ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE .LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM THẾ PHÚC ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng Cơng trình Dân dụng Công nghiệp Mã số: 85 80 201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN CHÍNH Đà Nẵng, Năm 2019 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Thế Phúc TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH Đề tài: ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI TỈNH BẾN TRE Học viên: Phạm Thế Phúc - Chun ngành: Kỹ thuật Xây dựng cơng trình DD CN Mã số: 85 80 201 - Khóa: K36, Trƣờng Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt: Luận văn tập trung nghiên cứu khảo sát đánh giá mức độ ăn mịn cốt thép bê tơng cơng trình địa bàn tỉnh Bến Tre, nơi có mơi trƣờng xâm thực ăn mòn cao Phƣơng pháp đo điện cốt thép sử dụng thiết bị phân tích Proceq Corrosion Analysing Instrument Thuỵ Sĩ đƣợc sử dụng để khảo sát Đặc điểm bật phƣơng pháp đo điện nhanh chóng phát vị trí cốt thép bị ăn mòn Khả xuất ăn mòn cốt thép đƣợc đánh giá dựa theo tiêu chuẩn ASTM C876 TCVN 9348 – 2012 Kết cho thấy khả xuất ăn mòn cốt thép bê tông số phận kết cấu địa bàn cao Các biện pháp xử lý cơng trình có khả ăn mịn cốt thép bê tông đƣợc đề xuất cụ thể phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam giới Từ khóa: Bến Tre, ăn mịn cốt thép, điện cốt thép, xử lý ăn mòn Topic: ASSESS THE SITUATION OF REINFORCED CONCRETE CORROSION AND PROPOSE REMEDIAL MEASURES FOR SOME CONSTRUCTION WORKS IN BEN TRE PROVINCE Abstract: The thesis investigated the corrosion probability of steel in concrete of some typical buildings in Ben Tre province that has highly corrosion environment Half -cell potential method using Proceq Corrosion Analysing Instrument, Switzerland was used This method can identify quickly corrosion of steel in concrete The corrosion probability of steel in concrete can be evaluated in accordance with some standards including ASTM C876 and TCVN 9348-2012 The results show that the steels in concrete of some buildings in Ben Tre have high probability of corrosion Some repair methods have been recommended meeting the requirments of current standards Key words: Ben Tre, corrosion of steel, half cell potential, repair method MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT VÀ TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƢỠNG CỦA ĂN MỊN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1 ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG 1.1.1 Cơ chế ăn mòn 1.1.2 Ăn mòn ion Cl- 1.1.3 Ăn mòn tƣợng cacbonat 1.1.4 Ăn mòn dòng điện lân cận 1.2 ẢNH HƢỠNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BTCT 10 1.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 11 CHƢƠNG KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ THỰC TRẠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG TẠI MỘT SỐ CƠNG TRÌNH TẠI BẾN TRE 12 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 12 2.2 THIẾT BỊ PHÂN TÍCH ĂN MỊN PROCEQ CORROSION ANALYSING INSTRUMENT 13 2.3 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ĂN MỊN THƠNG QUA ĐIỆN THẾ CỐT THÉP .18 2.4 KẾT QUẢ ĐO MỘT SỐ CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG TẠI BẾN TRE 22 2.4.1 Cơng trình Chợ Giồng Miễu- Huyện Thạnh Phú 22 2.4.2 Công trình UBND Huyện Thạnh Phú 25 2.4.3 Cơng trình Ban Quản Lý Chợ Huyện Mỏ Cày Nam .28 2.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 31 CHƢƠNG CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ CHO CÁC CƠNG TRÌNH HƢ HỎNG DO ĂN MÒN CỐT THÉP TẠI BẾN TRE 32 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 32 3.2 CÁC PHƢƠNG PHÁP CHỐNG ĂN MÒN VÀ SỬA CHỮA KẾT CẤU ĐÃ BỊ ĂN MÒN 32 3.2.1 Tổng quan .32 3.2.2 Phƣơng pháp sửa chữa 33 3.2.2.1 Đánh giá kết cấu hữu : 33 3.2.2.2 Biện pháp xử lý nứt bê tơng cốt thép bị ăn mịn gây .35 3.2.2.3 Phƣơng pháp ngăn chặn ăn mòn 40 3.3 XỬ LÝ CÁC CƠNG TRÌNH BỊ HƢ HẠI TẠI BẾN TRE .43 3.3.1 Cơng trình Chợ Giồng Miễu- Huyện Thạnh Phú 43 3.3.2 Cơng trình UBND – Huyện Thạnh Phú 44 3.3.3 Cơng trình Ban Quản Lý Chợ - Huyện Mỏ Cày Nam 45 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tiêu chuẩn ASTM C876 điện ăn mòn cốt thép 18 Bảng 2.2 Kết đo điện cốt thép cột cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú 24 Bảng 2.3 Kết đo điện cốt thép dầm cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú 24 Bảng 2.4 Kết đo điện cốt thép sàn cơng trình Chợ Giịng Miễu - Thạnh Phú.25 Bảng 2.5 Kết đo điện cốt thép cột cơng trình UBND – Thạnh Phú .26 Bảng 2.6 Kết đo điện cốt thép dầm cơng trình UBND – Thạnh Phú 26 Bảng 2.7 Kết đo điện cốt thép sàn cơng trình UBND – Thạnh Phú 27 Bảng 2.8 Kết đo điện cốt thép cột công trình BQL – M ỏ C ày Nam 28 Bảng 2.9 Kết đo điện cốt thép dầm cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam 29 Bảng 2.10 Kết đo điện cốt thép sàn công trình BQL - Mỏ Cày Nam .30 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ q trình gỉ cốt thép ăn mòn điện Hình 1.2 Sơ đồ cân tiềm PH cho hệ Fe – H20 250C Hinh 1.3 Điều kiện lý thuyết cho ăn mòn thụ động sắt Hình 1.4 Sơ đồ xâm nhập ion Cl - Hình 1.5 Q trình cacbonat hố .7 Hình 1.6 Ăn mịn dịng điện lận cận Hình 1.7 Bê tơng cốt thép bị ăn mịn .11 Hình 2.1 Cầu Silver sập năm 1965 12 Hình 2.2 Cầu qua sông Mississippi sập năm 2007 .13 Hình 2.3 Máy đo điện cốt thép 14 Hình 2.4 Điện cực tham khảo .16 Hình 2.5 Sơ đồ đo điện cốt thép bê tông .17 Hình 2.7 Bản đồ đƣờng đồng mức đẳng 20 Hình 2.8 Đồ thị tần suất tích luỹ 21 Hình 2.9 Đo điện cốt thép cột bị ăn mòn CT Chợ Giòng Miễu 23 Hình 2.10 Đo điện sàn bê tơng cốt thép bị ăn mịn 27 Hình 2.11 Cốt thép Cột bị ăn mịn cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam .28 Hình 2.12 Đo điện dầm bê tơng cốt thép bị ăn mịn .29 Hình 2.13 Đo điện sàn bê tơng cốt thép bị ăn mòn CT BQL - Mỏ Cày Nam 30 Hình 3.1 Khoan lấy mẫu, thử clorua PH 34 Hình 3.2 Bê tơng bị nứt bong cốt thép bị ăn mòn 36 Hình 3.3 Đục tẩy phần bê tơng bị nứt xung quanh khu vực cốt thép bị gỉ 36 Hình 3.4 Máy đánh gỉ làm thép 37 Hình 3.5.Máy đánh gỉ cát kết hợp nƣớc 37 Hình 3.6 Đóng ván khuôn tiến hành đổ bê tông 38 Hình 3.7 Quét lớp chống thấm bên ngồi bề mặt bê tơng 38 Hình 3.8 Máy phun bê tơng Aliva 237 39 Hình 3.9 Bơm bêtơng đáy dầm .40 Hình 3.10 Sử dụng nguồn điện bên 41 Hình 3.11 Sử dụng Anode hy sinh .42 Hình 3.12 Quét chống thấm & phun chống thấm 42 Hình 3.13 Cột Bê tơng cốt thép bị bong tróc lớp bê tơng bảo vệ cơng trình UBND Thạnh Phú 45 Hình 3.14 Nơi giao đầu cột sàn văng cơng trình BQL - MCN 46 Hình 3.15 Dầm bê tơng cốt thép bị hƣ hỏng cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam .47 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Bê tông loại đá nhân tạo, đƣợc chế tạo từ loại vật liệu rời(cát, đá, sỏi ), chất kết dính(thƣờng xi măng), nƣớc có thêm phụ gia Ăn mòn cốt thép tƣợng phổ biến kết cấu bê tông cốt thép, trình thủy hóa xi măng làm cho bê tơng tăng cƣờng độ nhƣng đồng thời làm giảm độ pH có bê tơng, điều làm cho cốt thép bị tính chống rỉ thụ động Với xâm nhập muối, oxy, độ ẩm co2 vào lớp bảo vệ bê tơng sau dẫn đến ăn mịn cốt thép bên bê tơng Q trình phá hoại bê tơng q trình ăn mịn cốt thép có mơi quan hệ mật thiết với [3] Khi cốt thép kết cấu bê tông bị ăn mòn làm suy giảm khả chịu lực kết cấu chịu tải trọng dẫn đến kết cấu bị phá hoại; ăn mòn làm giảm kích thƣớc tiết diện ngang cốt thép, cốt thép trở nên dịn hơn; thể tích sản phẩm ăn mòn tăng lên gây nội ứng suất bê tông dẫn đến xuất vết nứt bê tơng; ngồi cốt thép bị ăn mịn cịn ảnh hƣởng đến lực dính bê tơng cốt thép [3] Tại Việt Nam nói chung tỉnh Bến Tre nói riêng việc quy hoạch xây dựng cơng trình cịn nhiều bất cập chƣa đồng Tỉnh Bến tre có vị trí địa lý khu vực tiếp giáp biển đơng nơi có nhánh dịng sơng Mekong chảy cửa biển, xung quanh bao chùm sông ngòi dày đặc Việc tác hại xâm thực nƣớc biển dẫn đến ăn mịn cốt thép điều khó tránh khỏi; qua nguyên nhân nêu tác giả muốn nghiên cứu khảo sát số dạng ăn mòn cốt thép thƣờng gặp địa phƣơng tỉnh Bến Tre Đó lý tác giả chọn đề tài: “Đánh giá thực trạng ăn mịn cốt thép Bê tơng đề xuất biện pháp xử lý cho số cơng trình Tỉnh Bến Tre “ Mục tiêu nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thực nghiệm khảo sát để đánh giá thực trạng hƣ hại cơng trình xây dựng ăn mịn cốt thép bê tơng địa phƣơng tỉnh Bến Tre, từ tác giả đề xuất số giải pháp xử lý Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu  Các cơng trình xây dựng tỉnh Bến Tre  Ăn mòn cốt thép bê tông  Sử dụng phƣơng pháp đo điện cốt thép thiết bị đo Proced Corrosion Analysing Instrument Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan ăn mịn cốt thép bê tơng tác hại ăn mòn cốt thép đến làm việc kết cấu bê tông cốt thép  Đo giá trị điện cốt thép số cơng trình xây dựng tỉnh Bến Tre Căn vào tiêu chuẩn hành để đánh giá mức độ ăn mịn cốt thép bê tơng cơng trình khảo sát  Tổng quan biện pháp chống ăn mịn cốt thép bê tơng, từ tác giả đánh giá lựa chọn giải pháp xử lý cho cơng trình khảo sát  Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, luận văn gồm chƣơng Chƣơng 1: Ăn mòn cốt thép bê tông ảnh hƣởng ăn mòn cốt thép đến làm việc kết cấu BTCT  Chƣơng 2: Khảo sát đánh giá thực trạng ăn mịn cốt thép bê tơng số cơng trình Bến Tre  Chƣơng 3: Các biện pháp xử lý cho cơng trình hƣ hỏng ăn mòn cốt thép Bến Tre  CHƢƠNG ĂN MỊN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG VÀ ẢNH HƢỠNG CỦA ĂN MÒN CỐT THÉP ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BTCT 1.1 ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TƠNG 1.1.1 Cơ chế ăn mịn - Ăn mịn cốt thép q trình điện hóa liên quan đến việc di chuyển dòng điện diện nhỏ rộng [2] Hình 1.1 Sơ đồ trình gỉ cốt thép ăn mòn điện - Phản ứng điện cực dƣơng: Một sơ đồ pH tiềm đƣợc sử dụng để trình bày phản ứng sắt dung dịch nƣớc, bốn phản ứng điện cực đƣợc hiển thị Sơ đồ đƣợc chia thành vùng đại diện cho khả miễn dịch(không thể ăn mòn), ăn mòn(phản ứng 4) thụ động (phản ứng 3, tạo thành lớp bảo vệ sản phẩm ăn mòn bề mặt) 46  Phá vỡ lớp bê tông bảo vệ đầu cột lớp bê tông sàn ô văng đầu cột (khu vực tiếp giáp)  Tăng cƣờng thép (dọc, đai) đầu cột, thép lƣới sàn ô văng đủ số lƣơng quy cách  Phần lắp dựng cofa tái lập bê tông ta tiến hành theo quy trình tƣơng tự 02 cơng trình nêu Hình 3.14 Nơi giao đầu cột sàn văng cơng trình BQL - MCN + Vị trí dầm bê tơng cốt thép khảo sát: Trƣớc tiên ta nhận thấy dầm chƣa xuất vết nứt gây ảnh hƣởng đến chịu lực kết cấu, đánh giá khả chịu lực  Tồn đáy dầm bị bong tróc lớp bê tơng bảo vệ phần mặt bên hong dầm bị bong tróc Nên ta phải lắp dựng cofa đáy dầm chống đỡ đáy dầm trƣớc tiến hành xử lý, đảm bảo ổn định kết cấu dầm 47 Hình 3.15 Dầm bê tơng cốt thép bị hư hỏng cơng trình BQL - Mỏ Cày Nam  Quy trình xử lý tái lập lớp bê tơng tiến hành tƣơng tự 02 cơng trình nêu trên, nhƣng lƣu ý tái lập bê tông đáy dầm cần bơm bê tông với áp lực tƣơng đối nhỏ tránh tình trạng ảnh hƣởng đến hệ chống đở đáy dầm xê dịch; dẫn đến tăng độ võng kết cấu + Vị trí sàn bê tơng cốt thép khảo sát: Quy trình thực tƣơng tự cách xử lý nhƣ 02 cơng trình có phần kết cấu sàn hƣ hỏng nêu 3.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG  Nhìn chung ba cơng trình tác giả khảo sát đánh giá mức độ ăn mòn cốt thép phƣơng pháp đo điện nhanh chóng xác định vị trí cốt thép bị ăn mòn, phận kết cấu xuất khả ăn mòn khác từ đƣa biện pháp xử lý phù hợp 48  Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, cơng trình tác giả khảo sát có qui mơ nhỏ, thực tế địa phƣơng Huyện ngành quản lý xây dựng tiến hành tìm biện pháp xử lý Tác giả nghĩ cách xử lý trình bày phần trên(mục 3.4) mặt đáp ứng u cầu kỹ thuật, đảm bảo cơng trình sử dụng ổn định hơn, phù hợp với TCVN 9343 -2012 [9]  Do mặt hạn chế thời gian nghiên cứu đề tài nên tác giả khảo sát cơng trình có tính chất qui mơ lớn, đặc biệt(cầu, cảng) mức độ ăn mòn cốt thép cao tiếp xúc thƣờng xuyên dƣới mặt nƣớc biển gần môi trƣờng xâm thực điều tránh khỏi Trong trƣờng hợp đủ thời gian theo dõi ta xử lý phƣơng pháp sử dụng anod hy sinh anod sử dụng nguồn điện 49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ + Kết luận:  Trong điều kiện thi cơng cơng trình xây dựng khả ăn mòn cốt thép điều khó tránh khỏi khơng có biện pháp chống ăn mịn triệt để Ở Việt Nam quy trình xây dựng tiêu chuẩn ngành nêu rõ biện pháp kỹ thuật thi công, nhƣng áp dụng thực tế chƣa đạt yêu cầu chất lƣợng Đây ngun nhân dẫn đến cơng trình đƣa vào sử dụng chất lƣợng, tuổi thọ không cao  Cốt thép bê tông dễ bị ăn mòn nhiều nguyên nhân khác hai nguyên nhân chủ yếu thâm nhập ion Cl- CO2  Trong giới hạn luận văn tác giả tiến hành khảo sát khả xuất ăn mòn cốt thép số cấu kiện thuộc cơng trình bê tơng cốt thép địa bàn tỉnh Bến Tre sử dụng phƣơng pháp đo điện cốt thép, qua thấy khả xuất ăn mịn cốt thép bê tơng số phận kết cấu địa bàn cao  Các biện pháp xử lý cơng trình có khả ăn mịn cốt thép bê tơng đƣợc đề xuất cụ thể phù hợp với tiêu chuẩn Việt Nam giới  Phƣơng pháp đo nửa điện phƣơng pháp đơn giản bƣớc đầu đánh giá khả xuất ăn mòn cốt thép bê tơng Do số cấu kiện khả ăn mòn cốt thép thấp hay chƣa chắn(