1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ăn mòn bảo vệ cơng trình bê tơng cốt thép (BTCT) tiến hành từ năm 1970 Song tiếc nay, kết nghiên cứu ứng dụng vào thực tế xây dựng hạn chế Tất cơng trình ven biển xây dựng từ năm 1960 đến áp dụng theo quy phạm xây dựng thơng thường, ý đến vấn đề chống ăn mòn nhằm đảm bảo độ bền vững cho cơng trình, dẫn đến kết tuổi thọ nhiều cơng trình mơi trường biển thấp Hiện nay, bên cạch cơng trình bền vững sau 40-50 năm nhiều cơng trình bê tơng cốt thép có niên hạn sử dụng 10- 15 năm sớm bị ăn mòn phá hủy trầm trọng, đòi hỏi phí khoảng 40-70% giá thành xây cho việc sửa chữa bảo vệ chúng Đề tài “Nghiên cứu phục hồi kết cấu bê tông cốt thép nhiễm clorua phương pháp ECE EICI” đặt mục tiêu nghiên cứu áp dụng kỹ thuật điện hoá giới để bảo vệ phục hồi bê tơng cốt thép làm việc điều kiện khí hậu Việt Nam Góp phần kiểm sốt, phục hồi hạn chế hư hỏng gây tượng ăn mòn cốt thép bê tông Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu xác định thông số phù hợp phương pháp ECE để khử clorua cho kết cấu bê tông bị nhiễm clorua Nghiên cứu tác động phương pháp xử lý ECE tới phân bố clorua nguyên tố khác mẫu nghiên cứu; tới tốc độ ăn mòn cốt thép tính mẫu vữa xi măng Nghiên cứu xác định thông số phù hợp phương pháp EICI để phun chất ức chế ăn mòn vào kết cấu bê tơng cốt thép Nghiên cứu ảnh hưởng phương pháp xử lý EICI tới hiệu ức chế cho cốt thép tính mẫu vữa xi măng Trên sở kết thu phòng thí nghiệm, nghiên thử nghiệm để phục hồi phần kết cấu BTCT vùng ven biển 2 Ý nghĩa khoa học đóng góp luận án * Ý nghĩa khoa học - Luận án ảnh hưởng thông số xử lý (như dung dịch, mật độ dòng điện, thời gian xử lý) tới hiệu phương pháp ECE EICI - Quá trình xử lý ECE đạt hiệu việc loại bỏ ion clorua Sau tuần xử lý, tỷ lệ loại bỏ clorua đạt 70% so với hàm lượng clorua ban đầu Các kết thu xử lý ECE làm ngưng trình ăn mòn lõi thép gây ion clorua nhờ thụ động hóa cốt thép Sau tuần xử lý ECE, mật độ dòng ăn mòn giảm xuống 30%, điện trở suất vữa xi măng tăng lên vi cấu trúc vữa xi măng trở nên chặt xít bị thấm nước Quá trình xử lý ECE cải thiện đáng kể cường độ chịu nén vữa xi măng (tới 70% độ tăng cường độ) - Đã nghiên cứu phương pháp EICI để phun chất ức chế TBAB vào kết cấu bê tông cốt thép Sau tuần xử lý, lượng [TBA +] xung quanh cốt thép (bán kính cm) đạt giá trị 2%-2,5% khối lượng toàn vữa Kỹ thuật xử lý EICI có hiệu áp dụng cho mẫu xi măng cốt thép bị nhiễm clorua Quá trình xử lý EICI làm tăng mạnh Rp, giảm mạnh i corr tăng tính vữa xi măng Sau tuần xử lý, hiệu ức chế ăn mòn cho cốt thép đạt 50% Sự có mặt ion [TBA +] khơng làm chặt xít thêm vữa xi măng mà làm thay đổi hình thái học sản phẩm thủy hóa xi măng, dẫn đến làm giảm hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măng xuống 38% - Đã xây dựng hệ thống vật liệu xốp lưu trữ dung dịch cho việc áp dụng xử lý ECE thực địa Đã áp dụng hai phương pháp ECE EICI để khôi phục phần công trình BTCT nhiễm clorua Cống Lân Sau xử lý ECE tuần loại bỏ 81,2% lượng clorua khỏi cột thủy trí Sau xử lý tuần, lượng [TBA+] xung quanh cốt thép đạt giá trị 2,2 % so với khối lượng toàn vữa Kết đánh giá hiệu trình xử lý ECE/EICI sau năm kể từ lúc kết thúc xử lý cho thấy cốt thép trì bảo vệ tốt chống lại q trình ăn mòn mòn mơi trường ven biển 3 * Những đóng góp Đã tiến hành nghiên cứu ứng dụng phương pháp EICI để phun chất ức chế ăn mòn vào bên kết BTCT Việt Nam Phương pháp EICI cần tiến hành sau xử lý ECE để tăng hiệu bảo vệ cho cốt thép BTCT nhiễm clorua Đã áp dụng hai phương pháp ECE EICI để khôi phục phần cơng trình bê tơng cốt thép nhiễm clorua Cống Lân Cấu trúc luận án Luận án bao gồm 112 trang Phần mở đầu: trang; Chương I: Tổng quan tài liệu: 28 trang; Chương II: Thực nghiệm phương pháp nghiên cứu: 18 trang; Chương III: Kết thảo luận: 50 trang; Phần kết luận: trang; Tài liệu tham khảo: trang CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU Chương trình bày tổng quan vấn đề sau: Giới thiệu bê tông cốt thép Tổng quan ăn mòn cốt thép bê tơng Tổng quan chất ức chế ăn mòn sử dụng bê tơng cốt thép Các phương pháp điện hóa để bảo vệ phục hồi cho bê tông cốt thép bị nhiễm clorua CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Chế tạo mẫu vữa xi măng cốt thép bê tông cốt thép Mẫu xi măng cốt thép bê tông cốt thép chế tạo hình 2.1 Đơn chế tạo, mẫu vữa xi măng nghiên cứu chế tạo có tỷ lệ (theo khối lượng) sau: Xi măng: cát: nước: clorua = 1: 1,75 : 0,45: 0,005 Xi măng sử dụng xi măng Hoàng Thạch PC30, cát vàng (rây < 2m) thép HP (đường kính 6mm) Mỗi mẫu bê tơng cốt thép chế tạo theo đơn chế tạo có tỷ lệ (theo khối lượng) xi măng : cát : đá : nước : clorua = : 1,75 : 2,75: 0,45 : 0,005 Đá (Dmax = 20mm) thép gai Việt Úc, đường kính 10 mm 4 b) a) Hình 2.1: Mẫu xi măng lõi thép (a) bê tông cốt thép (b) 2.3 Phương pháp xử lý ECE Hình 2.2a sơ đồ thiết kế ECE Các thơng số thí nghiệm bao gồm: - Mật độ dòng điện 1A/m2 5A/m2 - Thời gian xử lý từ tuần đến tuần - Dung dịch xử lý NaOH 0,1M (hoặc Na3BO3 0,1M ) - Catot: cốt thép, Anot: Lưới inox 2.4 Phương pháp xử lý EICI Hình 2.2b sơ đồ thiết kế EICI Ở chất ức chế 25 mM TBAB đưa trực tiếp vào dung dịch điện ly (NaOH 0,1M Na 3BO3 0,1 M) bên mẫu vữa xi măng cốt thép Các thơng số thí nghiệm bao gồm: Mật độ dòng điện 5A/m2 -Thời gian xử lý từ tuần tuần - Dung dịch xử lý NaOH 0,1M (hoặc Na3BO3) + 25mM TBAB, Catot: cực cốt thép, Anot: Lưới Inox 5 a) b) Hình 2.2: Sơ đồ phương pháp xử lý ECE (a) EICI (b) 2.5 Phương pháp phân tích hàm lượng clorua tự mẫu vữa cảm biến clorua tự chế tạo Quy trình chế tạo cảm biến clorua sau: Đặt dây bạc vào dung dịch KCl 0,1M cho dòng điện chiều khơng đổi chạy qua với mật độ dòng A/m2 thời gian 30 phút [40] Sau chế tạo cảm biến clorua chuẩn NaCl chứa dung dịch chuẩn (từ 1mM đến 500mM) Để sử dụng cảm biến xác định hàm lượng clorua tự mẫu vữa xi măng cốt thép quy trình tiến hành cách nghiền mẫu vữa thành bột rây sàng kích thước < 0,35 mm, để thu bột vữa xi măng mịn Sau tiến hành sấy 80 oC lò 24 (để loại bỏ nước tự do) Dùng sóng siêu âm để hòa tan bột xi măng nước xác định hàm lượng clorua nhờ phương trình đường chuẩn Phương pháp chuẩn độ điện tác giả khác áp dụng để xác định ion clorua tự vữa xi măng trước sau xử lý ECE [31, 51, 52] 2.6 Xác định hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măng trước sau xử lý EICI Hình 2.3 mơ tả thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măngTrong ngăn có điện cực platin dùng để đặt điện chiều qua đĩa vữa, điện áp đặt điện cực 20V 6 Hệ số khuếch tán D tính tốn cho ion clorua theo cơng thức sau, đó: d= chiều dày đĩa vữa; t0 = thời gian cần thiết để ion clorua qua chiều dài d; E= Cường độ điện trường (V/m), R= Hằng số khí lý trưởng, T = Nhiệt độ tuyệt đối, z = Số điện tích F = Hằng số Faraday [19, 40, 73]: D= d RT t E zF Hình 2.4: Thí nghiệm đo hệ số khuếch tán clorua 2.7 Phân tích hình thái học hàm lượng nguyên tố vữa xi măng phương pháp SEM/EDX Hàm lượng nguyên tố (như Na, Ca, Si, O, Cl ) phân bố chúng theo khoảng cách (10 mm) từ cốt thép lớp vữa xi măng mẫu vữa xi măng cốt thép trước sau xử lý ECE nghiên cứu thiết bị kính hiển vi điện tử quét (S4800, Hitachi) 2.8 Phân tích hàm lượng chất ức chế ăn mòn TBAB vữa xi măng phổ hấp thụ UV-Vis Trước tiến hành phân tích mẫu vữa xi măng cần thiết phải xây dựng đường chuẩn mật độ quang theo nồng độ ức chế biết Các mẫu TBAB chuẩn với nồng độ 1, 5, 10, 15 20 mM, nước cất giá trị pH=7 pH=11 Các bước tiến hành lấy mẫu từ vữa xi măng: nghiền mẫu vữa xi 7 măng khoảng cách cm xung quanh cốt thép Tiến hành rây sàng (kích thước 70%, giá trị phù hợp có phần cao so với số liệu công bố khác: từ 40%-60% [50] hay ~40% [45] ~ 50% [29] 21%-78% [75] Hình 3.2: Đường chuẩn cảm biến clorua dung dịch NaCl 100 100 DD Na3BO3 A/m A/m2 80 TØlƯlo¹ i bá Clorua (%) TØlƯlo¹ i bá Clorua (%) DD NaOH 60 40 20 A/m A/m 80 60 40 20 Thêi gian xư lý ECE (tn) Thêi gian xư lý ECE (tn) Hình 3.3: Tỷ lệ % loại bỏ ion clorua theo thời gian xử lý mật độ dòng điện khác dung dịch xử lý NaOH (trái) Na3BO3 (phải) Khi so sánh tỷ lệ loại bỏ clorua loại dung dịch Na3BO3 có hiệu loại bỏ thấp so với dung dịch NaOH với khoảng thời gian mật độ dòng điện xử lý So sánh tỷ lệ loại bỏ clorua theo thời gian xử lý loại dung dịch, nhận thấy tăng thời gian xử lý từ tuần lên tuần mức độ tăng lên tỷ lệ thấp so với tuần xử lý Điều giải thích giả thiết sau 9 khoảng thời gian, ion âm khác tạo thêm dòng điện từ catot anot, làm cho ion clorua bị giữ lại bên ma trận vữa xi măng [25] 3.1.3 Ảnh hưởng mật độ dòng điện dung dịch xử lý tới độ bền chịu nén vữa xi măng Các giá trị cường độ chịu nén vữa xi măng trước sau xử lý ECE dung dịch NaOH Na3BO3, mơ tả hình 3.5 3.6 tương ứng Kết trình xử lý ECE làm tăng đáng kể cường độ chịu nén tất mẫu vữa xi măng So sánh loại dung dịch xử lý, cường độ chịu nén vữa xi măng xử lý dung dịch Na3BO3 có giá trị lớn (tới 70% độ tăng cường độ) Giá trị thấp thu dung dịch NaOH gây trình axit hóa bề mặt lớp vữa, diễn anot bên ngồi, gần với mẫu, q trình xử lý ECE Tính axit gây tiết Ca(OH) khỏi cấu trúc lỗ xốp hồ xi măng, tạo nên cấu trúc mở xốp Hình 3.5: Cường độ chịu nén vữa xi măng sau xử lý ECE dung dịch NaOH (trái) Na3BO3 (phải) Ihekwaba cộng [45], cường độ chịu nén bê tông giảm nhẹ sử dụng mật độ dòng điện lớn hơn.Các tác giả lý giải sử dụng mật độ dòng điện thấp (1 A/m 2) gây ảnh hưởng tới cấu trúc vĩ mô hồ xi măng 10 10 3.1.4 Ảnh hưởng mật độ dòng điện dung dịch xử lý tới điện trở vữa xi măng Các hình 3.9 3.10 mơ tả điện trở suất mẫu vữa xi măng cốt thép, có hay khơng xử lý ECE, với thời gian xử lý mật độ dòng điện xử lý khác nhau, dung dịch NaOH Na3BO3, tương ứng Có thể nhận thấy hai hình trình xử lý ECE làm tăng điện trở suất vữa xi măng Điện trở suất vữa xi măng xử lý ECE dung dịch Na3BO3 lớn so với điện trở suất vữa xi măng xử lý dung dịch NaOH Như vậy, xử lý ECE làm cho vi cấu trúc vữa xi măng trở nên chặt xít bị thấm nước Hình 3.9: Điện trở suất mẫu vữa xi măng cốt thép, có hay khơng xử lý ECE, dung dịch NaOH (trái) Na3BO3 (phải) 3.1.5 Ảnh hưởng mật độ dòng điện dung dịch xử lý đến đặc trưng điện hóa cốt thép vữa xi măng Các bảng 3.2 3.3 mô tả giá trị ăn mòn (E corr), điện trở phân cực (Rp) dòng ăn mòn (icorr) rút từ số liệu đo đường cong phân tuyến tính mẫu có hay khơng có xử lý ECE, dung dịch NaOH Na3BO3, tương ứng Như quan sát thấy hình 3.11, sử dụng dung dịch NaOH, giá trị Rp tăng lên xử lý dòng điện A/m2 Với mật độ dòng điện cao hơn, nhận giá trị thấp Rp Một nguyên nhân doi tác động mạnh tới cấu trúc vĩ mô vữa xi măng áp đặt dòng điện lớn Tại mật độ dòng điện lớn, gây nghèo oxy cục kết tập cục ion OH - [46], dẫn tới chúng 11 11 công bề mặt lõi thép Khi xử lý Na3BO3, Rp tăng lên sau xử lý ECE mật độ A/m Khi áp dòng thấp 1A/m 2, giá trị Rp tăng 52% sau tuần xử lý Andrade cộng [13] cho i corr < giá trị 0,1–0,2 µA/cm2, thép giống bị thụ động hóa Trong luận án này, i corr trước xử lý ECE cao, khoảng 0,21 µA/cm 2, nhiễm chủ động clorua mức độ 0,5% so với khối lượng xi măng Khi áp dòng điện A/m xử lý ECE với NaOH hay Na 3BO3, giá trị icorr đo sau tuần xử lý giảm xuống 36% 34 %, tương ứng Bảng 3.2: Các giá trị Ecorr , Rp icorr mẫu có hay khơng có xử lý ECE dung dịch NaOH Mẫu (tuần, mật Ecorr Rp icorr độ dòng điện) (V/SCE) (Ω.cm ) (mA/cm2) tuần, A/m2 -0,278 1,23E+05 2,11E-04 2 tuần, 1A/m -0,102 1,34E+05 1,94E-04 tuần, A/m -0,175 1,92E+05 1,36E-04 2 tuần, A/m -0,115 1,23E+05 2,11E-04 tuần, A/m -0,052 7,47E+04 3,48E-04 Bảng 3.3: Các giá trị Ecorr, Rp icorr mẫu có hay khơng có xử lý ECE dung dịch Na3BO3 Mẫu Ecorr Rp icorr (tuần, mật độ (V/SCE) (Ω.cm2) (mA/c dòng điện) m2) tuần, 1,23E+0 2,11E-0,278 A/m2 04 tuần, 3,88E+0 6,70E-0,248 1A/m2 04 tuần, 1,87E+0 1,39E-0,134 A/m 04 tuần, 1,54E+0 1,69E-0,079 A/m2 04 tuần, 1,39E+0 1,87E-0,08 A/m 04 12 12 2.5e+5 2e+5 2.0e+5 DD Na3BO3 A/m A/m Đ iện trở phân cực (.cm2) Đ iện trë ph©n cùc ( Ω.cm2) DD NaOH 1.5e+5 1.0e+5 5.0e+4 0.0 2e+5 A/m2 A/m 1e+5 5e+4 0 Thêi gian xư lý ECE (tn) Thêi gian xư lý ECE (tn) Hình 3.11: Rp lõi thép bên vữa xi măng nhiễm clorua mẫu có hay khơng có xử lý ECE NaOH (trái) Na3BO3 (phải) 3.1.6 Ảnh hưởng dung dịch xử lý tới hình thái bề mặt thành phần vữa xi măng Hình 3.13 ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) độ phóng đại thấp cao mẫu vữa xi măng trước sau xử lý ECE Có thể thấy mẫu vữa xi măng trước xử lý ECE có hình thái bề mặt xốp, nhiều lỗ rỗng với kích thước khác phân bố tồn bề mặt mẫu (hình 3.13A) Sau xử lý ECE, tất mẫu vữa có hình thái bề mặt chặt xít, tương đối đồng (các hình 3.13B-E) 13 13 Hình 3.13: Ảnh SEM trước sau tuần xử lý ECE: A: trước xử lý, B: NaOH A/m2, C: Na3BO3 A/m2 D: NaOH A/m2, E: Na3BO3 A/m2 Kết đo SEM/ EDX xác lập phân bố tỷ số Ca/Si (theo % nguyên tử) mẫu trước sau ECE cho thấy xử lý Na 3BO3 làm tăng giá trị tỷ số Ca/Si vùng vữa lân cận lõi thép, sử dụng mật độ dòng điện 1A/m2 (bảng 3.4) Bảng 3.4: Phân bố tỷ số Ca/Si (% nguyên tử) cho mẫu trước sau xử lý ECE ECE NaOH ECE tro Khoảng cách Mẫu không xử lý (% nguyên tử) (% ng tới lõi (mm) (% nguyên tử) 2 1A/m 5A/m 1A/m2 0,67 0,17 0,57 0,95 0,36 0,56 N/A N/A 0,78 0,16 2,15 1,25 0,46 0,46 3,15 2,00 Tóm tắt kết mục 3.1 ECE đạt hiệu việc loại bỏ clorua với tỷ lệ loại bỏ clorua đạt từ 70% đến 80% so với hàm lượng clorua ban đầu, sau tuần xử lý Tỷ lệ loại bỏ clorua tăng lên với tăng mật độ dòng điện thời gian xử lý Kết đo đường cong phân cực tuyến tính xử lý ECE làm ngưng q trình ăn mòn lõi thép gây ion clorua nhờ thụ động hóa cốt thép Ở dòng điện A/m2 dung dịch NaOH hay Na 3BO3, icorr đo 2,16 2,03 3,80 2,14 14 14 sau tuần giảm xuống 36% 34 %, tương ứng Kết EDX Na3BO3 làm tăng tỷ lệ Ca/Si phần vữa xi măng gần với lõi thép Kết đo EIS trình xử lý ECE làm tăng điện trở suất vữa xi măng, làm cho vi cấu trúc vữa xi măng trở nên chặt xít bị thấm nước ECE tăng cường độ chịu nén vữa 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện xử lý tới hiệu phương pháp ECE 3.2.2 Ảnh hưởng dung dịch xử lý thời gian xử lý tới hàm lượng chất ức chế có mặt vữa xi măng Hình 3.15 phổ UV-vis mẫu chuẩn giá trị pH=7 pH=11 Từ giá trị OD215 thu với mẫu chuẩn hình 3.15, đường chuẩn OD215 – nồng độ TBAB trình bày hình 3.16 Có thể nhận thấy với chất ức chế TBAB có chứa ion (C4H9)4N+ hấp thụ bước sóng ~215-219 nm Quan sát hình 3.16 nồng độ chất ức chế độ hấp thụ quang có quan hệ tuyến tính theo định luật Buger- Lambe- Bee Đây đường chuẩn dùng để phân tích hàm lượng chất ức chế TBAB mẫu vữa xi măng cốt thép thu sau xử lý EICI Hình 3.15: Phổ UV-vis mẫu TBAB 1, 5, 10, 15 20 mM nước cất giá trì pH=7 (a) pH=11 (b) 15 15 Hình 3.16: Đường chuẩn OD215 – nồng độ TBAB nước cất pH=7 pH=11 Bảng 3.6 3.7 kết tính tốn hàm lượng ức chế [TBA +] mẫu xi măng trước sau xử lý ECE dung dịch NaOH Na3BO3, tương ứng Có thể nhận thấy xử lý EICI NaOH, sau xử lý tuần, lượng [TBA+] xung quanh cốt thép (bán kính cm) đạt giá trị 1,5% 1,4% so với khối lượng tồn vữa, cho mẫu nhiễm hay khơng nhiễm clorua, tương ứng Sau tuần, lượng [TBA+] xung quanh cốt thép tăng lên, đạt giá trị 2% 2,5%, tương ứng so với khối lượng toàn vữa Khi xử lý Na3BO3, sau tuần xử lý EICI cho hai loai mẫu, lượng [TBA+] xung quanh cốt thép đạt giá trị 2% so với khối lượng toàn vữa Tuy nhiên tăng thời gian xử lý lên tuần hàm lượng [TBA +] khơng tăng lên Như so sánh loại chất điện ly sử dụng phương pháp EICI dung dịch NaOH có hiệu cao cho tổng hàm lượng chất ức chế phun vào vữa xi măng Bảng 3.6: Kết tính tốn hàm lượng ức chế [TBA+] mẫu vữa xi măng sau xử lý EICI dung dịch NaOH Mẫu Sau tuần xử lý EICI Sau tuần EICI [TBA+] (M) % KL [TBA+] (M) % KL 0% [Cl-] 0,0049 1,58 0,0063 2,04 - 0,0044 1,37 0,0080 2,54 0,5%[Cl ] 16 16 Bảng 3.7: Kết tính tốn hàm lượng ức chế [TBA+] mẫu vữa xi măng sau xử lý EICI dung dịch Na3BO3 Mẫu Sau tuần xử lý EICI Sau tuần xử lý EICI [TBA+] (M) % KL [TBA+] (M) % KL 0% [Cl-] 0,0062 2,00 0,0087 2,76 - 0,0068 2,20 0,0061 1,96 0,5%[Cl ] 3.2.3 Ảnh hưởng dung dịch xử lý thời gian xử lý đến độ bền chịu nén vữa xi măng Hình 3.21 bên phải mơ tả cường độ nén hai loại mẫu vữa (không nhiễm nhiễm 0,5% clorua) trước sau EICI NaOH EICI làm tăng độ bền nén Sau tuần xử lý, cường độ chịu nén tăng 34,6% 19,4%, tương ứng với mẫu không nhiễm nhiễm ion clorua Kết tương tự có xử lý EICI Na3BO3 (hình 3.22) Hình 3.21: Cường độ nén mẫu không nhiễm clorua nhiễm 0,5% clorua, dung dịch NaOH (trái) Na3BO3 (phải) 3.2.4 Ảnh hưởng dung dịch xử lý thời gian xử lý đến đặc trưng điện hóa cốt thép vữa xi măng Bảng 3.8 3.9 mô tả giá trị ăn mòn (E corr), điện trở phân cực (Rp) dòng ăn mòn (icorr) thu từ phân tích đường cong phân cực tuyến tính mẫu vữa xi măng cốt thép không nhiễm nhiễm clorua trước sau xử lý EICI dung dịch NaOH 0,1M (đường cong phân cực tuyến tính đo sau tuần kể từ ngắt dòng điện xử lý EICI để 17 17 tránh tượng dư điện tích) Các số liệu bảng cho thấy trước xử lý EICI, có mặt clorua mẫu vữa làm giảm đáng kể điện trở phân cực lõi thép (Rp) làm tăng dòng ăn mòn Bảng 3.8: Giá trị Ecorr, Rp icorr cốt thép mẫu xi măng không nhiễm clorua, trước sau EICI NaOH 0,1M Thời gian Ecorr Rp icorr Hiệu ức xử lý (tuần) (V/SCE) (Ω.cm2) (mA/cm2) chế (%) -0,286 2,25E+05 1,16E-04 N/A -0,223 1,87E+05 1,39E-04 -19,8 -0,164 2,46E+05 1,06E-04 8,6 Bảng 3.9: Giá trị Ecorr, Rp I corr cốt thép mẫu xi măng nhiễm 0,5% clorua, trước sau EICI NaOH 0,1M Thời gian Ecorr Rp icorr Hiệu ức xử lý(tuần) (V/SCE) (Ω.cm2) (mA/cm2) chế (%) -0,356 2,61E+04 9,96E-04 N/A -0,016 2,36E+05 2,20E-04 77,9 -0,029 1,94E+05 2,68E-04 73,5 Bảng 3.10 3.11 kết thu từ phân tích đường cong phân cực tuyến tính mẫu vữa xi măng cốt thép không nhiễm nhiễm clorua trước sau xử lý EICI dung dịch Na 3BO3 0,1M Với mẫu nhiễm clorua, tương tự xử lý NaOH, sau xử lý EICI Na 3BO3 Rp tăng giảm dòng ăn mòn Sự tăng lên Ecorr (dịch chuyển phía anot) sau xử lý EICI quan sát Karthick cộng [47] với hỗn hợp chất ức chế ăn mòn bao gồm GC, thiosemicarbazit, ethylacetat TEOA Sau ngày xử lý EICI, Ecorr dịch chuyển phía anot từ giá trị -474 mV/SCE (trước xử lý) tới -142 mV/SCE Tương tự giảm giá trị i corr sau xử lý EICI công bố Xu cộng [31] với chất ức chế TETA cho mẫu bê tông nhiễm clorua Sau xử lý EICI, mật độ dòng ăn mòn giảm từ giá trị 0,62 µA/cm2 (trước xử lý) xuống 0,09 µA/cm Sự tăng lên Rp lý giải thấm ion [TBA +] vào bề mặt cốt thép, để hình thành 18 18 lớp thụ động hóa bề mặt thép ngăn thép tiếp xúc trực tiếp với dung dịch lỗ, để làm tăng điện trở lớp gỉ hình thành trước bề mặt cốt thép Sau tuần tuần xử lý, hiệu ức chế ăn mòn đạt giá trị 78% 74%, tương ứng Bảng 3.10: Giá trị Ecorr, Rp icorr cốt thép mẫu xi măng không nhiễm clorua, trước sau EICI Na3BO3 0,1M Thời gian xử Ecorr Rp icorr Hiệu ức lý (tuần) (V/SCE) (Ω.cm2) (mA/cm2) chế (%) -0,286 2,25E+05 1,16E-04 N/A -0,079 2,42E+05 2,14E-04 7,6 -0,138 4,53E+05 5,74E-05 50,9 19 19 Bảng 3.11: Giá trị Ecorr, Rp I corr cốt thép mẫu xi măng nhiễm 0,5% clorua, trước sau EICI Na3BO3 0,1M Thời gian xử Ecorr Rp I corr Hiệu ức lý (tuần) (V/SCE) (Ω.cm2) (mA/cm2) chế (%) -0,356 2,610E+04 9,96E-04 N/A -0,066 2,43E+05 2,14E-04 78,5 -0,055 9,15E+04 5,68E-04 43,0 3.2.5 Ảnh hưởng dung dịch xử lý tới hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măng Hình 3.25 biến thiên nồng độ clorua ngăn bên phải (trong thí nghiệm bình hai ngăn để nghiên cứu khuếch tán ion clorua) theo thời gian mẫu vữa xi măng cốt thép (không nhiễm ion clorua) trước sau xử lý EICI Từ kết tính tốn hệ số khuếch tán thấy q trình EICI làm giảm hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măng xuống 38% Nång ®é Clorua (M) 0.04 Tr í cxölÝEICI SauxöulýEICItrongddNaOH SauxölýEICItrongddNa3BO3 0.03 0.02 0.01 0.00 50 100 150 200 250 Thêi gian (phót) Hình 3.25: Trước EICI: to = 55 phút D = 1,0 ×10-10 m2/s; Sau EICI NaOH: to = 125 phút; D = 6.2 ×10-11 m2/s; Sau EICI Na3BO3: to = 96 phút; D = 8,96 ×10-11 m2/s 20 20 a ) b) c) d ) Hình 3.26: Ảnh FESEM vữa xi măng: (a) (b) trước xử lý EICI; (c) (d) sau xử lý EICI với thời gian tuần Độ phóng đại cho ảnh từ (a) đến (d): 5000 lần (bên trái) 10000 lần (bên phải) Quá trình di chuyển ion phân tử vữa chủ yếu thông qua dung dịch lỗ rỗng Các ion TBA+ có kích thước lớn lấp đầy khoảng rỗng hay lỗ xốp vữa, tương tác hóa học hay vật lý với sản phẩm thủy hóa xi măng để tạo cấu trúc thấm vữa xi măng Đồng thời việc di chuyển cation khác (như Ca +2) phía cốt thép làm thay đổi độ chặt xít cấu trúc pha vữa xi măng sau xử lý EICI (hình 3.26) Tóm tắt kết mục 3.2 Sau tuần xử lý EICI NaOH cho thấy lượng [TBA +] xung quanh cốt thép đạt giá trị 1,4%-1,5 % so với khối lượng vữa Sau tuần, lượng 21 21 [TBA+] xung quanh cốt thép đạt giá trị 2%-2,5% Sử dụng Na3BO3 mang lại hàm lượng chất ức chế bên vữa xi măng thấp Xử lý EICI làm tăng cường độ chịu nén, làm tăng mạnh Rp, dẫn đến làm giảm mạnh dòng ăn mòn EICI có hiệu áp dụng cho mẫu xi măng cốt thép bị nhiễm clorua Sau tuần xử lý, hiệu ức chế ăn mòn cho cốt thép > 50% EICI giảm 38% hệ số khuếch tán ion clorua vữa xi măng 3.3 Nghiên cứu áp dụng phương pháp ECE EICI để phục hồi cấu trúc bê tông nhiễm clorua 3.3.2 Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật ECE EICI cho mẫu bê tông cốt thép ngồi thực địa Hình 3.34 mơ tả hệ thống vật liệu xốp lưu trữ dung dịch để áp dụng kỹ thuật ECE/EICI thực địa (trái) cho mẫu bê tông cốt thép (phải) 3.3.3 Thử nghiệm cống Lân (Tiền Hải, Thái Bình) Hình 3.41 địa điểm thử nghiệm hình ảnh áp dụng thực tế ngồi thực địa cống Lân (Tiền Hải, Thái Bình), sử dụng hệ thống vật liệu xốp lưu trữ dung dịch bơng polyester bơng xenlulozơ Trong quy trình áp dụng ECE dung dịch điện ly sử dụng dung dịch Na3BO3 0,1M Mật độ dòng điện 1A/m2 Chiều dài cột thủy trí mét, cốt thép có đường kính 8mm Thời gian xử lý ECE 15 ngày.Sau tiến hành xử lý ECE, cột thủy trí tiếp tục tiến hành xử lý EICI để phun chất ức chế TBAB vào bên cột Trong quy trình áp dụng EICI dung dịch điện ly xử dụng dung dịch đệm pH Na3BO3 0,1M có chứa 25 mM nồng độ chất ức chế Mật độ dòng điện 5A/m Chiều dài cột thủy trí mét, cốt thép có đường kính mm Thời gian xử lý ECE 30 ngày 22 22 Hình 3.34: Sơ đồ cấu tạo lớp vỏ bọc bên ngồi cột bê tơng cốt thép Hình 3.41: Thử nghiệm cống Lân (Tiền Hải, Thái Bình) Kết phân tích sau xử lý tóm tắt bảng 3.13 Quan sát bảng nhận thấy q trình xử lý điện hóa làm tăng điện hở mạch Eoc cốt thép từ -350 mV/SCE lên -70 mV/SCE thời điểm tháng sau kết thúc trình xử lý ECE/EICI Theo tiêu chuẩn ASTM C876-09, Eoc >-135mV khả 90% thép khơng ăn mòn Trong trường hợp -135mV < E oc