HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --- TRẦN BẢO LÂM KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM PHƯƠNG PHÁP KIỀM HÓA NHẰM TÁI THỤ ĐỘNG CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG CỐT THÉP ĐÃ BỊ CACBONAT HÓA Chuyên ngành: Kỹ thuật x
TỔNG QUAN
TÌNH TRẠNG ĂN MÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Các cấu kiện bê tông cốt thép là vật liệu quan trọng nhất được sử dụng trên thế giới do giá thành rẻ và dễ dàng thi công Theo thống kê thì việc tiêu thụ bê tông trên toàn thế giới chỉ đứng sau việc tiêu thụ nước với hơn 1 tấn/người/năm Nhưng khi kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi trường nồng độ CO2 cao như thành thị nơi có mức độ ô nhiễm cao và có điều kiện khí hậu thuận lợi cho quá trình cacbonat hóa trong bê tông xảy ra Quá trình này làm giảm độ pH trong bê tông theo thời gian, gây phá vỡ lớp màng thụ động bảo vệ cốt thép, dẫn đến sự ăn mòn cốt thép và hình thành các vết nứt trong bê tông, cuối cùng làm giảm tuổi thọ kết cấu
Hình 1 1: Lớp bê tông bảo vệ bị cacbonat hóa
Ngày nay, việc xuất hiện ngày càng nhiều các trung tâm công nghiệp đã vô tình làm cho không khí ngày càng ô nhiễm nặng và hiện tượng cacbonat hóa bê tông không còn là vấn đề được xem nhẹ nữa mà chúng ta cần phải quan tâm chú ý hơn
Theo thống kê ở các nước phát triển có hơn một nữa các công trình đang bị hư hại nặn do bị ăn mòn cốt thép và hơn 1 tỉ USD được phê duyệt để sửa chữa hoặc làm hạn chế tối đa mức độ hư hại của kết cấu Bảng 1.1 đưa ra một vài trường hợp bị hư hại và phần kinh phí dùng để sửa chữa các hư hại do ăn mòn cốt thép trong bê tông gây ra
Bảng 1 1: Các hư hại và tổn thất về kinh tế do ăn mòn cốt thép trong bê tông
Sự kiện Thiệt hại Tổn thất tiền bạc Tham khảo
Theo cục thống kê Mỹ
Cầu đường cao tốc hư hại do ăn mòn
Chi phí sửa chữa bản mặt cầu, cơ sở hạ tầng và bãi đỗ xe
Theo cục thống kê Anh Đường mô tô và xe tải ở Anh và Wale hư hại do ăn mòn
Chi phí sửa chữa các kết cấu bê tông cốt thép
Sập tòa thị chính Berlin
Sập bãi đỗ xe ở Minnesota
Sập cầu bê tông cốt thép ở Wale
Ở Úc, theo thống kê của Cục Đường Bộ (SRAs State Road Authorities) hệ thống đường giao thông với hơn 8000 cầu bê tông và hơn 16000 đường ống ngầm Giá trị của mỗi cây cầu hơn 8.5 tỉ USD Có nhiều kết cấu phải làm việc trong môi trường xâm thực và có nhiều dấu hiệu cho thấy các cây cầu trên biển dễ bị tác động bởi các tác nhân xâm thực của môi trường Thông thường kinh phí dùng cho việc sửa chữa không thấp hơn bao nhiêu so với giá trị thực của công trình
Ở Anh, theo báo cáo của khoa Giao Thông thì chi phí hằng năm để duy tu sửa chữa do muối phun chống băng ở các dầm cầu xe ô tô và xe tải là 616.5 tỉ bảng Anh và chi phí này chiếm 10% tổng tài sản quốc gia Thêm vào đó, những công trình cầu đường, nhà cửa và các công trình biển cũng chịu tác động Năm 1997 ước tính khoảng 750 triệu bảng Anh được chi ra để phục hồi tất cả hư hỏng do ăn mòn ở các công trình
Người ta ước tính rằng chi phí cần để sửa chữa các cây cầu bị xuống cấp do ăn mòn cốt thép trong bê tông ở Mỹ năm 2000 khoảng 5 tỉ USD Cũng ở nước này, hằng năm chính phủ phải chi ra hơn 150 tỉ USD để khắc phục tình trạng ăn mòn cốt thép của các cây cầu ở đường liên bang do phải phun muối chống đóng băng để đảm bảo giao thông không bị tắt nghẽn vào mùa đông
Ăn mòn cốt thép trong bê tông gây ra những hư hại lâu dài trong cấu trúc rất khó phát hiện Đồng thời, các hư hại hình thành sau một thời gian dài cùng với một số tác nhân bên ngoài (khí hậu, tải trọng, thiên tai…) dẫn đến kết cấu có thể bị phá hủy đột ngột, gây ra các thiệt hại nghiêm trọng về tính mạng và vật chất Một số tại nạn do ăn mòn cốt thép gây ra: o Ngày 15/12/1967: Sự cố sập cầu Bạc nối Point Pleasant, Tây Virginia và Kanauga, Ohio sau 39 năm đưa vào sử dụng, làm 46 người chết Nguyên nhân là do cốt thép bị ăn mòn cùng với tải trong quá lớn làm cầu bị gãy đôi o Ngày 1/8/2007: Sự cố sập cầu bắt ngang sông Mississippi, Mỹ làm 13 người chết và 100 người bị thương Nguyên nhân là do chất thải của chim rải rác trên cầu làm các thanh cốt thép bị gỉ nhanh hơn
Hình 1 2: Sập cầu Bạc nối 2 vùng Point Pleasant – Tây Virginia và Kanauga – Ohio
Vì thế, nếu hiểu biết được quá trình ăn mòn cốt thép, sớm phát hiện, theo dõi và đưa ra giải pháp kịp thời thì có thể ngăn cản và hạn chế phần nào các hư hại, nhân lực, tiền của dùng cho việc sửa chữa và khắc phục hư hại do ăn mòn cốt thép gây ra, từ đó tránh được các tai nạn đáng tiếc xảy ra
So với các nước ở vùng Ôn đới như Anh, Mỹ, Úc thì Việt Nam có đặc thù khí hậu nóng ẩm, mưa bão nhiều nên tạo ra môi trường ăn mòn mạnh hơn đối với các kết cấu bê tông cốt thép
Điều kiện lí tưởng để thúc đẩy quá trình cacbonat hóa hoạt động mạnh là trong môi trường có độ ẩm không khí ở mức 50 65%, nhiệt độ và nồng độ CO2 trong không khí cao Đây là những điều kiện rất phù hợp với khí hậu ở nước ta
Cacbonat hóa là một quá trình xảy ra chậm, lâu dài, đặc biệt khi nhiệt độ ổn định bình thường, tốc độ của quá trình này có thể đo đạc và ngăn chặn Tuy nhiên, nó lại là vấn đề nghiêm trọng đối với những công trình có tuổi thọ cao (trên 30 năm).
CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ VÀ CHỐNG CACBONAT HÓA CHO BÊ TÔNG CỐT THÉP
1.2.1 Các phương pháp bảo vệ
Chất lượng bê tông và việc tính toán hợp lí bề dày lớp bảo vệ cốt thép là những nhân tố đầu tiên giúp làm chậm quá trình ăn mòn cốt thép Hỗn hợp bê tông sử dụng cho công trình phải có tỉ lệ nước/xi măng (N/X) 0.5 để làm chậm quá trình cacbonat hóa qua các lỗ rỗng trong cấu trúc bê tông Tiêu chuẩn của Hiệp hội bê tông Hoa Kì ACI 318 khuyến cáo chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép 1.5 in (38.1 mm) và tối thiểu 0.75 in (19.05 mm) so với kích thước cốt liệu thô trong hỗn hợp bê tông Bên cạnh đó, ACI 357 khuyến cáo lớp bê tông bảo vệ tối thiểu là 2.5 in (63.5 mm) đối với kết cấu BTCT xây dựng trong môi trường biển
Hàm lượng cốt thép đủ lớn có tác dụng kiềm chế sự phát triển và mở rộng vết nứt
Tiêu chuẩn ACI 224 kiến nghị bề rộng vết nứt cho phép không vượt quá 0.006 in (0.152mm) cho kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường biển
Bê tông cần được đúc và dưỡng hộ một cách chính xác để hạn chế ăn mòn Kết cấu bê tông cần được dưỡng hộ tối thiểu 7 ngày sau khi đúc ở 21 o C đối với bê có tỉ lệ N/X = 0.4 và lên đến 06 tháng đối với hỗn hợp bê tông có tỉ lệ N/X = 0.6 Nhiều báo cáo khoa học đã chỉ ra rằng độ rỗng của bê tông giảm rõ rệt khi thời gian dưỡng hộ tăng lên và tất nhiên khả năng chống ăn mòn cũng được cải thiện đáng kể
Một số công nghệ chống ăn mòn khác thường được sử dụng cho kết cấu BTCT bao gồm sử dụng các màng ngăn nước khi đổ bê tông, sử dụng cốt thép mạ kẽm, cốt thép phủ epoxy, sử dụng thép không gỉ và phương pháp anot hy sinh…
1.2.2 Tiêu chuẩn áp dụng trong thiết kế và thi công
Tiêu chuẩn TCXDVN 327 : 2004 đưa ra các yêu cầu kỹ thuật về: thiết kế, lựa chọn vật liệu, thi công nhằm đảm bảo khả năng chống ăn mòn cho kết cấu bê tông và BTCT sử dụng cho công trình có tuổi thọ tới 50 năm Đối với công trình yếu cầu có niên hạn sử dụng cao hơn 100 năm cần áp dụng các biện pháp bảo vệ hỗ trợ như sau: o Tăng mác bê tông thêm 10 Mpa và tăng độ chống thấm thêm một cấp hoặc tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ thêm 20mm o Tăng cường bảo vệ mặt ngoài kết cấu bằng một lớp bê tông phun khô có mác bằng bê tông kết cấu dày tối thiểu 15mm o Tăng cường thêm lớp sơn chống ăn mòn phủ mặt cốt thép trước khi đổ bê tông o Quét sơn chống thấm bề mặt kết cấu, dùng chất ức chế ăn mòn cốt thép hoặc bảo vệ trực tiếp cốt thép bằng phương pháp anot hy sinh.
TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP KIỀM HÓA TÁI THỤ ĐỘNG CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN NAY
THỤ ĐỘNG CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG CỐT THÉP HIỆN NAY
1.3.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Từ tháng 8/1993 đến tháng 2/1997, Alberto A Sagues, Eric I Moreno, Walter
Morris, Carmen Andradet [1] dưới sự hổ trợ của Sở giao thông vận tải bang Florida, Mỹ đã nghiên cứu tác nhân ăn mòn kết cấu của các cây cầu biển ở Florida, họ đã phát hiện ra sự xâm nhập của các ion clorua qua lớp bê tông bảo vệ, gây ăn mòn cốt thép và lớp bê tông bảo vệ bị phá hủy do tác dụng với khí CO2 trong không khí, đó là quá trình cacbonat hóa bê tông
Từ ngày 25-26/2004, tại hội nghị “OUR WORLD IN CONCRETE &
STRUCTURES” lần thứ 29 diễn ra tại Singapore, các nhà khoa học đến từ đại học Kuwait và Anh [2] đã nghiên cứu và đưa ra một số kết luận sau: o Tỷ lệ nước/xi măng là thông số chính ảnh hưởng đến tốc độ cacbonat hóa bê tông o Dưỡng hộ trong nước 6 ngày có thể giảm độ sâu cacbonat hóa với mức độ tương đương với dưỡng hộ trong nước 13 hoặc thậm chí 27 ngày o Bốn loại phụ gia chính được sử dụng trong hỗn hợp bê tông gồm:phụ giasiêu giảm nước, phụ gia siêu giảm nước và kéo dài thời gian ninh kết, phụ gia giảm nước và kéo dài thời gian ninh kết, và các phụ gia dẻo Hình 1.6 cho thấy các giá trị khác nhau của độ sâu cacbonat hóa của các mẫu là khác nhau khi sử dụng các phụ gia khác nhau Giá trị K (hệ số dẫn nhiệt) là thấp nhất đối với mẫu sử dụng phụ gia A7, một chất hóa dẻo tạo ra từ canxi lignosulfonate Tuy nhiên, giá trị K cao nhất đối với mẫu có chứa các phụ gia A10 và A9 Phụ gia A9 là phụ gia siêu dẻo tạo ra từ natri naphthalene gian ninh kết có thành phần giống phụ gia A9 và các mẫu này có độ sâu cacbonat hóa trung bình cao nhất: 9,2 mm vào khoảng 3100 ngày (K 3.19) o Ảnh hưởng của 4 hợp chất bảo dưỡng được sử dụng trong thí nghiệm này, bao gồm: C1: tạo từ natri silicat, C2: tạo từ nhựa (resin), C3: tạo từ nhũ sáp, C4: tạo từ nhựa trắng (white resin) Những kết quả thí nghiệm chỉ ra rằng việc sử dụng các hợp chất C2 và C3 giảm độ sâu cacbonat hóa khoảng 13% sau gần 8 năm o Xi măng Portland bền sulphate bị cacbonat hóa nhiều nhất, rồi tới xi măng Portland thông thường, cuối cùng là xi măng Portland trắng Độ sâu cacbonat hóa trong 8,6 năm tương ướng với ba loại xi măng trên là 15.5, 15.0 và 13.5 mm Chiều sâu cacbonat hóa càng tăng thì cường độ nén của bê tông càng giảm
Theo Jack M Chi, Ran Huang và C.C.Yang [3] đưa ra một số kết luận sau: o Tỉ lệ N/X là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chiều sâu Cacbonat hóa trong bê tông o Chiều sâu Cacbonat hóa tỉ lệ với căn bậc 2 thời gian phơi sáng o Chiều sâu Cacbonat hóa càng tăng thì cường độ nén của BT càng giảm o Điện trở suất của BT càng tăng khi thời gian bị Cacbonat hóa càng dài o Độ ăn mòn của bê tông bị Cacbonat hóa là cao hơn bình thường
Từ các báo cáo và kết quả nghiên cứu về cacbonat hóa bê tông cốt thép, các nhà nghiên cứu khoa học nhận thấy được mức độ nghiêm trọng của quá trình này đã tiến hành nghiên cứu các giải pháp phù hợp cả về kinh tế lẫn kiến trúc nhằm mục đích phụ hồi được trạng thái làm việc và kiến trúc ban đầu của kết cấu
Năm 2004, Weichung Yeih và Jiang Jhy Chang [4] thuộc khoa Công trình thủy của trường đại học quốc gia Hàng hải Đài Loan đã tiến hành nghiên cứu hiệu quả của phương pháp kiềm hóa đối với cấu kiện bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa
Năm 2008, Luca Bertolini [5] thuộc khoa Công nghệ vật liệu của trường đại học Amsterdam đã tiến hành công tác phục hồi bảo tồn di sản văn hóa Nhà thờ Antonio abate ở Valmadrera bằng phương pháp kiềm hóa Trong quá trình công tác ông đạt được một số kết quả khả quan từ phương pháp này o Kết quả đạt được:
▪ Mục tiêu chính của phương pháp kiềm hóa: Bảo vệ cốt thép của các công trình lịch sử lâu năm mà vẫn giữ được đặc trưng trạng thái ban đầu của công trình cũng như vật liệu của nó
▪ Nhận ra sự phân bố khác nhau của độ kiềm trong lớp bê tông bảo vệ: do sự xâm nhập từ bên ngoài khoảng vài mm và do quá trình điện hóa ở catot ở vùng bê tông gần cốt thép Đây là 2 con đường chính làm phục hồi lớp kiềm trong bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa hoàn toàn
Năm 2013, P.H.L.C Riberio [6] thuộc trường đại học Brazil đã nghiên cứu chuyên sâu về các đặc tính của vật liệu đến ảnh hưởng đến hiệu quả của phương pháp kiềm hóa o Kết quả đạt được:
▪ Điện phân nước là tác nhân chính của quá trình kiềm hóa bê tông cốt thép bị cacbonat hóa
▪ Tỉ lệ N/X tỉ lệ nghịch với điện trở suất của bê tông, thời gian kiềm hóa, lượng điện tích đi qua
▪ Phụ gia pozzolanic trong xi măng góp phần kéo dài thời gian kiềm hóa, cũng như làm mất đi phần nào độ kiềm trong bê tông do phản ứng với pozzolanic
▪ Lớp bê tông bảo vệ càng dày thì càng cần nhiều lượng điện tích đi qua cũng như thời gian kiềm hóa càng lớn
Trên đây là một số nghiên cứu về kiềm hóa trong những năm gần đây, tuy nhiên vào những năm cuối của thế kỉ 20 đã có một số nghiên cứu đặt tiền đề cho phương pháp này Ví dụ, Kazusuke Kobayyashi, Yuichi Uno (1990) [7] ; J.Mietz (1995) [8] ; P.F.G Banfill (1997) [9] ; C Andrade, M Castellote, J Sarria, C.Alonso (1999) [10] ; J.A Gonzalez, A Cobo, M.N Gonzalez và E Otero (2000) [11]
1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay, tình hình nghiên cứu về cacbonat hóa bê tông trong nước còn hạn chế
Bởi vì, tác hại của quá trình cacbonat hóa bê tông gây ra cho công trình là vấn đề lâu dài mới thể hiện rõ Cho nên việc nghiên cứu, tìm hiểu mất rất nhiều thời gian, có thể kéo dài hàng chục năm tương đương với tuổi thọ của một công trình Tuy nhiên, có một số công ty Việt Nam đang dần dần đặt bước đầu tiên vào trong lĩnh vực này và đang trong quá trình thu thập dữ liệu từ thực trạng tại một số công trình có biểu hiện hư hại do cacbonat hóa như bệnh viện, nhà máy, cầu cống, chợ, thương xá…mà đã xây dựng cách đây rất lâu Bên cạnh đó, các kỹ sư trong các trường đại học xây dựng cũng đang được nhà trường định hướng phát triển các đề tài thuộc lĩnh vực duy tu, sửa chữa, bão dưỡng công trình mà vấn đề phục hồi các
Việt Nam đang dần tiếp thu, hòa nhập với các vấn đề mà thế giới cũng quan tâm về lĩnh vực xây dựng nói chung và lĩnh vực xâm thực nói riêng Đang dần chuyển mình phát triển chung và đột phá trong nghiên cứu đối với các nước trên thế giới.
MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Thấy được tác động và hiệu quả của phương pháp kiềm hóa đối với khả năng bảo vệ và chống ăn mòn bê tông cốt thép thông qua khảo sát bằng thực nghiệm phương pháp kiềm hóa nhằm tái thụ động cốt thép trong bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Tổng quan hiện trạng ăn mòn và phá hủy cốt thép do quá trình cacbonat hóa trong bê tông cốt thép
Tổng quan các phương pháp chống ăn mòn cốt thép trong bê tông cốt thép
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tình hình nghiên cứu của phương pháp kiềm hóa sử dụng dung dịch Na2CO3 trong và ngoài nước
Xây dựng và thực hiện phương pháp kiềm hóa trong phòng thí nghiệm
Khảo sát sự thay đổi các tính chất cơ – lý – hóa bên trong bê tông trước, trong và sau khi kiềm hóa
Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân Na2CO3 tới hiệu quả kiềm hóa
Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ dòng điện phân tới hiệu quả kiềm hóa
Lấy mẫu theo từng độ sâu và tiến hành xác định độ pH của lớp bê tông trước và sau khi kiềm hóa, từ đó xác định mối liên hệ với sự thay đổi các tính chất của bê tông cốt thép sau khi kiềm hóa
Khảo sát sự ảnh hưởng đến chất lượng cốt thép trong bê tông cốt thép sau khi kiềm hóa.
CƠ SỞ KHOA HỌC
2.1 CÁC DẠNG XÂM THỰC BÊ TÔNG
Các công trình bê tông cốt thép được xây dựng qua nhiều thời kì, đa dạng về loại hình kết cấu, chất lượng không đồng đều do phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ khâu thiết kế, thi công, quản lý khai thác công trình và tác động của tĩnh tải, hoạt tải ( tần suất và cường độ ), tác động của môi trường nhiệt độ, độ ẩm, mức xâm thực của không khí và nước …Theo thống kê của các cơ quan chuyên môn, các hư hỏng công trình bê tông cốt thép xuất phát từ các nguyên nhân sau: o Hư hỏng do sai sót thuộc về thiết kế, thi công, quản lý khai thác o Hư hỏng do tác động biến dạng nền móng, mố trụ o Hư hỏng do tác động của các yếu tố khí hậu môi trường bên ngoài và xâm thực o Trong đó, hư hỏng do tác động của các yếu tố khí hậu môi trường bên ngoài và xâm thực gồm có các dạng nêu sau
2.1.1 Do sự hòa tan các sản phẩm thủy hóa xi măng
Đối với BT và BTCT các công trình thủy lợi làm việc trong môi trường nước, đặc biệt điều kiện có chênh lệch mực nước, khi khả năng chống thấm của bê tông không đảm bảo, nước thấm qua bê tông sẽ hòa tan vôi trong thành phần của đá xi măng và cuốn theo dòng thấm ra ngoài dưới dạng Ca(OH)2, quá trình tiếp diễn lâu dài sẽ làm cho khối BT dần bị rỗng rỗ, suy giảm cường độ Qua kiểm tra đánh giá chất lượng bê tông các công trình thủy điện Hòa Bình, Thác Bà, Cống dưới đê An Thổ - Tứ kỳ - Hải Dương, Cống Trung Lương – Hà Tĩnh, v.v… cường độ bê tông tại những khu vực bị thấm tiết vôi, cường độ bê tông giảm từ 10-40% so với những vị trí bê tông đặc chắc [12]
2.1.2 Do cấu kiện làm việc trong môi trường có mực nước thay đổi liên tục
Đây là một trong những dạng xâm thực rất thường gặp đối với bê tông (BT) và bê tông cốt thép (BTCT) công trình thủy lợi, đặc biệt là các cống vùng triều, bê tông lát mái đê biển, v,v…
Nguyên nhân là do, khi mực nước thường xuyên thay đổi, làm cho bề mặt bê tông thường xuyên lặp lại các chu kỳ bị làm ướt rồi lại khô, tức là làm cho BT luôn trong trạng thái trương nở-co ngót, hiện tượng này đặc biệt nguy hiểm trong điều kiện nhiệt độ, và bức xạ mặt trời cao vào mùa hè và khi nắng chiếu trực diện vào
Hiện tượng trương nở-co ngót liên tục sẽ làm xuất hiện nội ứng suất trong BT và gây nên các vi nứt trên bề mặt BT, cứ như thế xâm thực càng tiến sâu vào trong khối bê tông do nước qua vết nứt thấm sâu vào trong BT, dẫn đến phạm vi chịu ảnh hưởng của hiện tượng ướt-khô sâu hơn vào trong khối BT BT bị nứt sẽ suy giảm cường độ, và dưới các tác động của ngoại lực như sóng, bê tông sẽ dần bị ăn mòn, cường độ suy giảm
Kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về ảnh hưởng của chu kỳ ướt-khô trong điều kiện nhiệt độ tăng từ 20-70 o C, sau 240 chu kỳ, cường độ chịu kéo khi uốn của bê tông giảm tới 15-26%, bê tông có cường độ và độ chống thấm thấp thì mức độ suy giảm cường độ càng lớn
2.1.3 Do tạo thành các chất tích tụ gây nở thế tích từ các phản ứng hóa học
Thường gặp nhất là ở các công trình thủy lợi khu vực ven biển, công trình thủy lợi trong vùng nước chua phèn, v,v
Nước biển của các đại dương trên thế giới thường chứa khoảng 3,5% các muối hoà tan: 2,73% NaCl ; 0,32% MgCl2 ; 0,22% MgSO4 ; 0,13% CaSO4; 0,02% KHCO3 và một lượng nhỏ CO2 và O2 hoà tan, pH 8,0
Nước biển Việt Nam có thành phần hoá học, độ mặn và tính xâm thực tương đương các đại dương khác trên thế giới, riêng vùng gần bờ có suy giảm chút ít do ảnh hưởng của các con sông chảy ra biển ( xem bảng 1 và bảng 2) [13]
Bảng 2 1: Thành phần hóa học của nước biển
Bảng 2 2: Độ mặn nước biển tầng mặt trong vùng biển Việt Nam
Môi trường không khí ven biển, môi trường nước chua, phèn cũng chứa rất nhiều tác nhân gây xâm thực BT và BTCT như ion SO4 2-, ion Cl - , ion Mg 2+ , v,v…
Trong môi trường nước hàm lượng ion SO4 2- > 250mg/l xâm thực bê tông xảy ra đáng kể, đối chiếu với số liệu tại bảng 1 thì nước biển là môi trường gây xâm thực rất mạnh đối BT, nguyên nhân là ion SO4 2- tác dụng với các sản phẩm thủy hóa của xi măng Ca(OH)2 tạo ra các chất tích tụ như CaSO4.2H2O, tăng thể tích gấp 2,34 lần so với thể tích của Ca(OH)2 ngoài ra CaSO4.2H2O lại có thể tiếp tục tương tác với 3CaO.Al2O3.6H2O để tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.31H2O (ettringit) nở thể tích lên 4,8 lần Hiện tượng tăng thể tích của các chất tích tụ làm xuất hiện nội ứng, gây nứt bê tông, cứ tiếp tục như thế, nước chứa ion SO4 2- tiếp tục thấm sâu vào trong khối BT thông qua các vết nứt làm cho quá trình xâm thực diễn ra liên tục và sâu rộng
Xâm thực cốt thép trong môi trường nước có chứa ion Cl - cũng là nguyên nhân chính gây phá hủy các công trình BTCT khu vực ven biển Quá trình xâm thực cốt thép có thể bắt đầu ngay từ khi hàm lượng ion clorua xâm nhập vào miền bê tông sát cốt thép không lớn (khoảng 0,60 ÷ 0,80 kg/m 3 bê tông) Do sản phẩm xâm thực (gỉ sắt) nở thể tích 4 ÷ 6 lần sẽ gây ứng suất làm nứt bê tông bảo vệ dọc theo các thanh cốt thép bị xâm thực, tạo điều kiện thuận lợi cho sự xâm nhập ngày càng nhanh ion clorua vào bên trong khối bê tông, dẫn đến tốc độ xâm thực cốt thép phát triển mạnh hơn và công trình xây dựng nhanh chóng bị phá hủy
2.1.4 Do mài mòn cơ học
Đây là một dạng xâm thực bê tông xảy ra khá phổ biến ở các công trình thủy lợi như tràn xả lũ, các loại cống, bê tông gia cố kè sông, kè biển Dưới tác động mài mòn của dòng nước chảy xiết và sóng, đá xi măng trên bề mặt bê tông sẽ bị dòng nước bào mòn, sau đó các hạt có kích thước lớn hơn (hạt cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn) sẽ bị rửa trôi do không còn liên kết làm cho bê tông dần bị xâm thực
Một số hạng mục công trình thủy lợi như tường cánh, tường bên tràn, cống, mố tiêu năng, v.v làm việc trong điều kiện tiếp xúc với dòng nước có lưu tốc lớn thường xuất hiện những khu vực tách dòng gây lên hiện tượng khí thực, áp suất âm Tại những khu vực này bê tông bị xâm thực rất mãnh liệt
Kết quả kiểm tra bê tông mố tiêu năng và tường cánh 12 cửa xả đáy nhà máy Thủy điện Hòa Bình năm 2000 - 2002 cho thấy, tại các mố tiêu năng, có chỗ bê tông bị xâm thực sâu tới 70-80 cm, rộng 4-6 m 2 , tại tường cánh bê tông bị xâm thực sâu tới 30cm, rộng từ 2-3 m 3 Nguyên nhân là do áp suất khí thực đã thắng được khả năng chịu kéo của bê tông (thường rất nhỏ), làm cho từng phần bê tông dần bị tách ra khỏi khối bê tông
2.1.6 Một số dạng xâm thực khác
Như xâm thực do vi sinh vật gây ra (các loại hà, sò biển, v.v ), xâm thực do sự tương tác của các dạng axit, muối trong môi trường nước với các sản phẩm thủy hóa trong xi măng tạo ra các hợp chất tan mạnh, hoặc không có cường độ, v.v cũng thường xảy ra đối với một số công trình thủy lợi bằng BT và BTCT
Một số hạng mục công trình BT và BTCT có thể cùng một lúc chịu ảnh hưởng của nhiều dạng xâm thực khác nhau
2.1.7 Những nguyên nhân cơ bản gây xâm thực bê tông và bê tông cốt thép trong công trình thủy lợi
HỆ NGUYÊN LIỆU VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM
Chương này nói về hệ nguyên liệu, quá trình tạo mẫu bê tông cốt thép hình trụ 15
30 (cm) đại diện cho các mác bê tông khác nhau đã bị cacbonat hóa hoàn toàn lớp bê tông dùng cho các thí nghiệm khảo sát mức độ kiềm hóa Ở đề tài nghiên cứu lần này, nhóm nghiên cứu thực hiện với mục đích khảo sát mức độ kiềm hóa đối với lớp bê tông đã bị cacbonat hóa và độ sâu kiềm hóa chính là đơn vị chính để khảo sát trực quan Do đó, các yếu tố được khảo sát như: nồng độ dung dịch điện phân, cường độ dòng điện phân, cường độ bê tông, thời gian đều được khảo sát thông qua mối liên hệ với độ sâu kiềm hóa
3.1.1 Cốt liệu lớn Đá xanh Biên Hòa được sử dụng để đúc mẫu, đường cấp phối hạt và các chỉ tiêu cơ lí của đá được thí nghiệm và tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 và TCVN 339:1986
Bảng 3 1: Đặc trưng cơ lí của cốt liệu thô
Kích thước cỡ hạt (mm) 5 – 25
Khối lượng thể tích, o (kg/m 3 ) 1437.5
Hình 3 1: Cốt liệu lớn Hình 3 2: Cốt liệu nhỏ
Hình 3 3: Biểu đồ cấp phối hạt của đá
Cát được sử dụng để đúc mẫu là cát sông được lấy mẫu và xác định cấp phối hạt cũng như các chỉ tiêu cơ lí khác theo tiêu chuẩn TCVN 7572:2006 và TCVN 339:1986
Các chỉ tiêu cơ lí của cát được thể hiện trong các bảng sau:
Bảng 3 2: Đặc trưng cơ lí của cốt liệu nhỏ
Kích thước cỡ hạt (mm) < 5
Khối lượng thể tích, o (kg/m 3 ) 1458
Hình 3 4: Biểu đồ cấp phối hạt của cát
Trong nghiên cứu này, nhóm thực hiện sử dụng xi măng OPC được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM C150 để đúc mẫu bê tông
Bảng 3 3: Các tính chất kỹ thuật của xi măng PC40
19,3 27,3 41,3 Độ dẻo tiêu chuẩn, % 24,6 Thời gian đông kết, phút
115 200 Độ giản nở, % 0,03 Độ nghiền mịn, cm 2 /g 3760 Khối lượng riêng, g/cm 3 3,14 Hàm lượng bọt khí của vữa, % 6,1
Phụ gia được dùng đúc mẫu bê tông cốt thép là Sikament NN – phụ gia giảm nước cao cấp cho bê tông
3.1.5 Điện cực và dung dịch điện phân
Trong nghiên cứu này sử dụng lưới thép không gỉ (hoặc lưới đồng) làm điện cực anode phủ bên ngoài bề mặt mẫu bê tông cốt thép (trong quá trình nghiên cứu không thấy được tác dụng của lưới thép nên thay bằng lưới đồng)
Hình 3 5: Lưới thép (mắt 5mm) không gỉ dùng làm cực anode
Hình 3 6: Lưới đồng dùng làm cực anode
Trong nghiên cứu này sử dụng dung dịch điện phân là Natri Cacbonat – Na2CO3
(soda ash light) với 3 nồng độ khác nhau 0.5M, 1M, 1.5M Lưu ý rằng, Natri Cacbonat là tác nhân làm mềm nước, có khả năng kết tủa ion Ca 2+ và Mg 2+ từ nước sinh hoạt Vì vậy, để số liệu thí nghiệm được chính xác thì nhóm thí nghiệm sử dụng nước cất để hòa tan dung dịch
Bảng 3 4: Tính chất cơ lí của bột Natri Cacbonat
Nhiệt độ sôi ( o C) 1600 Độ hòa tan ở 20 o C trong nước (g/100ml nước)
22 Đặc trưng trực quan Bột màu trắng, mùi nồng, để ngoài không khí dễ chảy nước
Hình 3 7: Pha dung dịch Natri Cacbonat
3.1.6 Mẫu bê tông cốt thép thí nghiệm
Nghiên cứu này khảo sát ảnh hưởng của nồng độ dung dịch điện phân, cường độ dòng điện phân, thời gian điện phân đến hiệu quả của phương pháp kiềm hóa ở 3 mác bê tông khác nhau Cấp phối bê tông được tính toán theo phương pháp Bolomey – Skramtaev, mẫu được đúc và dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn trong 28 ngày
Mẫu bê tông cốt thép kiềm hóa hình trụ tròn có kích thước 150 300mm, ở chính giữa được nhúng thanh thép đường kính 14mm, dài 300mm Trong công tác thí nghiệm, để đánh giá toàn diện ảnh hưởng của phương pháp kiềm hóa, sử dụng: 3 nồng độ dung dịch điện phân khác nhau: 0.5M, 1M, 1.5M; 4 mật độ dòng điện phân khác nhau: không áp dòng điện, 0.5 A/m 2 , 1 A/m 2 , 2 A/m 2 ; 3 mác Bê tông khác nhau: 30 MPa, 40MPa,
50MPa Vậy trong thí nghiệm này sử dụng tổng cộng 36 mẫu chính + một số mẫu kiểm tra (kiểm tra quá trình cacbonat hóa, đo pH, mẫu bị hư hỏng Ký hiêu mẫu: M30 – 1.5 – 2: Mẫu mác 30MPa, ngâm trong dung dịch điện phân Na 2 CO 3 1.5M và được áp dòng điện có mật độ là 2A/m 2
Bảng 3 5: Cấp phối bê tông sử dụng đúc mẫu bê tông cốt thép
Xi măng (kg/m 3 ) Đá (kg/m 3 )
Hình 3 8: Mô hình mẫu bê tông cốt thép dùng trong thí nghiệm kiềm hóa
Hình 3 9: Mẫu bê tông sử dụng lưới đồng làm anode
Hình 3 10: Mẫu bê tông sử dụng lưới thép không gỉ làm anode
Chi tiết từng giai đoạn công việc và trình tự thí nghiệm được trình bày trong sơ đồ sau:
3.2.1 Giai đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Thành phần chế tạo bê tông cơ bản bao gồm: Xi măng, cốt liệu lớn (đá 12cm), cát, nước sạch, phụ gia giảm nước Sikament NN
Cốt liệu lớn, nhỏ trước khi sử dụng phải được rửa sạch lớp bụi, bùn, sét và sấy khô trước khi sử dụng nhằm tăng cường độ cho bê tông và phù hợp với kết quả tính toán hơn Sau đó, sàng đến cỡ hạt yêu cầu
Chuẩn bị vật liệu Đúc mẫu bê tông
Tĩnh định và dưỡng hộ Cacbonat hóa mẫu
Kiểm tra hiệu quả kiềm hóa
Các thành phần nguyên liệu sau khi định lượng được bỏ vào máy trộn theo trình tự sau: Cốt liệu lớn cốt liệu bé xi măng để tạo thành hỗn hợp bê tông khô trộn đều trong 3 phút
Sau đó, lấy một ít nước trong tính toán pha với phụ gia cho vào trộn đều để xi măng có thể phản ứng trước với phụ gia rồi sau đó mới cho phần nước còn lại vào từ từ nhằm mục đích cho xi măng phản ứng thủy hóa triệt để, cho máy trộn khoảng
Trước khi đúc mẫu, hỗn hợp bê tông cần thử độ sụt bằng côn
Sau đó, hỗn hợp bê tông được đúc trong khuôn thép có kích thước 150300mm
Mỗi khuôn được đổ thành 3 lớp, mỗi lớp dầm 15 cái
Lượng nước trong bê tông có vai trò quan trọng trong ưng xử của hỗn hợp bê tông
Nếu nhào trộn và đầm hỗn hợp quá lâu thì sẽ gây ra hiện tượng tách nước và phân tầng trong hỗn hợp Điều đó làm giảm đáng kể cường độ của bê tông
3.2.2 Giai đoạn tĩnh định và dưỡng hộ ẩm
Sau khi đúc, mẫu được tĩnh định trong khuôn khoảng 1 ngày kể từ lúc đổ mẫu nhằm để mẫu đạt đủ cường độ chịu được trọng lượng bản thân của nó để tháo khuôn dễ dàng hơn Sau đó, đem mẫu đi dưỡng hộ trong bể dưỡng hộ để bê tông đạt tối đa cường độ
Do thời gian thực hiện luận văn có hạn và tính chất của luận văn này là khảo sát ảnh hưởng của nồng độ của khí CO2 trong môi trường nên cần khá nhiều thời gian
Vì vậy, giai đoạn dưỡng hộ ẩm chỉ thực hiện trong 7 ngày rồi sau đó đem nén thử cường độ Nếu đạt trên 80% mác thiết kế thì chấp nhận tổ mẫu đó và đem ngâm trong môi trường CO2
KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM
4.1 ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA BÊ TÔNG
Do quá trình ăn mòn cốt thép trong bê tông cốt thép là một quá trình điện hóa cho nên điện trở suất của bê tông có mối quan hệ chặt chẽ với tốc độ ăn mòn hay nói cách khác là tốc độ dịch chuyển dòng ion từ anot đến catot trong quá trình ăn mòn
Tốc độ dịch chuyển dòng ion phụ thuộc vào điện trở suất của bê tông Để xác định điện trở suất của bê tông cần sử dụng bộ đọc điện trở và thanh dò Wenner Điện trở suất của bê tông có thể sử dụng để dự đoán khả năng ăn mòn cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép Điện trở suất được tính theo công thức 2 a V
(trong đó: a là khoảng cách giữa các điện cực; I là cường độ dòng điện đi qua hai điện cực ngoài cùng; V là hiệu điện thế giữa hai đầu điện cực giữa)
Điện trở suất của bêtông biểu thị lượng ẩm trong lỗ rỗng, kích thước và sự phân bố cấu trúc lỗ rỗng trong bêtông Điện trở suất phụ thuộc lớn vào chất lượng bêtông, ví dụ như lượng xi măng, tỷ số N/X, dưỡng hộ, v.v…
Hiện nay, chưa có tiêu chuẩn chính thức qui định về mối quan hệ giữa điện trở suất của bêtông và tốc độ ăn mòn cốt thép trong bêtông Dựa theo kinh nghiệm, khi sử dụng thanh dò Wenner thì mức điện trở suất qui định để dự đoán khả năng cốt thép bị ăn mòn như trình bày trong Bảng 3.18, tuy nhiên, ở đây không dựa vào đó để xem xét cốt thép có dễ bị phá hoại hay không vì nguyên nhân bị ăn mòn cốt thép là do cốt thép bị mất lớp màng thụ động mà không phải là do các tác nhân xâm thực thông qua lớp bê tông bảo vệ (Cl - , SO4 2-…)
Bảng 4 1: Kết quả đo điện trở suất mẫu bê tông cốt thép
Kí hiệu mẫu Điện trở suất
Trong quá trình kiềm hóa Sau khi kiềm hóa
*Ghi chú: Kí hiệu mẫu có dạng Mx – y – z (với x là Mác bê tông (MPa), y là nồng độ dung dịch điện phân (M), z là mật độ dòng điện (A/m 2 ) )
Như đã trình bày ở trên, điện trở suất của bê tông phụ thuộc nhiều vào chất lượng bê tông và điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả đo được Ở những mẫu bê tông cốt thép Mác 30, 40 có tỉ số nước/xi măng cao nhất thì có điện trở suất thấp, còn những mẫu bê tông cốt thép Mác 50 có tỉ số nước/xi măng cao thì lại có điện trở suất cao hơn và các mẫu này đều nằm trong vùng có tốc độ ăn mòn thấp hơn
Dựa vào Hình 4.1 – 4.3, thấy rằng sau khi cacbonat hóa, điện trở suất của các mẫu đều tăng lên cao, chứng minh rằng cấu trúc, độ ẩm…trong bê tông đã thay đổi Điều này hoàn toàn phù hợp với kết quả trình cacbonat hóa đã trình bày ở phương trình (17), (18), (19), (20) Khi bê tông cốt thép bị cacbonat hóa, dung dịch kiềm trong lỗ rỗng phản ứng với khí CO2 trong không khí tạo ra CaCO3 kết tủa chèn khít lỗ rỗng làm bê tông đặc hơn và làm mất đi một lượng nước trong lỗ rỗng, chính sự thay đổi này làm cho điện trở suất của mẫu sau khi cacbonat hóa tăng lên
Bên cạnh đó, trong quá trình kiềm hóa, mỗi tuần kiểm tra điện trở suất của các mẫu thì thấy rằng đều tăng lên Đều này có thể giải thích rằng, khi mẫu được ngâm trong dung dịch điện phân natri cacbonat Na2CO3, dung dịch xâm nhập vào bê tông thông qua hệ thống lỗ rỗng, tại đó xảy ra phản ứng với khí CO2 còn sót lại sau quá trình cacbonat hóa theo phương trình (26) tạo thành muối ít hòa tan natri bicacbonat NaHCO3 Chính sự có mặt của muối này làm cho lỗ rỗng trong bê tông càng đặc hơn và kết quả là điện trở suất tăng lên
Sau khi kết thúc quá trình kiềm hóa, điện trở suất đo được trong các trường hợp đều ổn định và cao hơn ban đầu Tuy nhiên, trong các trường hợp khác nhau ta nhận thấy độ chênh lệch của điện trở suất khác nhau rõ rệt Ở trường hợp không áp dòng điện thì điện trở suất chênh lệch ít, càng tăng mật độ dòng điện phân lên thì chênh lệch càng nhiều, ngoài ra, khi nồng độ dung dịch điện phân tăng lên thì điện trở suất của mẫu cũng ảnh hưởng theo chiều hướng tỉ lệ thuận nhưng không đáng kể so với ảnh hưởng của dòng điện
Hình 4 1: Điện trở suất của mẫu bê tông Mác 30 được kiềm hóa với các mật độ dòng điện khác nhau trong dung dịch điện phân với nồng độ lần lượt là:
(a) Dung dịch Na 2 CO 3 0.5M (b) Dung dịch Na 2 CO 3 1M (c) Dung dịch Na 2 CO 3 1.5M
Hình 4 2: Điện trở suất của mẫu bê tông Mác 40 được kiềm hóa với các mật độ dòng điện khác nhau trong dung dịch điện phân với nồng độ lần lượt là:
(a) Dung dịch Na 2 CO 3 0.5M (b) Dung dịch Na 2 CO 3 1M (c) Dung dịch Na 2 CO 3 1.5M
Hình 4 3: Điện trở suất của mẫu bê tông Mác 50 được kiềm hóa với các mật độ dòng điện khác nhau trong dung dịch điện phân với nồng độ lần lượt là:
(a) Dung dịch Na 2 CO 3 0.5M (b) Dung dịch Na 2 CO 3 1M (c) Dung dịch Na 2 CO 3 1.5M
Từ kết quả đo điện trở suất thấy rằng, sau khi kiềm hóa, điện trở suất ở các trường hợp đều tăng hơn so với trước lúc trước kiềm hóa, cho thấy sự dịch chuyển của ion trong dung dịch lỗ rỗng ngày càng giảm và ổn định dần Đồng thời điều này cho thấy, khi áp dụng kiềm hóa một cách phù hợp thì hiệu quả lâu dài của kiềm hóa sẽ khắc phục phần nào tác hại của phương pháp này đến cấu trúc của lớp bê tông như: tăng độ rỗng, tăng tính thấm, nứt bê tông và có thể gây suy giảm chất lượng cốt thép
4.2 HIỆU ĐIỆN THẾ ĂN MÒN VÀ TÍNH CHẤT CƠ LÝ CỦA CỐT THÉP
Xác định hiệu điện thế ăn mòn của kết cấu bêtông cốt thép là một phương pháp điện hóa đơn giản để xác định khả năng cốt thép trong bêtông bị ăn mòn Cơ sở của phương pháp này dựa trên giả thiết lớp thụ động trên bề mặt cốt thép tại vị trí xảy ra ăn mòn bị phá vỡ, hay nói cách khác điện thế ăn mòn là một đặc trưng của lượng ion sắt bị hòa tan hay ăn mòn Đặc trưng này phát triển khi lớp thụ động trên bề mặt cốt thép bị phá vỡ như khi vùng lân cận cốt thép bị cacbonat hóa, sự thâm nhập của ion clo làm phá vỡ lớp thụ động và sự thấm nhập của oxy trên lớp thụ động
Tuy nhiên, phương pháp này có một hạn chế là khi cấu kiện bê tông cốt thép bảo hòa nước, hiệu điện thế đo được lúc đó rất lớn dù rằng khi đó oxi rất khó thâm nhập tới bề mặt lớp thụ động và cũng đồng nghĩa rằng không thể có quá trình ăn mòn xảy ra khi thiếu oxi, vì thế, số liệu đo được từ phương pháp xác định hiệu điện thế ăn mòn có thể bị hiểu sai trong trường hợp này Bên cạnh đó, phương pháp xác định hiệu điện thế ăn mòn có thể đưa ra dự đoán khả năng cốt thép bị ăn mòn và kết luận này được dựa trên kinh nghiệm đo đạc và quan sát thực tế mà không hoàn toàn dựa vào cơ sở khoa học
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Mục đích của luận văn này chủ yếu là khảo sát thông qua thực nghiệm phương pháp kiềm hóa nhằm tái thụ động cốt thép trong bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa Qua đó, dựa vào kết quả quan sát được có thể đánh giá hiệu quả của phương pháp kiềm hóa đối với kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi trường không khí ô nhiễm khói bụi như hiện nay (nhà máy công nghiệp, hầm giao thông, công trình lâu năm…) Mẫu bê tông cốt thép được tiến hành kiềm hóa trong các điều kiện khác nhau để có thể đánh giá ảnh hưởng độc lập của các nhân tố: chất lượng bê tông, nồng độ dung dịch điện phân, mật độ dòng điện phân và thời gian kiềm hóa đến hiệu quả của phương pháp Đồng thời, đánh giá tác động lâu dài của phương pháp kiềm hóa đến chất lượng cấu kiện bê tông cốt thép thông qua công tác kiểm tra: điện trở suất bê tông, hiệu điện thế ăn mòn cốt thép, tính chất cơ học của cốt thép và độ pH lớp bê tông sau khi kiềm hóa
Phạm vi khảo sát dựa trên cơ sở thực nghiệm trên các mẫu bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa Khi đó, giá trị độ pH của lớp bê tông bảo vệ đo được dưới 10, đồng thời điện thế ăn mòn đo được luôn ở ngưỡng dưới -600 mV/CSE – đây là ngưỡng mà khả năng cốt thép bị ăn mòn trên 90% Sau đó, thực hiện quá trình kiềm hóa bằng dòng điện trên các mẫu bằng dung dịch điện phân Na2CO3 trong 8 tuần và lần lượt thay đổi các yếu tố: mật độ dòng điện, thời gian kiềm hóa, nồng độ dung dịch, cường độ bê tông để tiến hành khảo sát o Kết quả khảo sát thu được cho thấy:
▪ Chất lượng lớp bê tông bảo vệ được đánh giá thông qua cường độ mác bê tông của nó hay nói cách khác nó phụ thuộc vào độ rỗng, tỉ số nước/xi măng trong cấp phối của nó Khi chất lượng lớp bê tông tốt có nghĩa là độ rỗng thấp, cường độ cao thì hiển nhiên hiệu quả kiềm hóa không cao hay nói cách khác rằng khi độ rỗng của bê tông càng thấp thì tốc độ kiềm hóa càng chậm và ngược lại
▪ Nồng độ dung dịch điện phân đặc trưng cho lượng muối hòa tan trong dung dịch hay nói cách khác lượng ion phân li trong dung dịch Ion trong dung dịch phân li càng nhiều thì quá trình kiềm hóa xảy ra càng hiệu quả do nguyên lí cân bằng điện tích Tuy nhiên, không phải nồng độ càng cao thì hiệu quả kiềm hóa càng hiệu quả, nó tùy thuộc vào độ hòa tan của muối cũng như khả năng phân li ion nồng độ 1M dung dịch Na2CO3 thể hiện được hiệu quả kiềm hóa cao nhất
▪ Mật độ dòng điện có thể gián tiếp đặc trưng cho khả năng hoạt động của điện tích, khi mật độ dòng điện càng cao thì lực Coulomb càng lớn kích thích khả năng hoạt động của điện tích cũng như khả năng phân li ion trong dung dịch Vì vậy, đương nhiên khi mật độ dòng điện hay cường độ dòng điện càng lớn thì hiệu quả kiềm hóa càng lớn và trong công tác thi công hay nghiên cứu, người ta chỉ dòng mật độ dòng điện trong khoảng 0.8 ~ 2 A/m 2 trong trong vòng 4 ~ 6 tuần là có thể kiềm hóa được vùng bê tông bị cacbonat hóa khoảng 25mm
▪ Trong luận văn này, quá trình kiềm hóa được thực hiện trong 8 tuần, quá trình kiềm hóa tương đối chậm trong nửa khoảng thời gian đầu nhưng càng về sau thì hiệu quả kiềm hóa càng tăng nhanh Và càng về lâu dài thì hiệu quả kiềm hóa càng giảm trừ phi dung dịch được thay mới vì khả năng phân li ion trong dung dịch giảm dần theo thời gian o Sau khi kết thúc quá trình kiềm hóa, để đánh toàn diện hiệu quả của phương pháp nên xét ảnh hưởng lâu dài đến chất lượng kết cấu được kiềm hóa
Công tác kiểm tra đánh giá thông qua các yếu tố điện trở suất của lớp bê tông, hiệu điện thế ăn mòn của cốt thép, cường độ và chất lượng cốt thép
Từ kết quả khảo sát được thấy rằng sau khi kiềm hóa vài ngày các mẫu bê tông cốt thép đều nằm trong vùng ăn mòn cao, nếu vội kết luận là phương pháp kiềm hóa không thành công thì hoàn toàn không chính xác Sau khi kiềm hóa cốt thép chưa kịp tái thụ động và còn khá nhạy cảm với trường, tuy nhiên thực tế chứng minh sau 4 tuần kiểm tra lại, hầu hết các mẫu đều nằm trong vùng an toàn, khả năng bị tái ăn mòn rất thấp ( dưới 10%) o Dựa vào kết quả phân tích độ pH vùng bê tông cận cốt thép, thấy rằng độ pH xung quanh cốt thép đo được đều lớn hơn 13, đều này chứng tỏ cốt thép sẽ được tái thụ động, hạn chế các tác nhân gây ăn mòn trong môi trường làm việc
Xét về mặt khoa học của kết quả khảo sát thực nghiệm, đề tài luận văn đã khảo sát thành công các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kiềm hóa Các mẫu bê tông cốt thép được khảo sát chỉ được đúc từ xi măng OPC 40, do đó để có thể bao quát hơn cần mở rộng nghiên cứu thêm các mẫu bê tông cốt thép được đúc từ các loại xi măng dân dụng có nhiều thành phần khác nhau như xi măng portland hỗn hợp (tro bay, xỉ, silicafume…)
Phương pháp kiềm hóa vô cùng hiệu quả đối với cấu kiện bê tông cốt thép đã bị cacbonat hóa nhằm mục đích tái thụ động cốt thép và phục hồi khả năng làm việc của kết cấu Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng lâu dài của phương pháp cũng như khả năng bị cacbonat hóa trở lại và tái ăn mòn cốt thép dựa vào phương pháp xác định tốc độ ăn mòn của cốt thép
Cần nhiều phương pháp khoa học hơn để đánh giá chính xác tốc độ và mức độ ăn mòn cốt thép trong bê tông Vì hầu như các phương pháp đo điện trở suất, đo hiệu điện thế ăn mòn, đo độ pH đều dựa vào kinh nghiệm và thực nghiệm, không dựa hoàn toàn trên cơ sở lý luận khoa học
Cần xem xét quá trình kiềm hóa khi mẫu đang chịu tải trọng lớn như trong thực tế vì quá trình kiềm hóa bằng dòng điện có cường độ cao có thể gây ra ảnh hưởng xấu đến cốt thép và tính chất bê tông
Vì dòng điện được sử dụng trong quá trình kiềm hóa là DC nên cường độ tạo ra không thể cao hơn được nên cần mở rộng nghiên cứu phương pháp kiềm hóa đối với dòng điện có mật độ cao hơn: 5A/m 2 , 10A/m 2 …
Sau khi kết thúc quá trình kiềm hóa, cần nghiên cứu biện pháp ngăn chặn cốt thép tái ăn mòn do cốt thép vốn nhạy cảm sau khi kiềm hóa.
