Luận văn thạc sĩ kĩ thuật khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng quảng ninh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật khảo sát kết cấu bê tông cốt thép chịu ảnh hưởng môi trường biển tại Quảng Ninh, phân tích hiện trạng và giải pháp bảo vệ.

• Tác giả: Phạm Đình Phú
• Người hướng dẫn: Pgs. Ts. Lê Thanh Huấn
• Trường học: Trường Đại học Dân lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình Dân dụng và Công nghiệp
• Đề tài: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
• 0.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
• 0.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 0.3.2. Phạm vi nghiên cứu
• 0.4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• 0.5. Bố cục luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ BTCT
• 1.1. KHÁI NIỆM VỀ BTCT
• 1.1.1. Tính chất của BTCT
• 1.1.2. Ưu và khuyết điểm của BTCT
• 1.1.3. Phạm vi ứng dụng và xu hướng phát triển
• 1.2. TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU
• 1.2.1. Tính chất của Bê tông
• 1.2.1.1. Tính chất hóa học
• 1.2.1.2. Tính năng cơ lý
• 1.2.2. Cấp độ bền và mác của bê tông
• 1.2.3. Tính năng cơ lý của cốt thép
• 1.2.4. Bê tông và Cốt thép
• 1.3. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH BTCT ĐẶC TRƯNG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN ĐÃ VÀ ĐANG XÂY DỰNG TẠI QUẢNG NINH
• 1.3.1. Công trình dân dụng, công nghiệp
• 1.3.2. Công trình giao thông, hạ tầng, kỹ thuật, nông nghiệp và phát triển nông thôn
• 2. CHƯƠNG 2: BTCT CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN
• 2.1. PHÂN VÙNG XÂM THỰC TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN THEO TCVN 9346-2012
• 2.2. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN VIỆT NAM VÀ VÙNG BIỂN QUẢNG NINH
• 2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HIỆN TRẠNG GÂY ĂN MÒN VÀ PHÁ HỦY CÁC CÔNG TRÌNH BTCT TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN
• 2.3.1. CƠ CHẾ GÂY ĂN MÒN CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN
• 2.3.2. Nguyên nhân do tác động xâm thực của môi trường biển
• 2.3.3. Nguyên nhân do thiết kế, thi công, quản lý sử dụng công trình
• 2.3.4. Hiện trạng ăn mòn và phá hủy các công trình BTCT trong môi trường biển nước ta
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MỘT SỐ KẾT CẤU BTCT TRONG NHÀ VÀ CÔNG TRÌNH ĐÃ VÀ ĐANG CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN QUẢNG NINH
• 3.1. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT BẰNG THỰC NGHIỆM KẾT CẤU BTCT
• 3.1.1. Tìm hiểu hồ sơ hoàn công công trình
• 3.1.2. Khảo sát hiện trạng kết cấu
• 3.1.3. Khảo sát chất lượng vật liệu cấu tạo thành kết cấu
• 3.2. KHẢO SÁT MỘT SỐ CÔNG TRÌNH CỤ THỂ CHỊU ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG BIỂN QUẢNG NINH
• 3.2.1. Khảo sát công trình: Nhà làm việc Bưu điện tỉnh Quảng Ninh
• 3.2.2. Khảo sát công trình: Cảng Cô Tô
• 3.2.3. Nguyên nhân làm công trình bị xâm thực, xuống cấp và các giải pháp khắc phục
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Khái quát về kết cấu bê tông cốt thép

Kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) là vật liệu xây dựng phức hợp, kết hợp giữa bê tông và cốt thép để tăng khả năng chịu lực. Bê tông có khả năng chịu nén tốt nhưng chịu kéo kém, trong khi cốt thép chịu cả kéo và nén hiệu quả. Sự kết hợp này tạo ra kết cấu bê tông bền vững, phù hợp cho các công trình xây dựng chịu ảnh hưởng từ môi trường biển. BTCT được ứng dụng rộng rãi trong các công trình dân dụng, công nghiệp, giao thông, và hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt tại Quảng Ninh, nơi có điều kiện môi trường biển khắc nghiệt.

1.1. Tính chất của bê tông và cốt thép

Bê tông được tạo thành từ xi măng, cát, sỏi, nước, và chất phụ gia. Nó có khả năng chịu nén cao nhưng chịu kéo yếu. Cốt thép bù đắp nhược điểm này bằng cách chịu lực kéo hiệu quả. Sự kết hợp giữa hai vật liệu này dựa trên lực dính và hệ số giãn nở nhiệt tương đồng. BTCT có ưu điểm như chi phí thấp, khả năng chịu lực lớn, và bền vững trong môi trường biển. Tuy nhiên, nó cũng có nhược điểm như khối lượng lớn và dễ phát sinh khe nứt.

1.2. Phạm vi ứng dụng và xu hướng phát triển

BTCT được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ công trình dân dụng đến hạ tầng kỹ thuật. Tại Quảng Ninh, nơi có hơn 250 km bờ biển, BTCT là vật liệu chính cho các công trình chịu ảnh hưởng của môi trường biển. Xu hướng phát triển hiện nay là cải thiện tính bền vững của BTCT thông qua các công nghệ mới, nhằm giảm thiểu tác động của môi trường biển và kéo dài tuổi thọ công trình.

II. Ảnh hưởng của môi trường biển đến kết cấu BTCT

Môi trường biển có tác động mạnh mẽ đến kết cấu BTCT, đặc biệt là sự ăn mòn do muối và độ ẩm cao. Tại Quảng Ninh, các công trình BTCT thường xuyên tiếp xúc với nước biển và không khí mặn, dẫn đến hiện tượng ăn mòn cốt thép và xuống cấp bê tông. Các yếu tố như ion Cl-, SO42-, và CO2 từ môi trường xâm nhập vào bê tông, gây ra phản ứng hóa học làm giảm độ bền của vật liệu.

2.1. Cơ chế ăn mòn trong môi trường biển

Cơ chế ăn mòn chủ yếu do ion Cl- xâm nhập vào bê tông, phá hủy lớp bảo vệ cốt thép. Quá trình này được đẩy nhanh bởi độ ẩm cao và nhiệt độ biến đổi. Môi trường biển cũng gây ra hiện tượng carbonat hóa bê tông, làm giảm độ pH và tăng nguy cơ ăn mòn. Các công trình tại Quảng Ninh thường bị ảnh hưởng nặng nề do tần suất tiếp xúc với nước biển cao.

2.2. Hiện trạng ăn mòn và phá hủy công trình

Theo khảo sát, hơn 50% công trình BTCT tại Quảng Ninh bị ăn mòn hoặc hư hỏng nặng sau 10-30 năm sử dụng. Nguyên nhân chính bao gồm thiết kế không phù hợp, thi công kém chất lượng, và quản lý bảo trì không hiệu quả. Các công trình như cảng biển và nhà làm việc thường xuyên bị xuống cấp do tác động của môi trường biển.

III. Khảo sát kết cấu BTCT tại Quảng Ninh

Nghiên cứu tập trung vào việc khảo sát kết cấu của các công trình BTCT tại Quảng Ninh, bao gồm nhà làm việc Bưu điện tỉnh và Cảng Cô Tô. Phương pháp khảo sát bao gồm kiểm tra hiện trạng, lấy mẫu thí nghiệm, và đánh giá chất lượng vật liệu. Kết quả cho thấy các công trình này đều bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi môi trường biển, với các vết nứt, bong tróc bề mặt, và ăn mòn cốt thép.

3.1. Phương pháp khảo sát

Phương pháp khảo sát kết cấu bao gồm kiểm tra hồ sơ hoàn công, đánh giá hiện trạng kết cấu, và lấy mẫu thí nghiệm vật liệu. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm độ bền, độ thấm, và mức độ ăn mòn của bê tông và cốt thép. Kết quả khảo sát giúp xác định nguyên nhân xuống cấp và đề xuất giải pháp khắc phục.

3.2. Kết quả khảo sát và giải pháp

Kết quả khảo sát cho thấy các công trình tại Quảng Ninh bị ảnh hưởng nặng nề bởi môi trường biển. Các giải pháp đề xuất bao gồm sử dụng vật liệu chống ăn mòn, cải thiện thiết kế và thi công, và tăng cường công tác bảo trì. Việc áp dụng các tiêu chuẩn như TCVN 9346:2012 cũng được khuyến nghị để nâng cao tính bền vững của công trình.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài hơn 3200 km, trong đó vùng biển Quảng Ninh có hơn 250 km bờ biển cùng hàng nghìn đảo lớn nhỏ, là khu vực phát triển mạnh về kinh tế và xây dựng công trình ven biển. Theo ước tính, hơn 50% kết cấu bê tông cốt thép (BTCT) tại các công trình ven biển bị ăn mòn hoặc hư hỏng nghiêm trọng chỉ sau 10-30 năm sử dụng. Môi trường biển với đặc trưng khí hậu nóng ẩm, độ mặn cao, cùng tác động của ion Cl- và SO4 2- đã gây ra sự suy giảm tuổi thọ các công trình BTCT. Nghiên cứu nhằm khảo sát thực trạng một số kết cấu BTCT trong nhà và công trình tại vùng biển Quảng Ninh, tập trung vào hai công trình tiêu biểu: Nhà làm việc Bưu điện tỉnh Quảng Ninh và Cảng Cô Tô. Mục tiêu là đánh giá mức độ ảnh hưởng của môi trường biển đến kết cấu BTCT, từ đó cung cấp dữ liệu tham khảo cho công tác thiết kế, thi công, bảo trì và sửa chữa các công trình ven biển. Phạm vi nghiên cứu tập trung trong khoảng thời gian hơn 30 năm xây dựng và khai thác các công trình tại Quảng Ninh, với ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng ven biển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình về kết cấu bê tông cốt thép, cơ chế ăn mòn trong môi trường biển và phân vùng xâm thực theo tiêu chuẩn TCVN 9346:2012. Hai lý thuyết chính được áp dụng gồm:

• Lý thuyết kết cấu BTCT: BTCT là vật liệu phức hợp gồm bê tông chịu nén tốt và cốt thép chịu kéo, làm việc đồng bộ nhờ lực dính và tương tác cơ học. Các tính chất cơ lý của bê tông và cốt thép, cấp độ bền, mác bê tông, cũng như các loại thép xây dựng được phân tích để đánh giá khả năng chịu lực và độ bền của kết cấu.

• Lý thuyết ăn mòn trong môi trường biển: Môi trường biển được phân thành các vùng xâm thực như vùng ngập nước, vùng nước lên xuống, vùng khí quyển ven biển với mức độ ăn mòn khác nhau. Cơ chế ăn mòn bao gồm quá trình carbonat hóa làm giảm pH bê tông, xâm nhập ion clorua phá vỡ lớp bảo vệ cốt thép, ăn mòn sunfat gây trương nở bê tông, và các tác động cơ học, sinh vật biển. Mối tương hỗ giữa carbonat hóa và ion clorua được xem là nguyên nhân chính gây phá hủy kết cấu BTCT.

Các khái niệm chính bao gồm: cấp độ bền bê tông (B), mác bê tông (M), lực dính bê tông-cốt thép, phân vùng xâm thực môi trường biển, quá trình carbonat hóa, ăn mòn ion clorua, và các loại ăn mòn khác như ăn mòn sinh vật và cơ học.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp khảo sát thực nghiệm kết cấu BTCT tại hiện trường, kết hợp phân tích hồ sơ hoàn công và tài liệu liên quan. Cỡ mẫu khảo sát gồm hàng trăm cấu kiện tại hai công trình tiêu biểu vùng Quảng Ninh. Phương pháp chọn mẫu theo tiêu chí đại diện cho các vùng xâm thực khác nhau: vùng khí quyển ven bờ (Nhà làm việc Bưu điện Quảng Ninh) và vùng ngập nước (Cảng Cô Tô).

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Quan sát hình thái hư hỏng bằng mắt thường và thiết bị đo chuyên dụng như súng thử cường độ bê tông Schmidt, máy đo siêu âm, máy đo điện từ để đánh giá chất lượng bê tông và cốt thép.

• Đo đạc kích thước, hình dạng, và các vết nứt trên kết cấu.

• Phân tích hóa học và vật lý môi trường biển tại khu vực khảo sát, bao gồm độ mặn, nồng độ ion Cl-, SO4 2-, độ ẩm không khí, nhiệt độ và thời gian ẩm ướt bề mặt.

• So sánh kết quả khảo sát với tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCVN 9346:2012 và các tiêu chuẩn quốc tế liên quan.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 6 tháng, bao gồm thu thập hồ sơ, khảo sát hiện trường, phân tích dữ liệu và tổng hợp báo cáo.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ hư hỏng kết cấu BTCT tại Nhà làm việc Bưu điện Quảng Ninh: Trong tổng số 995 cấu kiện khảo sát, có khoảng 25-30% cấu kiện bị hư hỏng với các biểu hiện như nứt dọc cột, rạn nứt lớp bê tông bảo vệ, gỉ sét cốt thép, bong tróc bê tông bảo vệ. Ví dụ, tầng 1 có 13/46 cột xuất hiện vết nứt dọc và cốt thép han gỉ, dầm chính tầng 1 có 16/40 cấu kiện bị rạn nứt bê tông bảo vệ.

2. Ảnh hưởng của môi trường biển đến kết cấu: Vùng khí quyển ven bờ với độ ẩm tương đối cao (trung bình 75-83%), nồng độ ion Cl- trong không khí từ 0,4 đến 1,3 mg/m3, cùng thời gian ẩm ướt bề mặt kéo dài đã làm tăng tốc độ ăn mòn cốt thép và phá hủy bê tông. Các vết nứt và bong tróc bê tông thường xuất hiện sau 15-25 năm sử dụng.

3. Cơ chế ăn mòn chủ yếu: Carbonat hóa làm giảm pH bê tông dưới 9, phá vỡ lớp màng bảo vệ cốt thép; ion clorua xâm nhập qua lớp bê tông bảo vệ, gây ăn mòn cục bộ cốt thép ngay cả khi pH còn cao. Ngoài ra, ăn mòn sunfat và tác động cơ học do sóng biển cũng góp phần phá hủy kết cấu.

4. Thi công và quản lý chưa đảm bảo: Lớp bê tông bảo vệ cốt thép mỏng (1,5-2 cm), mác bê tông thấp (M200), sử dụng vật liệu không đạt chuẩn, thi công thủ công, giám sát yếu kém dẫn đến chất lượng kết cấu giảm sút nhanh chóng. Một số công trình sử dụng cát và nước biển trong bê tông, gây hư hỏng nghiêm trọng chỉ sau 5-7 năm.

Thảo luận kết quả

Kết quả khảo sát cho thấy mức độ hư hỏng kết cấu BTCT tại Quảng Ninh tương đồng với các nghiên cứu trong nước và quốc tế về ảnh hưởng của môi trường biển đến công trình xây dựng. Đặc biệt, vùng nước lên xuống và sóng táp được xác định là vùng xâm thực mạnh nhất, gây phá hủy nhanh chóng bê tông và cốt thép. Biểu đồ phân bố vết nứt và tỷ lệ cấu kiện hư hỏng theo tầng thể hiện xu hướng tăng dần từ tầng thấp lên tầng mái, phù hợp với mức độ tiếp xúc và ảnh hưởng của môi trường.

So với các công trình trong vùng nội địa, công trình ven biển Quảng Ninh chịu tác động ăn mòn mạnh hơn do đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, độ ẩm cao và nồng độ ion ăn mòn lớn. Việc áp dụng tiêu chuẩn xây dựng chưa nghiêm ngặt, cùng với quản lý và bảo trì yếu kém, làm giảm tuổi thọ công trình đáng kể.

Dữ liệu khảo sát có thể được trình bày qua bảng thống kê tỷ lệ cấu kiện hư hỏng theo loại và vị trí, biểu đồ phân bố vết nứt, hình ảnh minh họa các hiện tượng ăn mòn và phá hủy bê tông, giúp trực quan hóa mức độ ảnh hưởng của môi trường biển.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường lớp bê tông bảo vệ cốt thép: Đề nghị tăng độ dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu lên 2,5 cm cho các kết cấu trong vùng khí quyển ven biển, đồng thời nâng mác bê tông lên ít nhất M250 để tăng khả năng chống thấm và ăn mòn. Thời gian thực hiện: trong các dự án xây dựng mới và cải tạo trong 1-3 năm. Chủ thể thực hiện: các nhà thiết kế, nhà thầu xây dựng.

2. Sử dụng vật liệu chống ăn mòn chuyên dụng: Áp dụng bê tông cường độ cao, phụ gia chống thấm, cốt thép mạ kẽm hoặc thép không gỉ cho các kết cấu chịu ảnh hưởng trực tiếp của môi trường biển. Thời gian: áp dụng ngay trong các công trình mới và sửa chữa. Chủ thể: nhà sản xuất vật liệu, nhà thầu.

3. Nâng cao chất lượng thi công và giám sát: Tăng cường đào tạo kỹ thuật viên, áp dụng công nghệ thi công hiện đại, kiểm soát nghiêm ngặt chất lượng vật liệu và thi công, đặc biệt là lớp bê tông bảo vệ. Thời gian: liên tục, ưu tiên các công trình ven biển hiện hữu. Chủ thể: chủ đầu tư, nhà thầu, cơ quan quản lý xây dựng.

4. Xây dựng quy trình bảo trì, kiểm tra định kỳ: Thiết lập quy trình kiểm tra, bảo trì định kỳ cho các công trình BTCT ven biển nhằm phát hiện sớm các dấu hiệu ăn mòn, hư hỏng để kịp thời sửa chữa. Thời gian: triển khai trong 1-2 năm tới. Chủ thể: cơ quan quản lý công trình, chủ sở hữu công trình.

5. Nghiên cứu và áp dụng công nghệ bảo vệ mới: Khuyến khích nghiên cứu các biện pháp bảo vệ kết cấu như phủ lớp chống ăn mòn, sử dụng màng bảo vệ, công nghệ cathodic protection. Thời gian: dài hạn, 3-5 năm. Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học, doanh nghiệp công nghệ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư thiết kế và thi công công trình ven biển: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực tế về ảnh hưởng môi trường biển đến kết cấu BTCT, giúp lựa chọn vật liệu, thiết kế và thi công phù hợp nhằm nâng cao độ bền công trình.

2. Chủ đầu tư và quản lý công trình: Hiểu rõ các nguyên nhân gây hư hỏng, từ đó xây dựng kế hoạch bảo trì, sửa chữa hiệu quả, giảm thiểu chi phí và kéo dài tuổi thọ công trình.

3. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Tài liệu tham khảo quý giá về cơ chế ăn mòn, phân vùng xâm thực môi trường biển, phương pháp khảo sát và đánh giá kết cấu BTCT trong thực tế.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về xây dựng và môi trường: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định quản lý chất lượng công trình ven biển, góp phần phát triển bền vững ngành xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao kết cấu BTCT ven biển dễ bị ăn mòn hơn so với vùng nội địa?
   Môi trường biển có độ mặn cao, nồng độ ion Cl- và SO4 2- lớn, cùng với độ ẩm không khí cao và thời gian ẩm ướt kéo dài tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ăn mòn bê tông và cốt thép. Ion clorua phá vỡ lớp bảo vệ cốt thép, carbonat hóa làm giảm pH bê tông, thúc đẩy ăn mòn nhanh hơn so với vùng nội địa.

2. Các biện pháp nào hiệu quả để chống ăn mòn kết cấu BTCT trong môi trường biển?
   Tăng độ dày lớp bê tông bảo vệ, sử dụng bê tông cường độ cao, phụ gia chống thấm, cốt thép mạ kẽm hoặc thép không gỉ, thi công nghiêm ngặt và bảo trì định kỳ là các biện pháp hiệu quả. Ngoài ra, công nghệ bảo vệ bề mặt và cathodic protection cũng được áp dụng.

3. Quá trình carbonat hóa ảnh hưởng thế nào đến tuổi thọ công trình?
   Carbonat hóa làm giảm độ pH bê tông dưới mức bảo vệ (pH < 9), phá vỡ lớp màng thụ động bảo vệ cốt thép, tạo điều kiện cho ăn mòn cốt thép phát triển. Quá trình này diễn ra chậm nhưng ảnh hưởng nghiêm trọng đến công trình có tuổi thọ trên 30 năm.

4. Phương pháp khảo sát kết cấu BTCT không phá hủy gồm những gì?
   Sử dụng súng thử cường độ bê tông Schmidt, máy đo siêu âm để đánh giá chất lượng bê tông, máy đo điện từ để kiểm tra cốt thép, kết hợp quan sát hình thái bề mặt và đo đạc kích thước, vết nứt để đánh giá hiện trạng kết cấu.

5. Tại sao việc quản lý và bảo trì công trình ven biển còn hạn chế?
   Thiếu quy định pháp lý cụ thể về kiểm tra định kỳ, kinh phí bảo trì hạn hẹp, chưa cập nhật công nghệ mới vào tiêu chuẩn và định mức, cùng với ý thức quản lý và sử dụng chưa cao dẫn đến việc bảo trì và khắc phục hư hỏng chưa hiệu quả.

Kết luận

• Kết cấu BTCT tại vùng biển Quảng Ninh chịu ảnh hưởng nghiêm trọng của môi trường biển với hơn 25% cấu kiện bị hư hỏng sau 30 năm sử dụng.
• Cơ chế ăn mòn chủ yếu là sự phối hợp giữa quá trình carbonat hóa và xâm nhập ion clorua, cùng với tác động của ăn mòn sunfat và cơ học.
• Thi công, thiết kế và quản lý chưa đáp ứng yêu cầu chống ăn mòn, làm giảm tuổi thọ công trình đáng kể.
• Đề xuất các giải pháp tăng cường lớp bảo vệ, sử dụng vật liệu chống ăn mòn, nâng cao chất lượng thi công và xây dựng quy trình bảo trì định kỳ.
• Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà thiết kế, thi công, quản lý và nghiên cứu trong lĩnh vực xây dựng công trình ven biển.

Áp dụng các khuyến nghị trong thiết kế và thi công công trình mới, đồng thời triển khai chương trình bảo trì và sửa chữa các công trình hiện hữu để nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình ven biển.

Trích đoạn nội dung tài liệu

chương I: - Bê tông và cốt thép là các loại vật liệu phổ thông và được dùng rất nhiều trong các công trình xây dựng. Khi bê tông và cốt thép kết hợp thành BTCT sẽ cùng chịu lực khi làm việc nhờ lực dính giữa bê tông và cốt thép, Lực dính giữa bê tông và cốt thép tạo cho cốt thép có khả năng cản trở sự co ngót của bê tông, đồng thời cốt thép cũng cản trở biến dạng từ biến của bê tông. - Hầu hết các hạng mục chính của những công trình trên đều sử dụng kết cấu BTCT. - Các công trình trên đều nằm trong vùng ngập nước, vùng nước lên xuống, sát bờ biển hoặc rất gần bờ biển và chịu ảnh hưởng rất lớn từ môi trường nước và không khí biển.

Do đó đã và đang bị ăn mòn do bị môi trường biển xâm thực. Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 14 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh CHƢƠNG II KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP CHỊU ẢNH HƢỞNG CỦA MÔI TRƢỜNG BIỂN 2. PHÂN VÙNG XÂM THỰC TRONG MÔI TRƢỜNG BIỂN THEO TCVN 9346-2012 2.

Phân vùng xâm thực trong môi trƣờng biển Căn cứ vào tính chất và mức độ xâm thực của môi trường biển đối với kết cấu bê tông và BTCT, môi trường biển được phân thành các vùng xâm thực theo vị trí kết cấu như sau: - Vùng ngập nước: vị trí các kết cấu nằm ngập hoàn toàn trong nước biển, nước lợ; - Vùng nước lên xuống: vị trí các kết cấu nằm giữa mức nước lên cao nhất và xuống thấp nhất của thủy triều, kể cả ở các khu vực bị sóng táp; - Vùng khí quyển: vị trí các kết cấu nằm trong không khí, chia thành các tiểu vùng; + Khí quyển trên mặt nước biển hoặc nước lợ: vị trí các kết cấu nằm trên mặt nước biển hoặc nước lợ; + Khí quyển trên bờ: vị trí các kết cấu nằm trên bờ trong phạm vi nhỏ hơn hoặc bằng 1 km cách mép nước; + Khí quyển gần bờ: vị trí các kết cấu nằm trên bờ trong phạm vi từ 1 km đến 30 km cách mép nước. Tùy thuộc vào vị trí kết cấu ở vùng xâm thực nào mà lựa chọn biện pháp bảo vệ chống ăn mòn tương thích. Đối với một kết cấu lớn nằm đồng thời ở nhiều vùng khác nhau cần phân đoạn kết cấu theo từng vùng xâm thực để chọn biện pháp bảo vệ. Đối với kết cấu nhỏ đồng thời nằm ở nhiều vùng khác nhau, chọn vùng có tính xâm thực mạnh hơn để lập biện pháp bảo vệ.

Đối với các kết cấu nằm ở vùng cửa sông chịu tác động xâm thực của nước lợ, phải áp dụng các biện pháp bảo vệ tương tự như kết cấu nằm trực tiếp trong và trên mặt nước biển. Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 15 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh Chú thích: Vùng nước lên xuống và sóng táp là vùng có tính xâm thực mạnh nhất đối với bê tông và BTCT. Vùng ngập nước biển chủ yếu gây ăn mòn bê tông.

Vùng khí quyển biển chủ yếu gây ăn mòn cốt thép trong bê tông với mức độ yếu dần theo cự ly từ mép nước vào bờ. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA MÔI TRƢỜNG BIỂN VIỆT NAM VÀ VÙNG BIỂN QUẢNG NINH Vùng biển Việt Nam nằm trải dài trên 3200 km từ 8 o đến 24o vĩ bắc. Theo tính chất xâm thực và mức độ tác động lên kết cấu bê tông & BTCT có thể phân môi trường biển Việt Nam thành 4 vùng có ranh giới khá rõ sau đây. Phân vùng môi trường biển Việt Nam + Vùng hoàn toàn ngập trong nước biển; + Vùng nước lên xuống (bao gồm cả phần sóng đánh); + Vùng khí quyển trên và ven biển, gồm các tiểu vùng: sát mép nước 0 - 0,25km; 0,25 - 1km ven bờ; 1 - 20km gần bờ.

+ Vùng đất nước ngầm bờ biển: cách mép nước từ 0 - 0,25km. - Tính chất xâm thực của các vùng thể hiện ở các đặc điểm sau: 2. Vùng ngập nước: Nước biển của các đại dương trên thế giới thường chứa khoảng 3,5% các muối hoà tan: 2,73% NaCl; 0,32% MgCl 2; 0,22% MgSO4; 0,13% CaSO4; 0,02% KHCO3 và một lượng nhỏ CO2 và O2 hoà tan, Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 16 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh pH > 8,0.

Do vậy, nước biển của các đại dương mang tính xâm thực mạnh tới bê tông và BTCT. Thành phần hóa của nước biển Việt nam và trên thế giới Chỉ tiêu Đơn vị Vùng biển Vùng biển Biển Bắc Biển Bantíc Hòn Gai Hải Phòng Mỹ pH - 7,8 - 8,4 7,5 - 8,3 7,5 8,0 Cl- g/l 6,5 - 18,0 9,0 - 18,0 18,0 19,0 Na+ g/l - - 12,0 10,5 SO42- g/l 1,4 - 2,5 0,002 - 2,2 2,6 2,6 Mg2+ g/l 0,2 - 1,2 0,002 - 1,1 1,4 1,3 Bảng 3. Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt nam Tháng Trung Trạm Mùa đông Mùa hè bình năm (%) XII I II VI VII VIII Cửa Ông 29,2 30,0 30,4 25,3 23,4 21,3 26,6 Hòn Gai 30,8 31,5 31,6 31,2 30,8 29,3 30,9 Hòn Dấu 26,3 28,1 28,1 17,1 11,9 10,9 21,2 Văn Lý 25,9 18,3 29,5 25,4 20,1 19,0 24,4 Cửa Tùng 22,8 27,2 29,3 31,8 31,3 31,7 17,4 Sơn Trà 8,7 17,6 22,8 - 21,2 26,9 - Vũng Tầu 30,4 33,1 34,7 29,8 29,8 27,6 30,1 Bạch Long Vĩ 32,7 33,3 33,6 33,5 32,6 32,0 33,0 Trường Sa 32,9 33,1 33,0 33,4 33,0 32,8 33,1 2. Vùng khí quyển trên biển và ven biển: Khí quyển trên biển và ven biển thường chứa nồng độ cao các chất xâm thực cùng các điều kiện khô ướt thay đổi do mưa và gió mùa.

Theo một số tài liệu ảnh hưởng của khí quyển trên biển và ven biển lên kết cấu BTCT chủ yếu thể hiện qua tính chất xâm thực của ion Cl- có trong không khí và điều kiện nóng ẩm mang tính đặc thù của khí hậu ven biển Việt Nam. Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 17 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh Các đặc điểm chung của khí hậu ven biển Việt Nam * Bức xạ mặt trời: Việt Nam nằm trong vành đai nội chí tuyến nên bức xạ mặt trời nhận được trên vùng ven biển khá lớn từ 100 ¸150 kcal/cm2. Lượng nhiệt bức xạ tăng dần từ Bắc vào Nam và đạt cao nhất ở cực Nam Trung bộ.

Với lượng bức xạ cao như vậy đã thúc đẩy quá trình bốc hơi nước biển đem theo ion Cl- vào trong khí quyển. * Nhiệt độ không khí: Vùng biển nước ta có nhiệt độ không khí tương đối cao, trung bình từ 22,5 - 22,7oC, tăng dần từ Bắc vào Nam. Miền Bắc có 2 - 3 tháng mùa đông, nhiệt độ dưới 20oC. Miền Nam nhiệt độ cao đều quanh năm, biên độ dao động 3- 7oC.

* Độ ẩm không khí: Độ ẩm tương đối của không khí ở mức cao so với các vùng biển khác trên thế giới, dao động trung bình từ 75 - 80%. Cụ thể: - Vùng ven biển Bắc bộ và Bắc Trung bộ : 83,86%; - Vùng ven biển Trung và Nam Trung bộ: 75¸82%; - Vùng ven biển Nam bộ: 80¸84%. Với độ ẩm tương đối cao như vậy, môi trường không khí trên biển và ven biển Việt Nam có ảnh hưởng mạnh tới quá trình ăn mòn thép trong BTCT. * Thời gian ẩm ướt bề mặt: Đây là đặc điểm riêng của khí hậu ven biển Việt Nam có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình ăn mòn thép trong BTCT.

Theo tài liệu, tổng thời gian ẩm ướt bề mặt kết cấu ở một số địa phương vùng ven biển Việt Nam được xác định theo công thức: Tướt = Tmưa + Tsương mù + Tnồm + Tkéo dài ẩm Trong đó: Tướt: Tổng thời gian ẩm ướt bề mặt, h Tmưa: Thời gian mưa, h T sương mù: Thời gian sương mù, h T nồm: Thời gian nồm, h Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 18 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh T kéo dài ẩm: Thời gian kéo dài ẩm tính từ sau khi mưa hoặc sương mù cho đến khi màng nước còn đọng lại bay hơi hoàn toàn, h. Thời gian gây ướt bề mặt kết cấu ở vùng ven biển các tỉnh Miền Bắc tập trung vào mùa xuân (mưa dầm nhiều), còn các tỉnh Miền Nam tập trung vào các tháng mưa mùa hạ (mùa mưa) và chỉ bằng khoảng 50% so với Miền Bắc. Tổng thời gian ướt bề mặt kết cấu công trình vùng ven biển Việt Nam Hình 5.

Phân bố nồng độ ion Cl- trong không khí theo cự ly cách mép nước - Tốc độ gió: Vận tốc gió trung bình ở vùng biển là không lớn nhưng hàng năm thường có các đợt gió lớn như bão, lốc, gió mùa Đông Bắc, gió mùa Tây Giáo viên hướng dẫn: PGS - TS. Lê Thanh Huấn Học viên: Phạm Đình Phú - Lớp Cao học khóa II ngành Kỹ thuật Xây dựng Công trình DD và CN - Trường Đại học dân lập Hải Phòng 19 Luận văn: Khảo sát một số kết cấu bê tông cốt thép trong nhà và công trình đã và đang chịu ảnh hưởng của môi trường biển vùng Quảng Ninh Nam. Tốc độ cực đại có thể đạt tới 140 km/h. Hướng gió thịnh hành là Đông Bắc, Đông Nam và Tây Nam.