Thông tin tài liệu
i LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn trực tiếp PGS.TS Trần Thế Truyền Tôi xin chân thành cảm ơn thầy hƣớng dẫn dẫn tận tình đóng góp ý kiến quý báu để giúp thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn TS.Thái Khắc Chiến có đóng góp ý kiến, cung cấp tài liệu nghiên cứu để giúp thực luận văn Qua cho Học viên gửi lời cảm ơn chân thành giúp đỡ quý báu Thầy cô Ttrƣờng Đại học Giao thông vận tải đặc biệt Thầy cô thuộc Bộ mơn Cầu Hầm – Khoa Cơng trình thầy thuộc Bộ môn Vật liệu xây dựng – Khoa Kỹ thuật xây dựng – Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Tơi xin trân trọng cảm ơn Phịng Đào tạo Sau Đại học, trƣờng Đại học Giao Thông Vận tải tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu Cuối tơi bày tỏ cảm ơn gia đình, ngƣời thân bạn sinh viên giúp đỡ tơi q trình học tập, làm việc nghiên cứu TP Hồ Chí Minh, ngày 30tháng 11 năm 2016 Tác giả Nguyễn Xuân Tùng ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: THẤM VÀ ĂN MỊN CÁC CƠNG TRÌNH BẰNG BÊ TƠNG CỐT THÉP, THỰC TẾ Ở VIỆT NAM 1.1 Thấm chất lƣu qua bê tông 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Cơ chế thấm chất lƣu qua qua môi trƣờng rỗng 1.2 Ăn mòn kết cấu bê tơng cốt thép có ngun nhân từ thấm clorua qua bê tông 1.2.1 Ăn mịn bê tơng 1.2.2 Ăn mòn cốt thép 13 1.3 Đặc điểm ăn mịn cơng trình cầu bê tông cốt thép Việt Nam 21 1.3.1 Thực trạng ăn mịn bê tơng cốt thép cơng trình cầu bê tơng cốt thép Việt Nam 21 1.3.2 Ăn mịn bê tơng cốt thép vùng biển 26 Kết luận chƣơng 34 CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG PHỤ GIA CHỐNG THẤM CHO BÊ TƠNG TRONG CÁC CƠNG TRÌNH CẦU 36 2.1 Các giải pháp chống thấm cho bê tông 36 2.1.1 Phủ bề mặt 36 2.1.2 Bịt đƣờng nứt có sẵn bê tơng 37 2.1.3 Sử dụng phụ gia chống thấm 38 2.2 Tổng quan loại phụ gia bê tông xi măng 38 2.2.1 Phụ gia bê tông 38 2.2.2 Phân loại phụ gia 39 2.2.3 Các loại phụ gia bê tông Việt Nam 40 2.3 Một số loại phụ gia chống thấm cho bê tông đƣợc sử dụng Việt Nam 48 2.3.1 Krystol Internal Membrane™ (KIM®) 48 iii 2.3.2 Sika Plastocrete N 49 2.3.3 Mighty 45W 51 2.3.4 Vinkems®Fume D 52 Kết luận chƣơng 53 CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƢỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN ĐỘ THẤM CLORUA CỦA BÊ TÔNG LÀM CẦU SỬ DỤNG PHỤ GIA CHỐNG THẤM NƢỚC 54 3.1 Vật liệu thí nghiệm 54 3.1.1 Khái quát bê tông xi măng 54 3.1.2 Vật liệu chế tạo bê tông 55 3.1.3 Thiết kế thành phần cấp phối bê tơng thí nghiệm 60 3.2 Quy trình thiết bị thí nghiệm 63 3.2.1 Phƣơng pháp xác định độ thấm ion clo phƣơng pháp đo điện lƣợng 63 3.2.2 Chế tạo mẫu thí nghiệm 64 3.2.3 Thiết bị thí nghiệm hóa chất 66 3.2.4 Chuẩn bị mẫu thử 67 3.2.5 Tiến hành thí nghiệm 70 3.3 Kết thí nghiệm dự đốn tuổi thọ kết cấu bê tơng cơng trình cầu xâm nhập clo 72 3.3.1 Kết thí nghiệm 72 3.3.2 Xác định hệ số khuếch tán từ thí nghiệm thấm ion clo (D) 75 3.3.3 Mô hình dự báo tuổi thọ kết cấu bê tơng xâm nhập clo 83 Kết luận chƣơng 100 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 102 Kết luận 102 Kiến nghị 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân loại mức độ xâm thực môi trƣờng biển kết cấu 28 Bảng 3.1.Các tính chất lý cát vàng Sơng Đà 56 Bảng 3.2 Thành phần hạt cát 56 Bảng 3.3.Các tính chất lý đá dăm Hịa Bình 58 Bảng 3.4.Thành phần hạt đá 58 Bảng 3.5 Thành phần cấp phối bê tông chƣa xét đến độ ẩm độ hút nƣớc 62 Bảng 3.6.Thành phần cấp phối bê tông xét đến độ ẩm độ hút nƣớc 62 Bảng 3.7 Mức độ thấm ion clo 63 Bảng 3.8 Kết thí nghiệm độ thấm clo bê tơng 30MPa khơng phụ gia 73 Bảng 3.9 Kết thí nghiệm độ thấm clo bê tơng 30MPa có phụ gia KIM 73 Bảng 3.10 Các giá trị m cho loại bê tông 77 Bảng 3.11 Tổng hợp công thức kinh nghiệm xác định hệ số khuếch tán 80 Bảng 3.12 Giá trị hệ số khuếch tán hai loại bê tông 82 theo công thức kinh nghiệm 82 Bảng 3.13 Hàm lƣợng ion clo bê tông (theo ACI 318-11, ACI 222R-01, ACI 201.2R-01) 86 Bảng 3.14 Tốc độ tích lũy nồng độ lớn clo bề mặt 87 Bảng 3.15 Giá trị đặc trƣng hệ số bảo dƣỡng 90 Bảng 3.16 Giá trị đặc trƣng hệ số môi trƣờng 90 Bảng 3.17 Giá trị đặc trƣng tham số hồi quy ACs,cl 91 Bảng 3.18 Các giá trị đặc trƣng hệ số tuổi cho xâm nhập clo 91 Bảng 3.19 Các giá trị đặc trƣng nồng độ clo tới hạn 92 Bảng 3.20.Các hệ số riêng phần kết cấu môi trƣờng biển 93 Bảng 3.21 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tông không phụ gia chống thấm với xc=80mm 95 Bảng 3.22 Kết dự đốn tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng không phụ gia chống thấm với xc=90mm 96 v Bảng 3.23 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tông không phụ gia chống thấm với xc=100mm 96 Bảng 3.24 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=80mm 97 Bảng 3.25 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=90mm 97 Bảng 3.26 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=100mm 98 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các giai đoạn chuyển dịch chất lỏng qua môi trƣờng rỗng Hình 1.2 Ca(OH)2 bê tơng phản ứng với CO2 ngồi khơng khí để tạo CaCO3 - Ảnh chụp đập tràn Nhà máy thủy điện Hồ Bình Hình 1.3 Vữa xi măng bị dãn nở tạo khe hở cốt liệu vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông 11 Hình 1.4 Mơ hình trình xâm thực ion clorua vào kết cấu bê tông cốt thép vùng biển 17 Hình 1.5 Cốt thép bị ăn mịn cơng trình cầu bê tơng cốt thép 17 Hình 1.6 Sơ đồ q trình ăn mịn điện hố cốt thép bê tơng 20 Hình 1.7 Ăn mịn bê tông trụ cầu Lệ Uyên 22 ( Km1275+295 QL1A – Tx Sông Cầu) 22 Hình 1.8 Ăn mịn bê tơng mố cầu Thị Thạc 22 (Km1275+295 QL1A – Tx Sông Cầu) 22 Hình 1.9 Ăn mịn bê tơng dầm biên mũ trụ cầu Lệ Uyên ( Km1275+295 QL1A – Tx Sông Cầu) 23 Hình 1.10 Bong tróc lan can tay vịn cầu Đề Gi, Bình Định 23 Hình 1.11 Bong tróc dầm cầu Đề Gi 24 Hình 1.12 Xâm thực bê tơng nƣớc mƣa cầu Lệ Uyên (Km1275+295 QL1A – Tx Sông Cầu) 24 Hình 1.13 Chiều dày lớp bê tơng bảo vệ mỏng làm cho kết cấu BTCT nhanh bị xâm thực ăn mòn 25 Hình 1.14 Những điểm neo ván khn cốt thép lộ ngồi nơi bắt đầu cho q trình ăn mịn bê tông cốt thép bên kết cấu 25 Hình 1.15 Chất lƣợng bê tơng kém, bê tơng sỏi sạn làm cho q trình ăn mịn diễn nhanh nghiêm trọng 25 Hình 1.16 Một số hình ảnh cốt thép bị ăn mịn cơng trình cầu Phú Yên 26 vii Hình 1.18 Vùng thủy triều lên xuống bê tơng bị xâm thực mạnh sâu so với vùng bê tơng ngập hồn tồn nƣớc khơng khí 30 Hình 1.19 Động vật thủy sinh sống bám gây xâm thực phá hoại kết cấu bê tông 31 Hình 1.20 Bê tơng bị sóng đánh gây rửa trơi hồn tồn cốt liệu nhỏ 32 Hình 21 Cầu Ơng Chừ - Tp Tuy Hịa - Bê tơng lan can cầu trực diện với gió biển bị xâm thực mạnh so với bê tông trụ cầu ngập nƣớc 33 Hình 1.22 Cầu Vạn Kiếp - Tp Tuy Hịa – Bê tơng phần cạnh dầm đón gió bị xâm thực mạnh nhiều bê tông phần dầm bên 33 Hình 1.23 Hiện tƣợng thấm tiết vơi số cơng trình xây dựng Phú n 34 Hình 2.1 Trám miệng vết nứt vữa ximăng khơng co ngót, keo epoxy 37 Hình 2.2 Phƣơng pháp bơm keo epoxy vào vết nứt nhỏ, sâu 37 Hình 2.3 Phƣơng pháp xảm keo đàn hồi vào vết nứt 38 Hình 2.4 Phụ gia chống thấm Krytol (KIM®) 48 Hình 2.5 Phụ gia Sika Plastocrete N 50 Hình 2.6 Phụ gia Mighty 45W chứa thùng 51 Hình 2.7 Phụ gia Vinkems®Fume D 52 Hình 3.1 Biểu đồ thành phần hạt cát 57 Hình 3.2 Biểu đồ thành phần hạt đá 59 Hình 3.3 Phụ gia chống thấm Krytol (KIM®) 59 Hình 3.4 Khn đúc máy trộn bê tông 64 Hình 3.5 Thí nghiệm nén xác định cƣờng độ chịu nén 65 Hình 3.6 Khoang chứa mẫu thử 66 Hình 3.7 Cắt mẫu máy cắt bê tông 68 Hình 3.8 Mẫu thử sau đƣợc cắt từ mẫu đƣợc nén trƣớc 68 Hình 3.9 Mẫu thử sau đƣợc phủ keo xung quanh 69 Hình 3.10 Sơ đồ bơm hút chân khơng mẫu thử 69 Hình 3.11 Thí nghiệm hút chân không mẫu thử 70 viii Hình 3.12 Sơ đồ đo điện lƣợng 71 Hình 3.13 Q trình thí nghiệm 71 Hình 3.14 Theo dõi kết thí nghiệm 72 Hình 3.15.Độ thấm clo bê tông 30MPa không dùng phụ gia 73 Hình 3.16 Độ thấm clo bê tơng 30MPa có phụ gia KIM 74 Hình 3.17 Độ thấm clo bê tông 30 MPa theo ứng suất nén trƣớc 74 Hình 3.18 Quan hệ tỷ lệ N/X hệ số khuếch tán clo 76 Hình 3.19 Ảnh hƣởng muội silic hệ số khuếch tán 76 Hình 3.20 Quan hệ mức độ thấm hệ số khuếch tán clo [10] 78 Hình 3.21 Quan hệ mức độ thấm hệ số khuếch tán clo [18] 79 Hình 3.22 Quan hệ hệ số khuếch tán cƣờng độ chịu nén bê tơng 80 Hình 3.23 Giá trị hệ số khuếch tán xác định từ công thức kinh nghiệm 82 Hình 3.24 Mơ hình ăn mịn cốt thép bê tông (Tuutti 1982) 84 Hình 3.25 Các vùng mơi trƣờng biển trụ cầu bê tơng 94 Hình 3.26 Dự đốn thời gian khởi đầu ăn mịn xâm nhập clo 98 Hình 3.27 Dự đốn tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông xâm nhập clo 99 ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ AASHTO Tiêu chuẩn Hiệp hội quan chức giao thông vận tải Hoa Kỳ ACI Viện bê tông Hoa Kỳ ASTM Tiêu chuẩn thí nghiệm vật liệu Hoa Kỳ BTCT Bê tông cốt thép C Nồng độ clo C(x,t) Nồng độ clo chiều sâu x thời gian t C0 Nồng độ clo ban đầu bê tông Cs Nồng độ clo bề mặt bê tông Cs(t) Nồng độ clo bề mặt bê tông thời điểm t D Hệ số khuếch tán clo bê tông D(t) Hệ số khuếch tán clo bê tông thời điểm t D28 Hệ số khuếch tán clo bê tông tuổi 28 ngày Deff Hệ số khuếch tán có hiệu DPC Hệ số khuếch tán clo bê tông thƣờng DSF Hệ số khuếch tán clo bê tơng có muội silic (silica fume) FA Tro bay I Cƣờng độ dòng điện i Mật độ dòng điện K Tốc độ di trú clo KIM phụ gia chống thấm Krystol Internal Membrane™ N/CKD Tỷ lệ nƣớc chất kết dính N/X Tỷ lệ nƣớc xi măng PC Xi măng Pooc lăng Q0 Điện tích chuyển qua thí nghiệm thấm nhanh clo SF Muội silic TCN Tiêu chuẩn ngành TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCXDVN Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam x Chiều dày lớp bê tơng bảo vệ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việc dự báo tuổi thọ cách đáng tin cậy sở quan trọng để trì thiết kế tối ƣu cơng trình xây dựng nhằm kéo dài tuổi thọ giảm chi phí bảo trì tu sửa chữa trọn đời cho cơng trình Trong số hƣ hỏng cho cơng trình giao thơng nói chung cơng trình cầu bê tơng cốt thép nói riêng, thâm nhập chất clorua từ nƣớc biển, nƣớc ngầm, nƣớc mƣa, nƣớc v.v gây ăn mòn cốt thép kết cấu bê tông cốt thép đƣợc xác định nguyên nhân phổ biến gây hƣ hỏng cho cơng trình giao thơng nói chung cơng trình cầu bê tơng cốt thép nói riêng tồn giới Hiện nay, kết cấu bê tơng cốt thép xây dựng cầu có khả chống thấm tốt nhờ sử dụng loại phụ gia chống thấm nƣớc Tuy nhiên, kết cấu bê tơng có sử dụng phụ gia chống thấm chịu tải trọng tác động, đặc biệt ngồi giới hạn đàn hồi khả chống thấm bê tông giảm nhiều Việc xác định đƣợc ảnh hƣởng tải trọng đến độ thấm clorua bê tông làm cầu sử dụng phụ gia chống thấm nƣớc cho phép đánh giá xác tuổi thọ cơng trình cầu bê tơng cốt thép Và mối quan tâm chủ đầu tƣ đơn vị ngành xây dựng nói chung xây dựng cơng trình giao thơng nói riêng, có nhiều sản phẩm phụ gia chống thấm cho bê tông Nhƣ đề tài“ Thực nghiệm nghiên cứu ảnh hƣởng tải trọng đến độ thấm clorua bê tông làm cầu sử dụng phụ gia chống thấm nƣớc”là cần thiết Mục tiêu nghiên cứu Xác định ảnh hƣởng tải trọng đến độ thấm clorua bê tông làm cầu sử dựng phụ gia chống thấm nƣớc Phạm vi nghiên cứu 91 k e,cl OPC, khơng khí 0,68 - k e,cl GGBS, ngập nƣớc 3,88 - k e,cl GGBS, vùng thủy triều 2,70 - k e,cl GGBS, vùng sóng vỗ 0,78 - k e,cl GGBS, khơng khí 1,98 - Bảng 3.17 Giá trị đặc trưng tham số hồi quy ACs,cl Biến Điều kiện Giá trị đặc trƣng Đơn vị ACs,cl OPC, ngập nƣớc 10,3 [%] so với CKD ACs,cl OPC, thủy triều sóng vỗ 7,76 [%] so với CKD ACs,cl OPC, khơng khí 2,57 [%] so với CKD ACs,cl PFA, ngập nƣớc 10,8 [%] so với CKD ACs,cl PFA, thủy triều sóng vỗ 7,46 [%] so với CKD ACs,cl PFA, khơng khí 4,42 [%] so với CKD ACs,cl GGBS, ngập nƣớc 5,06 [%] so với CKD ACs,cl GGBS, thủy triều sóng vỗ 6,77 [%] so với CKD ACs,cl GGBS, khơng khí 3,05 [%] so với CKD ACs,cl SF, ngập nƣớc 12,5 [%] so với CKD ACs,cl SF, thủy triều sóng vỗ 8,96 [%] so với CKD ACs,cl SF, khơng khí 3,23 [%] so với CKD Bảng 3.18 Các giá trị đặc trưng hệ số tuổi cho xâm nhập clo Biến Điều kiện Giá trị đặc trƣng Đơn vị ncl OPC, ngập nƣớc 0,30 - ncl OPC, thủy triều sóng vỗ 0,37 - ncl OPC, khơng khí 0,65 - 92 ncl PFA, ngập nƣớc 0,69 - ncl PFA, thủy triều sóng vỗ 0,37 - ncl PFA, khơng khí 0,66 - ncl GGBS, ngập nƣớc 0,71 - ncl GGBS, thủy triều sóng vỗ 0,60 - ncl GGBS, khơng khí 0,85 - ncl SF, ngập nƣớc 0,62 - ncl SF, thủy triều sóng vỗ 0,39 - ncl SF, khơng khí 0,79 - Bảng 3.19 Các giá trị đặc trưng nồng độ clo tới hạn Biến Điều kiện Giá trị đặc trƣng Đơn vị ccr OPC,N/CKD = 0,5; ngập nƣớc 1,6 [%] so với CKD ccr OPC, N/CKD = 0,4; ngập nƣớc 2,1 [%] so với CKD ccr OPC, N/CKD = 0,3; ngập nƣớc 2,3 [%] so với CKD ccr OPC, N/CKD = 0,5; thủy triều sóng vỗ 0,50 [%] so với CKD ccr OPC, N/CKD = 0,4; thủy triều sóng vỗ 0,80 [%] so với CKD ccr OPC, N/CKD = 0,3; thủy triều sóng vỗ 0,90 [%] so với CKD 93 Bảng 3.20.Các hệ số riêng phần kết cấu môi trường biển Giảm thiểu chi phí rủi ro so với chi phí sửa chữa Cao Trung bình Thấp 20 14 Ccr 1,20 1,06 1,03 Cs ,cl 1,70 1,40 1,20 Rcl 3,25 2,35 1,50 x [mm] 3.3.3.2 Thời gian lan truyền ăn mịn Theo Life 365 [16] “Mơ hình dự báo tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông cốt thép tiếp xúc với clo” tuổi thọ sử dụng đƣợc tính theo hai giai đoạn: Giai đoạn khởi đầu ăn mòn giai đoạn lan truyền ăn mòn Nghiên cứu xem nhƣ bê tơng bão hịa ẩm giai đoạn lan truyền ăn mòn lấy cố định năm cho loại kết cấu Đối với kết cấu mà cốt thép đƣợc sơn phủ bảo vệ giai đoạn lan truyền đến 20 năm 3.3.3.3 Kết tính dự báo tuồi thọ kết cấu bê tông xâm nhập clo Kết cấu cầu bê tông cốt thép gồm kết cấu phần (kết cấu nhịp) kết cấu phần dƣới (móng, mố, trụ) Tuổi thọ sử dụng theo xâm nhập clo cầu bê tông cốt thép đƣợc lấy giá trị tuổi thọ sử dụng nhỏ kết cấu thành phần (móng, mố trụ, kết cấu nhịp) Mố trụ cầu nằm vùng nƣớc biển gồm vùng: vùng thƣờng xuyên ngập nƣớc, vùng thủy triều, vùng sóng đánh vùng khơng khí biển (hình 3.25) Trong bốn vùng trên, nguy hiểm vùng thủy triều vùng sóng đánh 94 Hình3.25 Các vùng môi trường biển trụ cầu bê tông Kết cấu nhịp cầu bê tông vùng biển ven biển đƣợc thiết kế nằm cao mực nƣớc cao với tần suất xuất thƣờng 1% Do kết cấu nhịp thuộc vùng khơng khí biển Tuy nhiên nồng độ clo bề mặt kết cấu nhịp phụ thuộc vào chiều cao kết cấu nhịp so với mực nƣớc biển, lên cao nồng độ clo bề mặt giảm Trong luận văn này, tác giả sử dụng mơ hình dự báo thời gian khởi đầu ăn mòn theo Duracrete Thời gian khởi đầu ăn mịn đƣợc tính theo cơng thức 3.15với giả thiết kết cấu bê tông nằm khu vực thủy triều sóng đánh Tiêu chuẩn 22TCN 272-05 [1] đƣa ra: “Lớp bê tông bảo vệ cốt thép dự ứng lực cốt thép không bảo vệ không nhỏ quy định bảng 5.12.3.1 điều chỉnh theo tỷ lệ N/X.” Hệ số điều chỉnh lấy sau: Tỷ lệ N/X Hệ số N/X ≥ 0,5 0,8 N/X ≤ 0,4 1,2 95 Bảng 5.12.3.1 Lớp bê tông bảo vệ cốt thép chủ khơng bảo vệ (mm) [1] LỚP BÊ TƠNG BẢO VỆ (mm) TRẠNG THÁI Lộ trực tiếp nƣớc muối 100 Đúc áp vào đất 75 Vùng bờ biển 75 Bề mặt cầu chịu vấu lốp xe xích mài mịn 60 Mặt ngồi khác điều 50 Tác giả đƣa dự đoán tuổi thọ sử dụng sở khảo sát với loại bê tông thƣờng Đối với bê tông thƣờng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ đƣa để dự báo tuổi thọ kết cấu bê tông 80-100 mm với bê tơng khơng có phụ gia bê tơng có phụ gia chống thấm Bảng 3.21 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tông không phụ gia chống thấm với xc=80mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm ) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00468 6.7745E-12 10.3 16.3 0.71 0.43 0.00358 8.8540E-12 6.8 12.8 14 0.71 0.43 0.00270 1.1759E-11 4.2 10.2 0.6 14 0.71 0.43 0.00254 1.2460E-11 3.9 9.9 0.8 14 0.71 0.43 0.00223 1.4202E-11 3.1 9.1 0.9 14 0.71 0.43 0.00113 2.8155E-11 1.0 7.0 max 96 Bảng 3.22 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tông không phụ gia chống thấm với xc=90mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm ) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00468 6.7745E-12 16.2 22.2 0.71 0.43 0.00358 8.8540E-12 10.6 16.6 14 0.71 0.43 0.00270 1.1759E-11 6.6 12.6 0.6 14 0.71 0.43 0.00254 1.2460E-11 6.0 12.0 0.8 14 0.71 0.43 0.00223 1.4202E-11 4.8 10.8 0.9 14 0.71 0.43 0.00113 2.8155E-11 1.6 7.6 max Bảng 3.23 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tông không phụ gia chống thấm với xc=100mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm2) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00468 6.7745E-12 23.9 29.9 0.71 0.43 0.00358 8.8540E-12 15.6 21.6 14 0.71 0.43 0.00270 1.1759E-11 9.8 15.8 0.6 14 0.71 0.43 0.00254 1.2460E-11 8.9 14.9 0.8 14 0.71 0.43 0.00223 1.4202E-11 7.1 13.1 0.9 14 0.71 0.43 0.00113 2.8155E-11 2.4 8.4 max 97 Bảng 3.24 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=80mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm ) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00395 8.0215E-12 7.5 13.5 0.71 0.43 0.00334 9.4831E-12 5.8 11.8 14 0.71 0.43 0.00307 1.0329E-11 4.9 10.9 0.6 14 0.71 0.43 0.00288 1.1029E-11 4.5 10.5 0.8 14 0.71 0.43 0.00204 1.5514E-11 2.6 8.6 0.9 14 0.71 0.43 0.00107 2.9514E-11 0.9 6.9 max Bảng 3.25 Kết dự đốn tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=90mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm2) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00395 8.0215E-12 11.7 17.7 0.71 0.43 0.00334 9.4831E-12 9.0 15.0 14 0.71 0.43 0.00307 1.0329E-11 7.7 13.7 0.6 14 0.71 0.43 0.00288 1.1029E-11 7.0 13.0 0.8 14 0.71 0.43 0.00204 1.5514E-11 4.0 10.0 0.9 14 0.71 0.43 0.00107 2.9514E-11 1.4 7.4 max 98 Bảng 3.26 Kết dự đoán tuổi thọ kết cấu dùng bê tơng có phụ gia KIM với xc=100mm Roc,Cl Δx (mm) ccr % N/CKD 14 0.71 0.2 14 0.4 (năm/mm ) D (m2/s) ti (năm) (năm) tr = ti + (năm) 0.43 0.00395 8.0215E-12 17.4 23.4 0.71 0.43 0.00334 9.4831E-12 13.3 19.3 14 0.71 0.43 0.00307 1.0329E-11 11.5 17.5 0.6 14 0.71 0.43 0.00288 1.1029E-11 10.3 16.3 0.8 14 0.71 0.43 0.00204 1.5514E-11 5.9 11.9 0.9 14 0.71 0.43 0.00107 2.9514E-11 2.1 8.1 max Thời gian khởi đầu ăn mòn (ti, năm) 30 25 20 PG KIM, xc=80mm PG KIM, xc=90mm 15 PG KIM, xc=100mm Không PG, xc=80mm 10 Không PG, xc=90mm Không PG, xc=100mm 05 00 0,2 0,4 0,6 0,8 max Hình 3.26 Dự đốn thời gian khởi đầu ăn mịn xâm nhập clo 99 35 Tuổi thọ sử dụng (tr, năm) 30 25 PG KIM, xc=80mm 20 PG KIM, xc=90mm PG KIM, xc=100mm 15 Không PG, xc=80mm Không PG, xc=90mm 10 Không PG, xc=100mm 05 00 0,2 0,4 0,6 0,8 max Hình 3.27 Dự đốn tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông xâm nhập clo Nhận xét Qua kết tính tốn, tác giả đƣa số nhận xét sau: - Đối với công trình đặt mơi trƣờng biển, chiều dày lớp bê tông bảo vệ chất lƣợng bê tông (liên quan đến hệ số thấm clorua) thông số quan trọng ảnh hƣởng đến thời gian khởi đầu ăn mòn cốt thép - Thời gian lan truyền ăn mòn chịu ảnh hƣởng yếu tố nhƣ: điều kiện môi trƣờng, chiều dày lớp bê tông bảo vệ, đƣờng kính cốt thép…và thƣờng nhỏ so với thời gian khởi đầu ăn mòn Tuy nhiên, nghiên cứu tác giả lấy năm (theo Life-365) - Qua khảo sát với loại bê tông thƣờng không dùng phụ gia bê tông dùng phụ gia KIM với thành phần vật liệu sử dụng nhƣ kết cấu đƣợc thiết kế với chiều dày lớp bê tông bảo vệ 100 mm (theo yêu cầu thiết kế 22TCN 272-05); thời gian khởi đầu ăn mịn dự đốn theo mơ hình Duracrete mẫu khơng dùng phụ gia 23.9 năm ứng suất nén trƣớc 100 khơng có ( / / max max =0) giảm dần 8.9 năm ứng suất nén trƣớc tăng lên = 0.6 2.4 năm / max = 0.9; mẫu có phụ gia KIM 17.4 năm ứng suất nén trƣớc khơng có ( / năm ứng suất nén trƣớc tăng lên / max max =0) giảm dần 10.3 = 0.6 2.1 năm / max = 0.9 - Đối với cơng trình đặt mơi trƣờng biển tuổi thọ cơng trình thấp (cao 29.9 năm kết cấu không dùng phụ gia 23.4 năm kết cấu dùng phụ gia KIM chiều dày lớp bê tông bảo vệ 100 mm) giảm dần kết cấu chịu ứng suất nén trƣớc Kết luận chƣơng Trong chƣơng 3, tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm, lựa chọn vật liệu tiến hành thiết kế thành phần bê tông 30 MPa không sử dụng phụ gia bê tơng 30 MPa có sử dụng phụ gia chống thấm KIM Đã tiến hành thí nghiệm thấm ion clo phƣơng pháp điện lƣợng theo tiêu chuẩn TCVN 9337:2012 Kết thí nghiệm thấm clorua cho thấy, bê tơng 30 MPa khơng có phụ gia bê tơng 30 MPa có phụ gia chống thấm KIM độ thấm ion clo mức trung bình (0.8 Phụ gia KIM không làm giảm độ thấm ion clo ban đầu mẫu chƣa bị hƣ hỏng học nhƣng có tác dụng làm chậm ảnh hƣởng hƣ hỏng học ứng suất: / max ≤ 0.6 Mơ hình dự đốn tuổi thọ sử dụng cầu bê tông cốt thép xâm nhập clo đƣợc dựa mơ hình [Tuutti], [ACI 365] gồm hai giai đoạn: giai đoạn khởi đầu ăn mòn giai đoạn lan truyền ăn mịn Mơ hình dự đốn giai đoạn khởi đầu ăn mịn đƣợc xây dựng dựa định luật thứ Fick khuếch 101 tán Thời gian lan truyền ăn mòn theo Life 365 Tác giả sử dụng mơ hình để dự đốn tuổi thọ cho bê tơng dùng cơng trình ven biển Tính tốn dự đốn thời gian khởi đầu ăn mòn xâm nhập clo theo Duracrete với loại bê tông đƣợc sử dụng nghiên cứu Từ đƣa dự đốn tuổi thọ sử dụng cơng trình cầu bê tơng nhằm mục tiêu phát triển bền vững Tuổi thọ cơng trình cầu bê tơng ven biển dùng phụ gia chống thấm KIM chịu ứng suất nén trƣớc khoảng / max 0.4 – 0.6 cao so với bê tông không dùng phụ gia chống thấm Tuy nhiện vƣợt qua ngƣớng / max>0.8 tuổi thọ bê tơng có dùng phụ gia KIM thấp bê tông không dùng phụ gia chống thấm 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong luận văn tác giả trình bày tổng quan thấm ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép thực trạng Việt Nam Một nguyên nhân ăn mòn phổ biến kết cấu bê tông cốt thép xâm nhập ion clo, gây ăn mịn cốt thép bê tơng Luận văn trình bày số giải pháp chống thấm cho kết cấu bê tơng nói chung bê tơng cho cơng trình cầu nói riêng Giải pháp đạt hiệu dùng phụ gia chống thấm, nhiên chƣa có nghiên cứu chống thấm ion clo bê tơng có dùng phụ gia chống thấm nƣớc Luận văn bƣớc đầu nghiên cứu xác định độ thấm ion clo chịu ảnh hƣởng tải trọng bê tơng làm cầu có sử dụng phụ gia chống thấm nƣớc so sánh với độ thấm ion clo bê tông làm cầu không dùng phụ gia chống thấm nƣớc Mơ hình dự đốn tuổi thọ sử dụng cầu bê tông cốt thép xâm nhập clo đƣợc dựa mơ hình [Tuutti], [ACI 365] gồm hai giai đoạn: giai đoạn khởi đầu ăn mòn giai đoạn lan truyền ăn mòn Tác giả tính tốn dự đốn thời gian khởi đầu ăn mịn xâm nhập clo theo Duracrete với loại bê tơng đƣợc sử dụng nghiên cứu Từ đƣa dự đốn tuổi thọ sử dụng cơng trình cầu bê tơng Từ kết thí nghiệm nói trên, tác giả có kết luận nhƣ sau: - Độ thấm clorua bê tơng có cƣờng độ nén đặc trƣng 30 MPa có dùng phụ gia chống thấm nƣớc KIM khơng dùng phụ gia chống thấm trung bình (0.8 Phụ gia KIM không làm giảm độ thấm ion clo ban đầu mẫu chƣa bị hƣ hỏng học nhƣng có tác dụng làm chậm ảnh hƣởng hƣ hỏng học ứng suất: / max ≤ 0.6 - Tuổi thọ cơng trình bê tơng ven biển phụ thuộc lớn vào chiều dày lớp bê tông bảo vệ ứng suất nén trƣớc bê tông Kiến nghị Thời gian thực đề tài có hạn số lƣợng mẫu thí nghiệm cịn hạn chế, tác giả bƣớc đầu nghiên cứu ảnh hƣởng tải trọng đến độ thấm ion clo bê tông 30 MPa sử dụng phụ gia Krytol KIM Kiến nghị cần tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm thêm độ thấm nƣớc bê tông sử dụng phụ gia chống thấm Và mở rộng với cấp bê tơng có cƣờng độ khác nhau, sử dụng loại phụ gia chống thấm khác để có sở so sánh, đánh giá lựa chọn phụ gia chống thấm phù hợp Cần có thí nghiệm trƣờng cơng trình cầu xây dựng đƣa vào sử dụng để có kết so sánh đánh giá cách xác ảnh hƣởng tải trọng đến độ thấm clorua bê tơng nói chung bê tơng sử dụng xây dựng cầu nói riêng 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Bộ Giao thông vận tải (2005), Tiêu chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05 – Phần 5: Kết cấu bê tông Bộ Xây dựng (2012), TCVN 9337 - 2012 - Bê tông nặng, xác định độ thấm ion clo phương pháp đo điện lượng, Tiêu chuẩn Quốc gia Bộ Xây dựng (2012), TCVN 9346-2012 - Kết cấu bê tông bê tông côt thép – Yêu cầu bảo vệ chống ăn mịn mơi trường biển, Tiêu chuẩn Quốc gia Nguyễn Viết Trung, Trần Thế Truyền, Hồ Xuân Tú (2014), Thấm ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép, NXB Xây dựng, Hà Nội Tiếng Anh ACI 201.2R-08 (2008), Guide to Durable Concrete, Reported by ACI Committee 201 ACI 222R-01 (2001), Protection of Metals in Concrete Against Corrosion, Reported by ACI Committee 201 ACI 318-11 (2011), Building Code Requirements for Structure Concrete”, ACI Committee 318 ACI 365.1R-00 (2000), Service – Life Prediction – State of the Art Report, Reported by ACI Committe 365 ACI Committe 365 (January 2012), Life 365 - Service Life Prediction Model and Computer Program for Predicting the Service Life and LifeCycle Cost of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides,Version 2.2 10 Ahmad S et al (2004), Conrelations between depth of water penetration, Chloride permeability and Coefficient of Chloride diffusion on plain, Silica fume and Fly ash cement concretes, Journal of Testing and evaluation 11 Al-Amoudi O.S.B, Al-Kutti W.A., Ahmad S., Maslehuddin M (2009), Correlation between compressive strength and certain durability indices of plain and blended cement concretes, Cement & Concrete Composites 105 12 ASTM C 1202 (2012), Standard Test Method for Electrical Indication of Concrete’s Ability to Resist Chloride Ion Penetration 13 ASTM C 33 – 03 (2003), Standard Specification foc Concrete Aggregates, ASTM International 14 BS-EN-14630 (2006), Products and systems for the protection and repair of concrete structures – Test methods – Determaination of carbonation depth in hardened concrete by the phenolphthalein methods, European Standard – British Standard 15 EN 206.1 (2005), Concrete – Part 1: Specification, performance, production and conformity, European Standard 16 Life 365TM (2008), Life 365 Service life Prediction Model and Computer Program for Predicting the Service Life and Life – Cycle cost of reinforced Concrete Exposed to Chlorides 17 NCHRP – National Cooperative Highway Research Program (2006), Manual on Service Life of Corrosion - Damaged Reinforced Concrete Bridge Superstructure Elements, Transportation Research Board 18 Olek J et al (2001), Performance – Related Specifications of Concrete Bridge Superstructures, Joint Transportation Research Program 19 Stanish K.D, Hooton R.D and ThomasM.D.A (2000), Testting the Chloride Penetration Resistance of Concrete, Departement of Civil Engineering, University of Toronto 20 The European Union-Brite EuRam III (2000), Duracrete – Probabilistic Performance based Durability Design of Concrete Structures, DuraCrete Final Technical Report
Ngày đăng: 31/05/2023, 08:19
Xem thêm:
