Thiết kế độ bền của kết cấu bê tông ở vùng khí quyển biển dựa trên xác suất

Hầu hết các mô hình tính toán tuổi thọ sử dụng của KCBT hiện tại do xâm nhập clorua được tính theo phương pháp xác định, tức là tuổi thọ sử dụng của KCBT được xác định là một giá trị duy nhất dẫn đến biên độ sai số lớn. Thiết kế độ bền của KCBT dựa trên phương pháp xác suất có thể xác định chính xác phạm vi xác suất sự cố do tính đến độ phân tán của các tham số trong mô hình. Mục tiêu chính của nghiên cứu này là trình bày thiết kế độ bền của KCBT ở vùng khí quyển biển do xâm nhập clorua theo phương pháp xác xuất dựa trên mô phỏng Monte Carlo. Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng của một số tham số đến xác suất sự cố ăn mòn cốt thép. Kết quả nghiên cứu cho thấy tham số chiều dày lớp bê tông bảo vệ x ảnh hưởng lớn nhất đến tuổi thọ sử dụng của KCBT, theo sau là hệ số tuổi m, nồng độ clorua tới hạn Ccr, nồng độ clorua bề mặt và hệ số khuếch tán D0.

Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue (10/2019), 299-308 Transport and Communications Science Journal DURABILITY DESIGN OF CONCRETE STRUCTURES IN THE MARINE ATMOSPHERE ZONE BASE ON PROBABILISTIC Ho Van Quan University of Technology and Education, University of Danang, No 48 Cao Thang Street, Danang, Vietnam ARTICLE INFO TYPE: Research Article Received: 10/09/2019 Revised: 03/11/2019 Accepted: 04/11/2019 Published online: 16/12/2019 https://doi.org/10.25073/tcsj.70.4.7 * Corresponding author Email: Vanquan0877@gmail.com, hvquan@ute.udn.vn; Tel: 0905.548169 Abstract Most current service life calculation models of concrete structures due to chloride penetration are calculated by the deterministic method, this means that the service life of concrete structures is a unique value which results in a large margin of error Durability design of concrete structures that is based on probabilistic method could accurately estimate the range of failure probability by taking into account dispersion of parameters of the model The main objective of this study is to present the durability design of concrete structures that are penetrated by chloride in the marine atmosphere zone using the probability method based on Monte Carlo simulation Moreover, this study evaluates the influence of some parameters on the probability of corrosion failure Research results show that the concrete cover thickness x is the parameter that has the most effect on the service life of concrete structures, followed by the concrete age coefficient m, critical chloride concentration CCr, surface chloride concentration CS and diffusion coefficient D0 Keywords: durability, reinforced concrete structures, chloride penetration, Monte Carlo simulation, probability of corrosion failure, service life © 2019 University of Transport and Communications 299 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299-308 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải THIẾT KẾ ĐỘ BỀN CỦA KẾT CẤU BÊ TƠNG Ở VÙNG KHÍ QUYỂN BIỂN DỰA TRÊN XÁC SUẤT Hồ Văn Quân Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, Số 48 Cao Thắng, Đà Nẵng, Việt Nam THÔNG TIN BÀI BÁO Chun mục: Cơng trình khoa học Ngày nhận bài: 10/09/2019 Ngày nhận sửa: 03/11/2019 Ngày chấp nhận đăng: 04/11/2019 Ngày xuất Online: 16/12/2019 https://doi.org/10.25073/tcsj.70.4.7 * Tác giả liên hệ Email: Vanquan0877@gmail.com, hvquan@ute.udn.vn; Tel: 0905.548169 Tóm tắt Hầu hết mơ hình tính tốn tuổi thọ sử dụng KCBT xâm nhập clorua tính theo phương pháp xác định, tức tuổi thọ sử dụng KCBT xác định giá trị dẫn đến biên độ sai số lớn Thiết kế độ bền KCBT dựa phương pháp xác suất xác định xác phạm vi xác suất cố tính đến độ phân tán tham số mơ hình Mục tiêu nghiên cứu trình bày thiết kế độ bền KCBT vùng khí biển xâm nhập clorua theo phương pháp xác xuất dựa mô Monte Carlo Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng số tham số đến xác suất cố ăn mòn cốt thép Kết nghiên cứu cho thấy tham số chiều dày lớp bê tông bảo vệ x ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ sử dụng KCBT, theo sau hệ số tuổi m, nồng độ clorua tới hạn Ccr, nồng độ clorua bề mặt hệ số khuếch tán D0 Từ khóa: độ bền, kết cấu bê tông cốt thép, xâm nhập clorua, mô Monte Carlo, xác suất cố ăn mòn, tuổi thọ sử dụng © 2019 Trường Đại học Giao thơng vận tải ĐẶT VẤN ĐỀ Ăn mòn cốt thép mối đe dọa lớn độ bền tuổi thọ sử dụng kết cấu bê tông (KCBT) môi trường khắc nghiệt [1] Trong điều kiện bình thường, dung dịch lỗ rỗng bê tơng có độ kiềm cao hình thành màng thụ động mỏng bề mặt cốt thép bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn Tuy nhiên, KCBT tiếp xúc với môi trường biển chứa clorua, việc xâm nhập ion clorua vào bê tơng gây khử màng động cốt thép bắt đầu ăn mòn Ăn mòn cốt thép bắt đầu nồng độ ion clorua bề mặt cốt thép đạt đến giá trị ngưỡng gây ăn mòn Ăn mòn clorua nhanh chóng làm tiết diện cốt thép, sản phẩm ăn mòn tích tụ giao diện bê tơng-cốt thép giãn nở gây phá vỡ bê tông 300 Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue (10/2019), 299-308 liên kết với cốt thép làm suy giảm tuổi thọ KCBT Hầu hết mơ hình tính tốn tuổi thọ sử dụng KCBT xâm nhập clorua tính theo phương pháp xác định, tức tuổi thọ sử dụng KCBT xác định giá trị dẫn đến biên độ sai số lớn Vì hỗn hợp bê tơng có thay đổi đáng kể tính chất nó, hay với KCBT, tính chất khác đáng kể từ phận sang phận khác chí phận kết cấu, thay đổi từ điểm sang điểm khác [2], có nghĩa phân tán tính chất vật liệu, KCBT mơi trường khơng tính đến phương pháp xác định Để khắc phục hạn chế trên, việc dự báo tuổi thọ sử dụng KCBT phân tích xác theo phương pháp xác suất, phương pháp có tính đến phân tán (sự không chắn) tham số tuổi thọ sử dụng xác định phạm vi xác suất cố [3, 4, 5, 6] Tuy nhiên, việc sử dụng phương pháp xác suất thường gặp khó khăn việc thu thập liệu giá trị trung bình, độ lệch chuẩn hàm phân phối thống kê tham số, thực tế liệu có sẵn cho tham số thường bị hạn chế Hơn nữa, phương pháp phụ thuộc nhiều vào phương pháp số để phân tích, tức phải sử dụng phần mềm thống kê kết hợp phương pháp phân tích độ tin cậy Hiện phương pháp thiết kế độ bền KCBT dựa xác suất số tác giả nghiên cứu áp dụng [3, 4, 5, 6], nhiên Việt Nam nghiên cứu vấn đề khiêm tốn Mục tiêu nghiên cứu trình bày thiết kế độ bền KCBT vùng khí biển xâm nhập clorua theo phương pháp xác xuất dựa mô Monte Carlo Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng số tham số đến xác suất cố ăn mòn THIẾT KẾ ĐỘ BỀN CỦA CÁC KẾT CẤU BÊ TÔNG 2.1 Phương pháp thiết kế Trong tiêu chuẩn Châu âu EN 206-1 [7], tiêu chuẩn Mỹ ACI 318 [8] hay tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 12041:2017 [9], để đảm bảo KCBT đủ tuổi thọ sử dụng thiết kế, số giới hạn đưa dựa điều kiện vật liệu môi trường mà KCBT tiếp xúc, gồm có: tỷ lệ nước/xi măng (N/X) tối đa, hàm lượng xi măng tối thiểu chiều dày lớp bê tông bảo vệ tối thiểu Mục đích quy định chung bảo đảm độ bền lâu KCBT môi trường xâm thực lại khơng có qui định rõ ràng tuổi thọ sử dụng Khi tất điều kiện vật liệu cấu tạo KCBT thỏa mãn tiêu chí qui định tiêu chuẩn, tương ứng với loại điều kiện môi trường mà KCBT xây dựng ngầm hiểu chúng đáp ứng tuổi thọ sử dụng thiết kế qui định Không phải lúc cho tuổi thọ sử dụng KCBT đạt số tiêu chí xác định trước [10] Ngồi u cầu tính chất vật liệu, mơi trường cấu tạo KCBT, độ phân tán tham số cần phải tính đến đánh giá với trạng thái giới hạn Do đó, phương pháp thiết kế dựa xác suất cần thiết để xác định tuổi thọ sử dụng KCBT [11, 12] 2.2 Phương pháp thiết kế dựa xác suất Nguyên tắc thiết kế độ bền tương tự thiết kế kết cấu, tức khả chịu tải (sức kháng) kết cấu (R) phải cao tải trọng tác dụng (S) sau: R ≥ S hay g = R – S ≥ 301 (1) Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299-308 Trong g hàm trạng thái giới hạn Vì cường độ độ bền KCBT thay đổi theo thời gian, nên R S xem tham số phụ thuộc thời gian Khi S ≥ R cố xảy ra, xác suất cố Pf tính sau: Pf = P[S(t) - R(t) ≥ 0] (2) R(t) khơng đổi giảm dần theo thời gian, S(t) khơng đổi tăng dần theo thời gian, xác suất cố tăng dần theo thời gian Hình [3, 4, 5] Hình Các nguyên tắc xác định xác suất cố tuổi thọ sử dụng mục tiêu [3, 4, 5] Trong Hình 1, R(t) S(t) thể dạng hai đường cong phân phối theo trục tung Ở giai đoạn đầu, hai đường cong tách tời nhau, theo thời gian chúng xích gần chồng lên diễn từ thời điểm t1 đến t2 Sự chồng chéo ngày tăng phản ánh xác suất cố Pf xảy lớn suy thoái KCBT Xác suất cố phải nhỏ trị số xác suất cố mục tiêu Pmt [3, 4, 5], phương trình (2) trở thành: Pf = P[S(t) - R(t) ≥ 0] ≤ Pmt (3) Vì giá trị Pf thường nhỏ nên người ta thường biểu thị dạng số độ tin cậy β xác định theo công thức (4) [3, 4, 5]: Pf = Φ(-β) (4) Trong Φ hàm phân phối chuẩn Xác suất cố mục tiêu Pmt phương trình (3) thường qui định sở xem xét chi phí đầu tư ban đầu, chi phí bảo trì sửa chữa Mơ hình Fib [5] qui định Pmt = 10-1 (β = 1,3) với trạng thái giới hạn khả phục vụ khởi đầu ăn mòn Pmt = 10-4-10-6 (β = 3,7-4,4) tùy theo cấp độ tin cậy ứng với trạng thái giới hạn cuối sụp đổ cơng trình MƠ HÌNH XÂM NHẬP ION CLORUA VÀO BÊ TÔNG VÀ XÁC ĐỊNH XÁC SUẤT SỰ CỐ ĂN MỊN CỐT THÉP 3.1 Mơ hình xâm nhập ion clorua vào bê tơng Tốc độ thâm nhập ion clorua vào bê tông coi hàm độ sâu theo thời gian mơ hình hóa phương trình (5) dựa lời giải từ Định luật khuếch tán thứ hai Fick trường hợp nồng độ clorua ban đầu C0 = 0, D(t) CS không đổi sau:   x − x    C(x,t) = CS 1 − erf   4D( t ) t       302 (5) Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue (10/2019), 299-308 Trong đó: C(x, t) = nồng độ ion clorua khoảng cách x (mm) tính từ bề mặt bê tơng sau thời gian tiếp xúc t (năm), (% khối lượng bê tông chất kết dính); Δx = độ sâu vùng đối lưu lớp bê tông bảo vệ (mm) mà trình xâm nhập ion clorua khác với định luật Fick; CS = nồng độ clo bề mặt bê tông (% khối lượng bê tông chất kết dính); D(t) = Hệ số khuyếch tán clorua thời điểm t, mm2/năm; erf = Hàm sai số Phương trình (5) xét cho trường hợp khuếch tán chiều, tức khuếch tán diễn bề mặt KCBT theo hướng vng góc Trong thực tế, khuếch tán clorua diễn theo chiều (đối với tường, bản) hai chiều (đối với cột, dầm) Trong nghiên cứu này, xét trường hợp đơn giản khuếch tán chiều nên sử dụng phương trình (5) Theo [4, 5, 13], hệ số khuếch tán clorua phụ thuộc vào thời gian sau: t  D(t) = D0    t  m (6) Trong đó: D0 = Hệ số khuyếch tán ion clo tuổi t0 = 0,0767 năm (28 ngày), mm2/năm; m = Hệ số suy giảm độ khuếch tán tùy thuộc thành phần bê tông loại chất kết dính Khi thi cơng bê tơng ngồi trường, chất lượng bê tông so với chế tạo phòng thí nghiệm nên hệ số khuếch tán phụ thuộc điều kiện thi cơng bê tơng (kco) Nếu tính chất bê tơng xác định từ KCBT ngồi trường kco = 1,0 Theo [4], D(t) phụ thuộc vào điều kiện môi trường tiếp xúc (ken) điều kiện bảo dưỡng bê tông (kcu) Theo [12], cơng thức (6) t có giá trị đến thời điểm tối đa 25 năm, t > 25 năm, hệ số khuếch tán D(t) xem không đổi Kết hợp điều kiện trên, phương trình (6) viết lại sau: m t  D(t) = D k cu k en k co  28  Khi t ≤ 25 năm  t  (7) m t  D(t) = D k cu k en k co  28  Khi t > 25 năm  25  (8) Theo TCVN 12041:2017 [14], CS hàm phụ thuộc thời gian khoảng cách từ KCBT đến mép nước biển Xét trường hợp khoảng cách từ KCBT đến mép nước biển phạm vi 100 m, nồng độ clorua bề mặt bê tông hàm phụ thuộc thời gian Bảng Bảng Nồng độ ion clorua bề mặt KCBT vùng khí mặt nước cách mép nước biển phạm vi 100 m [9] Thời gian tiếp xúc (năm) CS (% khối lượng bê tông) 10 0,135 20 0,176 30 0,205 40 0,239 50 0,249 Nồng độ clorua bề mặt bê tơng biểu diễn theo qui luật hàm mũ theo thời gian [15, 16, 17] Dùng phương pháp hồi qui ta phương trình nồng độ clorua bề mặt theo thời gian (R2 = 0,995) sau: CS(t) = 0,055t0,392 (% khối lượng bê tông) (9) 3.2 Xác định xác suất cố ăn mòn cốt thép Hư hỏng KCBT ăn mòn cốt thép thời hạn phục vụ thường chia thành hai giai đoạn, giai đoạn bắt đầu ăn mòn (khử màng thụ động) cốt thép, giai đoạn 303 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299-308 không gây hư hỏng phận kết cấu Giai đoạn thứ hai lan truyền ăn mòn, KCBT hư hỏng vượt mức độ định (thường thể bề rộng vết nứt) xem kết cấu hay phận kết cấu khả chịu tải [12] Trạng thái giới hạn khả phục vụ KCBT cố bắt đầu ăn mòn cốt thép nứt lớp bê tơng bảo vệ, trạng thái giới hạn cuối công trình khả chịu tải bị sụp đổ [4, 5] Đối với cơng trình mới, người ta thường xem trạng thái giới hạn khả phục vụ cốt thép bị khử màng thụ động nứt lớp bê tơng bảo vệ [2, 4, 6, 12], sau thời điểm này, chi phí bảo trì, sửa chữa tăng đáng kể độ an toàn KCBT bắt đầu suy giảm Ở đây, trạng thái giới hạn khả phục vụ bắt đầu ăn mòn cốt thép xem xét, tức nồng độ clorua tích tụ bề mặt cốt thép C(x, t) lớn nồng độ clorua tới hạn gây ăn mòn CCr, phương trình trạng thái giới hạn viết là: C(x, t) ≥ CCr hay g = C(x, t) – CCr ≥ (10) Xác suất cố ăn mòn Pf xâm nhập clorua dựa phương trình trạng thái giới hạn (10) biểu thị sau: Pf = P[C(x, t) – CCr ≥ 0] (11) Hiện có số phương pháp để tính xác suất cố Pf phương pháp độ tin cậy bậc nhất, phương pháp độ tin cậy bậc hai mô Monte Carlo [3, 4] Ở đây, sử dụng mô Monte Carlo, mô tham số biến ngẫu nhiên theo phân phối xác suất xác định giá trị hàm trạng thái giới hạn (10) tính tốn Xác suất cố ăn mòn Pf thu từ mơ Monte Carlo tính theo cơng thức (12): Pf = n  Ig(rj , s j ) N j=1 (12) Trong đó, N tổng số lần mơ I[g(rj, sj)] hàm thị cho biết số lần lặp dẫn đến cố ăn mòn Pf (trường hợp C(x, t) ≥ CCr) Để có kết đáng tin cậy, số lần lặp đủ lớn thực mô Monte Carlo cần thiết Trong nghiên cứu sử dụng 50.000 lần lặp cho tất phân tích KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Bảng Các tham số thống kê để phân tích độ bền Tham số D0 (mm2/năm) n CCr (%) CS (%) x (mm) Δx (mm) kcu ken kco t (năm) Trường hợp sở N(µ, σ) N(176,60; 26,49) N(0,23; 0,0345) N(0,075; 0,0113) N(0,055; 0,0083).t0,392 N(60; 9,0) 1,0 0,68 1,15 50 Phạm vi thay đổi 176,60; 220,75; 264,90 0,23; 0,2875; 0,345 0,075; 0,09275; 0,1125 0,055; 0,0688; 0,0825 60; 75; 90 50; 100 CV (%) 15 15 15 15 15 - Tham khảo [18] [13] [9] [9] [5] [4] [4] [9, 14] Trong nghiên cứu này, tham số D0, m, CS, CCr m xem biến ngẫu nhiên có dạng phân bố chuẩn N(µ, σ), với µ giá trị trung bình σ độ lệch chuẩn, tham số khác số Để đánh giá độ nhạy tham số đến xác suất cố ăn mòn, giá 304 Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue (10/2019), 299-308 trị trung bình chúng tăng thêm 25% 50% so với trường hợp sở hệ số biến thiên (CV) giữ không đổi, giả định 15% (độ lệch chuẩn 15% giá trị trung bình) cho tất tham số Bảng D0 = 176,60 (mm2/năm) với bê tông không sử dụng phụ gia khoáng (PGK) với tỉ lệ nước/xi măng (N/X) = 0,30 [18]; xmin = 50 mm KCBT ven biển [9, 14], chọn x = 60 mm; Δx = (mm) với vùng khí biển [5]; tuổi thọ sử dụng thiết kế 50 100 năm [9, 14]; m = 0,23 với bê tông không sử dụng PGK [13], CCr = 0,075% (khối lượng bê tông) [9]; kcu = 1,0 với bảo dưỡng KCBT ngày ken = 0,68 với vùng khí biển [4] 4.1 Ảnh hưởng hệ số khuếch tán ion clorua D0 Ảnh hưởng hệ số khuếch tán D0 đến xác suất cố ăn mòn Pf thể Hình Ta thấy thời gian định, giữ nguyên tham số khác, gia tăng D0 dẫn đến gia tăng Pf, điều độ khuếch tán cao thể việc vận chuyển ion clorua vào bê tông nhanh, hệ số D0 phụ thuộc vào chất lượng bê tông chủ yếu tỉ lệ N/X loại chất kết dính (CKD) [4, 5, 12, 13] Gỉa sử Pmt = 10-1 (β = 1,3), Hình cho thấy thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 31, 26 23 năm tương ứng với hệ số khuếch tán D0 = 176,60; 220,75 264,90 mm2/năm 4.2 Ảnh hưởng chiều dày lớp bê tông bảo vệ x Ảnh hưởng x đến Pf thể Hình Khi x tăng lên Pf giảm xuống, hay nói cách khác Pf thời gian bắt đầu ăn mòn cốt thép tăng lên Để bắt đầu ăn mòn, ion clorua bên ngồi phải vận chuyển từ bề mặt bê tông qua lớp bảo vệ đến cốt thép, đó, chiều dày lớp bê tông bảo vệ lớn làm cho nồng clorua đạt đến cốt thép mức tới hạn lâu tuổi thọ KCBT lớn Như chiều dày lớp bê tông bảo vệ tham số quan trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ KCBT Nếu lấy Pmt = 10-1 (β = 1,3), thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 31, 42 54 năm tương ứng với chiều dày lớp bê tông bảo vệ x = 60, 75 90 mm Hình Ảnh hưởng hệ số khuếch tán ion clorua đến xác suất cố ăn mòn Pf Hình Ảnh hưởng chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến xác suất cố ăn mòn Pf 4.3 Ảnh hưởng nồng độ clorua tới hạn CCr Hình cho thấy ảnh hưởng CCr đến Pf tương tự chiều dày lớp bê tông bảo vệ, tức Pf giảm CCr tăng lên Rõ ràng CCr tăng lên dẫn đến thời gian để ion clorua từ bên xâm nhập vào bê tông đạt đến mức CCr tăng lên Pf giảm xuống Nồng độ CCr phụ thuộc vào chất lượng bê tông (tỷ lệ N/X, loại CKD) loại thép sử dụng [4, 5, 12, 19] Nếu lấy Pmt = 10-1 (β = 1,3), thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 31, 37 45 năm tương ứng với CCr = 0,075, 0,09275 0,1125% 305 Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299-308 4.4 Ảnh hưởng nồng độ clorua bề mặt bê tông CS Ảnh hưởng CS đến Pf thể Hình 5, CS tăng lên làm cho Pf tăng lên Vì CS cao làm tăng chênh lệch nồng độ clorua bề mặt phần bên bê tông lớn dẫn đến vận chuyển clorua vào bê tông nhanh, kết clorua đạt đến nồng độ CCr diễn nhanh Nồng độ CS phụ thuộc thời gian, chất lượng bê tông (tỉ lệ N/X, loại CKD) loại môi trường tiếp xúc [4, 5, 9, 16] Thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 31, 25 22 năm tương ứng với CS0 = 0,055; 0,0688 0,0825% Hình Ảnh hưởng nồng độ clorua tới hạn đến xác suất cố ăn mòn Pf Hình Ảnh hưởng nồng độ clorua bề mặt bê tơng đến xác suất cố ăn mòn Pf 4.5 Ảnh hưởng hệ số tuổi m Ảnh hưởng m đến Pf thể Hình 6, m lớn thể sức kháng bê tông với xâm nhập clorua từ môi trường theo thời gian lớn (hệ số khuếch tán ion clorua bê tông theo thời gian thấp) dẫn đến Pf giảm xuống (tăng tuổi thọ KCBT) Hệ số m phụ thuộc phụ thuộc chủ yếu vào loại CKD điều kiện môi trường tiếp xúc [4, 5, 12, 13] Thời gian bắt đầu ăn mòn KCBT khoảng 31, 38 46 năm tương ứng với hệ số m = 0,23; 0,2875 0,345 Hình Ảnh hưởng hệ số tuổi m đến xác suất cố ăn mòn Pf 4.6 Đánh giá độ nhạy tham số đến xác suất cố ăn mòn Pf Để đánh giá ảnh hưởng thay đổi tham số đến Pf, ta sử dụng hệ số độ nhạy SY xác định theo công thức: SY = Pf /Pf Y/Y 306 (13) Transport and Communications Science Journal, Vol 70, Issue (10/2019), 299-308 Trong đó: SY độ nhạy tham số Y; ΔY/Y thay đổi giá trị trung bình tham số Y (%); ΔPf/Pf thay đổi xác suất cố ăn mòn tương ứng (%) Xét thời điểm t = 50 năm, độ nhạy tham số ngẫu nhiên thể Bảng Khi tăng giá trị trung bình D0, Cs Pf tăng lên, ngược lại, tăng giá trị trung bình x, CCr, m Pf giảm xuống Khi so sánh độ nhạy, tham số ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ KCBT chiều dày lớp bê tông bảo vệ x, theo sau m, CCr, CS, D0 Ta thấy độ nhạy tham số D0 thấp nhất, nghiên cứu [20, 21] cho thấy độ nhạy D0 đứng sau x Sự thay đổi độ nhạy khác giá trị hạn chế tham số đầu vào, nghiên cứu [20, 21], suy giảm hệ số khuếch tán clorua tính đến hết tuổi thọ KCBT, CS độc lập với thời gian; trong nghiên cứu này, suy giảm hệ số khuếch tán clorua tính đến 25 năm CS phụ thuộc vào thời gian Bảng Độ nhạy tham số xác suất cố ăn mòn Pf thời điểm t = 50 năm Tham số D0 x CCr CS m ΔY/Y (%) 25 50 25 50 25 50 25 50 25 50 ΔPf/Pf (%) 29,35 47,91 -60,23 -88,14 -41,79 -70,55 34,78 53,43 -45,26 -75,99 SY 1,17 0,96 -2,41 -1,76 -1,67 -1,41 1,39 1,07 -1,81 -1,52 KẾT LUẬN Bài báo trình bày quy trình thiết kế độ bền KCBT vùng khí biển xâm nhập clorua dựa xác suất Mơ Monte Carlo, có tính đến độ phân tán tham số kết thể xác suất cố ăn mòn Pf Kết phân tích cho thấy, xác suất cố ăn mòn Pf bị ảnh hưởng nhiều tham số, tăng giá trị trung bình tham số D0, CS dẫn đến Pf tăng thời điểm định, ngược lại tăng giá trị trung bình tham số x, Ccr m dẫn đến Pf giảm Tham số ảnh hưởng lớn đến xác suất cố ăn mòn Pf chiều dày lớp bê tông bảo vệ x, tiếp đến tham số m, CCr, CS D0 Kết nghiên cứu cho thấy để tăng tuổi thọ (giảm Pf) KCBT xâm nhập clorua cần phải giảm giá trị tham số D0, CCr tăng giá trị tham số Ccr m, điều có nghĩa phải tăng chất lượng bê tông cách giảm tỉ lệ N/X sử dụng loại chất kết dính (các loại phụ gia khống) phù hợp Đồng thời thiết kế KCBT môi trường xâm thực, chiều dày lớp bê tông bảo vệ phải lựa chọn cách thỏa đáng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] OE Gjørv, Concrete in the oceans, Mar Sci Commun., (1975) 51-74 [2] O.E Gjørv, Durability Design and Construction Quality of Concrete Structures, Advances in Concrete Construction, (2013) 45-63 https://doi.org/10.1007/s13369-010-0033-5 [3] DuraCrete: Probabilistic Methods for Durability Design, The European Union – Brite EuRam III, Project No BE95-1347: Probabilistic Performance Based Durability Design of Concrete Structures, Document R0, January 1999 307 Tạp chí Khoa học Giao thơng vận tải, Tập 70, Số (10/2019), 299-308 [4] DuraCrete: General Guidelines for Durability Design and Redesign, The European Union – Brite EuRam III, Project No BE95-1347: “Probabilistic Performance Based Durability Design of Concrete Structures”, Document R 15, February 2000 [5] Fib Bulletin, No.34, Model code for service life design, 2006 [6] ISO 13823, General Principles on the Design of Structures for Durability, International Organization for Standardization, 2012 [7] EN 206-1, Concrete - Part 1: Specification, Performance, Production and Conformity, 2000 [8] ACI Committee 318, ACI 318 Building Code Requirements for Structural Concrete, American Concrete Institute, Farmington Hills, Mich., 2011 [9] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 12041: Kết cấu bê tông bê tông cốt thép – Yêu cầu chung thiết kế độ bền lâu tuổi thọ môi trường xâm thực, 2017 [10] O.E Gjørv, Durability of Concrete Structures and Performance-Based Quality Control, International Conference on Performance of Construction Materials in the New Millennium, Cairo, 10s, 2003 [11] B Cather and B Marsh, Service Life of Concrete Structures - Current and Emerging Approaches, International Seminar on the Management of Concrete Structures for Long Term Serviceability, Sheffield, 1997, p 21-32 [12] ACI Committe 365, Life-365, Service Life Prediction Model and Computer Program for Predicting the Service Life and Life-Cycle Cost of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides Version 2.2.3, September 28, 2018 [13] M.D.A Thomas, M.H Snehata, S.G Shashiprakash, D.S Hopkins, K Cail, Use of Ternary Cementitious Systems Containing Silica Fume and Fly Ash in Concrete, Cement and Concrete Research, 29 (1999) 1207-1214 https://doi.org/10.1016/S0008-8846(99)00096-4 [14] Bộ Khoa học Công nghệ, TCVN 11823: Thiết kế Cầu đường bộ, 2017 [15] R.N Swamy, H Hamada, J.C Laiw, A critical evaluation of chloride penetration into concrete in marine environment” in “Corrosion and Corrosion Protection of Steel in Concrete”, Proceedings of an International Conference, University of Sheffield, England, 404-419, 1994 [16] A Costa, J Appleton, Chloride penetration into concrete in marine environment - Part (2): Prediction of long term chloride penetration, Materials and Structures, 32 (1999) 354-359 [17] Hồ Văn Quân, Nguyễn Văn Tươi, Phạm Thái Uyết, Trần Thế Truyền, Thực nghiệm phân tích thay đổi nồng độ clo bề mặt công trình bê tơng cốt thép theo thời gian mơi trường biển, Tạp chí GTVT, 1+2 (2016) 91-94 [18] Hồ Văn Quân, Phạm Duy Hữu, Nguyễn Thanh Sang, Cải thiện độ chống thấm ion clo kéo dài tuổi thọ kết cấu bê tông môi trường biển cách sử dụng kết hợp muội silic tro bay, Tạp chí GTVT, 12 (2015) 81-84 [19] P.S Mangat, B.T Molloy, Prediction of Long-Term Chloride Concentration in Concrete, Materials and Structures, 27 (1994) 338-346 https://doi.org/10.1007/BF02473426 [20] O Sengul, Probabilistic Design for the Durability of Reinforced Concrete Structural Elements Exposed to Chloride Containing Environments, Teknik Dergi, 22 (2011) 5409-5423 [21] R Muigai, P Moyo, M Alexander, Durability design of reinforced concrete structures: a comparison of the use of durability indexes in the deemed-to-satisfy approach and the full probabilistic approach, Materials and Structures, 45 (2012) 1233–1244 https://doi.org/10.1617/s11527-012-9829-y 308 ... đó, phương pháp thiết kế dựa xác suất cần thiết để xác định tuổi thọ sử dụng KCBT [11, 12] 2.2 Phương pháp thiết kế dựa xác suất Nguyên tắc thiết kế độ bền tương tự thiết kế kết cấu, tức khả chịu... bày thiết kế độ bền KCBT vùng khí biển xâm nhập clorua theo phương pháp xác xuất dựa mô Monte Carlo Đồng thời, đánh giá ảnh hưởng số tham số đến xác suất cố ăn mòn THIẾT KẾ ĐỘ BỀN CỦA CÁC KẾT CẤU... -1,52 KẾT LUẬN Bài báo trình bày quy trình thiết kế độ bền KCBT vùng khí biển xâm nhập clorua dựa xác suất Mô Monte Carlo, có tính đến độ phân tán tham số kết thể xác suất cố ăn mòn Pf Kết phân