trúc của đá xi mang

Hỗ xi mang được tạo thành sau khi xi mang phản ứng với nước, là hệ

có cường độ, độ nhớt, độ dẻo cấu trúc và tính xúc biến Sau khi trộn, hỗ xi

rung ) Do ứng suất trượt giảm đột ngột, nó trở thành chất lỏng nhớt Ở

trang thái này hồ xi măng mang tính chất xúc biến, có nghĩa khi loại bỏ tácdụng cơ học độ nhớt kết cấu lại được khôi phục lại

‘Tinh chất cơ học cấu trúc tăng theo mức độ thủy hóa của xi mang Sựhình thành cấu trúc của hỗ xi mang và cường độ của nó xảy ra như sau: Các.phân tố cấu trúc ban đầu hình thành sau khi trộn xi măng với nước là ettringit

được hình thành sau vài phút, hydroxit canxi xuất hiện trong khoảng vài giờ, và 'CSH đầu tiên là tỉnh thé dang sợi, sau đó dạng nhánh, rồi dang không gian "bổ.

Về mặt cầu trúc, đá xi mang bao gồm các hạt clanhke chưa phan ứng,thành phần dạng gel, các tinh thé, lỗ rỗng mao quản và lỗ rỗng lớn Các hạt

chưa phản ứng giảm dẫn theo thời gian phụ thuộc vào loại clanhke xỉ măng,

độ nghiền mịn và thời gian đông kết Các gel gồm các chất mới tạo thành có

kích thước 50-200 A” và lỗ rng gel đường kính từ 10-1000 A’ Ngoài ratrong đá xi măng còn có các chit mới tạo thành có kích thước lớn và không cótính chất keo Hàm lượng các thành phần dạng gel và tỉnh thể phụ thuộc vào

loại clanhke xi măng, điều kiện đóng rắn Lỗ rỗng mao quản trong đá xi măng

có kích thước từ 0,1-10uim, còn các lỗ rỗng chứa khí có kích thước từ 50m

đến 2mm Lỗ rỗng chứa khí thường chiếm từ 2-5% thẻ tích đá xi măng

Khi nhào trộn xi măng với nước để chế tạo sản phẩm, lượng nước nhào

trộn thường lớn hơn rất nhiễu so với lượng nước cần thiết để hydrat hóa hoàn

toàn các khoáng xi măng, do đó trong đá xi măng còn có một lượng nước dư

được phân bố trong lỗ rỗng gel hay nằm giữa các hạt chưa phản ứng tạo thành

16 rỗng mao quản Khi tăng thời gian đóng rin của sản phẩm, thì độ rỗng maoquản giảm đi do chúng được lấp đầy bởi các sản phẩm hydrat Tùy thuộc vào

lượng nước nhào trộn mà độ rỗng mao quản có thé thay đổi trong khoảng

rộng và có thể đạt tới 40% Khi giảm lượng nước nhào trộn, độ rỗng của sản

phẩm giảm, tính chống thắm tăng lên Thực tế cho thấy khi tỷ lệ N/X là

0.4-0,45, thì tính chống thắm của đá xi măng tương đương với đá tự nhiên có độ

\g 2-3%, nhưng nêu tỷ lệ N/X=0,6 thi tính chống thắm giảm mạnh Khinhào trộn xi mang với nước còn tạo thành các lỗ rỗng hình cầu hay lỗ rỗng.thông nhau chứa khí, chúng có ảnh hưởng lớn ấu trúc và tinh chất của đá

xỉ măng

2.2.2, Ăn min xi măng

Cơ chế ăn mon xi măng được trình bay cụ thể trong tà liệu [8] Bê tông

xí ming sau khi đã cứng rén bao gằm bai thành phần: Đá xi măng và bộ

khung cốt liệu Hai thành phan này liên kết với nhau tạo thành một khối vũng.chắc và có khả năng chịu lực Khi bê tông sử dụng trong môi trường có tácđộng xâm thực, nếu không có những biện pháp bảo vệ, nó sẽ bị ăn mòn

"rước hết thành phần đá xi măng bị phá hoại, vi nó dé bị ăn mòn hơn cốt liệu.Khi đá xi măng bị ăn mòn, thì liên kết giữa đá xi măng với cốt liệu cũng bị

phá hoại và cuối cùng bê tông bị phá hủy Do vậy, có thé nói ăn mòn đá xi măng cũng có nghĩa la ăn mon đối với bê tông

Bê tông có thể bị ăn môn hóa học ở cả ba môi trường sử dung: Long,rắn và khí

- Ăn mòn trong môi trường lỏng xảy ra khi bê tông tiếp xúc với nước

biển, nước chua phèn, nước khoáng, nước ngằm hoặc nước thải của các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp Các loại nước này thường chứa các nhân tổ có

tính chất gây ăn mòn An mòn trong môi trường lỏng là loại ăn mon rất phổ

biến đối với các công tình xây dựng, đặc biệt là các công trình xây dựng ở

môi trường biển, các công trình làm việc trong nước, dưới đất có nước ngầm;các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có sử dụng hóa chat

~ An mòn trong môi trường khí xảy ra khi bê tông tiếp xúc với các loại

k ó chứa tác nhân gây ăn mòn, thường gặp ở các khu vực xung quanh các,

nhà máy có sử dụng và n hóa chất hoặc các công trình có tiếp xúc với

không khí

~ An mòn trong môi trường rắn xảy ra khi bê tông tiếp xúc với một số

n và trong môi trường khí hậu ven biễn.

loại hóa chất như phân khoáng, thuốc trừ sâu Nhưng ăn mòn trong điều kiệnnày cũng chỉ diễn ra khi các hóa chất bị ẩm

An mòn bê tông sẽ ảnh hưởng lớn đến độ bền của kết cấu công trình bê

tông Sự phá hoại công trình xây dựng do bị ăn mòn gây nên tổn thất rất lớn

về kinh tế Chính vì vậy, đã có nhiều nhà khoa học trên thể giới quan tâmnghiên cứu và dé cập đến các van đẻ có liên quan đến ăn mòn bê tông trong

nhiều tài liệu khoa học.

Tay theo tác dụng của các tác nhân ăn mòn nhiều hay ft, sự ăn mòn

được phân ra ba mức độ: Ấn mòn mạnh, ăn mòn trung bình và ăn mon yếu

Sự ăn mòn bê tông rất đa dang và diễn ra rất phức tạp, các quá trình ăn mòn

này xảy ra do nhiều guyên nhân khác nhau Sự ăn mòn có thé do tác động

x6i mòn của dong chảy, ăn mòn do vi sinh vật bám trên bé mặt kết cấu bê

tông, do thay đổi các điều kiện vật lí hoặc có sự tác động của hiện tượng điệnhóa Tuy nhiên, nguyên nhân chủ yếu gây ăn mòn bê tông là do có sự thay đổi

về mặt hóa học trong thành phan của đá xi măng dưới tác động của các hợp.chất hóa học có trong môi trường Trong thành phan của đá xi ming có các

sản phẩm thủy hóa như Ca(OH); và CyAHg dé hỏa tan, chúng tan vào nước,làm cho cấu trúc bê tông bị ring, do đó cường độ bê tông giảm và có thể bị

phá hủy Mặt khác, chúng có tính hoạt động hóa học mạnh, dễ tương tác với

một số hợp chất hóa học của môi trường (các axit và muối ) tạo thành các.sản phẩm mới dễ tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều, gây nội ứng

phá hoại kết cấu bê tông, hoặc tạo thành các chất vô định hình, rời rac, không.

có tính chất kết dính.

Qua trình ăn mòn diễn ra mạnh hay yếu tùy thuộc vào đặc tính của xi

mang, loại và lượng dùng phy gia trong xi mang, nồng độ của các tác nhânhóa học trong môi trường ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ăn mòn Các yếu

tố như trạng thái và nhiệt độ môi trường, mức tải trọng làm việc của các kếtcấu cũng có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ ăn mon

“Trong các yếu tố kể trên thì đặc tính của xi măng và độ đặc của bê tông

là yếu tổ có ảnh hưởng rất lớn đến sự ăn mòn Khi bê tông bị rỗng, sự thầmthấu của nước tăng lên, dẫn đến sự xâm nhập của các tác nhân ăn mon, do đó

có điều kiện tiếp xúc và tương tác với các sản phẩm thủy hóa của xi mang

“Các sản phẩm thủy hóa càng dễ bị ăn mòn, thì ăn môn bê tông cảng mạnh

hơn.

2.2.3 Tác động ăn mòn xi măng của nước bién

Tác động phá hoại của các loại xâm thực đã được nêu ở Chương 1 sẽ

được giải thích chỉ tiết tiếp sau đây với 3 loại phá hoại thường gặp đã nêu là:

Phá hoại do ăn mòn bê tông

Phá hoại do ăn mòn cốt thép

Phá hoại do mài mòn bé mặt bê tông.

2.2.3.1 Phá hoại do ăn môn bê tong

Quá trình ăn mòn bê tông trong nước biển do nhiều phản ứng đồng thời

và phụ thuộc lẫn nhau, tạo ra các cơ chế khác nhau: Hoà tan - ngâm chiết;

phản ứng trao đổi; kết tủa của các hợp chất không tan; kết tinh các muối

ng Dựa vào các thành phần muỗi hoà tan chủ yếu trong nước biển, c;

cứng chính có khả năng phá huỷ bê tông là:

sa Phản ứng do ion Clo