Nghiên cứu ứng dụng polyme để nâng cao khả năng chống ăn mòn bê tông trong các công trình tiếp xúc với đất nhiễm mặn

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - NGUYỄN THỊ THANH HƯƠNG ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG POLYME ĐỂ NÂNG CAO KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN BÊ TÔNG TRONG CÁC CÔNG TRÌNH TIẾP XÚC VỚI ĐẤT NHIỄM MẶN Chuyên ngành Mã số ngành : Vật Liệu Và Cấu Kiện Xây Dựng : 2.15.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2004 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian năm học tập nghiên cứu giúp đỡ nhiệt tình thầy cô môn Vật Liệu Xây Dựng, phòng thí nghiệm ngòai Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, đồng nghiệp sinh viên chuyên ngành vật liệu xây dựng, thầy cô giảng dạy hướng dẫn tận tình, đến em hòan thành luận văn Cao Học Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa, Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Bộ Môn Vật Liệu Xây Dựng, phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng, phòng thí nghiệm công trình, phòng thí nghiệm chuyên sâu thuộc trường Đại Học Cần Thơ, trung tâm nghiên cứu polyme Đặc biệt TS Nguyễn Văn Chánh – Giáo Viên hướng dẫn chính, tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình làm luận văn Cao Học Tôi xin chân thành cảm ơn bạn đồng nghiệp, bạn sinh viên chuyên ngành Vật Liệu Xây Dựng tham gia đóng góp ý kiến giúp đỡ trình làm làm đề tài tốt nghiệp cao học Mặc dù luận án hoàn thành với tất cố gắng, phấn đấu nổ lực bảng thân Nhưng thời gian kiến thức có hạn, luận văn tốt nghiệp cao học thiếu sót Vì vậy, kính mong quý thầy cô, quý anh chị bạn đồng nghiệp đóng góp ý kiến để em khắc phục nâng cao kiến thức Em xin chân thành cảm ơn ! HVTH : NGUYỄN THỊ THANH HƯƠNG TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Tên đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng polyme để nâng cao khả chống ăn mòn bê tông công trình tiếp xúc với đất nhiễm mặn” Tính cấp thiết đề tài n mòn bê tông bê tông cốt thép môi trường xâm thực gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính bền tuổi thọ công trình Đặc biệt môi trường đất nhiễm mặn, với bê tông thông thường không đủ độ ổn định ăn mòn xảy nhanh chóng Việc sử dụng phụ gia polyme acrylic vào bê tông cải tiến tính chất khả chống thấm, cường độ chịu uốn, kéo tăng độ bền cho bê tông môi trường xâm thực Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Ứng dụng polyme acrylic cải tiến tính chất cho bê tông nhằm nâng cao tính bền vững cho bê tông công trình tiếp xúc với đất nhiễm mặn Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Nghiên cứu sở lý thuyết chế hoạt động phụ gia polyme vật liệu xi măng bê tông Nghiên cứu thực nghiệm tính chất kỹ thuật vật liệu, bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic theo phương pháp thí nghiệm tiêu chuẩn phi tiêu chuẩn Nghiên cứu thực nghiệm độ bền bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic môi trường ăn mòn Những đóng góp luận văn - Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông bê tông cốt thép ứng dụng polyme vào bê tông giới nước - Chương Nghiên cứu lý thuyết khoa học chế hoạt động phụ gia polyme xi măng bê tông phương pháp thiết kế cấp phối bê tông sử dụng phụ gia polyme - Chương Lựa chọn kiểm tra tính chất vật liệu sử dụng, tính toán cấp phối bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic - Chương Nghiên cứu tính chất lý bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic Chương Nghiên cứu độ bền bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic môi trường ăn mòn - Kết luận, kết nghiên cứu kiến nghị cho phần nghiên cứu Cấu trúc luận văn Luận văn bao gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận tài liệu tham khảo Luận văn gồm 137 trang thuyết minh, 42 hình vẽ, 35 bảng biểu hình chụp SUMMARY MASTER THESIS TITTLE : “MODIFIED POLYMER APPLICATION FOR CONCRETE TO ENHANCE CORROSION RESISTANCE OF CONCRETE UNDERGONE ACID SUNFAT SOILS” The aim of this master thesis is using polymer modified concrete to enhance deterioration resistant of concrete in acid sunfat soils The contribution of this thesis is included in chapters as following : - Chapter mentions about the research deterioration reinforced concrete and application polymer modified concrete in the world and in Viet Nam are mentioned too Beside, the aim of this thesis is also presented - Chapter presents some basis theories to research such as : the machenisms of polymer modification for cement composites and concrete And showing mix design method for polymer modified concrete - Chapter describes properties of ingredients used in this thesis and show the mix polymer modified concrete design - Chapter shows the research results as properties of polymer modified concrete at the fresh and hardened stages - Chapter shows the durability of polymer modified concrete in aggressive media - Conclusions and suggests MỤC LỤC Trang phụ bìa Nhieäm vụ luận văn Thạc Só Lời cảm ơn Tóm tắt luận văn Thạc Só Muïc luïc Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG : TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ ỨNG DỤNG POLYME VÀO BÊ TÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1.1.Thực trạng hư hại công trình bê tông bê tông cốt thép 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông bê tông cốt thép ứng dụng polyme vào bê tông giới nước 1.3 Đất nhiễm mặn ăn mòn 23 1.4 Các tiêu chuẩn quy định phân loại môi trường ăn mòn quy định biện pháp chống ăn mòn bê tông bê tông cốt thép 26 1.5 Mục tiêu, nhiệm vụ phương pháp nghiên cứu 30 CHƯƠNG : CƠ SỞ KHOA HỌC .33 2.1 Quá trình ăn mòn bê tông bê tông cốt thép môi trường xâm thực 33 2.2 Cấu trúc bê tông 41 2.3 Cơ chế hoạt động phụ gia polyme bê tông xi măng 48 2.4 Phương pháp thiết kế cấp phối bê tông sử dụng phụ gia polyme 55 CHƯƠNG : NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM CÁC TÍNH CHẤT NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ THIẾT KẾ CẤP PHỐI THÀNH PHẦN CHO BÊ TÔNG SỬ DỤNG PHỤ GIA ACRYLIC .66 3.1 Tính chất nguyên vật liệu dùng bê tông 66 3.2 Thiết kế cấp phối bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic 75 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT BÊ TÔNG DÙNG PHỤ GIA ACRYLIC Ở TRẠNG THÁI HỖN HP VÀ RẮN CHẮC .83 4.1 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phụ gia đến tính chất hỗn hợp bê tông dùng phụ gia acrylic 83 4.2 Nghiên cứu ảnh hưởng hàm lượng phụ gia đến tính chất lý bê tông dùng phụ gia acrylic 84 4.3 Nghiên cứu ảnh hưởng phụ gia acrylic đến tính chất vữa 97 4.4 Nghiên cứu cấu trúc đá xi măng dùng phụ gia acrylic 100 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỐNG ĂN MÒN CỦA BÊ TÔNG SỬ DỤNG PHỤ GIA POLYME ACRYLIC 103 5.1 Nghiên cứu khả chống ăn mòn bê tông sử dụng phụ gia acrylic 103 5.2 Nghiên cứu khả chống ăn mòn vữa dùng phụ gia acrylic 125 5.3 Nghiên cứu cấu trúc bê tông môi trường xâm thực 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lý lịch trích ngang DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Các tính chất bê tông dùng polyme Bảng 1.2 Tính chất cường độ estercrete theo thời gian 13 Bảng 1.3 Các tính chất vữa polyurethane cải tiến 14 Bảng 1.4 Cường độ chịu nén bê tông dùng monome 15 Bảng 1.5 Tính chất bê tông dùng furfuryl alcohol 16 Bảng 1.6 Các tính chất bê tông dùng epoxy cải tiến 17 Bảng 1.7 Tỉ lệ thành phần hỗn hợp vữa dùng polyme latex 18 Bảng 1.8 Tính chất hoá học vùng ĐBSCL 25 Bảng1.9Tiêu chuẩn phân loại môi trường xâm thực sunfat theo EN 206-1:1200 26 Bảng 1.10 Tiêu chuẩn phân loại môi trường xâm thực sunfat theoCP 8110:198526 Bảng 1.11 Phân loại môi trường theo độ đặc bê tông 27 Bảng 1.12 Phân lại độ đặc bê tông theo độ chống thấm 28 Bảng 1.13 Phân loại độ đặc bê tông theo độ hút nước 28 Bảng 1.14 Phân loại độ đặc bê tông theo tỉ lệ N/X 29 Bảng 1.15 Quy định biện pháp bảo vệ bề mặt kết cấu BT & BTCT 29 Bảng 2.1 Giá trị thông số cho phân bố lỗ rỗng 45 Bảng 3.1 Một số quy định xi măng dùng chế tạo bê tông chống ăn mòn 66 Bảng 3.2 Các tính chất lý xi măng 67 Bảng 3.3 Các tính chất lý cát 68 Bảng 3.4 Kết phân tích rây sàng cát 68 Bảng 3.5 Các tính chất lý đá dăm 70 Bảng 3.6 Kết phân tích rây sàng đá dăm 70 Bảng 3.7 Các loại vật liệu dùng để trùng hợp nhũ tương 72 Bảng 3.8 Công thức trùng hợp nhũ tương polyme latex 73 Bảng 3.9 Nguyên vật liệu thành phần 1m3 BTPA 82 Bảng 4.1 Nguyên vật liệu dùng bê tông sử dụng phụ gia acrylic 84 Bảng 4.1 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến tính chất hỗn hợp BTPA 84 Bảng 4.2 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến tính chất BTPA 86 Bảng 4.3 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến tính chất vữa-acrylic 98 Bảng 5.1 nh hưởng môi trường ăn mòn đến khối lượng bê tông 105 Bảng 5.2nh hưởng môi trường ăn mòn theo chu kỳ khô-bão hoà đến khối lượng bê tông 108 Bảng 5.3 nh hưởng môi trường ăn mòn đến độ hút nước bê tông 112 Bảng 5.4 nh hưởng môi trường ăn mòn theo chu kỳ khô-bão hoà đến độ hút nước bê tông 115 Bảng 5.5 nh hưởng môi trường ăn mòn đến cường độ bê tông 118 Bảng 5.6nh hưởng môi trường ăn mòn theo chu kỳ khô-bão hoà đến cường độ bê tông 121 Bảng 5.7 nh hưởng môi trường ăn mòn đến độ hút nước vữa 126 Bảng 5.8 nh hưởng môi trường ăn mòn đến cường độ vữa 129 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Thực trạng hư hại công trình bê tông bê tông cốt thép Hình 1.2 Cấu trúc mạng lưới màng polyme vữa dùng phụ gia polyme 11 Hình 1.3 Sự phát triển cường độ bê tông dùng phụ gia SBR EVA 12 Hinh 1.4 nh hưởng hàm lượng epoxy đến tính chất bê tông 17 Hình 1.5 Cấu trúc vữa dùng phụ gia polyme 19 Hình 1.6 Cấu trúc vữa xi măng dùng phụ gia SAE 20 Hình 1.7 Cấu trúc vữa dùng phụ gia SAE môi trường ăn mòn 21 Hình 2.1 Cơ chế ăn mòn cốt thép bê tông 40 Hình 2.2 Quá trình hình thành cấu trúc tính chất bê tông môi trường xâm thực 42 Hình 2.3 Cấu trúc hồ xi măng 44 Hình 2.4 Mật độ thể tích lỗ rỗng bê tông 45 Hình 2.5 nh hưởng tỉ lệ N/X điều kiện dưỡng hộ đến cấu trúc lỗ rỗng bê tông 47 Hình 2.6 Mô hình hình thành pha polyme-xi măng bê tông 50 Hình 2.7 Mô hình trình hình thành màng polyme xi măng hydrat 51 Hình 2.8 Sơ đồ phản ứng polyme chứa nhóm cacboxylat, xi măng Portland cốt liệu 53 Hình 2.9 Cơ chế hoạt động phụ gia polyme bê tông 55 Hình 2.10 Mối quan hệ (α), tỉ lệ N/X hàm lượng xi măng 59 Hình 2.11 Phương trình độ sụt cường độ BTPA 59 Hình 2.12 Sơ đồ quy trình thiết kế cấp phối BTPA 60 Hình 2.13 Mối quan hệ tỉ lệ P/X N/X hỗn hợp bê tông 61 Hình 2.14 Thời gian ninh kết bê tông dùng phụ gia polyme 62 Hình 2.15 nh hưởng tỉ lệ P/X đến cường độ chịu nén bê tông 64 Hình 3.1 Biểu đồ cấp phối thành phần hạt cát 69 Hình 3.2 Biểu đồ cấp phối hạt đá dăm 71 Hình 3.3 Dạng hình học polyme acrylic 72 Hình 4.1 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến độ sụt hỗn hợp BTPA 85 Hình 4.2 nh hưởng tỉ lệ P/X đến khối lượng thể tích hỗn hợp BTPA 85 Hình 4.3 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến Rn BTPA 87 Hình 4.4 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến Rk BTPA 90 Hình 4.5 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến Ru BTPA 93 Hình 4.6 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến Hp BTPA 95 Hình 4.7 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến độ hút nước vữa 99 Hình 4.8 nh hưởng hàm lượng phụ gia đến Rn vữa 99 Hình 4.9 Cấu trúc đá xi măng dùng phụ gia acrylic 101 Hình 5.1 So sánh khối lượng mẫu bê tông ngâm môi trường khác thời gian 60 ngày 106 Hình 5.2 So sánh khối lượng mẫu bê tông ngâm môi trường khác thời gian 90 ngày 107 Hình 5.3 nh hưởng môi trường ăn mòn (NH4)2SO410% theo chu kỳ khô-bão hoà đến khối lượng BTPA 109 Hình 5.4 nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến Hp BTPA 113 Hình 5.5 nh hưởng môi trường khác đến Hp BTPA thời gian 90 ngày 114 Hình 5.6 nh hưởng môi trường ăn mòn (NH4)2SO410% theo chu kỳ khô-bão hoà đến Hp BTPA 116 Hình 5.7 nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến Rn BTPA 119 Hình 5.8 nh hưởng môi trường khác đến Rn BTPA thời gian 90 ngày 120 Hình 5.9 nh hưởng môi trường ăn mòn (NH4)2SO410% theo chu kỳ khô-bão hoà đến Rn BTPA 122 Hình 5.10 nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến Hp vữa 126 Hình 5.11 nh hưởng môi trường khác đến Hp vữa thời gian 90 ngày 127 Hình 5.12 nh hưởng môi trường (NH4)2SO4 đến Rn vữa 129 Hình 5.13 nh hưởng môi trường khác đến Rn vữa thời gian 90 ngày 130 126 Bảng 5.7 STT Ký hiệu Độ hút nước vữa môi trường theo thời gian H2O (NH4)2SO4 MgSO4 V0 V1 Hp28 14 V2 V3 7.5 6.8 8.63 7.76 9.31 8.74 7.84 7.20 8.93 7.92 V4 V5 8.5 10 9.38 10.83 10.74 12.09 8.93 10.33 10.27 11.56 V6 V7 V8 9.2 7.4 8.5 10.28 8.26 9.42 10.24 9.12 10.49 9.76 7.82 8.89 11.10 8.31 9.55 10 11 V9 V10 12 11 13.35 12.43 13.67 12.31 12.34 11.58 13.98 12.93 12 13 V11 V12 8.91 9.97 9.62 11.29 8.41 9.46 8.73 9.52 14 15 16 V13 V14 V15 11.5 10 8.5 12.59 10.92 9.64 13.36 11.69 10.28 11.83 10.26 8.88 13.28 11.17 9.15 17 V16 11 12.18 13.24 11.43 12.40 60ngaøy 90ngaøy 60ngaøy 90ngaøy 15.6 9.15 18.8 10.40 15.1 8.24 16.9 9.46 Độ hút nước, (%) 20 V0 16 V5 12 V6 V7 V8 28 60 90 τ (ngày) Hình 5.10a : nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến độ hút nước vữa 127 Độ hút nước, (%) 19.5 17.5 15.5 V0 13.5 V9 11.5 V10 9.5 V11 7.5 V12 5.5 3.5 28 60 90 τ (ngày) Độ hút nước, (%) Hình 5.10b : nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến độ hút nước vữa 18 15 (NH4)2SO4 12 MgSO4 V0 V5 V6 V7 V8 Cấp phối Hình 5.11a : nh hưởng môi trường đến độ hút nước vữa thời gian 90 ngày Độ hút nước, (%) 18 15 (NH4)2SO4 12 MgSO4 V0 V9 V10 V11 V12 Cấp phối Hình 5.11b : nh hưởng môi trường đến độ hút nước vữa thời gian 90 ngày 128 Nhận xét Từ kết nghiên cứu độ hút nước vữa môi trường ăn mòn cho thấy : thay đổi độ hút nước vữa dùng phụ gia acrylic tương tự bê tông Tuy nhiên, độ hút nước vữa nhanh so với bê tông, độ hút nước vữa tăng 45%, độ hút nước bê tông tăng 28% ng với hàm lượng phụ gia tỉ lệ N/X, mức độ tăng độ hút nước vữa môi trường xâm thực khác nhau, độ hút nước vữa đối chứng tăng nhanh so với vữa có sử dụng phụ gia môi trường xâm thực Đối với trường hợp sử dụng hàm lượng phụ gia 15% độ hút nước mẫu vữa tăng ít, mẫu tăng 18 % thời gian 90 ngày, mẫu vữa không dùng phụ gia tăng 26% Điều hoàn toàn phù hợp với quy luật ảnh hưởng phụ gia đến thay đổi độ hút nước bê tông ngâm môi trường ăn mòn Khi sử dụng phụ gia vào vữa bê tông, làm giảm lượng nước, độ dẻo đạt yêu cầu, đồng thời chất polyme, hình thành màng polyme bao bọc xung quanh hạt cốt liệu, liên kết bền chặt tăng khả bám dính hạt cốt liệu xi măng, giảm thể tích lỗ rỗng, làm gián đoạn lỗ rỗng mao quản Khi dùng phụ gia vữa bê tông làm tăng khả chống thấm, tăng tính bền cho vữa bê tông môi trường xâm thực 5.2.2 Ảnh hưởng môi trường đến thay đổi cường độ mẫu vữa Các kết thí nghiệm nghiên cứu phát triển cường độ chịu nén vữa ngâm nước môi trường hoá chất thể bảng 5.8 mô tả biểu đồ hình 5.32; 5.33 129 Bảng 5.8 STT Ký hiệu V0 V1 V2 V3 V4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 Cường độ chịu nén, kG/cm2 10 11 12 13 14 15 16 17 28 ngaøy 202 205 244 275 263 180 242 278 270 178 210 220 232 156 187 238 212 Nước 60 ngày 227 235 273 305 297 211 281 319 311 209 249 275 271 201 233 302 266 Các môi trường khác (NH4)2 SO4 90 ngaøy 237 250 284 322 310 217 291 335 321 227 268 301 284 211 252 312 280 60 ngaøy 210 215 246 276 273 200 267 303 296 201 245 278 263 211 238 320 275 MgSO4 90 ngaøy 60 ngaøy 169 212 215 221 246 259 282 290 268 284 178 200 248 268 278 309 270 301 195 201 236 241 264 282 259 263 185 192 225 224 278 294 240 256 90 ngaøy 183 218 253 286 275 180 257 299 282 201 243 273 261 190 228 284 248 350 300 V0 V5 250 V6 V7 200 V7 150 28 60 90 τ(ngày) Hình 5.12 : nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến phát triển cường độ vữa 130 Cường độ chịu nén, kG/cm2 350 300 V0 V9 250 V10 V11 200 V12 150 28 60 90 τ(ngaøy) Cường độ chịu nén, kG/cm2 Hình 5.12 : nh hưởng môi trường (NH4)2SO410% đến phát triển cường độ vữa 300 H2O (NH4)2SO4 200 MgSO4 100 V0 V5 V6 V7 V8 Cấp phối Cường độ chịu nén, kG/cm2 Hình 5.13a : nh hưởng môi trường ăn mòn đến cường độ vữa thời gian 90 ngày 300 H2O (NH4)2SO4 200 100 MgSO4 V0 V9 V10 Caáp phối V11 V12 Hình 5.13b: nh hưởng môi trường ăn mòn đến cường độ vữa thời gian 90 ngày 131 Nhận xét Sự thay đổi cường độ vữa theo thời gian ngâm môi trường ăn mòn, cường độ chịu nén mẫu vữa đối chứng giảm nhanh so với mẫu vữa có sử dụng phụ gia acrylic (hình 5.12 5.13) Qua hình 5.13 thể ảnh hưởng môi trường đến cường độ vữa thời gian 90 ngày cho thấy : mẫu không dùng phụ gia cường độ giảm mạnh (39%), mẫu vữa acrylic giảm 16.7% Phụ gia acrylic có ảnh hưởng đáng kể đến vữa môi trường xâm thực Với hàm lượng phụ gia hợp lý làm độ bền vữa tăng lên gấp đôi so với không dùng phụ gia Đối với mẫu dùng phụ gia thời gian đầu cường độ vữa tăng, nhiên sau 60 ngày cường độ bắt đầu giảm mạnh Hiện tượng xảy : dùng polyme có tác dụng giảm nước nhào trộn, vữa giảm lỗ rỗng nước bay hơi, cường độ tăng lên, đồng thời hình thành lớp màng polyme xen kẽ với trình xi măng hydrat hoá, thời gian đầu hàm lượng Ca(OH)2 tạo bị cản trở polyme acrylic, ăn mòn xảy chậm, hình thành màng làm cho liên kết hạt tăng lên, làm tăng cường độ cấu trúc nền, lỗ rỗng mao quản gián đoạn, chất xâm thực không thâm nhập sâu vào cấu trúc vữa , tăng độ bền cho vữa Sự giảm cường độ mẫu vữa nhanh so với mẫu bê tông, lượng xi măng vữa nhiều bê tông, sinh hợp chất Ca(OH)2, C-S-H, nhiều, chúng tác dụng với NH4+, Mg2+, SO42-, phản ứng xảy hoàn toàn, tạo thành hợp chất thạch cao, etringite, thay C-S-H thành M-S-H khoáng không cho cường độ, phần làm suy giảm cường độ vữa bê tông Khi so sánh tác động môi trường ăn mòn đến vữa cho thấy : vữa ngâm dung dịch amoni sunfat bị ăn mòn nhanh mẫu vữa ngâm 132 dung dịch muối magiê sunfat, độ giảm cường độ thời gian 90 ngày tương ứng 10% Vữa môi trường muối sunfat chứa ion NH4+, Mg+2 có thay đổi cấu trúc đá xi măng, tác dụng Ca(OH)2 tạo thành thạch cao (CaSO4.2H2O), ettrigite muối sunfat chứa ion NH4+ phản ứng xảy liên tục điểm dừng, muối sunfat chứa ion Mg+2 có thay CS-H thành M-S-H không cho cường độ, chúng góp phần làm suy giảm cường độ vữa bê tông Khi dùng phụ gia ngăn chặn thâm nhập tác nhân xâm thực vào sâu bên cấu trúc vữa nhờ lớp màng polyme làm tăng khả đặc sít cấu trúc giảm nước, giảm lỗ rỗng vữa tăng khả chống ăn mòn cho vữa 5.3 NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG TRONG MÔI TRƯỜNG XÂM THỰC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CẤU TRÚC BẰNG KÍNH HIỄN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) Mẫu hồ xi măng polyme với hàm lượng H0; H1; H2; H3 H4 tương ứng 0; 5; 10; 15 20% sau 28 ngày dưỡng hộ, mẫu ngâm nước ngâm dung dịch (NH4)2SO4 10% Kết thí nghiệm thể hình 5.14 Khi so sánh ảnh loại mẫu ngâm hai môi trường khác cho thấy : mẫu xi măng phụ gia H0 (hình 5.28) ngâm dung dịch (NH4)2SO4 10% có cấu trúc lỗ rỗng lớn, bên cạnh có tinh thể khoáng Ca(OH)2, ettrigite, C-S-H (hình 5.14b) Mẫu sử dụng 5% phụ gia so với xi măng (hình 5.14c,d), tượng lỗ rỗng còn, nhiên hình thành tinh thể Ca(OH)2 nhỏ, ảnh hưởng phụ gia polyme acrylic Mẫu xi măng dùng 15% phụ gia (H3) cho thấy cấu trúc tinh thể hình thành nhỏ, tinh thể kết tinh chặt 133 Hình 5.14a : Mẫu XMP (H0), thời gian 90 ngày ngâm nước Hình 5.14c : Mẫu XM dùng 5%phụ gia tuổi 90 ngày nước Hình 5.14b : Mẫu XMP (H0), thời gian 90 ngày dd (NH4)2SO4 10% Hình 5.14d : Mẫu XM dùng 5%phụ gia tuổi 90 ngày dd (NH4)2SO4 10% Hình 5.14e : Mẫu xi măng dùng 15% phụ gia tuổi 90 ngày dd (NH4)2SO4 10% 134 Hiện tượng giải thích sau : hình thành màng polyme acrylic đồng thời xảy xen kẽ với trình xi măng hydrat hoá màng polyme hình thành làm cản trở tinh thể phát triển tự nhiên, lớp tạo thành xi măng hydrat hoá xếp chồng lên nhau, chúng liên kết chặc chẽ, đồng thời polyme acrylic có tính giữ nước nên xi măng hydrat hoá hoàn toàn, cấu trúc đặc Đối với mẫu không sử dụng phụ gia lực liên kết lớp tạo thành trình xi măng hydrat hoá yếu, dễ bị phá huỷ môi trường tác động, Môi trường ăn mòn có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc mẫu đối chứng, nhiên mẫu dùng phụ gia polyme acrylic thay đổi không đáng kể Phụ gia polyme acrylic ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc tinh thể thành phần khoáng xi măng theo chiều hướng có lợi cho việc chống ăn mòn vữa bê tông môi trường xâm thực KẾT LUẬN Từ kết thực nghiệm xác định khả chống ăn mòn cho vữa bê tông dùng phụ gia acrylic môi trường xâm thực, rút kết luận sau : - Bê tông có sử dụng phụ gia tăng khả chống thấm môi trường xâm thực Độ hút nước bê tông không sử dụng phụ gia tăng nhanh so với bê tông sử dụng phụ gia acrylic, gấp 1.4 lần so với bê tông dùng phụ gia - Khi sử dụng phụ gia polyme acrylic làm tăng khả chống ăn mòn bê tông Mẫu bê tông có sử dụng hàm lượng phụ gia 15% so với hàm lượng xi măng (với X = 340kg/m3, N/X = 0.38) có hiệu chống ăn mòn cao Độ giảm cường độ sau 90 ngày mẫu bê tông ngâm môi trường ăn mòn đặc trưng so với mẫu ngâm nước 15%, mẫu bê tông không dùng phụ gia cường độ giảm 31%, gấp đôi so với mẫu bê tông có phụ gia - Trong môi trường ăn mòn theo chu kỳ, mẫu bê tông dùng phụ gia bền so với bê tông dùng phụ gia Cường độ BTPA giảm chậm 5.4 lần so với 135 bê tông không dùng phụ gia Sự suy giảm khối lượng thể tích bê tông đối chứng nhanh so với BTPA, gấp 1.89 lần so với bê tông sử dụng phụ gia acrylic Bê tông dùng phụ gia acrylic có khả chống thấm tốt so với bê tông thông thường Độ hút nước bê tông đối chứng tăng 1.64 lần so với BTPA - Vữa xi măng polyme acrylic có khả chống ăn mòn cao so với vữa thường Mức độ giảm cường độ mẫu vữa thường nhanh lần so với vữa-acrylic Khả chống thấm vữa dùng phụ gia cao so với vữa không dùng phụ gia Độ hút nước vữa dùng phụ gia acrylic tăng chậm 1.44 lần so với mẫu vữa thường - Polyme acrylic có khả chống ăn mòn cho bê tông vữa môi trường xâm thực, đặc biệt đất nhiễm mặn 136 KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu thực nghiệm luận văn kết luận sau : Công trình bê tông bê tông cốt thép môi trường đất nhiễm mặn bị ăn mòn mạnh, tác động tác nhân gây xâm thực, qúa trình ăn mòn diễn đa dạng phức tạp, gây phá hoại công trình nhanh chóng Xây dựng có hệ thống chế hoạt động phụ gia polyme phân tán sử dụng cho bê tông xi măng Sự phân tán tạo màng polyme bê tông làm tăng khả chịu kéo, uốn lực bám dính vật liệu cốt liệu, giảm thể tích rỗng, tăng khả chống thấm tăng tính bền cho bê tông Một phương pháp thiết kế cấp phối bê tông có sử dụng phụ gia polyme, làm tảng sở thực tế áp dụng để nghiên cứu cải tiến tính chất bê tông Độ dẻo hỗn hợp BTPA tăng hàm lượng phụ gia polyme acrylic tăng lên Sử dụng 15÷20 % phụ gia acrylic theo khối lượng xi măng làm tăng khối lượng thể tích độ dẻo hỗn hợp BTPA (δ0 = 2,3÷2,4 T/m3; SN = 10÷15cm) Khi sử dụng phụ gia acrylic giảm lượng nước, đạt độ lưu động theo yêu cầu, cường độ chịu nén BTPA tăng Khi sử dụng 15% phụ gia, cường độ chịu nén tăng 21.4% so với bê tông đối chứng Cường độ chịu uốn, cường độ chịu kéo tăng đáng kể so với bê tông thông thường Khi sử dụng 20% phụ gia, cường độ chịu uốn tăng 26% so với bê tông đối chứng Vì sử dụng phụ gia acrylic với hàm lượng 15÷20%, N/X=0.38÷0.36 thích hợp với kỹ thuật bê tông Bê tông dùng phụ gia acrylic có khả chống ăn mòn cao môi trường xâm thực Bê tông không sử dụng phụ gia, khối lượng giảm 2.2 lần so với bê tông dùng phụ gia acrylic Độ hút nước mẫu bê tông đối chứng tăng 137 1.4 lần so với mẫu bê tông dùng phụ gia acrylic Cường độ mẫu bê tông không sử dụng phụ gia giảm nhanh 2.06 lần so với bê tông dùng phụ gia acrylic Trong môi trường ăn mòn theo chu kỳ khô-bão hoà, Sự suy giảm khối lượng mẫu bê tông sử dụng phụ gia acrylic chậm 1.98 lần so với bê tông đối chứng Độ hút nước mẫu bê tông không dùng phụ gia acrylic tăng nhanh lần so với mẫu bê tông đối chứng Độ giảm cường độ mẫu bê tông đối chứng giảm lần so với bê tông dùng phụ gia Điều chứng tỏ bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic môi trường khô ẩm có khả chống ăn mòn cao, phù hợp để sử dụng cho công trình môi trường đất BTPA loại bê tông bền, có ý nghóa mặt khoa học kỹ thuật Vữa bê tông sử dụng phụ gia polyme acrylic có ưu điểm cường độ chịu kéo, uốn, khả bám dính chống thấm tăng đáng kể so với vữa bê tông thông thường môi trường xâm thực Vì vậy, BTPA thích hợp sử dụng cho công trình nằm môi trường xâm thực gây ăn mòn đất nhiễm mặn KIẾN NGHỊ - Mở rộng ứng dụng số loại polyme khác dạng bột kết hợp với phụ gia khoáng để nâng cao khả chống ăn mòn cho bê tông môi trường ăn mòn xâm thực mạnh - Triển khai thực tế áp dụng cho công trình điều kiện cụ thể TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phùng Văn Lự, Phạm Duy Hữu, Phan Khắc Trí (1998), “Vật Liệu Xây Dựng”, Nhà xuất Giáo Dục [2] Nguyễn Tấn Quý, Nguyễn Thiện Ruệ (2000), “Giáo Trình Công Nghệ Bê Tông Xi măng Tập I”, Nhà xuất Giáo Dục [3] Bộ xây dựng (1997), “Tuyển Tập Tiêu Chuẩn Xây Dựng Việt Nam, Tập X”, Nhà xuất Xây Dựng Hà Nội [4] Nguyễn Văn Chánh (2003), “Phụ Gia Hoá Học Cho Bê Tông”, Hồ sơ nghiên cứu, Trung Tâm NC Vật Liệu Mài Cao Cấp – Đại Học Bách Khoa TP.HCM [5] Nguyễn Văn Chánh (2004), “Độ Bền Bê Tông Cốt Thép Trong Các Môi Trường Xâm Thực”, Hồ sơ nghiên cứu, Trung Tâm NC Vật Liệu Mài Cao Cấp – Đại Học Bách Khoa TP.HCM [6] Tôn Thất Chiêu, Nguyễn Công Phó, Nguyễn Văn Nhân, Trần An Phong, Phạm Quang Khánh, “Đất Đồng Bằng Sông Cửu Long”, Nhà xuất Nông Nghiệp, Hà Nội 1991 [7] Võ Đình Lương, “Bài Giảng Chất Kết Dính, Chống Xâm Thực Bê Tông” [8] MLGambhia, “Concrete Technology” Tata McGraw-Hill, 1996 [9] S.N.Alekseev, F.M.Ivanov Russia; S.Modry, Czechoslovakia; P.Schiessel Gemany(1993), “Durability of Reinforced Concrete in Aggressive Media” [10] Mark.G.Richardson, “Fundamentals of Durable Reinforced Concrete”, London and New York, 2002 [11] Adam Neville, “The Confused World of Sulfate Attack on Concrete”, Cement and Concrete Research 34, 2004 [12] Luca Bertolini, Bernhard Elsener, Pietro Pedeferri, Rob.P.Polder (2004), “Properties of Cementitious materials, part in Corrosion of Steel in Concrete”, Wiley-VCH Verlag Gm bH& Co.KgaA, Weinheim [13] David W.Fowler, Chairman, ACI Committee 548, Lawrence E.Kukacka, Symposium Chairman, 1981, “Applications of polymer Concrete” [14] Ohama,Y. 1995,”Handbook of Polymer-Modified Concrete and MortarsProperties and Process Technology”, William Andrew Publishing/Noyes [15] MR Rixom.N.P.Mailvaganam,”Chemical Admixtures for Concrete”, London-New York, 1980 [16] Etsu Sakai & Jun Sugita “ Composite Mechanism of Polymer Cement” Cement and Concrete Research, Vol.25, No.1, pp 127 – 135, 1995, Cement Additives Dpt, Denki Kagaku Kogyo K.K [17] James Colville, Made M.Made & M.Miltenberger, “Tensile Bond Strength of Polymer Modified Mortar” [18] ACI 548 1R-92, “Guide for The Use of Polymer in Concrete”, American Concrete Institute – 1995 [19] ACI 212 3R – 91, “Chemical Admixture of Concrete”, American Concrete Institute – 1995 [20] ACI 548 3R – 91, “Polymer-Modified Concrete”, American Concrete Institute – 1995 [21] Musarrat Ulhah Khan Afridi, Yoshihiko Ohama, M.Zafar Iqbal & Katsunori Bemura (1990), “Morphology of Ca(OH)2 in Polymer-Modified Mortars and Effect of Freezing and Thawing Action on its Stability” [22] Anne Beeldens (2003), “Influence of Polymer-Modification on The Behaviour of Concrete under Severe Conditions”, Belgian Road Research Institute TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên : NGUYỄN THỊ THANH HƯƠNG Ngày, tháng, năm sinh : 09 – 02 – 1980 Địa liên lạc : 457/210ter CMT8 – F13 – Q10 – Tp HCM Nơi sinh : Kon Tum QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO STT Thời gian bắt đầu – 1997 Thời gian kết thúc 12 - 1998 - 1999 – 2002 Nơi học tập Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC STT Thời gian bắt đầu – 2002 Thời gian kết thúc Cho đến Nơi công tác Trung Tâm Nghiên Cứu Vật Liệu Mài Cao Cấp, Trường Đại Học Bách Khoa Tp HCM ... tài :? ?Nghiên cứu ứng dụng polyme để nâng cao khả chống ăn mòn bê tông công trình tiếp xúc với đất nhiễm mặn? ?? Mục tiêu đề tài nghiên cứu ứng dụng polyme vào bê tông để cải tiến tính chất bê tông. .. huỷ công trình nhanh chóng 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ ỨNG DỤNG POLYME VÀO BÊ TÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông bê tông. .. công trình môi trường xâm thực nước ta Do đó, cần phải có nghiên cứu cụ thể cho dạng polyme ứng dụng vào bê tông để nâng cao khả chống ăn mòn môi trường đất nhiễm mặn 1.3 ĐẤT NHIỄM MẶN VÀ SỰ ĂN MÒN