Luận án Nghiên cứu ứng dụng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông vùng biển Việt Nam

PHAN VĂN CHƢƠNG 
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SƠN PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN 
CHO CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÙNG BIỂN VIỆT NAM 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VẬT LIỆU 
Mã số: 9520309 
HÀ NỘI – 2022 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 
----------*** ---------- 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG 
VIỆN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG 
----------*** ---------- 
PHAN VĂN CHƢƠNG 
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SƠN PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÒN 
CHO CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÙNG BIỂN VIỆT NAM 
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT VẬT LIỆU 
Mã số: 9520309 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ 
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 
 TS. Phạm Văn Khoan – Viện KHCN Xây dựng 
 TS. Nguyễn Nam Thắng – Viện KHCN Xây dựng 
HÀ NỘI – 2022 
i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi tên là: Phan Văn Chƣơng 
Tôi xin cam đoan luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ứng dụng sơn phủ bảo vệ chống ăn 
mòn cho cốt thép trong bê tông vùng biển Việt Nam” là công trình nghiên cứu của 
riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa được công bố 
trong bất kỳ công trình khoa học nào khác. 
 Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 
 Ngƣời cam đoan 
Phan Văn Chƣơng 
ii 
LỜI CẢM ƠN 
Luận án Tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành kỹ thuật vật liệu với đề tài “Nghiên cứu 
ứng dụng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông vùng biển Việt 
Nam” được hoàn thành tại Viện Chuyên ngành bê tông- Viện Khoa học công nghệ xây 
dựng với sự hướng dẫn của TS. Phạm Văn Khoan và TS. Nguyễn Nam Thắng. Tôi 
xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới hai thầy hướng dẫn đã tận tình truyền 
đạt cho tôi nhiều kiến thức quý báu để tôi thực hiện luận án này. 
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm Tư vấn chống ăn mòn và xây 
dựng đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian để học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian 
làm nghiên cứu sinh. Cảm ơn Viện Chuyên ngành bê tông, phòng Tổ chức hành 
chính– Viện KHCN xây dựng; Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Hóa học- Viện Hàn lâm 
khoa học và công nghệ Việt Nam, các nhà khoa học, các chuyên gia đã giúp tôi trong 
suốt quá trình làm luận án tiến sĩ. Nhân dịp này, tôi cũng xin bày tỏ sự biết ơn tới bạn 
bè và gia đình đã đóng góp cho sự thành công của luận án. 
Luận án không tránh khỏi những sai sót, rất mong tiếp tục nhận được sự góp ý 
của các chuyên gia, các nhà khoa học, bạn bè và đồng nghiệp. 
 Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 
 Tác giả luận án 
Phan Văn Chƣơng 
iii 
MỤC LỤC 
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU BẢO VỆ CỐT THÉP TRONG BÊ 
TÔNG NHIỄM CLORUA CAO TẠI VÙNG BIỂN ...................................................... 6 
1.1 .Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................................. 6 
1.1.1 . Một số kết quả nghiên cứu ......................................................................................... 6 
1.1.2 . Một số công trình BTCT nhiễm clorua cao .............................................................. 11 
1.2 . Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam ............................................................................. 15 
1.2.1 . Một số kết quả nghiên cứu ....................................................................................... 15 
1.2.2 . Một số công trình BTCT nhiễm clorua cao .............................................................. 18 
1.3 . Ứng dụng sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép ............................................... 20 
1.4 . Cơ chế ăn mòn và khả năng bảo vệ cốt thép trong BT vùng biển ............................... 26 
1.5 . Các biện pháp bảo vệ cốt thép trong bê tông .............................................................. 31 
1.5.1 . Biện pháp nâng cao chất lượng bê tông bảo vệ ........................................................ 32 
1.5.2 . Biện pháp sơn phủ cốt thép ...................................................................................... 35 
1.6 . Cơ sở khoa học của đề tài ............................................................................................ 37 
1.6.1 . Giả thuyết khoa học .................................................................................................. 37 
1.6.2 . Nguyên tắc bảo vệ cốt thép trong bê tông nhiễm clorua cao ................................... 38 
1.6.3 . Chọn loại sơn ............................................................................................................ 39 
1.6.4 . Bê tông bảo vệ .......................................................................................................... 42 
1.6.5 . Phương pháp trong phòng – hiện trường .................................................................. 42 
1.7 . Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 42 
1.7.1 . Mục tiêu luận án ....................................................................................................... 42 
1.7.2 . Nhiệm vụ nghiên cứu của luận án ............................................................................ 43 
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ................................ 44 
2.1 . Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu .............................................................................. 44 
2.1.1 . Chất kết dính ............................................................................................................. 44 
2.1.2 . Cốt liệu nhỏ .............................................................................................................. 44 
2.1.3 . Cốt liệu lớn ............................................................................................................... 46 
iv 
2.1.4 . Nước trộn BT ............................................................................................................ 47 
2.1.5 . Phụ gia hóa học ........................................................................................................ 48 
2.1.6 . Cốt thép.................................................................................................................... 48 
2.1.7 . Sơn dùng cho nghiên cứu ......................................................................................... 48 
2.1.8 . Một số tính chất kỹ thuật với sơn phủ cốt thép ........................................................ 51 
2.1.9 . Chế tạo các mẫu sơn cốt thép trước khi đổ BT ........................................................ 54 
2.2 .Phương pháp nghiên cứu .............................................................................................. 54 
2.2.1 . Thí nghiệm các chỉ tiêu cơ, lý, hóa của vật liệu theo các tiêu chuẩn hiện hành ...... 55 
2.2.2 . Các phương pháp điện hóa ....................................................................................... 57 
2.2.3 . Thí nghiệm khả năng bảo vệ chống ăn mòn cốt thép bằng phương pháp phơi mẫu tại 
vùng biển ............................................................................................................................. 65 
2.2.4 . Thí nghiệm ảnh hưởng của sơn phủ đến cường độ bám dính giữa cốt thép và BT . 66 
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM TRONG PHÒNG KHẢ NĂNG BẢO 
VỆ CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG NHIỄM CLORUA CAO .................................. 68 
3.1 . Nghiên cứu khả năng bảo vệ cốt thép bằng bê tông tính năng nâng cao .................... 68 
3.1.1 . Kết quả thí nghiệm theo NTBuild 356 .................................................................... 68 
3.1.2 . Nhận xét và biện luận kết quả nghiên cứu ............................................................... 73 
3.2 . Nghiên cứu khả năng bảo vệ cốt thép bằng sơn phủ ................................................... 74 
3.2.1 . Lựa chọn chiều dày màng sơn cốt thép .................................................................... 74 
3.2.2 . Ảnh hưởng của sơn phủ đến cường độ bám dính giữa cốt thép và bê tông ............. 79 
3.2.3 . Khả năng bảo vệ cốt thép bằng sơn phủ theo phương pháp khô ẩm gia tốc ............ 81 
3.2.4 . Khả năng bảo vệ cốt thép bằng sơn phủ theo phương pháp gia tốc NT Build 356 .. 85 
3.2.5 . Khả năng bảo vệ cốt thép theo phương pháp phơi mẫu tại vùng biển ..................... 90 
3.3 . Khả năng bảo vệ cốt thép bằng sơn phủ kết hợp bê tông tính năng nâng cao ............ 94 
3.4 . Kết luận chương 3 ....................................................................................................... 95 
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ SƠN PHỦ BẢO VỆ CỐT THÉP TRÊN 
CÔNG TRÌNH THỰC, HIỆU QUẢ KINH TẾ VÀ PHƢƠNG ÁN LỰA CHỌN ..... 98 
4.1 . Hiện trạng ăn mòn cốt thép của công trình trước khi sửa chữa ................................... 98 
4.2 . Hiệu quả bảo vệ cốt thép trong bê tông tại các công trình sau sửa chữa .................. 103 
v 
4.2.1 . Kết quả nghiên cứu ................................................................................................. 103 
4.2.2 . Nhận xét và biện luận ............................................................................................. 113 
4.3 . Xây dựng phương án bảo vệ cốt thép trong bê tông vùng biển Việt Nam ................ 115 
4.3.1 . Cơ sở xây dựng phương án ..................................................................................... 115 
4.3.2 . Lập phương án kỹ thuật .......................................................................................... 117 
4.4 . Hiệu quả kinh tế và phương án đề xuất áp dụng ....................................................... 118 
4.4.1 . Hiệu quả kinh tế ...................................................................................................... 118 
4.4.2 . Phương án đề xuất áp dụng .................................................................................... 121 
4.5 . Kết luận chương 4 ..................................................................................................... 122 
A. KẾT LUẬN .................................................................................................................. 124 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
PHỤ LỤC LUẬN ÁN 
vi 
DANH MỤC HÌNH VẼ 
Hình 1.1. Ăn mòn cốt thép theo thời gian với chiều dày BT bảo vệ khác nhau [84] ...... 6 
Hình 1.2. Vết lõm và độ sâu ăn mòn ở vị trí chiều dày lớp BT bảo vệ 2 cm sau 15 năm 
phơi mẫu trong vùng thủy triều [104] ............................................................................. 8 
Hình 1.3. Kết quả chụp SEM mẫu BT [79] ..................................................................... 9 
Hình 1.4. Kết quả kiểm tra ăn mòn cốt thép ở điều kiện chưng áp [79] ......................... 9 
Hình 1.5. Ngọn hải đăng Uku Nagasakibana[115] ....................................................... 11 
Hình 1.6. Công trình trên đảo Gimkanjima [82] ........................................................... 12 
Hình 1.7. Công trình bờ kè đảo Gunkanjima [117] ....................................................... 13 
Hình 1.8. Công trình Ngọn hải đăng Huntington và đền Murudeshwara [90] .............. 14 
Hình 1.9. Cấu tạo mẫu ... lm 
59. N.S. Berke, Pfeifer, D. W., and Weil, T.G (December 1988), "Protection 
against chloride- induced corrosion", Concrete international. 
60. Ammersbek, Bernhard, Wessling (October 1999), "Scientific engineering of 
anti corrotion coating systems based on organic metals", 15. 1. 
61. John P. Broomfield (2007), "Corrosion of Steel in Concrete, Understanding, 
investigation and repair, Second edition", ISBN 0-203-41460-8 Master e-book 
ISBN. 
62. R. Polder, C. Andrade and C. Alonso with contributions from J. Gulikers, R. 
Cigna, Ø. Vennesland, M. Salta, A. Raharinaivo and B. Elsener (2004), "Test 
methods for on-site corrosion rate measurement of steel reinforcement in 
concrete by means of the polarization resistance method ", Materials and 
Structures. Vol.37, pp. 623-643. 
63. M.C. Alonso, C. Andrade, J.A. Gonzalez (1990), "Corrosion rates of steel in 
concrete", ASTM STP 1065, pp. 29–37. 
64. Kenneth Clear (March 1992), "Effectiveness of Epoxy-Coated Reinforcing 
Steel", Final Report for the Canadian Strategic Highway Research Program (C-
SHRP). 
65. Kenneth and Ali Akbar, Sohanghpurwala, Clear (1990), "Effectiveness of Epoxy 
Coatings in Minimizing Corrosion of Reinforcing Steel in Concrete", 
131 
Transportation Research Record 1268, TRB, National Research Council, 
Washington, D.C. 
66. Kenneth C. Clear, William Hart, Jack McIntyre, and Seung Kyoung Lee (1995), 
"Performance of Epoxy-Coated Reinforcing Steel in Highway Bridges", 
National Cooperative Highway Research Program, NCHRP Report 370, TRB, 
National Research Council, Washington D. C. 
67. J.R Clifton (1986), "Protection of reinforcing bars with organic coatings", 
Materials performance, tr. 14-17. 
68. ACI 318-19, "Commentary on Building Code Requirements for Structural 
Concrete". 
69. John Wiley and Sons D.H. Parker (1965), "Principles of Surface Coating 
Technology". 
70. David scantlebury, David Greenfield (August 2000), "The protective action of 
organic coatings on steel: A review", Journal of corrosion science and 
engineering. 3, pp. 5. 
71. Rick A EMert (1991), "Durable reinforced concrete can be made with coral 
aggregates and seawater, Coral Concrete at Bikini Atoll". 
72. Japan Society of Civil Engineers (March, 2018), "Guidelines for structural 
intervention of existing concrete structures using cement-based materials". 
73. "Enviromentally acceptable material for corrosion protection of steel briges, 
publication no", Federal highway administration, Washington, DC. 
74. T. et. al Fukute (1990), Study on the durability of concrete mixed with seawater, 
Report of the port and harbour research institute, Ministry of transport. 
75. Velu Saraswathy, Ha-Won Song (January, 2007), "Corrosion Monitoring of 
Reinforced Concrete Structures", Int. J. Electrochem. Sci. Vol. 2, pp. 10. 
76. D. Van Rooyen, J.E.O. Mayne (1954), "Mechanism of the Corrosion-Inhibitive 
Action of Paint with Special Reference to Basic Pigment", J. Appl. Chem, pp. 
384-392. 
77. S. Sathiyanarayanan, K. Saravanan , S. Muralidharan, S. Syed Azim, G. 
Venkatachari (2007), "Performance evaluation of polyaniline pigmented epoxy 
coating for corrosion protection of steel in concrete environment", Progress in 
Organic Coatings. 59 (2007), pp.160–167. 
78. A. Miszczyk, K. Schaefer (2013), "Improvement of electrochemical action of 
zinc-rich paints by addition of nanoparticulate zinc", Corrosion Science. V.66, 
tr. pp.380-391. 
79. Nobufumi Takeda, Keisaburo Kanato, Yoshikazu Ishizeki and Keishiro Iriia 
(8/2013), "Properties and Application of Concrete Made with Sea Water and 
Un-washed Sea Sand", Third International Conference on Sustainable 
Construction Materials and Technologies, Kyoto Research Park, Kyoto, Japan. 
132 
80. Do-Gyeum Kim (May 2013), "The Effects of Chloride on Durability of 
Concrete Mixed With Sea Sand", ISSN 2161-623X, US-China Education 
Review A. 
81. Koichi Kishitani (1974), "Corrosion aspect for Reinforcements and Concrete of 
School Buildings in Okinawa", Concrete Journal. v.10, pp. 66-71. 
82. K. Imamoto, M. Kusinoki, T. Noguchi,T. Fuknyama, and K. Shimozawa 
(2013), "Deterioration of concrete structures in Gunkan Island, Rehabilitation 
and Restoraiion of Structure", Proceedings of the Mermiioiml Conference held 
at DTT Madras, Cheonai, India, pp.583-594. 
83. G. Nawy (2008), "Concrete construction engineering handbook", second 
Taylor and Francis Group. 
84. N. et. al Otsuki (2011), "Possibility of sea water as mixing water in concrete”, 
36th Conference on Our World in Concrete & Structures, Singapore. 
85. Karin P (1992), "Corrosion threshold value and corrosion rate in reinforced 
concrete", Swedish Cement and Concrete Research Institute, Stockholm. 
86. Veera Horsakulthai and Kittichat Paopongpaiboon (2013), "Strength, chloride 
permeability and corrosion of coarse fly ash concrete with bagasse-rice husk-
wood ash additive", American Journal of Applied Sciences, 10 (3), pp. 239-
246. 
87. F. C. Porter (1976), "Reinforced concrete in Bermuda concrete", pp. 8. 
88. Wioleta Agata Pyc (September 4/ 1998), "field perfomence of epoxy- coated 
reinforcing steel in Virginia bridge decks", Doctoral thesis, Virginia 
polytechnic institute and state university, Blacksburg, Virgina. 
89. V K Raina (2005), "Concrete bridges. Inspection, repair, strengthening, testing, 
load capacity evaluation", Shroff Publishers & Distributors Pvt. Limited. 
90. A Review "An Examination of Possible Usage of Mumbai Creek Sand for 
Making Concrete". 
91. DC Romano (1988), "Priliminary investigation of epoxy- coated reinforcing 
steel disbondement: cause and effects", Gainsvill, FL. 
92. Changiz Dehghanian, Sadegh Pour-Ali, Ali Kosari (2014), "Corrosion 
protection of the reinforcing steels in chloride-laden concrete environment 
through epoxy/polyaniline-camphorsulfonate nanocomposite coating", 
Corrosion Science. S0010-938X(14)00472-7. 
93. A.A. Sagues, and A.M. Zayed (1989), "Corrosion of epoxy- coated reinforcing 
steel in concrete", New Orleans convention centre, New Orleans, LA, pp. 379. 
94. T etsub Yamakawa, Stageo Iraha, Stagera Mcrinap, Norio Nakaza (1997), "An 
investigation and Prediction of 1/C Pubic Apartment Houses Damaged by 
Chloride Attack in Okinawa", Proceedings of the Japan Concrete. 
95. Standard Specifications for Concrete Structures (2002), "Structural 
Performance Verification". 
133 
96. P.E and Alexander Streicher, M.G (1995), "A chloride conduction test for 
concrete, cement and concrete research", Vol. 25, pp.1284-1294. 
97. ACI 224R-01, "Control of Cracking in Concrete Structures". 
98. ACI 357R, "Guide for the Design and Construction of Fixed Offshore Concrete 
Structures". 
99. AS 3600: 2018, "Concrete structures". 
100. Durable concrete structures (1989), 'CEB desigs guide. Bulletin D' information" 
N0 182. 
101. Homayoon Sadeghi, Pouya Sunil C. Das, Eshmaiel Ganjian (2015), "Zinc-Rich 
Paint As Anode for Cathodic Protection of Steel in Concrete", American 
Society of Civil Engineers. 
102. Nobuaki Otsuki, Takahiro Nishida, Hiroki Ohara, Zoulkanel Moussa, Garba-
Say and Tomohiro Nagata (8/2013), "Some Considerations for the Applicability 
of Seawater as Mixing Water in Concrete", Third International Conference on 
Sustainable Construction Materials and Technologies, Kyoto Research Park, 
Kyoto, Japan. 
103. Pham Ha Hai, Tang Van Lam (2016), "Research anti-corrosion on reinforced 
of high performance finegrained concrete by accelerated method nt build 356", 
International Conference on Advances in Mining and Tunnelling (ICAMT 
2016). 
104. Hidenori Hamada, Tarek Uddin Mohammed, Toru Yamaji (2004), 
"Performance of seawater-mixed concrete in the tidal environment", Cement 
and Concrete Research, vol 34 
105. "Technical committee report on the use of seawater in concrete, JCI" (9/2015). 
106. Tuan Anh Nguyen The Huu Nguyen (2018), "Protection of Steel Rebar in Salt-
Contaminated Cement Mortar Using Epoxy Nanocomposite Coatings", 
International Journal of Electrochemistry 2018. 
107. The Huyen Nguyen, Tuan Anh Nguyen, Thi Lua Pham, Thi Mai Thanh Dinh, 
Hoang Thai and Xianming Shi (2016), "Application of Nano-SiO2 and Nano-
Fe2O3 for Protection of Steel Rebar in Chloride Contaminated Concrete: 
Epoxy Nanocomposite Coatings and Nano-Modified Mortars", Journal of 
Nanoscience and Nanotechnology. Vol. 16, pp.1–10. 
108. K Tuutti (1982), "Corrosion of steel in concrete", SCCRI Stockholm 
109. Moskvin V (1983), "Concrete and reinforced concrete deterioration and 
protection", Mir Publishers. 
110. Aff.M.ASCE; and K. Ganesan V. Kannan (2015), "Effect of Tricalcium 
Aluminate on Durability Properties of Self-Compacting Concrete Incorporating 
Rice Husk Ash and Metakaolin", Journal of Materials in Civil Engineering, 
ISSN 0899-1561/04015063(10). 
134 
111. Christian Christodoulou, Wayne Dodds, Chris Goodier, Simon Austin, David 
Dunne (2017), "Durability performance of sustainable structural concrete: 
Effect of coarse crushed concrete aggregate on rapid chloride migration and 
accelerated corrosion", Construction and Building Materials 155, pp. 511–521. 
112. Yuan-Chieh, Wu Wei-Ting Lin, Yu-Chih Chen, An Cheng and Ran Huang 
(July 2013), "Effect of Polyolefin Fibers and Supplementary Cementitious 
Materials on Corrosion Behavior of Cement-Based Composites", Journal of 
Inorganic and Organometallic Polymers and Materials 23(4). 
113. TW Bremner b, WILL. ErdogÆdu a, IL Kondratova (2001), "Accelerated 
testing of plain and epoxy-coated reinforcement in simulatedseawater and 
chloride solutions", Cement and Concrete Research 31 (2001), pp. 861 -867. 
114. D.E.A. William-Wynn (1977), "Non-Conventional Anticorrosive Primer for 
Stee", J. Oil. Col. Chem. Assoc, pp. 263-267. 
115. Tsuyoshi Saito, Yasuhiro Dan (1963), "Examples of Portland Blast Furnace 
Slag Cement Construction, (I Civil Engineering, Contact with water structures) 
Yahama Chemical Co., Technical Documents". 
116. Yamaji T. Yonamine K., Kobayashi H., Akira Y (2013), "Corrosion situation 
of steel bars in concrete under different tidal zone, Proceedings of the Concrete 
Structures Scenarios", pp.77-82. 
117. Takahiro Sakai, Yosfaikazu Akira, Ryoichi Tanaka, Kenji Sasaki, Kiyomiya 
Osamu (2013), "A study on the quality of the concrete revetments in 
Gunkanjima that have been in service for a long time, repair and reinforcement 
of concrete structures", report colection of upgraded papers. 
118. Hidemi Shiga, Yoshitaka Akui (1984), "Gunkanjima Field Measurement 
Book", Tokyo Denki University Press. 
119. J. Zemajtis, R.E. Weyers, M.M. Sprinkel and W.T. Mckeel, Jr (1996), "Epoxy- 
coated reinforcement- a histotrical performance revew", VTRC 97-IRI, 
Virginia transportation research Council. 
120. SP 349.1325800.2017, "Конструкции бетонные и железобетонные. 
Правила ремонта и усиления". 
 PHỤ LỤC LUẬN ÁN