LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt
thép công trình thủy lợi dưới tác động của môi trường” đã được hoàn thành
dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Vũ Quốc Vương thuộc bộ môn
Vật liệu xây dựng Trường Đại học Thủy lợi. Luận văn được hình thành với hy
vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn
mòn bê tông và bê tông cốt thép tác động của môi trường đặc biệt là công
trình Thủy Lợi. 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 trong trường Đại học Thủy lợi, cảm ơn Phòng
thí nghiệm vật liệu Trường Đại học Thủy Lợi, các tác giả của các đề tài đã
nghiên cứu và được công bố về giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông
và bê tông cốt thép công trình thủy lợi 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 12 năm 2012.
Tác giả Nguyễn Doãn Toàn
MỤC LỤC
32TMỞ ĐẦU32T 1
32T1. Tính cấp thiết của đề tài32T 1
32T2. Mục đích của đề tài:32T 2
32T3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu32T 2
32T4. Nội dung nội văn32T 3
32TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BT
& BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
32T 5
32T1.132T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới
32T 5
32T1.1.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới32T 5
32T1.1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới
32T 6
32T1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam
32T 9
32T1.2.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam32T 9
32T1.2.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam
32T 11
32TCHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG
CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI
32T 17
32T2.132T 32THiện tượng ăn mòn các công trình Thủy Lợi32T 17
32T2.232T 32TĂn mòn bê tông32T 18
32T2.2.132T 32TĂn mòn hóa học của bê tông32T 19
32T2.2.232T 32TĂn mòn vật lý của bê tông32T 25

mòn cốt thép có nguyên nhân từ sự khuếch tán clorua vào bê tông
32T 71
32T3.5.232T 32TĐánh giá tuổi thọ công trình giao thông theo tiêu chí ăn mòn cốt
thép do khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của
bê tông
32T 78 32T3.632T 32TKết luận chương 332T 84
32TCHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ
TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH THỦY LỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
MÔI TRƯỜNG
32T 86
32T4.132T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động của môi
trường
32T 86
32T4.1.132T 32TThay đổi thành phần khoáng của Xi Măng32T 87
32T4.1.232T 32TNâng cao độ đặc của bê tông32T 87
32T4.1.332T 32TBiến đổi các sản phẩm thủy hóa32T 88
32T4.1.432T 32TNgăn cách bê tông với môi trường32T 89
32T4.1.532T 32TMột số biện pháp tổng hợp32T 90
32T4.232T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thếp dưới tác động của
môi trường
32T 90
32T4.332T 32TCác giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền bê tông và bê tông
cốt thép công trình thủy lợi
32T 92
32T4.3.132T 32TChủng loại xi măng32T 92
32T4.3.232T 32TCốt liệu dùng cho bê tông32T 93
32T4.3.332T 32TNước cho bê tông32T 99

Hình 2.2 Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến
Tre 168
Hình 2.3 Ca(OH)
R
2
Rtrong bê tông phản ứng với COR
2
R ngoài không khí để tạo
CaCO
R
3
R 20
Hình 2.4 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 24
Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép 27
Hình 2.6 Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 28
Hình 2.7 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 31
Hình 3.1 Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 38
Hình 3.2 Khuôn đúc các mẫu thí nghiệm 39
Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 39
Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ khoét
lỗ ở tâm 43
Hình 3.5 Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông 43
Hình 3.6 Biến đổi của độ thấm danh định K
R
a
R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P
R
m

PC) 48
Hình 3.10 Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở các
nhiệt độ khác nhau 49
Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/K
R
o
R theo ứng suất trong bê tông 51
Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ 52
Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ 54
Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu K
R
o
R theo độ bão hòa nước của bê
tông 55
Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc 55

Hình 3.16 Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước của bê tông trong phòng thí
nghiệm 57
Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước 58
Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo 58
Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 và P2) theo áp lực nước 62

Hình 3.20 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối
σ/σ
R
max
R 64
Hình 3.21 Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối
σ/σ
R

năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 83
Hình 3.37 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 84
Hình 4.1 Cốt composite “thủy tinh – polymer” 102

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 - Giá trị trung bình của lưu lượng khí vào và biến dạng dọc trục . 43
Bảng 3.2 - Sau đây biễu diễn các giá trị độ thấm danh định K
R
a
R 45
Bảng 3.3 - Các giá trị độ thấm khí thực K thu được theo nguyên lý

VKHCNXD: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
VKHCNGTVT: Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải
BMVLXD: Bộ môn vật liệu xây dựng
TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh

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

+ Xác định các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT công trình thủy lợi 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
P
-
P 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-
XD381
. 3
4, Nội dung nội văn
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT
trên thế giới và ở Việt Nam
1.1. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT trên thế giới
1.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT ở Việt Nam
Chương 2: Phân tích cơ chế ăn mòn BT & BTCT trong công trình
thủy lợi
2.1 Hiện tượng ăn mòn các công trình Thủy lợi.
2.2 Ăn mòn bê tông.
2.3 Ăn mòn cốt thép.
2.4 Ăn mòn bê tông cốt thép ở các vùng ven biển.
2.5 Kết luận chương 2.
Chương 3: Kết quả thực nghiệm độ thẩm thấu của nước, không khí
và ion CL
P
5
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
ĂN MÒN BT & BTCT 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

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 7
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, 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
C
R
3
RA 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

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. Charnomskij 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 9
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(NO
R
3
R)R
2
R) 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

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.
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 11
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

hướng sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn và sơn phủ bề mặt kết cấu đối với công
trình biển. Năm 1994, Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường đã giao cho
VKHCNXD [2] nghiên cứu tổng thể các điều kiện kỹ thuật cần thiết để bảo
vệ chống ăn mòn và đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt
thép xây dựng ở vùng biển phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội ở
Việt Nam (đề tài mã số ĐTĐL-40/94). Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu này,
đã biên soạn những chỉ dẫn kỹ thuật cần thiết cho công tác xây dựng và sửa
chữa công trình làm bằng bê tông và bê tông cốt thép vùng biển nước ta.
VKHCNXD cũng đã xây dựng tiêu chuẩn ngành về vấn đề này. Nhưng cho

tới nay vẫn chưa được ban hành. 13
Viện Khoa học Công nghệ Giao thông Vận tải trong một số công trình
nghiên cứu vấn đề ăn mòn bê tông đã đưa ra nhiều ý kiến phân tích tình hình
hư hỏng kết cấu bê tông và bê tông cốt thép do ăn mòn, chỉ ra các nguyên
nhân và đề ra các biện pháp bảo vệ như là: dùng các phụ gia kị nước (dầu thảo
mộc), nước thải bã giấy nhằm nâng cao độ chắc cho bê tông. Tăng cường bảo
vệ mặt ngoài kết cấu bê tông bằng các lớp sơn phủ chống thấm như: Sơn
bitum- cao su, sơn bitum-epoxy.
Viện Khoa học Thủy Lợi đã thành công trong đề tài sử dụng phụ gia
bentonit tăng chống thấm, giảm ăn mòn cốt thép đối với các công trình thủy lợi.
Vào những năm cuối của thập kỷ 90 có một số đề tài về công nghệ vật
liệu mang mã số KC-05-13A về triển khai chế tạo các tổ hợp bê tông và vữa
có phụ gia ức chế ăn mòn và bảo vệ cốt thép trong môi trường biển Việt Nam.
Đề tài này bao gồm các nhánh đề tài: Nghiên cứu chất ức chế ăn mòn cốt
thép, nghiên cứu dùng phụ gia ZKJ, nghiên cứu dùng phụ gia bentônít cải tiến ,
nghiên cứu dùng phụ gia khoáng SISEX, nghiên cứu dùng phụ gia SP melamin
foocmaldehit sunfomat, nghiên cứu dùng phụ gia polymer trong bê tông.

vọng rằng các dự án được thực hiện sẽ có nhiều kết quả ứng dụng vào các
công trình xây dựng.
15 Hình 1.4 Hình 1.5
Cảng Thương vụ - Vũng Tầu
sau 15 năm sử dụng
.
Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng
cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng

Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hòa Bình (Nguồn tin internet)

Hình 1.7 Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
– Hải Phòng(Nguồn tin internet)