Hư hỏng và Giải pháp ứng phó do phản ứng ARR (Kiềm-Đá hộc) ở các đập bê tông
14/10/2026 11:42
HƯ HỎNG VÀ GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ PHẢN ỨNG KIỀM - ĐÁ HỘC (AAR)
TRONG CÁC ĐẬP BÊ TÔNG
Tóm tắt: Phản ứng Kiềm - Đá hộc/Cốt liệu (Alkali-Aggregate Reaction - AAR) là một trong những tác nhân nguy hại hàng đầu gây suy giảm chất lượng và đe dọa độ an toàn lâu dài của các đập bê tông. Qua nghiên cứu tổng quan chuyên sâu, bài viết phân tích định lượng cơ chế trương nở AAR, sự suy giảm tính chất cơ học vật liệu, các biểu hiện hư hỏng kết cấu, cùng hệ thống công cụ mô phỏng số và giải pháp kỹ thuật xử lý khắc phục hiện đại nhằm giúp các nhà quản lý, kỹ sư chủ động đánh giá rủi ro và bảo đảm an toàn đập.
1. Đặt vấn đề
Trong quản lý vận hành đập bê tông khối lớn và đập trọng lực, ngoài các tác động cơ học truyền thống (áp lực nước hồ chứa, nhiệt độ, từ biến, động đất), phản ứng Kiềm - Đá hộc (AAR) là một hiện tượng hóa - cơ tiềm ẩn nhưng cực kỳ nguy hiểm. Phản ứng xảy ra giữa các ion kiềm trong xi măng với khoáng vật silica hoạt tính trong cốt liệu đá hộc/đá dăm, tạo thành gel kiềm-silica có khả năng hấp thụ nước và trương nở thể tích liên tục theo thời gian.
Do tính chất diễn biến chậm rãi qua nhiều thập kỷ, AAR thường khó phát hiện ở giai đoạn đầu, nhưng khi đã bùng phát sẽ gây nứt xé, biến dạng tích tụ không hồi phục, làm suy giảm khả năng chịu lực và uy hiếp trực tiếp đến sự vận hành an toàn của đập.
Hư hỏng điển hình do AAR gây ra trong nhà máy thủy điện
6. Kết luận và khuyến nghị cho công tác kiểm tra, đánh gía an toàn đập tại Việt Nam
Phản ứng Kiềm - Đá hộc (AAR) là "kẻ thù giấu mặt" đối với an toàn đập bê tông. Để phòng ngừa và giảm thiểu rủi ro AAR cho các công trình thủy lợi, thủy điện tại Việt Nam, VNCOLD khuyến nghị:
l Khâu thiết kế và thi công mới: Kiểm tra chặt chẽ thành phần thạch học của cốt liệu đá hộc/đá dăm và nồng độ kiềm tương đương trong xi măng. Tuyệt đối không sử dụng cốt liệu chứa silica hoạt tính khi chưa có giải pháp phụ gia khoáng/puzzolan ức chế phản ứng.
l Khâu quản lý vận hành đập hiện hữu: Đẩy mạnh công tác quan trắc chuyển vị (con dọi), ứng suất, biến dạng và nứt bề mặt. Đối với các đập có dấu hiệu nứt xé hoặc kẹt cửa phai/cửa van, cần ứng dụng ngay công cụ mô phỏng số FEM khép kín để chẩn đoán chính xác nguyên nhân do AAR và chủ động lập phương án xẻ khe giải áp hoặc gia cường kịp thời.
By: Nguyễn Quốc Dũng
Email: nguyenquocdungvncold@gmail.com
Bài viết được tổng hợp, trích dẫn và biên dịch chuyên sâu từ Chương 8: Mô hình hóa mô phỏng số, Đánh giá cường độ và Biện pháp xử lý đập bê tông bị ảnh hưởng bởi phản ứng AAR (Section 8: AAR Simulation Models, Strength Assessment and Remedial Actions for AAR Affected Concrete Dams), bao gồm các công trình nghiên cứu và tài liệu chuẩn mực quốc tế sau:
ICOLD (International Commission on Large Dams), 1991. Alkali–aggregate reaction in concrete dams – Review and recommendations (Phản ứng Kiềm - Cốt liệu trong đập bê tông – Tổng quan và các khuyến nghị), Bulletin 79, Paris, France.
Institution of Structural Engineers (ISE), 1992. Structural effects of alkali–silica reaction (Ảnh hưởng kết cấu của phản ứng Kiềm - Silica), SETO Ltd., London, UK.
Léger, P., Tinawi, R., Mounzer, N., 1995a. Numerical simulation of concrete expansion in concrete dams affected by alkali–aggregate reaction (Mô phỏng số sự trương nở bê tông trong các đập bê tông bị ảnh hưởng bởi phản ứng Kiềm - Cốt liệu).
Cole, R.G., Horswill, P., 1988 & Horswill, P. et al., 1994. Val de la Mare Dam, Jersey: Instrumentation, monitoring and stability analysis of an ASR damaged dam (Đập Val de la Mare, Jersey: Thiết bị quan trắc, theo dõi và phân tích ổn định của đập bị hư hỏng do ASR).
Caron, P., Léger, P., Tinawi, R., Veilleux, M., 2003. Slot cutting of concrete dams: field observations and experimental evidences (Xẻ khe giải áp các đập bê tông: Các quan sát hiện trường và bằng chứng thực nghiệm), ACI Structural Journal, Vol. 100, No. 4, pp. 430–439.
Saouma, V.E., 2014. Numerical modelling of AAR (Mô hình hóa số về AAR), CRC Press & Saouma, V.E., Hariri-Ardebili, M., 2021. Aging, shaking and cracking of infrastructures (Sự lão hóa, rung động và nứt xé của công trình hạ tầng), Springer.
Curtis, D.D., 1995. Modeling of AAR affected structures using the GROW3D FEA program (Mô hình hóa các kết cấu bị AAR bằng phần mềm phần tử hữu hạn GROW3D).