Nghiên cứu độ bền ăn mòn của thép kết cấu chế tạo cửa van trong công trình thuỷ lợi vùng ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN VĂN KHANH NGHIÊN CỨU ĐỘ BỀN ĂN MÒN CỦA THÉP KẾT CẤU CHẾ TẠO CỬA VAN TRONG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG VEN BIỂN NGÀNH: KỸ THUẬT VẬT LIỆU HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: HÀ NỘI – 2009 môc lôc Trang Trang Lời cam đoan Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời nói đầu Chương - tổng quan ăn mòn kim loại trạng ăn mòn thép công trình thuỷ lợi 1.1 Bản chất trình ăn mòn 1.2 Các dạng ăn mòn 1.2.1 Ăn mòn 1.2.2 Ăn mòn lỗ 1.2.3 Ăn mòn khe 1.2.4 Ăn mòn đường mím nước 1.2.5 Ăn mòn chân chim lớp sơn 1.2.6 Ăn mòn vùng lắng đọng 1.2.7 Ăn mòn mài mßn 1.2.8 ¡n mßn tinh giíi 1.2.9 ¡n mòn vi sinh 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình ăn mòn kim loại 11 1.3.1 ảnh hưởng chất kim loại 11 1.3.2 ảnh hưởng môi trường 11 1.3.3 ảnh hưởng kết cấu công trình 15 1.4 Ăn mòn điện hoá môi trường nước nước lợ 16 1.5 Ăn mòn tiếp xúc (ăn mòn galvanic) 16 1.6 Hiện trạng ăn mòn kết cấu thép công trình thuỷ lợi vùng ven biển 18 Chương - Mục tiêu đề tài phương pháp thực nghiệm 27 2.1 mục tiêu ®Ị tµi 27 2.2 nhiƯm vơ cđa ®Ị tµi 28 2.3 phương pháp thực nghiệm thiết bị nghiên cứu 28 2.3.1 Mẫu thép nghiên cứu 28 2.3.2 Phương pháp xác định thành phần hoá học, tổ chức tế vi tính thép kết cấu 29 2.3.2.1 Phương pháp phân tích thành phần hoá học 29 2.3.2.2 Phương pháp hiển vi kim tương 30 2.3.2.3 Phương pháp thử tính 30 2.3.3 Phương pháp xác định tính chất ®iƯn ho¸ thÐp kÕt cÊu 31 2.3.4 Thư nghiƯm ®é bền ăn mòn phương pháp gia tốc mù muối 33 2.3.5 Phương pháp thử nghiệm độ bền ăn mòn trường 38 Chương - kết bàn luận 45 3.1 thành phần hoá học, tổ chức tế vi tính vật liệu 45 3.1.1 Thành phần hoá học 45 3.1.2 Tổ chức tế vi vật liệu 46 3.1.3 Kết thử tính vật liệu 48 3.2 nghiên cứu tính chất điện hoá thép 49 3.3 nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu 52 3.3.1 Nghiên cứu độ bền ăn mòn phương pháp gia tốc mù muối 52 3.3.2 Nghiên cứu độ bền ăn mòn trường 56 3.3.3 Kết phân tích lớp sản phẩm ăn mòn nhiễu xạ rơnghen 65 3.4 nghiên cứu độ bền ăn mòn tiếp xúc 68 3.4.1 Nghiên cứu độ bền ăn mòn tiếp xúc phương pháp gia tốc mù muối 68 3.4.2 Nghiên cứu độ bền ăn mòn tiếp xóc t¹i hiƯn tr­êng 71 3.5 NhËn xÐt chung 77 Chương - áp dụng tính toán Kết cấu cho cửa van diêm điền 81 4.1 Khái quát chung cốngđiêm điền 81 4.2 lựa chọn vật liệu chế tạo cưa van 84 4.3 tÝnh to¸n kÕt cÊu cưa van tự động cống diêm điền 85 4.3.1 Mặt bố trÝ cöa van 85 4.3.2 KÕt cÊu khe van 86 4.3.3 KÕt cÊu khung cöa van 86 4.3.4 KÕt cÊu cánh cửa van 87 4.3.5 Kết cấu cụm cối trên, cụm cối dưới, khoá cửa van 88 4.3.6 Xác định tỷ lệ kết cấu catốt/anốt công trình 88 4.3.7 Phương án cải tiến kết cấu công trình 89 kết luận 92 tài liệu tham khảo 96 phụ lục 99 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt 0B Các chữ viết tắt Thép Pháp Thép lấy từ công trình thuỷ lợi thời Pháp C/A Tỷ lệ diện tÝch bỊ mỈt Catèt/Anèt e- Electron Cl- Mi NaCl Các ký hiệu m1 Khối lượng mẫu trước thử nghiƯm m2 Khèi l­ỵng mÉu sau thư nghiƯm ∆m Hao hụt khối lượng Pkhl Tốc độ ăn mòn khối lượng Ptn Tốc độ thâm nhập T Nhiệt độ t Thêi gian λ B­íc sãng ρKL Tû träng kim lo¹i ch Giới hạn chảy b Giới hạn bền Độ giÃn dài tương đối Độ co thắt tương đối Danh mục bảng Số bảng Tiêu đề bảng Trang Bảng 1.1 Vị trí kết đo chiều sâu bị ăn mòn trung bình phận cửa van 21 Bảng 2.1 Kết đo tiêu chất lượng nước 41 Bảng 3.1 Thành phần hoá học mẫu thép 45 Bảng 3.2 Kết thử tính vật liệu chế tạo cửa van 48 Bảng 3.3 Kết tổn hao khối lượng tốc độ thâm nhập thử nghiệm ăn mòn thép kết cấu phương pháp gia tốc mù muối 55 Bảng 3.4 Kết tổn hao khối lượng tốc độ thâm nhập thử nghiệm ăn mòn thép kết cấu trường 63 Bảng 3.5 Kết phân tích lớp sản phẩm ăn mòn bề mặt mẫu 66 Bảng 3.6 Kết tổn hao khối lượng độ thâm nhập thử nghiệm ăn mòn tiếp xúc phương pháp gia tốc mù muối 70 Bảng 3.7 Kết tổn hao khối lượng độ thâm nhập thử nghiệm ăn mòn tiếp xúc trường 75 Bảng 4.1 Diện tích bề mặt kết cÊu khung cưa van 87 B¶ng 4.2 DiƯn tÝch bỊ mặt kết cấu cánh cửa van 88 Bảng 4.3 Diện tích bề mặt kết cấu khung cửa van đà cải tiến 90 Danh mục hình vẽ, đồ thị Số hình Tên hình vẽ đồ thị Trang Hình 1.1 Cơ chế ăn mòn điện hoá Hình 1.2 Ăn mòn khe sơ đồ ăn mòn khe Hình 1.3 Một dạng ăn mòn vùng mím nước Hình 1.4 Ăn mòn chân chim lớp sơn Hình 1.5 Ăn mòn vùng lắng đọng Hình 1.6 ảnh hưởng ion Cl- đến trình ăn mòn 12 Hình 1.7 Lượng O2 hoà tan phụ thuộc vào nhiệt độ 13 Hình 1.8 ảnh hưởng độ pH đến ăn mòn thép môi trường có NaCl 14 Hình 1.9 Pin ăn mòn galvanic Fe-Ni 17 Hình 1.10 Đường cong phân cực Fe Ni 17 Hình 1.11 Bề mặt cửa van bị đánh thủng ăn mòn lỗ, x10 lần (Thép Pháp, Cống An Thổ - Hải Dương) 20 Hình 1.12 Các dầm bị ăn mòn nặng, rỉ tạo thành lớp dày, x10 lần (Thép Pháp, Cống C3 - Hải Phòng) 22 Hình 1.13 Bản mặt bị han rỉ vùng mím nước, x10 lần (Thép CT3, Cống Lân I Thái Bình) 22 Hình 1.14 Các hốc dầm bị ăn mòn bùn, rác lắng đọng, x10 lần (Cống Sáu Quế I - Sóc Trăng) 23 Hình 1.15 Vùng không ngập nước đà xuất rỉ lớp sơn, x10 lần (Thép CT3, Cống Đôi Ma - Long An) 23 Hình 1.16 Bánh xe công tác han rỉ mòn vẹt, x10 lần (Thép 09Mn2Si, Cèng Bara BÕn Thủ - NghƯ An) 24 H×nh 1.17 Các cửa van bị hà bám dày đặc mặt, x10 lần 25 Hình 1.18 Ăn mòn tiếp xúc mặt dầm, x10 lần (Thép 25 Pháp, Cống Trúc kinh - Quảng Trị) Hình 2.1 Máy quang phổ phát xạ METAL-LAB 75-80J Italy 29 Hình 2.2 KÝnh hiĨn vi AXIOPLAN cđa h·ng Carl Zeiss – CHLB Đức 30 Hình 2.3 Mẫu thử tính vật liệu 30 Hình 2.4 Thiết bị thử tính vật liệu 31 Hình 2.5 Sơ đồ thiết bị đo điện hoá 31 Hình 2.6 Cách xác định điện trở phân cực 33 Hình 2.7 Mẫu nghiên cứu thử nghiệm gia tốc mù muối 34 Hình 2.8 Sơ đồ gắn mẫu tiếp xúc 35 Hình 2.9 Thiết bị thử nghiệm gia tốc 36 Hình 2.10 Cân phân tích 36 Hình 2.11 Mẫu nghiên cứu thử nghiệm trường 39 Hình 2.12 Lắp mẫu cửa van Trà Linh II 43 Hình 2.13 Lắp mẫu cửa van Diêm Điền 43 Hình 2.14 Máy phân tích thành phần lớp rỉ nhiễu xạ tia Rơnghen 44 Hình 3.1 Tổ chức tế vi mẫu thép, độ phóng đại 500 lần 46 Hình 3.2 Sự biến thiên điện ăn mòn loại thép kết cấu nước lợ Trà Linh theo thời gian 50 Hình 3.3 Sự biến thiên tốc độ ăn mòn loại thép kết cấu nước lợ Trà Linh theo thời gian 50 Hình 3.4 Sự biến thiên điện ăn mòn loại thép kết cấu nước lợ Diêm Điền theo thời gian 51 Hình 3.5 Sự biến thiên tốc độ ăn mòn loại thép kết cấu nước lợ Diêm Điền theo thời gian 51 Hình 3.6 Mẫu sau giê thư nghiƯm 53 H×nh 3.7 MÉu sau giê thư nghiƯm 53 H×nh 3.8 MÉu sau 40 thử nghiệm 54 Hình 3.9 Đồ thị phụ thuộc tốc độ ăn mòn thép theo thời gian nghiên cứu phương pháp gia tốc 55 Hình 3.10 MÉu thÐp CT3 (Vïng thủ triỊu – Trµ Linh) 57 H×nh 3.11 MÉu thÐp A32 (Vïng thủ triỊu – Trà Linh) 57 Hình 3.12 Các mẫu thép sau tháng thử nghiệm (Vùng ngập nước-Trà Linh) 58 Hình 3.13 C¸c mÉu thÐp sau 12 th¸ng thư nghiƯm (Vïng ngËp nước-Trà Linh) 58 Hình 3.14 Các mẫu thép sau 18 tháng thử nghiệm (Vùng ngập nước-Trà Linh) 59 Hình 3.15 Các mẫu thép đà làm sau 18 tháng thử nghiệm (Vùng ngập nước Trà Linh) 59 Hình 3.16 Thư nghiƯm mÉu thÐp A32 t¹i vïng thủ triỊu - Diêm Điền 61 Hình 3.17 Mẫu thép A32 sau tháng thử nghiệm vùng ngập nước - Diêm Điền 61 Hình 3.18 Mẫu thép A32 sau 18 tháng thử nghiệm vùng ngập nước sau làm 62 Hình 3.19 ảnh hưởng tốc độ ăn mòn theo thời gian nghiên cứu cống Trà Linh 63 Hình 3.20 ảnh hưởng vùng ngập nước thuỷ triều đến tốc độ ăn mòn (Thép A32 - Cống Trà Linh) 64 Hình 3.21 ảnh hưởng môi trường thử nghiệm đến tốc độ ăn mòn (Thép A32 - Vùng ngập nước) 64 Hình 3.22 Giản đồ nhiễu xạ Rơnghen lớp sản phẩm ăn mòn 65 Hình 3.23 Mẫu ăn mòn tiếp xúc sau thử nghiệm 68 Hình 3.24 Mẫu ăn mòn tiếp xúc sau thử nghiÖm 68 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 ... ã Nghiên cứu độ bền ăn mòn độ bền ăn mòn tiếp xúc thép kết cấu phương pháp gia tốc mù muối ã Nghiên cứu thử nghiệm độ bền ăn mòn độ bền ăn mòn tiếp xúc trường Từ có kết luận độ bền ăn mòn thép. .. thoái công trình nguồn nước 3 Với mong muốn đáp ứng phần vào việc nâng cao tuổi thọ công trình thuỷ lợi vùng ven biển, luận văn sâu nghiên cứu độ bền ăn mòn thép kết cấu chế tạo cửa van công trình. .. quan ăn mòn kim loại trạng ăn mòn thép công trình thuỷ lợi 1.1 Bản chất trình ăn mòn 1.2 Các dạng ăn mòn 1.2.1 Ăn mòn 1.2.2 Ăn mòn lỗ 1.2.3 Ăn mòn khe 1.2.4 Ăn mòn đường mím nước 1.2.5 Ăn mòn