MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn. 1 CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 2 1.1. Thực trạng công trình đê biển Việt Nam 2 1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá) 2 1.1.2. Đê biển miền Trung 6 1.1.3. Nguyên nhân hư hỏng của hệ thống đê biển 8 1.1.4. Các cơ chế phá hoại đê biển 9 1.2. Thực trạng công trình đê biển trên Thế giới 9 1.2.1. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works 10 1.2.2. Đánh giá mức độ an toàn của hệ thống đê 11 1.2.3. Hà Lan thách thức của biến đổi khí hậu và nước biển dâng 11 KẾT LUẬN CHƯƠNG I 13 CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM 14 2.1. Đặc điểm môi trường biển Việt Nam 14 2.1.1. Vùng ngập nước biển 15 2.1.2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển 16 2.1.3. Vùng nước lên xuống và sóng đánh 17 2.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép ở Việt Nam 18 2.3. Cơ chế phá hủy bê tông trong nước biển 23 2.3.1. Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 23 2.3.2. Giới thiệu về xi măng 27 2.3.3. Cấu trúc của đá xi măng và nguyên nhân ăn mòn xi măng 31 2.3.4. Tác động ăn mòn xi măng của nước biển 38 2.3.5. Hiện tượng mềm hóa bê tông do nước biển gây ra 40 2.4. Cơ chế ăn mòn cốt thép của nước biển 45 2.5. Tuổi thọ công trình và quá trình suy giảm độ bền trong môi trường nước biển 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 56 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VẬT VÀ PHỤ GIA ỨC CHẾ ĂN MÒN ĐỂ KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNG XÂM THỰC ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÙNG BIỂN 56 3.1. Tác dụng của phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn 56 3.1.1. Tro bay 56 3.1.2. Muội silic (Silica fume, SF) 58 3.1.3. Phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép 59 3.2. Tính toán cấp phối bê tông có sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn 60 3.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông 61 3.2.2. Quy trình cấp phối bê tông 62 3.2.3. Các bước thiết kế 62 3.3. Thí nghiệm để đánh giá những tác dụng mà phụ gia đem lại 66 3.3.1. Thí nghiệm xác định độ lưu động 66 3.3.2. Thí nghiệm xác định cường độ 68 3.3.3. Thí nghiệm xác định hệ số thấm 68 KẾT LUẬN CHƯƠNG III 69 CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHO ĐÊ BIỂN HUYỆN NGHĨA HƯNG - TỈNH NAM ĐỊNH 70 4.1. Giới thiệu về đê biển huyện Nghĩa Hưng, tỉnh Nam Định 70 4.1.1. Vị trí địa lý 70 4.1.2. Hiện trạng đê kè biển huyện Nghĩa Hưng 70 4.2. Tính toán cấp phối bê tông, tỷ lệ sử dụng phụ gia khoáng, ức chế ăn mòn cho kè Nghĩa Hưng 72 4.2.1. Thiết kế cấp phối bê tông dùng cho kè Nghĩa Hưng 72 4.2.2. Tính toán cấp phối cho 1m P 3 P bê tông 72 4.2.3. Cấp phối thí nghiệm 73 4.2.4. Kết quả thí nghiệm xác định hệ số thấm 75 4.2.5. Thí nghiệm ngâm mẫu bê tông trong nước biển 78 4.2.6. Lựa chọn cấp phối bê tông, tỷ lệ sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn cho kè Nghĩa Hưng 78 4.3. So sánh kết quả thí nghiệm bê tông đối chứng và bê tông có sử dụng phụ gia khoáng, phụ gia ức chế ăn mòn 79 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80 1. Kết luận 80 2. Những vấn đề còn tồn tại 80 3. Kiến nghị 80 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hiện trạng đê Giao Thuỷ - Nam Định 4 Hình 1.2. Đê Afsluitdijk và hệ thống công trình Delta Works 10 Hình 2.1. Cảng Thương vụ - Vũng Tầu sau 15 năm sử dụng 20 Hình 2.2. Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng cách biển 25km, sau 30 năm sử dụng 21 Hình 2.3. Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy điện Hòa Bình (Nguồn tin internet) 21 Hình 2.4. Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2 - Hải Phòng 21 Hình 2.5. 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 (Nguồn tininternet) 22 Hình 2.6. Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng (Nguồn tin internet) 22 Hình 2.7. Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre 22 Hình 2.8. Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 23 Hình 2.9 Sự phát triển cường độ bê tông theo thời gian 42 Hình 2.10. Phát triển cường độ trong môi trường mặn 45 Hình 2.11. Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép 46 Hình 2.12. Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 47 Hình 2.13. Sơ đồ mô tả lý thuyết ăn mòn cốt thép 50 Hình 2.14. Giản đồ Pourbaix đơn giản 51 Hình 2.15. Sơ đồ mô tả cốt thép bị ăn mòn 52 Hình 2.16. Sơ đồ mô tả quá trình suy giảm chất lượng công trình theo thời gian 53 Hình 3.1. Nón cụt tiêu chuẩn dùng để xác định độ sụt của bê tông 68 Hình 3.2. Đo độ sụt của bê tông 68 Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệm xác định hệ số thấm 69 Hình 4.1. Hệ số thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 3 ngày 76 Hình 4.2. Hệ số thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 7 ngày 77 Hình 4.3. K thấm của bê tông có và không có phụ gia trong 28 ngày 77 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Thành phần các ion hóa học chủ yếu có trong nước biển [4] 15 Bảng 2.2. Thành phần hóa nước biển Việt Nam và trên thế giới [4] 15 Bảng 2.3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam [4] 16 Bảng 2.4. Bảng phân loại mác xi măng 28 Bảng 2.5. Thành phần khoáng vật của xi măng [3] 29 Bảng 2.6. Bảng thống kê sự phát triển cường độ chịu nén của bê tông 42 các công trình trong môi trường biển [5] 42 Bảng 4.1 Cấp phối bê tông thường 74 Bảng 4.2 Cấp phối bê tông có 30%F, 0,5%P 74 Bảng 4.3. Cấp phối bê tông có 25%F, 0,5%P, 5%S 74 Bảng 4.4. Cấp phối bê tông có 20%F, 10%S, 0,5%P 75 Bảng 4.5. Tổng hợp kết quả cường độ nén thí nghiệm (Mpa) 75 Bảng 4.6. Bảng xác định hệ số thấm 76 Bảng 4.7. Mối quan hệ giữa Kt~B trong 28 ngày 77 Bảng 4.8. Bảng kết quả độ mài mòn 78 DANH MỤC VIẾT TẮT BT: Bê tông BTCT: Bê tông cốt thép BT & BTCT : Bê tông và bê tông cốt thép X: Xi măng C: Cát Đ: Đá N: Nước CKD: Chất kết dính PGK: Phụ gia khoáng PGH: Phụ gia hóa HHBT: Hỗn hợp bê tông TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng TCN: Tiêu chuẩn nghành VLXD: Vật liệu xây dựng 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 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bờ biển nước ta có chiều dài hơn 3600 km trải dài từ Móng Cái đến Hà Tiên. Bên cạnh việc đem lại cho con người những giá trị tích cực về kinh tế, tinh thần, biển còn có thể mang đến sự tàn phá, huỷ hoại ghê gớm. Từ bao đời nay, những công trình trong môi trường biển, bảo vệ bờ biển đã và đang hình thành ngày càng nhiều với sự đóng góp đáng kể của những tiến bộ khoa học kỹ thuật với mục đích lợi dụng tối đa những lợi ích và giảm tối thiểu những tác động tiêu cực từ nước biển. Đê biển và các công trình bê tông trong vùng biển là loại công trình ven bờ biển và trong môi trường biển, bị nước biển ăn mòn theo thời gian, phá hỏng các kết cấu bê tông, bê tông cốt thép không những về mặt cơ học mà còn gây ra hiện tượng ăn mòn hóa học. Nó gây hư hỏng và giảm tuổi thọ công trình. Một khi đê biển và các công trình bê tông và bê tông cốt thép bị phá hoại thì hậu quả tác động tới kinh tế và kinh tế xã hội rất lớn. Vì vậy việc nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mòn hóa học của bê tông trong môi trường biển và đưa ra một số giải pháp giảm thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ công trình trở thành vấn đề vô cùng cấp thiết với nước ta hiện nay. 2. Những vấn đề cần giải quyết của luận văn. - Nghiên cứu cơ chế xâm thực, ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam. - Các giải pháp khắc phục tình trạng xâm thực, ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép vùng biển. - Nghiên cứu sử dụng phụ gia chống xâm thực và ức chế ăn mòn để khắc phục tình trạng ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép. 2 CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1. Thực trạng công trình đê biển Việt Nam Hệ thống đê biển và cửa sông của chúng ta được xây dựng, bồi trúc và phát triển theo thời gian và do nhiều thế hệ người Việt Nam thực hiện. Đê chủ yếu là đê đất, vật liệu lấy tại chỗ và người địa phương tự đắp bằng những phương pháp thủ công. Hệ thống đê hình thành là kết quả của quá trình đấu tranh với thiên nhiên, mở đất của ông cha chúng ta. Chính vì vậy đê không thành tuyến mà là các đoạn nằm giữa các cửa sông. Có địa phương chỉ trong vòng một thế kỷ đã có nhiều lần đê phát triển ra ngoài, mà cho đến nay vẫn tồn tại các tuyến đó như đê huyện Tiên Lãng - Vĩnh Bảo - Hải Phòng; đê Thái Thuỵ - Tiền Hải - Thái Bình; đê Kim Sơn - Ninh Bình v.v… Thân đê chủ yếu được đắp bằng đất cát pha, một số tuyến đê như Hải Hậu (Nam Định), Hậu Lộc (Thanh Hoá) và các tuyến đê biển miền trung được đắp bằng cát và phủ lớp chống xói phía ngoài; mái đê phía đồng, mặt đê dễ bị xói sạt khi mưa lớn, sóng leo trong bão. Mặt đê nhỏ tải trọng cho phép phục vụ giao thông yếu, hầu hết các phương tiện cơ giới không thể đi lại được trên mặt đê gây cản trở giao thông, khó khăn trong việc ứng cứu, hộ đê trong mùa bão. Các cống dưới đê nhiều về số lượng nhưng do được xây dựng từ hàng chục năm trước đây, nhiều cống đã bị xuống cấp nghiêm trọng chưa được tu sửa, rất nhiều cống phải hoành triệt để đảm bảo an toàn trong mùa mưa bão. 1.1.1. Đê biển Bắc Bộ (từ Quảng Ninh đến Thanh Hoá) Vùng ven biển đồng bằng Bắc Bộ là nơi có địa hình thấp trũng là một trung tâm kinh tế của cả nước - đặc biệt là sản xuất nông nghiệp, tập trung dân cư đông đúc. Về mặt hình học, đê biển miền Bắc thuộc loại lớn nhất cả 3 nước tập trung chủ yếu ở các tỉnh Hải Phòng, Thái Bình, Nam Định. Đây là vùng biển có biên độ thuỷ triều cao (khoảng 4m) và nước dâng do bão cũng rất lớn. Để bảo vệ sản xuất và sinh hoạt của nhân dân, các tuyến đê biển, đê cửa sông ở khu vực này được hình thành từ rất sớm và cơ bản được khép kín. Tổng chiều dài các tuyến đê biển, đê cửa sông khoảng 484km, trong đó có trên 350km đê trực tiếp biển. Đê biển Bắc Bộ có bề rộng mặt đê nhỏ khoảng từ 3,0m – 4,0m, nhiều đoạn đê có chiều rộng mặt đê < 2,0m như một số đoạn đê thuộc đê Hà Nam, đê Bắc cửa Lục, đê Hoàng Tân (tỉnh Quảng Ninh), đê biển số 5, số 6, số 7, số 8 (tỉnh Thái Bình), đê Cát Hải (Hải Phòng). Sau khi được đầu tư khôi phục, nâng cấp thông qua dự án PAM 5325 và quá trình tu bổ hàng năm, các tuyến đê biển nhìn chung chống được mức nước triều cao tần suất 5% có gió bão cấp 9. Tuy nhiên tổng chiều dài các tuyến đê biển rất lớn, dự án PAM mới chỉ tập trung khôi phục, nâng cấp các đoạn đê xung yếu. Mặt khác do tác động thường xuyên của mưa, bão, sóng lớn nên đến nay hệ thống đê biển Bắc Bộ vẫn còn nhiều tồn tại, trong đó những tồn tại chính như: - Nhiều đoạn thuộc tuyến đê biển Hải Hậu, Giao Thuỷ thuộc tỉnh Nam Định đang đứng trước nguy cơ bị vỡ do bãi biển liên tục bị bào mòn, hạ thấp gây sạt lở chân, mái kè bảo vệ mái đê biển, đe doạ trực tiếp đến an toàn của đê biển. Một số đoạn trước đây có rừng cây chắn sóng nên mái đê phía biển được bảo vệ nhưng đến nay cây chắn sóng bị phá huỷ, đê trở thành trực tiếp chịu tác động của sóng, thuỷ triều nên nếu không được bảo vệ sẽ có nguy cơ vỡ bất cứ lúc nào [...]... Long: Đề tài luận văn thạc sỹ kỹ thuật: Nghiên cứu cơ chế ăn mòn hóa học của bê tông trong môi trường biển và một số giải pháp giảm thiểu ăn mòn, tăng tuổi thọ công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam [7] KẾT LUẬN CHƯƠNG I Qua nghiên cứu thực trạng công trình biển ở Việt Nam và trên Thế giới ta thấy: - Các công trình bảo vệ bờ biển bị xâm thực, ăn mòn rất nhanh chóng... đề tài đều tập trung vào công tác chống ăn mòn cho các công trình biển, chưa có một hội nghị chính thức nào nói về ăn mòn của công trình xây dựng dân dụng công nghiệp và công trình trong môi trường nước ngọt Ngoài những đề tài trên, còn có một số nghiên cứu khác về chống ăn mòn và tăng tuổi thọ cho công trình bê tông và bê tông cốt thép trong môi trường biển và ở vùng ven biển Trước đây nhà nước ta... ven biển bị ăn mòn mạnh Xét về bản chất có một số dạng ăn mòn chính sau đây: + Ăn mòn hóa học bê tông trong nước biển + Ăn mòn cốt thép trong vùng không khí biển và vùng thủy triều lên xuống + Ăn mòn bê tông do vi sinh vật biển Các vi sinh vật trong nước biển có khả năng tiết ra một số hợp chất hóa học tác dụng với thành phần đá xi măng gây ăn mòn bê tông theo cơ chế hóa học Trong các dạng ăn mòn này... 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. .. chống thấm của bê tông các công trình thủy lợi” [10] 13 - Cao Duy Tiến & nnk (1999): Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu các điều kiện kỹ thuật nhằm đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép ở vùng biển Việt Nam - Viện khoa học Công nghệ Xây dựng [8] - Cao Duy Tiến: Hiện tượng ăn mòn kết cấu bê tông cốt thép dưới tác động khí hậu ven biển Việt Nam Hội thảo quốc tế bê tông bền biển 1994... định theo 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 [9] 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)... chịu ảnh hưởng xâm thực của hà, sò biển, tác động cơ học của sóng biển Vì vậy vùng này được xem là có tính chất và mức độ xâm thực mạnh nhất 2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông, 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... nước biển 2.3.1 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển Trong môi trường biển và các vùng ven biển, bê tông trong các công trình xây dựng, giao thông, nhất là công trình thủy lợi có nguy cơ bị ăn mòn lớn nhất Ở những vùng này hiện tượng ăn mòn và phá hủy bê tông thường xảy ra mạnh đối với kết cấu nằm ở vị trí tiếp xúc với gió biển hoặc thường xuyên hứng chịu mưa gió và khô ẩm phía mặt ngoài công trình Với những... 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... nhỏ đối với bê tông + Vùng thủy triều lên xuống: Ở đây xảy ra quá trình ăn mòn hóa học và ăn mòn vi sinh đối với bê tông, ăn mòn cốt thép, tác động phá hủy vật lý và va đập, mài mòn cơ học + Vùng không khí biển (không khí chứa các muối phân tán): Chủ yếu là ăn mòn cốt thép, dẫn tới làm nứt nẻ, phá hoại lớp bê tông bảo vệ Môi trường biển là môi trường hoá học, vì vậy quá trình ăn mòn bê tông trong môi . chế xâm thực, ăn mòn bê tông, bê tông cốt thép trong môi trường biển Việt Nam. - Các giải pháp khắc phục tình trạng xâm thực, ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép vùng biển. - Nghiên cứu sử dụng. nước biển 52 KẾT LUẬN CHƯƠNG II 56 CHƯƠNG III: NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHỤ GIA KHOÁNG VẬT VÀ PHỤ GIA ỨC CHẾ ĂN MÒN ĐỂ KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNG XÂM THỰC ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH BẢO VỆ BỜ VÙNG BIỂN. cứu sử dụng phụ gia chống xâm thực và ức chế ăn mòn để khắc phục tình trạng ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép. 2 CHƯƠNG I NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG CÔNG TRÌNH ĐÊ BIỂN VIỆT NAM VÀ TRÊN