MÔ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ CỦA KẾT CẤU
BÊ TÔNG CỐT THÉP
Th.S. ĐÀO VĂN DINH
Bộ môn Cơ học kết cấu
TS. BÙI TRỌNG CẦU
Bộ môn Xây dựng Cơ sở hạ tầng
Trường Đại học Giao thông Vận tải Tóm tắt: Sự thâm nhập của các chất clorua từ nước biển, nước ngầm, nước mưa, hơi nước vv
ăn mòn cốt thép trong các kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) đã được xác định là nguyên nhân phổ
biến nhất gây hư hỏng các kết cấu BTCT trên phạm vi toàn thế giới. Đã có nhiều mô hình dự báo
tuổi thọ của các kết cấu BTCT trong các môi trường có clorua nhằm xác định các biện pháp kéo
dài tuổi thọ, chiến lược bảo trì và thiết kế các kết cấu BTCT tối ưu. Bài báo này giới thiệu một mô
hình dự báo tuổi thọ công trình trên cơ sở hệ số khuếch tán ion clorua có tên là Life – 365. Đây là
mô hình hiện đang đuợc ứng dụng rộng rãi ở Bắc Mỹ.
Summary: The corrosion of embedded steel reinforcement in reinforced – concrete structures
due to the penetration of chlorides from groundwater, seawater, rainfall, steam etc. is the most
prevalent form of premature concrete deterioration worldwide. A number of models for predicting
the service life of concrete structures exposed to chloride environments have been developed to
propose measures for increasing the service life and determine the optimum strategy for
maintaining reinforced- concrete structures. This paper presents a predicting model named Life –
365. The model is being widely used in the North America.

I. MỞ ĐẦU
Việc dự báo tuổi thọ một cách đáng tin
cậy là cơ sở quan trọng nhất để xây dựng
chiến lược bảo trì và thiết kế tối ưu các công

cốt thép và bảo vệ cốt thép. Tuy nhiên, quá
trình cac - bon hoá của bê tông hay sự thâm
nhập của clorua sẽ phá vỡ lớp màng mỏng bảo
vệ thụ động này và kích hoạt các phản ứng
điện – hoá, sinh ra các sản phẩm của quá trình
ăn mòn là gỉ sắt. Gỉ sắt hấp thụ nước, trương
nở và gây ra một áp lực đối với bê tông bao
quanh. Kết quả là, bê tông bị nứt, phá vỡ,
hoặc bong ra và cuối cùng kết cấu bị hư hỏng.
Quá trình ăn mòn cốt thép ở trên diễn ra
theo hai giai đoạn: giai đoạn khởi đầu và giai
đoạn lan truyền. Trong giai đoạn khởi đầu, lớp
màng bảo vệ thụ động trên bề mặt cốt thép bị
phá vỡ bởi Cl
-
hoặc CO
2
còn trong giai đoạn
lan truyền, phản ứng điện – hoá xảy ra với sự
có mặt của O-xy, nước và nhiệt độ thích hợp.
Cần chú ý rằng, mức độ lan truyền của ăn
mòn không thống nhất, có thể tăng lên hay
giảm đi phụ thuộc vào sự thay đổi của các
điều kiện môi trường.
III. DỰ BÁO THỜI KỲ KHỞI ĐẦU
Thời kỳ khởi đầu được định nghĩa là thời
gian cần thiết để các ion clorua tập trung trên
bề mặt cốt thép đạt tới “mức tập trung tới
hạn”. Độ dài của thời kỳ này phụ thuộc chủ
yếu vào: 1) mức tập trung clorua trên bề mặt

khởi đầu
Hệ số lan truyền khuếch tán clorua là
một hàm số của thời gian và nhiệt độ. Quan
hệ giữa hệ số lan truyền khuyếch tán clorua
với thời gian được mô tả bằng phương trình
sau:

m
i
ti
t
t
.D)t(
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
D
(2)
Trong đó: D(t) là hệ số lan truyền khuếch tán
tại thời điểm t
D
ti
là hệ số lan truyền khuếch tán
tại thời điểm t

⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−=
tdi
ti
T
1
T
1
R
U
exp.D)T(D
(3)
Trong đó:
D(T) là hệ số lan truyền khuếch tán tại
thời điểm t ở nhiệt độ T.
D
ti
là hệ số lan truyền khuếch tán tại thời
điểm t
i
ở nhiệt độ T
i
.

1
C
C
1fD4
x
t
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
=
(4)
Trong đó:
f là hàm sai số
C
th
là mức tập trung clorua tới hạn
IV. XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ TÍNH
TOÁN
Việc xác định các tham số tính toán phụ
thuộc vào loại kết cấu, loại bê tông, cấp phối,

bảo vệ hoặc các biện pháp cải thiện chất
lượng của bê tông và cốt thép. Chẳng hạn, khi
áp dụng biện pháp quét keo epoxy lên các
thanh cốt thép sẽ không ảnh hưởng gì tới thời
gian khởi đầu là thời gian các ion clorua tập
trung trên bề mặt cốt thép đạt tới “mức tập
trung tới hạn” mà chỉ ảnh hưởng tới thời gian
lan truyền.
V. DỰ BÁO THỜI KỲ LAN TRUYỀN VÀ
LẬP KẾ HOẠCH SỬA CHỮA
Theo kinh nghiệm ở Bắc Mỹ, thời gian
lan truyền là 6 năm tính cho tất cả các loại bê
tông. Nếu sử dụng keo Epoxy phủ chống gỉ
các thanh thép, thời gian này đựơc lấy là 20
năm.
Gọi thời kỳ lan truyền là t
2
, thời gian một
chu kỳ sửa chữa (t
sc
) sẽ đơn giản là

: t
sc
= t
1
+ t

- Thay đổi các tham số theo các kịch bản
khác nhau, thường là cộng/trừ 10% giá trị các
tham số để xác định các tuổi thọ tương ứng
với các kịch bản khác nhau.
- Xác định tuổi thọ của kết cấu khi chỉ
xét tới một hoặc một vài tham số có ảnh
hưởng lớn nhất.
Trên cơ sở các phân tích này, người quản
lý sẽ phân tích và ra quyết định cuối cùng về
kế hoạch theo dõi, bảo trì và sửa chữa.
Hiện nay, có nhiều biện pháp nhằm
nâng cao tuổi thọ của các kết cấu và công
trình bằng BTCT. Phổ biến nhất là các biện
pháp sau:
- Sử dụng bê tông có tính chống thấm
cao (Bê tông chất lượng cao HPC)
- Sử dụng các phụ gia ngăn cản quá
trình ăn mòn cốt thép
- Bảo vệ cốt thép chống lại ăn mòn (như
quét keo epoxy)
- Sử dụng thép không gỉ
- Sử dụng cốt không chứa sắt
- Tạo các màng chống thấm phủ bề mặt
bê tông
- Tổng hợp hai hay nhiều biện pháp trên
v.v
Tuy nhiên, mỗi giải pháp đều có ưu
nhược điểm riêng và đòi hỏi các chi phí khác
nhau. Thông thường, các biện pháp đòi hỏi
chi phí xây dựng ban đầu lớn sẽ tiết kiệm

cấu BTCT cho từng công trình. Chắc chắn
rằng việc áp dụng mô hình này cùng với kỹ
thuật phân tích chi phí cho cả đời dự án sẽ
mang lại những kết quả thiết thực.

Tài liệu tham khảo
[1]. Lacasse, M. A. and Vanier, D. J., "A Review
of Service Life Durability Issues", Proceedings
of the 7th International Conference of the
Durability of Building Materials and
Components, Stockholm, Sweden, Vol. 2, May
1996, 867-866.
[2]. Morcous, G., Rivard, H. and Hanna, A. M.,
“Predicting the Condition of
Bridge”.

[3]. Decks Using Case-Based Reasoning,
Proceedings of the CSCE 29th Annual.
[4]. Conference, D. Noakes (editor), Victoria,
BC, Canada, June 2001.
[5]. Enright, M. P., and Frangopol, D. M.,
“Service - life prediction of
deterioration

concrete bridges”, J. of Structural Engineering,
ASCE, 124 (3) (1998), 309-317
[6]. Amleh, L., “Bond deterioration of
reinforcing steel in concrete due to corrosion”,
Ph.D. thesis, McGill University, Montreal,
Canada, 2000