ê tông được xem là vật liệu đá nhân tạo có tính bền vững cao, không bị phân hủy hay cháy nổ. Tuy nhiên, theo thời gian, bê tông bị hư hại do tác động xâm thực của môi trường. Việc xác định tuổi thọ còn lại của công trình cầu đường là vấn đề rất cần thiết, vì nó liên quan đến việc quuết định tiếp tục khai thác, sửa chữa hay phá bỏ. Đặc biệt là các công trình ở vùng thường chịu tác động xâm thực của môi trường, của tải trọng khai thác lớn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN MINH TUẤN ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ KẾT CẤU CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TƠNG CƢỜNG ĐỘ CAO DO THẤM CLO CĨ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI PHÁ HỦY CỦA BÊ TÔNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Hà Nội - 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN MINH TUẤN ĐÁNH GIÁ TUỔI THỌ KẾT CẤU CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP SỬ DỤNG BÊ TÔNG CƢỜNG ĐỘ CAO DO THẤM CLO CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI PHÁ HỦY CỦA BÊ TÔNG CHUYÊN NGÀNH: XÂY DỰNG CẦU HẦM MÃ SỐ: 60.58.02.05 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS TRẦN THẾ TRUYỀN Hà Nội - 2016 LỜI CÁM ƠN Luận văn trình bày dựa kiến thức từ giảng thầy cô Trường đại học Giao thông vận tải, từ việc tham khảo, thu thập, phân tích tài liệu, số liệu thực tế từ ý tưởng gợi mở thầy giáo PGS-TS Trần Thế Truyền việc định hình luận án sở lý luận thực tiễn Học viên xin gửi lời cám ơn chân thành đến PGS-TS Trần Thế Truyền, người tận tình hướng dẫn học viên q trình hồn thiện luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tới thầy, cô Bộ môn Cầu Hầm - Trường Đại học Giao thông vận tải bạn nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành nhiệm vụ giao q trình tơi thực luận văn Do lực hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót mong góp ý, dẫn thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Trần Minh Tuấn MỤC LỤC MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Bê tông xem vật liệu đá nhân tạo có tính bền vững cao, khơng bị phân hủy hay cháy nổ Tuy nhiên, theo thời gian, bê tông bị hư hại tác động xâm thực mơi trường Việc xác định tuổi thọ lại cơng trình cầu đường vấn đề cần thiết, liên quan đến việc quuết định tiếp tục khai thác, sửa chữa hay phá bỏ Đặc biệt cơng trình vùng thường chịu tác động xâm thực môi trường, tải trọng khai thác lớn… Hiện tượng ăn mòn cốt thép thấm clorua mối đe dọa nguy hiểm cơng trình bê tơng cốt thép, đặc biệt cơng trình cầu đường bến cảng mơi trường nước biển chứa hàm lượng clorua cao Vùng thủy triều sóng vỗ khu vực nguy hiểm có khả gây ăn mòn cao Ăn mòn cốt thép thẩm thấu clo làm tiết diện cốt thép giảm nhanh chóng ảnh hưởng lớn đến khả chịu lực cấu kiện bê tông cốt thép Với kết cấu cơng trình sử dụng bê tơng cường độ cao, khả chống thấm nước, chống xâm nhập clorua cải thiện đáng kể nhờ cấu trúc vật liệu có độ đặc cao; độ rỗng thấp Tuy vậy, bê tông cường độ cao xuất vùng phá hủy đường nứt nhỏ xâm nhập clorua tăng nhanh, gây ăn mòn cốt thép ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình Đánh giá tuổi thọ kết cấu cầu bê tơng cốt thép sử dụng bê tơng nói chung bê tơng cường độ cao thấm clorua có xét đến trạng thái phá hủy bê tông nghiên cứu tương đối giới Việc đánh giá kết hợp với nhiều phương pháp xác định tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép khác đưa dự đốn xác tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép nói chung cơng trình cầu đường nói riêng có xét đến ảnh hưởng tải trọng tác dụng Vậy đề tài: “Đánh giá tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao thấm clorua có xét đến trạng thái phá hủy bê tông” thực cần thiết Đối tƣợng nghiên cứu: Các phận kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao bị thấm clorua có xét đến trạng thái phá hủy bê tông Phạm vi nghiên cứu: Các kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao Tuổi thọ xem xét theo tiêu chí ăn mòn cốt thép bê tơng (tính đến thời điểm cốt thép bắt đầu bị ăn mòn thấm clorua) Chỉ trạng thái phá hủy phân tán bê tơng xét đến Mục đích nghiên cứu đề tài: Phân tích q trình ăn mòn cốt thép nói chung ăn mòn cốt thép thấm clorua nói riêng Nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng trạng thái phá hủy nứt bê tông đến độ khuếch tán clorua Áp dụng đánh giá tuổi thọ cơng trình cầu bê tơng cốt thép sử dụng bê tơng cường độ cao có ngun nhân từ thấm clorua Trên sở nghiên cứu,đề giải pháp chống ăn mòn cốt thép biện pháp sửa chữa cơng trình cầu bê tơng cốt thép bị ăn mòn Phƣơng pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lí thuyết thơng qua việc tham khảo, thu thập, phân tích tài liệu, số liệu thực tế, qua đề xuất mơ hình nhằm khắc phục hạn chế mà tác giả trước chưa đề cập đến Cùng với so sánh mơ hình đề xuất với mơ hình đề nghị trước nhằm đảm bảo tính thuyết phục, thực tiễn Kết cấu luận văn: Chương 1: Tổng quan độ bền bê tông cường độ cao Chương 2: Đánh giá độ bền kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép Chương 3: Đánh giá tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao có xét đến trạng thái phá hủy bê tơng PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ BÊ TƠNG CƢỜNG ĐỘ CAO 1.1 Bê tơng cƣờng độ cao: Bê tông loại vật liệu chủ yếu kỷ 20 chế tạo từ hỗn hợp vật liệu lựa chọn hợp lý gồm thành phần: Cốt liệu lớn (đá dăm sỏi), cốt liệu nhỏ (cát), chất kết dính (xi măng…), nước phụ gia Cát đá dăm thành phần vật liệu khống, đóng vai trò khung chịu lực Hỗn hợp xi măng nước (hồ ximăng) thành phần hoạt tính bê tơng, bao bọc xung quanh cốt liệu, lấp đầy lỗ rỗng cốt liệu hồ xi măng rắn chắc, dính kết cốt liệu thành khối đá gọi bê tông Các chất phụ gia phong phú chúng làm tính chất bê tơng trở nên đa dạng đáp ứng yêu cầu ngày phát triển bê tông kết cấu bê tông Ngày bê tông loại vật liệu sử dụng rộng rãi xây dựng, xây dựng cầu, đường Tỷ lệ sử dụng bê tông xây dựng nhà chiếm khoảng 40%, xây dựng cầu đường khoảng 15% tổng khối lượng bê tông Bê tơng có cường độ chịu nén cao, mơ đun đàn hồi phù hợp với kết cấu bê tông cốt thép bê tông cốt thép dự ứng lực Bê tông bền nước ổn định với tác động môi trường Công nghệ bê tông ổn định ngày phát triển Giá thành bê tông hợp lý tận dụng nguyên vật liệu địa phương, kết cấu bê tông chiếm 60% kết cấu xây dựng Nhược điểm bê tông có cường độ chịu kéo chưa cao khối lượng cơng trình bê tơng cốt thép lớn Cường độ chịu nén bê tông thường đạt tối đa 50MPa độ sụt tối đa 7cm Con đường phát triển bê tông cải tiến hệ thống cấu trúc, thành phần, công nghệ cách sử dụng phụ gia, chất hỗ trợ công nghệ (bảo dưỡng, trợ bơm ) phương pháp công nghệ để tìm bê tơng chất lượng cao Các bê tông chất lượng cao phải đáp ứng yêu cầu cường độ, độ bền, tính dễ đổ tính kinh tế Những tính chất cải tiến làm chất lượng hẳn bê tông truyền thống (cường độ, biến dạng, dễ đổ ) Những tính chất đặc biệt tạo khả sáng tạo kết cấu xây dựng công nghệ xây dựng 1.1.1 Định nghĩa bê tông cƣờng độ cao: Bê tông chất lượng cao hệ bê tông có thêm phẩm chất cải thiện thể tiến công nghệ vật liệu kết cấu xây dựng Xét cường độ chịu nén bê tơng cường độ cao (High strength concrete), xét tổng thể tính gọi bê tông chất lượng cao Bê tông cường độ cao (High strength concrete) loại bê tơng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày > 60MPa, với mẫu thử hình trụ có D = 15cm, H = 30cm Cường độ chịu nén sau 24h ≥ 35MPa, cường độ chịu nén tuổi 28 ngày ≥ 60Mpa Mẫu thử chế tạo, dưỡng hộ, thử theo tiêu chuẩn hành Thành phần bê tơng cường độ cao dùng không dùng muội silic dùng kết hợp với tro bay Khi sử dụng muội silic chất lượng bê tông nâng cao Tiêu chuẩn Bắc Mỹ quy định bê tông cường độ cao loại bê tơng có cường độ chịu nén tuổi 28 ngày ≥ 42Mpa Theo CEB.FIP quy định bê tông chất lượng cao có cường độ nén sau 28 ngày tối thiểu 60Mpa có tính vật lý học cao 1.1.2 Các nghiên cứu bê tông cƣờng độ cao: Trong khoảng 25 năm gần sản phẩm bê tơng có cường độ ngày cao hơn, đạt cường độ từ 60 đến 140 MPa Đặc biệt bê tông cường độ siêu cao (Ultra High Strength Concrete) với cường độ lên đến 300MPa (40.000 psi) chế tạo phòng thí nghiệm Bê tơng cường độ cao bắt đầu sử dụng vào thập kỷ 70, loại bê tơng có cường độ chịu nén cao hẳn loại bê tông trước dùng làm cột số tồ nhà cao tầng Mỹ Các cơng trình ngồi biển từ bê tông cường độ cao xây dựng Na Uy Các cơng trình cầu đường Pháp, Nga, Nhật Bản từ bê tông cường độ cao đạt thành công bật Hiện nay, bê tông với cường độ 98 đến 112 MPa sản xuất công nghiệp sử dụng ngành công nghiệp xây dựng Mỹ, Nga, Na Uy, Pháp Các nước Anh, Đức, Thuỵ Điển, Italia, Nhật Bản, Trung Quốc Việt Nam bắt đầu áp dụng bê tông cường độ cao xây dựng nhà, cầu, đường, thuỷ lợi Các nghiên cứu bê tông cường độ cao khẳng định việc sử dụng bê tông cường độ cao cho phép tạo sản phẩm có tính kinh tế hơn, cung cấp khả giải nhiều vấn đề kỹ thuật vừa đảm bảo hai yếu tố sử dụng bê tơng cường độ cao có ưu điểm sau: - Giảm kích thước cấu kiện, kết tăng không gian sử dụng giảm khối lượng bê tông sử dụng, kèm theo rút ngắn thời gian thi công; - Giảm khối lượng thân tĩnh tải phụ thêm làm giảm kích thước móng; - Tăng chiều dài nhịp giảm số lượng dầm với yêu cầu chịu tải; - Giảm số lượng trụ đỡ móng tăng chiều dài nhịp; - Giảm chiều dày bản, giảm chiều cao dầm 1.1.3 Phân loại bê tơng cƣờng độ cao: Có thể phân loại bê tơng chất lượng cao theo cường độ, thành phần vật liệu chế tạo theo tính dễ đổ 1.1.3.1 Phân loại theo cƣờng độ nén: Căn vào cường độ nén tuổi 28 ngày mẫu hình trụ D = 15cm, H = 30cm chia bê tơng thành loại sau: Cƣờng độ nén, MPa Loại bê tông 15 25 Bê tông truyền thống 30 50 Bê tông thường 60 80 Bê tông cường độ cao 100 150 Bê tông cường độ cao Bê tông truyền thống bê tông thường áp dụng chủ yếu xây dựng cầu đường Việt Nam Bê tông cường độ cao nghiên cứu có đủ điều kiện để phát triển Việt Nam 1.1.3.2 Phân loại theo thành phần vật liệu chế tạo: - Bê tông cường độ cao không sử dụng muội silic: loại bê tông không sử dụng muội silic siêu mịn, cần giảm tỉ lệ N/X sử dụng chất siêu dẻo tăng tính cơng tác - Bê tông chất lượng cao sử dụng muội silic: thành phần có lượng muội silic (5 – 15)% so với lượng xi măng chất siêu dẻo - Bê tông chất lượng cao sử dụng tro bay: loại bê tông sử dụng tro bay với liều lượng (15 – 30)% so với lượng xi măng để tăng độ bền nước, giảm nhiệt độ bê tông tươi giảm giá thành bê tông - Bê tông chất lượng cao hỗn hợp: để đảm bảo chất lượng bê tơng giảm giá thành sử dụng kết hợp tro bay muội silic với liều lượng tối ưu - Bê tông cường độ cao cốt sợi: bê tơng cường độ cao có khơng có muội silic có thành phần cốt sợi Cốt sợi kim loại, sợi thủy tinh, sợi cacbon loại sợi khác tùy theo yêu cầu tính giá thành 1.2 Bê tơng cƣờng độ cao kết cấu cơng trình cầu Bê tơng cường độ cao có cường độ chịu nén nhiều tính chất khác cải thiện như: mơ đun đàn hồi cao hơn, cường độ chịu kéo cao, từ biến thấp bê tông thường Cường độ chịu nén bê tơng tính chất quan trọng bê tông Cường độ chịu nén tuổi 28 ngày dùng tiêu để đánh giá chất lượng bê tông Cường độ chịu nén bê tông chất lượng cao sử dụng từ 42MPa (6.000 psi) đến 138 MPa (20.000 psi) thường dùng bê tơng có cường độ khoảng 84 MPa Theo tiêu chuẩn Mỹ Anh, cường độ chịu nén xác định mẫu tiêu chuẩn hình trụ tròn 150x300mm (6x12 inch) Theo tiêu chuẩn Việt Nam, cường độ chịu nén xác định mẫu hình hộp lập phương 150x150x150mm Cường độ chịu kéo khống chế vết nứt bê tơng, đồng thời ảnh hưởng đến số tính chất khác như: độ cứng, độ bền bê tơng, khả dính bám với cốt thép Bê tơng có chất lượng cao cường độ chịu kéo cao từ (30-60)% tuỳ theo thành phần bê tông cường độ cao, tốc độ tăng cường độ chịu kéo chậm cường độ chịu nén Thông thường cường độ chịu kéo bê tông cường độ cao khoảng 10% Cường độ chịu kéo xác định trực tiếp gián tiếp (thông qua cường độ chịu kéo bửa (ASTM C496) kéo uốn (ASTM C78) Các nghiên cứu cho thấy cường độ bê tơng tăng mơ đun đàn hồi tăng đáng kể từ 20 - 40% tuỳ theo thành phần chất loại cốt liệu Biến dạng dài hạn cuối giảm đáng kể (εt) khoảng 0,4 - 0,5 biến dạng theo thời gian bê tông thường Tuy nhiên môđun chống cắt Gc tăng không nhiều Tốc độ phát triển cường độ bê tông cường độ cao nhanh bê tông thường Các loại bê tông truyền thống thường ngày đạt 50% cường độ (tuổi 28 h C cr Cs erf Kct (3.4) Công thức (3.2) đơn giản hóa cách sử dụng hàm Parabol sau: h C cr C s 1 3K t c (3.5) Và tuổi thọ cơng trình t theo tiêu chí bắt đầu ăn mòn cốt thép là: h t 12K c Ccr Cs (3.6) Khác với trạng thái ngun vẹn, bị phá hủy độ thấm bê tông tăng nhanh, điều tạo điều kiện cho độ khuếch tán clorua vào bê tông tăng nhanh, gây tăng nồng độ bê tông bề mặt cốt thép hậu gây ăn mòn cốt thép sớm Để xét đến ảnh hưởng trạng thái phá hủy đến độ khuếch tán clorua vào bê tông, công thức (3.6) sử dụng tính tốn Chỉ trạng thái phá hủy phân tán bê tông xét đến phần Vì bê tơng bị phá hủy tập trung nứt cốt thép bị ăn mòn sau đó, khái niệm tuổi thọ theo tiêu chí ăn mòn khơng có ý nghĩa Ảnh hưởng thời điểm bê tông kết cấu công trình bị phá hủy đến tuổi thọ cơng trình xem xét hai trường hợp 3.2.1 Với bê tông thƣờng - Bê tông bị phá hủy phân tán xây dựng cơng trình Trường hợp này, hệ số khuếch tán clorua Kc lấy hệ số khuếch tán ban đầu Kco 5E-12 m2/s Nồng độ clorua bề mặt lấy nồng độ ban đầu Cso 0.35 Tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép tính sau: h t 12K co 0.881exp(6.609 D) Ccr Cso (3.7) - Bê tông bị phá hủy phân tán sau thời gian đưa cơng trình vào khai thác Trường hợp này, hệ số khuếch tán clorua Kc lấy hệ số khuếch tán thời điểm trước bê tông bị phá hủy phân tán: Kc = Kcot, Kcot = Kc(D) tính theo công thức (3.2) Nồng độ clorua bề mặt lấy nồng độ thời điểm trước bê tông bị phá hủy: Cs = Cst Trong phần chúng tơi thực ví dụ tính tốn tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực mà bê tông bị phá hủy phân tán thời điểm sau năm đưa cơng trình vào khai thác Tuổi thọ t cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép tính sau: h 5 t m 12K co 0,881exp(6,809 D) Ccr n C so (3.7) Các vùng xem xét vùng bị ảnh hưởng sóng biển, vùng thủy triều lên xuống vùng khí hậu ven biển 3.2.2 Với bê tông cƣờng độ cao - Bê tông bị phá hủy phân tán xây dựng cơng trình Tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép tính sau: h t 12K co 0,971exp(5,557 D) Ccr C so - (3.8) Bê tông bị phá hủy phân tán sau thời gian đưa cơng trình vào khai thác Trường hợp này, hệ số khuếch tán clorua Kc lấy hệ số khuếch tán thời điểm trước bê tông bị phá hủy phân tán: Kc = Kcot, Kcot tính theo cơng thức (3.2) Nồng độ clorua bề mặt lấy nồng độ thời điểm trước bê tông bị phá hủy: Cs = Cst Trong phần chúng tơi thực ví dụ tính tốn tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực mà bê tông bị phá hủy phân tán thời điểm sau năm đưa công trình vào khai thác Tuổi thọ t cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép tính sau: h 5 t m 12K co 0,881exp(6,809 D) Ccr n C so (3.9) Các vùng xem xét vùng bị ảnh hưởng sóng biển, vùng thủy triều lên xuống vùng khí hậu ven biển 3.3 Áp dụng tính tốn ảnh hƣởng trạng thái phá hủy lớp bê tông bảo vệ đến tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép 3.3.1 Bê tông thƣờng 3.3.1.1 Bê tông bị phá hủy phân tán sau xây dựng cơng trình Trên hình 3.5 3.6 biểu diễn ảnh hưởng trạng thái phá hủy phân tán bê tông đến tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tơng dự ứng lực Tương ứng với chiều dày lớp bê tơng bảo vệ cho trước độ phá hủy bê tơng tăng lên, tuổi thọ cơng trình giảm rõ rệt 12 h (cm) 10 D=0.05 D=0.10 D=0.15 D=0.20 D=0.25 0.0 2.0 4.0 6.0 t (năm) 8.0 10.0 12.0 14.0 Hình 3.5 – Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép 12 h (cm) 10 D=0.05 D=0.10 D=0.15 D=0.20 D=0.25 0.0 2.0 4.0 6.0 t (năm) 8.0 10.0 Hình 3.6 – Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tơng đến tuổi thọ cơng trình bê tơng DƢL 3.3.1.2 Bê tông bị phá hủy sau thời gian đƣa cơng trình vào khai thác a Vùng bị ảnh hƣởng sóng biển Ở vùng bị ảnh hưởng sóng biển, thay đổi tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tông biểu diễn hình 3.7 3.8 30 25 h (cm) 20 D=0.05 15 D=0.10 10 D=0.15 D=0.02 D=0.25 0 50 100 150 200 250 t (năm) Hình 3.7– Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 15 D=0.10 10 D=0.15 D=0.02 D=0.25 0 50 100 150 200 t (năm) Hình 3.8 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) b Vùng thủy triều lên xuống Ở vùng thủy triều lên xuống, thay đổi tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tơng biểu diễn Hình 3.9 3.10 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 50 100 150 t (năm) Hình 3.9– Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 20 40 60 80 100 120 t (năm) Hình 3.10 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) c Vùng khí hậu ven biển Ở vùng khí hậu ven biển, thay đổi tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tông biểu diễn hình 3.11 3.12 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.2 D=0.25 0 200 400 t (năm) 600 800 Hình 3.11 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tơng bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 100 200 300 t (năm) 400 500 600 Hình 3.12 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực bê tơng bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) Các kết có Hình từ 3.7 đến 3.12 cho thấy, trạng thái phá hủy ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ công trình bê tơng cốt thép bê tơng dự ứng lực Với chiều dày lớp bê tông bảo vệ độ phá hủy tăng lên, tuổi thọ cơng trình giảm nhanh; hay nói cách khác, để cơng trình đạt tuổi thọ dự kiến độ phá hủy bê tơng tăng, cần thiết phải tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ lên tương ứng Tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép mơi trường thủy triều lên xuống bé nhiều so với vùng ảnh hưởng sóng biển vùng khí hậu ven biển So với trường hợp bê tông không bị phá hủy ta thấy, ba vùng xem xét trên, tuổi thọ cơng trình bê tơng lẫn bê tông cốt thép giảm nhiều nhiều kể từ thời điểm bê tông bắt đầu bị phá hủy 3.3.2 Bê tông cƣờng độ cao 3.3.2.1 Bê tông bị phá hủy phân tán sau xây dựng cơng trình Trên hình 3.13 3.14 biểu diễn ảnh hưởng trạng thái phá hủy phân tán bê tơng đến tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực Tương ứng với chiều dày lớp bê tông bảo vệ cho trước độ phá hủy bê tơng tăng lên, tuổi thọ cơng trình giảm rõ rệt 12 h (cm) 10 D=0.05 D=0.10 D=0.15 D=0.20 D=0.25 0.0 2.0 4.0 6.0 t (năm) 8.0 10.0 12.0 14.0 Hình 3.13 – Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tơng đến tuổi thọ cơng trình bê tông cốt thép 12 h (cm) 10 D=0.05 D=0.10 D=0.15 D=0.20 D=0.25 0.0 2.0 4.0 t (năm) 6.0 8.0 10.0 Hình 3.14 – Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ cơng trình bê tơng DƢL 3.3.2.2 Bê tơng bị phá hủy phân tán sau thời gian đƣa vào khai thác a Vùng bị ảnh hƣởng sóng biển Ở vùng bị ảnh hưởng sóng biển, thay đổi tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tơng biểu diễn Hình 3.15 3.16 30 25 h (cm) 20 D=0.05 15 D=0.10 10 D=0.15 D=0.02 D=0.25 0 50 100 150 200 250 t (năm) Hình 3.15– Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tơng bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 15 D=0.10 10 D=0.15 D=0.02 D=0.25 0 50 100 150 200 t (năm) Hình 3.16 – Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) b Vùng thủy triều lên xuống Ở vùng thủy triều lên xuống, thay đổi tuổi thọ công trình bê tơng cốt thép bê tơng dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tông biểu diễn Hình 3.17 3.18 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 50 100 150 t (năm) Hình 3.17 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 20 40 60 80 100 120 t (năm) Hình 3.18 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) c Vùng khí hậu ven biển Ở vùng khí hậu ven biển, thay đổi tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông dự ứng lực theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ có xét đến trạng thái phá hủy bê tơng đượcbiểu diễn Hình 3.19 3.20 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.2 D=0.25 0 200 400 t (năm) 600 800 Hình 3.19 – Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tơng bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 30 25 h (cm) 20 D=0.05 D=0.10 15 D=0.15 10 D=0.20 D=0.25 0 100 200 300 t (năm) 400 500 Hình 3.20 – Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) Các kết có Hình từ 5.7 đến 5.12 cho thấy, trạng thái phá hủy ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ cơng trình bê tông cốt thép bê tông dự ứng lực Với chiều dày lớp bê tông bảo vệ độ phá hủy tăng lên, tuổi thọ cơng trình giảm nhanh; hay nói cách khác, để cơng trình đạt tuổi thọ dự kiến độ phá hủy bê tơng tăng, cần thiết phải tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ lên tương ứng Tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép mơi trường thủy triều lên xuống bé nhiều so với vùng ảnh hưởng sóng biển vùng khí hậu ven biển So với trường hợp bê tông không bị phá hủy ta thấy, ba vùng xem xét trên, tuổi thọ cơng trình bê tơng lẫn bê tông cốt thép giảm nhiều nhiều kể từ thời điểm bê tông bắt đầu bị phá hủy 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG Ở chương này, qua trình thu thập, phân tích kết từ mơ hình thí nghiệm, thấy điểm hạn chế mơ hình đề xuất Trên sở điều chỉnh, đối chiếu so sánh với mơ hình khác đề cập đến bới tác giả trước Luận văn đề xuất mối quan hệ gia tăng độ khuếch tán clorua hàm mũ biến phá hủy D độ khuếch tán bê tông chưa nứt Kv0 Quy luật đem so sánh với quy luật khác đề xuất trước Qua tìm mơ hình dự đốn tuổi thọ cong trình bê tơng cốt thép bê tơng dự ứng lực có xét đến trạng thái phá hủy lớp bê tông bảo vệ theo tiêu chí ăn mòn cốt thép Tuổi thọ cơng trình bê tơng đánh giá theo tiêu chí ăn mòn bê tơng cốt thép khuếch tán clorua vào bê tông Ảnh hưởng vùng xây dựng cơng trình gồm vùng ven biển, vùng có thủy triều lên xuống, vùng bị ảnh hưởng sóng biển đến tuổi thọ cơng trình xây dựng xét đến đồng thời với ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tông Các kết nghiên cứu cho thấy, tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép nói chung cơng trình giao thơng bị ảnh hưởng đáng kể mức độ xâm thực clorua vị trí cơng trình Khi bê tơng bị phá hủy phân tán thời điểm xây dựng cơng trình hay thời điểm q trình khai thác tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép giảm nhanh KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong đề tài này, ta đề cập đến số mơ hình xây dựng mối quan hệ gia tăng độ thấm biến phá hủy D bê tông Luật thấm kiểm chứng so sánh với luật thấm khác công bố tác giả khác Ta phân tích đặc điểm ăn mòn cơng trình xây dựng bê tơng cốt thép nói chung cơng trình giao thơng nói riêng, đặc biệt cơng trình cầu bê tơng cốt thép giới Việt nam Ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tông đến độ khuếch tán clorua phân tích dựa mơ hình thí nghiệm kết thực nghiệm từ tạp chí khoa học SLIVER.Và so sánh với mơ hình đề nghị nhiều tác giả trước Tuổi thọ cơng trình bê tơng đánh giá theo tiêu chí ăn mòn bê tơng cốt thép khuếch tán clorua vào bê tơng Ảnh hưởng vùng xây dựng cơng trình gồm vùng ven biển, vùng có thủy triều lên xuống, vùng bị ảnh hưởng sóng biển đến tuổi thọ cơng trình xây dựng xét đến đồng thời với ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tông Các kết nghiên cứu cho thấy, tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép nói chung cơng trình giao thơng bị ảnh hưởng đáng kể mức độ xâm thực clorua vị trí cơng trình Khi bê tơng bị phá hủy phân tán thời điểm xây dựng cơng trình hay thời điểm q trình khai thác tuổi thọ cơng trình theo tiêu chí ăn mòn cốt thép giảm nhanh Thông qua nghiên cứu giúp năm bắt ăn mòn cốt thép cơng trình cầu bê tơng, có ý nghĩa quan trọng việc kiểm soát dự đoán tuổi thọ cơng trình Trên sở nghiên cứu, phân tích ngun nhân ăn mòn cốt thép, qua đề biện pháp chống ăn mòn cốt thép, với cơng trình q trình ăn mòn xảy đề giải pháp xử lí khắc phục kịp thời, đảm bảo chất lượng cơng trình an tồn cơng trình q trình khai thác Kiến nghị : Ăn mòn cơng trình bê tơng cốt thép nói chung cơng trình cầu bê tơng nói riêng bê tơng bị xâm thực, ăn mòn trước dẫn đến ăn mòn cốt thép dẫn đến phá hủy kết cấu bê tơng cốt thép Việc phòng chống ăn mòn bê tơng, cốt thép có ý nghĩa quan trọng việc trì chất lượng khai thác, tuổi thọ kết cấu bê tơng cốt thép nói chung cơng trình cầu nói riêng Vì giải pháp bảo vệ, phòng chống ăn mòn bê tơng, cốt thép phải triển khai từ giai đoạn thiết kế, xây dựng khai thác cơng trình Luận văn đề xuất mơ hình dự đốn tuổi thọ kết cấu cơng trình cầu sử dụng bê tơng cường độ cao có xét đến trạng thái phá hủy bê tơng Tuy nhiên, việc áp dụng vào thực tế dự báo tuổi thọ cơng trình sử dụng bê tông cường độ cao Việt Nam cần phải thực thêm thí nghiệm điều kiện Việt Nam (độ ẩm, khí hậu vùng ven biển ) để áp dụng mơ hình đề xuất vào tính tốn thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ giao thông vận tải (2014), TCVN 10306:2014 - Bê tông cường độ cao - Thiết kế thành phần mẫu hình trụ [2] Bộ giao thông vận tải (2005), 22TCN 272-05 - Tiêu chuẩn thiết kế cầu [3] Bộ giao thông vận tải (1979), Quy trình thiết kế cầu cống theo trạng thái giới hạn 22TCN 18-79 [4] Phạm Duy Hữu (2012), Vật liệu xây dựng mới, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [5] Phạm Duy Hữu, Nguyễn Ngọc Long, Đào Văn Đông, Phạm Duy Anh (2008), Bê tông cường độ cao chất lượng cao, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [6] Nguyễn Viết Trung (2010), Cầu bê tông cốt thép, Nhà xuất Giao thông vận tải, Hà Nội [7] US Department of Transportation - Federal Highway Administration (2005), High performance concrete structural designer’s guide ... cường độ cao thấm clorua có xét đến trạng thái phá hủy bê tông thực cần thiết Đối tƣợng nghiên cứu: Các phận kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao bị thấm clorua có xét đến. .. bền kết cấu bê tơng cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép Chương 3: Đánh giá tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép sử dụng bê tông cường độ cao có xét đến trạng thái phá hủy bê tông PHẦN KẾT... chung bê tơng cường độ cao thấm clorua có xét đến trạng thái phá hủy bê tông nghiên cứu tương đối giới Việc đánh giá kết hợp với nhiều phương pháp xác định tuổi thọ kết cấu cầu bê tông cốt thép khác