Đang tải... (xem toàn văn)
KÁt quÁ đo đ¿c điãn thÁ n mòn cít thép và khÁ nng n mòn t¿i các công trình cÁng bißn t¿i Đà Nẵng [4] đián th¿ Ag/AgCl KhÁ nng n mòn cçt thép Ph°¢ng phá đánh giá æ Viãt Nam, vÃn đà nghiên
Trang 1BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯âNG Đ¾I HâC GIAO THÔNG VÀN TÀI -o0o -
VÕ VN NAM
ÀNH H¯äNG CĂA MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA K¾T CÂU CÄU DÄM
LUÀN ÁN TI¾N S)
Hà Nßi - 2024
Trang 2BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯âNG Đ¾I HâC GIAO THÔNG VÀN TÀI -o0o -
Hà Nßi - 2024
Trang 3LâI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luÃn án này là công trình nghiên cću cąa tôi Các sí liãu, kÁt quÁ nêu trong luÃn án là trung thāc và ch°a đ°āc ai công bí trong bÃt kỳ công trình nào khác
Võ Vn Nam
Trang 4LâI CÀM ¡N
Tôi gāi låi cÁm ¢n chân thành đÁn PGS.TS TrÅn ThÁ TruyÃn, TS Hoàng Viãt HÁi đã tÃn tình giúp đÿ, h°ãng dÁn, đáng viên tôi trong quá trình nghiên cću, héc tÃp t¿i Tr°ång
Trong quá trình làm luÃn án, tác giÁ đã nhÃn đ°āc sā hß trā và giúp đÿ nhiãt tình cąa quý thÅy cô giáo, các nhà khoa héc thuác Bá môn CÅu HÅm, Bá môn VÃt liãu Xây dāng - Tr°ång Đ¿i héc Giao thông vÃn tÁi Tác giÁ xin đ°āc gāi låi cÁm ¢n sâu sắc đÁn GS.TS TrÅn Đćc Nhiãm, PGS.TS Nguyán Ngéc Long, PGS.TS Bùi TiÁn Thành, TS Ph¿m Đćc Thé đã góp ý, đáng viên và hß trā tác giÁ trong suít quá trình nghiên cću, héc tÃp
Tôi cũng không quên gāi låi cám ¢n đÁn các ThÅy, Cô, đïng nghiãp công tác t¿i Tr°ång Đ¿i héc Giao thông vÃn tÁi Thành phí Hï Chí Minh – n¢i tôi công tác, đã đáng viên giúp đÿ tôi trong quá trình héc tÃp, nghiên cću và hoàn thành luÃn vn này Cuíi cùng tôi bày të låi cÁm ¢n đÁn các b¿n bè đïng nghiãp, gia đình ng°åi thân đã giúp đÿ, đïng hành cùng tôi trong quá trình héc tÃp và nghiên cću
Hà Nội, ngày tháng 01 năm 2024
Nghiên cću sinh
Võ Vn Nam
Trang 5
MĀC LĀC
LâI CAM ĐOAN ILâI CÀM ¡N IIMĀC LĀC IIIDANH MĀC HÌNH ÀNH VIIIDANH MĀC BÀNG BIÂU XIIPHĀ LĀC XIVDANH MĀC CÁC CHĀ VI¾T TÂT XV
Mä ĐÄU 1
1 TÍNH CÂP THIÀT CĄA ĐÂ TÀI 1
2 ĐìI T¯ĀNG NGHIÊN CĆU 5
3 MĂC TİÊU NGHİÊN CĆU 5
4 PH¾M Vİ NGHİÊN CĆU 5
5 PH¯¡NG PHÁP NGHİÊN CĆU 6
6 Ý NGH)A KHOA HèC VÀ THĀC TIàN CĄA LUÂN ÁN 6
CH¯ƠNG 1 TàNG QUAN VÀ MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP TRONG CÂU KİàN BÊ TÔNG CæT THÉP; THĂC TR¾NG, TÌNH HÌNH NGHİÊN CĄU TRÊN TH¾ GIàI VÀ T¾I VİàT NAM 7
1.1 TðNG QUAN VÂ MĆC Đà N MÒN CìT THÉP TRONG CÂU KİâN BÊ TÔNG CìT THÉP 7
1.1.1 Khái niãm n mòn kim lo¿i&&&& 7
1.1.2 Phân lo¿i n mòn cít thép trong cÃu kiãn BTCT 7
1.2 THĀC TR¾NG ÀNH H¯æNG CĄA MĆC Đà N MÒN CìT THÉP ĐÀN KÀT CÂU DÄM BÊ TÔNG CìT THÉP æ MàT Sì CÔNG TRÌNH CÄU T¾I VIâT NAM 13
1.2.1 CÅu Kênh K13 - tånh Tây Ninh 14
1.2.2 CÅu CÁng BÁn ĐÅm - tånh Bà Rça – Vũng Tàu 14
1.2.3 CÅu Dián Kim – Tånh Nghã An 14
1.2.4 CÅu Bình Long – tånh Bình Đçnh 15
1.2.5 CÅu Ph°ãc Lác - thành phí Hï Chí Minh 16
Trang 61.2.6 CÅu Th¿nh Đćc – tånh QuÁng Ngãi 16
1.2.7 Đánh giá, nhÃn xét&&&&&& 16
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CĆU TRÊN THÀ GIâI VÀ TRONG N¯âC 17
1.3.1 Tình hình nghiên cću trên thÁ giãi 17
1.3.2 Tình hình nghiên cću trong n°ãc 21
1.4 NHÂN XÉT, KÀT LUÂN CH¯¡NG 1 26
CH¯¡NG 2 C¡ Sä LÝ THUY¾T VÀ ÀNH H¯äNG CĂA MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA CÂU KİàN DÄM BTCT 27
2.1 N MÒN CìT THÉP TRONG CÂU KİâN BÊ TÔNG CìT THÉP 27
2.1.1 n mòn thép do quá trình các bo nát hóa 27
2.1.2 n mòn do ion Clo (n mòn điãn hóa) 28
2.1.3 C¢ chÁ n mòn cít thép trong bê tông 30
2.1.4 Mát sí mô hình và lan truyÃn n mòn trong kÁt cÃu BTCT 38
2.1.5 Các ph°¢ng pháp đánh giá n mòn thép trong bê tông 42
2.1.6 C¢ sç xác đçnh mÃt mát diãn tích tiÁt diãn cít thép do n mòn 48
2.2 MàT Sì MÔ HÌNH ĆNG XĀ CĄA BÊ TÔNG VÀ CìT THÉP 59
2.2.1 Các mô hình ćng xā cąa vÃt liãu bê tông 59
THÍ NGHİâM ĐÁNH GİÁ CHä TIÊU C¡ LÝ CĄA VÂT LIâU CHÀ T¾O MÀU 69
3.1.1 Thành phÅn vÃt liãu&&&&& 69
3.1.2 Yêu cÅu, tính toán các chå tiêu vÃt liãu 69
3.2 TÍNH TOÁN THIÀT KÀ THÀNH PHÄN CÂP PHìI HðN HĀP BÊ TÔNG THÍ NGHIâM 79
3.2.1 Các b°ãc thiÁt kÁ cÃp phíi bê tông 79
3.3 THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH MÔ ĐUN ĐÀN HîI CĄA BÊ TÔNG 81
3.3.1 ThiÁt bç thí nghiãm&&&&& 81
Trang 73.3.2 MÁu thā&&&&&&&&&& 81
3.3.3 Quy trình thā nghiãm&&&&& 81
3.3.4 Tính toán mô đun đàn hïi&&&& 82
3.4 THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH C¯äNG Đà BÊ TÔNG (F’C) 82
3.4.1 ThiÁt bç thí nghiãm&&&&&&& 82
3.4.2 Chu¿n bç thí nghiãm:&&&&&& 83
3.4.3 TiÁn hành thā:&&&&&&&& 83
3.4.4 KÁt quÁ:&&&&&&&&&& 83
3.5 CHÀ T¾O MÀU DÄM THÍ NGHIâM 84
3.5.1 ThiÁt bç dùng trong quá trình chÁ t¿o dÅm thí nghiãm 84
3.5.2 ChÁ t¿o dÅm thí nghiãm&&&&& 85
3.6 THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH LĀC PHÁ HO¾I PMAX 85
3.6.1 Chu¿n bç mÁu&&&&&& 85
3.6.2 Thāc hiãn uín mÁu&&&& 86
3.7 THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH ÀNH H¯æNG CĄA ĆNG SUÂT DO TÀI TRèNG TÁC DĂNG ĐÀN MĆC Đà N MÒN CìT THÉP 87
3.7.1 Qui trình thāc hiãn thí nghiãm 88
3.7.2 ThiÁt bç và công tác chu¿n bç thí nghiãm 88
3.7.3 KÁt quÁ thí nghiãm:&&&& 93
3.7.4 Quan hã ćng suÃt duy trì và mćc đá n mòn cít thép 94
3.8 THÍ NGHİâM ĐÁNH GİÁ ÀNH H¯æNG CĄA MĆC Đà N MÒN CìT THÉP ĐÀN SĆC KHÁNG UìN CĄA CÂU KİâN DÄM BÊ TÔNG CìT THÉP 96
3.8.1 ChÁ t¿o dÅm và thí nghiãm xác đçnh Pmax 97
3.8.2 Thí nghiãm n mòn dián tiÁn nhanh các nhóm mÁu dÅm 98
3.8.3 Thí nghiãm xác đçnh lāc kháng uín các nhóm mÁu dÅm 100
Trang 84.1 MÔ HÌNH HÓA DÄM THĀC NGHIâM 108
4.1.1 Mô hình vÃt liãu bê tông&&&& 108
4.1.2 Mô hình vÃt liãu cít thép&&& 111
4.1.3 Mô hình dính bám giÿa bê tông và cít thép 111
4.1.4 Mô hình phÅn tā bê tông và cít thép 111
4.1.5 Mô hình hóa kÁt cÃu&&&&& 113
4.1.6 ThıÁt lÃp các b°ãc tính toán 114
4.1.7 KÁt quÁ mô phëng sí&&&& 114
4.1.8 So sánh đ°ång cong quan hã tÁi tréng và chuyßn vç giÿa kÁt quÁ thāc nghiãm và mô phëng&&&&&&&&&&& 115
4.2 VÍ DĂ TÍNH TOÁN ÀNH H¯æNG N MÒN CìT THÉP ĐÀN SĆC KHÁNG UìN CĄA DÄM CÄU CHæU TÁC DĂNG CĄA TÀI TRèNG 116
4.2.1 Tính toán sćc kháng uín dÅm bç n mòn cít thép 116
4.2.2 Tính toán sćc kháng còn l¿i sau n mòn 119
4.3 MÔ PHêNG Sì ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KÀT QUÀ GIÀI TÍCH DÄM CÄU T - BTCT 124
4.3.1 Mô hình hóa vÃt liãu bê tông và cít thép 125
4.3.2 Mô hình hóa hình héc&&&& 125
Khíi l°āng thāc hiãn đ°āc cąa luÃn án 132
Đóng góp mãi cąa luÃn án&&&& 132
2 KI¾N NGHà 133
DANH MĀC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bæ CĂA NGHIÊN CĄU SINH 135
TÀI LIàU THAM KHÀO 136
TIÀNG VIâT 136
TIÀNG ANH 138
PHĀ LĀC 144
Trang 9PHĂ LĂC 01 - KÀT QUÀ THÍ NGHIâM N MÒN GIA TìC 144PHĂ LĂC 02 - MÔ PHêNG Sì CH¯¡NG TRÌNH ATENA 145 PHĂ LĂC 03 - TÍNH TOÁN CHI TIÀT DÄM T - BTCT&&&&&&&&&&147
Trang 10DANH MĀC HÌNH ÀNH
Hình 1.1 Bißu đï phát trißn n mòn cít thép theo thåi gian 8
Hình 1.2 Hình Ánh mô tÁ các nguyên nhân gây h° h¿i kÁt cÃu BTCT 9
Hình 1.3 Quá trình phát trißn cąa vÁt nćt do n mòn cít thép theo Tuutti 10
Hình 1.4 Gå tr°¢ng nç đÃu Hình 1.5 Gå tr°¢ng nç không đÃu 11
Hình 1.6 Hiãn tr¿ng bÁn bç bong vÿ bê tông lá cít thép ç cÅu Kênh K13 (thåi đißm khÁo sát nm 2018) 14
Hình 1.7 Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i cÅu cÁng BÁn ĐÅm - Tånh Bà Rça – Vũng Tàu (Tình tr¿ng t¿i thåi đißm khÁo sát nm 2017) 14
Hình 1.8 Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i các bá phÃn cÅu BTCT (thåi đißm khÁo sát nm 2016) 15
Hình 1.9 n mòn cít thép gây h° hëng kÁt cÃu dÅm BTCT t¿i cÅu Bình Long (thåi đißm khÁo sát nm 2020) 15
Hình 1.10 n mòn bê tông gây nćt phá ho¿i trên thân dÅm CÅu Ph°ãc Lác 16
Hình 1.11 Hình Ánh n mòn bê tông cít thép trên kÁt cÃu dÅm cÅu Th¿nh Đćc (thåi đißm khÁo sát nm 2021) 16
Hình 2.1 Quá trình n mòn cít thép trong bê tông do cacbonat hóa 28
Hình 2.2 Các phÁn ćng cāc d°¢ng và cāc âm (Beeby) 28
Hình 2.3 Thß tích t°¢ng đíi cąa các sÁn ph¿m n mòn sắt 30
Hình 2.4 Áp lāc trên bê tông do hình thành các sÁn ph¿m n mòn 39
Hình 2.5 ThiÁt bç sā dăng cho ph°¢ng pháp điãn thÁ nāa pin đ°āc mô tÁ trong ASTM C876 đß đo điãn thÁ bà mặt liên quan đÁn dòng điãn n mòn 42
Hình 2.6 S¢ đï minh héa đ°ång cong phân cāc tuyÁn tính 43
Hình 2.7 S¢ đï minh héa kÁt quÁ đo xung t*nh điãn 45
Hình 2.8 Bißu dián giÁn đï cąa phép đo điãn trç suÃt (a) Điãn trç suÃt lãn, 48
Hình 2.9 Lý t°çng hóa cąa bê tông bÁo vã nh° là mát hình tră thành dày: (a) mÁu bê tông ban đÅu; (b) sā biÁn d¿ng cąa bê tông, (c) sā biÁn d¿ng cąa các sÁn ph¿m n mòn (d) gå chèn vào trong các vÁt nćt mç 49
Trang 11Hình 2.10 KhoÁng thåi gian tÿ khçi đÅu n mòn thép đÁn nćt hoàn toàn bê tông bÁo
vã và tãi nguy hißm chçu lāc 50
Hình 2.14 LuÃt ćng xā đàn hïi cąa bê tông 59
Hình 2.15.Tr°ång ćng suÃt đÅu vÁt nćt theo LEFM 60
Hình 2.16 Tiêu chu¿n phá huỷ đ°āc bißu dián trong các mặt phẳng khác nhau 61
Hình 2.17 LuÃt ćng xā hßn hāp đàn hïi - giòn - dẻo 63
Hình 2.18 Quan hã ćng suÃt biÁn d¿ng khái quát hóa cąa thép 64
Hình 2.19 Mô hình đàn hïi – dẻo có cąng cí 64
Hình 2.20 Bißu dián sā có mặt cąa cít thép trong bê tông 65
Hình 2.21 D¿ng t°¢ng tác giÿa cít thép vãi bê tông 67
Hình 3.1 Bißu đï bao cÃp phíi h¿t vÃt liãu cát 72
Hình 3.2 Bißu đï bao cít liãu – đá dm 73
Hình 3.3 Thí nghiãm kißm tra chå tiêu c¢ lý cąa xi mng 77
Hình 3.4 Thí nghiãm xác đçnh giãi h¿n kháng uín cąa thép 79
Hình 3.5 S¢ đï thí nghiãm xác đçnh mô đun đàn hïi bê tông 82
Hình 3.6 Công tác chu¿n bç đúc mÁu tră 83
Hình 3.7 Thí nghiãm xác đçnh c°ång đá chçu nén 84
Hình 3.8 Kích th°ãc và cÃu t¿o dÅm thāc nghiãm 85
Hình 3.9 MÁu dÅm sau quá trình trình chÁ t¿o 85
Hình 3.10 S¢ đï uín 4 đißm trong thí nghiãm phá ho¿i mÁu 86
Hình 3.11 Thí nghiãm phá ho¿i trên 02 mÁu xác đçnh PMax 86
Hình 3.12 S¢ đï các b°ãc thāc hiãn thí nghiãm 88
Hình 3.13 Mô tÁ thiÁt bç gông dÅm t¿o ćng suÃt tr°ãc 88
Trang 12Hình 3.14 Hình Ánh mÁu dÅm gông thāc tÁ 89
Hình 3.15 Mô hình dián tiÁn nhanh n mòn điãn cāc 89
Hình 3.16 Hình Ánh ngâm dÅm không gia tÁi 91
Hình 3.17 Hình Ánh ngâm dÅm có gia tÁi 91
Hình 3.18 Hình Ánh bß ngâm mÁu đ°āc ghi chú că thß 92
Hình 3.19 Hình Ánh mÁu sau khi ngâm 30 ngày 92
Hình 3.20 Hình Ánh cít thép bç n mòn sau khi ngâm 93
Hình 3.21 Bißu đï quan hã ćng suÃt duy trì và mćc đá n mòn 95
Hình 3.22 Bißu đï quan hã ćng suÃt duy trì và mćc đá n mòn 95
Hình 3.23 Hình Ánh dÅm thāc nghiãm sau chÁ t¿o 97
Hình 3.24.ThiÁt bç mô tÁ gông dÅm 98
Hình 3.25 Các mÁu dÅm đ°āc gông t¿o ćng suÃt 99
Hình 3.26 Mô tÁ môi tr°ång thí nghiãm n mòn điãn cāc 99
Hình 3.27 Hình Ánh nhóm dÅm 02 ngâm n mòn có gia tÁi 100
Hình 3.28 Nhóm mÁu dÅm 01 - không gia tÁi và ngâm n mòn 100
Hình 3.29 DÅm nhóm 01 sau khi đ°āc dÿ tÁi 101
Hình 3.30 DÅm nhóm 02 sau thí nghiãm n mòn dián tiÁn nhanh đ°āc dÿ tÁi 101
Hình 3.31 Uín 4 đißm đÁn phá ho¿i đíi vãi mÁu dÅm - nhóm 01 102
Hình 3.32 Uín 4 đißm đÁn phá ho¿i đíi vãi mÁu dÅm - nhóm 02 102
Hình 3.33 Hình Ánh bê tông cít thép bç n mòn sau thí nghiãm 103
Hình 3.34 Cân xác đçnh khíi l°āng cít thép bç n mòn sau thí nghiãm 104
Hình 3.35 Quan hã mćc đá n mòn và sćc kháng uín 105
Hình 3.36 Bißu đï thāc nghiãm míi quan hã giÿa tÁi tréng và chuyßn vç 105
Hình 4.1 Quan hã giÿa tÁi tréng và chuyßn vç t°¢ng ćng vãi các mćc n mòn 115
Hình 4.2 Bißu đï thāc nghiãm míi quan hã giÿa tÁi tréng và chuyßn vç 115
Hình 4.3 Bißu đï quan hã tÁi tréng và chuyßn vç cąa mÁu dÅm BTCT n mòn 25% t¿i cÃp t¿i tréng 0 Pmax vãi thí nghiãm thāc tÁ 116
Hình 4.4 Mặt cắt ngang dÅm 118
Trang 13Hình 4.5 Mặt cắt tính toán 118
Hình 4.6 Bí trí cít thép 119
Hình 4.7 Bißu đï quan hã diãn tích cít thép theo thåi gian n mòn 123
Hình 4.8 Bißu đï quan hã mô men uín theo thåi gian n mòn 123
Hình 4.9 Mặt cắt ngang dÅm cÅu BTCT - mặt cắt T 124
Hình 4.10 Khai báo đặc tr°ng c¢ héc cąa thép 125
Hình 4.11 Khai báo đặc tr°ng c¢ héc cąa bê tông 125
Hình 4.12.Chia phÅn tā l°ãi cąa dÅm chÿ T 126
Hình 4.13.Mô hình hóa cít thép cąa dÅm chÿ T 126
Hình 4.14.Các b°ãc thiÁt lÃp tính toán trên phÅn mÃm 126
Hình 4.15 Bißu đï quan hã sćc kháng uín và chuyßn vç theo mô phëng sí 127
Hình 4.16.Bißu đï quan hã sćc kháng uín và chuyßn vç theo mô phëng sí và thāc nghiãm t¿i mćc n mòn 25% 127
Hình 4.17 Ành h°çng cąa tiÁt diãn thép n mòn đÁn sćc kháng uín (%) 127
Hình 4.18 Ành h°çng cąa ćng suÃt trong bê tông đÁn sćc kháng uín cąa dÅm 127
Hình 4.19 Ành h°çng cąa c°ång đá bê tông đÁn mćc đá n mòn (%) 128
Hình 4.20 Ành h°çng cąa c°ång đá bê tông đÁn mćc đá n mòn 128
Trang 14DANH MĀC BÀNG BIÂU
BÁng 1 Mćc đá xâm thāc t¿i các vùng 3
BÁng 2 KÁt quÁ đo đ¿c điãn thÁ n mòn cít thép và khÁ nng n mòn t¿i các công trình cÁng bißn t¿i Đà Nẵng 4
BÁng 2.1 Ành h°çng cąa các tham sí khác nhau đíi vãi quá trình n mòn 30
BÁng 2.2 H°ãng dÁn viãc giÁi thích kÁt quÁ tÿ khÁo sát nāa-pin 42
BÁng 2.3 H°ãng dÁn viãc giÁi thích kÁt quÁ cąa 3LP và Gecor 44
BÁng 2.4 Nguy c¢ n mòn cít thép liên quan đÁn điãn trç suÃt cąa bê tông đíi vãi bê tông OPC ç 200 C 46
BÁng 3.1 Hàm l°āng tíi đa các muíi, ion trong n°ãc trán bê tông và vÿa 70
BÁng 3.12 Khíi l°āng thß tích lèn chặt cąa cít liãu 76
BÁng 3.13 Các chå tiêu thí nghiãm cít liãu 77
Trang 15BÁng 3.20 Thông sí vÃt liãu thép 79
BÁng 3.21 Thß tích các lo¿i vÃt liãu (trÿ cát) trong 1 m3 hßn hāp bê tông 80
BÁng 3.22 Khíi l°āng thành phÅn vÃt liãu c¢ sç cho 1m3 bê tông cÃp 30MPa 81
BÁng 3.23 KÁt quÁ đo mô đun đàn hïi cąa bê tông 82
BÁng 3.24 KÁt quÁ thí nghiãm c°ång đá chçu nén cąa cąa bê tông 84
BÁng 3.25 Sí l°āng mÁu dÅm xác đçnh Pmax 86
BÁng 3.26 BÁng thíng kê giá trç Pmax 87
BÁng 3.27 Các mÁu dÅm thí nghiãm 90
BÁng 3.28 Sí l°āng mÁu dÅm theo các cÃp gia tÁi 90
BÁng 3.29 BÁng giá trç ćng suÃt trung bình t°¢ng ćng 91
BÁng 3.30 Tñng hāp đá hao mòn cít thép các mÁu dÅm thāc nghiãm (%) 94
BÁng 3.31 Sí l°āng mÁu dÅm t°¢ng ćng các nhóm dÅm 99
BÁng 3.32 Thíng kê kÁt quÁ lāc uín phá ho¿i các nhóm mÁu dÅm (KN) 102
BÁng 3.33 Đá hao mòn cít thép các nhóm mÁu dÅm(%) 104
BÁng 4.1.Tham sí vÃt liãu bê tông theo ATENA 110
BÁng 4.2 Sā biÁn thiên ngÁu nhiên cąa các tham sí vÃt liãu 110
BÁng 4.3 BÁng thíng kê kích th°ãc dÅm 117
BÁng 4.4 Ph°¢ng án bí trí cít thép dÅm cÅu 119
BÁng 4.5 KÁt quÁ tính toán sćc kháng uín còn l¿i 121
Trang 16PHĀ LĀC
PHĂ LĂC 01 – KÀT QUÀ THÍ NGHIâM N MÒN GIA TìC&&&&&&&&& 144 PHĂ LĂC 02 – CH¯¡NG TRÌNH MÔ PHêNG Sì ATENA&&&&&&&&&&.145 PHĂ LĂC 03 – TÍNH TOÁN CHI TIÀT DÄM T&&&&&&&&&&&&&&&.147
Trang 17DANH MĀC CÁC CHĀ VI¾T TÂT, CÁC KÝ HIàU Chā cái vi¿t tÃt, kí hiáu Ý ngh*a
AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials
(Hiãp hái các Viên chćc Đ°ång bá và VÃn tÁi Mỹ)
ACI American Concrete Institute (Viãn Bê tông Mỹ) ASTM American Society for Testing and Materials
(Hiãp hái VÃt liãu và Thí nghiãm Mỹ)
IC Ion clo (Ion Chloride (E), Ion Chlorure (F)) Cl
Trang 18C Nïng đá clorua
D Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông
D28 Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông ç tuñi 28 ngày
D(T) Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông ç nhiãt đá T
D(t) Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông ç thåi đißm t
DPC Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông th°ång DSF Hã sí khuÁch tán clorua trong bê tông có muái
silic (silica fume)
M Khíi l°āng nguyên tā cąa sắt
Trang 19Ms Khíi l°āng thép ban đÅu (trên mát đ¢n vç chiÃu dài thanh thép)
n Hã sí nç thß tích cąa gå (tỷ sí thß tích gå thép và thép bç gå)
p Áp lāc t¿i giao diãn bê tông và gå
qr,c áp lāc tãi h¿n gây nćt bê tông bÁo vã
rn Bán kính cąa thép ch°a bç n mòn r0=0,50d+ô0 ;
MÃt mát bán kính cąa cít thép gây ra bắt đÅu nćt
MÃt mát bán kính cąa cít thép do gå chèn vào vÁt nćt
S KhoÁng cách giÿa các cít thép
V ThÁ tích cąa dung dçch NaCl sā dăng trong thí nghiãm C1202
ôóÿþ chuyßn vç xuyên tâm cąa bê tông;
ôù㥠chuyßn vç nén xuyên tâm cąa gå (các sÁn ph¿m n mòn)
ô chiÃu dày vùng xíp bao quanh cít thép;
ρ tỷ lã phÅn trm cąa khíi l°āng thép mÃt mát Mloss vãi khíi l°āng thép ban đÅu Ms trên mát đ¢n vç chiÃu dài
k là hã sí bißu thç mćc đá lÃp đÅy các vÁt nćt bằng các sÁn ph¿m n mòn;
Trang 20þó là hã sí poisson cąa bê tông þc=0,18-0,20; là mô đun đàn hïi có hiãu (xét đÁn tÿ biÁn);
Trang 21Mä ĐÄU 1 TÍNH CẤP THI¾T CþA ĐÀ TÀI
Đça hình đÃt n°ãc ta dài và hẹp, trÁi dài tÿ Bắc xuíng Nam, vãi h¢n 3000 kilomet tiÁp giáp bißn, bç Ánh h°çng bçi khí hÃu nhiãt đãi gió mùa, mang theo gió bißn chća hàm l°āng muíi natriclorua đÃm đặc Trăc kinh tÁ Bắc – Nam vãi 2 trung tâm kinh tÁ lãn ç hai đÅu đÃt n°ãc, viãc kÁt níi giÿa các trung tâm kinh tÁ cąa khu vāc và vùng miÃn là rÃt quan tréng NhÃn thćc đ°āc vÃn đà đó thåi gian qua và sắp tãi có rÃt nhiÃu công trình cÅu bê tông cít thép (BTCT) đ°āc xây dāng là giÁi pháp đß v°āt ch°ãng ng¿i vÃt, đÁm bÁo thông suít các tuyÁn đ°ång kÁt níi giÿa các vùng kinh tÁ tréng đißm Các công trình cÅu phÁi làm viãc trong điÃu kiãn cāc kỳ khắc nghiãt đó là môi tr°ång xâm thāc m¿nh bçi môi tr°ång bißn chća nhiÃu tác nhân gây n mòn kÁt cÃu bê tông cít thép, phÁi kß đÁn nh°: CO2-, Cl-, O2- theo tác giÁ Cao Duy TiÁn cùng cáng sā (2003), [17], trong <Báo cáo tñng kÁt dā án KT - KT chíng n mòn và bÁo vã các công trình bê tông và BTCT vùng bißn=
Cít thép trong kÁt cÃu bê tông cít thép bç n mòn điãn hóa do các ion clo trong môi tr°ång khuÁch tán vào bê tông Khi hàm l°āng ion clo t¿i bà mặt cít thép đ¿t đÁn ng°ÿng hàm l°āng gây n mòn cít thép, ion clo s¿ gây phá vÿ lãp thă đáng trên bà mặt cít thép và hiãn t°āng n mòn s¿ xÁy ra Khi n mòn cít thép xÁy ra, sÁn ph¿m cąa n mòn là gå sắt Gå sắt hÃp thă n°ãc s¿ tr°¢ng nç thß tích dÁn đÁn nćt, vÿ bê tông bÁo vã n mòn cít thép còn làm giÁm dính bám giÿa bê tông và cít thép, giÁm diãn tích tiÁt diãn cít thép dÁn tãi giÁm sćc kháng uín, sćc kháng nén và sćc kháng cắt theo tác giÁ Vũ Ngéc Anh (2009), [1]
Tuñi thé sā dăng cąa kÁt cÃu bê tông cít thép do xâm nhÃp clo là thåi gian tÿ khi xây dāng đÁn khi n mòn (do clorua) gây ra các h° h¿i cho kÁt cÃu tãi mćc viãc tiÁp tăc sā dăng kÁt cÃu không còn an toàn nÿa Thåi gian này gïm hai giai đo¿n kê tiÁp nhau: Giai đo¿n khçi đÅu n mòn và giai đo¿n lan truyÃn n mòn Giai đo¿n khçi đÅu n mòn là thåi gian cÅn thiÁt đß các ion clo xâm nhÃp vào bê tông tÃp trung trên bà mặt cít thép đ¿t đÁn <ng°ÿng nïng đá gây n mòn= Giai đo¿n lan truyÃn n mòn là thåi gian tÿ khi khçi đÅu n mòn cho tãi khi n mòn gây ra nćt hoàn toàn bê tông bÁo vã hoặc tãi khi diãn tích tiÁt diãn cít thép bç giÁm do n mòn dÁn đÁn kÁt cÃu không còn thëa mãn tr¿ng thái giãi h¿n chçu lāc
Thiãt h¿i do n mòn cít thép gây ra đã đ°āc thÿa nhÃn là mát trong nhÿng nguyên nhân chính cąa sā h° h¿i cąa kÁt cÃu bê tông cít thép trên toàn thÁ giãi Thông th°ång, bê tông cung cÃp mát mćc đá bÁo vã cho cít thép không bç n mòn,
Trang 22đ°āc géi là thă đáng cąa thép, nhå đá kiÃm cao trong các dung dçch lß rßng Trong môi tr°ång xâm thāc, tính nng đá bÃn mong muín cao này trong bê tông th°ång bç phá hąy và n mòn cít thép trç thành mát vÃn đà th°ång gặp Hai nguyên nhân chính th°ång gặp gây n mòn thép trong bê tông cít thép là: cacbonat gây ra sā n mòn và clorua gây ra sā n mòn Vãi sā phát trißn cąa sā n mòn, thß tích các sÁn ph¿m gå tng khoÁng 2-6 lÅn thß tích cąa thép bç rå, t¿o áp lāc lên bê tông xung quanh và cuíi cùng dÁn đÁn sā h° hëng các kÁt cÃu theo hình thćc nćt, vÿ và tách lãp cąa bê tông bÁo vã Đïng thåi vãi viãc gây ra nćt vÿ bê tông bÁo vã, n mòn cít thép còn làm giÁm dính bám giÿa cít thép vãi bê tông và gây ra mÃt mát diãn tích mặt cắt ngang cąa cít thép làm giÁm sćc kháng cąa cÃu kiãn bê tông cít thép
Theo các tài liãu khÁo sát, sau 10 đÁn 30 nm sā dăng, các công trình xây dāng bằng bê tông cít thép trong môi tr°ång bißn bç n mòn và phá hąy trÅm tréng, đòi hëi chi phí lãn cho viãc sāa chÿa và bÁo vã, chiÁm khoÁng 40 - 70% giá thành xây dāng Đïng thåi, công tác đánh giá, dā báo đá bÃn và tuñi thé cąa công trình gặp rÃt nhiÃu khó khn do tính chÃt không đïng nhÃt cąa bê tông, chçu tác dăng cąa nhiÃu lo¿i tÁi tréng phćc t¿p và có mặt cąa nhiÃu yÁu tí xâm thāc trong môi tr°ång bißn, theo tñng hāp cąa tác giÁ Ph¿m Vn Khoan và cáng sā (2010) [8] và tác giÁ Đïng Kim H¿nh cùng cáng sā (2014) [11]
Cn cć theo tính chÃt xâm thāc và mćc đá tác đáng cąa môi tr°ång bißn lên kÁt cÃu bê tông và bê tông cít thép có thß phân làm ba vùng nh° sau:
Có thß phân lo¿i mćc đá xâm thāc t¿i các vùng nh° Bảng 1
Trang 23BÁng 1 Mćc đá xâm thāc t¿i các vùng [8]
STT Môi tr°ãng Mąc đß xâm thăc căa môi tr°ãng đçi vái k¿t cÃu
Bê tông Bê tông cít thép
Trong môi tr°ång bißn khí hÃu các vùng ven Viãt Nam do đặc thù điÃu kiãn khí hÃu nóng ¿m, trong không khí chća hàm l°āng ion Cl- cao nên kÁt cÃu bê tông cít thép th°ång bç n mòn và phá huỷ nhanh, đặc biãt nghiêm tréng là vùng n°ãc lên xuíng do chÁ đá thąy triÃu, khí quyßn bißn và ven bißn theo Tr°¢ng Hoài Chính cùng cáng sā (2007) [3], và Cao Duy TiÁn cùng cáng sā (2003), [17]
Cùng vãi quá trình n mòn hoá héc, điãn hoá thì trên bà mặt các kÁt cÃu bê tông và bê tông cít thép còn bç bào mòn c¢ héc do áp lāc sóng, đặc biãt là sóng có c°ång đá m¿nh do gió bão gây ra Trên bà mặt kÁt cÃu, quá trình khô °ãt xÁy ra th°ång xuyên làm tng nhanh quá trình tích tă ion Cl-, O2- N°ãc bißn cũng thâm nhÃp vào bê tông thông qua quá trình khuyÁch tán và lāc hút mao quÁn KhÁo sát kÁt cÃu bên trong công trình khi đăc kißm tra t¿i các vÁt nćt thÃy cít thép bç gå rÃt nặng, mặt cắt ngang cít thép có thß giÁm tÿ 40% đÁn 60%, cít thép đai nằm bên ngoài th°ång bç gå nặng h¢n và đćt nhiÃu Kißm tra điãn thÁ n mòn bằng máy đo điãn thÁ CANIN thì thÃy: điãn thÁ đ¿t -900 mV, chćng të cít thép bç n mòn rÃt m¿nh Khi sā dăng ph°¢ng pháp điãn cāc so sánh Ag/AgCl KÁt quÁ đo đ¿c đ°āc đánh giá dāa vào tiêu chu¿n ASTM C 876 (2015) [43], và giÁn đï E-pH cąa hã Fe-H2O nh° BÁng 2, theo Tr°¢ng Hoài Chính và cáng sā (2008) [4]
Trang 24BÁng 2 KÁt quÁ đo đ¿c điãn thÁ n mòn cít thép và khÁ nng n mòn t¿i các công trình cÁng bißn t¿i Đà Nẵng [4]
đián th¿ Ag/AgCl KhÁ nng n mòn cçt thép Ph°¢ng phá đánh giá
æ Viãt Nam, vÃn đà nghiên cću Ánh h°çng cąa mćc đá n mòn cít thép đÁn sćc kháng uín cąa kÁt cÃu dÅm vÁn là vÃn đà rÃt mãi, ch°a có nhiÃu nghiên cću đà cÃp đÁn HÅu hÁt các nghiên cću tr°ãc đây chą yÁu trên khÁo sát hiãn tr¿ng công trình, thu thÃp sí liãu phăc vă công tác đánh giá phân tích, và phÅn lãn ch°a xét đÁn Ánh h°çng cąa ćng suÃt gây ra do tÁi tréng tác dăng trāc tiÁp Mát phÅn do các thí nghiãm, đánh giá n mòn còn phćc t¿p, đặc biãt là các thí nghiãm có xét đÁn Ánh h°çng cąa tÁi tréng kéo, uín trāc tiÁp
Viãc nghiên cću đánh giá đ°āc míi quan hã giÿa n mòn cít thép và sćc kháng uín cąa dÅm BTCT có xét đÁn yÁu tí ćng suÃt do tÁi tréng tác dăng là cÅn thiÁt, mang nhiÃu ý ngh*a cho công tác đánh giá, dā báo tuñi thé cąa công trình; phù hāp vãi đặc đißm khai thác cąa các công trình nói chung và các công trình cÅu nói riêng, đặc biãt là các công trình cÅu ç Viãt Nam
Qua mát sí tiÁp cÃn và tìm hißu tình hình thāc tÁ nghiên cću trên thÁ giãi và t¿i Viãt Nam cho thÃy tình hình n mòn thép là mát hiãn t°āng phñ biÁn đíi vãi công trình sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép CÅn thiÁt phÁi khÁo sát rõ thāc tr¿ng và nghiên cću n mòn thép và các Ánh h°çng cąa n mòn thép đÁn sćc kháng cąa công trình h¿ tÅng giao thông bằng bê tông cít thép, trong đó có các công trình cÅu bê tông cít thép
ç các vùng bißn và ven bißn Đây là lý do đà tài <¾nh hưởng của mức độ ăn mòn
Trang 25cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép= đ°āc chén làm
luÃn án nghiên cću sinh
Nái dung luÃn án ngoài phÅn Mç đÅu, KÁt luÃn và KiÁn nghç, Phă lăc, Tài liãu tham khÁo; gïm 4 ch°¢ng:
Ch°¢ng 1: Tñng quan và mćc đá n mòn cít thép trong cÃu kiãn bê tông cít thép; thāc tr¿ng, tình hình nghiên cću trên ThÁ gıãı và t¿ı Viãt Nam
Ch°¢ng 2: C¢ sç lý thuyÁt và Ánh h°çng cąa mćc đá n mòn cít thép đÁn sćc kháng uín cąa kÁt cÃu cÅu dÅm BTCT
Ch°¢ng 3: Nghiên cću thāc nghiãm đánh giá Ánh h°çng cąa n mòn cít thép đÁn sćc kháng uín cąa cÃu kiãn dÅm bê tông cít thép có xét đÁn tÁi tréng tác dăng
Ch°¢ng 4: Tính toán giÁi tích và mô phëng sí đánh giá Ánh h°çng cąa n mòn cít thép đÁn sćc kháng uín cąa dÅm cÅu bê tông cít thép có xét đÁn tÁi tréng tác dăng
2 ĐÞI T¯þNG NGHIÊN CĀU
Các kÁt cÃu dÅm bê tông cít thép th°ång chçu đïng thåi tác đáng cąa tÁi tréng và n mòn cít thép tÿ môi tr°ång chća ion Cl-
Mát sí kÁt cÃu cÅu dÅm bê tông cít thép th°ång nhçp giÁn đ¢n có xét đÁn tr¿ng thái n mòn cít thép do ion Cl-
3 MĀC TİÊU NGHİÊN CĀU
Đánh giá mćc đá n mòn cít thép trong các kÁt cÃu dÅm bê tông cít thép ç môi tr°ång n mòn chća tác nhân Ion Cl-
Đánh giá Ánh h°çng cąa ćng suÃt trong bê tông đÁn mćc đá n mòn cít thép trong kÁt cÃu dÅm bê tông cít thép th°ång
Đánh giá Ánh h°çng cąa mćc đá n mòn cít thép trong các kÁt cÃu dÅm bê tông cít thép đÁn sćc kháng uín cąa dÅm
Đánh giá sā suy giÁm sćc kháng uín cąa mát sí kÁt cÃu dÅm cÅu bê tông cít thép th°ång, nhçp giÁn đ¢n trong thāc tÁ có xét đÁn mćc đá n mòn cąa các cít thép trong kÁt cÃu
4 PHẠM Vİ NGHİÊN CĀU
Sćc kháng uín và mćc đá n mòn cąa cąa các kÁt cÃu dÅm cÅu bê tông cít thép th°ång trong môi tr°ång n mòn chća Ion CL-
Trang 26Các nghiên cću thāc nghiãm chå thāc hiãn vãi mÁu dÅm BTCT th°ång, nhçp đ¢n giÁn trong phòng thí nghiãm
Các nghiên cću mô phëng ngoài áp dăng cho các kÁt cÃu BTCT quy mô phòng thí nghiãm thì còn áp dăng cho các kÁt cÃu dÅm cÅu BTCT nhçp giÁn đ¢n thāc tÁ trong môi tr°ång n mòn do ion Cl-
5 PH¯ƠNG PHÁP NGHİÊN CĀU
Ph°¢ng pháp nghiên cću dāa vào phân tích và tñng hāp lý thuyÁt kÁt hāp vãi ph°¢ng pháp điÃu tra, khÁo sát đß đánh giá vÃn đà nghiên cću
Sā dăng ph°¢ng pháp nghiên cću thāc nghiãm trong phòng thí nghiãm kÁt hāp ph°¢ng pháp tính toán mô phëng sí đß dā báo sćc kháng cąa các kÁt cÃu bê tông cít thép có xét đÁn mćc đá n mòn cąa cít thép trong bê tông
6 Ý NGH)A KHOA HâC VÀ THĂC TİÞN CĂA LUÀN ÁN
LuÃn án đã có nhÿng tñng hāp và phân tích các kÁt quÁ nghiên cću trong và ngoài n°ãc và các vÃn đà liên quan đÁn c¢ chÁ n mòn cít thép; Ánh h°çng cąa mćc đá n mòn cít thép tãi tr¿ng thái chÃt l°āng và sā làm viãc chçu tÁi cąa kÁt cÃu&, đß tÿ đó xác lÃp đ°āc ph°¢ng pháp luÃn nghiên cću phù hāp đß đ¿t đ°āc các măc tiêu nghiêm cću cąa luÃn án
Các kÁt quÁ nghiên cću mãi cąa luÃn án là nhÿng đóng góp có ý ngh*a và mặt khoa héc và có giá trç thāc tián Nái dung và kÁt quÁ cąa luÃn án có thß đ°āc coi là mát tài liãu tham khÁo hÿu ích cho nhÿng ng°åi quan tâm đÁn công tác thiÁt kÁ và đánh giá kÁt cÃu cÅu BTCT
Giá trç khoa héc: LuÃn án đã làm rõ Ánh h°çng cąa ćng suÃt trong bê tông đÁn mćc đá n mòn cąa các cít thép Tÿ đó đánh giá đ°āc Ánh h°çng cąa mćc đá n mòn đÁn sćc kháng cąa các dÅm bê tông cít thép bç n mòn
Giá trç thāc tián: KÁt quÁ nghiên cću cąa luÃn án có thß dùng cho các tính toán dā báo tuñi thé và sćc kháng cąa các kÁt cÃu bê tông cít thép trong thāc tÁ có xét đÁn mćc đá n mòn cąa các cít thép trong bê tông
Trang 27CH¯ƠNG 1 TàNG QUAN VÀ MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP TRONG CÂU KİàN BÊ TÔNG CæT THÉP; THĂC TR¾NG, TÌNH HÌNH NGHİÊN CĄU TRÊN TH¾ GIàI VÀ T¾I VİàT NAM
1.1 TỔNG QUAN VÀ MĀC ĐỘ ĂN MÒN CÞT THÉP TRONG CẤU KİÞN BÊ TÔNG CÞT THÉP
1.1.1 Khái niãm n mòn kim lo¿i
n mòn đ°āc Fontana, M G (1971) [59] và Uhlig, H H (1971) [100] đçnh ngh*a là sā xuíng cÃp cąa mát kim lo¿i do phÁn ćng điãn hóa cąa nó vãi môi tr°ång Theo các đçnh luÃt nhiãt đáng lāc héc, có mát xu h°ãng tr¿ng thái nng l°āng cao biÁn đñi thành tr¿ng thái nng l°āng thÃp Đó là xu h°ãng cąa kim lo¿i tái kÁt hāp vãi các nguyên tí hiãn diãn trong môi tr°ång dÁn đÁn hiãn t°āng đ°āc géi là n mòn
a n mòn điện hóa
Trong n mòn điãn hóa, có hai phÁn ćng xÁy ra ç giao diãn kim lo¿i và chÃt điãn ly: PhÁn ćng giÁi phóng điãn tā ç anít (oxy hóa) và phÁn ćng tiêu thă điãn tā ç catít (cāc âm)
1.1.2 Phân lo¿i n mòn cít thép trong cÃu kiãn BTCT
n mòn cít thép là mát quá trình lâu dài, chą yÁu do môi tr°ång xâm thāc chća tác nhân gây n mòn Phñ biÁn có 02 quá trình:
1.1.2.1 Quá trình cacbonat hóa
Quá trình này đ°āc chia thành 5 giai đo¿n nh° sau:
+ Giai đo¿n 1: Theo Pourbaix H (1966) [79], khi bê tông xung quanh cít thép còn ch°a bç cacbonat hóa, bê tông có tính chÃt kiÃm, nïng đá pH luôn giÿ tÿ 12 đÁn 13, trong môi tr°ång có tính kiÃm cao nh° vÃy cít thép không thß bç n mòn
+ Giai đo¿n 2: sā vÃn đáng cąa pha lëng trong các k¿ hç cąa bê tông do sā chuyßn đñi cąa các hāp chÃt bç thąy hóa PhÁn ćng cacbonat hóa cąa bê tông do oxit cacbon (CO2) có trong không khí thÃm sâu vào lãp bê tông bÁo vã dÁn đÁn đá pH bç giÁm đi (pH)
Trang 28+ Giai đo¿n 3: do sā th¿m thÃu cąa n°ãc, các t¿p chÃt có tính oxy hóa cao (đặc biãt là môi tr°ång chća ion Cl-) tác đáng trāc tiÁp vào cít thép làm oxy hóa thép SÁn ph¿m cąa quá trình oxy hóa cít thép là hßn hāp Fe2O3.H2O, Fe(OH)2 – géi là rå sắt
+ Giai đo¿n 4: oxy hóa thép đÁn mát mćc đá nào đó s¿ t¿o thành mát lãp rå sắt, lãp rå sắt này xíp có thß tích lãn gÃp 2 đÁn 7 lÅn thß tích sắt bç n mòn, do vÃy, lãp rå sắt này t¿o áp lāc lên lãp bê tông bÁo vã, khi áp lāc này t¿o ra ćng suÃt lãn h¢n c°ång đá chçu kéo cąa bê tông thì s¿ gây nćt lãp bê tông bÁo vã, theo tác giÁ Vidal T (2003) [101]
+ Giai đo¿n 5: lãp rå sắt tiÁp tăc hình thành vãi thß tích lãn làm vÁt nćt ç lãp bê tông bÁo vã hình thành to h¢n, đÁn mát thåi đißm nào đó lãp bê tông bÁo vã bç bong tróc
1.1.2.2 Quá trình xâm thực cÿa các nhân tố có hại vào đến cốt thép, đặc biệt là ion Cl-
Nhÿng công trình cÅu BTCT làm viãc trong môi tr°ång tiÁp xúc th°ång xuyên vãi n°ãc bißn, môi tr°ång công nghiãp, đô thç ô nhiám, nhÿng công trình ç vùng khí hÃu ôn đãi th°ång xuyên phÁi rÁi muíi đß làm tan bng tuyÁt thì đặc biãt liên quan đÁn sā xâm thāc này
Trong hai quá trình trên, thì quá trình các bon nat hóa là quá trình chung, nó dián ra trên méi công trình bê tông cít thép Trong khi đó quá trình thÃm cąa Ion Cl- chå dián ra trong công trình mà môi tr°ång ç đó có Ion Cl- tïn t¿i
Xét và mặt đáng, ng°åi ta có thß s¢ đï hóa sā phát trißn cąa n mòn cít thép ç lãp bê tông bÁo vã theo hai giai đo¿n nh° mô hình đã đ°āc phát trißn vào nm 1982 bçi Tuutti (1982) [99], (xem hình 1.1).
Hình 1.1 Bißu đï phát trißn n mòn cít thép theo thåi gian [99]
n mòn cít thép trÁi qua theo hai giai đo¿n riêng biãt, giai đo¿n mïi (I) và giai đo¿n phát tán (II) Đißm A t°¢ng ćng vãi thåi đißm cít thép bç mÃt tính thă đáng hoá
Trang 29chíng rå, sau đó là sā lan truyÃn cąa n mòn, sÁn ph¿m n mòn sinh ra, khi tỷ lã n mòn đ¿t ng°ÿng dÁn đÁn sā hình thành các vÁt nćt, sau đó bắt đÅu phá huỷ lãp bê tông bÁo vã - thåi đißm này t°¢ng ćng vãi đißm B æ cuíi giai đo¿n B, nÁu n mòn không bç phát hiãn và kÁt cÃu không đ°āc tiÁn hành sāa chÿa gia cí thì nó s¿ có thß h° hëng dÁn đÁn săp đñ do giÁm khÁ nng chçu tÁi (xem hình 1.1)
Các nguyên nhân gây h° h¿i cÅu bê tông đ°āc GS Mutsuyoshi, (2001) [76] đ°a ra thíng kê trên các cÅu bê tông cít thép ç NhÃt BÁn Qua sí liãu thíng kê chúng ta có thß thÃy rằng nguyên nhân chą yÁu nhÃt dÁn đÁn các h° h¿i cąa các kÁt cÃu bê tông cít thép là do xâm nhÃp Clo chiÁm tãi 66% các h° h¿i, trong khi do các bon nát hóa chå chiÁm 5% (xem hình 1.2)
Hình 1.2 Hình Ánh mô tÁ các nguyên nhân gây h° h¿i kÁt cÃu BTCT [76] - Hai c¢ chÁ phá ho¿i kÁt cÃu bê tông cít thép do n mòn thép:
+ Thć nhÃt là sā suy giÁm diãn tích mặt cắt ngang cąa cít thép dÁn tãi giÁm sćc kháng l¿i các tÁi tréng
+ Thć hai, cít thép bç n mòn s¿ sinh ra các sÁn ph¿m n mòn, các sÁn ph¿m n mòn làm giÁm tính dính bám giÿa bê tông và cít thép, h¢n nÿa, sÁn ph¿m gå có tính nç thß tích gây ra ćng suÃt kéo trong bê tông bÁo vã và gây nćt, tách, vÿ bê tông bÁo vã
Trang 30Hình 1.3 Quá trình phát trißn cąa vÁt nćt do n mòn cít thép theo Tuutti [99] Cũng theo Tuutti (1982) [99], vãi các lo¿i cít thép xác đçnh đ°āc sā dăng trong các công trình bằng bê tông cít thép; mćc đá n mòn các cít thép chçu Ánh h°çng lãn bçi tr¿ng thái ćng xā và cÃu trúc vÃt liãu cąa lãp bê tông bÁo vã Khi cít thép còn đ°āc bao béc bçi các lãp bê tông bÁo vã đặc chắc, thì môi tr°ång kiÃm trong bê tông đą cao đß t¿o ra mát lãp màng bÁo vã các cít thép NÁu màng bÁo vã này bç phá hąy, các cít thép s¿ bç n mòn Mát trong nhÿng nguyên nhân quan tréng khiÁn cho lãp màng thă đáng bç phá hąy là sā xâm nhÃp cąa các ion clorua tÿ môi tr°ång bên ngoài vào tÃn vç trí các cít thép Các vÁt nćt vi mô xuÃt hiãn trong lãp bê tông bÁo vã s¿ t¿o điÃu kiãn cho ion clorua xâm nhÃp nhanh h¢n, khiÁn cho công trình nguy c¢ bç n mòn sãm h¢n dā kiÁn (xem hình 1.3)
Theo Nguyán M¿nh Phát (2007) [14], các vÁt nćt vi mô trong lãp bê tông bÁo vã có thß xuÃt hiãn trong quá trình thąy hóa, đông cćng cąa bê tông hoặc xuÃt hiãn do Ánh h°çng cąa ćng suÃt gây ra bçi tÁi tréng khai thác Nguyên nhân thć ba đ°āc kißm soát bçi mćc ćng suÃt trong bê tông; khi ćng suÃt đ¿t đÁn mát ng°ÿng nhÃt đçnh, có thß géi là giãi h¿n đàn hïi cąa bê tông; các vÁt nćt vi mô s¿ xuÃt hiãn, t¿o điÃu kiãn cho ion clorua xâm nhÃp dá dàng qua lãp bê tông bÁo vã, gây phá hąy màng thă đáng và là nguyên nhân chính khiÁn các cít thép bç n mòn Theo lÃp luÃn cąa Magdalena German and Jerzy Pamin (2018) [74], và Wei-liang, Jin & Yu-xi, Zhao (2001) [103], thì trong giai đo¿n ban đÅu, ion clorua xâm nhÃp qua lãp bê tông bÁo vã và tích tă xung quanh các thanh cít thép Nïng đá clorua trong bê tông tng lên cho đÁn khi nó đ¿t đÁn mát giá trç ng°ÿng clorua, gây ra sā h° hëng cąa lãp thă đáng cąa cít thép Ngay lÃp tćc, cít thép bắt đÅu bç n mòn Trong giai đo¿n sau đó, n mòn s¿ lan truyÃn trên các cít thép, gây han gå, mÃt mát đ°ång kính cít thép, nćt vÿ bê tông; sćc kháng cąa kÁt cÃu vì thÁ bç Ánh h°çng
Trang 31Mô hình cơ học môi trường liên tục: Theo mô hình này, bê tông đ°āc xem là
đïng nhÃt, đá bÃn và thåi h¿n sā dăng cąa kÁt cÃu bê tông đ°āc đánh giá thông qua sā suy giÁm tính dính bám giÿa cít thép và bê tông, giÁm kích th°ãc mặt cắt ngang cąa cít thép và hình thành nćt do hình thành các sÁn ph¿m gå có tính tr°¢ng nç, theo Peter Grassl, TrevorDavies, (2011) [67], Anna Emilie cùng cáng sā, (2006) [34], và Zhen Cui, Alice Alipour (2018) [106] SÁn ph¿m và tíc đá gå gây tr°¢ng nç đ°āc mô phëng bçi chuyßn vç h°ãng tâm gây ra t¿i mặt tiÁp xúc giÿa cít thép và bê tông, phă thuác vào sā phát trißn gå, chuyßn vç h°ãng tâm là đÃu (xem Hình 1.4) và không đÃu (xem Hình 1.5), sÁn ph¿m tr°¢ng nç gây ćng suÃt kéo trong bê tông và gây phá ho¿i khi v°āt qua c°ång đá chçu kéo cąa bê tông
Hình 1.4 Gå tr°¢ng nç đÃu [67] Hình 1.5 Gå tr°¢ng nç không đÃu [67] Cách tiÁp cÃn này cho phép mô phëng ćng xā cąa bê tông tÿ khi bắt đÅu gå đÁn phá ho¿i, tuy nhiên có nh°āc đißm là ch°a phÁn ánh đÅy đą các hiãn t°āng vÃt lý, hóa héc xÁy ra trong bê tông cít thép công trình bißn SÁn ph¿m gå thép đ°āc hình thành do sā vÃn chuyßn ion Cl- tÿ ngoài bê tông vào trong và tích tă trên bà mặt cít thép, gây n mòn điãn hóa Mặt khác, tíc đá n mòn ch°a xét đÁn Ánh h°çng cąa yÁu tí môi tr°ång, thāc tÁ cho thÃy kÁt cÃu bê tông cít thép chçu tác đáng cąa thąy triÃu s¿ gây n mòn nhanh h¢n so vãi môi tr°ång khô hay môi tr°ång ngÃp n°ãc
a Mô hình cơ học môi trường rỗng: Trên c¢ sç xem xét bê tông là vÃt liãu
rßng (bao gïm các hã thíng lß rßng và phÅn rắn), trong đó hã thíng lß rßng tham gia quá trình vÃn chuyßn vÃt chÃt (n°ãc và các ion), E Samson và cáng sā (2005) [56], Baroghel-Bouny và cáng sā (2011) [51], H Friedmann và cáng sā (2008) [63] đã sā dăng mô hình t°¢ng tác Tuutti (1982) [99], Life 365 [68], sā dăng đçnh luÃt hai cąa Fick đß mô phëng quá trình vÃn chuyßn ion Cl- trong bê tông Duracrete (2000) [53], đã đ°a ra ph°¢ng pháp thiÁt kÁ tuñi thé cąa các kÁt cÃu bê tông Mô hình đ°āc dāa trên mát khung thiÁt kÁ, mô hình hóa các c¢ chÁ suy giÁm đá bÃn có sā dăng xác suÃt thíng kê và các tr¿ng thái giãi h¿n Các mô hình cho phép mô phëng quá trình suy
Trang 32giÁm đá bÃn dāa trên các kÁt quÁ thí nghiãm Hai nguyên nhân chính dÁn tãi suy giÁm đá bÃn cąa kÁt cÃu BTCT là xâm nhÃp ion Cl- và cacbonat hóa Trong các mô hình này, thåi gian bắt đÅu n mòn khi nïng đá ion Cl- xung quanh cít thép v°āt quá nïng đá ion Cl- giãi h¿n (Ccr) và Ccr th°ång đ°āc bißu thç theo tỷ lã phÅn trm cąa tréng l°āng bê tông hoặc tréng l°āng chÃt kÁt dính Theo các công bí gÅn đây trên thÁ giãi, Saria A và E Vesikari (1996) [88], A Costa & J.Appeleton (1999) [47], thì giá trç nïng đá ion Cl- ç bà mặt kÁt cÃu bê tông cít thép có thß thay đñi tÿ 0,3 đÁn 0,4% theo khíi l°āng bê tông Tiêu chu¿n Anh giãi h¿n nïng đá ion Cl- d°ãi mćc 0,4% tréng l°āng xi mng cho các kÁt cÃu bê tông cít thép và mćc 0,1% cho các kÁt cÃu bê tông cít thép dā ćng lāc, Emerson M and Bulter A.M, (1997 [54] Mát sí l°āng lãn các nghiên cću đã tÃp trung vào viãc đçnh l°āng Ccr, nh°ng các giá trç đo th°ång phân tán Lý do cho sā phân tán cąa Ccr bao gïm các ph°¢ng pháp đo l°ång, ph°¢ng pháp bißu dián Ccr, điÃu kiãn tiÁp xúc bê tông cít thép và Ánh h°çng cąa các yÁu tí môi tr°ång ĐiÃu kiãn môi tr°ång tiÁp xúc đ°āc thß hiãn thông qua nïng đá ion Cl- trên bà mặt bê tông tiÁp xúc vãi mát môi tr°ång bißn Theo ACI 365 (2000) [37], chia vç trí cąa kÁt cÃu bê tông cít thép trong môi tr°ång bißn đ°āc chia thành 4 vùng: vùng thąy triÃu (Marine splash zone- là vùng nằm trong biên đá thąy triÃu hoặc là ç trong ph¿m vi 1m so vãi māc n°ãc cao nhÃt cąa thąy triÃu); vùng sóng đánh (Marine spray zone là vùng nằm cao h¢n māc n°ãc cao nhÃt cąa thąy triÃu 1m, nh°ng đôi khi tiÁp xúc vãi băi n°ãc bißn); vùng khí quyßn bißn cách bißn f 800m và vùng không khí bißn cách bißn tÿ 800 m đÁn 1500 m
NhiÃu nghiên cću đã chå ra rằng nïng đá ion Cl- trên bà mặt bê tông (Cs(t)) tiÁp xúc vãi môi tr°ång bißn đ°āc tích tă sau đó tng lên cùng vãi thåi gian Vãi các vùng bê tông luôn tiÁp xúc vãi n°ãc bißn nïng đá ion Cl- bà mặt có thß không thay đñi vãi thåi gian ví dă nh° vùng thąy triÃu, vùng Ánh h°çng cąa n°ãc bißn do sóng bißn Nïng đá ion Cl- tích tă trên bà mặt bê tông là mát hàm cąa thåi gian và là hàm có giãi h¿n theo thåi gian Quy luÃt tích tă nïng đá ion Cl- bà mặt có nhiÃu quan đißm: không đñi, hàm bÃc nhÃt và hàm mũ Theo A Costa & J Appeleton (1999) [47], trong tÃt cÁ các điÃu kiãn tiÁp xúc, ngo¿i trÿ các khu vāc ngÃp n°ãc, hàm l°āng Cs(t) bà mặt thay đñi có thß đ°āc xác đçnh theo hàm mũ thåi gian, sā gia tng cąa Cs(t) có xu h°ãng suy giÁm theo thåi gian và đ°āc xác đçnh nh° sau: Cs(t) = C1.tn, trong đó Cs(t) là hàm l°āng clo bà mặt t¿i thåi đißm t (% khíi l°āng bê tông); C1 - hàm l°āng clo bà mặt sau mát nm (% khíi l°āng bê tông); n là các hằng sí thāc nghiãm phă thuác lo¿i bê tông và vùng môi tr°ång Các yÁu tí Ánh h°çng đÁn Cs(t) bao gïm: thành phÅn cąa xi mng dùng trong bê tông, đặc đißm bà mặt cąa bê tông, chu kỳ khô ¿m cąa môi tr°ång
Trang 33Đißm quan tréng trong các mô hình c¢ héc môi tr°ång rßng là đặc tr°ng cho tính chÃt cąa môi tr°ång đ°āc đánh giá thông qua hã sí khuÁch tán ion Cl- hay đá bÃn kháng khuÁch tán ion Cl- Đá bÃn kháng khuÁch tán ion Cl- cąa bê tông phă thuác rÃt lãn vào đá rßng xíp cąa bê tông và kích cÿ lß rßng, sā phân bí các lß rßng và tính thông nhau giÿa các lß rßng Đá rßng xíp cąa bê tông phă thuác vào các yÁu tí nh°: lo¿i xi mng và các thành phÅn hßn hāp khác, thành phÅn cÃp phíi bê tông và quá trình đÅm chặt và bÁo d°ÿng bê tông Theo E.P Kearsley và cáng sā (2001) [55], khi đá rßng và tính thông nhau cąa đá rßng tng thì đá bÃn chíng thÃm cũng nh° khuÁch tán bç giÁm xuíng và các lß rßng càng thẳng, dòng chÁy thÃm và khuÁch tán có tíc đá càng nhanh Viãn khoa héc CCAA (Cement Concrete & Aggregates Australia) cąa Úc (2009) [50], cho rằng đá bÃn kháng khuÁch tán ion Cl- phă thuác vào đá thÃm cąa bê tông và chiÃu dày lãp bê tông bÁo vã, tr¿ng thái nguyên vẹn cąa lãp bê tông bÁo vã d°ãi tÁi tréng khai thác và điÃu kiãn cąa sā r¿n nćt và bà ráng vÁt nćt
1.2 THþC TRẠNG ẢNH H¯ỞNG CþA MĀC ĐỘ ĂN MÒN CÞT THÉP Đ¾N K¾T CẤU DẦM BÊ TÔNG CÞT THÉP Ở MỘT SÞ CÔNG TRÌNH CẦU TẠI VIÞT NAM
Bê tông cít thép là vÃt liãu xây dāng nhân t¿o đ°āc sā dăng ráng rãi nhÃt và đ°āc sā dăng cho các dā án có qui mô khác nhau, tÿ dÅm bê tông nhë đÁn lãn, tÿ các công trình cÅu bê tông giao thông nông thôn đÁn các công trình cÅu dây v°āt bißn Cít thép đ°āc đ°a vào đß bù cho khÁ nng chçu kéo thÃp cąa bê tông trong quá trình làm viãc Trong nhÿng thÃp kỷ qua, nhiÃu lo¿i kÁt cÃu bê tông cít thép khác đã đ¿t đ°āc chß đćng và đóng góp rÃt lãn trong ngành xây dāng
n mòn cít thép trong các cÃu kiãn bê tông cít thép tÿ rÃt sãm đã đ°āc giãi chuyên môn t¿i Viãt Nam đánh giá là mát trong các vÃn đà cÅn quan tâm khi thāc hiãn công tác quÁn lý khai thác vÃn hành các công trình h¿ tÅng có sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép Đặc đißm khá chung cąa các công trình cÅu bê tông cít thép t¿i Viãt Nam là làm viãc d°ãi tác đáng cąa khí hÃu nhiãt đãi gió mùa, điÃu kiãn môi tr°ång nóng ¿m, cáng vãi đặc tr°ng khí hÃu bißn chća nhiÃu tác nhân gây n mòn kÁt cÃu bê tông cít thép Hằng nm, bằng ngân sách nhà n°ãc các ho¿t đáng kißm đçnh, đánh giá và duy tu bÁo d°ÿng vÁn đ°āc thāc hiãn bçi các khu quÁn lý công trình giao thông; sç giao thông vÃn tÁi các đça ph°¢ng; tuy vÃy, vãi sā khắc nghiãt cąa tác đáng môi tr°ång các công trình h¿ tÅng giao thông sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép vÁn âm thÅm bç phá ho¿i bçi các tác nhân xâm thāc gây n mòn Sau đây là thông tin đ°āc thu thÃp tÿ các công trình thāc tÁ ç mát sí đça ph°¢ng t¿i Viãt Nam
Trang 341.2.1 CÅu Kênh K13 - tßnh Tây Ninh
Thuác đça bàn xã Bàu Nng, huyãn D°¢ng Minh Châu, tånh Tây Ninh CÅu có chiÃu dài 12m KÁt cÃu nhçp d¿ng bÁn đặc đñ t¿i chß cũng đïng thåi là bÁn mặt cÅu
Hiãn tr¿ng công trình cÅu Kênh K13 t¿i thåi đißm khÁo sát:
DÅm bÁn bç h° hëng nặng, bong tróc, vÿ bê tông lá cít thép, cít thép bç gå sét t¿i rÃt nhiÃu vç trí (xem Hình 1.6)
Hình 1.6 Hiãn tr¿ng bÁn bç bong vÿ bê tông lá cít thép ç cÅu Kênh K13 (thåi đißm khÁo sát nm 2018)
1.2.2 CÅu CÁng B¿n ĐÅm - tßnh Bà Ráa – Vũng Tàu
Hình 1.7 Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i cÅu cÁng BÁn ĐÅm - Tånh Bà Rça – Vũng Tàu (Tình tr¿ng t¿i thåi đißm khÁo sát
nm 2017)
CÅu CÁng BÁn ĐÅm đ°āc xây dāng nm 1997 vãi qui mô dài 180m, ráng 14m bằng bê tông cít thép Hiãn tr¿ng t¿i thåi đißm đánh giá các h¿ng măc tiÁp xúc trāc tiÁp vãi môi tr°ång bißn cho thÃy: bê tông bç n mòn nghiêm tréng, gây bong tróc lãp bê tông bÁo vã, cít thép bç hoen gå nghiêm tréng (xem Hình 1.7)
1.2.3 CÅu Dißn Kim – Tßnh Nghá An
Trang 35CÅu Dián Kim nằm trên đça bàn huyãn Dián Châu, tånh Nghã An Đ°āc xây dāng vào nm 1994; cÅu có chiÃu dài 100m, ráng 3m; đÁm bÁo giao thông huyÁt m¿ch níi liÃn các xã vùng bãi ngang ven bißn cąa huyãn Dián Châu Sau h¢n 20 nm khai thác, cây cÅu bç h° hëng xuíng cÃp trÅm tréng và đ°āc chính quyÃn thāc hiãn sāa chÿa lãn nm 2016 Các bá phÃn cąa cÅu bằng bê tông cít thép bç n mòn, bong tróc lãp bê tông bÁo vã, cít thép bç n mòn gây bç gå sét nghiêm tréng (xem Hình 1.8)
Hình 1.8 Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i các bá phÃn cÅu BTCT (thåi đißm khÁo sát nm 2016)
1.2.4 CÅu Bình Long – tßnh Bình Đánh
CÅu Bình Long bắc qua sông Hà Thanh đ°āc xây dāng vào nm 2002, níi 2 thôn Bình Long và Tng Hòa, xã Canh Vinh, huyãn Vân Canh, tånh Bình Đçnh CÅu có 20 nhçp, chiÃu dài 180 m Tình tr¿ng xuíng cÃp xÁy ra tÿ đāt m°a, lũ nm 2016 và mćc đá ngày càng gia tng; Các bá phÃn cÅu bç n mòn, lãp bê tông bÁo vã bç bong tróc, cít thép ben tëng kÁt cÃu bç hoen gå, đćt gãy; gây mÃt an toàn khai thác công trình cÅu (xem Hình 1.9)
Hình 1.9 n mòn cít thép gây h° hëng kÁt cÃu dÅm BTCT t¿i cÅu Bình Long (thåi đißm khÁo sát nm 2020)
Trang 361.2.5 CÅu Ph°ác Lßc - thành phç Hß Chí Minh
Thuác đça bàn huyãn Nhà Bè, thành phí Hï Chí Minh; Các bá phÃn cÅu bằng bê tông cít thép bç n mòn, bê tông bç bong tróc, vÿ văn, các vÁt nćt phá ho¿i xuÃt hiãn trên thân dÅm bê tông cít thép, suy giÁm khÁ nng chçu tÁi cąa kÁt cÃu, gây nguy hißm cho quá trình vÃn hành khai thác công trình (xem Hình 1.10)
Hình 1.10 n mòn bê tông gây nćt phá ho¿i trên thân dÅm CÅu Ph°ãc Lác 1.2.6 CÅu Th¿nh Đąc – tßnh QuÁng Ngãi
CÅu Th¿nh Đćc (cũ) nằm trên đça bàn ph°ång Phñ Th¿nh, thç xã Đćc Phñ, tånh QuÁng Ngãi đ°āc hoàn thành nm 1997, sau gÅn 26 nm sā dăng, nằm trong khu vāc chçu Ánh h°çng mặn, xâm thāc m¿nh nên bç n mòn bê tông, cít thép, dÅm cÅu bç r¿n nćt, đã xuíng cÃp, có nguy c¢ gãy đñ (xem Hình 1.11)
Hình 1.11 Hình Ánh n mòn bê tông cít thép trên kÁt cÃu dÅm cÅu Th¿nh Đćc (thåi đißm khÁo sát nm 2021)
1.2.7 Đánh giá, nhÁn xét
Qua mát sí tìm hißu và dÿ liãu thu thÃp đ°āc trên các công trình h¿ tÅng thuác các đça ph°¢ng t¿i Viãt Nam có thß đ°a ra mát sí đánh giá, nhÃn xét nh° sau:
Trang 37- Tình tr¿ng n mòn cít thép và Ánh h°çng cąa nó đíi vãi các công trình h¿ tÅng sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép là đáng báo đáng VÃn đà này trç nên đặc biãt nghiêm tréng h¢n đíi vãi các đça ph°¢ng ven bißn, là n¢i có môi tr°ång xâm thāc, chća các tác nhân n mòn m¿nh
- KÁt cÃu dÅm, bÁn, tÃm bê tông cít thép có xu h°ãng bç n mòn do môi tr°ång xâm thāc, lãp bê tông bÁo vã bç bong tróc mÃt khÁ nng bÁo vã cít thép bên trong; khi cít thép bç ph¢i trÅn hoặc tng khÁ nng tiÁp xúc vãi tác nhân gây n mòn, nó nhanh chóng bç n mòn, dÁn đÁn mÃt tiÁt diãn chçu lāc, tr°¢ng nç thß tích, gây phát trißn vÁt nćt thêm nghiêm tréng
- Tình tr¿ng n mòn kÁt cÃu bê tông cít thép dián biÁn phćc t¿p gây Ánh h°çng đÁn công tác duy tu bÁo d°ÿng h¿ tÅng có sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép Đá bÃn và tuñi thé công trình qua đó bç suy giÁm nghiêm tréng, Ánh h°çng đÁn quá trình khai thác vÃn hành công trình CÅn thiÁt có thêm nhiÃu nghiên cću nhằm đánh giá các Ánh h°çng cąa quá trình n mòn cít thép đÁn khÁ nng làm viãc cąa kÁt cÃu bê tông cít thép
1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CĀU TRÊN TH¾ GIÞI VÀ TRONG N¯ÞC
1.3.1 Tình hình nghiên cću trên thÁ giãi
Trên thÁ giãi, các vÃn đà liên quan đÁn n mòn cít thép trong cÃu kiãn bê tông cít thép đ°āc rÃt nhiÃu nhà khoa héc quan tâm; nhiÃu đà tài nghiên cću khoa héc chung quanh vÃn đà này đã đ°āc trißn khai tÿ khá sãm càng khẳng đçnh thêm mćc đá quan tréng và chćng të míi quan tâm đặc biãt cąa giãi khoa héc đÁn vÃn đà n mòn cít thép trong cÃu kiãn bê tông cít thép
Ng°åi ta đã đánh giá và xác đçnh Ánh h°çng cąa n mòn cít thép đÁn quá trình làm viãc cąa kÁt cÃu bê tông cít thép Cùng vãi nhiÃu nguyên nhân khác, n mòn cít thép đang là mát rąi ro trong khai thác quÁn lý vÃn hành các công trình có sā hiãn diãn cąa kÁt cÃu bê tông cít thép
æ Mỹ và Canada theo thíng kê vãi hã thíng cÅu cũ lên đÁn h¢n 40% cáng vãi điÃu kiãn khí hÃu cāc kỳ khắc nghiãt nên giãi chćc quÁn lý và các nhà khoa héc ho¿t đáng trong l*nh vāc cÅu đặc biãt quan tâm đÁn hiãn t°āng n mòn bê tông cít thép cùng vãi nhÿng Ánh h°çng tiêu cāc tÿ quá trình n mòn cít thép trong cÃu kiãn bê tông cít thép cąa các công trình cÅu Ngày 15 tháng 12 nm 1965 cây cÅu Silver trên quíc lá 35 kÁt níi Point Pleasant, Tây Virginia và Kanauga, bang Ohio – Mỹ đát nhiên đñ săp xuíng sông Ohio làm 37 xe ô r¢i xuíng sông và 47 ng°åi chÁt Giãi chćc đça ph°¢ng đã chå ra mát trong các nguyên nhân gây sÃp cÅu là do n mòn cít
Trang 38thép, n mòn d°ãi tác dăng cąa ćng suÃt và mëi đã phá hąy công trình theo báo cáo cąa Chris LeRose (2001) [46]
Ành h°çng cąa n mòn cít thép trong cÃu kiãn dÅm bê tông cít thép đÁn viãc phát trißn vÁt nćt và ng°āc l¿i luôn là vÃn đà cÅn đ°āc xem xét c¿n tréng trong quá trình khai thác vÃn hành các công trình h¿ tÅng giao thông Các công trình ven bißn sā dăng kÁt cÃu bê tông cít thép, d°ãi tác dăng cąa tÁi tréng các vÁt nćt xuÃt hiãn và phát trißn trong các cÃu kiãn dÅm; cùng vãi môi tr°ång xâm thāc m¿nh các tác nhân gây n mòn th¿m thÃu và len lõi qua các vÁt nćt gây n mòn cít thép trong cÃu kiãn bê tông cít thép Ngày 28 tháng 6 nm 1983 cÅu Mianus River Bridge t¿i Greenwich bang Connecticut (Hoa kỳ) bç sÃp do m mòn cít thép và do mëi làm 3 ng°åi chÁt và 7 ng°åi bç th°¢ng Ngày 01 tháng 8 nm 2007 cÅu thép bắc qua sông Mississippi bç sÃp làm chÁt 13 ng°åi và 147 ng°åi bç th°¢ng, theo các nhà điÃu tra thì mát trong các nguyên nhân gây sÃp cÅu cũng là do nguyên nhân cít thép bç n mòn theo Stachura S., (2008) [85]
Tác giÁ Stanish, K (2000) [86], đã công bí kÁt quÁ và viãc Dā báo hã sí khuÁch tán cąa bê tông tÿ các thông sí thành phÅn hßn hāp bê tông – thuác Đ¿i héc Toronto Canada T¿i Mỹ, Thomas, M.D.A and Bamforth, P.B (1999) [95] <Modelling chloride diffusion in concrete; effect of fly ash and slag= đã thiÁt lÃp Mô hình hóa khuÁch tán clorua trong bê tông; đánh giá Ánh h°çng cąa tro bay và xå nái dung nghiên cću đà cÃp đÁn khÁ nng chíng khuÁch tán clorua cąa bê tông là mát trong nhÿng yÁu tí chính chi phíi tuñi thé và chi phí vòng đåi cąa kÁt cÃu bê tông Bài báo này trình bày mát mô hình mãi đ°āc phát trißn đß °ãc tính hã sí khuÁch tán bißu kiÁn cąa bê tông dāa trên tỷ lã hßn hāp, vÃt liãu xi mng đ°āc sā dăng và tuñi bê tông Mô hình bao gïm các tác đáng cąa các lo¿i vÃt liãu xi mng bñ sung th°ång thÃy trong các mô hình tuñi thé sā dăng khác nh° tro bay, xå lò cao d¿ng h¿t và khói silic
Quá trình n mòn cít thép làm tr°¢ng nç thß tích cít thép đïng thåi làm giÁm tiÁt diãn chçu lāc cąa cít thép qua đó giÁm khÁ nng kháng uín cąa cÃu kiãn BTCT, d°ãi tác dăng cąa tÁi tréng kÁt cÃu bê tông vùng chçu kéo s¿ xuÃt hiãn nhiÃu vÁt nćt do cít thép vùng này bç n mòn và giÁm khÁ nng kháng uín Đß bÁo vã cít thép h¿n chÁ bç n mòn trong quá trình chÁ t¿o cÃu kiãn bê tông, ng°åi ta th°ång bí trí lãp bê tông bÁo vã dày tÿ 2cm đÁn 4 cm; tuy nhiên bê tông không phÁi là vÃt liãu chíng thÃm tít nên quá trình xâm nhÃp cąa các tác nhân n mòn vÁn âm thÅm dián ra và khi chiÃu dày lãp bê tông bÁo vã càng lãn thì quá trình phát trißn vÁt nćt càng rõ rãt theo Tuutti (1982) [99]
Trang 39æ Pháp t¿i phòng thí nghiãm LMDC – thuác viãn khoa héc ćng dăng quíc gia Toulouse CH Pháp, Castel A và cáng sā, (2000) [48] «Couplage mécanique et corrosion dans les éléments de béton armé », Thèse de Doctorat de l’Université Paul Sabatier de Toulouse, nhóm nghiên cću đã chÁ t¿o nhÿng dÅm bê tông cít thép tÿ nm 1984, kích th°ãc mặt cắt dÅm bxh=150mmx280mm, mßi dÅm dài 3000mm Nhÿng dÅm này đ°āc thiÁt kÁ theo tiêu chu¿n BAEL cąa Pháp và đ°āc tiÁn hành thí nghiãm n mòn cít thép trong suít gÅn 20 nm đß đ°a ra đ°āc nhÿng kÁt luÃn và quá trình n mòn BTCT và nhÿng Ánh h°çng cąa nó đÁn khÁ nng chçu lāc Că thß khi cít thép bç n mòn, nó có Ánh h°çng kép đÁn ćng xā c¢ héc cąa kÁt cÃu: làm giÁm khÁ nng chçu lāc do diãn tích cít thép bç giÁm so vãi bí trí ban đÅu; làm giÁm đá cćng cąa cÃu kiãn do giÁm diãn tích cít thép và giÁm lāc dính giÿa bê tông và cít thép; làm giÁm đá võng khi kÁt cÃu dÅm bç phá ho¿i
Mát nghiên cću cąa nhóm nhà khoa héc đÁn tÿ tr°ång Đ¿i héc Cairo, Ai CÃp Mohamed Moawad và nkk (2015) [73], và viãc so sánh sā n mòn cít thép trên dÅm BTCT dā ćng lāc và dÅm BTCT th°ång, kÁt quÁ nghiên cću đã chå ra rằng Ánh h°çng cąa n mòn do môi tr°ång xâm thāc có tác dăng m¿nh m¿ và làm giÁm nhanh khÁ nng kháng uín đíi vãi kÁt cÃu dÅm BTCT th°ång ĐiÃu này tác đáng ít h¢n đíi vãi kÁt cÃu dÅm BTCT dā ćng lāc (D¯L) cùng điÃu kiãn môi tr°ång thí nghiãm, nhóm cũng chå ra nguyên nhân BTCT D¯L ít bç Ánh h°çng là do vÁt nćt trên bê tông phát trißn ít h¢n, thêm vào đó thép c°ång đá cao đ°āc bao béc và bÁo vã bçi vÿa bê tông và íng gen nên các tác nhân n mòn khó tiÁp xúc đß thúc đ¿y quá trình n mòn cít thép
Nm 2018, nhóm héc viên cao héc Hussain, H., & Miteva, D (2018) [64], thuác tr°ång Đ¿i héc Công nghã Chalmers, Thăy Đißn, đã hoàn thiãn luÃn vn nghiên cću và ćng xā cąa cÃu trúc BTCT bç n mòn bằng mô hình 3D FE, nhóm tác giÁ đã tiÁn hành đánh giá tính nng cąa dÅm BTCT bç n mòn bằng các thí nghiãm và mô hình phÅn tā hÿu h¿n (FE), kÁt quÁ nghiên cću đã kÁt luÃn quá trình n mòn làm giÁm đ°ång kính cít thép chçu lāc, giÁm lāc bám dính giÿa bê tông và cít thép qua đó làm giÁm khÁ nng chçu tÁi cąa dÅm BTCT
æ Nga theo sí liãu thíng kê cąa tác giÁ V F Stepanova (2013) [92], trên T¿p chí Xây dāng Công nghiãp và dân dăng Nga - có tÿ 15% - 75% sí kÁt cÃu cąa nhà và công trình vãi các công nng khác nhau chçu sā tác đáng cąa môi tr°ång n mòn và hàng nm có tÿ 5% - 10% sí kÁt cÃu bç hëng không sā dăng đ°āc nÿa NÁu tính đÁn tình tr¿ng già hóa cąa quỹ công trình xây dāng c¢ bÁn (XDCB) cąa LB Nga thì quá trình nêu trên s¿ chå có chiÃu h°ãng ngày càng trÅm tréng h¢n Theo đặt hàng
Trang 40cąa chính quyÃn thành phí Moskva, Phòng thí nghiãm n mòn và sā bÃn vÿng cąa kÁt cÃu BT và BTCT trāc thuác Viãn Nghiên cću BTCT mang tên A.A Gvozdiev đã nghiên cću và quá trình n mòn BT và BTCT đß tÿ đó đ°a ra các nhóm giÁi pháp nhằm bÁo vã, nâng cÃp và sāa chÿa các công trình BTCT bç n mòn
T¿i Thăy Đißn tác giÁ Tuutti, K (1980) [98] <Service life of structures with regard to corrosion of embedded steel= <Tuñi thé sā dăng cąa các kÁt cÃu liên quan đÁn n mòn cít thép= Ông đ°a ra mô hình hai giai đo¿n cąa tuñi thé sā dăng cąa kÁt cÃu bê tông cít thép Trong mô hình đã xem nh° D là không thay đñi theo thåi gian Trong giai đo¿n lan truyÃn ch°a xét đÁn sÁn ph¿m n mòn thâm nhÃp vào vÁt nćt
T¿i Nauy, nhóm tác giÁ Tang, L and Nilsson, L-O., (1992) [94], <Chloride diffusivity in high strength concrete at different ages.= Nordic Concrete Research, đã trình bày kÁt quÁ và sā khuÁch tán clorua trong bê tông c°ång đá cao ç các tuñi khác nhau
Nghiên cću thāc nghiãm dā báo đá khuÁch tán clorua qua bê tông khi chçu ćng suÃt đã đ°āc đà cÃp trong mát sí nghiên cću cąa Al-Kutti, Walid., (2014) [40]; Mohammad, Tahershami (2016) [72]; Sarja A and E Vesikari (1996) [88] KÁt quÁ nghiên cću cho thÃy, khi ćng suÃt v°āt qua ng°ÿng đàn hïi, vãi sā xuÃt hiãn các vÁt nćt vi mô trong bê tông, hã sí khuÁch tán clorua tng nhanh so vãi tr°ång hāp bê tông còn nguyên vẹn
Cùng vãi sā phñ biÁn cąa công nghã hiãn đ¿i; viãc sā dăng các phÅn mÃm sí đß mô phëng và phân tích, so sánh nhằm đ°a ra nhÿng đánh giá mang tính că thß h¢n và sā suy giÁm khÁ nng kháng uín cąa dÅm BTCT khi cít thép bç n mòn đã đ°āc nhiÃu nhà khoa héc ćng dăng trißn khai và có nhÿng kÁt quÁ công bí ráng rÁi
Nm 1998, tác giÁ Weyers, R.E., [102] <Service life model for concrete structures in chloride laden environments.= ACI Materials Journal, Mô hình tuñi thé sā dăng đíi vãi các kÁt cÃu bê tông trong môi tr°ång clorua Weyers đ°a ra mô hình tuñi thé sā dăng cąa các kÁt cÃu bê tông cít thép trong môi tr°ång clorua gïm các giai đo¿n níi tiÁp nhau: Giai đo¿n khuÁch tán clorua vào cít thép và giai đo¿n n mòn gây nćt vÿ, giai đo¿n n mòn đÁn nguy hißm cho kÁt cÃu Tuy nhiên trong mô hình ch°a xét đÁn Ánh h°çng cąa đá ¿m và hiãn t°āng gå chèn vào vÁt nćt gây phát trißn vÁt nćt
Mát nghiên cću khác, theo K Lundgren (2007) [70], khi cít thép bắt đÅu bç n mòn, đặc biãt là khi n mòn lan truyÃn, đ°ång kính cít thép bắt đÅu suy giÁm, ćng xā cąa kÁt cÃu bê tông cít thép s¿ khác so vãi tr°ång hāp cít thép còn nguyên vẹn Tùy theo mćc đá n mòn cít thép, sćc kháng cąa kÁt cÃu s¿ bç suy giÁm khác nhau