QUÁ TRÌNH ĂN MỒN BÊ TÔNG

... MỞ ĐẦU II/NỘI DUNG Bản chất của bê tông cốt thép Ưu và nhược điểm của bê tông cốt thép Phạm vi ứng dụng của bê tông cốt thép Ăn mòn bê tông cốt thép môi trường nước Các... phá hoại bê tông và vữa (xâm thực bành trướng thể tích) NỘI DUNG 4.2 Các dạng ăn mòn bê tông cốt thép Ăn mòn nước ngọt:  Nước ngọt làm hòa tan Ca(OH)2 CaO tự xi măng hoặc... DUNG Ăn mòn bê tông cốt thép môi trường nước 4.1 Nguyên nhân  Trong xi măng có một số thành phần khoáng , nhất là Ca(OH)2 dễ hòa tan và rửa trôi làm kết cấu bê tông và bị

BÀI NIÊN LU N ẬN

TÌM HIỂU QUÁ TRÌNH ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP

TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ

Sinh viên thực hiện: Châu Quang Tiến

Lớp: Hóa học k35

Cán bộ hướng dẫn: ThS Đặng Xuân Tín

I/ MỞ ĐẦU

II/NỘI DUNG

1 Bản chất của bê tông cốt thép

2 Ưu và nhược điểm của bê tông cốt thép

3 Phạm vi ứng dụng của bê tông cốt thép

4 Ăn mòn bê tông cốt thép trong môi trường nước

5 Các biện pháp bảo vệ

III/ KẾT LUẬN

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

Bê tông cốt thép

Phát minh và

ứng dụng từ

giữa thế kỉ XIX

Phát minh và

ứng dụng từ

giữa thế kỉ XIX

Là vật liệu chủ yếu cho các công trình

Ăn mòn bê tông cốt thép đang là vấn đề thách thức cho ngành xây dựng hiện nay

NỘI DUNG

1.Bản chất của bê tông cốt thép

 Bê tông cốt thép là loại vật liệu xây dựng phức hợp do bê tông kết hợp với cốt thép cùng cộng tác chịu lực.

Cốt thép

Bê tông được chế tạo từ các loại vật liệu rời như cát, sỏi (gọi là

cốt liệu và chất kết dính là xi măng

Bê tông được chế tạo từ các loại vật liệu rời như cát, sỏi (gọi là

cốt liệu và chất kết dính là xi măng

2 Ưu và nhược điểm của bê tông cốt thép

 Ưu điểm

 Sử dụng vật liệu địa phương( cát,sỏi, đá ) tiết kiệm thép Rẻ tiền hơn khi kết cấu có nhịp vừa và nhỏ, cùng chịu tải như nhau

 Chịu lực tốt hơn gỗ và gạch đá

 Chịu lửa tốt hơn gỗ và thép do bê tông bảo vệ cho cốt thép không bị nung nóng sớm

 Tuổi thọ của công trình cao, chi phí bảo dưỡng ít do bê tông chịu tác động của môi trường tốt, cốt thép được bao bọc bảo vệ không không bị gỉ

 Việc tạo dáng cho kết cấu thực hiện dễ dàng

NỘI DUNG

 Nhược điểm

Trọng lượng bản thân lớn nên gây khó khăn cho việc xây dựng kết cấu có nhịp lớn bằng bê tông cốt thép thường

Bê tông cốt thép dễ có khe nứt ở vùng kéo khi chịu lực

Cách âm cách nhiệt kém hơn gỗ và gạch đá

Thi công phức tạp, khó kiểm tra chất lượng

Khó gia cố và sữa chữa

NỘI DUNG

3 Phạm vi ứng dụng của bê tông

Xây dựng dân dụng, công nghiệp: kết cấu chịu lực nhà 1 hay nhiều

tầng,ống khói, xi lô

NỘI DUNG

Hình 1: Trần nhà và các xi lô được làm bằng bê tông cốt thép

 Xây dựng công trình giao thông: Cầu, đường, vỏ hầm

NỘI DUNG

Hình 2: Cầu đường và vỏ hầm được làm bằng bê tông cốt thép

 Xây dựng hệ thống thủy lợi :trạm bơm, máng dẫn nước , đập thủy điện,

NỘI DUNG

Hình 3: Máng dẫn nước và đập thùy điện được làm bằng bê tông cốt thép

 Xây dựng công trình quốc phòng: Công sự kiên cố, doanh trại.

NỘI DUNG

Hình 4: Lô cốt và hầm hào được làm bằng bê tông cốt thép

4 Ăn mòn bê tông cốt thép trong môi trường nước

4.1 Nguyên nhân

 Trong xi măng có một số thành phần khoáng , nhất là Ca(OH)2 dễ hòa tan và rửa trôi làm kết cấu bê tông và bị rỗng, do đó cường độ giảm thấp (xâm thực hòa tan)

 Khi gặp một số hóa chất (axit, muối ), một số thành phần của bê tông sinh

ra phản ứng hóa học, tạo ra những chất chất mới dễ hòa tan trong nước,

không dính kết( xâm thực trao đổi) hoặc tạo ra những chất có thể tích lớn hơn gây ra ứng suất phá hoại bê tông và vữa (xâm thực bành trướng thể tích)

NỘI DUNG

4.2 Các dạng ăn mòn bê tông cốt thép

Ăn mòn trong nước ngọt:

 Nước ngọt làm hòa tan Ca(OH)2 do CaO tự do trong xi măng hoặc C3S, C2S thủy hóa sinh ra

 Sự hòa tan của Ca(OH)2 còn phụ thuộc vào độ cứng của nước (biểu thị bằng HCO3- ) Nếu độ cứng của nước đạt giá trị thích hợp thì độ hòa tan của

Ca(OH)2 giảm đi, vì sinh ra phản ứng

 CaCO3 hình thành , bao phủ lên kết cấu, ngăn cản Ca(OH)2 tự do CaCO3

hòa tan ít hơn Ca(OH)2 hàng trăm lần

NỘI DUNG

Ca(OH)2 + Ca(HCO3) 2 2CaCO3 + 2H2O

Ăn mòn do axit:

 Trong các loại nước bẩn và nước thải công nghiệp thường có chứa các loại axit như HCl, H2SO4 Những axit này tác dụng với Ca(OH)2 theo các phản ứng sau

 Mặt khác, CaSO4.2H2O còn có khả năng tác dụng với C3AH6 tạo thành

khoáng 3CaO.Al2O3.3CaSO4.(31-32)H2O gây nở thể tích gấp 2 lần Các phản ứng trên có tác hại làm cho nồng độ CaO trong môi trường giảm xuống gây mất ổn định của các thành phần khác của xi măng trong bê tông cốt thép

Ngoài ra, axit có thể phá hủy cả silicat canxi

NỘI DUNG

HCl + Ca(OH)2 CaCl2 + H2O

H2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4.2H2O

 Ăn mòn trong nước biển, nước ngầm và nước chứa muối khoáng

khác.

 Tác dụng của muối Mg2+ : Nếu trong nước có muối Mg2+sau khi tiếp xúc với

bê tông sẽ phát sinh phản ứng sau:

Do Mg(OH)2 ít tan nên các phản ứng trên xảy ra đến cùng dẫn đến Ca(OH)2 bị chuyển thành muối tan, bị cuốn khỏi bê tông Việc đẩy Ca(OH)2 ra khỏi bê tông làm thay đổi độ bền của hydrosilicat, làm cho nó dễ thủy phân để tạo ra lớp

Ca(OH)2 mới thúc đẩy quá trình kéo vôi ra khỏi lớp bên trong Mg(OH)2 kém tan

NỘI DUNG

Ca(OH)2 + MgCl2 CaCl2 + Mg(OH)2Ca(OH)2 + MgSO4 CaSO4 + Mg(OH)2

Tác dụng của ion Cl- :Trong môi trường nước biển ion Cl- có hàm lượng

tương đối lớn, là môi trường điện li mạnh, dẫn điện tốt thuận lợi cho quá trình

ăn mòn Nhưng nguy hiểm hơn đó là ion Cl- có khả năng phá hủy màng thụ động của sắt trong môi trường kiềm, làm cho thép trong bê tông có thể tiếp xúc với các tác nhân gây ăn mòn khác, đồng thời gây hiện tượng ăn mòn

điểm phá hủy mạnh mẽ bê tông

+ Quá trình xâm thực của ion clorua vào bê tông chủ yếu theo 4 cơ chế sau:

Khuếch tán do chênh lệch nồng độ

Thẩm thấu do Thẩm thấu do

Sức hút mao

 Quá trình ăn mòn được mô tả như sau:

- Khi xuất hiện ion clorua trên bề mặt cốt thép cùng với nước, oxi sẽ xảy ra các phản ứng anot và catot như sau:

+ Phản ứng ở anot: Sắt bị hòa tan thành các cation trong dung dịch theo phản ứng:

+ Phản ứng ở catot: Ở catot các điện tử được giải phóng ra trong phản ứng anot sẽ kết hợp với nước và oxi tạo thành ion hydroxy theo phản ứng:

NỘI DUNG

Fe Fe 2+ + 2e

O2 + 2H2O + 4e 4OH

-+ Các sản phẩm của hai phản ứng này kết hợp lại với nhau tạo thành gỉ, theo phản ứng tổng quát:

+ Sản phẩm của quá trình ăn mòn thép tạo ra gỉ sắt gồm FeO, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Fe(OH)3.3H2O tích tụ trên bề mặt cốt thép, chúng rất xốp nên có thể tích lớn hơn thép từ 4 đến 6 lần gây ứng suất cục bộ phá vỡ lớp bê tông bảo vệ, đồng thời làm giảm khả năng chịu lực của cốt thép

NỘI DUNG

Fe 2+ + 2Cl - FeCl2

Fe 2+ + 2OH - Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 Fe2O3.H2O + 2H2O

NỘI DUNG

H 2.7: Ăn mòn bê tông do ion clorua

Ăn mòn sunfat

 Thường xảy ra trong môi trường nước thải của các nhà máy hóa chất hay nhà máy giấy Khi trong nước chứa ion SO42- ,trước hết phản ứng với Ca(OH)2

Thạch cao mới sinh ra phản ứng với canxi aluminat tạo thành ettringit

 Khi ettringit kết tinh sẽ tăng thể tích lên 4.76 lần

 Đặc biệt nếu trong nước có chứa muối MgSO4 thì nó không chỉ phản ứng với Ca(OH)2 , hydroaluminat và còn phản ứng được với cả hydrosilicat Điều này là

NỘI DUNG

Na2SO4 + Ca(OH)2 + H2O CaSO4 + 2NaOH

3CaO.Al2O3.6H2O + 3(CaSO4.2H2O) + 20H2O 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O

Các kết quá cho thấy ettringit chỉ được hình thành khi nồng độ Ca(OH)2 (>0,46 g/l) Vì thế nên những loại xi măng có chứa SiO2 và Al2O3 hoạt tính có độ bền sunfat cao.

 Ngoài các dạng ăn mòn trên thì trong môi trường nước còn chứa các loại axit vô cơ, hữu cơ tự do cũng có khả năng gây ăn mòn bê tông nhưng hàm lượng axit tự do không nhiều nên độ ăn mòn không đáng kể

NỘI DUNG

Ca(OH)2 + MgSO4 + 2H2O CaSO4 .2H2O + Mg(OH)23CaO.SiO2.3H2O + MgSO4 + H2O CaSO4.2H2O + SiO2.nH2O + Mg(OH)2

4.2 Các biện pháp bảo vệ

 Các công trình bê tông cốt thép thường được thiết kế với tuổi thọ từ hàng chục đến hàng trăm năm Tuy nhiên có những công trình chỉ sử dụng một thời gian đã hư hại nghiêm trọng đặc biệt là những vùng bị xâm thực mạnh.Vì vậy, việc nghiên cứu các biện pháp bảo vệ là rất quan trọng

Như các nguyên nhân gây ăn mòn đã trình bày thì ta có các biện pháp nhằm tránh ăn mòn bê tông trong môi trường bị xâm thực như sau:

 Sử dụng kỹ thuật thi công tốt

Sử dụng phụ gia hóa học

Tính toán cấp phối bê tông sao cho tỷ số N/X ít nhất

NỘI DUNG

 Mặc dù có tiềm lực khoa học to lớn, kinh nghiệm cũng như các phương pháp nâng cao độ bền vững của kết cấu bê tông cốt thép trong môi trường xâm thực có nguồn gốc thiên nhiên, tuy nhiên hiện nay, công tác thiết kế , xây dựng và khai

thác vẫn còn chưa quan tâm đúng mức đến sự tác động của các yếu tố ăn mòn của môi trường bên ngoài kết cấu nhất là trong môi trường nước

 Những vấn đề được xem xét trong bài niên luận này chỉ nêu ra cách tiếp cận tổng quát nhằm giải quyết các vấn đề về chống ăn mòn cho kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

 Bên cạnh đó một vấn đề khác không kém phần quan trọng là nghiên cứu mối quan hệ tương hỗ giữa xi măng với sự tăng cao hàm lượng chất kiềm, cốt liệu, oxit silic và sự lựa chọn áp dụng các biện pháp bảo vệ cho công trình.

KẾT LUẬN

Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng việt

[1] Đỗ Quang Thiên- Phan Văn Sỹ (2013), Giáo trình vật liệu

xây dựng , NXB ĐẠI HỌC HUẾ.

Tài liệu internet

CÁM ƠN QUÝ THẦY CÔ VÀ

CÁC BẠN ĐÃ THEO DÕI