Tài liệu Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài “Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Phạm Toàn Đức giảng viên khoa Xây dựng trường đại học Hải Phòng. Luận văn được hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy về sự giúp đỡ to lớn này. Cảm ơn các thầy cô giáo khoa công trình trường Đại học Hàng Hải, cảm ơn các tác giả của các đề tài đã nghiên cứu và được công bố về giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép công biển dưới tác động của môi trường. Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình./. Hà Nội, ngày 05 tháng 09 năm 2015. Tác giả Nguyễn Văn Ngân 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Văn Ngân. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Văn Ngân 2 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................i LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................ii MỤC LỤC................................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................................vi DANH MỤC BẢNG BIỂU.......................................................................................x DANH MỤC VIẾT TẮT..........................................................................................xi MỞ ĐẦU...................................................................................................................1 1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................1 2. Mục đích của đề tài..............................................................................................2 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu............................................................2 4. Nội dung luận văn...............................................................................................2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM...........................4 1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới.............4 1.1.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới..........................4 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới........5 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam..............8 1.2.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam...........................8 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam.........9 CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN.....................................................................15 2.1 Hiện tượng ăn mòn các công trình biển..........................................................15 2.2 Ăn mòn bê tông.............................................................................................16 2.2.1 Ăn mòn hóa học của bê tông.........................................................................17 2.2.2 Ăn mòn vật lý của bê tông............................................................................22 2.3 Ăn mòn cốt thép............................................................................................23 2.4 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển...................................................................26 2.5 Kết luận chương 2.........................................................................................30 3 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA NƯỚC, KHÔNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG..............................................................31 3.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm........................................................................32 3.1.1 Cơ sở thành lập đề cương thí nghiệm...........................................................32 3.1.2 Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm........................................................................32 3.1.3 Chuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm..................................................35 3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông.........................................................36 3.2.1 Nguyên lý tính độ thẩm khí...........................................................................36 3.2.2 Quy trình thí nghiệm.....................................................................................36 3.2.3 Kết quả và thảo luận......................................................................................38 3.2.4 Kết luận về kết quả đo độ thấm khí của bê tông...........................................48 3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông......................................................49 3.3.1 Nguyên lý tính toán độ thấm nước................................................................49 3.3.2 Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nước.........................................................49 3.3.3 Kết quả và thảo luận......................................................................................51 3.3.4 Kết luận về kết quả đo độ thấm nước của bê tông........................................58 3.4 Tương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê tông khi bê tông bị phá hủy..............................................................................................................58 3.5 Đánh giá ảnh hưởng của độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ của các công trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông..........................................................62 3.5.1 Đánh giá tuổi thọ công trình giao thông thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt thép có nguyên nhân từ sự khuếch tán clorua vào bê tông.........................................62 3.5.2 Đánh giá tuổi thọ công trình thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt thép do khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông.................69 3.6 Kết luận chương 3.........................................................................................74 CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH BIỂN THÔNG QUA ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG..........77 4.1 Thay đổi thành phần khoáng của Xi Măng........................................................77 4.2 Nâng cao độ đặc của bê tông............................................................................78 4.3 Biến đổi các sản phẩm thủy hóa........................................................................79 4.4 Cốt liệu dùng cho bê tông................................................................................80 4 4.5 Nước cho bê tông.............................................................................................85 4.6 Phụ gia cho bê tông..........................................................................................86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................89 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................91 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Hình 1.8 Hình 1.9 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Hình 2.6 Hình 2.7 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Tên hình vẽ Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi Cảng Thương vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy điện Hòa Bình Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2 – Hải Phòng Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến Tre Ca(OH)2 trong bê tông phản ứng với CO2 ngoài không khí để tạo CaCO3 Vữa xi măng bị dãn nở tạo ra một khe hở được tạo ra giữa cốt liệu và vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông Ăn mòn bê tông ở các vùng biển Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông Khuôn đúc các mẫu thí nghiệm Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 6 Trang 6 7 7 12 12 13 13 13 14 14 16 18 21 23 24 27 33 33 34 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ khoét lỗ ở tâm Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm ở các cấpứng suất khác nhau (T= 25oC) Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60oC) Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105oC) Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150oC) Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở các nhiệt độ khác nhau Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/Ko theo ứng suất trong bê tông Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hòa nước của bê Hình 3.14 tông Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước của bê tông trong phòng Hình 3.16 thí nghiệm Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 và P2) theo áp lực nước Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối Hình 3.20 σ/σmax Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối Hình 3.21 σ/σmax Tương quan giữa độ thấm khí và độ khuyếch tán clorua khi bê Hình 3.22 tông bị Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân Hình 3.23 tán của 7 37 37 41 41 42 42 43 45 46 47 48 50 50 51 51 54 56 57 59 60 Hình 3.24 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy của bê tông Hình 3.25 Suy giảm của độ khuếch tán clorua theo thời gian Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ công trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ Hình 3.27 Gia tăng của nồng độ clorua bề mặt theo thời gian Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông cốt thép theo bề dày lớp Hình 3.28 bê tông bảo vệ Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực theo bề dày lớp Hình 3.29 bê tông bảo vệ Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công Hình 3.30 trình bê tông cốt thép Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công Hình 3.31 trình bê tông DƯL Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau Hình 3.32 5 năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy Hình 3.33 sau 5 năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau Hình 3.34 5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy Hình 3.35 sau 5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau Hình 3.36 5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy Hình 3.37 sau 5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 8 60 61 65 67 68 68 70 70 71 72 72 73 73 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU 9 DANH MỤC VIẾT TẮT Tên viết tắt XM BT BTCT BT & BTCT TCVN TCXD TCN VLXD VKHCNXD VKHCNGTVT TP.HCM Ý nghĩa Xi măng Bê tông Bê tông cốt thép Bê tông và bê tông cốt thép Tiêu chuẩn Việt Nam Tiêu chuẩn xây dựng Tiêu chuẩn nghành Vật liệu xây dựng Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh 10 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bê tông cốt thép đã được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Cho đến nay bê tông, bê tông cốt thép vẫn là nguồn vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, bê tông côt thép đã và đang được sử dụng rất rộng rãi, chất lượng và tuổi thọ của bê tông đã được nghiên cứu và nâng cao nhiều. Qua tổng kết đánh của các quốc gia trên thế giới thì độ bền thực tế của các công trình bê tông như sau: Trong môi trường không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100 năm. Trong môi trường có tính xâm thực mạnh như các vùng ven biển, độ ẩm lớn, dưới nước… xẩy ra hiện tượng ăn mòn bê tông cốt thép dẫn đến làm nứt vỡ và phá hủy kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất phát sau 10 đến 30 năm sử dụng. Qua thực tế các công trình giao thông thủy lợi ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới, các công trình bê tông và BTCT sau một thời gian đưa vào sử dụng đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình giao thông, thủy lợi như: trụ cầu giao thông, dầm cầu giao thông, cống thủy lợi, đê biển…, đã bị môi trường xâm thực rất mạnh, làm ăn mòn bê tông và cốt thép phá hủy kết cấu của công trình gây tổn thất rất lớn. Vì vậy nghiên cứu tìm ra được các cơ chế ăn mòn BT & BTCT dưới tác động của môi trường và đưa ra các giải pháp khắc phục tình hình ăn mòn BT & BTCT công trình biển là hết sức cần thiết. Đề tài: “Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông” được đề xuất nhằm đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và nâng cao chất lượng bê tông và bê tông cốt thép. 2 2. Mục đích của đề tài: Nghiên cứu cơ chế ăn mòn của bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường. Đánh giá mức độ ăn mòn phá hủy của bê tông và BTCT dưới tác động của môi trường để đưa ra các biện pháp giảm thiểu khả năng ăn mòn, xâm thực của bê tông và BTCT. 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu Sưu tập, nghiên cứu các các tài liệu trong và ngoài nước đang được áp dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam, trong đó có chú ý tới các nội dung có liên quan tới bê tông tự lèn để lựa chọn hướng nghiên cứu, phương pháp hợp lý áp dụng cho điều kiện Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu bao gồm: Phương pháp lý thuyết và phương pháp thực nghiệm. * Phương pháp lý thuyết: + Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp phân tích tình hình ăn mòn trong và ngoài nước. Lựa chọn một số phương pháp để đánh giá tình hình ăn mòn BT & BTCT công trình thủy lợi và đưa ra giải pháp khắc phục ăn mòn BT & BTCT công trình thủy lợi phù hợp với điều kiện Việt Nam. * Phương pháp thực nghiệm: + Xác định các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT công trình biển như: độ thấm khí, thấm nước của Bê tông (Tiêu chuẩn Việt Nam & Tiêu chuẩn một số nước) + Tương quan giữa độ khuếch tán ion Cl- và độ thấm khí của bê tông khi bê tông bị phá hủy. Đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT theo tiêu chuẩn Việt Nam của phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng LAS-XD630. 4. Nội dung nội văn Luận văn có kết cấu gồm 04 chương Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT trên thế giới và ở Việt Nam 3 Chương 2: Phân tích cơ chế ăn mòn BT & BTCT trong công trình biển Chương 3: Kết quả thực nghiệm độ thẩm thấu của nước, không khí và ion CL qua bê tông dưới tác động của tải trọng & nhiệt độ môi trường. Chương 4: Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 1.1.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới Tình hình phát triển sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và sản xuất sản phẩm bê tông xi măng, bê tông cốt thép nói riêng: ở những thế kỉ trước ít phát triển, tốc độ xây dựng chậm. Những năm 30 ÷ 40 của thế kỉ XIX công nghiệp sản xuất xi măng poóclăng ra đời đã tạo ra một bước chuyển biến cơ bản trong xây dựng. Cho đến những năm 70 ÷ 80 của thế kỷ XX bê tông cốt thép mới được sử dụng nhiều trong lĩnh vực xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện... Loại vật liệu này có nhiều tính ưu việt đã phát triển nhanh chóng và chiếm vị trí quan trọng trong các loại vật liệu xây dựng. Trong quá trình nghiên cứu và thực tiễn sử dụng người ta ngày càng hoàn thiện các phương pháp tính toán kết cấu, ngày càng phát huy được tính ưu việt và hiệu quả sử dụng chúng. Những năm đầu thế kỷ XX cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn ra đời. Việc sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn bằng thủ công đã dần được thay thế bằng các các phương pháp cơ giới. Việc nghiên cứu thành công dây chuyền công nghệ sản xuất các cấu kiện bê tông cốt thép và được đưa vào sản xuất đã tạo điều kiện ngày càng nhiều các nhà máy cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn. Những thập niên vừa qua, các thành tựu về nghiên cứu, lý luận cũng như về các phương pháp tính toán bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới ngày càng thúc đẩy nghành công nghiệp sản xuất cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn phát triển. Đặc biệt là thành công của việc nghiên cứu bê tông cốt thép ứng suất trước và ứng dụng nó vào sản xuất cấu kiện bê tông là một thành tựu hết sức to lớn. Nó cho phép tận dụng tốt các ưu điểm của bê tông mác cao với cốt thép cường độ cao tiết kiệm được bê tông, cốt thép. Nhờ đó có thể thu nhỏ kích thước cấu kiện, giảm nhẹ được 5 khối lượng, nâng cao khả năng chịu lực và khả năng chống nứt của cấu kiện bê tông cốt thép. Ngày nay ở những nước phát triển, cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật thì việc công nghiệp hoá nghành xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện, cơ giới hoá thi công, lắp ghép cấu kiện bằng bê tông tông cốt thép và bê tông ứng suất trước cũng được nghiên cứu, phát triển và được sử dụng rộng rãi. Đặc biệt là trong ngành xây dựng dân dụng và công nghiệp, với các cấu kiện đúc sẵn ngày càng phong phú đa dạng như: cột điện, dầm mái, dàn mái, ống nước, panen, cọc móng… đáp ứng đầy đủ và kịp thời các đòi hỏi của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày nay. 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới Kể từ báo cáo đầu tiên vào năm 1920 tại Hội nghị hằng hải Quốc tế [6] cho tới nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về vấn đề ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường. Xung quanh cơ chế phá hủy bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường còn nhiều điều bàn luận, đặc biệt là bản chất sự ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường . Lý do là có nhiều yếu tố xâm thực tác động theo các cơ chế khác nhau. Quá trình ăn mòn lại diễn ra chậm do vậy các kết quả thí nghiệm nhanh nếu có mô phỏng thường không lột tả đúng bản chất phá hủy trong thực tế. Trên con đường xác định bản chất ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường nước ta đã phải khảo sát rất nhiều công trình thực tế bị hư hỏng. Năm 1980, trong báo cáo của mình tại hội nghị khoa học đầu tiên về độ bền lâu của công trình biển ở New Brunswick [8], K.Mehta đã trích dẫn kết quả khảo sát thực tế trên nhiều công trình đã tồn tại từ 60 ÷ 100 năm trong môi trường biển. Thực tế chỉ ra rằng chủ yếu hư hỏng do ăn mòn cốt thép, nhất là vùng nước lên xuống. Đối với bê tông có phát hiện thấy hiện tượng mềm hóa khi có hàm lượng xi măng thấp. Một số trường hợp bê tông nứt bề mặt, nguyên nhân đa phần là do phản ứng kiềm- silic hoặc nứt vì các lý do khác. Trong thành phần bê tông lâu năm ở biển có xác định một số sản phẩm ăn mòn như aragonite, brucite, ettringite, 6 magnesium silicat hydrate,… Tuy vậy ở một số công trình, bê tông còn giữ được chất lượng cao sau nhiều năm ở biển (70 năm), mặc dù được chế tạo từ xi măng poóclăng với hàm lượng C3A tới 14,9%. Trong hội nghị khoa học về công trình biển lần thứ 2 vào năm 1988[9] K.Mehta tiếp tục đưa ra những dẫn chứng khác về sự ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển. Bản chất hiện tượng không có gì khác biệt so với các lần trước. Odd E.Gjorv trong tài liệu [7] đã tổng kết nhiều kết quả khảo sát chất lượng các công trình biển ở Nauy và cũng đưa ra kết luận phần lớn nguyên nhân hư hỏng là do rỉ cốt thép. Có nhiều kết cấu sau 70 ÷ 80 năm sử dụng vẫn còn ở tình trạng tốt nếu được thiết kế hợp lý và thi công chuẩn xác. Tại Nhật Bản, Sh.Toyama và Y.Ishii[10] đã công bố kết quả khảo sát 494 cấu kiện đơn lẻ trên các cảng biển ở Nhật bản. Rất nhiều kết cấu bị ăn mòn cốt thép dẫn tới nứt vỡ bê tông bảo vệ. Hàm lượng ion Cl- trong bê tông rất cao. Hình 1.1: Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ Hình 1.2 Hình 1.3 7 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi Tại Nga việc nghiên cứu về độ bền của bê tông và bê tông cốt thép đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Theo V.M. Moskvin, công trình của Vica “nghiên cứu nguyên nhân hóa học phá hủy và các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn của các chất kết dính rắn trong nước” là công trình nghiên cứu khoa học đầu tiên về ăn mòn. Những năm đầu của thế kỷ XX viện nghiên cứu độ bền các công trình thủy lợi biển của Nga do những kỹ sư xây dựng nổi tiếng như A.R. Shuliachenko, V.I. Charnomski đã khảo sát những công trình bê tông và bê tông cốt thép tại các hải cảng châu Âu và Nga. Họ đã đi đến kết luận rằng bằng xi măng poóclăng không thể chế tạo bê tông cốt thép bền vững trong môi trường biển. Sự nâng cao độ đặc bê tông chỉ có thể mang lại tuổi thọ cho các công trình từ 20 ÷ 30 năm. Những nghiên cứu về sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trong các xí nghiệp công nghiệp được thực hiện vào đầu thế kỷ XX như công trình nghiên cứu của E.Rabal’d. Đặc biệt là công trình nghiên cứu của A.A Bajkov là công trình nghiên cứu có giá trị lớn trong lĩnh vực này. Ông đã phân tích nguyên nhân gây ăn mòn bê tông và những biện pháp áp dụng trong thực tế chống ăn mòn. Kavatosi trong công trình nghiên cứu của mình đã đưa ra loại phụ gia tổng hợp siêu dẻo (Furylacol Ca(NO3)2) để chế tạo vữa bền trong môi trường chịu tác động xâm thực của các muối gây ăn mòn. G.Bachacốp trong một công trình khác đã công bố việc sử dụng dầu nhựa thông với hàm lượng 0,15% đề chế tạo vữa và bê tông có khả năng chống ăn mòn cao. Các nghiên cứu đều có kết luận thống nhất về nguyên nhân ăn mòn là do các sản phẩm hủy hóa của xi măng bị tan vào môi trường hoặc tác dụng với các muối, axit có trong môi trường tạo ra những hợp chất có tính tan mạnh hoặc nở thể tích gây nên sự phá hủy kết cấu nội bộ các công trình. Các công trình nghiên cứu cũng đánh giá được hiệu quả của các biện pháp chống ăn mòn: Dùng phụ gia vô cơ hoạt tính, dùng xi măng đặc biệt…Các bình luận về nguyên nhân gây ăn mòn và giới hạn độ bền của kết cấu bê tông và bê tông cốt thép dùng trong các môi trường này vẫn còn nhiều vấn đề phải tranh cãi kéo dài cho đến nay. 8 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 1.2.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam Trong những năm qua nền kinh tế nước ta đã phát triển một cách mạnh mẽ. Từ những thành tựu phát triển kinh tế đó và nhu cầu của con người càng được cao như nhu cầu về nhà ở, nhà làm việc, giao thông đi lại, điện nước sinh hoạt, các công trình phúc lợi…Những năm gần đây đi đôi với việc phát triển nhanh chóng bê tông và bê tông cốt thép được sử dụng rộng rãi trong các ngành xây dựng dân dụng công nghiệp, giao thông vận tải và đặc biệt là trong thủy lợi, thủy điện bê tông và bê tông cốt thép khối lớn được dùng rất nhiều. Song song với việc trên việc khí hậu toàn cầu thay đổi tác động vào nước ta là rất lớn như thủy triều dâng ở TP. HCM, thiên tai bão lũ, sạt lở ở các tỉnh miền Trung … đòi hỏi phải có những công trình bảo vệ tài sản và tính mạng của người dân thì bê tông và bê tông cốt thép được dùng ngày càng nhiều hơn. Việt Nam là một nước đang trong giai đoạn phát triển với dân số gần 80 triệu dân, tiềm năng phát triển rất lớn. Vì vậy trước mắt phải xây dựng một cơ sở hạ tầng hoàn chỉnh hơn để đáp ứng tốc độ phát triển của đất nước để làm được điều này ngành xây dựng công nghiệp dân dụng, ngành giao thông vận tải, ngành thủy lợi, thủy điện và ngành sản xuất vật liệu xây dựng cần thiết phải đi trước một bước trong quá trình phát triển. Trong đó nghành sản xuất vật liệu xây dựng phải được ưu tiên đầu tư phát triển mạnh hơn. Vì vậy trong những năm qua Đảng và Nhà nước ta đã có những chính sách đầu tư phát triển hợp lý cho nghành VLXD đã và đang sản xuất các nhà máy sản xuất vật liệu xây dựng hiện đại công suất lớn ngang tầm với các nước trong khu vực và các nước phát triển trên thế giới. Cùng với sự phát triển của nghành xây dựng, giao thông, thủy lợi, thủy điện… nhu cầu về các loại sản phẩm bê tông và bê tông cốt thép cho các nghành xây dựng cơ bản, giao thông, thủy lợi, thủy điện là rất lớn. Nó đóng vai trò quan trọng hàng đầu các vật liệu sử dụng cho xây dựng. 9 Nhằm thoả mãn nhu cầu đó, ngành VLXD cần ưu tiên phát triển theo chiều sâu, đổi mới trang thiết bị, công nghệ sản xuất tiên tiến. Theo định hướng này ngành sản xuất bê tông và cấu kiện bê tông đúc sẵn đã và đang được nhà nước đầu tư thích đáng và đạt được một số kết quả khả quan. Các cấu kiện bê tông cốt thép đúc sẵn ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các công trình xây dựng cơ sở hạ tầng. Để đáp ứng được nhu cầu này cần thiết phải xây dựng các nhà máy sản xuất cấu kiện bê tông đúc sẵn nhằm đáp ứng được tốc độ phát triển cơ sở hạ tầng của nước ta nói chung, thủ đô Hà Nội nói riêng và trong tương lai. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam Nhiều công trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép ở nước ta sau một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các môi trường có tính chất ăn mòn. Điều đó đòi hỏi phải có các biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự ăn mòn của các kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Nhà nước ta đã ban hành các tiêu chuẩn nhà nước: TCVN 3993:85 “Chống ăn mòn trong xây dựng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép - nguyên tắc cơ bản để thiết kế”, TCVN 3994:85 “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” . Tuy nhiên, 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. Nhận thức được tính cấp bách của việc chống ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép, ở nước ta có nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đề này. Các đề tài nghiên cứu chưa quan tâm nghiên cứu về lý thuyết, mà chủ yếu đi vào các biện pháp cụ thể chống ăn mòn cho công trình kết cấu bê tông và bê tông cốt thép. Các nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mòn của môi trường lỏng, chủ yếu là môi trường biển, vì nước ta có hơn 2000km bờ biển và ngày càng có nhiều công trình quan trọng được xây dựng trong môi trường biển. Không có nhiều công trình nghiên cứu chống ăn mòn cho bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường. 10