Nguyên nhân hư hại và phương pháp tăng độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực

Nguyên nhân hư hại bê tông trong môi trường xâm thực

Trong môi trường xâm thực có chứa rất nhiều các tác nhân làm hư hại bê tông như: axit, sunphate, clo... Trong các tác nhân đó, sunphate và clo là những tác nhân nguy hiểm nhất, phá hoại bê tông một cách nhanh chóng.

Hiện tượng giãn nở sunphate: nguồn cung cấp ion SO4 2- thường là các muối hòa toa như: Na2SO, K2SO4, MgSO4... Những dung dịch muối này có thể tồn tại tự nhiên trong nước biển, nước thải và đất ngầm. Các muối trên sẽ phản ứng với thành phần khoáng sinh ra trong quá trình thủy hóa của xi măng (C3AH6) tạo thành khoáng ettringite, gây là một loại khoáng không ổn định, có thể tích lớn hơn thể tích hợp chất ban đầu, sẽ sinh ra nội lực phá vỡ cấu trúc bê tông.

Hiện tượng ăn mòn cốt thép clo: Đây là mối đe dọa nguy hiểm nhất đối với công trình bê tông cốt thép (BTCT), đặc biệt là công trình cầu đường và bến cảng trong môi trường nước biển chứa hàm lượng clo cao. Vùng thủy triều và sóng vỗ là những khu vực nguy hiểm có khả năng gây ăn mòn cao. Bê tông ngập hoàn toàn trong nước biển dễ bị ion clo thẩm thấu vào cấu trúc bên trong. Công trình BTCT gần bờ biển có thể bị hư hại do ăn mòn cốt thép dưới tác động của hơi muối... Ăn mòn cốt thép là "ăn mòn điểm" làm tiết diện cốt thép giảm đi nhanh chóng và ảnh hưởng lớn đến khả năng chịu lực của cấu kiện BTCT.

Làm thế nào để đánh giá độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực biển?

Môi trường xâm thực biển là môi trường có chứa rất nhiều các yếu tố có thể gây tác động xấu đến chất lượng cũng như độ bền của bê tông, đặc biệt là sự xuất hiện đồng thời của ion sunphate và ion clo. Để đánh giá độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực biển, ta có thể đánh giá sự tác động của hai yếu tố sunphate và clo trong môi trường biển đến bê tông hay BTCT.

Đối với xâm thực sunphate: Theo các hệ thống tiêu chuẩn TCVN, ASTM hay EN chưa thấy đề cập đến vấn đề đánh giá độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực sunphate. Tuy nhiên, do độ bền của bê tông trong môi trường có chứa tác nhân xâm thực sunphate phụ thuộc rất lớn vào loại xi măng sử dụng nên việc lựa chọn xi măng chuyên dụng là một giải pháp rất hữu hiệu giúp cải thiện độ bền của bê tông.

Hiện nay, trên thị trường có 2 loại xi măng được sử dụng trong môi trường xâm thực sunphate: xi măng pooclăng bền sunphate và xi măng hỗn hợp bền sunphate. Xi măng hỗn hợp bền sunphate được khuyến khích sử dụng để đảm bảo những yêu cầu khắt khe về độ bền của bê tông sử dụng trong môi trường biển (bảo vệ cốt thép tránh ăn mòn sunphat, giảm tính thấm clo, giảm thiểu nguy cơ phát sinh vết nứt do nhiệt, phòng tránh phản ứng kiềm cốt liệu trong bê tông...).

Đối với ăn mòn cốt thép do clo: có nhiều phương pháp để mô phỏng dự đoán độ bền của công trình BTCT trong môi trường xâm thực có tác nhân gây ăn mòn clo như môi trường biển. Tại Việt Nam, thí nghiệm xác định độ thấm ion clo bằn phương pháp đo điện lượng truyền qua theo tiêu chuẩn ASTM C1202 hay TCXDVN 360:2005 được sử dụng rộng rãi nhất. Thông qua thí nghiệm ta đánh giá được mức độ thẩm thấu ion clo vào trong bê tong từ đó có thể dự đoán được độ bền của bê tông thông qua giá trị điện lượng truyền qua.


Các phương pháp ngăn chặn hay giảm thiểu sự phá hoại bê tông và BTCT trong môi trường ăn mòn?

1. Nâng cao độ chống thấm của bê tông giúp chống lại khả năng xâm nhập của ion clo cũng như ion sunphate. Theo cách này ta có thể sử dụng loại xi măng chuyên dụng nhằm cải thiện độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực như xi măng bền sunphate, xi măng xỉ lò cao... hay kết hợp với các loại phụ gia giảm nước nhằm giảm tỷ lệ N/X giúp tăng cường độ cũng như độ bền của bê tông.

2. Giảm tác dụng gây ăn mòn của clo lên cốt thép bằng cách bảo vệ cốt thép. Theo cách này ta có thể sử dụng phương pháp bảo vệ cathode, sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn kim loại vào trong thành phần cấp phối bê tông như Ca(NO3)2... và sơn phủ cốt thép.

3. Xử lý mặt ngoài công trình bê tông bằng các chất tạo màng, để ngăn chặn sự thẩm thấu của các tác nhân ăn mòn.

4. Tăng khả năng chống ăn mòn của cốt thép bằng cách sử dụng thép không gỉ, thép hợp kim...

Ngoài ra, khi tiến hành thi công bê tông hay BTCT, để đảm bảo độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực, nên tuân thủ các quy định theo tiêu chuẩn hiện hành.

Một số khuyến cáo để có thể sản xuất một loại bê tông có độ bền tốt hơn trong môi trường xâm thực

1. Thành phần vật liệu ban đầu: cát, đá, nước... cần được lựa chọn và kiểm tra nhằm đảm bảo vật liệu có chất lượng tốt, không chứa các tác nhân dẫn đến nguy cơ gây hư hại bê tông. Lựa chọn sử dụng loại xi măng chuyên dụng cho môi trường xâm thực với các tính năng như kháng sunphate, ít thấm clo, kiềm thấp...

2. Thiết kế cấp phối bê tông hợp lý, với quy định về hàm lượng xi măng tối tiểu, tỷ lệ N/X tối đa, tối ưu hàm lượng sử dụng các loại phụ gia hóa học, phụ gia vô cơ.

3. Bê tông phải đảm bảo chống lại các yếu tố xâm thực, phải có độ thấm clo thấp và không có nguy cơ xảy ra phản ứng kiềm cốt liệu.

4. Khi tiến hành thi công bê tông hay BTCT nên tuân thủ các quy định theo tiêu chuẩn hiện hành.

Bên cạnh đó, tùy vào từng môi trường xâm thực khác nhau ta nên sử dụng thêm các biện pháp bảo vệ bê tông khác nhau, nhằm giảm thiểu sự xâm nhập của các tác nhân gây ăn mòn trong môi trường vào bê tông.