Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng ăn mòn cốt thép đến kết cấu bêtông cốt thép bằng mô hình 3D-RBSM

KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 17
BÀI BÁO KHOA H
C 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG ĂN MÒN CỐT THÉP 
ĐẾN KẾT CẤU BÊTÔNG CỐT THÉP BẰNG MÔ HÌNH 3D-RBSM 
Nguyễn Công Luyến1 
Tóm tắt: Ăn mòn cốt thép là hiện tượng phổ biến đối với kết cấu bêtông cốt thép chịu sự xâm nhập 
của ion clorua hay hiện tượng các-bon hóa. Hiện tượng này có thể gây nứt vỡ lớp bêtông bảo vệ, 
làm giảm đường kính của cốt thép và lực dính giữa bêtông và cốt thép, từ đó làm giảm khả năng 
chịu lực và sự làm việc bình thường của kết cấu, gây nguy hại cho sự an toàn của con người. Các 
mô hình để mô phỏng và dự đoán ảnh hưởng của hiện tượng này ở cấp độ kết cấu vì vậy trở nên 
thực sự cần thiết. Tác giả đã đề xuất và phát triển một mô hình sử dụng mô hình 3D-RBSM trong 
đó cốt thép được mô phỏng bằng phần tử dầm để mô hình có thể phân tích ở cấp độ kết cấu. Trong 
bài báo này, ảnh hưởng của các nhân tố như ảnh hưởng của sự sắp xếp các thanh cốt thép, ảnh 
hưởng của sự ăn mòn cốt thép lên lực dính giữa bêtông cốt thép sẽ được nghiên cứu cụ thể sử dụng 
mô hình đã phát triển. Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình có khả năng mô phỏng chính xác ảnh 
hưởng của các nhân tố này. Vì vậy, mô hình có thể được sử dụng để đánh giá và dự đoán khả năng 
chịu tải và ứng xử của kết cấu bêtông bị ăn mòn cốt thép. 
Từ khóa: ăn mòn cốt thép, lực dính, mô hình 3D-RBSM. 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ * 
Nhiều công trình được xây dựng ở nước ta 
trong vài thập kỉ trở lại đây đã và đang bị xuống 
cấp nghiêm trọng do ảnh hưởng của môi trường 
như hiện tượng ăn mòn, các-bon hóa, phản ứng 
kiềm cốt liệu, v.v...Trong đó, ăn mòn cốt thép 
trở thành hiện tượng phổ biến do sự xâm nhập 
của ion clo-rua. Trong điều kiện bình thường, 
độ kiềm cao trong bêtông giúp tạo lớp màng thụ 
động xung quanh cốt thép, bảo vệ cốt thép khỏi 
bị ăn mòn. Khi ion clo-rua xâm nhập vào trong 
bêtông thông qua các lỗ rỗng, chúng phá hủy 
lớp màng này và cốt thép bắt đầu bị ăn mòn khi 
sự có mặt của ôxi và hơi nước. Quá trình ăn 
mòn cốt thép gây ra sự suy giảm của đường 
kính cốt thép và sự phát triển vết nứt do gỉ, làm 
giảm lực dính giữa bêtông và cốt thép. Hiện 
tượng này có thể gây ra sự suy giảm của khả 
năng chịu lực và bong tróc của lớp bêtông bảo 
vệ, ảnh hưởng đến khả năng làm việc bình 
thường của kết cấu và gây nguy hại cho sự an 
toàn của con người. 
1 Khoa Xây dựng Thủy lợi - Thủy điện, Trường Đại học 
Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 
Để quá trình phục hồi, duy tu và bảo dưỡng 
kết cấu bêtông cốt thép bị ăn mòn được hiệu 
quả, quá trình diễn tiến của vết nứt cũng như 
khả năng chịu lực còn lại của những kết cấu này 
phải được nghiên cứu đánh giá và dự đoán một 
cách chính xác. Vì vậy, việc xây dựng mô hình 
để đánh giá và dự đoán sự phát triển vết nứt và 
khả năng chịu lực của kết cấu bêtông cốt thép bị 
ăn mòn trở nên cấp thiết. Cho mục tiêu này, một 
số mô hình đã được xây dựng (Ozbolt nnk., 
2012; Toongoenthong nnk., 2005; Tran nnk., 
2011). Tuy nhiên những mô hình này có những 
mặt hạn chế như: khó khăn trong việc mô phỏng 
cấp độ kết cấu hay quá trình phân tích tốn nhiều 
thời gian. Tác giả đã đề xuất và phát triển một 
mô hình sử dụng phương pháp 3D-RBSM trong 
đó cốt thép được mô phỏng bằng phần tử dầm 
để mô hình có thể phân tích ở cấp độ kết cấu 
(Nguyen nnk., 2017). Trong bài báo này, ảnh 
hưởng của các nhân tố phổ biến trong kết cấu 
thực tế như ảnh hưởng của sự sắp xếp các thanh 
cốt thép đến sự phát triển vết nứt; ảnh hưởng 
của sự ăn mòn cốt thép lên lực dính giữa bêtông 
cốt thép sẽ được nghiên cứu cụ thể sử dụng mô 
hình đã phát triển. 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 18
2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĂN MÒN 
CỐT THÉP SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP 3D-
RBSM 
2.1. 3D-RBSM 
Mô hình 3D-RBSM (three-dimensional Rigid 
Body Spring Model) được phát triển bởi 
Yamamoto nnk. (2008). Mô hình này dựa trên 
phương pháp phần tử rời rạc, mô phỏng bêtông 
bằng tập hợp các phần tử cứng (rigid particles). 
Các phần tử này liên kết với nhau bằng các liên 
kết nằm trên các mặt biên giữa các phần tử, 
được mô tả như hình 1. Các phần tử này được 
tạo ra một cách ngẫu nhiên, gọi là Voronoi 
diagram. Tại tâm mỗi phần tử có 6 bậc tự do. 
Một liên kết pháp tuyến và hai liên kết tiếp 
tuyến được đặt tại tâm điểm của mỗi tam giác 
tạo bởi trọng tâm và đỉnh của mặt biên giữa hai 
phần tử (vertex of boundary face). Ứng xử phi 
tuyến của bêtông được đặt vào các liên kết. Ứng 
xử của các liên kết này cung cấp một sự thông 
hiểu về sự tương tác giữa các phần tử thay vì 
ứng xử bên trong từng phần tử như cơ học liên 
tục (Yamamoto nnk., 2008). Việc mô phỏng sự 
làm việc của kết cấu bêtông cốt thép đến ứng xử 
sau nứt bằng 3D-RBSM đã được thực nghiệm 
và kết quả cho thấy rằng mô hình này cho kết 
quả chính xác, đặc biệt là hình dạng vết nứt, vị 
trí vết nứt (Yamamoto nnk., 2008). 
Cốt thép được mô phỏng bằng các phần tử 
dầm, được mô tả trong hình 2. Các phần tử dầm 
này được liên kết ngẫu nhiên với các hạt 
Voronoi bằng phần tử zero-size link, tại hai đầu 
nút phần tử dầm sẽ được đặt hai chuyển vị thẳng 
và một chuyển vị xoay (Yamamoto nnk., 2008). 
Hình 1. 3D-RBSM Hình 2. Mô phỏng cốt thép bằng phần tử dầm 
2.2. Mô hình mô phỏng ăn mòn cốt thép 
Mô hình mô phỏng ăn mòn cốt thép sử dụng 
phương pháp 3D-RBSM đã được tác giả đề xuất 
(Nguyen nnk., 2017). Trong phân tích sự phát 
triển vết nứt do ăn mòn cốt thép gây ra, việc mô 
phỏng đường kính thực và bề mặt của cốt thép 
là tối quan trọng vì hình dạng vết nứt, bề rộng 
vết nứt bị ảnh hưởng bởi tỷ số giữa lớp bêtông 
bảo vệ và đường kính cốt thép cũng như ăn mòn 
cục bộ xung quanh cốt thép. Mặc dù vậy, phần 
tử dầm để mô phỏng cốt thép dùng trong mô 
hình không có những đặc điểm này, do đó tác 
giả đã đề xuất tiết diện ảo của cốt thép, phần 
diện tích tiết diện này bằng đúng diện tích tiết 
diện thật của cốt thép (phần diện tích màu đỏ 
hình 3). Các hạt Voronoi nằm trong phần diện 
tích tiết diện này sẽ được cung cấp biến dạng 
gây ra do ăn mòn, được đặt trong liên kết pháp 
tuyến nằm trên các mặt tiếp xúc giữa các hạt 
Voronoi. Biến dạng này được tính toán dựa trên 
áp lực mở rộng U phụ thuộc vào độ ăn mòn 
(Tran nnk., 2011): 
orW ( 1)r c
s
U α
ρ
−
= (1) 
Trong đó: 
Wr: độ ăn mòn (mg/cm2) 
.W
2
s loss
r
V
rL
ρ
pi
=
 (2) 
orcα : hệ số tăng thể tích của gỉ, giả thiết lấy 2,5. 
sρ : trọng lượng riêng của thép (7,85x103 
mg/cm3). 
Vloss: thể tích của phần cốt thép bị mất do ăn 
mòn (cm3). 
Trong mô hình, ứng suất gây ra do gỉ được 
tính toán dựa trên mô-đun đàn hồi của bêtông 
thay vì mô-đun đàn hồi của gỉ như trong kết cấu 
thực. Vì vậy áp lực U được nhân thêm hệ số 
hiệu chỉnh β : 
.mdU U β= (3) 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 19
Hình 3. Tiết diện ảo của cốt thép 
 (a) (b) (c) 
Hình 4. Mô phỏng ảnh hưởng của ăn mòn cục 
bộ và sự phân tán của gỉ 
(a)Ăn mòn toàn phần; (b) Ăn mòn cục bộ; (c) Sự 
phân tán của gỉ lên vết nứt 
Dựa trên các kết quả thí nghiệm trước đây 
bởi Tran nnk. (2011), cốt thép thường không bị 
ăn mòn trên toàn bộ chu vi mà chỉ bị ăn mòn 
một phần, thường là phía trên của cốt thép. Tran 
nnk. (2011) cũng chỉ ra sự phân tán của gỉ vào 
trong vết nứt cũng ảnh hưởng đáng kể lên sự 
phát triển của vết nứt do ăn mòn. Ảnh hưởng 
của các nhân tố này được mô phỏng trong mô 
hình như minh họa hình 4. Với trường hợp ăn 
mòn cục bộ (hình 4(b)), chỉ những phần tử 
Voronoi nằm ở bề mặt phía trên (phần màu đen) 
được cung cấp biến dạng do ăn mòn. Sự phân 
tán của gỉ lên vết nứt (hình 4(c)) xảy ra khi bắt 
đầu có sự xuất hiện vết nứt thẳng đứng (vertical 
crack) với bề rộng xác định, trong nghiên cứu 
này sự phân tán của gỉ xảy ra khi bề rộng vết 
nứt thẳng đứng bằng 0,2mm. Khi đó áp lực mở 
rộng sẽ được tính toán lại dựa trên lượng phân 
tán của gỉ vào vết nứt (với giả thiết gỉ lấp đầy 
vết nứt): 
r
a 2 r
c k
re l
VU U
Lpi
∆∆ = ∆ −
 (4) 
Trong đó: 
are lU∆ : áp lực mở rộng thực tế 
rc kV∆ : thể tích của vết nứt 
r : bán kính cốt thép 
L : chiều dài cốt thép 
Sự ảnh hưởng của các nhân tố này lên sự mở 
rộng và phát triển vết nứt đã được mô phỏng 
khá chính xác bằng mô hình (Nguyen nnk., 
2017). Mô hình cũng đã được kiểm chứng với 
các mẫu thí nghiệm một thanh cốt thép có 
đường kính khác nhau, chiều dày lớp bêtông 
bảo vệ khác nhau hay kích cỡ mẫu thí nghiệm 
khác nhau. Kết quả cho thấy mô hình có khả 
năng mô phỏng chính xác hình dạng vết nứt 
cũng như sự phát triển mở rộng vết nứt của các 
mẫu thí nghiệm trên (Nguyen nnk., 2017). Bài 
báo này sẽ tiếp tục kiểm chứng mô hình với các 
mẫu thí nghiệm có sự sắp xếp các thanh cốt thép 
khác nhau và xem xét ảnh hưởng của ăn mòn 
đến lực dính giữa bêtông và cốt thép. 
3. KIỂM CHỨNG MÔ HÌNH 
3.1. Ảnh hưởng của sự sắp xếp các thanh 
cốt thép khác nhau lên hình dạng và sự phát 
triển vết nứt 
Để đánh giá được ứng xử của kết cấu bị ăn 
mòn ngoài thực tế, mô phỏng chính xác ứng xử 
nứt của mẫu có nhiều thanh cốt thép là thiết yếu. 
Thí nghiệm ăn mòn điện phân của Omar nnk. 
(2017) được dùng để mô phỏng sử dụng mô 
hình 3D-RBSM đã đề xuất. Các mẫu thí nghiệm 
của Omar nnk. (2017) bao gồm: RC-30 và RC-
70, trong đó con số đứng sau RC chỉ khoảng 
cách giữa các thanh cốt thép (đơn vị mm). Kích 
thước mẫu và sắp xếp của cốt thép được mô tả 
như hình 5. Mẫu thí nghiệm RC-30 
(500x300x1000mm) có khoảng cách giữa các 
cốt thép 30mm theo cả phương đứng và phương 
ngang. Trong khi đó, mẫu RC-70 
(500x300x300mm) được thiết kế với khoảng 
cách giữa các cốt thép 70mm. Các mẫu thí 
nghiệm này được dùng để đánh giá ảnh hưởng 
của sự sắp xếp cốt thép lên sự phát triển vết nứt. 
Đường kính cốt thép dùng trong thí nghiệm là 
16mm. Trước khi thí nghiệm, cường độ chịu 
nén của bêtông trong các mẫu RC-30 và RC-70 
đo được lần lượt là 35.7 Mpa và 33.7 Mpa. 
Mẫu được thí nghiệm cho đến khi độ ăn mòn 
trung bình trong các mẫu đạt 16.01% (RC-30) 
và 14.66% (RC-70). Điểm chung có thể được 
quan sát trong cả hai mẫu là các thanh thép gần 
bề mặt bị ăn mòn nhiều hơn so với các thanh 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 20
thép nằm trong. Với mẫu RC-30, các thanh thép 
bên ngoài có độ ăn mòn lần lượt là 22.5%, 
21.2% và 17.2%, trong khi các thanh bên trong 
lần lượt có độ ăn mòn là 18.0%, 9.3 % và 7.9%. 
Tương tự, các thanh thép bên ngoài của mẫu 
RC-70 có độ ăn mòn 25.7%, 22.1% và 16.3% so 
sánh với 7.9%, 7.4% và 8.5% đối với cốt thép 
bên trong. Sau thí nghiệm, các vết nứt được 
quan sát trên bề mặt mẫu thí nghiệm. Sau đó 
mẫu được cắt ngang tại vị trí trọng tâm để 
quan sát hình dạng vết nứt bên trong (Omar 
nnk., 2017). 
(a) (b) 
Hình 5. Kích thước và kích thước mẫu thí nghiệm (Omar nnk., 2017) 
(a) RC-30; (b) RC-70 
Hình 6. Mô hình bằng 3D-RBSM 
Mô hình phân tích bằng 3D-RBSM được mô 
tả như hình 6. Mỗi mẫu thí nghiệm được mô 
phỏng với chỉ 100mm dài để rút ngắn thời gian 
phân tích. Kích cỡ các hạt Voronoi là 5mm đối 
với vùng diện tích gần các thanh cốt thép và 
30mm cho các vùng khác. Mỗi thanh cốt thép 
được ấn định độ ăn mòn xác định từ thí nghiệm. 
Hình 7 mô tả hình dạng vết nứt lấy từ mô hình 
so sánh với kết quả thí nghiệm. Kết quả cho 
thấy hình dạng vết nứt bên trong lấy từ mô hình 
khá giống với kết quả thí nghiệm. Các vết nứt 
hình thành từ các cốt thép và liên kết lại với 
nhau thành vết nứt lớn. Điểm chung quan sát 
được ở cả mô hình và thí nghiệm là vì các thanh 
cốt thép bên ngoài bị ăn mòn nhiều hơn, các vết 
nứt kết nối giữa các thanh thép này cũng lớn 
hơn so với vết nứt hình thành ở các thanh thép 
bên trong. Ở mẫu RC-70, khoảng cách giữa các 
thanh thép bên ngoài đến bề mặt là chỉ 30mm, 
do đó vết nứt dễ dàng lan rộng lên bề mặt. Vết 
nứt bề mặt xuất hiện trên cả ba thanh thép bên 
ngoài. Trong khi đó, khoảng cách xa hơn giữa 
các thanh thép bên ngoài đến bề mặt ở mẫu RC-
30 khiến vết nứt khó có thể lan rộng đến bề mặt, 
kết quả là chỉ một vết nứt dài xuất hiện trên bề 
mặt mẫu, dù vết nứt bên trong mẫu là khá lớn. 
Từ kết quả mô hình và thí nghiệm, có thể kết 
luận rằng sẽ là không chính xác nếu đánh giá 
tình trạng nứt bên trong kết cấu thông qua các 
vết nứt quan sát được ở bên ngoài. Sự phát triển 
vết nứt bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như sự 
sắp xếp của cốt thép, chiều dày lớp bêtông bảo 
vệ hay độ ăn mòn của cốt thép. Mô hình đề xuất 
sẽ đóng góp cho việc đánh giá sự phát triển vết 
nứt ở cấp độ kết cấu một cách hiệu quả. 
3.2. Ảnh hưởng của ăn mòn đến lực dính 
giữa bêtông và cốt thép 
3.2.1. Hình dạng mẫu thí nghiệm và mô hình 
phân tích 
Kết quả thí nghiệm dùng để đối chiếu với mô 
hình được thực hiện bởi Shang nnk. (2011). Tác 
giả đã thực hiện thí nghiệm nghiên cứu ảnh 
hưởng của ăn mòn cốt thép đến lực dính giữa 
bêtông và cốt thép bằng cách thí nghiệm kéo 
dọc trục tổng cộng 11 mẫu thí nghiệm: 2 mẫu 
chuẩn (không bị ăn mòn) và 9 mẫu bị ăn mòn 
với độ ăn mòn khác nhau, từ 0.6% đến 8%. Kích 
thước và hình dáng mẫu được cho trong hình 8. 
Tất cả mẫu thí nghiệm có cùng mặt cắt ngang 
hình vuông cạnh 100mm và cùng độ dài 
1000mm. Ở trọng tâm tiết diện ngang mẫu thí 
nghiệm đặt 1 thanh cốt thép có đường kính D20. 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 21
 Internal crack Surface crack 
RC-30 
RC-70 
Hình 7. Hình dạng vết nứt lấy từ mô hình so sánh với thí nghiệm 
Hình 8. Hình dạng và kích thước mẫu thí nghiệm (Shang nnk., 2011) 
Sau 28 ngày bảo dưỡng, mẫu được tiến hành 
thí nghiệm ăn mòn. Để tránh ăn mòn cục bộ xảy 
ra, hai đoạn cốt thép hai đầu độ dài 120mm 
được bọc với nhựa thông (epoxy-coated), như 
hình 8. Sau khi mỗi mẫu bị ăn mòn với độ ăn 
mòn nhất định, thí nghiệm dừng lại và bề rộng 
vết nứt trên bề mặt được đo đạc. Sau đó, mẫu 
được thí nghiệm kéo dọc trục hai đầu. Các vết 
nứt ngang được đo đạc một cách cẩn thận trong 
quá trình thí nghiệm và chú thích trên bề mặt 
mẫu. Lực kéo được gia tăng cho đến khi không 
còn vết nứt ngang nào xuất hiện. Sau thí 
nghiệm, cốt thép được lấy ra để tiến hành đo độ 
ăn mòn (Shang nnk., 2011). 
Trong bài báo này, tác giả chọn ba mẫu thí 
nghiệm điển hình từ thí nghiệm trên để mô hình: 
một mẫu chuẩn (không bị ăn mòn), hai mẫu bị 
ăn mòn với độ ăn mòn lần lượt là 3.9% và 7.4%. 
Mô hình ăn mòn 3D-RBSM đã đề xuất sẽ được 
dùng để mô phỏng 3 mẫu này. Đối với mẫu bị 
ăn mòn, quá trình phân tích bao gồm 2 giai 
đoạn: trước tiên quá trình mô phỏng ăn mòn 
được tiến hành với độ ăn mòn mục tiêu là 3.9% 
và 7.4%. Sau đó các mẫu này được tiến hành 
kéo dọc trục bằng cách cố định một đầu và kéo 
đầu còn lại. Mô hình RBSM được minh họa 
trong hình 9. Hình 10 biểu thị vết nứt do ăn mòn 
quan sát dọc thanh cốt thép đối với mẫu có độ 
ăn mòn 3.9% và 7.4%. Một vết nứt xuất hiện 
trên bề mặt dọc theo chiều dài thanh và vết nứt 
bên trong xuất hiện xung quanh cốt thép. Khi 
cốt thép bị ăn mòn nhiều hơn, vết nứt bề mặt và 
vết nứt bên trong xung quanh cốt thép cũng trở 
nên lớn hơn. 
Test 
(Omar 
Analysis 
Analysis 
Test 
(Omar 
Analysis 
Test (Omar 
nnk., 2017) 
Test 
(Omar 
nnk., 
Analysis 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 22
(a) (b) 
Hình 9. Mô hình ăn mòn RBSM Hình 10. Vết nứt do ăn mòn quan sát dọc mẫu 
thí nghiệm (a) 3.9%; (b) 7.4% 
3.2.2. Ảnh hưởng của vết nứt do ăn mòn lên 
lực dính 
Hình 11 so sánh kết quả lấy từ mô hình và thí 
nghiệm sau khi tiến hành kéo dọc trục các mẫu. 
Đặc điểm dễ dàng nhận thấy là số lượng các vết 
nứt ngang giảm dần khi độ ăn mòn tăng. Mẫu 
không bị ăn mòn (hình 11(a)) có số vết nứt 
ngang lớn nhất và khoảng cách giữa các vết nứt 
cũng ngắn nhất. Kết quả từ mô hình trùng khớp 
với kết quả thí nghiệm, mặc dù rằng chúng 
không giống nhau hoàn toàn về số lượng vết nứt 
nhưng giống nhau về sự phân bố vết nứt. Kết 
quả này có thể được giải thích rằng khi lực dính 
tốt, ứng suất trong cốt thép được truyền dễ dàng 
qua bêtông và tạo thành các vết nứt ngang khi 
ứng suất trong bêtông vượt quá cường độ chịu 
kéo của nó. 
Đối với mẫu bị ăn mòn cốt thép, vết nứt do 
ăn mòn tạo ra xung quanh cốt thép làm giảm lực 
dính giữa bêtông và cốt thép. Vì vậy ứng suất 
trong cốt thép khó có thể truyền qua bêtông, kết 
quả là làm giảm số lượng vết nứt ngang và làm 
khoảng cách giữa các vết nứt ngang lớn hơn. Độ 
ăn mòn càng cao thì số lượng vết nứt càng ít, có 
thể thấy rõ trong hình 11(b),(c). Kết quả từ mô 
hình hoàn toàn trùng khớp với kết quả thí 
nghiệm. Có thể thấy rõ rằng ứng xử lực dính bị 
thay đổi đáng kể khi có sự hình thành vết nứt 
xung quanh cốt thép do ăn mòn. 
Quan hệ lực kéo - độ giãn dài của bêtông của 
cả ba mẫu được cho trong hình 12. Cả kết quả 
từ mô hình và thí nghiệm biểu thị rằng độ giãn 
dài của bêtông trong mẫu chuẩn (0%) là lớn 
nhất bởi vì nó hình thành nhiều vết nứt ngang 
hơn. Khi độ ăn mòn dọc cốt thép càng cao, số 
lượng vết nứt ngang được hình thành ít hơn, do 
đó độ giãn dài của bêtông cũng trở nên ít hơn. 
Xu hướng này cũng đã được kiểm chứng trong 
cả kết quả từ mô hình và thí nghiệm. Tuy kết 
quả từ mô hình có một ít sai khác với kết quả thí 
nghiệm, sự trùng khớp trong xu hướng ứng xử 
lực dính khi cốt thép bị ăn mòn chứng tỏ rằng 
mô hình có khả năng mô phỏng ứng xử này. 
Khi cốt thép bị ăn mòn, sự xuất hiện vết nứt 
bên trong và trên bề mặt kết cấu cũng như sự 
thay đổi lực dính là hai nhân tố chủ yếu gây nên 
sự thay đổi trong khả năng chịu lực và ứng xử 
của kết cấu bị ăn mòn. Mô hình ăn mòn sử dụng 
3D-RBSM trên có khả năng mô phỏng ảnh 
hưởng của các nhân tố này. Vì vậy, mô hình đề 
xuất có thể trở thành một công cụ hiệu quả để 
đánh giá và dự đoán khả năng chịu lực và ứng 
xử của kết cấu bêtông bị ăn mòn trong các 
nghiên cứu sau này. 
KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 23
Hình 11. Kết quả kéo dọc trục so sánh 
giữa mô hình và thí nghiệm (a) 0%; 
(b) 3.9%; (c) 7.4% 
Hình 12. Quan hệ lực kéo - 
độ giãn dài của bêtông 
4. KẾT LUẬN 
Mục tiêu của bài báo là mô phỏng sự ảnh 
hưởng của sự sắp xếp các thanh cốt thép lên 
hình dạng và sự phát triển vết nứt, ảnh hưởng 
của ăn mòn lên lực dính giữa bêtông và cốt thép 
sử dụng mô hình ăn mòn 3D-RBSM đã đề xuất. 
Một số kết luận được rút ra từ nghiên cứu: 
(1) Mô hình đề xuất có khả năng mô phỏng 
ảnh hưởng của sự sắp xếp các thanh cốt thép lên 
hình dạng và sự phát triển vết nứt do ăn mòn. 
Vết nứt xuất phát từ các cốt thép riêng lẻ và liên 
kết lại với nhau thành vết nứt lớn bên trong kết 
cấu. Từ kết quả mô hình và thí nghiệm, có thể 
kết luận rằng sẽ là không chính xác nếu đánh 
giá tình trạng nứt bên trong kết cấu thông qua 
các vết nứt quan sát được ở bên ngoài. Sự phát 
triển vết nứt bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như 
sự sắp xếp cốt thép, chiều dày lớp bêtông bảo vệ 
hay độ ăn mòn cốt thép. 
(2) Các vết nứt gây ra do gỉ dọc theo thanh cốt 
thép làm giảm lực dính giữa bêtông và cốt thép. 
Kết quả từ mô hình và thí nghiệm cho thấy các vết 
nứt này làm cho ứng suất trong cốt thép khó truyền 
được qua bêtông, kết quả là ít vết nứt ngang được 
hình thành trong thí nghiệm kéo dọc trục mẫu thí 
nghiệm. Khi độ ăn mòn càng cao, vết nứt ngang 
càng ít và độ giãn dài của bêtông càng ít. 
(3) Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình có 
khả năng mô phỏng hình dạng vết nứt với kết 
cấu có sự sắp xếp các thanh cốt thép khác nhau 
cũng như sự thay đổi lực dính do ăn mòn. Do 
vậy, mô hình đề xuất có thể trở thành một công 
cụ hiệu quả để đánh giá và dự đoán khả năng 
chịu lực và ứng xử của kết cấu bêtông bị ăn mòn 
trong các nghiên cứu sau này. 
Lời cảm ơn 
Bài báo này được tài trợ bởi Trường Đại học Bách 
khoa - ĐHĐN với đề tài có mã số: T2018-02-48. 
 KHOA HC K THUT THuhoahoiY LI VÀ MÔI TRuchoaNG uhoahoiuhoahoiuhoahoi - S 62 (9/2018) 24
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Nguyen, C.L., Nakamura, H., Miura, T., and Yamamoto, Y. (2017): "Analysis of Corrosion-
Induced Crack Propagation of RC Members Modeling by Corrosion Expansion Pressure around 
Beam Element", Proceedings of the Japan Concrete Institute, Vol. 39, pp. 961-66. 
Omar, I. G. (2017). “Influences of Interfacial Pores and Reinforcement Arrangement on 
Development of Corrosion Crack in Concrete”, M.E. thesis, Dept. Civil Eng., Nagaoka 
University of Technology, Niigata, Japan. 
Ozbolt, J., Orsanie, F., and Balabanie, G. (2012). “Modelling Damage in Concrete Caused by 
Corrosion of Reinforcement”, Coupled 3D FE model, Int J Fract 178: 233 – 44. 
Shang, F., An, X., Mishima, T., and Maekawa, K. (2011): "Three-dimensional Nonlinear Bond 
Model incorporating Transverse Action in Corroded RC Members", Journal of Advanced 
Concrete Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 89-102. 
Toongoenthong, K. and Maekawa, K. (2005). ‘Simulation of Coupled Corrosive Product 
Formation, Migration into Crack and Propagation in Reinforced Sections’, Journal of Advanced 
Concrete Technology 3(2): 253 – 65. 
Tran, K. K., Nakamura, H., Kawamura, K. and Kunieda, M. (2011). “Analysis of crack propagation 
due to rebar corrosion using RBSM”, Cement & Concrete Composites 33: 906-917 
Yamamoto, Y., Nakamura, H., Kuroda, I. and Furuya, N. (2008). “Analysis of Compression Failure of 
Concrete by Three Dimensional Rigid Body Spring model”, Journal of JSCE 64: 612 – 30 (in Japanese). 
Yamamoto, Y., Nakamura, H., Kuroda, I. and Furuya, N. (2014). “Crack propagation analysis of 
reinforced concrete wall under cyclic loading using RBSM”, European Journal of Environmental 
and Civil Engineering 18(7): 780 – 92. 
Abstract: 
MODELING THE EFFECT OF REBAR CORROSION ON 
RC STRUCTURES USING 3D-RBSM 
 Rebar corrosion is a popular phenomenon in RC structures subjecting to chloride ingress and 
carbonation. Such a phenomenon results in concrete cover spalling, loss of rebar diameter and 
bond reduction, consequently triggers a damage on load capacity and service life of RC structures 
and lastly poses risks to human safety. Powerful numerical tools that can simulate and predict the 
effects of this phenomenon in structural level thus become vitally important. The authors proposed 
and developed a model using 3D-RBSM in which rebar is modeled by beam element in order for 
modeling structural level. In this paper, effects of various factors such as effect of arrangement of 
multiple rebars, effect of rebar corrosion on bonding behaviour will be intensively investigated 
using the said model. The results showed that the model can be able to precisely simulate the effects 
of these factors on RC structures subjecting to rebar corrosion. The model, thus, will be a 
promising tool in use of evaluating structural behaviour and predicting load capacity of RC 
structures subjecting to rebar corrosion. 
Keywords: rebar corrosion, bond, RBSM model. 
Ngày nhận bài: 30/6/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 30/7/2018