Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng của tro bay đến khả năng chống ăn mòn của dầm bê tông cốt thép

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI NGỌC VŨ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI NGỌC VŨ NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 858 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CHÍNH Đà Nẵng, năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Đề tài “Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tro bay đến khả chống ăn mòn dầm bê tơng cốt thép” hướng dẫn TS Nguyễn Văn Chính Hiệu trưởng trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Quyết định giao nhiệm vụ Quyết định số 1549/QĐ-ĐHBK, ngày 14 tháng năm 2018 Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác / Tác giả Bùi Ngọc Vũ TÓM TẮT: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MỊN CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP Học viên: Bùi Ngọc Vũ Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng Cơng nghiệp Mã số: 858 02 01 Khóa: K34 - Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN - Luận văn nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng tro bay đến khả chống ăn mòn cốt thép dầm bê tơng cốt thép Các mẫu dầm bê tơng cốt thép, kích thước (100x150x1.000)mm đúc cốt thép đặt vùng chịu kéo dầm dùng 28 tròn trơn; tỷ lệ tro bay thay cho xi măng mẫu dầm 0% (mẫu đối chứng), 10%, 20% 40% Cốt thép dầm gia tốc ăn mòn sử dụng phương pháp gia tốc ăn mòn cốt thép với hiệu điện không đổi U=10V Kết cho thấy tro bay góp phần nâng cao khả chống ăn mòn cốt thép dầm bê tông, tỉ lệ tro bay thay xi măng lớn khả chống ăn mòn cốt thép dầm bê tơng tăng Từ khóa: dầm bê tơng cốt thép, Tro bay, ăn mòn cốt thép; gia tốc ăn mòn; Abstract: The thesis studied the effect of fly ash on the corrosion resistance of steel in reinforced concrete beams Reinforced concrete beams dimensions of 100x150mm in cross section and 1000mm in length were cast, in which steel diameter of 8mm were used as the tensile reinforcment, fly ash was used to replace cement at the proportions of 0% (the control beam), 10%, 20% and 40% respectively The reinforcing steel bars were accelerated corrosion by means of impressed voltage methods of 10V The results show that the fly ash improves the corroison resistance of steel in concrete beams, the more fly ash replaced the better corrosion resistance Key words: reinforced concrete beams, fly ash, corrosion, impressed voltage method MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết dự kiến CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRO BAY, BÊ TÔNG VÀ DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .4 1.1 TỔNG QUANG VỀ TRO BAY .4 1.1.1 Khái niệm, thành phần 1.1.2 Các nghiên cứu trước tro bay lĩnh vực xây dựng 1.2 TỔNG QUAN VỀ BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP .7 1.2.1 Bê tông 1.2.2 Bê tông cốt thép 1.2.3 Các nhân tố đảm bảo làm việc chung bê tông cốt thép .8 1.2.4 Ưu điểm nhược điểm Bê tông cốt thép .8 1.3 DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP 1.3.1.Cấu tạo dầm 1.3.2 Sự làm việc dầm .9 1.4 KẾT LUẬN 11 CHƯƠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TÔNG CỐT THÉP .13 2.1 ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG 13 2.1.1 Cơ chế ăn mòn cốt thép bê tơng 13 2.1.2 Các nguyên nhân ăn mòn 14 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KÉT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP 16 2.3 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TRÊN THẾ GIỚI BỊ PHÁ HOẠI DO ĂN MÒN 16 2.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN VÀ SỬA CHỮA KẾT CẤU ĐÃ BỊ ĂN MÒN 17 2.4.1 Một số phương pháp chống ăn mòn 17 2.4.2 Sửa chữa kết cấu bị ăn mòn 23 2.5 GIA TỐC ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG TRONG PHỊNG THÍ NGHIỆM 24 2.5.1 Khái niệm thí nghiệm gia tốc 24 2.5.2 Gia tốc ăn mòn cốt thép bê tông sử dụng nguồn điện chiều24 2.5.3 Định luật Faraday’s 25 2.6 KẾT LUẬN 26 CHƯƠNG THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG ẢNH HƯỞNG CỦA TRO BAY ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MỊN CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP 27 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 27 3.2 CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM 27 3.2.1 Tiêu chuẩn áp dụng 27 3.2.2.Vật liệu, dụng cụ thiết bị thí dùng để nghiệm 28 3.2.3 Thành phần cấp phối chế tạo dầm bê tông cốt thép 37 3.2.4 Gia tốc ăn mòn cốt thép dầm bê tông 41 3.2.5 Vệ sinh dầm thực uốn dầm 42 3.3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 45 3.3.1 Độ sụt cường độ chịu nén mẫu (100x100x100)mm 45 3.3.2 Cường độ dòng điện 45 3.3.3 Kết tính tốn mật độ dòng điện 47 3.3.4 Hình ảnh dầm sau thí nghiệm ăn mòn 50 3.3.5 Thực uốn dầm BTCT 51 3.3.6 Thu hồi thép sau thí nghiệm 53 3.3.7 Tính ăn mòn thực tế lý thuyết 55 3.4 KẾT LUẬN 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng bảng Trang 1.1 Tiêu chuẩn tro bay theo ASTM 1.2 Kết phân tích tro bay 3.1 Thành phần hạt cốt liệu lớn 28 3.2 Thành phần hạt cát 29 3.3 Các tiêu kỹ thuật nhà sản xuất công bố 30 3.4 Các tiêu phân tích tro bay nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân (Tro bay loại F theo Tiêu chuẩn ASTM) 31 Hàm lượng tối đa cho phép muối hòa tan, ion sunfat, ion 33 3.5 clorua cặn không tan nước trộn vữa 3.6 Các tiêu kỹ thuật nhà sản xuất công bố 34 3.7 Kết thí nghiệm kéo thép phòng thí nghiệm 35 3.8 Thành phần cấp phối cho mẽ trộn 37 3.9 Số liệu thép sau gia cơng để thực thí nghiệm 38 3.10 Chi tiết dầm bê tơng thí nghiệm 39 3.11 Số lượng mẫu - đo độ sụt tạo mẫu 39 3.12 Kết đo độ sụt nén mẫu (100*100*100) mm 45 3.13 Kết đo cường độ dòng điện q trình gia tốc ăn mòn 46 3.14 Kết tính tốn mật độ dòng diện 48 3.15 Giá trị lực trình thực uốn dầm 52 3.16 Số liệu thép sau thực thí nghiệm thu hồi 54 3.17 Kết tính tốn ăn mòn theo Định luật Fraday’s 55 3.18 Kết tính tốn khối lượng ăn mòn sau khí thi nghiệm 56 3.19 Khối lượng thép bị ăn mòn thực tế lý thuyết tính tốn 56 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ Số hiệu hình vẽ sơ đồ Tên hình vẽ sơ đồ Trang 1.1 Tro bay 1.2 Sơ đồ tách lọc tro bay 1.3 Các dạng khe nứt dầm đơn giản 10 1.4 Các giai đoạn trạng thái ứng suất - biến dạng tiết diện thẳng góc 11 2.1 Sơ đồ q trình gỉ cốt thép ăn mòn điện hóa 14 2.2 Hình ảnh kết cấu bị ăn mòn 16 2.3 Cầu Silver sập năm 1965 17 2.4 Cầu qua sông Mississippi sập năm 2007 17 2.5 Bảo vệ điện cực âm sử dụng nguồn điện bên ngồi 21 2.6 Thi cơng hệ thống điện cực dương 22 2.7 Phương pháp chống ăn mòn sử dụng điện cực dương hy sinh 22 2.8 Thi công biện pháp chống ăn mòn cực dương huy sinh 23 3.1 Đá 1x2, mỏ đá Phước Tường 28 3.2 Cát đúc bê tông, mỏ cát Túy Loan 29 3.3 Xi măng Sông Gianh PCB 40 30 3.4 Tro bay Vĩnh Tân 31 3.5 Thép 8 tròn trơn - Việt Mỹ (VAS) 33 3.6 Thí nghiệm kéo thép 34 3.7 Muối NaCl REFINED SALT 35 3.8 Ván khuôn tạo mẫu 35 3.9 Một số thiết bị dụng cụ phục vụ thí nghiệm 36 3.10 Một số thiết bị dụng cụ phục vụ thí nghiệm 37 3.11 Gia công cân thép 38 3.12 Dầm BTCT (100x150x1.000)mm 39 3.13 Đo độ sụt, đúc mẫu bảo dưỡng 40 3.14 Sơ đồ thí nghiệm gia tốc ăn mòn phòng thí nghiệm 41 3.15 Thực thí nghiệm ăn mòn 41 Số hiệu hình Tên hình vẽ sơ đồ vẽ sơ đồ Trang 3.16 Dầm sau thí nghiệm ăn mòn 43 3.17 Sơ đồ uốn dầm 04 điểm 43 3.18 Lắp đặt dầm vào gối để thực uốn dầm 44 3.19 Thực nén mẫu 45 3.20 Theo dõi đo cường độ dòng điện camera 46 3.21 Ảnh hưởng tro bay đến mật độ dòng điện ăn mòn cốt thép dầm 49 3.22 Dầm sau thí nghiệm ăn mòn 50 3.23 Vết nứt Dầm sau thí nghiệm ăn mòn 50 3.24 Hình ảnh dầm bị phá hoại thí nghiệm uốn dầm 51 3.25 Hình ảnh vết nứt dầm bị phá hoại 51 3.26 Quan hệ lực chuyển vị dầm 52 3.27 Cốt thép bị ăn mòn dầm bê tơng 53 3.28 Hình ảnh thép bị ăn mòn (Trước vệ sinh) 53 3.29 Hình ảnh thép bị ăn mòn (Sau vệ sinh) 54 3.30 Biểu đồ khối lượng thép bị ăn mòn theo tỷ lệ tro bay thay xi măng 57 TỪ NGỮ VIẾT TẮT AC BD BTCT DC M TB ƯS ƯLT XM VAS Dòng diện xoay chiều Biến dạng Bê tơng cốt thép Dòng điện chiều Momen Tro bay Ứng suất Ứng lực trước Xi măng Thép Việt Mỹ 57 Hình 3.30 Biểu đồ khối lượng thép bị ăn mòn theo tỷ lệ tro bay thay xi măng * Nhận xét đánh giá: - Với tỷ lệ tro bay thay xi măng (0% , 10%, 20% , 40%) tỷ lệ tro bay thay xi măng lớn khối lượng thép bị ăn mòn thấp, hay nói cánh khác khối lượng thép bị ăn mòn tỷ lệ nghịch với tỷ lệ tro bay thay xi măng kết thí nghiệm - Sai lệch khối lượng thực tế lý thuyết mẫu thí nghiệm khác nhau, với tỷ lệ tro bay thay xi măng (0% , 10%, 20%) theo khối lượng thép bị nhỏ lý thuyết tính tốn Nhưng mẫu tỷ lệ tro bay thay xi măng (40%) khối lượng thép bị theo thực tế thí nghiệm lớn theo lý thuyết tính tốn - Khối lượng thép bị ăn mòn lý thuyết tính tốn theo luật Faraday’s thực tế sau thí nghiệm có sai khác theo luật Faraday’s tính ăn mòn cấu tạo cốt thép bê tông phải đồng chất lượng đồng thời tính tốn với Fe2+ Nhưng thực tế chế tạo mẫu để thí nghệm bê tông cốt thép đồng chất lượng mẫu thí nghiệm đồng thời sắt khơng Fe2+ có Fe3+ 3.4 KẾT LUẬN - Tro bay góp phần tăng độ sụt hỗn hợp bê tông ( tỷ lệ tro bay thay xi măng lớn độ sụt bê tông lớn) - Cường độ chịu nén mẫu bê tông thành phần tro bay thay xi măng điều phát triển, đặc biệt tuổi 28 ngày mẫu có thành phần tro bay thay xi măng 20% có cường độ chịu nén lớn mẫu khơng có tro bay - Mật độ dòng điện đo mẫu có tro bay thay xi măng nhỏ mẫu khơng có tro bay tỷ lệ tro bay thay lớn mật độ dòng điện nhỏ ( tỷ lệ tro bay thay lớn điện trở dầm bê tông lớn) 58 - Hàm lượng tro bay thay xi măng (0%, 10%, 20%, 40%) làm tăng khả chịu lực dầm tính thời điểm dầm xuất vết nứt Lực cốt thép chảy dẻo dầm có hàm lượng tro bay thay (0%, 10%, 20%, 40%) tăng lên theo tỷ lệ thuận với hàm lượng tro bay thay xi măng Lực dầm bị phá hoại có tỷ lệ tro bay thay (0%, 10%, 20%, 40%) tăng lên theo tỷ lệ thuận với hàm lượng tro bay thay xi măng Chuyển vị dầm bị phá hoại tỷ lệ thuận với tỷ lệ tro bay thay xí măng (0%, 10%, 20%, 40%), tỷ lệ tro bay thay xi măng lớn độ võng dầm bị phá hoại lớn - Hàm lượng tro bay thay xi măng (0%, 10%, 20%, 40%) lớn khối lượng thép bị ăn mòn thấp 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Việc sử dụng tro bay thay xi măng làm giảm ăn mòn cốt thép dầm bê tông cốt thép, tỷ lệ tro bay thay lớn ăn mòn cốt thép dầm bé Do làm giảm ăn mòn cốt thép dầm bê tơng nên dầm có sử dụng tro bay có khả chịu lực phá hoại bị ăn mòn lớn dầm khơng sử dụng tro bay Kiến nghị: Với kết nghiên cứu trên, kiến nghị: Khi thiết cơng trình bê tơng cốt thép môi trường kết cấu dễ bị ăn mòn, đặc biệt cơng trình vùng biển cần nghiên cứu tính tốn sử dụng tỷ lệ tro bay thay xi măng hợp lý để vừa đảm bảo khả chịu lực, vừa giảm ăn mòn cốt thép kết cấu bê tông cốt thép cơng trình vừa sử dụng nguồn phê thải từ nhà máy nhiệt điện, góp phần bảo vệ môi trường sống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] KS Đoàn Văn Bảo, Nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ tro bay đến phát triển cường độ Bê tông, Đề tài luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Bách khoa Đà Năng - Năm 2018; BS EN 12390-1:2012 - Thí nghiệm bê tơng- Phần 1: Hình dáng, kích thước yêu cầu khác mẫu thí nghiệm ván khuôn Xuất năm 2012; BS EN 12390-2:2009 - Thí nghiệm bê tơng- Phần 2: Đúc dưỡng hộ mẫu – Xuất năm 2009; BS EN 12390-3:2009 - Thí nghiệm bê tơng- Phần 3: Cường độ chịu nén mẫu thí nghiệm – Xuất năm 2009; BS EN 1504-9:2008 - Sản phẩm hệ thống bảo vệ sửa chữa kết cấu bê tông Định nghĩa, yêu cầu, kiểm soát chất lượng đánh giá phù hợp Nguyên tắc chung để sử dụng sản phẩm hệ thống – Xuất năm 2009, BS EN 12696:2000 – Bảo vệ catốt thép bê tông - Xuất năm 2000 TS.Nguyễn Văn Chính TS Paul Lambert, Nghiên cứu ảnh hưởng mật độ dòng điện đến gia tốc ăn mòn cốt thép kết cấu bê tơng cốt thép TS Nguyễn Văn Chính, Giáo trình Ăn mòn cốt thép bê tơng, Khoa XD trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng; PGS.TS Trương Hoài Chính, Giáo trình Phương pháp nghiên cứu khoa học, Trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng; PGS.TS Phạm Hữu Hanh, TS Nguyễn Văn Tuấn, Ths Nguyễn Công Thắng, ThS Nguyễn Trọng Lâm, Nghiên cứu Chế tạo bê tông chất lượng siêu cao sử dụng hỗn hợp phụ gia khoáng Silica Fume trobay sẵn có Việt Nam, Trường Đại Học Xây Dựng – Năm 2016; Ths Bùi Thiên Lam, Giáo trình Kết cấu Bê tơng cốt thép I, khoa XD trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng TS Trần Văn Miền, Nghiên cứu đặt trưng nhiệt bê tông sử dụng hàm lượng tro bay lớn, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Xây dựng số 03+04/năm 2013 TS Nguyễn Mạnh Phát, Lý thuyết Ăn mòn chống ăn mòn – Năm 2007; PGS.TS Hồng Văn Phong, 2008, Cơng nghệ chế tạo xi măng, bê tông, bê tông cốt thép vữa xây dựng TCVN 3105:1993: Hỗn hợp bê tông nặng bê tông nặng - Lấy mẫu, chế tạo bảo dưỡng mẫu thử; TCVN 3106:1993: Hỗn hợp bê tông nặng - Phương pháp thử độ sụt; TCVN 3116:1993: Bê tông - Phương pháp xác định độ chống thấm; TCVN 3118:1993: Bê tông nặng - Phương pháp xác định cường độ nén; TCVN 7570:2006: Yêu cầu kỹ thuật cốt liệu dùng cho bê tông vữa; [20] TCVN 7572 : 2006: Cốt liệu cho bê tông vữa - Phương pháp thử; [21] TCVN 4506 – 2012: Nước cho bê tông vữa - Yêu cầu kỹ thuật; [22] TCVN 10302 : 2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng [23] 14 TS Trần Anh Thiện, Giáo trình Kết cấu bê tơng cốt thép nâng cao, Khoa XD trường ĐH Bách khoa Đà Nẵng; Nguồn từ internet [24] https://vi.wikipedia.org/wiki/Bê tông cốt thép [25] https://vi.wikipedia.org/wiki/Bê tông [26] https://vi.wikipedia.org/wiki/Tro-bay [27] https://vatlieuxaydung.org.vn [28] http://tapchivatuyentap.tlu.edu.vn ... nâng cao khả chống ăn mòn cốt thép dầm bê tông, tỉ lệ tro bay thay xi măng lớn khả chống ăn mòn cốt thép dầm bê tơng tăng Từ khóa: dầm bê tơng cốt thép, Tro bay, ăn mòn cốt thép; gia tốc ăn mòn; ... CHƯƠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA DẦM BÊ TƠNG CỐT THÉP 2.1 ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG - Một ngun nhân gây nên hư hại kết cấu bê tông cốt thép, ... vị dầm + Vết nứt dầm - Đánh giá ảnh hưởng tro bay đến khả chống ăn mòn dầm bê tông cốt thép Kết dự kiến - Xác định khả sử dụng tro bay thành phần cấp phối bê tông đảm bảo khả chống ăn mòn cốt thép