Tài liệu Luận án nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI NGUYỄN LONG KHÁNH NGHIÊN CỨU BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO SỬ DỤNG MUỘI SILIC CHO KẾT CẤU CÔNG TRÌNH Ở MÔI TRƢỜNG BIỂN VIỆT NAM NGÀNH: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Đặc biệt MÃ SỐ: 958.02.06 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh 2. GS. TS. Phạm Duy Hữu Hà Nội, 02/2023 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. iii DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................. vii MỞ ĐẦU………………………………………………………………………...1 1. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................... 2 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 3 3.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................................... 3 3.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ....................................................................................... 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................... 4 5.1. Ý nghĩa khoa học ............................................................................................. 4 5.2. Ý nghĩa thực tiễn.............................................................................................. 4 6. Bố cục Luận án ........................................................................................................ 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO TRONG MÔI TRƢỜNG BIỂN ......................................................................... 6 1.1. Khái quát về ảnh hƣởng của môi trƣờng biển tới độ bền bê tông ..................... 7 1.1.1. Khái niệm về môi trường biển ..................................................................... 7 1.1.2. Các đặc trưng của môi trường biển trên thế giới và Việt Nam .................... 8 1.1.3. Ảnh hưởng của môi trường biển tới độ bền bê tông .................................. 11 1.1.4. Các biện pháp tăng cường độ bền bê tông sử dụng trong môi trường biển ... 14 1.2. Khái quát về độ bền của bê tông ......................................................................... 16 1.2.1. Độ bền bê tông ........................................................................................... 16 1.2.2. Nghiên cứu về cơ chế ăn mòn cốt thép do xâm nhập ion Cl- .................... 28 1.2.3. Nghiên cứu về ảnh hưởng của lỗ rỗng tới độ bền của bê tông .................. 31 1.3. Bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao ............................................................ 32 1.3.1. Khái niệm về bê tông có độ bền ăn mòn cao ............................................. 33 1.3.2. Nghiên cứu về bê tông muội silic .............................................................. 33 1.3.3. Tình hình nghiên cứu về bê tông muội silic có độ bền ăn mòn cao .......... 35 1.3.4. Tuổi thọ của công trình bê tông trong môi trường biển............................. 40 1.4. Định hƣớng nghiên cứu của Luận án .................................................................. 42 1.5. Kết luận Chƣơng 1 ................................................................................................ 43 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC ………………………………………………………………….44 2.1. Cơ sở lý thuyết đánh giá sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông ................. 44 2.1.1. Sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông................................................... 44 2.1.2. Các phương pháp thí nghiệm về sức kháng xâm nhập ion Cl- của bê tông ... 49 2.2. Cơ sở lý thuyết đánh giá ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền bê tông.. 56 2.2.1. Ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông ............................. 56 2.2.2. Phương pháp xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông................................... 57 2.3. Thiết kế thí nghiệm theo phƣơng pháp Taguchi ................................................ 60 2.3.1. Phương pháp Taguchi ................................................................................ 60 2.3.2. Xây dựng mô hình hồi quy ........................................................................ 63 2.4. Kết luận Chƣơng 2 ................................................................................................ 65 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ THÀNH PHẦN TỚI ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG MUỘI SILIC.................................... 66 3.1. Thiết kế chế tạo bê tông muội silic ...................................................................... 67 3.1.1. Tiêu chuẩn áp dụng và cơ sở khoa học lựa chọn thành phần thiết kế bê tông muội silic ........................................................................................... 67 3.1.2. Vật liệu chế tạo bê tông xi măng muội silic .............................................. 68 3.1.3. Tính toán thiết kế thành phần và chế tạo bê tông muội silic ..................... 73 3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố thành phần tới cƣờng độ chịu nén của bê tông muội silic................................................................................................. 82 3.2.1. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông muội silic ............... 82 3.2.2. Phân tích ảnh hưởng yếu tố thành phần đến cường độ chịu nén của bê tông muội silic .................................................................................................... 82 3.2.3. Xây dựng phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và cường độ chịu nén của bê tông muội silic bằng phương pháp Taguchi ................................................................................ 83 3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của các yếu tố thành phần tới khả năng chống thấm ion Cl- của bê tông muội silic ............................................................................. 91 3.3.1. Thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- ........................................................ 91 3.3.2. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố thành phần tới độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic ........................................................................................... 91 3.3.3. Xây dựng phương trình hồi quy mô tả quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic bằng phương pháp Taguchi .............................................................................................. 92 3.3.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thành phần tới hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic .......................................................................... 95 3.4. Nghiên cứu ảnh hƣởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic97 3.4.1. Xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic ....................................... 98 3.4.2. Phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic ..................................................................................... 100 3.4.3. Phân tích tương quan ảnh hưởng lẫn nhau của các yếu tố thành phần tới độ bền và thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic ......................................... 107 3.5. Xây dựng phƣơng pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền ...................................................................................................................... 108 3.5.1. Phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền . 108 3.5.2. Phân bố xác suất của hàm mục tiêu thiết kế bê tông theo các yếu tố thành phần .......................................................................................................... 112 3.5.3. Thiết kế bê tông muội silic theo yêu cầu cường độ chịu nén đặc trưng (f’c = 60 MPa) ................................................................................................ 114 3.6. Kết luận Chƣơng 3 .............................................................................................. 116 CHƢƠNG 4. ỨNG DỤNG THIẾT KẾ BÊ TÔNG MUỘI SILIC CHO KẾT CẤU TRỤ CẦU Ở KHU VỰC BIỂN HẢI PHÒNG .......................... 118 4.1. Giới thiệu về kết cấu trụ cầu ở khu vực biển Hải Phòng ................................ 118 4.1.1. Bệ trụ ........................................................................................................ 118 4.1.2. Vật liệu sử dụng ....................................................................................... 119 4.1.3. Đặc điểm khu vực biển Hải Phòng ........................................................... 119 4.2. Thiết kế thành phần bê tông muội silic cho kết cấu trụ cầu ở khu vực biển Hải Phòng ...................................................................................................................... 121 4.3. Tính toán thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu trụ cầu ở khu vực biển Hải Phòng.................................................................................................................. 122 4.3.1. Cơ sở lý thuyết tính toán thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu công trình bằng phần mềm Life-365 ......................................................................... 122 4.3.2. Xác định thông số mô hình dự báo thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu trụ cầu ở biển Hải Phòng ......................................................................... 129 4.3.3. Tính toán thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu trụ cầu sử dụng bê tông muội silic bằng phần mềm Life-365 ........................................................ 131 4.3.4. Tính toán chiều dày lớp bê tông bảo vệ của kết cấu trụ cầu sử dụng bê tông muội silic ......................................................................................... 133 4.4. Kết luận Chƣơng 4 .............................................................................................. 134 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 136 1. Kết luận.................................................................................................................... 136 2. Những đóng góp mới của Luận án .......................................................................... 137 3. Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo ............................................................... 138 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ................................................. a TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. b LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi. Các kết quả nghiên cứu nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Nguyễn Long Khánh i LỜI CẢM ƠN Để có thể có được thành quả như ngày hôm nay, tôi không thể không nhắc tới tới PGS.TS. Nguyễn Thị Tuyết Trinh và GS.TS. Phạm Duy Hữu đã hướng dẫn, dạy bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quãng thời gian qua. Bên cạnh những ý kiến về khoa học còn là những ý kiến, góp ý về mặt phương pháp, tác phong làm việc của một nghiên cứu sinh. Do đó, tôi xin được trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới các thầy cô đã giúp đỡ tôi có được kết quả này. Về phía Trường Đại học GTVT, nơi thực hiện luận án này, lời đầu tiên tôi xin được gửi lời cảm ơn các quý thầy cô trong bộ môn Công trình Giao thông thành phố và Công trình thủy, là đơn vị trực tiếp quản lý nghiên cứu sinh về mặt học thuật, đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi thực hiện luận án. Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tới Phòng Đào tạo sau Đại học, Khoa Công trình, Trung tâm thí nghiệm Vật liệu xây dựng đã tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thí nghiệm và nghiên cứu. Về phía cơ quan công tác, Trường Đại học Công nghệ GTVT, tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy trong Ban Giám hiệu Nhà trường; Viện Công nghệ GTVT, lãnh đạo và các anh chị em trong Phòng KHCN – HTQT; Trung tâm Đào tạo và tư vấn du học, việc làm quốc tế là đơn vị nơi tôi công tác đã tạo điều kiện về mặt thời gian, công việc, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Cuối cùng tôi xin được gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, vợ và các con, cùng toàn thể người thân trong gia đình đã luôn ở bên cạnh, động viên, hỗ trợ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này và có được thành quả như ngày hôm nay. Một lần nữa, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tất cả các quý thầy cô, các cô, chú, anh, chị đồng nghiệp, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Tác giả Nguyễn Long Khánh ii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ mô tả tác động phá hủy bê tông ở các vùng khác nhau .......................7 Hình 1.2: Tổng thời gian ướt bề mặt kết cấu công trình vùng ven biển Việt Nam ......11 Hình 1.3: Phân bố nồng độ ion Cl- trong không khí theo cự ly cách mép nước ..........11 Hình 1.4: Thống kê nguyên nhân gây suy giảm tuổi thọ trên các cầu BTCT tại Nhật Bản ................................................................................................................................ 17 Hình 2.1: Ảnh hưởng của điều kiện môi trường tới hàm lượng tới hạn của ion Cltrong bê tông .................................................................................................................44 Hình 2.2: Thí nghiệm cầu muối .....................................................................................50 Hình 2.3: Sơ đồ thí nghiệm khuếch tán khối .................................................................51 Hình 2.4: Sơ đồ thí nghiệm AASHTO T277 (ASTM C1202) ......................................52 Hình 2.5: Sơ đồ thí nghiệm kỹ thuật điện di .................................................................54 Hình 2.6: Sơ đồ thí nghiệm điện di của Tang và Nilson (NordTest NTBuild 492) ......55 Hình 2.7: Phân bố vùng độ rỗng ở cấp độ micro trong bê tông ....................................57 Hình 2.8: Các dạng đường đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ theo phân loại của IUPAC ...........................................................................................................................58 Hình 2.9: Đồ thị xác định các thông số của phương trình BET ....................................59 Hình 3.1: Cốt liệu đá dăm sử dụng trong luận án ..........................................................68 Hình 3.2: Xi măng PC40 Bút Sơn dùng để đúc mẫu bê tông thí nghiệm .....................70 Hình 3.3: Phụ gia khoáng gốc Silicafume Sikacrete PP1 hãng Sika ............................. 71 Hình 3.4: Phụ gia siêu dẻo Sika viscocrete 3000-20 dùng để trộn bê tông ...................72 Hình 3.5: Một số hình ảnh trong quá trình thí nghiệm ..................................................81 Hình 3.6: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và cường độ chịu nén ....83 Hình 3.7: Thiết kế quy hoạch thực nghiệm Taguchi bằng phần mềm MINITAB ........84 Hình 3.8: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và cường độ chịu nén bằng phần mềm MINITAB ....................................................................................................85 Hình 3.9: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic và điện lượng truyền qua từ kết quả thí nghiệm .....................................................................................................92 Hình 3.10: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, MS và độ thấm ion Cl- xây dựng bằng phần mềm MINITAB .............................................................................................................93 Hình 3.11: Quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic ......................................96 Hình 3.12: Các mẫu bê tông muội silic được nghiền mịn và thiết bị đo TRI START 3000 ............................................................................................................................... 98 Hình 3.13: Phân bố tỷ lệ các thể tích lỗ rỗng của các loại bê tông và thời gian .........100 Hình 3.14: Một số hình ảnh xác định hệ số khuếch tán ion Cl-...................................103 Hình 3.15: Hệ số khuếch tán ion Cl- ở thời điểm 28 ngày và 6 tháng ........................106 Hình 3.16: Ma trận tương quan giữa các yếu tố thành phần và độ bền ion Cl-, thể tích lỗ rỗng của bê tông muội silic .....................................................................................107 Hình 3.17: Phân bố xác suất của độ thấm ion Cl- đối với các loại bê tông. ...............113 Hình 3.18: Phân bố xác suất của cường độ đối với các loại bê tông. ..........................113 iii Hình 3.19: Mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và cường độ chịu nén đặc trưng, điện lượng truyền qua bê tông khi sử dụng 8% muội silic ............................................................114 Hình 3.20: Mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và cường độ chịu nén đặc trưng, điện lượng truyền qua bê tông khi sử dụng 10% muội silic ..........................................................115 Hình 3.21: Mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD và cường độ chịu nén đặc trưng, điện lượng truyền qua bê tông khi sử dụng 12% muội silic ..........................................................115 Hình 4.1: Khai báo thông tin chung về kết cấu ...........................................................127 Hình 4.2: Khai báo thông tin về môi trường ion Cl-, nhiệt độ hàng tháng ..................128 Hình 4.3: Khai báo thông tin về cấp phối bê tông .......................................................129 Hình 4.4: Tính toán kết quả .........................................................................................129 Hình 4.5: Quan hệ giữa thời gian khởi đầu ăn mòn và chiều dày ...............................132 iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học của một số vùng biển trên thế giới .............................. 9 Bảng 1.2: Thành phần hóa học của nước biển vùng phía Bắc Việt Nam .......................9 Bảng 1.3: Yêu cầu tối thiểu về bê tông chống ăn mòn trong môi trường biển theo TCVN 12041:2017 .......................................................................................................14 Bảng 1.4: Giới hạn hàm lượng ion Cl- trong bê tông theo TCVN 12041:2017 ...........14 Bảng 1.5: Quy định về lớp bê tông bảo vệ cốt thép theo TCVN 12041:2017 .............15 Bảng 1.6: So sánh tốc độ ăn mòn với các loại xi măng khác nhau .............................. 28 Bảng 2.1: Hàm lượng clorua tới hạn thêm vào so với khối lượng của xi măng trong bê tông không cacbonat hóa – Trường hợp ion Cl- thêm vào trong quá trình trộn vật liệu .......................................................................................................................................45 Bảng 2.2: Hàm lượng ion Cl- tới hạn so thẩu thấu vào so với khối lượng của xi măng trong bê tông không cacbonat hóa – Trường hợp ion Cl- thẩm thấu vào bê tông cứng .......................................................................................................................................45 Bảng 2.3: Mức độ thấm ion Cl- ...................................................................................52 Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm cường độ nén của đá ....................................................69 Bảng 3.2: Tính chất cơ lý và thành phần hạt của đá Dmax 12.5 .....................................69 Bảng 3.3: Tính chất cơ lý và thành phần hạt của cát vàng ............................................70 Bảng 3.4: Tính chất cơ lý và thành phần xi măng .........................................................71 Bảng 3.5: Chỉ tiêu kỹ thuật Sikacrete PP1 ....................................................................72 Bảng 3.6: Chỉ tiêu kỹ thuật phụ gia Sika ViscoCrete 3000 – 20 ...................................72 Bảng 3.7: Các yếu tố và các mức sử dụng khảo sát ......................................................76 Bảng 3.8: Bố trí thí nghiệm theo phương pháp Taguchi ...............................................76 Bảng 3.9: Xác định độ sụt ban đầu cho hỗn hợp bê tông ..............................................77 Bảng 3.10: Xác định kích thước Dmax của hạt cốt liệu lớn (f’c=60MPa) ......................77 Bảng 3.11: Xác định thể tích đá được đầm chặt trên một đơn vị thể tích bê tông m3/m3 (f’c=60MPa) ..................................................................................................................77 Bảng 3.12: Xác định lượng nước ban đầu cho hỗn hợp bê tông ...................................78 Bảng 3.13: Bảng tổng hợp thành phần BT muội silic sử dụng khảo sát nghiên cứu ....79 Bảng 3.14: Tổng hợp số lượng mẫu thí nghiệm ............................................................ 80 Bảng 3.15: Kết quả thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông muội silic ....82 Bảng 3.16: Bảng giá trị các nhân tố trong thực nhiệm ..................................................84 Bảng 3.17: Bảng kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả theo Taguchi .........................85 Bảng 3.18: Hệ số ảnh hưởng của các biến trong phương trình hồi quy ........................86 Bảng 3.19: Kết quả phân tích phương sai mô hình tương quan ....................................87 Bảng 3.20: Hệ số tương quan của PTHQ cường độ chịu nén .......................................87 Bảng 3.21: So sánh cường độ chịu nén thí nghiệm và cường độ chịu nén dự đoán theo QHTN Taguchi ..............................................................................................................88 Bảng 3.22: So sánh cường độ chịu nén theo QHTN Taguchi và kết quả của S.Kumar, B.Rai .............................................................................................................................. 89 Bảng 3.23: Kết quả thí nghiệm xác định độ thấm ion Cl- của bê tông muội silic .........91 v Bảng 3.24: Bảng kết quả thực nghiệm và xử lý kết quả theo Taguchi .........................92 Bảng 3.25: Hệ số ảnh hưởng của các biến trong phương trình hồi quy ........................93 Bảng 3.26: Hệ số tương quan của PTHQ độ thấm ion Cl- ............................................94 Bảng 3.27: Kết quả phân tích phương sai mô hình tương quan ....................................94 Bảng 3.28: So sánh độ thấm ion Cl- thí nghiệm và độ thấm ion Cl- dự đoán theo QHTN Taguchi ..........................................................................................................................94 Bảng 3.29: Kết quả xác định hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic .............96 Bảng 3.30: Kết quả thí nghiệm đo thể tích lỗ rỗng của bê tông ....................................98 Bảng 3.31: Khối lượng thể tích và thể tích lỗ rỗng của bê tông....................................99 Bảng 3.32: Phân bố độ rỗng theo các cỡ khác nhau trong đá xi măng .......................100 Bảng 3.33: Hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông sau 6 tháng ....................................104 Bảng 3.34: Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion Cl- và phân bố lỗ rỗng................104 Bảng 3.35: Hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông sau 28 ngày và sau 6 tháng ...........105 Bảng 3.36: Các yếu tố liên quan đến độ bền thấm ion Cl- và thể tích lỗ rỗng ............107 Bảng 3.37: Yêu cầu tối thiểu về bê tông chống ăn mòn trong môi trường biển .........109 Bảng 3.38: Yêu cầu độ thấm ion Cl- của bê tông trong vùng phơi nhiễm theo Tiêu chuẩn CSA A23.1/.2-2004 .........................................................................................110 Bảng 4.1: Các đặc trưng khí hậu chỉnh do tại các trạm khí tượng .............................119 Bảng 4.2: Thống kê đặc trung số liệu một số trạm khí tượng ....................................120 Bảng 4.3: So sánh đặc tính cường độ chịu nén, độ bền thấm ion Cl- của bê tông muội silic với yêu cầu sử dụng của kết cấu ở vùng thủy triều .............................................121 Bảng 4.4: Kết quả tính hệ số khuếch tán ion Cl- (D28) ................................................130 Bảng 4.5: Yêu cầu chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu theo TCVN 12041:2017 ..130 Bảng 4.6: Nhiệt độ trung bình theo tháng trong năm ở khu vực Hải Phòng ...............131 Bảng 4.7: Dự báo thời gian khởi đầu ăn mòn của các loại bê tông muội silic theo ....131 Bảng 4.8: Chiều dày lớp bê tông bảo vệ của các loại bê tông muội silic ứng với thiết kế thời gian khởi đầu ăn mòn là 100 năm ........................................................................133 Bảng 4.9: Cấp phối bê tông muội silic đề xuất ứng với thiết kế thời gian khởi đầu ăn mòn đạt 100 năm .........................................................................................................134 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt American Association of State AASHTO Highway and Transportation Officials ACI American Concrete Institute Adj MS Adjusted mean squares Adj SS Adjusted sums of squares Hiệp hội xây dựng đường và vận tải Mỹ Viện bê tông Mỹ Bình phương trung bình hiệu chỉnh Tổng bình phương hiệu chỉnh BTCT Bê tông cốt thép BT Bê tông C Cát Nồng độ ion Cl- ban đầu trong Co bê tông Nồng độ ion Cl- tích lũy trên bề Cs mặt bê tông C (x, t ) Nồng độ ion Cl- tại độ sâu x CKDhq Chất kết dính hiệu quả CKD Chất kết dinh D Hệ số khuếch tán ion ClHệ số khuếch tán ion Cl- của bê D28 tông ở tuổi 28 ngày Hệ số khuếch tán ion Cl- của bê Dt tông tại thời điểm t Đ Đá F-Value Đại lượng thông kê F-Value L Chiều dài mẫu thử m Hệ số ảnh hưởng của thời gian MS Hàm lượng muội silic MShq Hàm lượng muội silic hiệu quả N Lượng nước N/X Tỷ lệ nước trên xi măng N/CKD Tỷ lệ nước trên chất kết dính p Độ rỗng vii P Áp suất P-Value Đại lượng thống kê P-Value PC Portland cement Xi măng Pooc lăng PTHQ Phương trình hồi quy Q Điện lượng thấm ion Cl- QHTN Quy hoạch thực nghiệm R-sq Hệ số tương quan R2 R-sq(adj) Hệ số tương quan R2 hiệu chỉnh RCPT SF SE-Coef Rapid Chloride Permeability Test Silica fume Thí nghiệm thấm nhanh ion ClMuội silic Standard error of the coefficient Sai số chuẩn của hệ số T Nhiệt độ t Thời gian t1 Thời gian khởi đầu ăn mòn t2 Thời gian lan truyền ăn mòn TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam V Thể tích X Xi măng W/N Nước/Chất kết dính Water/Binder xd Chiều dày lớp bê tông bảo vệ Khối lượng riêng viii MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Độ bền của kết cấu bê tông trong môi trường biển là một vấn đề được quan tâm trong nhiều thập kỷ qua, do nước biển có tính xâm thực không chỉ đối với cốt thép mà còn cả đối với bê tông. Các cơ sở hạ tầng vùng ven biển như bến cảng, công trình cầu và các công trình phòng thủ ven biển đều được thiết kế kết cấu với tuổi thọ lâu dài. Bề mặt trái đất được bao phủ bởi khu vực nước tới hơn 71% diện tích, trong đó gần 96,5% là nước biển. Do đó các công trình bê tông được xây dựng trong khu vực ven biển sẽ luôn tiếp xúc trực tiếp hoặc gián tiếp với nước biển, dẫn đến quá trình hư hỏng vật lý và hóa học. Các thành phần của nước biển phản ứng hóa học với các thành phần của bê tông, làm phá hủy kết cấu bê tông. Ngoài ra, bê tông cũng bị hư hỏng do mài mòn, nước biển mang theo cát và phù sa, đặc biệt là ở phần cạn của biển, tiếp xúc với kết cấu và làm mài mòn bề mặt bê tông. Do tầm quan trọng của ngành vận tải biển, khai thác cơ sở hạ tầng trên biển và công nghiệp dầu mỏ, việc xây dựng các công trình như cầu, cảng, sân bay,… gia tăng đáng kể trong những năm gần đây. Mặc dù bê tông là một vật liệu được cho là có độ bền cao, nhưng vẫn có một số yếu tố làm hư hỏng kết cấu bê tông trong thời gian sử dụng, làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của công trình. Trên thế giới trong những năm 1970, các công trình xây dựng ngành công nghiệp dầu khí ngoài khơi ngày càng tăng đã khởi đầu cho các nghiên cứu về độ bền ăn mòn kết cấu bê tông. Tuy nhiên mãi đến năm 2005, Hà Lan mới bắt đầu một chương trình nghiên cứu tập thể, thực hiện dưới sự giám sát của Ủy ban B23 của CUR. Nghiên cứu này đã thực hiện khảo sát sáu mươi kết cấu ở nhiều độ tuổi khác nhau và năm trong số đó được xem xét ở mức độ chi tiết hơn. Nguyên nhân lớn nhất ảnh hưởng tới độ bền kết cấu bê tông được phát hiện là sự ăn mòn của cốt thép do xâm nhập ion Cl-, chủ yếu trong các kết cấu cũ với lớp bê tông bảo vệ tương đối thấp đối [Wiebenga 1980]. Vào những năm 1990, một nhóm các nhà nghiên cứu Châu Âu đã phát triển một phương pháp luận để thiết kế tuổi thọ định lượng của kết cấu bê tông, mang tên ―DuraCrete‖, dựa trên cách tiếp cận được đề xuất vào những năm 1980 [Siemes và các cộng sự 1983]. Báo cáo cuối cùng của DuraCrete bao gồm các mô hình dự đoán sự bắt đầu ăn mòn do sự xâm nhập của ion Cl- và do quá trình cacbonat hóa cũng như các mô hình để lan truyền sự ăn mòn, nứt và bong tróc tiếp theo [DuraCrete R17, 2000]. Sử dụng phương pháp DuraCrete có thể đo độ tin cậy của một cấu trúc đối với các trạng thái giới hạn xác định trước liên quan đến độ bền [Vrouwenvelder & Schiessl 1999]. Cách tiếp cận định lượng mới này và sự sẵn có của các kỹ thuật điều tra mới như phương 1 pháp điện hóa và sử dụng kính hiển vi điện tử quét cấu trúc của bê tông đã thúc đẩy CUR và TNO bắt đầu điều tra độ bền trong môi trường biển vào năm 2000 với tiêu đề ―Độ bền của kết cấu bê tông biển‖ (DuMaCon). Mục tiêu của nó là đo độ bền của các công trình biển ở Hà Lan, cung cấp các mô hình xuống cấp và xác suất hư hỏng liên quan cho các công trình biển hiện có [113]. Nghiên cứu về độ bền bê tông thực tế trong môi trường biển rất khó, đòi hỏi nhiều công cụ, thiết bị,…Tuy nhiên, điều kiện môi trường biển có thể được mô phỏng trong phòng thí nghiệm để thực hiện thí nghiệm trên các mẫu thử. Độ bền ăn mòn trong môi trường biển của một số mẫu bê tông trong điều kiện thủy triều ở các bờ biển Nhật Bản đã được báo cáo vào cuối thế kỷ 20 [123]. Ngoài ra, ở I.R.Iran độ bền của các mẫu bê tông trong các điều kiện khác nhau ở Vịnh Ba Tư đã được Trung tâm Nghiên cứu Xây dựng và Nhà ở (BHRC) nghiên cứu vào năm 2006 [109]. Việt Nam là quốc gia có hơn 3.200 km bờ biển. Trước yêu cầu cấp thiết của công cuộc xây dựng và bảo vệ biển đảo, Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm đến sự phát triển kinh tế - xã hội các vùng ven biển, hải đảo với nhiều chính sách ưu tiên phát triển, trong đó có cơ sở hạ tầng. Việc lựa chọn vật liệu, đặc biệt là vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng, ở vùng biển và khu vực ven biển rất quan trọng và có ý nghĩa lớn. Sử dụng vật liệu phù hợp và chú trọng đến các biện pháp bảo vệ thích hợp thì tuổi thọ của công trình sẽ được nâng lên đáng kể. Từ đó, có thể giảm bớt các chi phí duy tu bảo dưỡng hàng năm, cho phép khai thác triệt để tính năng sử dụng của vật liệu và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Thực tế cho thấy, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng ở vùng biển hoặc ven biển chủ yếu là giải quyết bài toán nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong các kết cấu xây dựng, thông qua việc sử dụng những vật liệu mới, phụ gia mới góp phần tăng cường độ bền cho bê tông. Từ những phân tích trên, Nghiên cứu sinh lựa chọn đề tài “Nghiên cứu bê tông có độ bền ăn mòn cao sử dụng muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam” nhằm nghiên cứu, phân tích và thí nghiệm loại bê tông sử dụng phụ gia muội silic để tăng cường độ bền chống thấm ion Cl- cho kết cấu bê tông ở khu vực biển. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Thiết kế, chế tạo thành phần bê tông muội silic theo quy hoạch thực nghiệm, qua đó xác định mối quan hệ giữa tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic với cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl-. Từ đó xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền chống thấm ion Cl-. 2 - Xác định sự thay đổi thể tích lỗ rỗng của bê tông theo thời gian và phân tích ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng tới độ bền của bê tông muội silic. - Đánh giá thời gian khởi đầu ăn mòn đối với kết cấu bê tông muội silic và bê tông xi măng Poóc lăng thường ở môi trường biển. Ứng dụng thiết kế cấp phối bê tông muội silic cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam nhằm đạt được thời gian khởi đầu ăn mòn cao. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tƣợng nghiên cứu Bê tông sử dụng phụ gia khoáng muội silic để xây dựng các công trình ở khu vực biển (môi trường xâm thực mạnh). 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Bê tông sử dụng phụ gia muội silic đạt yêu cầu về cường độ cao (cường độ đặc trưng >60 MPa) và độ thấm ion Cl- thấp (<1000 Cu lông) sử dụng ở khu vực biển.. - Thời gian khởi đầu ăn mòn của kết cấu công trình chịu tác động của hiện tượng ăn mòn do ion Cl- gây ra ở khu vực thủy triều lên xuống. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước về độ bền bê tông và ăn mòn bê tông; bê tông muội silic và ứng dụng trong xây dựng các kết cấu, công trình trong khu vực biển. Phân tích các yếu tố của môi trường khu vực biển ảnh hưởng đến độ bền thấm ion Cl- của bê tông muội silic. Qua đó phân tích, đánh giá sự hiệu quả về vấn đề kinh tế, kỹ thuật, môi trường để lựa chọn cấp phối phù hợp. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu đã tiến hành thiết kế, lập kế hoạch thí nghiệm theo phương pháp quy hoạch thực nghiệm. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl- và hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông. Qua đó phân tích kết quả và xác định được mối liên hệ giữa hệ số khuếch tán ion Cl-, cường độ chịu nén và các tham số (tỷ lệ N/CKD; hàm lượng muội silic thay thế) trong thành phần bê tông muội silic. Xây dựng phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền thông qua phương trình xác định tỷ lệ N/CKD và hàm lượng muội silic từ độ thấm ion Cl-, cường độ chịu nén theo yêu cầu. Kết quả được sử dụng để thiết kế, đề xuất cấp phối bê tông muội silic tối ưu sử dụng trong khu vực biển Hải Phòng đáp ứng yêu cầu về cường độ và độ bền thấm ion Cl-. Thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion Cl- bằng phương pháp điện di ở thời điểm 6 tháng, từ đó đánh giá sự thay đổi về hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông theo thời gian. Bên cạnh đó, luận án sử dụng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) và phân tích thể 3 tích, kích cỡ lỗ rỗng Barrett-Joyner-Halenda (BJH) để xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông ở dải kích thước nanomet. Từ đó đánh giá được sự ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng đến độ bền của bê tông muội silic. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 5.1. Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu được ảnh hưởng của các yếu tố thành phần (tỷ lệ N/CKD, hàm lượng muội silic) tới độ bền của bê tông muội silic (cường độ chịu nén, độ thấm ion Cl-, hệ số khuếch tán ion Cl-). Thiết lập được mối quan hệ giữa các yếu tố thành phần và cường độ chịu nén, hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic. Qua đó đề xuất xây dựng phương pháp thiết kế bê tông muội silic có xét đến độ bền thấm ion Cl-. - Xác định được thể tích lỗ rỗng của bê tông tới kích cỡ nanomet bằng phương pháp đẳng nhiệt hấp phụ - khử hấp phụ N2 (BET) và phân tích thể tích, kích cỡ lỗ rỗng Barrett-Joyner-Halenda (BJH). Từ đó đánh giá được sự ảnh hưởng của thể tích lỗ rỗng đến độ bền của bê tông muội silic. - So sánh hệ số khuếch tán ion Cl- của bê tông muội silic ở thời điểm 28 ngày và 6 tháng tuổi. Từ đó phân tích được ảnh hưởng của thời gian và sự thay đổi của thể tích lỗ rỗng tới hệ số khuếch tán ion Cl-. - Đề xuất 02 cấp phối bê tông muội silic đáp ứng thời gian khởi đầu ăn mòn là 100 năm cho kết cấu công trình ở môi trường biển Việt Nam. 5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Kết quả nghiên cứu thực nghiệm về hệ số khuếch tán ion Cl-, cường độ chịu nén trong thiết kế thành phần bê tông muội silic có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu ứng dụng rộng rãi bê tông muội silic. - Thí nghiệm đo hệ số khuếch tán ion Cl- được thực hiện bằng 02 phương pháp, trong đó có phương pháp điện di nhanh xác định trực tiếp hệ số khuếch tán ion Cl- và phương pháp xác định thể tích lỗ rỗng của bê tông là những phương pháp ít được sử dụng đã được đưa vào nghiên cứu. - Luận án đã đề xuất phương pháp thiết kế thành phần bê tông muội silic có xét đến độ bền (chống xâm nhập ion Cl-). Qua đó góp phần hoàn thiện phương pháp thiết kế thành phần bê tông trong môi trường biển. - Luận án với nhiều số liệu thí nghiệm, phương pháp thí nghiệm, góp phần khẳng định hiệu quả trong việc tăng cường tính chất độ bền thấm ion Cl- và cường độ chịu nén của bê tông sử dụng muội silic. - Với việc tận dụng nguồn vật liệu muội silic từ sản phẩm công nghiệp, việc nghiên cứu ứng dụng bê tông muội silic còn góp phần giảm ô nhiễm môi trường, tăng hiệu quả kinh tế kỹ thuật cho việc xây dựng các công trình hạ tầng giao thông khu vực 4 biển. Hơn nữa, góp phần giảm chi phí duy tu, sửa chữa, bảo trì các công trình bê tông cốt thép bị ăn mòn trong khu vực biển. 6. Bố cục Luận án Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan về bê tông có độ bền ăn mòn cao trong môi trường biển. Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết đánh giá độ bền của bê tông muội silic Chƣơng 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố thành phần tới độ bền của bê tông muội silic. Chƣơng 4: Ứng dụng thiết kế bê tông muội silic cho kết cấu trụ cầu ở khu vực biển Hải Phòng. Kết luận – Kiến nghị Danh mục công trình của tác giả Tài liệu tham khảo 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG CÓ ĐỘ BỀN ĂN MÕN CAO TRONG MÔI TRƢỜNG BIỂN Việt Nam là quốc gia có hơn 3200 km bờ biển, trước yêu cầu cấp thiết của công cuộc xây dựng và bảo vệ biển đảo, Đảng và Nhà nước đặc biệt quan tâm đến sự phát triển kinh tế - xã hội các vùng ven biển, hải đảo với nhiều chính sách ưu tiên phát triển, trong đó có cơ sở hạ tầng. Việc lựa chọn vật liệu, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng ở vùng biển và khu vực ven biển rất quan trọng và có ý nghĩa lớn. Sử dụng vật liệu phù hợp có chú trọng đến các biện pháp bảo vệ thích hợp thì tuổi thọ của công trình sẽ được nâng lên đáng kể. Từ đó, có thể giảm bớt các chi phí tu bổ sửa chữa hàng năm, cho phép khai thác triệt để tính năng sử dụng của vật liệu và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Thực tế cho thấy, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng, nhất là các công trình vùng biển hoặc ven biển, chủ yếu là giải quyết bài toán nâng cao khả năng chống ăn mòn cho bê tông trong các kết cấu xây dựng. Để có thể làm được điều đó, trước hết phải nắm vững về các quá trình ăn mòn, lựa chọn vật liệu phù hợp (thành phần bê tông, phụ gia sử dụng). Ngoài ra trong quá trình tính toán, thiết kế phải xét đến yếu tố độ bền của công trình trong điều kiện thực tế của Việt Nam. Trên thế giới cũng như ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu về ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển. Tuy nhiên hiện tại vẫn tồn tại những ý kiến khác nhau về bản chất của quá trình ăn mòn. Điều này có thể hiểu được do quá trình này diễn ra chậm và theo những cơ chế khác nhau. Các kết quả thí nghiệm nhanh chưa diễn tả đúng bản chất của hiện tượng phá hủy kết cấu trong thực tế. Theo K.Mehta , ăn mòn trong môi trường biển được chia làm ba vùng chính [99]: + Vùng thường xuyên ngập nước: bao gồm các bộ phận kết cấu ngập hoàn toàn trong nước biển. + Vùng thủy triều lên xuống (gồm cả phần sóng đánh): bao gồm các bộ phận kết cấu làm việc ở vị trí giữa mực nước thuỷ triều lên xuống thấp nhất và cao nhất, tính cả phần bị sóng đánh vào. + Vùng khí quyển trên biển và ven biển: bao gồm các bộ phận kết cấu làm việc trong vùng không khí trên biển và ven biển vào sâu trong đất liền tới 20 km. Ba vùng chính của môi trường biển có ảnh hưởng tới ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép được mô tả dưới Hình 1.1 dưới đây. Có thể thấy rằng, để bảo vệ cả ―kết cấu bê tông cốt thép‖ thì chất lượng lớp bê tông bảo vệ có vai trò rất quan trọng. Trong điều kiện lý tưởng, nếu tạo ra được một lớp bê tông đặc tuyệt đối, không có lỗ rỗng, các thành phần gây hại không có cơ hội xâm nhập vào, thì quá trình ăn mòn sẽ gần như không xuất hiện. Trên thực tế, nếu lớp bê tông bảo vệ có độ đặc chắc càng cao, thì hiện tượng ăn mòn sẽ càng được hạn chế với cả bê tông và cốt thép. 6 Hình 1.1. Sơ đồ mô tả tác động phá hủy bê tông ở các vùng khác nhau [99] Vì những lý do đó mà mục tiêu của Chương I là tập trung tìm hiểu về bản chất, cơ chế ăn mòn bê tông cốt thép trong môi trường nước biển, tình hình nghiên cứu về ăn mòn bê tông cốt thép trên thế giới. Từ đó, đề xuất giải pháp sử dụng vật liệu mới, kết cấu mới để nâng cao tuổi thọ của các công trình sử dụng bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực mạnh bởi nước biển. 1.1. Khái quát về ảnh hƣởng của môi trƣờng biển tới độ bền bê tông 1.1.1. Khái niệm về môi trƣờng biển Bê tông được xem là vật liệu đá nhân tạo, có tính bền vững cao, không bị phân hủy hay cháy nổ. Các công trình bê tông, bê tông cốt thép trong những môi trường có tính xâm thực cao, chịu tác động của các yếu tố môi trường (nắng, mưa, gió, bão, nhiệt độ, axit, các chất hòa tan trong nước ngầm…). Theo thời gian xảy ra hiện tượng ăn mòn, phá hủy bê tông, gây suy giảm khả năng làm việc, tuổi thọ của công trình sử dụng vật liệu bê tông cốt thép. Môi trường biển có chứa rất nhiều các yếu tố gây tác động xấu đến chất lượng, độ bền của bê tông, gây suy giảm tuổi thọ của các công trình. Theo kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu trong nước như Viện KHCN Xây dựng [24] [40], Viện Khoa học Thủy lợi [2][41], Viện KHCN GTVT [43]…tình trạng suy giảm tuổi thọ công trình bê tông, bê tông cốt thép làm việc trong môi trường biển là rất đáng lo ngại. Thực tế có hơn 50% bộ phận kết cấu bê tông, bê tông cốt thép bị ăn mòn, hư hỏng nặng hoặc bị phá hủy chỉ sau 10-30 năm sử dụng. Hầu hết các kết cấu này trong quá trình làm việc đều tiếp xúc với môi trường không khí và nước biển [17]. Giữa vật liệu và môi trường luôn xảy ra các tác động qua lại. Tác động xâm thực của môi trường biển tới độ bền công trình bê tông, bê tông cốt thép chủ yếu như sau: 7 - Quá trình cacbonat hóa làm giảm độ pH của bê tông theo thời gian, làm vỡ màng thụ động có tác dụng bảo vệ cốt thép, đẩy nhanh quá trình ăn mòn cốt thép dẫn đến phá hủy kết cấu. - Quá trình thấm ion SO42- vào bê tông, tương tác với các sản phẩm thủy hóa của xi măng tạo ra khoáng ettringit trương nở thể tích gây phá hủy kết cấu. - Quá trình khuếch tán oxi, ion clo và hơi ẩm vào bê tông trong điều kiện nhiệt độ không khí cao gây ăn mòn cốt thép. - Quá trình ăn mòn vi sinh vật, ăn mòn cơ học do sóng, ăn mòn rửa trôi.  Phân loại môi trƣờng biển Tùy thuộc vào hướng tiếp cận mà chúng ta có thể phân loại môi trường biển theo nhiều cách khác nhau. Trong định hướng của luận án này, môi trường biển có thể được phân loại theo sự tương tác của chúng đối với các kết cấu bê tông. Theo đó, môi trường biển có thể được phân loại thành ba loại như sau: khu vực ngập trong nước biển; khu vực chịu sóng, thủy triều; khu vực trên mực nước biển.  Khu vực ngập trong nước biển: Đây là khu vực mà kết cấu ngập dưới mực nước thủy triều, luôn chìm trong nước biển, chủ yếu dễ bị xâm hại hóa học bởi các thành phần Mg2+ và SO42- trong nước biển. Ở khu vực này thiếu oxi hòa tan, dẫn đến sự hạn chế của quá trình khuếch tán ion Cl-, vì vậy mức độ ăn mòn của kết cấu tại khu vực này thường ít hơn so với các khu vực khác. Tuy nhiên, các kết cấu trong khu vực này phải chịu ảnh hưởng bởi áp suất thủy tĩnh của nước, sự phá hoại của vi sinh vật và đặc biệt là sự xâm thực của nước biển.  Khu vực chịu sóng, thủy triều: Đây là khu vực giữa mực nước thủy triều thấp và cao. Tại khu vực này, kết cấu bê tông liên tục trải qua các chu kỳ ướt và khô, kết hợp với lực hút mao dẫn làm gia tăng việc khuếch tán ion clo vào kết cấu, từ đó gây ra sự ăn mòn với cốt thép trong kết cấu. Khu vực này cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi tác động của băng giá, sự mài mòn cơ học từ môi trường (sóng đánh, tác động của cát, đá, sỏi …) dẫn đến sự nứt vỡ, ăn mòn và giảm khả năng làm việc của kết cấu.  Khu vực trên mực nước biển: Khu vực tiếp xúc với không khí trên mức thủy triều. Ở khu vực này, bê tông cốt thép rất dễ bị ăn mòn cốt thép do ion Cl- gây ra dẫn đến sự xuất hiện của các vết nứt và gây ra sự suy giảm khả năng làm việc của kết cấu. Các công trình, kết cấu bê tông cốt thép trong khu vực này chiếm 70% trong các kết cấu vùng biển đã xây dựng ở nước ta. 1.1.2. Các đặc trƣng của môi trƣờng biển trên thế giới và Việt Nam  Trên thế giới 8