IBPD
Tại Việt Nam, kết cấu BTCT được sử dụng với một khối lượng lớn ở hầu hết các công trình xây dựng. Hằng năm, có khoảng 170 triệu m3 bê tông được sử dụng, ½ sản lượng của ngành thép dùng trong kết cấu BTCT.
Phá hủy kết cấu và làm giảm tuổi thọ công trình
Hiện nay, các công trình xuống cấp do ăn mòn cốt thép trong bê tông xảy ra khá nhiều, kể cả đến các kết cấu BTCT không chịu lực như lan can bằng BTCT trong Hình 1.
Tình trạng ăn mòn và hư hỏng các công trình BTCT là nghiêm trọng và ở mức báo động. Tốc độ ăn mòn làm hư hỏng công trình diễn ra khá nhanh.
Ăn mòn BTCT đã trở nên phổ biến và là nguyên nhân chủ yếu gây phá hủy kết cấu và làm giảm đáng kể tuổi thọ, niên hạn sử dụng các công trình cầu, bến cảng, cơ sở hạ tầng xây dựng ở những vùng xâm thực mạnh.
Hiện nay, bên cạnh một số công trình có tuổi thọ trên 30 – 40 năm, có nhiều công trình đã bị ăn mòn và hư hỏng nặng sau 20 – 25 năm sử dụng, thậm chí nhiều kết cấu bị phá hủy nặng nề chỉ sau 10 – 15 năm sử dụng (Hình 2).
Thiệt hại do ăn mòn BTCT gây ra là đáng kể và nghiêm trọng, chi phí cho sửa chữa khắc phục hậu quả ăn mòn có thể chiếm tới 30 – 70% mức đầu tư xây dựng công trình.
Vì vậy cần sớm triển khai các giải pháp kỹ thuật chống ăn mòn nhằm đảm bảo chất lượng và tuổi thọ sử dụng cho công trình.
BTCT chịu lực như trụ cầu, dầm sàn nhà, dầm bản cầu cảng như trong Hình 2 và Hình 3 thì chức năng của lớp bê tông bảo vệ còn làm nhiệm vụ chịu lực và dính bám cốt thép. Từ trước đến nay, với bê tông lớp bảo vệ thông thường khoảng M300 – M400 thì độ rỗng của nó có thể lên đến 15 – 16% nên chức năng để ngăn chặn thấm khí, nước và Ion Cl bị hạn chế nhiều.
Với chức năng bảo vệ cốt thép, thông thường bê tông xi măng có độ kiềm cao, pH lớn hơn 12,5 để bảo vệ lớp “màng thụ động của cốt thép”. Và có những nguyên nhân làm cho lớp bê tông bảo vệ giảm chức năng là: (1) cơ chế ăn mòn hóa học, vật lý và cơ học; (2) sự xâm nhập của Clorua vào cốt thép; (3) sự các bonat hóa; (4) do bản chất cốt thép chứa nhiều kim loại có thế điện cực khác nhau.
Tốc độ lan truyền ăn mòn ảnh hưởng lớn đến kết cấu, kiểm soát điện trở suất khi bê tông chưa nứt cũng là điều kiện quan trọng.
Liên quan đến ăn mòn cốt thép từ vật liệu bê tông bao gồm: xi măng Portland, chất kết dính phụ thêm, cốt liệu, nước trộn và phụ gia.
Giải pháp cải tiến chất lượng bê tông bảo vệ
Giảm thiểu ăn mòn BTCT thường được ứng dụng hiệu quả gồm: cải tiến chất lượng bê tông bảo vệ và chiều dày lớp bê tông bảo vệ; hạn chế các vết nứt xảy ra đối với bê tông (chiều rộng tối đa vết nứt 0,4 – 0,52 mm), tăng điện trở suất của bê tông…
Thi công liên quan đến công tác bê tông gồm: tay nghề của thợ; bố trí khoảng cách cốt thép; công tác bảo dưỡng bê tông; công tác ván khuôn; thiết kế kết cấu; bố trí chung kết cấu; công tác thoát nước; chú ý các hạng mục kết cấu phơi nhiễm.
Ngoài ra có thể sử dụng các biện pháp đặc biệt như: thép gia cường phủ epoxy, cốt phi kim, thép chống ăn mòn; màng chống thấm; sơn phủ bê tông; bảo vệ catot, nhưng các biện pháp này cơ bản là giá thành cao chỉ được áp dụng trong trường hợp chỉ định đặc biệt.
Đã có nhiều nước ban hành các quy định và hướng dẫn về thiết kế kết cấu BTCT theo độ bền như Tiêu chuẩn châu Âu (Rilem Report 14-Durability Design of Concrete Structures), Độ bền bê tông-Hướng dẫn thực hiện thiết kế độ bền kết cấu bê tông (Concrete Durability-A practical guide to the design of durable concrete structures);
Mỹ có Hướng dẫn thiết kế cầu đường bộ AASHTO 2004 (LRFD Bridge Design Specifications), NCHRP Report 566: Hướng dẫn về hỗn hợp bê tông sử dụng chất kết dính phụ thêm để cải tiến độ bền của mặt cầu (Guidelines for Concrete Mixtures Containing Supplementary Cementitious Materials to Enhance Durability of Bridge Decks);
Trung Quốc đã có và áp dụng nhiều tiêu chuẩn thiết kế theo độ bền của kết cấu bê tông, kết cấu BTCT và nhiều tiêu chuẩn về độ bền như: GB-T50476-2019 – Standard for design of concrete structure durability (tiêu chuẩn thiết kế độ bền của kết cấu bê tông); JTGT 3310-2019 – Thiết kế độ bền của kết cấu bê tông trong kỹ thuật Cầu đường (Code for Durability Design of Concrete Structures in Highway Engineering)…
Gần đây ở Việt Nam đã quan tâm đến vấn đề này nhưng cần cập nhật thêm để áp dụng vào công trình xây dựng cơ sở hạ tầng vùng xâm thực.
Như vậy, có thể nói rằng có nhiều quan tâm đến sự suy thoái của kết cấu BTCT và cần có giải pháp căn cơ về chức năng của lớp bê tông xi măng bảo vệ cốt thép bằng nhiều biện pháp cải thiện chất lượng của bê tông với các công trình xây dựng ở Việt Nam hiện nay.
PGS.TS Nguyễn Thanh Sang
Trường Đại học Giao thông vận tải
