NGHIÊN CỨU SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BIẾN ĐỔI KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG CHUA MẶN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG

•Nghiên cứu khảo sát hiện tượng và mức độ sự ăn mòn bê tông vùng chua, mặn ĐBSCL. •Nghiên cứu phân tích nguyên nhân của hiện tượng ăn mòn bê tông, các nhân tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và thoái hóa độ bền của bê tông vùng chua, mặn. •Đưa ra được cơ sở khoa học nhằm hạn chế sự ăn mòn và giảm cường độ bê tông.•Góp phần giải quyết các vấn đề tồn tại hiện nay, phục vụ cho xây dựng công trình thủy lợi có sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở ĐBSCL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

-NGHIÊN CỨU SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BIẾN ĐỔI KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG CHUA MẶN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN

PHÁP PHÒNG CHỐNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG ĐBSCL VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 3

1.1 Một số đặc điểm MT ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu bê tông công trình thủy lợi 3

1.1.1 Đặc điểm chung 3

1.1.2 Môi trường khí hậu [2] 4

1.1.3 Môi trường nền [1] 5

1.1.3 Môi trường nước 6

1.1.4 Nhận xét 11

1.2 Tình hình sử dụng kết cấu bê tông trong công trình thủy lợi 11

1.2.1 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép dùng trong công trình thủy lợi vùng ĐBSCL 11

1.2.2 Vật liệu dùng cho bê tông 13

1.3 Một số tính chất của bê tông xây dựng các công trình 20

1.4 Các vấn đề nảy sinh liên quan đến bê tông và tuổi thọ công trình thủy lợi 22

1.5 Các vấn đề nghiên cứu liên quan 28

1.5.1 Một số nghiên cứu chống ăn mòn ở nước ngoài 28

1.5.2 Một số nghiên cứu chống ăn mòn ở trong nước 30

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG CHUA MẶN ĐBSCL 34

2.1 Tình trạng ăn mòn bê tông vùng chua, mặn 34

2.2 Độ bền của bê tông các công trình vùng ĐBSCL qua thời gian sử dụng 36

2.2.1 Giới thiệu chung 36

2.2.2 Kết quả xác định cường độ nén bê tông của các công trình vùng chua mặn ĐBSCL: 39

2.2.3 Kết quả xác định độ chống thấm bê tông của các công trình vùng chua, mặn ĐBSCL .43 2.3 Một số đánh giá và nhận xét chung 44

2.4 Phân tích nguyên nhân suy giảm và thoái hóa độ bền của bê tông 47

2.4.1 Môi trường nước ăn mòn bê tông vùng chua mặn ĐBSCL 47

2.4.2 Vật liệu cho bê tông vùng chua mặn ĐBSCL 47

2.4.3 Nguyên lý ăn mòn bê tông dước tác dụng của môi trường nước 48

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU SỰ SUY GIẢM KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA KẾT CẤU DO ĂN MÒN BÊ TÔNG 58

3.1 Nguyên nhân giảm khả năng chịu lực của các kết cấu công trình thủy lợi 58

3.1.1 Các kết cấu CT thủy lợi giảm khả năng chịu lực do sự suy giảm cường độ của bê tông 58

3.2 Các loại kết cấu có thể bị giảm khả năng chịu lực 65

3.3 Đánh giá mức độ và tốc độ giảm khả năng chịu lực của một kết cấu CT điển hình 66

3.3.1 Kết cấu tường bên cống hở 67

3.3.2 Công trình cống ngầm 73

CHƯƠNG 4 : NC ĐẾ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG, GIẢM THIỂU SỰ ĂN MÒN VÀ SUY THOÁI ĐỘ BỀN BÊ TÔNG VÙNG CHUA MẶN ĐBSCL 79

4.1 Sử dụng phụ gia thủy hoạt tính Diatomit để tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê tông vùng chua mặn ĐBSCL 79

4.1.1 Nguồn gốc tạo thành Diatomit 79

4.1.2 Tính chất của Diatomit 80

4.1.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 81

4.2 Sử dụng phụ gia Bennit cho bê tông vùng chua mặn ĐBSCL 92

4.2.1 Sự phân bố nguyên liệu Bentonit 92

4.2.2 Một số tính chất của Bentonit 93

4.2.3 Các thí nghiệm benit vào xi măng 94

4.2.4 Thử nghiệm phụ gia Benit vào bê tông 94

4.2.5 Ứng dụng thực tế phụ gia ben nít 95

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 96

BẢNG BIỂU Bảng 1 – 1 : Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL 11

Bảng 1- 2 : Tính chất cơ lý của xi măng sử dụng vào các công trình 13

Bảng 1 – 3 : Tính chất của cát Đồng Nai : 14

Bảng 1 – 4 : Tính chất của cát Tân Châu : 15

Bảng 1 – 5 : Tính chất của đá dăm Biên Hòa 17

Bảng 1 – 6 : Tính chất của đá dăm An Giang 17

Bảng 2 – 1: Thí nghiệm cường độ nén mẫu bê tông lõi khoan của mẫu đại diện 40

Bảng 2 - 2 : Tính toán độ chống thấm của bê tông tiêu biểu 43

Bảng 2 – 3 : Tổng hợp kết quả độ chống thấm của bê tông các công trình 44

Bảng 2 - 4: Kết quả thí nghiệm phân tích nước môi trường tác dụng 48

Bảng 3 - 1: Sự suy giảm cường độ bê tông theo thời gian 62

Bảng 3 - 2 : Kết quả cường độ nén bê tông vùng mực nước thay đổi 64

Bảng 3 - 3 : Kết quả cường độ nén bê tông vùng khô 65

Bảng 3 - 4 : Tính toán nội lực của cống ngầm [21] 76

Tiếp bảng 3 - 4 : Tính toán nội lực của cống ngầm 77

Bảng 4 - 1 : Tính chất của xi măng PC30 có phụ gia Diatomit An Giang 83

Bảng 4 - 2 : Tính chất của xi măng PC40 có phụ gia Diatomit An Giang 84

Bảng 4 - 3 : Nhiệt thủy hóa của xi măng 85

Bảng 4 - 4: Độ bền của xi măng PC30 có phụ gia trong môi trường nước ăn mòn 85

Bảng 4 - 5: Độ bền của xi măng PC40 có phụ gia trong môi trường nước ăn mòn 86

Bảng 4 – 6 : Thành phần cấp phối của bê tông khi dùng phụ gia diatomit 88

Bảng 4 – 7 : Các tính chất của bê tông khi dùng phụ gia diatomit 88

Bảng 4 – 8 : Thành phần bê tông công trình hồ Trà Tân – Bình Thuận 90

Bảng 4 - 9 : Thành phần bê tông công trình Đồn Biên Phòng - Đảo Phú Quý 90

Bảng 4 - 10 : Thành phần hạt của Bentonit 93

Bảng 4 – 11 : Thành phần hóa học của Bentonit 93

Bảng 4 – 12 : Kết quả thí nghiệm xi măng với Bennit 94

Bảng 4 – 13 : Thí nghiệm dùng Bennit vào bê tông 94

Bảng 2 – 2 (PL) : Tổng hợp cường độ nén mẫu bê tông lõi khoan 111

Bảng 2 – 3 (PL) : Kết quả xác định cường độ nén tại kết cấu công trình 116

Bảng 2 – 5 (PL) : Kết quả xác định cường độ nén tại kết cấu công trình 129

HÌNH ẢNH Hình 1 - 1 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua, mặn ĐBSCL 8

Hình 1 -2 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua ĐBSCL 9

Hình 1 - 3 : Phân vùng ảnh hưởng nước mặn ĐBSCL 10

Hình 2-2 : Bê tông bị ăn mòn trơ thép 34

Hình 3 - 1 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R  T) 59

H ình 3 - 2 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R ~ T) 59

H ình 3 - 3 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R ~ T) 60

Hình 3 - 4 : Biểu đồ quan hệ cường độ bê tông theo thời gian 63

Hình 3 - 5 : Quan hệ sự suy giảm cường độ bê tông trong môi trường 63

Hình 2 – 1 (PL) : Tường bên, Cống Bắc Đông – Tỉnh Long An (7 năm) 101

Hình 2 – 2 (PL) : Trụ pin, Cống Bắc Đông - Tỉnh Long An (7 năm) 101

Hình 2 – 3 (PL) : Tường bên, Cống Thanh Hà – Tỉnh Long An – 20 năm 102

Hình 2 – 4 (PL) : Tường bên, Cống Thanh Hà – Tỉnh Long An – 20 năm 102

Hình 2 – 5 (PL) : Trụ pin, Cống Chợ Giữa – Tỉnh Long An (20 năm) 103

Hình 2 – 6 (PL) : Tường bên, Cống Chợ Giữa – Tỉnh Long An (20 năm) 103

Hình 2 – 7 (PL) : Tường bên, Cống Cầu Tàu – Tỉnh Bến Tre (12 năm) 104

Hình 2 – 8 (PL) : Tường bên, Cống Cầu Tàu – Tỉnh Bến Tre (12 năm) 104

Hình 2 – 9 (PL) : Tường bên, Cống Vàm Đồn – Tỉnh Bến Tre (14 năm) 105

Hình 2 – 10 (PL) : Tường bên, Cống Vàm Đồn – Tỉnh Bến Tre (14 năm) 105

Hình 2 – 11 (PL) : Tường bên, Cống Láng Sen – Tỉnh Bến Tre (18 năm) 106

Hình 2 – 12 (PL) : Tường bên, Cống Láng Sen – Tỉnh Bến Tre (18 năm) 106

Hình 2 – 13 (PL) : Trụ pin, Cống Mốc Keo Nhỏ – Cần Giờ TP.HCM (8 năm) 107

Hình 2 - 14 (PL) : Tường bên, Cống Mốc Keo Nhỏ – Cần Giờ TP.HCM (8 năm) 107

Hình 2 – 15 (PL) : Dầm công tác, Cống A1 – TP.Hồ Chí Minh (15 năm) 108

Hình 2 – 16 (PL) : Dầm công tác, Cống A1 – TP.Hồ Chí Minh (15 năm) 108

Hình 2 – 17 (PL) : Dầm công tác, Cống Tà Xăm – Tỉnh Kiên Giang (16 năm) 109

Hình 2 – 19 (PL) : Dầm công tác, Cống Phú Vĩnh – Tỉnh An Giang (17 năm) 110

Hình 2 – 20 (PL) : Trụ cầu công tác, Cống Phú Vĩnh – Tỉnh An Giang (17 năm) 110

Hình PL - 1 : Thí nghiệm cường độ mẫu xi măng 135

Hình PL - 2 : Máy thí nghiệm độ chống thấm của bê tông 135

Hình PL - 3 : Nghiên cứu môi trường nước ăn mòn BTCT vùng ĐBSCL 136

Hình PL - 4 : Thí nghiệm nén mẫu bê tông lõi khoan 136

Hình PL - 5 : Máy siêu âm và súng bắn bê tông 137

Hình PL - 6 : Máy dò vị trí và xác định đường kính cốt thép trong bê tông 137

Hình PL - 7: Máy đo độ ăn mòn cốt thép trong bê tông, máy siêu âm kiểm tra chất lượng đường hàn, thiết bị kiểm tra đường hàn bằng phương pháp từ 138

Hình PL - 8 : Máy khoan lấy lõi bê tông 138

Hình PL - 9 : Máy siêu âm bê tông 139

Hình PL - 10 : Khoan lấy lõi bê tông công trình vùng chua ĐBSCL 139

Hình PL - 11 : Khoan lấy lõi bê tông công trình vùng mặn ĐBSCL 140

Hình PL - 12 : Đo ăn mòn cốt thép trong bê tông 140

Hình PL - 13 : Mẫu khoan bê tông bị ăn mòn 141

Hình PL - 14 : Bề mặt mẫu khoan bê tông từ các công trình khảo sát 141

Hình PL - 15 : Mẫu khoan bê tông bị ăn mòn - vùng chua 142

Hình PL - 16 : Mẫu khoan bê tông bi ăn mòn - Vùng mặn 142

Hình PL - 17 : CT cống An Hạ - TP HCM – BT bị ăn mòn bởi môi trường nước chua 143

Hình PL-18: Đập Trà Tân-Bình Thuận sử dụng phụ gia chống ăn mòn Diatomit 143

MỞ ĐẦU

Trải qua nhiều giai đoạn xây dựng khác nhau, từ trước năm 1975 cũngnhư từ sau ngày giải phóng, đất nước ta đã xây dựng rất nhiều công trình thủylợi bằng bê tông và bê tông cốt thép tại vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long(ĐBSCL), nơi mà nước mặn và nước chua phèn phân bố trên diện rộng, tácđộng trực tiếp đến các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép của các công trìnhthủy lợi

Trên thực tế các công trình thủy lợi đã xây dựng trong môi trường chua,mặn vùng ĐBSCL, bê tông công trình phổ biến bị ăn mòn, có khi chỉ sau mấynăm đưa vào sử dụng Hiện tượng ăn mòn bê tông làm giảm mỹ quan của côngtrình, giảm cường độ chịu lực của bê tông và bê tông cốt thép, từ đó sẽ giảm tuổithọ của công trình, đe dọa sự an toàn của công trình và cả hệ thống thủy lợi nhất

là trong mùa mưa bão

Để hiểu rõ về hiện tượng ăn mòn bê tông vùng chua, mặn vùng nghiên

đó đề xuất các giải pháp phòng chống, khắc phục và hạn chế sự ăn mòn, nhằmnâng cao tuổi thọ công trình Đây là vấn đề tuy không mới trên thế giới, nhưngcòn mới mẻ vơi nước ta, nhất là đối với các công trình thủy lợi trên ĐBSCL Đócũng chính là lý do thực hiện đề tài nghiên cứu này

Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

chua, mặn ĐBSCL

nhân tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và thoái hóa độ bền của bê tông vùngchua, mặn

 Đưa ra được cơ sở khoa học nhằm hạn chế sự ăn mòn và giảm cường

độ bê tông

 Góp phần giải quyết các vấn đề tồn tại hiện nay, phục vụ cho xây dựngcông trình thủy lợi có sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở ĐBSCL

Phương pháp nghiên cứu

 Phương pháp điều tra, thống kê thu thập số liệu: Nghiên cứu khảo sát

sự suy giảm và thoái hóa độ bền bê tông vùng chua mặn ĐBSCL.Dùng phương pháp khoan lõi bê tông để xác định cường độ nén và độchống thấm của mẫu lõi khoan từ một số công trình tiêu biểu trong

vùng chua mặn ĐBSCL Dùng phương pháp không phá hủy (siêu âm

kết hợp súng bật nẩy) để xác định cường độ bê tông tại kết cấu tại hiện

trường của một số công trình tiêu biểu trong vùng cần nghiên cứu

phỏng đóan,

đặc điểm môi trường vùng nghiên cứu phân tích đánh giá nguyên nhân

và các nhân tố gây ăn mòn bê tông vùng nghiên cứu

 Nghiên cứu sự suy giảm tuổi thọ của bê tông từ một vài công trình tiêubiểu trong vùng

giảm thiểu ăn mòn, suy thoái cường độ và giảm khả năng chịu lực

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG ĐBSCL VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

ĐBSCL là vùng kinh tế trọng điểm của nước ta, có hai phía giáp biển vớichiều dài hơn 700 km Diện tích chịu ảnh hưởng mặn khoảng 2,4 triệu ha thuộcphần đất của các tỉnh Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, BạcLiêu, Kiên Giang Sự nhiễm phèn cũng như xâm nhập mặn ở vùng ĐBSCL rấtphức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố, cả về điều kiện tự nhiên như địa hình, địachất, dòng chảy, khí hậu,… cũng như tác động của con người trong khi cải tạomôi trường tự nhiên

1.1 Một số đặc điểm môi trường ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu bê tông công trình thủy lợi

1.1.1 Đặc điểm chung

có diện tích 39.313 km2, chiếm 79% diện tích của tam giác châu thổ Mêkông,gọi là ĐBSCL

ĐBSCL nằm ở tọa độ 8o35’ – 10o02’30’’ vĩ độ Bắc và 104o25’ – 106o50’kinh độ Đông, bao gồm 13 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp,Vĩnh Long, Trà Vinh, An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, CàMau, Kiên Giang

Với địa hình bằng phẳng, hơi thấp, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều,tạo nên một vùng diện tích ảnh hưởng mặn đế nửa diện tích đồng bằng

Hầu hết đất phèn tập trung ở các tỉnh ĐBSCL Trừ một số diện tích khônglớn, nằm giữa sông Tiền, sống Hậu và hai bên sông đó : như Tiền Giang, Cần

Thơ, Sóc Trăng, còn lại đa số là đất phèn, phèn ít hoặc là phèn nhiều, hoặc làphèn mặn, phèn tiềm tàng [1]

1.1.2 Môi trường khí hậu [2]

ĐBSCL chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, ấm áp quanh năm,lượng mưa khá lớn Một năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng V đếntháng XI, thịnh hành gió mùa tây nam, có nhiều mưa, ẩm ướt, mùa khô từ tháng

XI đến cuối tháng IV, thịnh hành gió mùa đông bắc, ít mưa, khô hạn

 Nhiệt độ không khí

ĐBSCL có nền nhiệt độ cao và tương đối đồng đều, nhiệt độ trung bình

giữa nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất 3 – 4oC, dao độngnhiệt độ ban ngày và ban đêm 7 – 8oC

 Nắng và bức xạ

Bức xạ mặt trời ở ĐBSCL rất dồi dào và tương đối ổn định, số giờ nắngtrung bình trong ngày cao 7,2 giờ / ngày Năng lượng bức xạ lớn: bình quân150,8 Kcal/cm2/năm

thiệt hại lớn do nước biển tràn vào như cơn bão số 5 năm 1997 Mùa mưathường xảy ra các cơn giông có gió giật tốc độ lớn

Vùng ven biển mang tính gió mùa, tốc độ gió trung bình theo thángkhoảng 2 ÷ 3,5 m/s Trong thời gian từ tháng I ÷ IV có “gió chướng” hướngvuông góc với bờ biển và trùng hướng với sông kênh thông ra biển lên cũng làmcho nước sông, kênh dâng lên đẩy mặn vào sâu hơn

 Chế độ mưa

Lượng mưa ở ĐBSCL biến động khá lớn về không gian và thời gian.Lượng mưa hàng năm đạt tới 1.600 – 2.800 mm Lượng mưa trung bình thángphân phối khá đồng đều trong toàn mùa mưa ở mức 200 – 300 mm / tháng, sốngày mưa / tháng đạt từ 15 – 20 ngày Về thời gian mưa phân bố không đềutrong năm, hơn 90% lượng mưa năm tập trung vào các tháng mùa mưa, lượngmưa trong mùa khô chỉ chiếm dưới 10% Các tháng I, II, III hầu như không cómưa Vì vậy ĐBSCL bị khô hạn nghiêm trọng vào mùa khô Trong mùa mưa tuy

có các đợt mưa to gây ngập úng nhưng vẫn xảy ra các đợt khô hạn dài từ 10 – 15ngày

 Lượng bốc hơi

Bốc hơi Picher ở ĐBSCL khoảng từ 900 – 1.300mm, bốc hơi Châu Ákhoảng từ 1.500 – 1.800 mm Bốc hơi trong mùa khô cao hơn mùa mưa, trungbình 4 – 5 mm/ngày trong mùa khô và 3 – 4 mm/ngày trong mùa mưa

1.1.3 Môi trường nền [1]

ĐBSCL được tạo bởi bồi tích của phù sa sông, biển Thông thường ở lớpmặt chiều dày 5 – 7 m ở trạng thái chảy dẻo, chịu lực kém, khoảng từ 7 m trởxuống là lớp đất có kết cấu chặt hơn

ĐBSCL là nơi tập trung phổ biến đất phèn, trừ một số diện tích khônglớn, nằm giữa sông Tiền, sông Hậu và vùng đê tự nhiên hai sông đó như TiềnGiang, Cần Thơ, Sóc Trăng Đến nay ranh giới đất phèn chưa được cụ thể và

chính xác Hơn nữa các loại đất phèn lại xen kẽ nhau kiểu “da báo”, tạm thời cóthể phân ra một số vùng sau:

- Vùng đất phèn hoạt tính, chủ yếu là phèn nhiều thuộc khu vực của sôngVàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây : Từ biên giới Việt Nam – Campuchia, kéoxuống Bắc tỉnh Đồng Tháp, lên đến ngoại thành TP Hồ Chí Minh và về tậnLong An Đất ở đây hầu hết đã xuất hiện tầng jarosite và dưới tầng jarositthường có hữu cơ của sú vẹt rất nhiều Độ ngập thường 60 – 70 cm

- Vùng phèn Đồng Tháp Mười thuộc các huyện Hồng Ngự, Tam Nông(Đồng Tháp) chạy về Mộc Hóa (Long An), Tiền Giang, diện tích gần 700.000

ha, phần ở tỉnh Đồng Tháp khoảng 200.000 ha

- Vùng phèn Tứ giác Long Xuyên có dạng một tứ giác thuộc hai tỉnh KiênGiang và An Giang, tổng diện tích khoảng 200.000 ha

- Vùng đất phèn Bán đảo Cà Mau : trừ một dải đất mặn dọc biển của BạcLiêu, Mũi Cà Mau, còn lại đa số đất phèn đây nằm dưới dạng phèn tiềm tàng,phèn nhiễm mặn, mặn phèn, phèn ít, phèn nhiều và phèn trung bình

1.1.3 Môi trường nước

ĐBSCL chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của thủy triều và chế độ mưa trongvùng

Thủy triều biển Đông có biên độ lớn từ 2,5 ÷ 3,5 m Mỗi tháng có hai kỳtriều là triều cường và triều kém Triều cường có đỉnh cao nhất và chân thấpnhất vào các ngày không trăng và trăng tròn Triều kém (đỉnh thấp, chân cao)xảy ra vào các ngày khoảng mùng 7 và 23 âm lịch

Trong năm đỉnh triều cao nhất vào các tháng XI, XII; thấp nhất vào cáctháng VI, VII; mực nước chân triều thấp nhất xảy ra vào các tháng I, VI, VII,XII; lên cao nhất vào các tháng III, IV, IX, X

+ Nước mặt: theo hệ thống kênh rạch thông ra biển, mặn xâm nhập sâuvào nội địa Mùa mưa ranh giới mặn bị đẩy lùi ra biển, mùa khô lưu lượng dòngchảy giảm, mặn lại lấn sâu vào đồng bằng Sự xâm nhập mặn ở khu vực ĐBSCLrất phức tạp, mỗi vùng có đặc điểm khác nhau Vùng ven biển bị mặn xâm nhậpmạnh, nước trong sông rạch, kênh đào bị ảnh hưởng mặn Ở dải đất ven biển thờigian bị mặn trên 10 tháng, các khu vực phía trong thời gian mặn là nhỏ hơn, tùytheo ở gần hay xa biển mà có thời gian bị mặn có thể từ 1- 2 tháng đến 8 – 9tháng.

+ Nước ngầm: Vùng ĐBSCL có nguồn nước ngầm dưới đất khá phongphú, chứa đựng trong các hệ Holocene, Pleistocene, Poliocene, Miocene, phức

hệ lỗ hổng (cát) và các khe nứt (đá) Nước ngầm tầng nông chứa trong tầngHolocene, có mối liên quan mật thiết với nước mặn, phèn và ô nhiễm vi sinh.Nguồn nước vùng ĐBSCL bị nhiễm phèn do phát sinh từ trong lòng đất, trongvùng có hội tụ đầy đủ bốn nhóm đất phèn: Đất phèn tiềm tàng cận duyên, phènchuyển hóa, phèn tiềm tàng nội địa, và phèn hiện tại (hoạt động) Theo nhiều tácgiả [1] trình bày về nguồn gốc đất phèn Nam Bộ cho rằng: Vào thời kỳ địa chấtcách đây 5 – 6 ngàn năm, biển nâng lên, hạ xuống và lại nâng lên tạo ra mộtvùng biển cạn và bùn biển (Pleistocene), trên bùn biển mọc lên rừng sú vẹt.Rừng sú vẹt lại bị vùi lấp dưới lớp phù sa cận sinh và phù sa mới Sự phân hủycủa xác sú vẹt và nước thủy triều xâm nhập tạo ra nhiều lưu huỳnh, lưu huỳnhtạo thành SO42-

Như vậy môi trường nước vùng ĐBSCL chịu ảnh hưởng của mội trườngnước mặn, nước phèn Sự phân bố môi trường nước mặn và nước phèn thể hiệntrên hình 1 - 1, hình 1 - 2 và hình 1 – 3

+ Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL : Theo tài liệukhảo sát của Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, kết quả thí nghiệm bảng 1 - 1

Hình 1 - 1 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua, mặn ĐBSCL

Hình 1 -2 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua ĐBSCL

Hình 1 - 3 : Phân vùng ảnh hưởng nước mặn ĐBSCL

Bảng 1 – 1 : Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL

Địa điểm pH HCO3

1.2 Tình hình sử dụng kết cấu bê tông trong công trình thủy lợi

Các công trình Thủy lợi vùng ĐBSCL cũng như tất cả các vùng khác nóichung, công trình nào cũng có phần sử dụng bê tông và bê tông cốt thép Quaquá trình nghiên cứu khảo sát ta có:

1.2.1 Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép dùng trong công trình thủy lợi vùng

ĐBSCL

Bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong xây dựng hiệnnay, chúng có thể chế tạo được những loại bê tông có cường độ, hình dạng vàtính chất khác nhau Bê tông thủy công là loại bê tông nặng dùng để xây dựngnhững công trình nằm thường xuyên hay không thường xuyên trong nước Đểđảm bảo tuổi thọ công trình bê tông thủy công cần có tính ổn định và tính chốngthấm nước

 Hầu hết các công trình Thủy lợi vùng ĐBSCL thường là các công trìnhcống lấy nước, thoát lũ, ngăn mặn rửa phèn Các bộ phận kết cấu của công trìnhđều chịu tác động lớn của áp lực nước, dòng chảy, áp lực đất Vì vậy đa số cáccông trình đều sử dụng bê tông cốt thép

 Môi trường tác dụng trực tiếp tới kết cấu:

+ Kết cấu thường xuyên ngập trong nước: chiếm khoảng 60%

+ Kết cấu nằm trong vùng mực nước thay đổi: chiếm khoảng 20% + Kết cấu nằm trên khô hoàn toàn: chiếm khoảng 20%

 Các kết cấu bê tông công trình thuộc vùng nghiên cứu hầu hết đượcsản xuất với cốt liệu thô là đá dăm, cốt liệu nhỏ là cát sông; mác bê tông thường

thiết kế với mác M200 (cường độ nén 200 kG/cm 2 ở tuổi 28 ngày), riêng các tấm

bê tông lát mái thường thiết kế với mác M150 Độ chống thấm của bê tông củacác công trình này chưa được thiết kế quan tâm tới Khi đưa vào sử dụng cáccông trình đều được nghiệm thu, đánh giá đạt yêu cầu chất lượng theo mác bêtông thiết kế về cường độ nén Còn độ chống không được nghiệm thu vì thiết kếchưa quan tâm và yêu cầu tới mác chống thấm

 Biện pháp thi công bê tông thường là đổ bê tông tại chỗ, khi thi côngxong, lớp bê tông tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, không có lớp bảo

vệ bề mặt kết cấu công trình

1.2.2 Vật liệu dùng cho bê tông

1.2.2.1 Xi măng

Xi măng là chất kết dính vô cơ rắn trong nước Hiện nay xi măng là chấtkết dính quan trọng nhất trong xây dựng cơ bản.

Hầu hết các công trình đều sử dụng loại xi măng thông thường trong xâydựng dân dụng, đó là loại xi măng Pooclăng PCB30, PCB40 của các hãng sảnxuất xi măng khác nhau, nhưng thông dụng nhất vẫn là xi măng của nhà máy ximăng Hà Tiên

Các chỉ tiêu cơ lý hóa của xi măng sử dụng vào những công trình trongvùng đều đạt tiêu chuẩn chất lượng dùng cho bê tông, kết quả thí nghiệm có giátrị trung bình: Bảng 1 - 2

Bảng 1- 2 : Tính chất cơ lý của xi măng sử dụng vào các công trình

4 Thời gian ninh kết :

Cốt liệu nhỏ dùng cho bê tông là cát thiên nhiên hay cát nhân tạo (cát

nhân tạo được nghiền từ đá dăm) có cỡ hạt từ 0,14 đến 5 mm.

Tất cả các công trình trong vùng nghiên cứu dùng cốt liệu nhỏ cho bêtông là nguồn cát sông Các công trình thuộc tỉnh An Giang và Kiên Giangthường dùng cát Tân Châu Các công trình thuộc tỉnh Long An và TP.Hồ ChíMinh dùng cát sông Đồng Nai Các công trình thuộc các tỉnh khác, một số dùngcát Tân Châu, một số dùng cát sông Đồng Nai Các loại cát này có các chỉ tiêu

cơ - lý - khoáng - hóa phù hợp với yêu cầu kỹ thuật về cốt liệu nhỏ cho bê tôngthủy công Các chỉ tiêu được thu thập thể hiện: Bảng 1 - 3 và Bảng 1 – 4

Bảng 1 – 4 : Tính chất của cát Tân Châu :

BIỂ U ĐỒ THÀNH PHẦ N HẠ T CỦA CÁT

(**) Yíu cầu kỹ thuật đối với mô đun độ lớn của cât:

+ Cât có mô đun độ lớn Mn = 2,03,3 được sử dụng cho tất cả câc mâc bí tông.+ Cât có mô đun độ lớn Mn =12,0 được sử dụng cho bí tông mâcM150M250

+ Cât có mô đun độ lớn Mn = 0,71,0 được sử dụng cho bí tông mâc <M150

1.2.2.3 Cốt liệu thô cho bí tông

Cốt liệu thô đóng vai trò lă khung chịu lực, trong bí tông đâ dăm đượcdùng lăm cốt liệu thô

Những công trình trong vùng nghiín cứu dùng cốt liệu thô cho bí tông lă

đâ dăm Câc công trình thuộc tỉnh An Giang vă Kiín Giang thường dùng đâ dămvùng Núi Sam, Núi Sập (An Giang) Câc công trình thuộc tỉnh Bến Tre, Long

An, TP.Hồ Chí Minh thường dùng đâ dăm Biín Hòa Hai loại đâ dăm Biín Hòa

vă An Giang lă câc loại đâ dăm nghiền từ đâ mâc ma rắn chắc, hay đâ granite

Chúng có các chỉ tiêu cơ - lý - khoáng - hóa đạt tiêu chuẩn làm cốt liệu thô cho

bê tông, các chỉ tiêu thể hiện: bảng 1 - 5 và bảng 1 – 6

Bảng 1 – 5 : Tính chất của đá dăm Biên Hòa

Bảng 1 – 6 : Tính chất của đá dăm An Giang

BIẾU ĐỒ THÀNH PHẦN HẠT ĐÁ DĂM

0 10

(*) Một dụ thí nghiệm thành phần hạt của đá dăm

1.2.2.4 Nước dùng cho bê tông

Nước dùng để chế tạo bê tông (rửa cốt liệu, nhào trộn và bảo dưỡng bê

tông) phải đảm bảo chất lượng để không ảnh hưởng xấu đến thời gian ninh kết

của xi măng và không gây ăn mòn cốt thép

Nước dùng cho bê tông các công trình là loại nước ngọt dùng cho sinhhoạt, các công trình trong vùng nước chua mặn phải vận chuyển nước từ các nơikhác đến để trộn bê tông Các chỉ tiêu kỹ thuật của nước trộn bê tông cho cáccông trình đều đạt chỉ tiêu kỹ thuật cho phép, kết quả bảng 1 - 7

Bảng 1 – 7 : Tính chất của nước dùng trộn bê tông

Các chỉ tiêu chất lượng

TT Vị trí pH Cl - SO 4

2-Tổng muối tan

Tạp chất hữu cơ

Cặn không tan (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l)

TCVN 302 - 2004 [6] 4 ÷ 12,5 <1000 <2000 <5000 <15 <200

1.2.2.5 Nhận xét

 Để chế tạo bê tông đạt yêu cầu chất lượng theo yêu cầu thiết kế, vật liệuđầu vào chủ yếu xi măng, cát, dăm, nước phải đảm bảo yêu cầu chất lượng Quakết quả thu thập khảo sát trên ta có :

+ Các loại vật liệu cát, đá dăm dùng cho bê tông được sử dụng từ các mỏchuyên dùng, các chỉ tiêu kỹ thuật đều hợp và đạt yêu cầu sử dụng

+ Nước dùng để trộn và dưỡng hộ bê tông đều là nước ngọt, đạt tiêuchuẩn về thành phần hóa học theo tiêu chuẩn TCVN 302 - 2004

+ Xi măng phần lớn sử dụng xi măng pooclăng PC30, PCB30 hayPCB30, PCB40 Các yêu cầu kỹ thuật của xi măng đều đạt tiêu chuẩn sử dụng.Tuy nhiên không có công trình nào sử dụng loại xi măng bền trong môi trườngnước chua mặn như xi măng bền sun phát, hay sử dụng các loại phụ gia chống

ăn mòn

 Thành phẩm kết cấu bê tông công trình đều được nghiệm thu đảm bảođúng yêu cầu chất lượng theo thiết kế, đạt cường độ mác M200 ở tuổi 28 ngày.Tuy nhiên các tài liệu nghiên cứu, thu thập về bê tông từ các công trình trong

vùng nghiên cứu cho thấy: các công trình đã xây dựng theo thiết kế đều không

có yêu cầu gì về độ chống thấm (mác chống thấm B) của bê tông Các chỉ tiêu

chất lượng về bê tông của ngành thủy lợi 14TCN và tiêu chuẩn của Việt Namđều có quy định về mác chống thấm của bê tông tuỳ theo gradien áp lực củacông trình (J) Ngoài ra tiêu chuẩn của Việt Nam, tiêu chuẩn của Liên Xô(OCT, CHu) đều có quy định công trình bê tông vùng nước mặn cần có độchống thấm lớn hơn B4

1.3 Một số tính chất của bê tông xây dựng các công trình

Bê tông dùng để làm kết cấu chịu lực cần phải thỏa mãn những yêu cầu vềcác tính năng vật lý và cơ học mà quan trọng nhất là: Có đủ cường độ, độ chặtsít, có lực bám dính tốt với cốt thép

Ngoài ra còn có những yêu cầu khác tùy thuộc vào nhiệm vụ kết cấu vàđiều kiện sử dụng chúng Với kết cấu nằm trong môi trường xâm thực thì độ bềnchống ăn mòn là một yêu cầu quan trọng

Các công trình thủy công còn yêu cầu bê tông có độ chống thấm tốt, cónhiệt lượng tỏa ra ít khi khô cứng

Để đạt được các yêu cầu đề ra, cần phải chọn thành phần bê tông chothích hợp, thi công đúng quy trình kỹ thuật, bảo đảm chất lượng cao

 Muốn xác định cường độ của bê tông trong xây dựng công trình, trongquá trình thi công đổ bê tông các kết cấu, đồng thời phải chế tạo và dưỡng hộcác mẫu thử riêng, có hình khối lập phương hoặc hình khối trụ Kích thước mẫuthử cũng như phương pháp chế tạo và bảo dưỡng mẫu phải tuân thủ theo các quy

định của tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN : 3105 – 1993) Trong trường hợp cụ thể,

kích thước mẫu thử tùy thuộc vào độ lớn của hạt tham gia trong hỗn hợp bê tông

và tối thiểu phải lớn hơn 4 lần kích thước hạt lớn nhất

Cụ thể :

Khi độ lớn của hạt cốt liệu đến Dùng mẫu kích thước

Ngày nay nhiều nước trên thế giới dùng phổ biến loại mẫu hình trụ vớiquy định kích thước chiều cao H = 300 mm và đường kính D = 150 mm khi cỡhạt lớn nhất là 50 mm

Đối với các mẫu lấy trực tiếp trên công trình bằng biện pháp khoan lõi có

thể có đường kính khác nhau (tuỳ thuộc vào đường kính mũi khoan) nhưng vẫn

phải đảm bảo tỉ lệ H/D = 2; chẳng hạn như các mẫu 143/71,5 và 200/100 Cũng

có thể không theo tỉ lệ H/D = 2 như quy định, nhưng khi đó muốn đưa kíchthước mẫu khoan về tỉ lệ quy định (H/D = 2) cần phải nhân với hệ số K, có giátrị như trong bảng sau:

 Mẫu thử được thí nghiệm phá hoại trên máy ép thủy lực chuyên dùnghoặc các máy thí nghiệm vạn năng Máy thí nghiệm được chọn phải thỏa mãncác yêu cầu: Có công suất không vượt quá 20% giá trị tải trọng cần thiết để pháhoại hoàn toàn mẫu thử, có độ chính xác của phép đo không lệch quá  2% đạilượng của tải trọng đo, có khả năng tăng đều lực nén trên mẫu với tốc độ gia tảikhoảng 2 – 3 kG/cm2/s

 Cường độ giới hạn của bê tông khi nén được xác định trên mẫu có kíchthước chuẩn 150 x 150 x 150 mm, được xác định theo công thức:

R = P/F (kG/cm2) Trong đó : P - Tải phá hoại mẫu (kG)

F - Diện tích tiết diện ngang mẫu (cm2)

 Độ chống thấm của bê tông được xác định theo tiêu chuẩn TCVN 3116 :

1993 Mẫu bê tông để xác định độ chống thấm có đường kính là D = 150 mm,chiều cao H = 150 mm, phương pháp chế tạo và bảo dưỡng mẫu phải tuân thủtheo các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN : 3105 – 1993) Đến tuổi thínghiệm, mẫu được đưa lên máy thí nghiệm thấm, tạo áp lực để xác định độchống thấm của bê tông

1.4 Các vấn đề nảy sinh liên quan đến bê tông và tuổi thọ công trình thủy lợi

Chất lượng và tuổi thọ của bê tông phụ thuộc vào các điều kiện sau:

 Vật liệu để chế tạo bê tông: Như ta đã biết vật liệu để chế tạo bê tônggồm chất kết dính, cốt liệu lớn, cốt liệu nhỏ, nước

+ Chất kết dính: Như phần trên ta đã khảo sát đối với các công trình thủylợi vùng ĐBSCL, đều dùng chất kết dính là xi măng pooc lăng thông dụng,thường dùng nhất là xi măng Hà Tiên Khi đưa vào sử dụng đều có sự kiểm trachất lượng và đều đạt yêu cầu cho phép sử dụng theo tiêu chuẩn hiện hành củaViệt Nam Tuy nhiên tất cả công trình nằm trong vùng nước thường, nước chuahay nước mặn đều không chú ý tới môi trường nước ăn mòn Vì vậy cũng khôngchú ý tới việc sử dụng loại xi măng đặc biệt như xi măng bền sulphat để chốnglại sự xâm thực và ăn mòn Hơn nữa trong những năm qua chúng ta cũng chưa

có nơi nào sản xuất tốt, đủ chất lượng và số lượng loại xi măng bền sulphat

+ Cốt liệu và nước

Cốt liệu lớn (đá dăm): Cấu trúc cốt liệu lớn tạo nên khung chịu lực, phụ thuộc cường độ bản thân cốt liệu lớn, tính chất cấu trúc (diện tích tiếp xúc giữa

các hạt cốt liệu) và cường độ liên kết giữa các hạt Tuy nhiên, thường cường độ

bản thân cốt liệu lớn là cao nên ta loại ra khỏi diện yếu tố ảnh hưởng Trong việcchế tạo bê tông, người ta luôn mong muốn xây dựng một mô hình hỗn hợp bêtông, trong đó các hạt cốt liệu lớn tiếp xúc nhiều với nhau và có hồ kết dính vữa

xi măng liên kết giữa chúng Xây dựng mô hình này nhằm đưa cấu trúc cốt liệulớn trở thành cấu trúc chính, quyết định tính chất vi mô và tính chịu lực của bêtông Lúc này cấu trúc của vữa xi măng chuyển xuống thứ yếu và chỉ có tínhchất liên kết Về mặt chịu lực vữa xi măng chỉ chịu lực tương tác do liên kếtgiữa các hạt cốt liệu lớn trong bộ khung mà không chịu lực nội tại trong lòng nó.Cách xây dựng mô hình cấu trúc bê tông như vậy có khả năng tạo ra bê tôngmác cao, và giảm được các tác động vô cùng phức tạp của cấu trúc hồ kết dínhvữa xi măng với tính chất cấu trúc vi mô của bê tông Tuy nhiên, mô hình nàychỉ thuần tuý lý thuyết mà rất khó hay không có khả năng tạo được trên thực tế,nhưng nó đưa ra nguyên tắc cho tất cả các công nghệ bê tông là tăng độ mạnhcủa cấu trúc bộ xương khung cốt liệu trên cơ sở:

- Tăng diện tích tiếp xúc giữa các hạt cốt liệu lớn (giữa hai hạt với nhau

và của các hạt xung quanh một hạt)

- Không gian hở trong bộ khung xương nhỏ nhất

- Chiều dày của liên kết hồ xi măng với các hạt cốt liệu là hiệu quả Vậy các yếu tố ảnh hưởng cơ bản tới cấu trúc bê tông là cốt liệu (kích

thước, tính chất bề mặt), phương pháp thiết kế thành phần bê tông (cấp phối),

đặc tính kỹ thuật của cốt liệu, kỹ thuật tác động cơ học, ngoài ra có một yếu tố

quan trọng đó là tính linh động của dung dịch hồ xi măng (khi dung dịch vữa xi

măng càng linh động dẻo thì cấu trúc cốt liệu lớn càng mạnh) Nhưng toàn bộ

tính chất phức tạp trong cấu trúc vi mô của bê tông lại nằm ở liên kết giữa vữa

xi măng với các hạt cốt liệu

Cốt liệu nhỏ (cát): Mới nhìn có thể nghĩ sự tham gia của các hạt cát là

thừa, nhưng nó lại có một vai trò hết sức quan trọng trong phần tăng cường ổnđịnh không gian của các hạt xi măng liên kết, nó có tác dụng như chất hoạt tínhtăng cường sự linh động của các hạt xi măng và phần tử nước, kích thích quátrình thủy hóa, đồng thời dưới tác động của cơ học và sự linh động của bản thân

trong dung dịch huyền phù (giai đoạn nước liên kết keo giữa các hạt xi măng)

làm giảm bớt sự cản trở của màng liên kết xi măng nước tạo cho sự thâm nhậpcủa phân tử nước vào bên trong hạt để thủy hóa tiếp Do đó, tác dụng cuối cùng

là giảm lượng lỗ rỗng trong cấu trúc, tăng độ bền, khả năng chịu lực của cấutrúc

Nước: Các hạt xi măng được thủy hóa bởi nước và quá trình thủy hóađược thực hiện dần từ ngoài vào bên trong, ngay tức khắc tạo lớp màng kết dínhbao quanh hạt xi măng mà bản chất là liên kết ion giữa phần tử hỗn hợp xi măng

và phần tử nước, lớp màng này dày theo thời gian thủy hóa và ngoài nó là lớpnước tự do Tuy nhiên, lớp màng liên kết này lại cản trở sự thâm nhập của nước

và cùng với thời gian tính linh động của các phân tử và xi măng giảm dần dovậy làm giảm tốc độ thủy hóa Lớp liên kết hạt xi măng - nước dầy dần cùng với

nó lớp nước tự do bao ngoài hạt xi măng mỏng dần, thêm vào đó sự linh độngcủa các hạt xi măng do tác động của việc trộn, hay tác động cơ học có điều kiệngần nhau dần dần hình thành liên kết và xóa bỏ ranh giới giữa các hạt xi măng.Màng xi măng nước bao quanh các hạt cốt liệu nhỏ và kéo chúng vào hình thànhcấu trúc hồ dính kết vữa xi măng tạo nên cấu trúc ổn định có tính chất cơ lý

Cốt liệu và nước dùng cho bê tông các công trình thủy lợi vùng ĐBSCLcũng nằm trong các nguyên lý trên, các loại cốt liệu và nước cũng được kiểm trachất lượng đạt yêu cầu cho phép sử dụng trước khi đưa vào xây dựng công trìnhnhư ở phần 1.2.2 đã nêu

 Cường độ của bê tông được thiết kế ban đầu (mác bê tông): Cường độnén là yêu cầu quan trọng và tối thiểu đối với bê tông Cường độ nén bê tông

phụ thuộc vào lượng nước, công nghệ chế tạo bê tông, thành phần và chất lượngthi công bê tông Khi bê tông được xác định bằng cường độ nén, cần xác địnhchất lượng bằng cách thử các mẻ thử đối với các vật liệu, đã được thiết kế chínhxác với các thiết bị trộn và phương pháp thi công dự định cho dự án Bê tông

mác (cường độ nén) càng cao thì lượng dùng xi măng nhiều, độ đặc chắc tăng,

khả năng chịu lực và độ chống thấm cao, sự xâm thực của môi trường khó khăn,tăng cao tuổi thọ của công trình

Đối với bê tông công trình thủy lợi vùng ĐBSCL trong một thời gian dài

đã sử dụng bê tông mác thấp (M200) Thực tế đã chứng minh rằng, về mặt chịulực được tính toán đảm bảo, nhưng về khả năng chống ăn mòn trong môi trườngnước xâm thực như môi trường chua mặn vùng ĐBSCL thì chưa nghiên cứu đểđảm bảo tính chống ăn mòn

 Độ chống thấm của bê tông: cùng với cường độ nén để đảm bảo khảnăng chịu lực, độ chống thấm của bê tông cũng cực kỳ quan trọng đối với côngtrình thủy lợi Các lỗ rỗng và mao quản trong đá xi măng là nơi để các tác nhâncủa môi trường lỏng xâm nhập vào, hòa tan các sản phẩm thủy hóa của xi măng,tương tác với chúng, tạo ra các sản phẩm mới tan mạnh hơn hoặc lắng đọngtrong lòng các lỗ rỗng, hoặc nở thể tích phá vỡ các kết cấu Việc nâng cao độ

đặc (độ chống thấm) của bê tông sẽ làm triệt tiêu hoặc giảm đáng kể sự xâm

nhập của các tác nhân môi trường vào trong lòng bê tông Độ đặc chắc của bêtông luôn luôn là yếu tố được đánh giá cao trong việc bảo vệ bê tông và bê tôngcốt thép khỏi bị ăn mòn Tuy nhiên đối với bê tông các công trình thủy lợi vùngchua mặn vùng ĐBSCL chưa được nghiên cứu chú trọng từ khâu thiết kế cũngnhư nghiệm thu công trình

 Tác động của môi trường: Kết quả khảo sát thực tế trên các công trìnhthủy lợi vùng ĐBSCL cho thấy đa số các công trình nằm trong vùng nước môitrường chứa tác nhân ăn mòn, đó là vùng chua và mặn Các công trình được

phân vùng môi trường chua, mặn được thể hiện trên hình: hình 1 - 1, hình 1 - 2,

hình 1 - 3

+ Bê tông công trình bị hư hỏng có thể do những nguyên nhân cơ học vàhóa học Đối với công trình thủy lợi vùng ĐBSCL, về nguyên nhân hóa học, bêtông bị xâm thực vì tác dụng khử kiềm, tác dụng của axít và của sulfat Sự khửkiềm xảy ra dưới tác dụng của của nước có độ cứng bé, các thành phần của đá ximăng bị nước thấm qua hòa tan và mang đi Bê tông bị xâm thực vì tác dụng củaaxít, của muối manhêzi … xảy ra do phản ứng trao đổi giữa các hóa chất cótrong môi trường với các thành phần của đá xi măng Kết quả các phản ứng đó

có thể sinh ra các chất dễ hòa tan bị nước mang đi hoặc chất không có khả năngkết dính Các chất sunfat làm hư hỏng bê tông ở chỗ là các khe hở, khe mao dẫncủa bê tông xảy ra hiện tượng tích tụ các chất muối kém hòa tan, khi chúng kếttinh sẽ làm xuất hiện ứng suất lớn trong các thành của mạng tinh thể đá xi măng

và có thể gây nên sự phá vỡ cấu trúc của bê tông Trong những điều kiện tựnhiên thường gặp không phải là một nguyên nhân mà là dạng tổ hợp của một số

dạng xâm thực Quá trình phá hoại dần dần bề mặt của cốt thép (gỉ) do tác dụng

hóa học và điện phân của môi trường xung quanh gọi là quá trình xâm thực cốtthép Khi cốt thép bị gỉ, thể tích bằng 2 – 2,5 lần thể tích của kim loại ban đầu,

ép chặt vào thành bê tông tạo nên một áp lực ngang khá lớn, sinh ra vết nứt dọctheo cốt thép ở trong lớp bê tông bảo vệ, hoặc có thể phá vỡ lớp bê tông đó Sựxuất hiện vết nứt làm tăng khả năng xâm thực, cốt thép bị ăn mòn mạnh hơn

 Thiết kế, thi công,quản lý xử dụng công trình

Độ bền (tuổi thọ) kết cấu công trình BTCT trong môi trường chua mặn

vùng ĐBSCL là kết quả tổng hợp các công đoạn thiết kế, thi công, giám sát chấtlượng và quản lý sử dụng công trình Vấn đề này liên quan đến trình độ khoahọc – công nghệ xây dựng của nước ta Vì vậy để nâng cao độ bền công trìnhBTCT trong môi trường nước chua, mặn vùng ĐBSCL cần đi sâu xem xét vànhìn nhận những vấn đề sau:

+ Về thiết kế: Chưa lựa chọn được vật liệu đảm bảo yêu cầu chống ănmòn trong môi trường chua, mặn để duy trì độ bền lâu dài cho kết cấu Khi thiết

kế các công trình chúng ta chưa lường hết được tác động ăn mòn và phá hủy kếtcấu trong môi trường chua và mặn, thường chỉ chú ý đến khả năng chịu tải, tínhtoán sao cho an toàn về tải trọng còn rất xem nhẹ khâu thiết kế lựa chọn vật liệu

có khả năng chống ăn mòn lâu dài cho kết cấu công trình Trong một thời giandài chúng ta đã sử dụng bê tông mác thấp (M200) Thực tế chứng minh rằng, vềmặt chịu lực tính toán đảm bảo, nhưng về khả năng chống ăn mòn thì chưa đảmbảo Thực chất vấn đề là chúng ta chưa xây dựng được tiêu chuẩn, quy phạmxây dựng riêng cho môi trường mang tính đặc thù trong vùng Về mặt kiến trúc,mặt ngoài công trình chưa tăng cường các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn

+ Về thi công: Chất lượng thi công công trình chưa cao, nhiều công đoạncòn làm thủ công nên khó đảm bảo chất lượng xây lắp Lớp bê tông bảo vệnhiều kết cấu công trình chưa đảm bảo, nhiều chỗ mỏng hơn so với thiết kế,không thể đủ khả năng chống ăn mòn cho kết cấu

+ Về quản lý sử dụng: Chưa có các quy định pháp lý về kiểm tra định kỳcông trình, nhằm phát hiện các nguyên nhân và mầm mống gây hư hỏng kết cấucông trình để có biện pháp duy tu sửa chữa kịp thời Chưa áp dụng các biệnpháp công nghệ bảo trì và khắc phục hư hỏng cục bộ do ăn mòn cho các côngtrình đã xây dựng

1.5 Các vấn đề nghiên cứu liên quan

1.5.1 Một số nghiên cứu chống ăn mòn ở nước ngoài

1/ Tại những nước phát triển, nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật được ápdụng trong các ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp xây dựng thì nhu cầu

về chất lượng và chủng loại xi măng ngày càng cao Đối với công trình xây

dựng chịu tác dụng ăn mòn sunfate như các công trình vùng ven biển, hải đảongười ta sử dụng loại xi măng bền sulfate

Xi măng bền sulfate khi chế tạo được khống chế hàm lượng khoáng3CaO.SiO2 (C3S) và 3CaO.Al2O3 (C3A) với trị số thấp cho phép C3S < 50% và

C3A < 5% vì hai khoáng này bị ăn mòn mạnh nhất Bên cạnh đó trong quá trìnhnung người ta làm lạnh nhanh clinke để pha lỏng chuyển thành pha thủy tinh cóchứa nhiều khoáng 4CaO.Al2O3.Fe2O3 và 2CaO.Fe2O3 Các khoáng này khi đôngkết tạo thành dung dịch rắn 3CaO(Al2O3.Fe2O3).6H2O bền trong môi trườngnước mặn Ngoài ra người ta còn dùng Puzolan hóa xi măng bằng cách pha vàoclinke xi măng một hàm lượng xác định phụ gia thủy hoạt tính giàu SiO2 vô địnhhình

2/ Tại hội thảo quốc tế lần thứ 3 về xi măng và vật liệu xây dựng [9]

Franco Massaza trình bày công trình nghiên cứu ‘’xi măng puzolan: câu trả lờicác vấn đề bền vững‘’ Tác giả đã đánh giá vai trò của xi măng puzolan trongviệc phòng tránh và làm giảm sự phá hủy của bê tông dưới tác động có hại củamôi trường Xi măng puzolan có hiệu quả cao trong việc phòng tránh và làmgiảm sự thẩm thấu của các ion xâm thực Cl- , SO4 Tác giả cho biết xi măngpuzolan khác với xi măng có chứa puzolan, nó không những đảm bảo các yêucầu về tính chất cơ lý của xi măng, mà còn phải chứa một lượng puzolan cầnthiết để có thể kết hợp với lượng vôi tự do được giải phóng trong quá trìnhhydrat hóa các khoáng silicat của clinke xi măng Trong xi măng puzolan chỉchứa 3 - 6% Ca(OH)2, trong khi đó ở xi măng portland chứa 20 – 22% Ca(OH)2,lượng vôi thoát ra từ xi măng puzolan thấp hơn nhiều so với xi măng portland

3/ Hiệp hội xi măng Indonexia – 1993 thông báo đã sản xuất Gresic ximăng portland puzolan (GPPC) [10] Đây là loại xi măng sử dụng cho bê tôngbền sulfat Thành phần cơ bản của GPPC là clinke, thạch cao và 20% theo khốilượng puzolan tự nhiên Tác giả đã nêu kết quả thí nghiệm ăn mòn của xi măngcường độ cao trong môi trường nước biển với các loại xi măng Portland I (GPC

– I), Gresic Portland II (GPC – II), xi măng portland V (PC – V) cho thấy bêtông với xi măng GPPC có phần trăm giảm trọng lượng của bê tông thấp nhất.Trong thí nghiệm nghiên cứu độ bền sulfate các mẫu bê tông khác nhau đượcngâm trong dung dịch soda sulfate và manhe sulfate 3,5% SO3, cho thấy độ bềncủa Gresic xi măng portland puzolan cao hơn tất cả.

puzolan có độ bền hoạt hóa cao, đặc biệt là với dung dịch sulfate Nó rất phùhợp với các công trình xây dựng cơ bản vùng ven biển, nơi có hàm lượng sulfatecao “

4/ Tại Pháp hãng CLFI sản xuất loại xi măng LFC (Lafarge Fondu

Cement) dùng để xây dựng đường hầm xuyên biểm Manche Loại xi măng này

được PTS Phạm Thị Thanh Lan giới thiệu trong bài viết “Chất kết dích đặc biệt

để xây dựng đường hầm xuyên biển Manche “ [11]

Xi măng LFC được chế tạo từ nguyên liệu có thành phần chủ yết làAluminate, nó gồm 3 khoáng chính:

CaO.Al2O3 (CA) thành phần chủ yếu

12CaO.7Al2O3 (C12A7)

2CaO.SiO2 (C2S)

nên trong quá trình thủy phân không nảy sinh ra Ca(OH)2 tự do Vì vậy xi măngLFC chống xâm thực tốt hơn các loại xi măng khác và nó được sử dụng để xâydựng các công trình trong môi trường xâm thực

5/ Các loại phụ gia hóa học chống ăn mòn: Hiện nay trên thế giới cũng

như thị trường Việt Nam nhiều công ty lớn đang giới thiệu phụ gia chống ănmòn hóa học như:

+ Công ty TNHH W.R.GRACE (Thái Lan) giới thiệu phụ gia ức chế ăn

mòn DCI: DCI là chất chống ăn mòn chứa Calcium nitrite, nó tác dụng tương hỗ

với sắt đặt trong bê tông ngăn muối xâm nhập Bằng tác động phản ứng hóa họcvới cốt liệu, màng ngăn được sự xâm nhập của ion clo Sự ăn mòn bị chậm lại

và có thể khống chế được tỉ lệ ăn mòn

+ Tập đoàn Sandoz A.G.MBT-Thụy Sĩ; sản xuất phụ gia chống ăn mònMB-SF là phụ gia có chất khoáng hơi acid silic MB-FS còn chứa puzolan nên

có khả năng bảo vệ bê tông cốt thép, chống ăn mòn của môi trường xâm thực

+ Tập đoàn Sika - Thụy Sĩ : Phụ gia chống ăn mòn của Sika đi theohướng giảm lượng nước trộn, tăng cường độ chống thấm cho bê tông Loại phụgia chống thấm được giới thiệu là Plastocrete – N …

1.5.2 Một số nghiên cứu chống ăn mòn ở trong nước

1/ Kĩ sư Ngô Đình Cẩn - Viện Thiết kế Nhà ở Công trình Công cộng [12],

sau khi quan sát một số công trình ở Quảng Ninh, Hòn Gai, Viện Hải dương họcNha Trang thấy nứt nẻ và cốt thép bị ăn mòn do nước biển có ion Na+, Cl-, Mg++,

SO4 , tác dụng với Ca(OH)2 và ion Cl- tác dụng lên công trình Ông đã nêu biệnpháp khắc phục: Dùng phụ gia NaNO2 hoặc NO2 với liều lượng 2%

2/ Trong những năm 1960 nhiều viện nghiên cứu khoa học của Bộ NôngNghiệp, Bộ Thủy Lợi, Bộ Xây Dựng … đã có những nghiên cứu rải rác về xỉ lòcao hoạt hóa Thái Nguyên và đều kết luận dùng xỉ lò cao này đưa vào xi măng

có tác dụng chống ăn mòn[13]

3/ Năm 1981 – 1985 GSTS Dương Đức Tín, trong đề tài “Nghiên cứu một

số biện pháp kỹ thuật để nâng cao tuổi thọ cho kết cấu bê tông của các côngtrình thuỷ lợi vùng nước biển và nước chua phèn“ đã nêu ra 3 hướng:

+ Dùng xỉ lò cao Thái Nguyên đưa vào xi măng làm xi măng ổ định trongmôi trường nước biển Xỉ lò cao Thái Nguyên thuộc loại xỉ có tính Bazơ và tínhthủy lực tốt Kết quả đưa vào clinke xi măng thao các tỉ lệ khác nhau và tác giảchọn tỉ lệ đưa vào 20% xỉ là thích hợp

+ Đối với vùng chua phèn tác giả thí nghiệm so sánh các loại xi măng

P300 Hà Tiên chứa 10% phụ gia mu rùa (đá bazan rỗng nghiền mịn), P400Hà

tiên, P600 của Nhật trong môi trường chua phèn Sau 6 tháng ngâm trong môi

trường nước chua phèn (môi trường nước chua phèn tại kênh An Hạ - TP Hồ

Chí Minh) thì bê tông làm bằng xi măng P300 có phụ gia mu rùa vẫn tiếp tục

phát triển cường độ, còn các mẫu làm bằng xi măng xi măng P400 Hà Tiên vàP600 của Nhật không phụ gia khoáng thì cường độ bê tông không phát triểnđược hoặc suy thoái Tác giả đề nghị dùng loại xi măng P300 Hà tiên trộn thêm10% phụ gia Mu Rùa xây dựng công trình trong vùng chua mặn Nam bộ

+ Dùng phụ gia Bentonit để nâng cao độ chống thấm của bê tông, các hạtsét Bentonit trương nở bịt kín các lỗ rỗng của bê tông khi thủy hóa, làm tăng độchống thấm của bê tông, từ đó hạn chế tác dụng ăn mòn của môi trường bênngoài vào bên trong khối bê tông

4/ Trong những năm 1983 – 1985 tại Viên Nghiên Cứu Khoa Học ThủyLợi Nam Bộ đã dùng Diatomite là một loại đá chứa silic vô định hình làm phụgia cho xi măng trong môi trường nước chua phèn Kết quả cho thấy Diatomoit

có xu hướng làm tăng độ bền của xi măng trong môi trường chua phèn Năm

1992 – 1995 tại Viện Khoa Học Thủy Lợi nam Bộ chúng tôi thực hiện đề tài

“Nghiên cứu biện pháp chống ăn mòn bê tông trong môi trường chua mặn vùngĐồng bằng sông Cửu Long“ Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của bê tôngcho thấy dùng phụ gia diatomit sẽ hạn chế được sự ăn mòn của bê tông vùngchua phèn, mặn

5/ Ngăn cách bê tông với môi trường nước ăn mòn: Sơn mặt ngoài kết cấu

là biện pháp ngăn cách bê tông với môi trường ăn mòn Trong trường hợp cầnthiết có thể tăng năng lực chống ăn mòn bằng cách quét sơn chống thấm Cácloại sơn này có thể từ hệ polime, xi măng polime và các hóa phẩm hữu cơ khác

Có thể quét mặt bê tông bằng nhũ tương bitum hoặc dung dịch bitum cũng có

tác dụng chống ăn mòn đáng kể Ngoài ra có thể ốp hoặc dán, tạo lớp phủ trên

bề mặt kết cấu Lớp phủ phải không thấm nước và bền hóa, có tác dụng bảo vệ

bê tông và cả cốt thép bên trong bê tông

6/ Nhà nước ta đã ban hành tiêu chuẩn nhà nước: TCVN 3993 : 85

“Chống ăn mòn trong xây dựng, kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Phân loại

ăn mòn‘’; TCXD 149 – 86 “Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi bị ăn mòn‘’ Tuynhiên, các tiêu chuẩn này chưa đề cập đến tất cả các loại ăn mòn, các môi trường

ăn mòn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưa phát huy được tác dụng

trong thực tế

7/ Phương pháp bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn

Dùng thép không gỉ, thép hợp kim thấp Biện pháp này tốt nhưng thépkhông gỉ đắt tiền và hiếm, dùng thép này sẽ làm tăng giá thành xây dựng

Mạ cốt thép có tác dụng chống ăn mòn vì kẽm có tác dụng bảo vệ cốtthép Khi có mặt chất điện ly, một dòng điện sẽ chạy từ sắt sang kẽm Kẽm trởthành anôt và sắt trở thành catôt Kẽm bị ăn mòn trước, nhưng ion Cl- có tácdụng ăn mòn kẽm nhỏ hơn đối với sắt nên chúng bảo vệ được bề mặt cốt thép vàlàm tăng tuổi thọ cho công trình

Quét sơn trên thép là một biện pháp bảo vệ cốt thép Sử dụng các loại sơnchống gỉ có nguồn gốc từ epoxy, xi măng và ximăng polime Yêu cầu sơn chống

rỉ phải có khả năng liên kết, dính bám tốt với bê tông và cốt thép

Ức chế ăn mòn cốt thép Vấn đề ức chế ăn mòn cốt thép bằng các chất ứcchế đã được sử dụng từ lâu Theo định nghĩa của ISO 8044, chất ức chế ăn mòn

là hợp chất hóa học làm giảm độ ăn mòn của cốt thép Việc pha chất ức chế vào

bê tông được coi là một biện pháp bảo vệ cốt thép chống ăn mòn

Phương pháp bảo vệ ca tốt là biện pháp hiệu quả dùng để chống ăn mòncốt thép trong bê tông trong thời gian gần đây Bảo vệ catôt cho công trình bêtông cốt thép là duy trì màng thụ động hoặc thụ động lại màng cốt thép khi

màng thụ động đã bị phá vỡ khi độ pH < 11 hoặc làm lượng ion clo trên bề mặtcốt thép khoảng 0,2 – 0,4% tính theo khối lươợg xi măng Ngoài ra dòng điệnbảo vệ catôt còn làm cho ion clo đi ra xa khỏi bề mặt cốt thép và vì vậy giảm tácđộng phá hoại màng thụ động của ion clo

CHƯƠNG 2NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG CHUA MẶN ĐBSCL

2.1 Tình trạng ăn mòn bê tông vùng chua, mặn

Nghiên cứu khảo sát các kết cấu bê tông công trình vùng chua, mặnĐBSCL: Bề mặt bê tông của các kết cấu công trình trong vùng mực nước thayđổi, cũng như vùng ngập dưới nước hầu hết đều bị ăn mòn với mức độ khácnhau, phụ thuộc vào thời gian sử dụng và từng loại môi trường nước tác dụnglên công trình

Tất cả các công trình khu vực nghiên cứu ngay sau khi thi công đều có bềmặt kết cấu phẳng nhẵn, đảm bảo chất lượng cũng như mỹ quan Qua nhữngthời gian sử dụng khác nhau, dưới tác dụng của môi trường nước ăn mòn, bề mặtcủa lớp bê tông không còn phẳng nhẵn mà bị ăn mòn trơ đá dăm, trở lên gồ ghề,lởm chởm, mất mỹ quan cho công trình (hình 1 - 1 và 1 - 2), làm mất lòng tincủa người dân địa phương với công tác xây dựng công trình Thủy lợi Nhiềucông trình bê tông đã bị ăn mòn sâu vào trong, mất đi những hạt đá dăm, làm trơ

ra cả cốt thép, phần cốt thép lộ ra đều bị gỉ sét làm giảm đáng kể khả năng chịulực của kết cấu Tình trạng ăn mòn bê tông vùng chua mặn thể hiện ở hai hìnhtiêu biểu sau:

Hình 2-1 : Bê tông bị ăn mòn bề mặt

Hình 2-2 : Bê tông bị ăn mòn trơ thép

Tình trạng ăn mòn bê tông chủ yếu phụ thuộc vào

- Thời gian công trình chịu tác dụng của môi trường nước ăn mòn

- Đặc tính của môi trường nước ăn mòn

- Đặc tính của vật liệu chế tạo bê tông