1
MỞ ðẦU
1. Lý do chọn ñề tài
Hệ thống mạng lưới ñường giao thông của Việt nam trong những thập kỷ
qua ñã ñược nhà nước ñầu tư rất lớn. Việc ñảm bảo an toàn và ñộ bền cho các
cầu cũ và các cầu mới là một nhiệm vụ phải ñược ñặt ra.
Trong số các cầu trên mạng lưới giao thông của Việt Nam có rất nhiều cầu
ñi ven biển. Các kết cấu bê tông cốt thép nói chung và cầu bê tông cốt thép
nói riêng trong môi trường biển theo thời gian sẽ bị clo xâm nhập gây ra ăn
mòn cốt thép làm giảm ñộ bền và giảm tuổi thọ sử dụng.
Các kết cấu nằm trên mực nước thấp nhất của thủy triều và các kết cấu
ven bờ biển sẽ bị ảnh hưởng mạnh do ăn mòn cốt thép. Dạng hư hỏng của các
kết cấu này là cốt thép trong bê tông bị ăn mòn ñiện hóa do các ion clo trong
môi trường sẽ khuếch tán vào bê tông. Khi hàm lượng ion clo tại bề mặt cốt
thép ñạt ñến ngưỡng hàm lượng gây ăn mòn cốt thép, clo sẽ phá vỡ màng thụ
ñộng trên bề mặt cốt thép, ăn mòn sẽ xảy ra. Khi ăn mòn xảy ra, sản phẩm của
ăn mòn là gỉ sắt. Gỉ sắt hấp thụ nước sẽ trương nở thể tích dẫn ñến nứt, vỡ bê
tông bảo vệ. Ăn mòn cốt thép làm giảm dính bám giữa bê tông và cốt thép,
giảm diện tích tiết diện cốt thép dẫn tới giảm sức kháng uốn, sức kháng nén
và sức kháng cắt.
Tuổi thọ sử dụng (service life) của kết cấu bê tông cốt thép do xâm nhập
clo là thời gian từ khi xây dựng ñến khi ăn mòn (do clorua) gây ra các hư hại
cho kết cấu tới mức việc tiếp tục sử dụng kết cấu không còn an toàn nữa. Thời
gian này gồm hai giai ñoạn kế tiếp nhau: Giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn và giai
ñoạn lan truyền ăn mòn. Giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn là thời gian cần thiết ñể
các ion clo xâm nhập vào bê tông tập trung trên bề mặt cốt thép ñạt ñến
“ngưỡng nồng ñộ gây ăn mòn”. Giai ñoạn lan truyền ăn mòn là thời gian từ khi
khởi ñầu ăn mòn cho tới khi ăn mòn gây ra nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ hoặc
tới khi diện tích tiết diện cốt thép bị giảm do ăn mòn dẫn ñến kết cấu không
còn thỏa mãn trạng thái giới hạn chịu lực.
Với mục ñích dự báo tuổi thọ của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam

cốt thép ven biển Việt Nam theo sự thấm clo”.
Chương 4 “Các biện pháp kéo dài tuổi thọ sử dụng và thí dụ tính toán ” .
Phần “ Kết luận và kiến nghị” phần này sẽ trình bày các kết luận của
luận án, kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU TUỔI THỌ SỬ
DỤNG CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO XÂM NHẬP CLO
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1
Mở ñầu
Các công trình cầu bê tông cốt thép tại Việt Nam hiện ñang ñược thiết kế
theo tiêu chuẩn tiên tiến và hội nhập [1]. Triết lý thiết kế của tiêu chuẩn là cầu
phải ñược thiết kế thỏa mãn tất cả các trạng thái giới hạn với các cân nhắc tính
kinh tế, mỹ quan và ñộ bền. Vấn ñề ñộ bền của cầu bê tông cũng ñã ñược
quan tâm. Trong lĩnh vực này, hiện tượng ăn mòn cốt thép là mối quan tâm lớn
nhất. Xâm nhập của clo và CO
2
là các nguyên nhân chính của quá trình ăn
mòn cốt thép gây hư hỏng và làm giảm ñộ bền, giảm tuổi thọ sử dụng. Các
biện pháp nhằm giảm bớt sự xâm nhập của ion clo và CO
2
vào trong bê tông
ñược hy vọng là nâng cao ñáng kể ñộ bền và tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông.
Các nguyên nhân gây hư hỏng cầu bê tông ñược giáo sư Mutsuyoshi,
(2001) ñưa ra thống kê trên các cầu bê tông cốt thép ở Nhật Bản, thống kê này
chỉ ra nguyên nhân chủ yếu nhất là do xâm nhập clo chiếm tới 66% các hư
hỏng, trong khi do các bon nát hóa chỉ chiếm 5%.
Tu
ổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép do xâm nhập clo thường ñược
ñịnh nghĩa là thời gian từ khi kết cấu bắt ñầu tiếp xúc với môi trường có ion

1 2
C C
D .
t x
∂ ∂
=
∂ ∂

1.2.2.2
Sự di trú (Migration)
1.2.3
Các nghiên cứu cơ chế ăn mòn cốt thép
1.2.3.1
Khái quát
Trong ăn mòn ñiện hóa, có hai phản ứng xảy ra ở giao diện kim loại và
chất ñiện ly: Phản ứng giải phóng ñiện tử ở anốt (oxy hóa) và phản ứng tiêu
thụ ñiện tử ở cực âm.
Theo Nielsen A. (1985) [46] Ô xít sắt không ngậm nước Fe
2
O
3
có thể tích
gấp 2 lần thép mà nó thay thế. Nhưng khi ngậm nước nó nở thể tích gấp ñến
6.5 lần. Vì vậy nó gây ra nứt và vỡ bê tông bảo vệ.
1.2.4
Các thí nghiệm về sức kháng xâm nhập clo của bê tông
Theo thời gian thí nghiệm người ta phân thành hai phương pháp ñể xác
ñịnh hệ số khuếch tán D.
Bảng 1.2 Tổng kết các phương pháp thí nghiệm xâm nhập clo
Phương pháp thí nghiệm Thời gian thí nghiệm

Stanish, K. 2000[53] ñã tiến hành các thí nghiệm ñể ñưa ra quan hệ thực
nghiệm giữa hệ số khuếch tán clo trong bê tông ở tuổi 28 ngày và nhiệt ñộ
20
o
C với tỷ lệ nước trên xi măng.

Zhang và Gjorv [67] phát triển cách tiếp cận ñơn giản xác ñịnh hệ số
khuếch tán của các ion clo thể hiện bởi phương trình 1.19
( )
o
T LV dC
D 1.19
E C A dt
β
=

Berke và các cộng sự (1992) ñã phát triển một phương trình thực nghiệm
1.20 ñược sử dụng thể hiện mối tương quan giữa các hệ số khuếch tán có hiệu
và dữ liệu ñiện tích chuyển qua trong thí nghiệm .
(
)
12 0,84 2
eff 0
D 0,0103 10 (Q ) (m /s) 1.20
−
= × ×

Omar S. Baghabra Al-Amoudi ñã công bố kết quả nghiên cứu thực
nghiệm trên tạp chí Cement & Concrete Composites số 31 năm 2009 [47].
( )

59
]

Tại châu Âu có ñề tài nghiên cứu (2000)– DuraCrete [32] Thiết kế ñộ
bền dựa trên tính năng xác suất của các kết cấu bê tông.
Ở Phần Lan có ñề tài (năm 2003) viết tắt là LIFECON [57]- Quản lý
chu kỳ tuổi thọ của kết cấu hạ tầng bê tông ñể nâng cao tính bền vững. Cách
5
tiếp cận dựa trên mô hình bán xác xuất và xác xuất ñầy ñủ của xâm nhập clo
và CO
2
, xác ñịnh tuổi thọ sử dụng của kết cấu bê tông hiện có dựa trên ñiều
tra khảo sát kết cấu này.
Tại Mỹ hiện có nghiên cứu của Ủy ban ACI có tên “Life 365”
(2012)[22] Mô hình dự báo tuổi thọ sử dụng của các kết cấu bê tông cốt
thép tiếp xúc với clo. Trong nghiên cứu này tuổi thọ sử dụng ñược tính theo
hai giai ñoạn: Giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn và giai ñoạn lan truyền ăn mòn.
Nghiên cứu này xem như bê tông là bão hòa ẩm và trong giai ñoạn lan truyền
ăn mòn lấy cố ñịnh là 6 năm cho mọi loại kết cấu.
1.3
Các nghiên cứu trong nước
GS.TS Phạm Duy Hữu và các công sự, năm 2008[7], “ Bê tông cường ñộ
cao và chất lượng cao”. Tác giả ñã ñề cập ñến ñộ bền của bê tông và các nhân
tố ảnh hưởng tới ñộ bền. Trong tài liệu này tác giả ñưa ra biện pháp nâng cao
ñộ bền là sử dụng bê tông chất lượng cao với hệ số khuếch tán clo thấp.
“Nghiên cứu công nghệ ñiện hóa khử ion clo và phục hồi ñộ kiềm vùng
xung quanh bê tông” của viện khoa học công nghệ giao thông năm 2007 [20].
Mục tiêu của họ là giảm hàm lượng ion clo trong bê tông và phục hồi ñộ kiềm
xung quanh cốt thép xuống dưới ngưỡng nồng ñộ clo gây ăn mòn. Công việc
này là rất khó khăn và tốn kém chưa cơ bản, hơn nữa ñây là các nghiên cứu

phép trộn bê tông.
Chương này mô tả thí nghiệm thấm nhanh ASTM C1202 với 16 mẫu bê
tông ñể tính hệ số khuếch tán D, so sánh kết quả tính với dự báo.
Hệ số khuếch tán clo trong bê tông
Hệ số khuếch tán là hệ số D tương ứng trong ñịnh luật Fick. ðơn vị của D
trong hệ SI là m
2
/s.
x
C
DJ
∂
∂
−=

RILEM-TC-178 ñã ñưa ra hai loại hệ số khuếch tán như sau:
a) Hệ số khuếch tán có hiệu D
eff

Là một hệ số khuếch tán ở trạng thái ổn ñịnh
b) Hệ số khuếch tán biểu kiến (Dapp)(Apparent)
Là một hệ số khuếch tán không ổn ñịnh. Hệ số khuếch tán biểu kiên nhận
ñược từ thí nghiệm ngâm hoặc khảo sát kết cấu áp dụng ñịnh luật
Fick 2 về khuếch tán.
Hệ số khuếch tán clo D là một hàm của vật liệu, môi trường và thời gian
và ñộ ẩm môi trường.

2.2
Thí nghiệm và xác ñịnh hệ số khuếch tán clo trong bê tông
2.2.1

Số
TT

Mẫu thử W/C
Ngày ñúc

mẫu
Ngày
thí
nghiệm

Nhiệt
ñộ
o
C
∆T
o
C
Qc6hr -6
giờ
(C)
Q
0
- 6
giờ
(C)
I=Q
0
/t
(mA)

9 C40-3 0.35 22/3/12 20/4/12

35 14 2464 1973 91.3
10 C50-1 0.33 29/3/12 27/4/12

39 12 2117 1747 80.9
11 C50-2 0.33 29/3/12 27/4/12

39 12 2195 1812 83.9
12 C50-3 0.33 29/3/12 27/4/12

39 12 2180 1799 83.3
13 C50-8%SF-1 0.3 29/3/12 27/4/12

45 4 337 316 14.6
14 C50+8%SF-2 0.3 29/3/12 27/4/12

45 4 322 301 14.0
15 C50+8%SF-3 0.3 29/3/12 27/4/12

45 4 365 342 15.8
16 C50+15%FA-1

0.35 22/3/12 19/4/12

40 14 2475 1981 91.7
17 C50+15%FA-2

0.35 22/3/12 19/4/12


zF E
J D C
RT x
∂
= −
∂

Dựa vào quan hệ do C.Andrade ñưa ra 1993 thì thông lượng của một
loài di trú cũng là tỷ lệ thuận với cường ñộ dòng ñiện:
i
I
J
zF
η
=

(2.6)

Thay ph
ương trình 2.6 vào 2.5 và lấy ∂x=L; ∂E=E, C
i
=C
o
ta ñược hệ số
khuếch tán trong trạng thái ổn ñịnh như sau:
( )
i
2 2
o
I RTL


2.2.4
Áp dụng phương trình D
C1202
tính hệ số khuếch tán clo từ kết quả
thí nghiệm C1202
Áp dụng phương trình 2.9 tính hệ số khuếch tán của bảng tiêu chuẩn
mức ñộ thấm ion clo ta ñược như bảng 2.4 dưới ñây.
Bảng 2.4. Kết quả tính D
C1202
từ thí nghiệm
Số
TT
Mẫu Q
(C)
Q
0

(C)
I
mA
T
ốc ñộ di trú
(mol/l.s)
D
C1202 (m
2

( )
28
w
. exp( 0,165 ) . ( ). ( ). ( ) 2.18
cr
app cr
cr
D D SF f t f T f H D
s
= − +

SF là phần trăm muội silic thay thế xi măng trong bê tông; f(t),f(T),f(H)
là hệ số ảnh hưởng của tuổi bê tông, nhiệt ñộ, ñộ ẩm tương ñối tới hệ số
khuếch tán clo trong bê tông.
( 12,06 2,4 / )
2
28
( / )
10
− +
=
w c
D m s
[22]
[ ]
28
( ) ( 25 ) ; 0, 2 0,4( /50 / 70) 22
m
t
f t f t year m FA SG

 
−
 
+
 
−
 
 
 

9
2.2.6
Tính hệ số khuếch tán theo dự báo và theo kinh nghiệm
2.3
So sánh các kết quả tính toán và thảo luận
2.3.1
So sánh kết quả tính hệ số khuếch tán D
Bảng 2.7 D
C1202
, D dự báo và các công thức kinh nghiệm
Số
TT
Mẫu W/C

D
C1202

(m
2
/s)


7.94E-12

1.17E-11 7.55E-12

2.36E-11
3 C30-3 0.4 6.90E-12

7.94E-12

1.16E-11 7.52E-12

2.36E-11
4 C35-1 0.375

6.36E-12

6.92E-12

1.06E-11 6.97E-12

1.37E-11
5 C35-2 0.375

6.11E-12

6.92E-12

1.02E-11 6.73E-12


8.53E-12
10 C50-1 0.33 4.78E-12

5.40E-12

7.80E-12 5.45E-12

3.87E-12
11 C50-2 0.33 4.95E-12

5.40E-12

8.09E-12 5.62E-12

3.87E-12
12 C50-3 0.33 4.92E-12

5.40E-12

8.03E-12 5.59E-12

3.87E-12
13 C50+8%SF-1 0.3 8.57E-13

1.22E-12

1.37E-12 1.29E-12

1.06E-12
14 C50+8%SF-2 0.3 8.19E-13

1.06E-12
18 C50+15%FA-3

0.35 5.21E-12

6.03E-12

8.48E-12 5.81E-12

1.06E-12
2.3.2
Thảo luận kết quả tính hệ số khuếch tán D
Qua kết quả tính toán D, có các nhận xét sau: công thức 2.9 cho kết quả
tính D cơ bản phù hợp với kết quả tính theo Stanish và Berke.
2.4
Kết luận chương 2
1.
Nghiên cứu sinh ñã nghiên cứu thực nghiệm thấm nhanh clo theo tiêu
chuẩn ASTM C1202 cho các mẫu bê tông phổ biến trong xây dựng
cầu tại Việt Nam. Kết quả thí nghiệm cho thấy bê tông cấp C30-C40-
C50 có ñiện lượng truyền qua từ 2577 cu lông ñến 1799 cu lông thuộc
loại có mức ñộ thấm ion clo trung bình và thấp.
2.
Luận án ñã xây dựng công thức ñể tính hệ số khuếch tán clo từ kết quả
ñiện tích chuyển qua trong thí nghiệm ASTM C1202 như sau:
2
16
C1202
m
D 1,822 IT 10 ( ) (2.9)

ðể dự báo tuổi thọ sử dụng của kết cấu bê tông, ñiểm kết thúc của tuổi
thọ cần ñược xác ñịnh.
Trong luận án này sẽ tính cho cả hai trường hợp:
1. ðiểm cuối của tuổi thọ sử dụng xem là khi ăn mòn gây nứt bê
tông bảo vệ.
2. ðiểm cuối của tuổi thọ sử dụng là khi ăn mòn cốt thép gây
nguy hiểm ở trạng thái giới hạn chịu lực.
Quá trình hư hỏng của các kết cấu bê tông cốt thép có nhiều quan
ñiểm. Theo Tuuti (1980) [58], quá trình gồm hai giai ñoạn: Giai ñoạn khởi
ñầu và giai ñoạn lan truyền phương trình 3.1.
(
)
1 2
3.1
t t t
= +

Trong ñó: t
1
là giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn; t
2
là giai ñoạn lan truyền ăn
mòn.
3.2
Xây dựng mô hình dự báo thời gian khởi ñầu ăn mòn
3.2.1
Tổng quát
Từ ñịnh luật thứ hai của Fick về khuếch tán:
( )
2

k
C t
C
C khi t
k

≤


=


≥



11
Bảng 3.1 Tốc ñộ tích lũy và nồng ñộ lớn nhất của clo bề mặt
Vùng Tốc ñộ tích lũy k
(%/ năm)
C
s,max
(%/)
Vùng thủy triều Xảy ra ngay 0.8
Vùng sóng ñánh 0.10 1.0
Cách biển
≤
800m
0.04 0.6
Cách biển từ 800m-1500m 0.02 0.6

=
=
t
1
là thời gian khởi ñầu ăn mòn
3.2.3.2
Bài toán hai chiều: (Khuếch tán 2 chiều)

( )
2 2
2 2
( , , ) ( , , ) ( , , )
3.7
C x y t C x y t C x y t
D
t x y
 
∂ ∂ ∂
= +
 
∂ ∂ ∂
 

3.2.3.3
Giải bài toán khi D và Cs thay ñổi bằng phương pháp sai phân
hữu hạn Crank-Nicolson.
3.2.4
Xây dựng thuật toán tính thời gian khởi ñầu ăn mòn bằng mathlab
Hai bài toán tính thời gian khởi ñầu ăn mòn ñược lập trình trên phần mềm
Mathlab: Bài toán khuếch tán một chiều ñể tính bản tường và các cốt thép phía


Hình 3.7 : Khoảng thời gian từ khởi ñầu ăn mòn thép ñến nứt
hoàn toàn bê tông b
ảo vệ và tới nguy hiểm chịu lực
Trong giai ñoạn lan truyền nứt, một phần nhỏ của các sản phẩm ăn mòn
sẽ thâm nhập vào các vết nứt xuyên tâm. Sau ñó, số lượng yêu cầu của cốt
thép ăn mòn ñể gây ra nứt hoàn toàn của bê tông bảo vệ có thể ñược tính toán
với hai thành phần (Hình 3.7):
13
3.3.3.2
Mối quan hệ giữa mất mát trọng lượng của thép và áp lực
hướng tâm.
ðặt ρ là ký hiệu của tỷ lệ phần trăm của khối lượng thép mất mát M
loss

với khối lượng thép ban ñầu M
s
trên một ñơn vị chiều dài:
( )
os
100% 3.33
l s
s
M
M
ρ
= ×

( )
( )

 
 
=
−

Mất mát bán kính tương ứng sẽ là:
1
1
2 2 2
∆ = − = − −
ρ
s n c
d d d
r r

(
)
( )
1
1 1 3.41
2
s c
d
r
ρ
∆ = − −

3.3.3.3
Số lượng các sản phẩm ăn mòn xâm nhập vào các vết nứt
( )

ρ ρ
=

Từ (3.40) và (3.46) ta có tổng tỷ lệ phần trăm mất mát khối lượng
tương ứng là:
( )
( )
2
'
2 2
0 0 0
2 2
ef 0 0
2 ( ) 2
1 1 1
( )
(1 ) 3.47
1
sp
c
c
c
f
L r L r
v
d E r L r d
L
k
d n
δ

loss
là sự mất trọng lượng thép tiêu thụ (g); M là khối lượng
nguyên tử của ion Fe, M = 56 g/mol; z là hóa trị của sắt, F là hằng số Faraday,
F = 96.500 C/mol và t là thời gian ăn mòn tính bằng giây (s).
Mật ñộ dòng ăn mòn i
corr
ñược ñịnh nghĩa là dòng ñiện ăn mòn trên
mỗi ñơn vị bề mặt thép. Nếu chiều dài ñơn vị L
0
= 1 cm và ñường kính có
14
ñơn vị d là mm, một mối quan hệ giữa I
corr
(A) và i
corr
(µA/cm2) có thể thu
ñược như sau:
( )
6 7
or or or
1 10 10 3.49
10
c r c r c r
d
I i di
π π
− −
= × × =

Với ρ

zFM d d
t
MI di i
ρ ρ
π
−
× ×
= = =
× × ×

( )
( )
( )
( )
2
2
'
2
0 0
0
2
2
ef
0 0
2
or
2 2
. 1 1
26,799( ) 3.53
1 .

4 0.215
or
3034
0.9259exp 7.98 0.771ln(1.69 ) 1.16 10 2.24 3.54
c r cl c
i C R t
T
− −
 
= + − − × +
 
 [
]
{
}
7.2548
90.537 1 exp 5 50(1 ( ) (3.55)
c
R H H
−
= + − − Ω

3.3.3.5
Xây dựng mô hình dự báo theo ăn mòn gây nguy hiểm cho
trạng thái giới hạn chịu lực
Phương trình tổng quát của trạng thái giới hạn chịu lực theo 22TCN 272-
05[1] như sau:

u
.

(3.60)
r rc rs
P P P
= +

P
rc
phần sức kháng tạo nên bởi tiết diện bê tông;P
rs
phần sức kháng tạo
nên bởi tiết diện cốt thép

(3.61)
r rc rs rs
P P P P
= + − ∆

Tiết diện ñặt tới trạng thái cân bằng giới hạn chịu lực khi:
15

(3.62)
r rc rs rs u
P P P P P
= + − ∆ =1 (3.63)

−
= −

M
rc
phần sức kháng tạo nên bởi tiết diện bê tông; M
rs
phần sức kháng
tạo nên bởi tiết diện cốt thép; M
u
là mô men uốn tính toán.
Với cốt thép ñai chịu cắt:

1 (3.66)
u rc
th
rs
V V
V
ρ
−
= −

Từ phương trình 3.51 ta có thời gian lan truyền ăn mòn (tính bằng năm)
gây nguy hiểm cho trạng thái giới hạn chịu lực như sau:
( )
2
or
26.8 3.67
th

w/c
D
28
10
-12

(m
2
/s)

T(
o
C)

H(%) C
s
(%)

C
th
(%)

t
1
(năm)
theo mô hình

xây dựng
t
1

/s)

T(
o
C)

H(%)

C
s
(%)

C
th
(%)

t
1
(năm)
theo mô hình

xây dựng
t
1
(năm)
theo Life
365
20 0.35

6.026


20 75 0.6 0.05 32.60
17.50
80 0.35

6.026

20 75 0.6 0.05 40.90
22.8
90 0.35

6.026

20 75 0.6 0.05 50.40
26.00
100 0.35

6.026

20 75 0.6 0.05 61.00
32.90
(Kết quả tính với SF=0; FA=0; SG=0)
Khi ñộ ẩm bão hòa kết quả của mô hình “LifeConBridge” sai khác ít so
với Life 365.
Bảng 3.6 Kết quả tinh thời gian lan truyền ăn mòn
d (mm)

C (mm) i
corr
(µA/cm2)

10
-12

(m
2
/s)
T(
o
C)

H(%)

C
s
(%)

C
th
(%)

t
1
(năm)

70 0.35

0 6.26 20 75 0.6 0.05 32.1
60 0.35

0 6.26 20 75 0.6 0.05 24.88

d (mm) f'
sp
(MPa)

T(
o
C) H(%)
i
corr

(µA/cm
2
)
t
2
(năm)

70 16 3.3 20 75 1.47 5.81
60 16 3.3 20 75 1.47 4.77
70 18 3.3 20 75 1.47 5.38
70 16 3.0 20 75 1.47 5.46
70 16 3.3 22 75 1.58 5.42
70 16 3.3 20 85 1.54 5.54
Bảng 3.8 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn theo các tham số
(quan ñiểm 2: ăn mòn gây nguy hiểm)
Chiều dày lớp
bê tông b
ảo vệ
(mm)
d (mm) f'

Theo Bộ Tài nguyên Môi trường có ba kịch bản biến ñổi khí hậu, nước
biển dâng tại Việt Nam. Kịch bản phát thải trung bình ñược khuyến nghị các
Bộ, ngành và ñịa phương làm ñịnh hướng ban ñầu ñể ñánh giá tác ñộng của
biến ñổi khí hậu, nước biển dâng và xây dựng kế hoạch hành ñộng ứng phó
với biến ñổi khí hậu.
3.6.1.3
ðánh giá chung ảnh hưởng của khí hậu tới tuổi thọ sử dụng
Khí hậu nóng ẩm của Việt Nam là ñiều kiện thúc ñẩy nhanh quá trình
khuếch tán ion clo vào bê tông, và ñồng thời cũng ñẩy nhanh quá trình ăn mòn
c
ốt thép trong bê tông gây nguy hại cho các công trình nói chung, cũng như
các công trình cầu bê tông nói riêng.
Theo kịch bản biến ñổi khí hậu nước biển sẽ dâng khá cao (570-730mm),
mặn sẽ xâm nhập sâu vào các sông ngòi Việt Nam làm ảnh hưởng tới các công
trình bê tông cốt thép nói chung và các cầu bê tông ở trong khu vục này.
2
t
19
3.6.2 Tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam
Tuổi thọ sử dụng của các loại cầu có kết cấu nhịp không thể thay thế sẽ
ñược lấy bằng giá trị tuổi thọ sử dụng nhỏ nhất của các kết cấu thành phần
(móng, mố trụ, kết cấu nhịp).
(
)
(
)
min 3.68
i
T T
=

khi ăn mòn gây nguy hiểm cho trạng thái giới hạn chịu lực.
3. Kết quả tính toán của mô hình “LifeConBridge” khá phù hợp với kết quả
của các mô hình khác và thí nghiệm nên do vậy mô hình có ñộ tin cậy cao.

CHƯƠNG 4. CÁC BIỆN PHÁP KÉO DÀI TUỔI THỌ SỬ DỤNG VÀ THÍ
DỤ TÍNH TOÁN
4.1
Các biện pháp dài tuổi thọ sử dụng
4.1.1
Với các kết cấu mới
ðối với các kết cấu cầu bê tông cốt thép xây dựng mới, ñể kéo dài tuổi
thọ sử dụng, hiệu quả nhất là kéo dài giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn.
4.1.1.1
Các giải pháp về kết cấu

Hình 4.1: Quan hệ giữa chiều dày bê tông bảo vệ với thời gian khởi ñầu ăn mòn

Hình 4.2: Quan hệ giữa chiều dày bê tông bảo vệ với thời gian từ khởi ñầu ăn
mòn ñến nứt
21
4.1.1.2
Giải pháp vật liệu
1. Sử dụng tỷ lệ nước trên xi măng nhỏ

Hình 4.3: Quan hệ giữa tỷ lệ w/c với thời gian khởi ñầu ăn mòn
2. Sử dụng phụ gia muội silic (Silica fume)

Hình 4.4: Quan hệ giữa tỷ lệ muội si líc (silica fume) với thời gian khởi ñầu
ăn mòn (chiều dày lớp bê tông bảo vệ L=75mm, nhiệt ñộ 25
o

)

t
1
(năm)

t
2
(năm)

t
1+
t
2

(năm)
1 75 0.4 2 5 5 0 46.9 5.78 52.68
2 75 0.4 2 5 5 10 101.1

2.46 103.56
3 75 0.375

2 5 0 10 98.9 2.46 101.36
22
P.Án Chiều dày bê tông
bảo vệ (mm)
w/c
SF
(%)


2 0 5 10 93.0 2.46 95.46
6 75 0.35 2 2 0 10 99.1 2.46 101.56
7 75 0.35 4 0 0 0 57.7 5.78 63.48
8 75 0.325

2 0 0 10 103.7

2.46 106.16
9 75 0.325

2 0 0 0 48.6 5.78 54.38
10 75 0.30 2 0 0 10 118.2

2.46 120.66
11 75 0.30 4 0 0 0 74.4 5.78 80.18
(Bảng tính cho nhiệt ñộ 23
o
C, ñộ ẩm 75%, thép d=16mm, f’c=40MPa)
ðể ñạt tuổi thọ sử dụng 100 năm có thể sử dụng các phương án: 2, 3, 6, 8,
10 như trong bảng 4.1.
4.1.2
Với các kết cấu cũ
Với các kết cấu cũ cần thiết phải ñánh giá tình trạng của nó trước khi ñưa
ra biện pháp ñể kéo dài tuổi thọ sử dụng.
Có hai phương pháp hiệu quả hơn có thể áp dụng chung cho các kết cấu
ñã bị ăn mòn thép ñó là:
+ ðiện hóa khử ion clo.
+ Bảo vệ cực âm
4.2
Thí dụ tính toán cho bộ phận cầu T

Cốt dọc 32 90 40 0,375 2,0 7,5
Cốt ñai 16 75 40 0,375 2,0 7,0
Dầm cầu
dẫn
Cốt dọc 22 55 50 0,35 2,0 2,5
Cốt ñai 16 40 50 0,35 2,0 5,0
4.2.2
Thông số môi trường
Bảng 4.3 Thông số môi trường
Bộ phận kết
cấu
Vùng môi
trường biển
Nồng ñộ Clo
bề mặt tối ña
Cs (%)
Tốc ñộ tích
lũy Cs
(%/năm)
Nhiệt ñộ
trung bình
năm (
o
C)
ðộ ẩm trung
bình năm(%)
Trụ tháp
Vùng thủy
triều
0,60 Tức thời


(năm)
t
1
(năm)
t
1
+t
2

(năm)
Trụ tháp
Cốt dọc 20.40 4.97 25.37 17.80 23.80
Cốt ñai 12.20 5.74 17.94 9.90 15.90
Trụ cầu dẫn
Cốt dọc 23.00 5.73 28.73 19.20 25.20
Cốt ñai 14.60 6.93 21.53 13.10 19.10
Dầm cầu dẫn
Cốt dọc 18.30 3.90 22.20 16.00 22.00
Cốt ñai 13.50 3.70 17.20 10.70 16.70
Bảng 4.5 Kết quả tính tuổi thọ sử dụng, bài toán 2D
Bộ phận kết cấu
Loại cốt
thép
Kết quả theo
Mô hình luận án
Kết quả
theo Life 365
t
1

+ phụ gia như: Muội silic nên từ 4-7%, tro bay, xỉ lò.
2)
Thiết kế kết cấu có chiều dày lớp bê tông bảo vệ (c) như khuyến cáo của
tiêu chuẩn 22TCN 272-05: bê tông vùng khí quyển biển L ≥75mm, bê
tông vùng thủy triều L≥100mm.
3)
Sử dụng các biện pháp tăng ngưỡng nồng ñộ gây ăn mòn cốt thép như:
+ Chất ức chế ăn mòn hóa học Ca(NO
2
)
2

+ Sử dụng thép không gỉ
4)
Sử dụng các biện pháp kéo dài thời gian tích lũy nồng ñộ clo bề mặt C
s

như:
+ Dùng màng chống thấm
+ S
ử dụng sơn phủ bề mặt bê tông
5)
Sử dụng các biện pháp kết hợp giữa các biện pháp trên.
Các biện pháp kéo dài thời gian lan truyền ăn mòn: Sơn phủ cốt thép bằng
keo epoxy, tráng hoặc mạ kẽm.

24
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1/ Kết luận
1. Nghiên cứu sinh ñã nghiên cứu thực nghiệm thấm nhanh clo theo tiêu

+ Khi thiết kế các kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường clo có thể
tham khảo thuật toán, chương trình và các kết luận ñã ñưa ra trong luận
án này.