Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến khả năng chịu uốn của dầm bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH TÚ - NGUYỄN MINH TÚ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP KỸ THUẬT XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG K39.KTXD Đà Nẵng - 2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN MINH TÚ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ Thuật Xây Dựng Mã ngành : 8.58.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN CHÍNH Đà Nẵng - 2022 LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng ăn mòn cốt thép đến khả chịu lực dầm bê tông cốt thép” hướng dẫn TS Nguyễn Văn Chính Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quyết định giao nhiệm vụ Quyết định số 540/QĐ-ĐHBK, ngày tháng năm 2021 Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Minh Tú THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội TÓM TẮT NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU LỰC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Học viên Nguyễn Minh Tú Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số: 85802021 Khóa: K39 - Trường Đại Học Bách Khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Luận văn nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng cấp ăn mòn cốt thép dọc chịu kéo khả chịu lực dầm bê tơng cốt thép (BTCT) Bảy dầm BTCT có kích thước 150x200x2100mm chia làm nhóm Trong nhóm A gồm bốn dầm BTCT sử dụng cốt thép chịu kéo 2Ø12 gia tốc ăn mòn đến cấp ăn mòn 3%,5% 10%, nhóm B gồm ba dầm BTCT sử dụng cốt thép chịu kéo 2Ø16 gia tốc ăn mòn với cấp ăn mòn 0%, 3%, 5% Sau hồn thành việc gia tốc ăn mịn dầm BTCT thí nghiệm uốn theo sơ đồ bốn điểm để xác định đường cong quan hệ lực-chuyển vị, hình dạng vết nứt dạng phá hoại Kết cốt thép bị ăn mịn khả chịu lực dầm bị suy giảm, suy giảm tăng cấp độ ăn mòn cốt thép dọc lớn Khả chịu lực dầm đạt đến 77% so với dầm đối chứng cốt thép dọc bị ăn mòn đến 10% nhóm A đạt 84% so với dầm đối chứng cốt thép dọc bị ăn mòn đến 5% dầm nhóm B Từ khóa: Dầm bê tơng cốt thép, ăn mòn cốt thép, gia tốc ăn mòn EXPERIMENT THE PERFORMANCE OF REINFORCEMENT CONCRETE BEAM AFTER GETTING STEEL CORROSION Abstract: The thesis studied the effect of tension reinforcement corrosion on the flexural performance of under reinforced concrete (RC) beams Seven RC beams, each dimensions of 150x200x2100mm were divided into two groups Group A consisted of four RC with tension reinforcement of 2Ø12 which were accelerated corrosion to degrees of corrosion of 0%, 3%, 5% and 10% Group B included three RC beams with tension reinforcement of 2Ø16 which were accelerated corrosion to degrees of corrosion of 0%, 3% and 5% All beams including the control one (0% degree of corrosion) were tested under four points bending to determine the load deflection curves, cracking pattern and failure modes The results show that corrosion of tension reinforcement reduced the load capacity of reinforced concrete beams and the higher degree of corrosion the more reduction in the strength The ultimate strength of 10% corroded RC beams was of 77% that of the control beam for group A while the ultimate strengnth of 5% corroded RC beams was of 84% that of the corresponding control sample for Group B Key words: Reinforced concrete beam, corrosion, accelerated corrosion THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài .1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu .2 Kết dự kiến .2 CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.1 BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP .3 1.1.1 Bê tông 1.1.2 Bê tông cốt thép 1.1.3 Các nhân tố đảm bảo làm việc bê tông cốt thép 1.1.4 Ưu điểm nhược điểm Bê tông cốt thép 1.2 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.2.1 Cấu tạo dầm 1.2.2 Sự làm việc dầm 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG : ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP .8 2.1 ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG 2.1.1 Cơ chế ăn mòn cốt thép bê tông 2.1.2 Các nguyên nhân ăn mòn 11 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VİỆC CỦA KẾT CẤU BTCT 13 2.2.1 Một số công trình giới bị phá hoại ăn mịn .13 2.2.2 thép Ảnh hưởng ăn mòn cốt thép đến làm việc kết cấu bê tông cốt 14 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 2.3 GİA TỐC ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG TRONG PHỊNG THÍ NGHİỆM .14 2.3.1 Khái niệm thí nghiệm gia tốc .14 2.3.2 Gia tốc ăn mòn cốt thép bê tông sử dụng nguồn điện chiều 15 2.3.3 Định luật Faraday’s 15 2.3.4 Xác định cấp độ ăn mòn thực tế 16 2.4 KẾT LUẬN 17 CHƯƠNG : THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU UỐN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .17 3.1 GİỚİ THİỆU CHUNG .17 3.2 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHİỆM 18 3.2.1 Vật liệu, dụng cụ thiết bị dùng để thí nghiệm 18 3.2.2 Thành phần cấp phối chế tạo dầm bê tông cốt thép .30 3.2.3 Gia tốc ăn mòn cốt thép dầm BTCT 37 3.2.4 Thí nghiệm uốn dầm bê tơng cốt thép .40 3.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 3.3.1 Cường độ nén bê tông .41 3.3.2 Điện xuất cốt thép dầm trình ăn mịn 41 3.3.4 Một số hình ảnh quan sát dầm sau gia tốc ăn mòn cốt thép .44 3.3.5 Khảo sát bề mặt thép bị ăn mòn 45 3.3.6 Biểu đồ quan hệ lực chuyển vị dầm .48 3.3.7 Hình ảnh vết nứt dạng phá hoại uốn dầm .52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .55 TÀI LIỆU THAM KHẢO .1 PHỤ LỤC CÁC BẢNG BIỂU SỐ LIỆU THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 Tên bảng Thành phần hạt cốt liệu lớn Thành phần hạt cát Các tiêu kỹ thuật nhà sản xuất công bố Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion clorua cặn không tan nước trộn vữa Các tiêu kỹ thuật nhà sản xuất công bố Các tiêu lý thép theo công bố nhà sản xuất (Các kết bảng 3.6 nhà sản xuất thí nghiệm ngẫu nhiên theo lơ hàng) Kết thí nghiệm thép phịng thí nghiệm Thành phần cấp phối bê tơng cho dầm BTCT Số liệu thép sau gia cơng để thực thí nghiệm Chi tiết dầm bê tơng để thí nghiệm ăn mịn Số lượng mẫu – kết đo độ sụt đúc dầm Bảng tính tốn cường độ dịng điện theo mật độ thép thời gian ăn mòn cho dầm khác Kết nén mẫu lưu 28 ngày cho nhóm A,B Kết qua đo hiệu điện dịng điện q trình gia tốc ăn mịn dầm nhóm A với (I = 1703 mA) Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm A Kết đo hiệu điện dịng điện q trình gia tốc ăn mịn dầm nhóm B với (I = 2270 mA) Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm B Tổng hợp lực chuyển vị dầm nhóm A Tổng hợp lực chuyển vị dầm nhóm B THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Trang 19 20 20 22 24 24 25 31 31 33 35 39 41 PL-01 PL-01 PL-02 PL-02 51 52 Lưu hành nội DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Số liệu hình Tên hình vẽ sơ đồ vẽ sơ đồ 1.1 Các dạng khe nứt dầm đơn giản Các giai đoạn trạng thái ứng suất - biến dạng 1.2 tiết diện thẳng góc 2.1 Sơ đồ ăn mịn cốt thép bê tơng 2.2 Cầu Silver sập năm 1965 2.3 Cầu qua sông Mississippi sập năm 2007 2.4 Hình ảnh kết cấu bị ăn mòn 3.1 Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường 3.2 Thép trịn trơn fi 3.3 Thép vằn 3.4 Gia cơng lắp dựng thép Cân khối lượng thép chủ bị ăn mòn trước tiến 3.5 hành đục dầm Buộc băng keo cách điện thép bị ăn mòn 3.6 thép khơng bị mịn, dùng dây guốc để cố định 3.7 Khung cốt thép dầm 3.8 Muối NaCl REFINED SALT Gia công ván khuôn dầm 3.9 Lắp đặt cốt thép dầm vào khuôn 3.10 3.11 Máy trộn động điện 250l 3.12 Máy cân điện tử (30 kg) 3.13 Bộ dụng cụ lấy độ sụt bê tông 3.14 Thùng ngâm mẫu bê tơng Mơ hình thí nghiệm ăn mịn dầm BTCT nhóm A 3.15 với I khơng đổi 3.16 Máy nén mẫu bê tông 3.17 Lắp đặt thép dầm 3.18 Cân thép dầm trước vào khung thép 3.19 Chi tiết dầm bê tơng cốt thép nhóm A 3.20 Chi tiết dầm bê tơng cốt thép nhóm B 3.21 Bảo dưỡng dầm bê tông 3.22 Bảo dưỡng mẫu bê tông 3.23 Dầm sau tháo ván khuôn 3.24 Ngâm dầm nước muối 3.25 Hình ảnh nén mẫu lưu 28 ngày nhóm A 3.26 Hình ảnh nén mẫu lưu 28 ngày nhóm B Mơ hình sơ đồ gia tốc dòng điện ăn mòn cốt thép 3.27 bể ngâm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Trang 10 13 13 14 19 23 23 25 25 26 26 26 27 27 28 28 29 29 30 30 32 32 34 34 36 36 36 36 37 37 38 Lưu hành nội Số liệu hình vẽ sơ đồ 3.28 3.29 3.30 3.31 3.32 3.33 3.34 3.35 3.36 3.37 3.38 3.39 3.40 3.41 3.42 3.43 3.44 3.45 3.46 Tên hình vẽ sơ đồ Hình ảnh gia tốc ăn mịn dầm BTCT nhóm A Hình ảnh gia tốc ăn mịn dầm BTCT nhóm B Sơ đồ uốn dầm điểm Thiết lập sơ đồ uốn dầm PTN Theo dõi hiệu điện dòng điện Camera Biểu đồ dao động hiệu điện U qn trình ăn mịn dầm nhóm A Biểu đồ dao động hiệu điện U qn trình ăn mịn dầm nhóm B Tháo mẫu dầm nhóm A Tháo mẫu dầm nhóm B Sau vệ sinh thép dầm A2 Sau vệ sinh thép dầm A3 Sau vệ sinh thép dầm A4 Sau vệ sinh thép dầm B2 Sau vệ sinh thép dầm B3 Thép chủ dầm A3 bị ăn mòn cục Đường cong quan hệ lực- chuyển vị dầm nhóm A Đường cong quan hệ lực- chuyển vị dầm nhóm B Hình ảnh vết nứt dạng phá hoại dầm BTCT nhóm A Hình ảnh vết nứt dạng phá hoại dầm BTCT nhóm B THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Trang 38 38 41 42 42 44 44 45 46 47 47 47 48 48 48 49 50 53 54 Lưu hành nội TỪ NGỮ VIẾT TẮT AC Dòng diện xoay chiều BD Biến dạng BTCT Bê tơng cốt thép DC Dịng điện chiều M Momen ƯS Ứng suất ƯLT Ứng lực trước XM Xi măng VAS Thép Việt Mỹ THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội STT Ngày đo 25/3/2021 10 26/3/2021 11 27/3/2021 12 28/3/2021 13 29/3/2021 14 30/3/2021 15 31/3/2021 16 1/4/2021 17 2/4/2021 Giờ đo 7:00 8:00 18:00 0:00 8:00 16:00 18:00 0:00 8:00 16:00 0:00 8:00 16:00 18:00 22:00 0:00 8:00 16:00 22:00 0:00 8:00 16:00 22:00 0:00 8:00 22:00 0:00 22:00 0:00 8:00 14:00 22:00 0:00 Hiệu điện dòng điện U(V) Tên mẫu thí nghiệm A2 (3%) A3 (5%) A4 (10%) 15.92 13.43 15.91 13.45 15.3 13 15.49 13.25 15.58 13.41 15.25 13.17 15.19 13.18 15.26 13.39 15.42 13.68 15.1 13.48 15.44 13.57 15.79 13.78 15.4 13.51 15.48 13.54 15.7 13.89 15.76 14.03 16.11 14.53 15.8 14.21 16.08 14.59 16.21 14.69 16.73 15.11 16.28 14.5 16.67 14.92 16.83 15.02 17.21 15.42 17.15 15.43 17.27 15.56 17.66 16.34 17.82 16.4 18.25 17.11 17.79 16.53 17.76 17.96 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội STT Ngày đo 18 3/4/2021 19 4/4/2021 20 5/4/2021 Hiệu điện dịng điện U(V) Tên mẫu thí nghiệm A2 (3%) A3 (5%) A4 (10%) 18.63 18.76 18.73 19.17 19.27 19.44 19.96 19.03 20.4 Giờ đo 10:00 22:00 0:00 8:00 22:00 0:00 8:00 0:00 6:10 Bảng 3:15 Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm A STT Tên mẫu dầm Thời gian bắt đầu A1 Khơng ăn mịn A2 Thời gian kết thúc 17/3/2021 23/3/2021 11:00 AM 6:00 AM 23/3/2021 1/4/2021 6:00 AM 3:35 PM 17/3/2021 5/4/2021 11:00 AM 6:10 AM A3 A4 Khoảng thời gian ăn mòn Mật độ dòng điện ăn mòn 0% ngày 19 3% phút ngày 35 5% phút 18 ngày 19 10% 10 phút Phụ lục 02: Bảng theo dõi số liệu hiệu điện ăn mịn dầm nhóm B Bảng 3.16: Kết qua đo hiệu điện dịng điện q trình gia tốc ăn mịn dầm nhóm B với (I = 2270 mA) THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Hiệu điện dòng điện U(V) STT Ngày đo Giờ đo Tên mẫu thí nghiệm B2 (3%) 8/4/2021 9/4/2021 10/4/2021 11/4/2021 12/4/2021 13/4/2021 14/4/2021 18:15 15.91 19:00 14.73 20:00 13.4 21:00 12.43 23:00 11.27 0:00 11.01 2:00 10.64 4:00 10.51 7:00 10.42 11:00 8.48 13:00 8.48 14:00 8.43 15:00 7.9 19:00 7.74 23:00 7.72 0:00 7.72 5:00 7.6 11:00 7.47 19:00 7.32 23:00 7.34 0:00 7.36 12:00 7.26 22:00 7.19 0:00 7.21 16:00 7.1 20:00 7.12 0:00 7.19 8:00 7.29 16:00 7.13 0:00 7.25 8:00 7.39 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG B3 (5%) Lưu hành nội Hiệu điện dòng điện U(V) STT Ngày đo Giờ đo Tên mẫu thí nghiệm B2 (3%) 10 11 12 13 14 15 15/4/2021 16/4/2021 17/4/2021 18/4/2021 19/4/2021 20/4/2021 21/4/2021 22/4/2021 14:00 7.19 22:00 7.26 0:00 7.32 10:00 7.47 22:00 7.44 0:00 7.51 6:45 7.61 B3 (5%) 7.5 8:00 7.54 16:00 7.85 18:00 7.97 22:00 8.2 0:00 8.31 8:00 8.57 16:00 8.57 22:00 8.8 0:00 8.84 8:00 9.01 18:00 8.78 0:00 8.95 8:00 9.26 18:00 9.1 0:00 9.18 14:00 9.5 22:00 9.35 0:00 9.35 6:00 9.47 14:00 9.08 20:00 9.97 22:00 9.56 0:00 9.63 8:00 10.06 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Hiệu điện dòng điện U(V) STT Ngày đo Giờ đo Tên mẫu thí nghiệm B2 (3%) 16 17 18 19 20 21 23/4/2021 24/4/2021 25/4/2021 26/4/2021 27/4/2021 28/4/2021 B3 (5%) 16:00 9.79 0:00 10.43 8:00 10.36 10:00 10.49 18:00 10 0:00 10.05 8:00 10.55 22:00 9.57 0:00 9.58 8:00 9.71 16:00 9.47 22:00 9.69 0:00 9.75 8:00 9.8 18:00 9.6 0:00 9.77 10:00 10.02 22:00 10.26 0:00 10.35 8:00 10.57 16:00 10.37 19:30 10.4 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Bảng 3:17 Thời gian thí nghiệm ăn mịn nhóm B STT Tên mẫu dầm Thời gian bắt đầu B1 Khơng ăn mịn B2 8/4/2021 6:15 PM 16/4/2021 B3 6:45 AM Thời gian kết thúc Khoảng thời gian ăn mòn Mật độ dòng điện ăn mòn 0% 16/4/2021 ngày 12 3% 6:45 AM 30 phút 28/4/2021 12 ngày 12 7:30 PM 45 phút THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 5% Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội ... ngồi cốt thép bị ăn mòn ảnh hưởng đến lực dính bê tơng cốt thép [3] Đây lý tác giả làm đề tài nghiên cứu: ? ?Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng ăn mòn cốt thép đến khả chịu uốn dầm bê tông cốt thép? ??... Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng cấp độ ăn mòn khác cốt thép dọc chịu kéo đến khả chịu uốn dầm bê tông cốt thép Đối tượng phạm vi nghiên cứu Các dầm bê tơng cốt thép có... VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .8 2.1 ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG 2.1.1 Cơ chế ăn mịn cốt thép bê tơng 2.1.2 Các nguyên nhân ăn mòn 11 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN