B GIO DC V O TO
TRNG I HC GIAO THễNG VN TI

O VN DINH

D BO TUI TH S DNG CA
CU Bấ TễNG CT THẫP VEN BIN
VIT NAM DO XM NHP CLO
CHUYÊN NGàNH : Kỹ THUậT XÂY DựNG CÔNG TRìNH ĐặC BIệT
Mã Số

: 62.58.02.06

LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT

Người Hướng dẫn khoa học:
1. GS.TS PHM DUY HU
2. PGS.TS BI TRNG CU

H NI - 2014


i

LỜI CAM ðOAN
Tôi xin cam ñoan luận án này là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi.
Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa ñược công bố trong các
công trình khác.
HÀ NỘI NGÀY 4 THÁNG 9 NĂM 2014
TÁC GIẢ



MỤC LỤC
Lời cam ñoan ................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... ii
Mục lục...........................................................................................................................iii
Danh mục các bảng biểu ............................................................................................... vi
Danh mục các hình vẽ ..................................................................................................vii
Danh mục các chữ viết tắt, các ký hiệu ........................................................................ ix
MỞ ðẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VỀ TUỔI THỌ SỬ DỤNG
CỦA CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP DO XÂM NHẬP CLO TRÊN THẾ GIỚI
VÀ VIỆT NAM.............................................................................................................. 6
1.1

Mở ñầu .................................................................................................. 6

1.2

Các nghiên cứu về ñộ bền và tuổi thọ sử dụng trên thế giới ................ 8

1.2.1 Các nghiên cứu về lý thuyết ñộ bền của bê tông ........................... 8
1.2.2 Các nghiên cứu về cơ chế xâm nhập clo vào trong bê tông......... 10
1.2.3 Các nghiên cứu cơ chế ăn mòn cốt thép....................................... 13
1.2.4 Các thí nghiệm về sức kháng xâm nhập clo của bê tông ............. 21
1.2.5 Các nghiên cứu về hệ số khuếch tán ............................................ 30
1.2.6 Các nghiên cứu về thời gian khởi ñầu ăn mòn và thời gian lan
truyền ăn mòn, tuổi thọ sử dụng............................................................... 32
1.3

Các nghiên cứu trong nước................................................................. 35


2.2.3 Xây dựng công thức xác ñịnh hệ số khuếch tán clo từ kết quả
thí nghiệm C1202 ..................................................................................... 49
2.2.4 Áp dụng phương trình DC1202 tính hệ số khuếch tán clo từ kết
quả thí nghiệm C1202 .............................................................................. 50
2.3

Tổng kết các kết quả dự báo hệ số khuếch tán trên thế giới .............. 51

2.3.1 Dự báo hệ số khuếch tán (D28) từ tỷ lệ nước trên xi măng .......... 52
2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hệ số khuếch tán ............................ 52
2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian ñến hệ số khuếch tán ........................... 53
2.3.4 Ảnh hưởng của muội silic ñến hệ số khuếch tán ......................... 55
2.3.5 Ảnh hưởng của ñộ ẩm ñến hệ số khuếch tán ............................... 57
2.3.6 Ảnh hưởng của nứt ñến hệ số khuếch tán .................................... 57
2.3.7 Hệ số khuếch tán biểu kiến .......................................................... 58
2.3.8 Tính hệ số khuếch tán theo dự báo và theo công thức kinh
nghiệm ...................................................................................................... 59
2.4

So sánh các kết quả tính toán và thảo luận ......................................... 60

2.4.1 So sánh kết quả tính hệ số khuếch tán D...................................... 60
2.4.2 Phân tích, nhận xét kết quả tính hệ số khuếch tán D ................... 63
2.5

Kết luận chương 2 .............................................................................. 63

CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ SỬ DỤNG CẦU
BÊ TÔNG CỐT THÉP VEN BIỂN VIỆT NAM DO XÂM NHẬP CLO ............. 65


“LifeConBridge”........................................................................................ 109
3.5

Kết quả tính và nhận xét ................................................................... 111

3.5.1 Kiểm chứng kết quả tính của mô hình ñề xuất .......................... 111
3.5.2 Kết quả tính toán thí dụ .............................................................. 112
3.5.3 Nhận xét kết quả:........................................................................ 114
3.6 Dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam 115
3.6.1 ðặc ñiểm khí hậu vùng ven biển Việt Nam và biến ñổi khí hậu .. 115
3.6.2 Dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt
Nam ....................................................................................................... 118
3.7

Kết luận chương 3 ............................................................................ 120

CHƯƠNG 4. CÁC BIỆN PHÁP KÉO DÀI TUỔI THỌ SỬ DỤNG VÀ THÍ
DỤ TÍNH TOÁN .......................................................................................................122
4.1

Các biện pháp dài tuổi thọ sử dụng .................................................. 122

4.1.1 Với các kết cấu mới.................................................................... 122
4.1.2 Với các kết cấu cũ ...................................................................... 127
4.2

Thí dụ tính toán cho một số bộ phận cầu T ...................................... 127

4.2.1 Các thông sô tính tuổi thọ sử dung của cầu T ............................ 127

Bảng 3.2 Tóm tắt các tiêu chuẩn xác ñịnh giới hạn tối ña cho phép của clo
trong vữa và bê tông dự ứng lực .................................................... 78
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của canxi nitrit (CNI) trên ngưỡng clo tới hạn ............ 79
Bảng 3.4 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn H=100%......................... 111
Bảng 3.5 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn H=75%........................... 112
Bảng 3.6 Kết quả tinh thời gian lan truyền ăn mòn theo nứt bê tông bảo vệ .... 112
Bảng 3.7 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn theo các tham số ............ 113
Bảng 3.8 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn theo các tham số (quan
ñiểm 1: nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ).......................................... 113
Bảng 3.9 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn theo các tham số (quan
ñiểm 2: ăn mòn gây nguy hiểm) ................................................... 114
Bảng 4.1 Kết quả tính tuổi thọ sử dụng, với các giải pháp kết hợp .............. 126
Bảng 4.2 Thông số kết cấu và vật liệu .......................................................... 128
Bảng 4.3 Thông số môi trường ..................................................................... 129
Bảng 4.4 Kết quả tính tuổi thọ sử dụng, bài toán 1D.................................... 129
Bảng 4.5 Kết quả tính tuổi thọ sử dụng, bài toán 2D.................................... 130
Bảng 4.6 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn t2 ............................... 130


vii

Danh mục các hình vẽ
Hình 1.1: Số lượng các hư hại quan sát ñược ở Nhật bản (nguồn dữ liệu
Prof Hiroshi Mutsuyoshi 2001) ....................................................... 7
Hình 1.2: Biểu ñồ Pourbaix quan hệ thế ñiện cực và ñộ pH của hệ Fe-H2O .. 15
Hình 1.3 Các phản ứng cực dương và cực âm (Beeby) ................................. 18
Hình 1.4 Thể tích tương ñối của các sản phẩm ăn mòn sắt ........................... 20
Hình 1.5 Biểu ñồ thể hiện các hư hại do ăn mòn gây ra nứt, vỡ, tách lớp ..... 20
Hình 1.6 Sơ ñồ thí nghiệm theo AASHTO T259 (salt ponding) .................... 21
Hình 1.7 Sơ ñồ thí nghiệm khuếch tán khối- Bulk Diffusion Test

Hình 3.8: Sơ ñồ ước lượng cho mất mát bán kính thép ∆rs2 ......................... 102
Hình 3.9: Mối quan hệ giữa tốc ñộ ăn mòn và ñộ ẩm tương ñối với bê tông
tuổi 1 năm có hàm lượng ion Cl- là 1.8kg/m3 ở nhiệt ñộ 23oC ... 105
Hình 3.10. Mật ñộ dòng ăn mòn với thời gian khi Ccl=1.25kg/m3, nhiệt ñộ
20oC, ñộ ẩm H=75% theo Liu và Weyers..................................... 107
Hình 3.11. Sơ ñồ thuật toán tính tuổi thọ sử dụng do xâm nhập clo ............ 110
Hình 3.12: Mức tăng nhiệt ñộ trung bình năm (oC) vào giữa thế kỷ 21 theo
kịch bản phát thải trung bình ....................................................... 116
Hình 3.13: Mức tăng nhiệt ñộ trung bình năm (oC) vào cuối thế kỷ 21 theo
kịch bản phát thải trung bình ....................................................... 117
Hình 3.14: Các vùng môi trường biển của trụ cầu bê tông ........................... 119
Hình 3.15: ðịnh tính về phân bố nồng ñộ clo bề mặt ................................... 120
Hình 4.1: Quan hệ giữa chiều dày lớp bê tông bảo vệ với thời gian khởi
ñầu ăn mòn khi w/c=0.35, nhiệt ñộ 20oC, ñộ ẩm H=80% cho
vùng khí quyển biển ...................................................................... 123
Hình 4.2: Quan hệ giữa chiều dày lớp bê tông bảo vệ với thời gian từ
khởi ñầu ăn mòn ñến nứt cho bê tông f’c=40MPa,ñường kính
cốt thép d=16mm, nhiệt ñộ 20oC, ñộ ẩm H=80% cho vùng khí
quyển biển .................................................................................... 123
Hình 4.3: Quan hệ giữa tỷ lệ nước trên xi măng w/c với thời gian khởi ñầu
ăn mòn (chiều dày lớp bê tông bảo vệ L=70mm, nhiệt ñộ 20oC,
ñộ ẩm H=75% cho vùng khí quyển biển) ..................................... 124
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
25oC, ñộ ẩm H=75% cho vùng khí quyển biển) ........................... 125


ix

Danh mục các chữ viết tắt, các ký hiệu

Sự thay ñổi ñường kính của cốt thép

νr

Hệ số poisson của gỉ sắt;

δrust

Chuyển vị nén hướng tâm của gỉ (các sản phẩm ăn mòn)

∆T

là mức tăng nhiệt ñộ trong thí nghiệm C1202.

“LifeConBridge”- Service Life of concrete Bridge- Tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông.
A

Diện tích tiết diện mẫu thử

BTCT Bê tông cốt thép
C

Nồng ñộ clo

C(x,t) Nồng ñộ clo tại chiều sâu x và thời gian t
C0

Nồng ñộ clo ban ñầu trong bê tông

CNI


DPC

Hệ số khuếch tán clo trong bê tông thường

DSF

Hệ số khuếch tán clo trong bê tông có muội silic (silica fume)

E

ðiện thế áp dụng


x

Ec

Mô ñun ñàn hồi của bê tông;

Er

Mô ñun ñàn hồi của gỉ sắt;

F

Hằng số Faraday

FA


k

Hệ số biểu thị mức ñộ lấp ñầy các vết nứt bằng các sản phẩm ăn mòn;

L

Chiều dày lớp bê tông bảo vệ

M

Khối lượng nguyên tử của sắt

Mloss

Khối lượng thép mất mát do ăn mòn

Mr

Sức kháng uốn tính toán (hay sức kháng uốn có hệ số)

Mrc

Phần sức kháng tạo nên bởi tiết diện bê tông

Mrs

Phần sức kháng tạo nên bởi tiết diện cốt thép

Ms


Q

ðiện tích chuyển qua trong 6 giờ thí nghiệm thấm nhanh clo C1202

Q0

ðiện tích ñiều chỉnh trong 6 giờ thí nghiệm thấm nhanh clo C1202

qr

Áp lực tới xuyên tâm

qr,c

Áp lực tới hạn gây nứt bê tông bảo vệ


xi

R

Hằng số khí

r0=0,50d+δ0;
rn

Bán kính của thép chưa bị ăn mòn

S


ρ

Tỷ lệ phần trăm của khối lượng thép mất mát Mloss với khối lượng
thép ban ñầu Ms trên một ñơn vị chiều dài

ρth

Tỷ lệ phần trăm của mất mát diện tích tiết diện thép gây nguy hiểm
cho trạng thái giới hạn chịu lực.


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.
Việt Nam là quốc gia biển có bờ biển dài, khí hậu nhiệt ñới gió mùa,
nhiệt ñộ khá cao, ñộ ẩm lớn. ðây chính là yếu tố thúc ñẩy nhanh ăn mòn cốt
thép trong các cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam. Hơn nữa theo kịch
bản biến ñổi khí hậu thì nhiệt ñộ sẽ tăng, nước biển dâng cao. Nước mặn sẽ
xâm nhập sâu vào các sông do ñó nhiều kết cấu sẽ bị ảnh hưởng của nước
biển và xâm nhập mặn.
Các vùng kết cấu bê tông ít bị ảnh hưởng do ăn mòn cốt thép là các
vùng thường xuyên nằm dưới mực nước thấp nhất của thủy triều, do thiếu oxy

các cầu bê tông cốt thép phơi nhiễm clo. ðây là lý do ñể ñề tài này nghiên
cứu sự xâm nhập clo và gây ra ăn mòn cốt thép ñể dự báo tuổi thọ sử dụng
của các cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam. Mô hình dự báo này sẽ trợ
giúp các kỹ sư xây dựng phương án thiết kế, bảo trì hợp lý các công trình
cầu bê tông cốt thép ở ven biển.
Với mục ñích dự báo tuổi thọ của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt
Nam do xâm nhập clo, nghiên cứu sinh lựa chon ñề tài:
“Dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam
do xâm nhập clo”
2. Mục ñích nghiên cứu
Mục ñích của luận án là nghiên cứu về sự xâm nhập clo gây ra ăn mòn cốt
thép ñối với các cầu bê tông cốt thép ven biển.


3

Các nội dung chính của luận án:
1)

Xác ñịnh các tham số của quá trình xâm nhập clo vào trong bê tông
như: Hệ số khuếch tán clo D; Nồng ñộ clo trên bề mặt bê tông Cs;
Ngưỡng nồng ñộ clo gây ăn mòn thép Cth.

2)

Xây dựng phương pháp và mô hình dự báo tuổi thọ sử dụng cho
các công trình cầu bê tông cốt thép ở ven biển Việt Nam theo sự
xâm nhập clo.

3)

- Chỉ giới hạn ñối với các công trình cầu bê tông cốt thép ở ven biển Việt
Nam. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho các kết cấu khác như công
trình cầu cảng, công trình gần các sông có xâm nhập mặn.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học của luận án.
Xây dựng ñược mô hình tính toán dự báo tuổi thọ theo sự xâm nhập
của clo, từ ñó làm sáng tỏ tác ñộng cơ lý hóa ñến quá trình suy giảm chất
lượng dẫn tới hư hại rồi phá hủy kết cấu bê tông cốt thép, góp phần xây dựng
phương pháp nghiên cứu dự báo tuổi thọ kết cấu,công trình.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án.
Luận án cung cấp một tổng quan tốt, một mô hình và phần mềm dự báo
tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam do xâm nhập clo
là tài liệu tham khảo tốt cho các kỹ sư, các nhà nghiên cứu và thiết kế sử dụng
trong quá trình phát triển các kết cấu cầu hiện ñại.
5. Nội dung luận án
Luận án gồm 4 chương, nội dung ñược toám tắt như sau:
Mở ñầu: giới thiệu lý do chon ñề tài, mục ñích nghiên cứu, ñối tượng
và phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.
Chương 1 “Tổng quan về các nghiên cứu tuổi thọ sử dụng của cầu bê
tông cốt thép do xâm nhập clo” chương này phân tích, ñánh giá các công
trình nghiên cứu ñã có của các tác giả trong và ngoài nước liên quan mật


5

thiết ñến ñề tài luận án; nêu những vấn ñề còn tồn tại; chỉ ra những vấn ñề
mà ñề tài luận án cần tập trung nghiên cứu, giải quyết.
Chương 2 “Nghiên cứu xác ñịnh hệ số khuếch tán clo trong bê tông”.
Chương này trình bày: (1) Thí nghiệm thấm nhanh clo trong bê tông theo tiêu
chuẩn ASTM C1202, (2) xây dựng công thức xác ñịnh hệ số khuếch tán clo

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. Các tài liệu về thiết kế và thi công cầu bê
tông cốt thép hiện hành khá ñầy ñủ và chi tiết ñể ñảm bảo mục tiêu thi công
ñược, an toàn và sử dụng ñược, có xét ñến các yếu tố: khả năng dễ kiểm tra,
tính kinh tế, mỹ quan và ñộ bền [8,12,15,16,17,18]. Các tài liệu về thiết kế vật
liệu bê tông ñể ñảm bảo các mục tiêu thiết kế kết cấu ñã ñược biên soạn
[6,10]. Vấn ñề ñảm bảo ñộ bền của cầu bê tông cốt thép cũng ñã ñược ñặt ra.
Trong lĩnh vực này, hiện tượng ăn mòn cốt thép là mối quan tâm lớn nhất.
Xâm nhập của clo và CO2 là các nguyên nhân chính của quá trình ăn mòn cốt
thép gây hư hại và làm giảm ñộ bền, giảm tuổi thọ sử dụng. Các biện pháp
nhằm giảm bớt sự xâm nhập của ion clo và CO2 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 hại cầu bê tông ñược GS Mutsuyoshi, (năm
2001) ñưa ra thống kê trên các cầu bê tông cốt thép ở Nhật Bản (hình 1.1)
[44]. Qua số liệu thống kê chúng ta có thể thấy rằng nguyên nhân chủ yếu
nhất dẫn ñến các hư hại của các kết cấu bê tông cốt thép là do xâm nhập clo
chiếm tới 66% các hư hại, trong khi do các bon nát hóa chỉ chiếm 5%.


7

Hình 1.1: Số lượng các hư hại quan sát ñược ở Nhật bản (nguồn dữ liệu Prof
Hiroshi Mutsuyoshi 2001) [44]
Việt nam là một nước có bờ biển dài trên 3000 Km, có rất nhiều công
trình cầu bê tông cốt thép nằm gần sát với biển. Trên thực tế các công trình

1.2.1 Các nghiên cứu về lý thuyết ñộ bền của bê tông
M.S. Shetty trong tài liệu “ Concrete Technology: Theory and Practice”
xuất bản năm 2005[43], ñã ñưa ra lý thuyết ñộ bền của bê tông như sau:
Trong một thời gian dài, bê tông ñược coi là vật liệu có ñộ bền với yêu
cầu ít hoặc không cần ñiều kiện bảo trì. Giả thiết này tương ñối ñúng trong ña
số trường hơp, ngoại trừ khi bê tông ñược sử dụng trong môi trường khắc
nghiệt: khu vực ñô thị và khu công nghiệp bị ô nhiễm nặng nề; môi trường
biển, môi trường có các ion clo. Trong các môi trường trên bê tông bị suy
thoái, kém bền do như xâm nhập của các hóa chất như axit, sun phát, phản
ứng kiềm cốt liệu, xâm nhập của clo, các bon nát hóa.
ðộ bền của bê tông xi măng ñược Viện bê tông Mỹ ACI 201.2R-01
ñịnh nghĩa là khả năng chống các tác ñộng của thời tiết, xâm nhập của hóa
chất, mài mòn, hoặc bất cứ quá trình nào khác của sự hư hại. Bê tông bền sẽ
giữ ñược hình thức ban ñầu của nó. Bê tông bền cũng sẽ duy trì ñược chất
lượng và khả năng phục vụ khi tiếp xúc với môi trường xâm thực.


9

Trước ñây, các nghiên cứu ñều tập trung vào cường ñộ nén bê tông.
Thực tế, tiến bộ trong công nghệ bê tông ñều liên quan ñến cường ñộ của bê
tông. Hiện nay do mức ñộ khắc nghiêt của ñiều kiện môi trường, nên cả
cường ñộ và ñộ bền của bê tông cần phải ñược xem xét. Mối quan hệ giữa
cường ñộ và ñộ bền cũng là vấn ñề ñáng ñược quan tâm và nghiên cứu.
Khi thiết kế hỗn hợp bê tông hoặc thiết kế kết cấu bê tông, ñiều kiện
tiếp xúc mà bê tông phải chịu sẽ ñược ñánh giá ngay từ ñầu. Nhiều báo cáo
cho rằng ở các nước công nghiệp phát triển, hơn 40% tổng số nguồn lực của
các ngành công nghiệp xây dựng ñược chi cho việc sửa chữa và bảo trì.
Hiện nay, bê tông ñược sử dụng ở tất cả những nơi có ñiều kiện thuận
lợi và ñã ñược mở rộng ñến những môi trường rất khắc nghiêt, nên việc xem

khuếch tán nên ñược lựa chọn. Thiết kế lớp bê tông bảo vệ ñủ dày là bước
quan trọng ñể tăng ñộ bền của bê tông cốt thép. Các mối nối phải ñược làm từ
bê tông ñặc chắc tốt vv cũng giúp nâng cao ñộ bền của bê tông trong nước
biển [43].
1.2.2 Các nghiên cứu về cơ chế xâm nhập clo vào trong bê tông

Tốc ñộ xâm nhập của các chất vào bê tông là yếu tố chính ñể dự báo ñộ
bền của bê tông, các cơ chế hư hại chẳng hạn như ăn mòn, rửa trôi hoặc
cacbonat ñều liên quan ñến tốc ñộ xâm nhập của các tác nhân xâm thực
vào bê tông. Tính xâm nhập ñược xem như là mức ñộ mà vật liệu cho
phép các khí, chất lỏng, hoặc ion ñi vào trong vật liệu. Một kết cấu bê tông cốt
thép bền vững, hạn chế sự xâm nhập của chất lỏng là một yêu cầu cần phải
ñáp ứng.
Các cơ chế khuếch tán, di trú, ñối lưu và thấm là các cơ chế chuyên chở
các chất vào bê tông. Chúng ñược ñề cập như sau.
1.2.2.1 Khuếch tán
Khuếch tán là sự chuyển ñộng của chất khí, các ion hoặc các phân
tử khi có chênh lệch nồng ñộ, từ một khu vực có nồng ñộ cao ñến một khu
vực với một nồng ñộ thấp. Khuếch tán khí ñược biết ñến nhiều trong bê
tông không bão hòa trong khi khuếch tán ion xảy ra trong ñiều kiện bão
hòa và bão hòa một phần. Khuếch tán phân tử xảy ra nếu các lỗ rỗng của bê


11

tông là tương ñối lớn (Sharif và cộng sự, 1999) [52]. ðịnh luật rất cơ bản về
khuếch tán là ñịnh luật của Adolf Fick phát minh năm 1855.
ðịnh luật Fick thứ nhất
Các mô hình của khuếch tán khí và ion trong chất rắn thường ñược thực
hiện bằng cách sử dụng ñịnh luật thứ nhất của Fick về khuếch tán, khuếch

∂t
∂x

(1.2)

Khuếch tán ion clo vào bê tông là do trong bê tông có hệ thống lỗ rỗng
rất nhỏ thường ñược lấp ñầy bởi nước. Các ion clo sẽ khuếch tán trong dung
dịch lỗ rỗng của bê tông khi có chênh lệch nồng ñộ. Vậy bản chất của C trong
các phương trình về khuếch tán áp dụng cho bê tông là nồng ñộ ion clo trong
dung dịch lỗ rỗng.


12

1.2.2.2 Sự di trú (Migration)
Sự di trú là sự chuyển ñộng của các ion trong một dung dịch dưới một
ñiện trường. ðó chính là cơ chế xâm nhập chính trong các thí nghiệm nhanh
clo trong phòng thí nghiệm, và ñược quy ñịnh bởi các phương trình:
J =−

zF
∂E
DC
RT
∂x

(1.3)

Trong ñó:
J là vận tốc của ion

(1.4)


13

Trong ñó:
C là nồng ñộ của chất tan ở ñộ sâu x sau thời gian t

ν là vector vận tốc trung bình của dòng chất lỏng
ðối lưu (cùng với sự khuếch tán) là cơ chế xâm nhập chính cho xâm
nhập clo trong bê tông bị nứt (Paulsson, và Johan, 2002). Nó cũng có một vai
trò quan trọng trong sự di chuyển của các ion clo khi bê tông tiếp xúc với ñiều
kiện khô-ướt.
1.2.2.4 ðộ thấm
ðộ thấm của bê tông ñược ñịnh nghĩa là một thước ño của khả năng bê
tông truyền chất lỏng qua cấu trúc lỗ rỗng của nó dưới một áp lực bên
ngoài trong khi các lỗ rỗng ñược bão hòa với chất lỏng. ðộng lực ñể các chất
lỏng và khí ñi

qua các khoảng

trống lỗ

rỗng hoặc hệ

thống vết

nứt là

do một chênh lệch áp suất (Samaha và Hover, 1992).