VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2024 45
NGUYÊN NHÂN PHÁ HỦY BỀ MẶT GẠCH THÁP KHƯƠNG MỸ
VÀ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ HƯ HỎNG GẠCH PHỤC CHẾ, SỬ DỤNG
GIA CƯỜNG KHỐI XÂY THÁP TRONG MÔI TRƯỜNG BIỂN
CAUSES OF SURFACE DESTRUCTION OF KHUONG MY TOWER BRICKS AND
SOLUTIONS TO LIMIT SURFACE DESTRUCTION OF RESTORED BRICKS, USED TO
REINFORCE TOWER BLOCKS IN MARINE ENVIRONMENTS
NGUYỄN TIẾN BÌNHa,*, MAI XUÂN HIỂNa
aViện Khoa học công nghệ xây dựng
*Tác giả đại diện: Email: binhtntibst@gmail.com
Ngày nhận 9/10/2024, Ngày sửa 20/11/2024, Chấp nhận 25/11/2024
https://doi.org/10.59382/j-ibst.2024.vi.vol4-6
Tóm tắt: Hiện tượng bề mặt tháp Champa bị
mủn do quá trình kết tinh một số hợp chất hóa học
là hiện tượng phổ biến, xảy ra ở tất cả các tháp dọc
miền duyên hải, làm nhiều tháp có nguy cơ sụp đổ.
Việc gia cường khối xây các tháp tại những khu vực
xung yếu bằng gạch phục chế (Gạch phục chế trong
bài báo này được hiểu là gạch sản xuất mới, có
hình dáng và màu sắc gần giống như gạch cổ, đã
được đưa vào gia cường khối xây tháp Khương Mỹ
và thuộc đối tượng được thực hiện kiểm định) đã
được thực hiện, song tốc độ tác động hoá lý trên bề
mặt gạch của các khối xây từ gạch phục chế xảy ra
nhanh hơn nhiều so với các khối xây gạch cổ. Bài
báo này sẽ cung cấp một số thông tin về nguyên
nhân gây ra hiện tượng mủn bề mặt gạch tháp
Khương Mỹ-Quảng Nam do quá trình tái kết tinh
một số hợp chất hóa học, giải thích lý do làm cho
các khối xây gia cường có tốc độ mủn mục nhanh
hơn so với các khối xây gạch cổ, đồng thời đưa ra
một vài kiến nghị để hạn chế tốc độ mủn đối với các
khối xây gia cường bằng gạch phục chế.
Từ khóa: tháp Champa, tháp Khương Mỹ, mủn
gạch, gạch phục chế
Abstract: The phenomenon of the surface of
Champa towers being decayed due to the
crystallization of some chemical compounds is a
common phenomenon, occurring in all towers along
the coastal region, causing many towers to be at
risk of collapse. Reinforcing the towers in vulnerable
areas with restored bricks has been carried out, but
the speed of physical impact on the brick surface of
the restored bricks occurs much faster than that of
the ancient bricks. This article will provide some
information on the cause of the decay of the surface
of the Khuong My-Quang Nam tower bricks due to
the crystallization of some chemical compounds,
explain the reason why the reinforced blocks decay
faster than the ancient bricks, and then give some
recommendations to limit the decaying rate of the
reinforced blocks made of restored bricks.
Key words: Champa tower, Khuong My Tower,
decaying bricks, restored bricks
Một thực trạng trong công tác bảo tồn và phát
huy giá trị các đền tháp Champa hiện nay là hiện
tượng gạch phục chế (sử dụng khi gia cường các
khối xây bị hư hại) bị nổi lớp màng màu trắng, sau
đó là mặt ngoài của các khối xây gia cường bị mủn
với tốc độ nhanh chóng. Hiện tượng này xảy ra ở
tất cả các tháp nằm ở khu vực ven biển như tháp
Po Dam, Po Sah Inu (Bình Thuận), Hòa Lai, Po
Rome, Po Klong Garai (Ninh Thuận), Po Nagar
(Nha Trang), tháp Nhạn (Phú Yên), tháp Cánh Tiên,
tháp Đôi (Bình Định), Mỹ Sơn, Khương Mỹ (Quảng
Nam)… [1].
Hình 1. Bề mặt gạch khối xây gia cường tháp Po Nagar – Nha Trang bị mủn
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG
46 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2024
Hình 2. Bề mặt gạch phục chế tháp Mỹ Sơn bị nổi lớp vật chất màu trắng
Hiện tượng bề mặt gạch bị mủn tồn tại cả đối
với gạch cổ. Các khối xây bị bào mòn lõm sâu vào
trong lòng tháp dẫn đến nguy cơ làm các tháp bị
sụp đổ nếu không được chống đỡ, gia cường. Tuy
nhiên, do các tháp Champa đã có thời gian tồn tại
rất lâu, ngay cả các tháp có niên đại gần nhất cũng
đã trên 400 năm nên việc các viên gạch phục chế
sử dụng khi gia cường khối xây cũ bị mủn chỉ một
thời gian ngắn sau khi công trình đưa vào sử dụng
đã tạo nên dư luận hoài nghi về chất lượng gạch,
cũng như phương pháp tu bổ được áp dụng.
Ở tháp Khương Mỹ - Quảng Nam, hiện tượng
nổi lớp bột trắng và mủn bề mặt gạch đã xảy ra sau
06 tháng 2 tháp (Bắc và Giữa) hoàn thành việc gia
cường. Để định rõ nguyên nhân và phương án xử lý
phù hợp, nhằm kéo dài tuổi thọ di tích, Viện Khoa
học công nghệ xây dựng - Bộ Xây dựng đã tiến
hành kiểm định chất lượng các viên gạch phục chế
trước và sau khi đưa vào gia cường cho các khối
xây bị sạt lở; phân tích, đánh giá các hàm lượng
muối hòa tan có tác động nguy hại đến chất lượng
gạch... từ đó đưa ra các giải pháp kỹ thuật nhằm
hạn chế tác động có hại đối với khối xây mới. Trong
bài báo này, các thông tin về kỹ thuật được trích
dẫn từ tài liệu [1].
1. Tình trạng khối xây gạch cổ tháp Khương
Mỹ trước khi tu bổ
Theo thuyết minh Dự án [2], trước khi tu bổ,
nhiều mảng tường tháp và các chi tiết trang trí của 2
tháp (tháp Giữa và tháp Bắc) đã bị sạt lở, vỡ nứt ở
nhiều mức độ khác nhau. Phần thân tháp, nhiều vị trí
bị hư hại nặng ở phần chân tháp lên trung bình 3m,
đặc biệt các trụ ở góc tháp. Các khối tường bong vỡ
có hiện tượng gạch bị mủn thành dạng bột có thể
cạo ra rất dễ dàng. Hoa văn và đường nét trang trí bị
mất; các khối xây rời rạc mất khả năng liên kết. Xuất
hiện các vết nứt dọc và ngang thân tháp; nhiều chi
tiết vỏ kiến trúc ở các vị trí tiếp xúc vòm cửa, đầu các
cột ốp góc… bị mất. (Xem ảnh chụp một số vị trí hư
hại của tháp Bắc và tháp Giữa tháp Khương Mỹ
trước khi được gia cường từ Hình 3 đến Hình 6).
Tình trạng hư hại nặng của tháp đặt ra yêu cầu bức
thiết phải gia cường, chống đỡ khẩn cấp và phương
án được lựa chọn là bù vá những vị trí tường tháp bị
bào mòn lõm sâu bằng gạch phục chế có kích thước
tương đương và cơ bản đồng màu với gạch cổ xây
tháp. Theo thông tin từ các cư dân sinh sống gần
tháp Khương Mỹ, tại khu vực sát hàng rào phía Tây
của cụm tháp, cách nay khoảng 20 năm đã có một
cơ sở làm thịt bò khô, sử dụng muối để ngâm tẩm và
sấy khô thịt bò bằng than, lò này hoạt động trên 5
năm nên cũng có thể tạo ra lượng muối NaCl và
Sulphat trên bề mặt gạch tháp cổ.
2. Chất lượng gạch phục chế khi sử dụng gia
cường các tháp
Tiêu chuẩn kỹ thuật đã được sử dụng để so
sánh chất lượng gạch phục chế tại Dự án tu bổ
tháp Bắc và tháp Giữa cụm tháp Khương Mỹ là
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2024 47
tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1451:1998 về gạch đặc
đất sét nung. Đối với tháp Khương Mỹ, một số yêu
cầu kỹ thuật ghi trong hồ sơ thiết kế [2] là cường
độ nén: Rn ≥ 100daN/cm2 (10N/mm2); cường độ
uốn: Ru ≥ 10daN/cm2 (1N/mm2) và khối lượng thể
tích: khoảng 1.650 kg/m3. Với quy định này, chỉ
tiêu cơ lý về cường độ của gạch phục chế cao hơn
nhiều so với gạch cổ, hay nói cách khác gạch này
không phải là gạch phục chế mà là gạch để gia
cường tháp.
Hình 3. Toàn cảnh cụm tháp Khương Mỹ
Hình 4. Gạch mủn lõm sâu vào tường
Hình 5. Gạch mủn ăn lõm vào tường
Hình 6. Bề mặt gạch nổi trắng
Tuy nhiên, trong thực tế sử dụng, ở một số
tháp khu vực ven biển đã được tu bổ như Po
Nagar (Khánh Hòa), Hòa Lai, Po Krong Giarai
(Ninh Thuận), tháp Đôi (Bình Định)... gạch phục
chế nhanh chóng bị nổi trắng và bở bục bề mặt
(Hình 1 và Hình 2). Thời gian hiện tượng gạch bị
nổi trắng và mủn bề mặt diễn ra rất nhanh, chỉ vài
tháng sau khi các khối xây mới bằng gạch phục
chế được định hình. Nhưng với những tháp ở xa
biển trên 30km, có những tháp đã được tu bổ sau
gần 30 năm nhưng chất lượng vẫn rất tốt (Hình 7
đến Hình 10).
Ngoài các tháp được gia cường bằng khối xây
từ gạch phục chế, tháp Phú Diên, huyện Phú Vang,
tỉnh Thừa Thiên Huế là tháp duy nhất được bảo tồn
bằng phương pháp bao che, kích nâng toàn bộ thân
tháp và bê tông hóa phần chân tháp. Tháp Phú Diên
được thực hiện bảo tồn từ năm 2005-2007, đến giờ
đã được gần 20 năm. Mặc dù tháp này nằm cách
biển chỉ 120m, đã từng bị vùi sâu trong lòng cát 5-
7m và toàn bộ thân tháp bị ngấm nước biển nhưng
do tháp hoàn toàn tách biệt khỏi môi trường nên
tình trạng tháp hiện nay rất tốt, các viên gạch không
bị mủn mục.
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG
48 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2024
Hình 7. Tháp cổ Bình Thạnh-Tây Ninh (1999)
Hình 8. Tháp cổ Chót Mạt-Tây Ninh (2002)
Hình 9. Tháp cổ Vĩnh Hưng-Bạc Liêu (2010)
Hình 11. Tháp Phú Diên – Thừa Thiên Huế (2007)
Hình 10. Tháp Yang Prong - Đắc Lắc
Hình 12. Vùng chân tháp Phú Diên nổi muối nhiều
nhưng không bị mủn
VẬT LIỆU XÂY DỰNG - MÔI TRƯỜNG
Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2024 49
Đối với các tháp mới, xây dựng theo kỹ thuật
xây mài chập tương tự như các tháp Champa, hiện
tượng mủn gạch cũng có xuất hiện nhưng tốc độ
chậm hơn nhiều so với các khối xây gia cường gắn
với khối xây từ gạch cổ. Ví dụ như ở tháp Champa
Apsara tại 222 Trần Phú, quận Hải Châu, Tp. Đà
Nẵng, sau 30 năm xây dựng, hầu như gạch xây
dựng tháp chưa bị hư hại. Hiện tượng mủn mới bắt
đầu xuất hiện ở các góc tháp (Hình 13), Còn ở mô
hình ở Hình 14, sau 04 năm thi công, các khối xây
còn rất tốt chưa thấy hiện tượng mủn trên bề mặt
gạch.
Hình 13. Mô hình tháp Champa Apsara tại 222
Trần Phú-Đà Nẵng được xây dựng từ năm 1993 (cách
bờ biển khoảng 5km)
Hình 14. Mô hình tháp Champa tại Hói Dừa - Thị trấn
Lăng Cô - Thừa Thiên Huế xây dựng năm 2021 (cách bờ
biển khoảng 3km)
3. Cơ chế phá hủy bề mặt gạch
Hiện tượng mủn bề mặt gạch (tạm gọi là phong
hóa), được nghiên cứu, tổng kết trong nhiều tài liệu
chuyên ngành đã cho thấy nguyên nhân chủ yếu là
quá trình cộng hợp kết tinh muối NaCl và Na2SO4
trong vật liệu. Trong đó, muối Na2SO4 là loại gây phá
hủy rất mạnh do quá trình hydrat-đehydrat. Hiện
tượng này xảy ra không chỉ đối với gạch mà còn xảy
ra ở cả các loại đá có độ rỗng cao [5 - 8].
Cơ chế khoa học làm bề mặt gạch bị mủn theo
các tài liệu [5-10] được tóm lược như sau:
- Cơ chế hydrat-đehydrat của Na2SO4: Na2SO4
tồn tại trong vật liệu ở cả 2 dạng: Na2SO4 và
Na2SO4.10H20 tùy theo điều kiện nhiệt độ và độ ẩm
của môi trường. Sự khác biệt của 02 sản phẩm kết
tinh này về mặt thể tích chính là nguyên nhân làm
gia tăng áp lực lên thành lỗ rỗng mao quản dẫn đến
làm vật liệu gạch bị bở rời. Cụ thể, khi tạo thành
Na2SO4.10H2O, thể tích của sản phẩm mới có kích
thước tăng lên so với Na2SO4 đến 314% [7]. Điều
đáng nhấn mạnh là phản ứng từ Na2SO4 chuyển
thành Na2SO4.10H2O là phản ứng thuận nghịch
(phương trình 1), tức là cứ mỗi khi điều kiện khí hậu
môi trường thay đổi về nhiệt độ và độ ẩm thì phản
ứng này diễn ra như sau: Khi nhiệt độ hạ xuống
dưới điểm cân bằng (32,50C) thì phản ứng xảy ra
theo chiều thuận (tạo ra muối sunfat ngậm nước
làm tăng thể tích). Sự lặp đi lặp lại phản ứng theo 2
chiều thuận-nghịch làm gia tăng áp lực liên tục lên
thành lỗ rỗng khiến vật liệu bị mỏi, dẫn đến sự phá
hủy dần bề mặt vật liệu theo thời gian.
Na2SO4 + 10H2O Na2SO4.10H2O (pt 1)