(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Công Nghệ Vật Liệu Mới Để Sửa Chữa Các Cấu Kiện Bê Tông Bảo Vệ Mái Áp

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian thu thập tài liệu, nghiên cứu và thực hiện, đến nay

luận văn thạc sỹ kỹ thuật: “Nghiên cứu công nghệ vật liệu mới để sửa chữa

các cấu kiện bê tông bảo vệ mái áp dụng cho đê biển tỉnh Nam Định” đã

hoàn thành đúng thời hạn theo đề cương được phê duyệt.

Trước hết tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới trường Đại học

Thủy lợi Hà Nội đã đào tạo và quan tâm giúp đỡ tạo mọi điều kiện cho tác

giả trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này.

Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Phó giáo sư - Tiến sĩ Vũ Quốc

Vương. Thầy đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cụ thể, cũng như cung cấp tài

liệu, thông tin khoa học cần thiết cho tác giả hoàn thành luận văn.

Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình, sự hỗ trợ về mặt chuyên

môn và kinh nghiệm của các thầy cô giáo trong bộ môn Vật liệu và phòng thí

nghiệm vật liệu trường đại học Thủy Lợi

Xin chân thành cảm ơn ông Đặng Ngọc Thắng – Chi cục trưởng chi cục

Quản lý đê điều và Phòng chống lụt bão Nam Định, cùng các bạn bè đồng

nghiệp đã hết sức giúp đỡ động viên về mọi mặt để tác giả đạt được kết quả

ngày hôm nay.

Trong quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả khó tránh

khỏi những thiếu sót và rất mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy,

cô và cán bộ đồng nghiệp đối với bản luận văn.

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2015

Tác giả

Hoàng Tùng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này

là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan

rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và

thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả

Hoàng Tùng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. HIỆN TRẠNG CỦA ĐÊ BIỂN NAM ĐỊNH ........................ 4

1.1. Đặc điểm địa lí và điều kiện tự nhiên tỉnh Nam Định............................ 4

1.1.1. Vị trí địa lý ....................................................................................... 4

1.1.2. Đặc điểm địa hình. ........................................................................... 4

1.1.3. Đặc điểm khí tượng - khí hậu........................................................... 5

1.1.4. Chế độ thủy văn................................................................................ 7

1.2. Hiện trạng các tuyến đê biển tỉnh Nam Định. ...................................... 10

1.2.1. Tình hình xây dựng đê biển ở Nam Định....................................... 10

1.2.2. Đánh giá hiện trạng đê ................................................................... 11

1.2.3. Diễn biến hư hỏng đê biển ở Nam Định ........................................ 13

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU NGUYÊN NHÂN HƯ HỎNG CỦA CÁC

CẤU KIỆN BẢO VỆ MÁI ĐÊ BIỂN VÀ BIỆN PHÁP SỬA CHỮA...... 14

2.1. Nguyên nhân hư hỏng........................................................................... 14

2.1. 1. Ăn mòn xi măng (ăn mòn hóa học). .............................................. 14

2.1.2. Ăn mòn Vật lý................................................................................ 21

2.1.3. Do thiết kế ...................................................................................... 25

2.1.4. Do thi công..................................................................................... 30

2.2. Giải pháp sửa chữa theo truyền thống .................................................. 31

2.2.1. Giải pháp thay thế cấu kiện mới..................................................... 31

2.2.2. Chống ăn mòn bằng sơn phủ.......................................................... 32

2.2.3. Chống ăn mòn bằng anot hy sinh................................................... 33

2.3. Công nghệ vật liệu mới ......................................................................... 33

2.3.1. Giải pháp thay đổi thành phần khoáng của xi măng...................... 33

2.3.2. Giải pháp nâng cao độ đặc của bê tông.......................................... 34

2.3.3. Giải pháp biến đổi các sản phẩm thủy hóa..................................... 36

2.3.4. Giải pháp ngăn cách bê tông với môi trường nước ăn mòn........... 38

2.4. Kết luận chương II................................................................................ 41

CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

MỚI ĐỂ SỬA CHỮA CÁC CẤU KIỆN BÊ TÔNG BẢO VỆ MÁI ĐÊ

BIỂN HUYỆN HẢI HẬU TỈNH NAM ĐỊNH............................................ 43

3.1. Giới thiệu về đê biển huyện Hải Hậu, tỉnh Nam Định. ........................ 43

3.1.1. Vị trí địa lý ..................................................................................... 43

3.1.2. Mục tiêu của kè biển Hải Hậu ........................................................ 43

3.2. Nghiên cứu sản xuất vữa sửa chữa ....................................................... 43

3.2.1. Các yêu cầu về vữa sửa chữa ......................................................... 43

3.2.2. Vật liệu thí nghiệm ......................................................................... 44

3.2.3. Tính toán thành phần cấp phối ....................................................... 47

3.2.4. Thí nghiệm trong phòng................................................................. 49

3.2.5. Kết quả thí nghiệm ......................................................................... 57

3.3. Ứng dụng vữa sửa chữa cho cấu kiện bê tông bảo vệ mái đê biển

huyện Hải Hậu tỉnh Nam Định .................................................................... 60

3.3.1. Mục đích......................................................................................... 60

3.3.2. Điều kiện áp dụng .......................................................................... 60

3.3.3. Quy trình công nghệ và kỹ thuật thi công...................................... 60

3.5. Kết luận chương IV .............................................................................. 62

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................... 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Bản đồ tỉnh Nam Định ..................................................................... 4

Hình 2.1: Hình thành cấu trúc của đá xi măng .............................................. 14

Hình 2.2: Cấu trúc của đá xi măng................................................................. 16

Hình 2.3: Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng.................. 21

Hình 2.4: Cấu kiện bị phá hủy bị chìm xuống bãi ......................................... 22

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình xói mòn vật liệu trong môi trường nước .............. 22

Hình 2.6: Bão đổ bộ vào khu vực Vịnh Bắc Bộ từ năm 1950 - 2000............ 25

Hình 2.7: Mặt cắt thiết kế điển hình kè biển Nam Định................................ 27

Hình 2.8: Gia cố mái bằng khối Tsc-178....................................................... 28

Hình 2.9: Gia cố mái bằng khối âm dương.................................................... 28

Hình 2.10: Các trường hợp hư hỏng của kè sử dụng khối Tsc-178............... 29

Hình 2.11: Khối âm dương đúc tại chỗ, chất lượng kém............................... 31

Hình 2.12: Các phương pháp xử lý bề mặt bê tông ....................................... 39

Hình 2.13: Tương tác của nước với bê tông khi có kị nước .......................... 40

Hình 3.1: Biểu đồ quan hệ giữa tỷ lệ N/X và cường độ vữa.......................... 48

Hình 3.2: Sơ đồ thí nghiệm xác định đổ chảy xòe của hỗn hợp vữa ............. 51

Hình 3.3: Vòng tròn nón cụt (Kích thước tính bằng milimét)....................... 52

Hình 3.4: Sơ đồ máy mài mòn ....................................................................... 55

Hình 3.5: Máy thí nghiệm xác định nồng độ ion clo ..................................... 57

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thống kê nhiệt độ trung bình tháng trạm Văn Lý........................... 6

Bảng 1.2: Thống kê lượng bốc hơi trung bình tháng....................................... 6

Bảng 1.3: Thống kê hướng và tốc độ gió lớn nhất trạm Văn Lư..................... 7

Bảng 1.4: Mực nước biển trung bình - trạm Văn Lý (cm)............................... 7

Bảng 1.5: Mực nước biển cao nhất - trạm Văn Lý .......................................... 8

Bảng 1.6: Tổng hợp kinh phí sửa chữa mái đê biển tỉnh Nam Đinh từ năm

2009 đến năm 2013 ........................................................................................ 13

Bảng 2.1: Các cơn bão ảnh hưởng tới Nam Định từ 1972 đến 2005............. 23

Bảng 3.1: Các chỉ tiêu tính chất cơ lý của xi măng PC40 Vicem Bút Sơn.... 44

Bảng 3.2: Các chỉ tiêu vật lý của cát.............................................................. 45

Bảng 3.3: Thành phần hạt của cát.................................................................. 45

Bảng 3.4: Lượng dùng phụ gia Tascon Tpye-J .............................................. 46

Bảng 3.5: Thành phần hóa học và tính chất vật lý của SC-1 ......................... 47

Bảng 3.6: Thành phần cấp phối vữa cường độ cao........................................ 48

Bảng 3.7: Thành phần cấp phối vữa sửa chữa ............................................... 49

Bảng 3.8: Thành phần cấp phối vữa sửa chữa có dùng phụ gia. ................... 49

Bảng 3.9: Kết quả thí nghiệm độ chảy xòe.................................................... 57

Bảng 3.10: Kết quả thí nghiệm cường độ nén ............................................... 58

Bảng 3.11: Độ bám dính của vữa ................................................................... 58

Bảng 3.12: Bảng thí nghiệm độ mài mòn ...................................................... 59

Bảng 3.13: Độ thấm ion clo (%) sau 3 tháng tại các điểm đo khác nhau...... 59

1

MỞ ĐẦU

Trong môi trường không có tính xâm thực kết cấu bê tông có thể làm

việc bền vững trên 100 năm. Trong môi trường xâm thực vùng biển hiện

tượng ăn mòn các kết cấu bê tông dẫn đến làm nứt vỡ và phá hủy kết cấu bê

tông có thể xuất hiện sau 10, 30 năm sử dụng, đồng thời với tác động cơ học

của dòng chảy và sóng bào mòn làm cho công trình có độ bền (tuổi thọ) thực

tế thấp hơn nhiều so với các công trình tương tự làm việc trong môi trường là

sông.

Tỉnh Nam Định có bờ biển dài 72 km đi qua ba huyện: Giao Thủy, Hải

Hậu, Nghĩa Hưng. Đến nay, toàn tỉnh đã kiên cố hóa được 62,1 km đê và

48,6 km kè ở những nơi xung yếu nhất tại cả 3 huyện. Việc kiên cố hóa hiện

nay đang được triển khai áp dụng là xây dựng hệ thống đê vững chắc mà vật

liệu sử dụng chính là các cấu kiện bê tông và bê tông cốt thép được đúc thành

khối và lát phía thượng lưu để đảm bảo ổn định cho thân đê. Các cấu kiện bê

tông này đều dùng bê tông xi măng thông thường trong xây dựng hiện nay

như: XM PC30, Bỉm Sơn, Bút Sơn, Nghi Sơn..., mà không dùng loại xi măng

bền sunphat (loại xi măng thích ứng tốt với môi trường nước mặn).

Hình ảnh chụp tại hiện trường ở dưới cho thấy, những cấu kiện chịu tác

động trực tiếp của dòng chảy và sóng đánh đã bị bào mòn bề mặt ở mức độ

nghiêm trọng. Những cấu kiện này hiện đang được sản xuất theo kiểu bê tông

truyền thống tức là với 4 thành phần xi măng, nước, cát và đá được tính toán

tỷ lệ phối hợp sao cho chỉ cần thỏa mãn yêu cầu mác thiết kế đề ra. Sản phẩm

bê tông như vậy thực tế khi được đặt lát ở các mái đê biển phải chịu tác động

của nước biển với lượng muối đáng kể cùng với tác động cơ học bào mòn của

dòng chảy và sóng bị phá hoại với tốc độ rất nhanh.