Luận văn thạc sĩ chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành cơng trình thủy với tên đề tài “Chống ăn mịn bê tơng cốt thép cơng trình biển thơng qua điều chỉnh cấu trúc bê tơng” đƣợc hồn thành dƣới hƣớng dẫn tận tình thầy giáo TS Phạm Toàn Đức giảng viên khoa Xây dựng trƣờng đại học Hải Phịng Luận văn đƣợc hình thành với hy vọng góp phần nhỏ việc nghiên cứu giải pháp chống ăn mịn bê tơng cốt thép cơng trình biển Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giúp đỡ to lớn Cảm ơn thầy giáo khoa cơng trình trƣờng Đại học Hàng Hải, cảm ơn tác giả đề tài nghiên cứu đƣợc công bố giải pháp khắc phục ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép công biển dƣới tác động mơi trƣờng Xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn chân thành đến gia đình, ngƣời thân bạn bè đồng nghiệp cổ vũ, động viên tác giả suốt năm qua Với thời gian trình độ cịn hạn chế, luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc thơng cảm, bảo đóng góp chân tình thầy giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện công tác nghiên cứu khoa học làm tốt nhiệm vụ cơng tác mình./ Hà Nội, ngày 05 tháng 09 năm 2015 Tác giả Nguyễn Văn Ngân i LỜI CAM ĐOAN Tôi Nguyễn Văn Ngân Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chƣa đƣợc ngƣời cơng bố cơng trình khác TÁC GIẢ Nguyễn Văn Ngân ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục đích đề tài Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung luận văn CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MỊN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép giới 1.1.1 Tình hình sử dụng bê tông bê tông cốt thép giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép giới 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép Việt Nam 1.2.1 Tình hình sử dụng bê tông bê tông cốt thép Việt Nam 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép Việt Nam CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MỊN BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG CỐT THÉP TRONG CƠNG TRÌNH BIỂN 15 2.1 Hiện tƣợng ăn mịn cơng trình biển 15 2.2 Ăn mòn bê tông 16 2.2.1 Ăn mịn hóa học bê tông 17 2.2.2 Ăn mòn vật lý bê tông 22 2.3 Ăn mòn cốt thép 23 2.4 Ăn mịn bê tơng vùng biển 26 iii 2.5 Kết luận chƣơng 30 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA NƢỚC, KHƠNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƢỜNG 31 3.1 Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm 32 3.1.1 Cơ sở thành lập đề cƣơng thí nghiệm 32 3.1.2 Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 32 3.1.3 Chuẩn bị thiết bị, máy móc thí nghiệm 35 3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí bê tông 36 3.2.1 Nguyên lý tính độ thẩm khí 36 3.2.2 Quy trình thí nghiệm 36 3.2.3 Kết thảo luận 38 3.2.4 Kết luận kết đo độ thấm khí bê tơng 48 3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nƣớc bê tông 49 3.3.1 Ngun lý tính tốn độ thấm nƣớc 49 3.3.2 Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nƣớc 49 3.3.3 Kết thảo luận 51 3.3.4 Kết luận kết đo độ thấm nƣớc bê tông 58 3.4 Tƣơng quan độ khuếch tán Clorua độ thẩm khí bê tơng bê tông bị phá hủy 58 3.5 Đánh giá ảnh hƣởng độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ cơng trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy bê tông 62 3.5.1 Đánh giá tuổi thọ cơng trình giao thơng thủy lợi theo tiêu chí ăn mịn cốt thép có ngun nhân từ khuếch tán clorua vào bê tông 62 3.5.2 Đánh giá tuổi thọ cơng trình thủy lợi theo tiêu chí ăn mịn cốt thép khuếch tán clorua vào bê tơng có xét đến trạng thái phá hủy bê tông 69 3.6 Kết luận chƣơng 74 CHƢƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MỊN BÊ TƠNG CỐT THÉP CƠNG TRÌNH BIỂN THÔNG QUA ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 77 4.1 Thay đổi thành phần khoáng Xi Măng 77 4.2 Nâng cao độ đặc bê tông 78 4.3 Biến đổi sản phẩm thủy hóa 79 iv 4.4 Cốt liệu dùng cho bê tông 80 4.5 Nƣớc cho bê tông 85 4.6 Phụ gia cho bê tông 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 91 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Số hiệu Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Tình trạng ăn mịn bê tơng, cốt thép trụ cầu cảng Mỹ Hình 1.2 Tình trạng ăn mịn bê tơng Anh Hình 1.3 Tình trạng ăn mịn bê tơng Nam Phi Hình 1.4 Cảng Thƣơng vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng 12 Hình 1.5 Hình 1.6 Hình 1.7 Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng Thẩm tiết vôi nhà máy Thủy điện Thác Bà nhà máy thủy điện Hịa Bình Xâm thực bê tông ảnh hƣởng mực nƣớc thay đổi cống C2 – Hải Phòng 12 13 13 Xâm thực BTCT tác động tổng hợp mực nƣớc thay Hình 1.8 đổi, ăn mịn cốt thép, ăn mịn bê tơng mơi trƣờng nƣớc 13 biển Hình 1.9 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 2.4 Hiện trạng ăn mịn rửa trơi ăn mịn học sóng biển bê tơng kè biển Cát Hải – Hải Phịng Xâm thực bê tơng bị mài mịn, rửa trơi cống Vàm Đồn – Bến Tre Hiện trạng xâm thực phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến Tre Ca(OH)2 bê tơng phản ứng với CO2 ngồi khơng khí để tạo CaCO3 Vữa xi măng bị dãn nở tạo khe hở đƣợc tạo cốt liệu vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông vi 14 14 16 18 21 Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mịn cơng trình cầu bê tơng cốt thép 23 Hình 2.6 Sơ đồ q trình ăn mịn điện hố cốt thép bê tơng 24 Hình 2.7 Ăn mịn bê tơng vùng biển 27 Hình 3.1 Cấu tạo mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm bê tơng 33 Hình 3.2 Khn đúc mẫu thí nghiệm 33 Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm bê tơng 34 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tơng với mẫu trụ kht lỗ tâm Tồn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tơng Biến đổi độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm cấpứng suất khác (T= 25oC) Biến đổi độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm cấp ứng suất khác (T= 60oC) Biến đổi độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm cấp ứng suất khác (T= 105oC) Biến đổi độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/Pm cấp ứng suất khác (T= 150oC) Gia tăng độ thấm bê tông K theo ứng suất bê tông nhiệt độ khác 37 37 41 41 42 42 43 Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tƣơng đối K/Ko theo ứng suất bê tơng 45 Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu bê tông theo nhiệt độ 46 Hình 3.13 Biến đổi độ bão hịa bê tơng theo nhiệt độ 47 Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hịa nƣớc bê tơng Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử lồng đo độ thấm nuớc vii 48 50 Hình 3.16 Tồn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nƣớc bê tơng phịng thí nghiệm 50 Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nƣớc 51 Hình 3.18 Lắp ráp siết chặt nắp lồng đo 51 Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P1 P2) theo áp lực nƣớc 54 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 Hình 3.23 Hình 3.24 Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P1) theo ứng suất tƣơng đối σ/σmax Gia tăng độ thấm nƣớc K (phƣơng P2) theo ứng suất tƣơng đối σ/σmax Tƣơng quan độ thấm khí độ khuyếch tán clorua bê tông bị Gia tăng độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân tán Gia tăng độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy bê tông 56 57 59 60 60 Hình 3.25 Suy giảm độ khuếch tán clorua theo thời gian 61 Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ cơng trình theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ 65 Hình 3.27 Gia tăng nồng độ clorua bề mặt theo thời gian 67 Hình 3.28 Hình 3.29 Hình 3.30 Gia tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép theo bề dày lớp bê tông bảo vệ Gia tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực theo bề dày lớp bê tông bảo vệ Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công trình bê tơng cốt thép Hình 3.31 Ảnh hƣởng trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công viii 68 68 70 70 trình bê tơng DƢL Hình 3.32 Hình 3.33 Hình 3.34 Hình 3.35 Hình 3.36 Hình 3.37 Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hƣởng sóng biển) Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) ix 71 72 72 73 73 74 DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Tên bảng Trang Giá trị trung bình lƣu lƣợng khí vào biến dạng dọc trục Sau biễu diễn giá trị độ thấm danh định Ka Các giá trị độ thấm khí thực K thu đƣợc t heo nguyên lý Klinkenberg Các giá trị độ thấm nƣớc bê tông theo phƣơng nén mẫu P1 Các giá trị độ thấm nƣớc bê tông theo phƣơng ngang P2 (vng góc với phƣơng nén mẫu P1) 38 39 43 52 53 Bảng 3.7 Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép (Ccr = 0.06 % KLBT) 64 Bảng 3.8 Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực (Ccr = 0.3 % KLBT) 65 Bảng 4.1 Yêu cầu kỹ thuật xi măng 78 x ... bê tơng bê tông cốt thép Việt Nam 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tông bê tông cốt thép Việt Nam CHƢƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MỊN BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG CỐT THÉP TRONG CƠNG TRÌNH BIỂN ... đƣợc tạo cốt liệu vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông vi 14 14 16 18 21 Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mịn cơng trình cầu bê tơng cốt thép 23 Hình 2.6 Sơ đồ q trình ăn mịn điện hố cốt thép bê tơng... bê tông bê tông cốt thép giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép giới 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép Việt Nam 1.2.1 Tình hình sử dụng bê