Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép công trình thủy lợi dưới tác động của môi trường

LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành cơng trình thủy với tên đề tài “Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép cơng trình thủy lợi tác động mơi trường” hồn thành hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Vũ Quốc Vương thuộc môn Vật liệu xây dựng Trường Đại học Thủy lợi Luận văn hình thành với hy vọng góp phần nhỏ việc nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép tác động môi trường đặc biệt cơng trình Thủy Lợi Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy giúp đỡ to lớn Cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Thủy lợi, cảm ơn Phịng thí nghiệm vật liệu Trường Đại học Thủy Lợi, tác giả đề tài nghiên cứu công bố giải pháp vật liệu khắc phục ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép cơng trình thủy lợi tác động mơi trường Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, người 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 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 12 năm 2012 Tác giả Nguyễn Dỗn Tồn LỜI CAM ĐOAN Tơi Nguyễn Dỗn Tồn Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các nội dung kết nghiên cứu luận văn trung thực, chưa người công bố cơng trình khác TÁC GIẢ Nguyễn Dỗn Tồn MỤC LỤC MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài T T Mục đích đề tài: T T 3 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu T T Nội dung nội văn T T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MỊN BT T & BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM T 1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép T T T giới T 1.1.1 T T T Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép 1.1.2 T Tình hình sử dụng bê tơng bê tông cốt thép giới T T T giới T 1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép Việt T T T Nam T 1.2.1 T T 1.2.2 T T Tình hình sử dụng bê tông bê tông cốt thép Việt Nam T T Tình hình nghiên cứu ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép Việt T Nam .11 T CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MỊN BÊ TƠNG VÀ BÊ TƠNG T CỐT THÉP TRONG CƠNG TRÌNH THỦY LỢI 17 T 2.1 Hiện tượng ăn mòn cơng trình Thủy Lợi 17 T T T T 2.2 Ăn mịn bê tơng 18 T T T T 2.2.1 T T 2.2.2 T T Ăn mịn hóa học bê tông 19 T T Ăn mòn vật lý bê tông .25 T T 2.3 Ăn mòn cốt thép 26 T T T T 2.4 Ăn mịn bê tơng vùng biển 30 T T T T 2.5 Kết luận chương 34 T T T T CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA T NƯỚC, KHƠNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 36 T 3.1 Cơng tác chuẩn bị thí nghiệm 37 T T T T Cơ sở thành lập đề cương thí nghiệm .37 3.1.1 T T T 3.1.2 T Chuẩn bị mẫu thí nghiệm 37 T T 3.1.3 T T T Chuẩn bị thiết bị, máy móc thí nghiệm 40 T T T 3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí bê tông 41 T T T T Nguyên lý tính độ thẩm khí .41 3.2.1 T T T 3.2.2 T Quy trình thí nghiệm .42 T T T Kết luận thảo luận 42 3.2.3 T T T T T Kết luận đo độ thấm khí bê tơng 54 3.2.4 3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước bê tông 56 T T T T Ngun lý tính tốn độ thấm nước 56 3.3.1 T T T Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nước 56 3.3.2 T T T T T T Kết luận kết đo độ thấm nước bê tông 66 3.3.4 T T Kết thảo luận 58 3.3.3 T T T T T 3.4 Tương quan độ khuếch tán Clorua độ thẩm khí bê T T T tông bê tông bị phá hủy 67 T 3.5 Đánh giá ảnh hưởng độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ T T T cơng trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy bê tông 71 T Đánh giá tuổi thọ cơng trình giao thơng thủy lợi theo tiêu chí ăn 3.5.1 T T T mòn cốt thép có nguyên nhân từ khuếch tán clorua vào bê tông 71 T Đánh giá tuổi thọ cơng trình giao thơng theo tiêu chí ăn mịn cốt 3.5.2 T T T thép khuếch tán clorua vào bê tơng có xét đến trạng thái phá hủy bê tông .78 T 3.6 Kết luận chương 84 T T T T CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MỊN BÊ TƠNG VÀ BÊ T TƠNG CỐT THÉP CƠNG TRÌNH THỦY LỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MƠI TRƯỜNG 86 T 4.1 Giải pháp khắc phục ăn mịn bê tơng tác động môi T T T trường 86 T 4.1.1 T T 4.1.2 T T 4.1.3 T T 4.1.4 T T 4.1.5 T T Thay đổi thành phần khoáng Xi Măng 87 T T Nâng cao độ đặc bê tông 87 T T Biến đổi sản phẩm thủy hóa 88 T T Ngăn cách bê tông với môi trường 89 T T Một số biện pháp tổng hợp 90 T T 4.2 Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thếp tác động T T T môi trường 90 T 4.3 Các giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền bê tông bê tông T T T cốt thép cơng trình thủy lợi 92 T 4.3.1 T T 4.3.2 T T 4.3.3 T T 4.3.4 T T 4.3.5 T T 4.3.6 T T Chủng loại xi măng 92 T T Cốt liệu dùng cho bê tông 93 T T Nước cho bê tông 99 T T Phụ gia cho bê tông .100 T T Cốt thép 101 T T Sử dụng cốt Composite “ thủy tinh – polymer” 101 T T 4.4 Kết luận chương 1064 T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Tình trạng ăn mịn bê tơng, cốt thép trụ cầu cảng Mỹ Hình 1.2 Tình trạng ăn mịn bê tông Anh Hình 1.3 Tình trạng ăn mịn bê tơng Nam Phi Hình 1.4 Cảng Thương vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng 15 Hình 1.5 Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng 15 Hình 1.6 Thẩm tiết vơi nhà máy Thủy điện Thác Bà nhà máy thủy điện Hịa Bình 15 Hình 1.7 Xâm thực bê tông ảnh hưởng mực nước thay đổi cống C2 – Hải Phòng 15 Hình 1.8 Xâm thực BTCT tác động tổng hợp mực nước thay đổi, ăn mòn cốt thép, ăn mòn bê tông môi trường nước biển 16 Hình 1.9 Hiện trạng ăn mịn rửa trơi ăn mịn học sóng biển bê tơng kè biển Cát Hải – Hải Phòng 16 Hình 2.1 Xâm thực bê tơng bị mài mịn, rửa trơi cống Vàm Đồn – Bến Tre 16 Hình 2.2 Hiện trạng xâm thực phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến Tre 168 Hình 2.3 Ca(OH) bê tơng phản ứng với CO ngồi khơng khí để tạo CaCO 20 Hình 2.4 Vữa xi măng bị dãn nở tạo khe hở tạo cốt liệu vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông 24 Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mịn cơng trình cầu bê tơng cốt thép 27 Hình 2.6 Sơ đồ q trình ăn mịn điện hố cốt thép bê tơng 28 Hình 2.7 Ăn mịn bê tơng vùng biển 31 Hình 3.1 Cấu tạo mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm bê tơng 38 Hình 3.2 Khn đúc mẫu thí nghiệm 39 Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm bê tông 39 Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tơng với mẫu trụ kht lỗ tâm 43 Hình 3.5 Tồn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tơng 43 Hình 3.6 Biến đổi độ thấm danh định K a theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/P m cấpứng suất khác (T= 25oC) 47 Hình 3.7 Biến đổi độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/P m cấp ứng suất khác (T= 60oC) 47 R R R R R R R R R R R P P P P R Hình 3.8 Biến đổi độ thấm danh định K a theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/P m cấp ứng suất khác (T= 105oC) 48 Hình 3.9 Biến đổi độ thấm danh định K a theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/P m cấp ứng suất khác (T= 150oC) 48 Hình 3.10 Gia tăng độ thấm bê tông K theo ứng suất bê tông nhiệt độ khác 49 Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/K o theo ứng suất bê tơng 51 Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu bê tông theo nhiệt độ 52 Hình 3.13 Biến đổi độ bão hịa bê tơng theo nhiệt độ 54 Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hịa nước bê tông 55 Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử lồng đo độ thấm nuớc 55 R R R R R R R P P P R R R P R R Hình 3.16 Tồn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước bê tơng phịng thí nghiệm 57 Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước 58 Hình 3.18 Lắp ráp siết chặt nắp lồng đo 58 Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 P2) theo áp lực nước 62 Hình 3.20 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối σ/σ max 64 Hình 3.21 Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối σ/σ max 65 Hình 3.22 Tương quan độ thấm khí độ khyuếch tán clorua bê tông bị 67 Hình 3.23 Gia tăng độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân tán 69 Hình 3.24 Gia tăng độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy bê tông 69 Hình 3.25 Suy giảm độ khuếch tán clorua theo thời gian 71 Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ cơng trình theo chiều dày lớp bê tơng bảo vệ 74 Hình 3.27 Gia tăng nồng độ clorua bề mặt theo thời gian 76 Hình 3.28 Gia tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép theo bề dày lớp bê tông bảo vệ 77 Hình 3.29 Gia tăng tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực theo bề dày lớp bê tông bảo vệ 77 Hình 3.30 Ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tơng đến tuổi thọ cơng trình bê tông cốt thép 79 R R R R Hình 3.31 Ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tơng đến tuổi thọ cơng trình bê tơng DƯL 80 Hình 3.32 Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hưởng sóng biển) 81 Hình 3.33 Tuổi thọ cơng trình bê tơng dự ứng lực bê tơng bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng ảnh hưởng sóng biển) 82 Hình 3.34 Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 82 Hình 3.35 Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 83 Hình 3.36 Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 83 Hình 3.37 Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực bê tông bị phá hủy sau năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 84 Hình 4.1 Cốt composite “thủy tinh – polymer” 102 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 - Giá trị trung bình lưu lượng khí vào biến dạng dọc trục 43 Bảng 3.2 - Sau biễu diễn giá trị độ thấm danh định K a 45 R R Bảng 3.3 - Các giá trị độ thấm khí thực K thu theo nguyên lý Klinkenberg 49 Bảng 3.5 - Các giá trị độ thấm nước bê tông theo phương nén mẫu P1 59 Bảng 3.6 - Các giá trị độ thấm nước bê tông theo phương ngang P2 (vng góc với phương nén mẫu P1) 60 Bảng 3.7 - Tuổi thọ cơng trình bê tơng cốt thép (C cr = 0.06 % KLBT) 73 R R Bảng 3.8 - Tuổi thọ cơng trình bê tông dự ứng lực (C cr = 0.3 % KLBT) 73 R R Bảng 4.1 - Yêu cầu kỹ thuật xi măng 91 Bảng 4.2 - Bảng so sánh tính chất cốt thép cốt composite 103 DANH MỤC VIẾT TẮT XM: Xi măng BT: Bê tông BTCT: Bê tông cốt thép BT & BTCT : Bê tông bê tông cốt thép TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng TCN: Tiêu chuẩn nghành VLXD: Vật liệu xây dựng VKHCNXD: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng VKHCNGTVT: Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải BMVLXD: Bộ môn vật liệu xây dựng TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh 96 - Cát khơng có tiềm gây phản ứng kiềm - silic xác định theo phương pháp thử ASTM C 289 ASTM C 277; - Hàm lượng ion Cl- cát phải mức cho tổng lượng Cl- P P P P bê tông ≤ 0,6 kg/m3 bê tông cốt thép ≤ 0,3 kg/m3 bê tông P P P P cốt thép ứng suất trước Nên chọn cát có hàm lượng Cl- tối đa 0,05% khối P P lượng cát cho bê tông cốt thép 0,01% khối lượng cát cho bê tông cốt thép ứng suất trước Chỉ tiêu không áp dụng với bê tông thường không cốt thép; - Hàm lượng SO cát phải mức cho tổng lượng SO bê R R R R tông ≤ 4% hàm lượng xi măng Giới hạn tiêu đặt mức ≤ 0,5% khối lượng cát phù hợp thực tế + Cốt liệu lớn Theo kết nghiên cứu K.Mehta số tác giả khác bê tông biển với cốt liệu lớn đá dăm cabonat cho độ bền tốt chế tạo với sỏi quăczit Sự bám dính thành phần vữa xi măng đá dăm cacbonat tốt so với sỏi Lý giải thích phần liên kết hóa học vữa xi măng đá dăm, mặt khác hệ số biến dạng nhiệt đá dăm tương đồng với đá xi măng so với sỏi quăczit Phần lớn tiêu chuẩn thiết kế nước tiên tiến giới khuyến cáo sử dụng cỡ hạt cốt liệu lớn khoảng 40mm, trừ kết cấu khối lớn đê, đập,… Theo K.Mehta, bê tông vùng biển nên sử dụng cỡ hạt lớn 20mm Mặc dù cịn tài liệu nghiên cứu chứng minh mối quan hệ kích thước hạt cốt liệu lớn khả chống thấm bê tông theo lý thuyết hạt cốt liệu có kích thước q lớn hình dạng q dài hay dẹt có xu hướng tạo nên tách nước miền tiếp giáp vữa xi măng bề mặt cốt liệu, mặt Điều hồn tồn khơng có lợi cho khả chống thấm cho bê tông Để bảo vệ 97 cốt thép, chiều dày lớp bảo vệ thường ÷ 6cm, dùng cốt liệu hạt lớn không tạo đặc lớp bê tông bảo vệ Ngồi để tạo điều kiện thuận lợi cho cơng tác đổ đầm bê tông kết cấu, ACI 318 đưa yêu cầu làm giảm kích thước hạt cốt liệu lớn so với TCVN 4453 - 95 sau: ACI 318 TCVN 4453-95 + Không lớn 1/3 chiều dày + Không lớn 1/2 chiều dày + Không lớn 3/4 khoảng cách + Không lớn 3/4 khoảng cách cốt thép cốt thép + Không lớn 1/5 khoảng cách + Không lớn 1/3 khoảng cách nhỏ hai thành cốp pha nhỏ hai thành cốp pha Về hàm lượng thoi dẹt, TCVN 7570:2006 cho phép tới 35% Tuy nhiên T T kết nghiên cứu kiến nghị nên không chế tỷ lệ ≤ 15% lý đảm bảo cường độ, bê tông cường độ cao (M40-60) Đối với kết cấu nằm vùng nước lên xuống chịu tác động mài mịn sóng biển hạt cứng phù du nước biển cần khẳng định tiêu mài mòn cốt liệu lớn TCVN 7570:2006 áp dụng phương pháp thử T T độ mài mòn tang quay chia làm độ từ Mn-I tới Mn-V ASTM C33 theo cách thử tương tự quy định độ mài mòn ≤ 50% (hao hụt khối lượng), tương đương với độ mài mòn Mn-III TCVN 7570:2006 T T Về khả bền hóa học, tương tự cát, bê tông ngâm nước biển yêu cầu sau chu kỳ ngâm - sấy dung dịch MgSO lượng hao hụt trọng lượng ≤ 18% R R Các tiêu giới hạn hàm lượng Cl- SO cốt liệu lớn nên giới P hạn tỷ lệ 0,01% 0,5% P R R 98 Về phản ứng kiềm cốt- silic, tương tự cốt liệu nhỏ, cốt liệu lớn khơng có khả xác định theo ASTM C289 C227 Ngoài đá dăm cacbonat phải quan tâm tới phản ứng kiềmcacbonat Khi thử tiêu theo ASTM C586 cần phải cho kết âm tính Nói tóm lại cốt liệu lớn cho bê tông biển nguyên tắc phải thỏa mãn TCVN 7570:2006 , phải đáp ứng yêu cầu bổ sung sau: T T - Nên sử dụng cốt liệu lớn có nguồn gốc đá dăm cacbonat hay granit, hạn chế dùng sỏi cho cơng trình nước nơi mực nước thay đổi; - Kích thước hạt lớn tối đa 40mm phải thỏa mãn đồng thời yêu cầu sau: + Không lớn 1/3 chiều dày + Không lớn 3/4 khoảng cách cốt thép + Không lớn 1/5 khoảng cách nhỏ hai thành cốppha - Hàm lượng thoi dẹt ≤ 15% cơng trình tiếp xúc với nước biển; - Độ mài mịn tang quay khơng lớn Mn-III theo TCVN 7570:2006 (áp dụng cho phần cơng trình chịu sóng, chịu mài mịn); T - T Cốt liệu lớn thử theo phương pháp ASTM C289, C227 C586 khơng có khả gây phản ứng kiềm- silic kiềm- cacbonat; - Về khả bền hóa học, thí nghiệm theo ASTM C88, cơng trình ngâm nước biển u cầu sau chu kỳ ngâm- sấy dung dịch MgSO hao hụt trọng lượng ≤ 18%; R - R Hàm lượng ion Cl- cốt liệu lớn phải mức cho tổng lượng ClP P P P bê tông không lớn 0,6 kg/m3 bê tông cốt thép 0,3 kg/m3 P P P P bê tông cốt thép ứng suất trước Khống chế nguyên liệu, nên sử dụng cốt liệu không nhiễm mặn, Cl- ≤ 0,01%; P P 99 Hàm lượng SO nên khống chế mức ≤ 0,5% khối lượng cốt liệu - R R tổng lượng SO3 bê tông ≤ 4% hàm lượng xi măng R 4.3.3 R Nước cho bê tông Hầu hết quy phạm bê tông giới cho nước uống đáp ứng tiêu chuẩn y tế hồn tồn dùng làm nước trộn bê tơng mà xem xét thêm Tuy nhiên thực tế nhiều phải sử dụng nguồn nước mặt nước ngầm khác để đổ bê tông thành phần hóa học nước vượt quy định cho nước uống Ở Việt Nam yêu cầu kỹ thuật nước đổ bê tông quy định TCVN 302:2004 Qua xem xét lại tiêu chuẩn có số vấn đề sau: Hàm lượng Cl- SO nước nên giảm xuống điều - P P R R kiện có thể, điều có lợi cho bê tơng biển Hàm lượng Cl- nước P P để đổ bê tông cốt thép thay 1200mg Cl-/l nên mức 500mg Cl-/l, tương P P P P đương quy định BS 3148:1980 Đối với kết cấu bê tông cốt thép ứng suất trước tiêu giữ mức 350mg Cl-/l Chỉ tiêu hàm lượng P P SO không nên để mức 2700mg/l (tương đương nước biển) mà giảm R R xuống 1000mg/l BS 3148:1980 trường hợp kết cấu với nước biển Tuy nhiên hết tiêu thay đổi cho phù hợp với quy định tổng lượng Cl- SO P - P R R Tổng lượng muối hòa tan lên tới 5000 10000mg/l cao, thiếu số liệu kiểm chứng khẳng định giới hạn Thiết nghĩ nên quy định mức 2000mg/l BS 3148:1980 Tương tự độ pH quy định khoảng 6,5 ÷ 12,5 thay 4,0 ÷ 12,5 Tóm lại nước để đổ bê tơng có u cầu sau : - Hàm lượng Cl- nước để đổ bê tông cốt thép 500mg/l đổ bê P P tông cốt thép ứng suất trước 350mg/l Hàm lượng SO không R R 100 1000mg/l Các giá trị thay đổi bù trừ với thành phần vật liệu khác phải đảm bảo quy định tổng lượng Cl- SO P - P R R Tổng lượng muối hịa tan khơng lớn 2000mg/l, độ pH khoảng 6,5 ÷12,5 Các tiêu khác theo TCVN 302:2004 4.3.4 Phụ gia cho bê tông Phụ gia hiểu “vật liệu khác” nước, cốt liệu, xi măng cốt thép đưa vào bê tơng để cải thiện tính chất hỗn hợp bê tơng bê tơng đóng rắn Phụ gia ngày sử dụng nhiều vào bê tông có lẽ tương lai khơng phải “vật liệu khác” mà thành phần tất yếu công nghệ bê tông đại V.S.Ramachandran nhiều tác giả khác bao quát toàn loại phụ gia, phân chia thành nhóm tiêu biểu với chất vật liệu sau: a Phụ gia đóng rắn nhanh: CaCl , Triethanolamine số chất không R R chứa clorua khác… b Phụ gia giảm nước, giảm nước chậm ninh kết (hay gọi ngược lại phụ gia hóa dẻo, hóa dẻo chậm ninh kết giữ nguyên lượng nước trộn: lingo sulfonat, axit hydro cacbuaxylic, cacbua hydrat số chất khác c Phụ gia siêu dẻo, siêu dẻo chậm ninh kết (hay gọi ngược lại phụ gia giảm nước mức độ cao, giảm nước chậm ninh kết mức độ cao giữ nguyên độ sụt): melamine-formaldehyd sulfonat hóa, naphthalene- formaldehyd sulfonat hóa, lingo sulfonat biến tính… d Phụ gia khí: chất tạo bọt tổng hợp, nhựa cây, axit dầu mỏ… e Phụ gia khống hoạt tính: Tro bay, xỉ lò cao, silicafume, tro trấu… f Phụ gia polime: cao su tự nhiên nhân tạo, polyacrylic, polyvinyl acetate, polypropylene, bitum… g Phụ gia chống đóng băng: NaCl, NaNO , CaCl , Ca(NO ) ,… R R R R R R R R 101 h Các phụ gia khác phụ gia gây nở, phụ gia chống thấm kỵ nước, phụ gia ức chế ăn mịn,… Sau xem xét tư liệu chun mơn có kinh nghiệm thực tế kiến nghị: 1.Về nguyên tắc chung, khuyến khích sử dụng loại phụ gia cải thiện tính hỗn hợp bê tông, bê tông bê tông cốt thép vùng biển theo chiều hướng tăng cường độ, độ đặc chắc, độ chống thấm nước Trong vùng biển khơng sử dụng phụ gia có chứa ion Cl-; P P 2.Trong trường hợp phải tăng nhanh q trình đóng rắn bê tông để rút ngắn thời gian bảo quản trước tác động nước gió biển, nên sử dụng phụ gia giảm nước, giảm nước đóng rắn nhanh giảm nước mức độ cao Ngược lại cần kéo dài thời gian thi công cần sử dụng phụ gia giảm nước chậm ninh kết giảm nước mức độ cao chậm ninh kết; 3.Khi cần chế tạo hỗn hợp bê tơng có độ sụt cao (12÷18cm) bê tông lỏng (>19cm) thiết cần sử dụng phụ gia hóa dẻo siêu dẻo; Nhằm nâng cao khả chống ăn mòn nước biển, nâng cao khả chống thấm lực bảo vệ cốt thép bê tơng sử dụng loại khống vật phụ gia hoạt tính silicafume, tro bay, xỉ lị cao kết hợp với phụ gia hóa dẻo, siêu dẻo; 4.3.5 Cốt thép Hiện thị trường xây dựng Việt Nam tồn loại cốt thép sau: thép cốt bê tơng cán nóng thép cốt bê tông cán nguội cho bê tông cốt thép thông thường, thép cốt cường độ cao cho bê tơng dự ứng lực Thành phần hóa học chủ yếu loại thép nói sắt (Fe) Ngồi có pha thêm số thành phần phụ khác cacbon, Mangan, silic, niken, crom, kẽm để nâng cao cường độ chịu kéo số tính khác cốt 102 thép Hàm lượng thành phần phụ không lớn, 1% Căn vào thành phần hóa học khẳng định tự thân cốt thép khơng có khả chống rỉ Đối với kết cấu bê tông cốt thép vùng biển có đặc điểm đặc trưng đơi chúng phải tồn trạng thái bị ăn mòn cục bộ, rỉ đoạn cốt thép cần phải sửa chữa thường xuyên Từ đặc điểm cho thấy bê tông cốt thép thường vùng biển nên sử dụng thép cốt có cường độ chịu kéo vừa phải kèm theo độ dãn dài cao để tránh tình trạng đứt đột ngột Khơng nên sử dụng cốt thép kéo nguội, thép tuốt lại, thép có nhiều hàm lượng cacbon hợp kim khác Cường độ chịu kéo loại thép cao (giới hạn chảy 500 N/mm2) lại kèm theo độ dãn dài thấp Ưu tiên sử P P dụng cốt thép có khả hàn để tiện cho cơng tác sửa chữa Tính chất liên quan tới hàm lượng cacbon thành phần phụ khác cốt thép thông qua số cacbon tương đương Thơng thường thép cốt hàn có số cacbon tương đương nhỏ 0,55% Yêu cầu kỹ thuật cho thép cốt bê tông vùng biển chấp nhận theo TCVN 327:2004 Đối với kết cấu bê tông ứng suất trước, cốt thép không phép bị ăn mòn bị hư hỏng khó sửa chữa phục hồi lại Không cho phép hàn cốt thép dự ứng lực Kết luận lại, việc lựa chọn chủng loại cốt thép cho kết cấu bê tông cốt thép vùng biển nguyên tắc chung cần tuân thủ theo quy định nêu TCVN 356:2005 Khuyến cáo nên sử dụng loại cốt thép cán nóng có cường độ chịu kéo vừa phải, độ dãn dài cao Cụ thể loại CI, CII, CIII đáp ứng yêu cầu kỹ thuật TCVN 1651:1985 Đối với thép cốt ngoại nhập cần lựa chọn loại có tính kỹ thuật tương đương CI, CII, CIII Ngoài sản phẩm phải rõ ràng nguồn gốc kèm theo thơng tin 103 mác thép, thành phần hóa học khẳng định tính hàn thơng qua số cacbon tương đương 4.3.6 Sử dụng cốt Composite “ thủy tinh – polymer” [4] Hiện nhu cầu sử dụng bê tông cốt thép ngày lớn lĩnh vự xây dựng nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng Địi hỏi phải có giải pháp vật liệu nhằm tăng cường chống ăn mòn cho bê tông cốt thép, giải pháp vật liệu dùng công nghệ cốt composite “thủy tinh – polymer” Cơng nghệ ngày có ảnh hưởng đến lĩnh vực xây dựng chuyên gia ngày áp dụng loại vật liệu với ưu công nghệ kĩ thuật vượt trội so với vật liệu truyền thống Một hướng tiên tiến xây dựng sử dụng cốt composite “thủy tinh – polymer” thay cốt thép thông thường Cốt composite “thủy tinh – polymer” loại cốt phi kim sản xuất từ sợi thủy tinh (AKS) Cốt composite “thủy tinh – polymer” có dạng với đường kính từ – 20 mm, sản xuất thành bó chiều dài tới 12m cuộn cho loại đường kính 10 mm với mặt cắt trịn có gân Hình 4.1 Cốt composite “thủy tinh – polymer” Trong tài liệu tham khảo giới, loại vật liệu đề cập đến với tên FRB-Rebar (Fiber Reinforced Plastic Bar) – cốt polymer gia cố sợi liên tục 104 Khi sử dụng cốt composite phi kim “thủy tinh – polymer” Armastek mặt cắt gân tròn, đáp ứng yêu cầu theo Quy phạm kĩ thuật TU - 2296 001- 60722703 - 2010 Lĩnh vực sử dụng cốt composite AKS vào yếu tố, xác định theo kết thí nghiệm tiến hành: - Cường độ cao; - Trọng lượng riêng nhỏ, nhẹ cốt thép tới lần; - Bền theo thời gian; - Hệ số dẫn nhiệt thấp; - Khơng bị ăn mịn mơi trường xâm thực độc hại; - Khơng bị ăn mịn môi trường axit; - Không dẫn diện, không nhiễm từ, khơng cản trở sóng điện từ; - Hiệu kinh tế vượt trội, giảm chi phí thay cốt thép cốt composite tương đương, đồng thời tiết kiệm chi phí vận chuyển lưu trữ Khi xác định lĩnh vực áp dụng, tính đến: - Modul đàn hồi cốt composite thấp so với thép; - Không uốn cốt composite trường làm thép góc thép đai Những vị trí khuyến cáo sử dụng thép thơng thường; - Chịu nhiệt so với thép Bắt đầu đánh cường độ biến dạng nhiệt độ 200oC P P Bảng 4.2 Bảng so sánh tính chất cốt thép cốt composite ĐẶC TÍNH Vật liệu Thép mác Cốt composite " A-III ARMASTEK" Thép Sợi thủy tinh, kết dính 105 polymer dạng keo epoxy Tính đàn hồi, Mpa Đàn hồi - dẻo Tuyệt đối đàn hồi Modul đàn hồi, Mpa 210 000 55 000 Cường độ kéo, Mpa 390 1200 Độ giãn dài tương đối, % 25 2,2 Hệ số truyền nhiệt, W/(m-K) 46 0,35 Hệ số giãn nở dài, α∗10−5/οC 13 - 15 - 12 Trọng lượng riêng, kg/m3 7850 1900 Độ bền chống ăn mịn Ăn mịn Vật liệu khơng Độ dẫn nhiệt Dẫn nhiệt Không dẫn nhiệt Tiết diện - 80 - 20 P P P P P Chiều dài Thanh dài - 12 m Tùy theo yêu cấu AIII AKS AIII AKS 10 AIII AKS Thay cốt thép theo 12 AIII AKS số lý 14 AIII 10 AKS 16 AIII 12 AKS 18 AIII 14 AKS 20 AIII 16 AKS 106 4.4 Kết luận chương Thông qua nghiên cứu biện pháp vật liệu nhằm chống ăn mịn bê tơng bê tơng cốt thép tác động môi trường số kết sau: - Đã cải thiện tính cơng tác, giảm lượng nước trộn mà giữ độ lưu động qua làm cho bê tơng giảm lỗ rỗng, cường độ tăng - Cường độ bê tông sử dụng phụ gia tăng cách đáng kể (gần 20%) Khả chống thấm tăng lên - Khi đánh giá tác dụng biện pháp vật liệu việc chống ăn mòn, xâm thực bê tông bê tông cốt thép tác động môi trường ta thấy rõ khác biệt lớn hình ảnh bê tơng khơng sử dụng bê tông sử dụng biện pháp vật liệu chống ăn mịn Qua ta thấy tác dụng tích cực biện pháp chống ăn mịn mang lại cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép tác động môi trường KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết đạt - Đã giới thiệu đặc điểm ăn mịn bê tơng cốt thép cơng trình thủy lợi, đặc biệt cơng trình bê tơng cốt thép Các phận thuộc kết cấu bị ăn mòn, phần tiếp giáp với nước phần dễ bị ăn mịn có tiếp xúc thường xuyên với nước - Tập trung vào công tác thí nghiệm đo đạc độ thấm nước khí bê tông tác động tải trọng nhiệt độ thực Các kết đo đạc độ thấm khí cho thấy độ thấm khí bê tông gần không thay đổi so với độ thấm ban đầu ứng suất bê tơng cịn nhỏ 70 % giá trị ứng suất lớn Vượt qua ngưỡng này, độ thấm bắt đầu tăng nhanh theo 107 ứng suất Nhiệt độ có ảnh hưởng nhẹ đến gia tăng độ thấm khí Tuy nhiên, ảnh hưởng nhiệt độ không đáng kể so với ảnh hưởng tải trọng Nhiệt độ 150oC cho thấy ảnh hưởng đặc biệt hệ lỗ rỗng bê tông có phá P P hủy nhiệt, làm cho gia tăng thấm bê tông nhiệt độ theo ứng suất chậm so với gia tăng độ thấm 105oC Ngồi phân tích P P đặc điểm ăn mịn cơng trình xây dựng bê tơng cốt thép nói chung cơng trình thủy lợi nói riêng Ảnh hưởng trạng thái phá hủy bê tông đến độ khuếch tán clorua bê tơng phân tích - Tập trung vào biện pháp nhằm chống ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép tác động môi trường đặc biệt giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền cho cơng trình BT & BTCT Những vấn đề tồn Bên cạnh luận văn cịn có hạn chế sau: - Nội dung số lượng thí nghiệm để đánh giá tác dụng phụ gia hạn chế - Chưa làm thí nghiệm thấm clo để đánh giá tình trạng ăn mịn cốt thép hiệu phụ gia việc hạn chế ăn mòn cốt thép Kiến nghị Thông qua luận văn tác giả đưa số kiến nghị sau: - Nên đánh giá mức độ xâm thực ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép tá động môi trường để sử dụng biện pháp khắc phục hợp lý - Nghiên cứu, đánh giá hiệu biện pháp vật liệu nhằm cải thiện tượng ăn mòn bê tông bê tông cốt thép tác động môi trường 108 109 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt PGS.TS Phạm Hữu Hanh : Bê tông cho cơng trình biển NXB Xây dựng Cao Duy Tiến: Hiện tượng ăn mịn kết cấu bê tơng cốt thép tác động khí hậu ven biển Việt Nam Hội thảo quốc tế bê tông bền biển 1994 Cao Duy Tiến & nnk (1999): Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu điều kiện kỹ thuật nhằm đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu bê tông bê tông cốt thép vùng biển Việt Nam - Viện khoa học Công nghệ Xây dựng Tuyển tập giải pháp kỹ thuật ứng dụng cốt COMPOSITE phi kim mặt cắt tròn gân “ARMASTEK” kết cấu bê tông Viện khoa học Công nghệ Xây dựng (2003): Nâng cao độ bền lâu cho bê tông bê tông cốt thép môi trường biển sử dụng phụ gia khống vật hoạt tính Tiếng Anh Atwood W.G and Johnson A.A.: The disingtegration of Cement in sea water Transaction, ASCE, V87, paper No 1533, 1924 Gjorv Odd.E: stell corrosionin Concrete Structure Exposed to Norwegian Marine Environment, Concrete Internatianal, April 1994 Mehta P.K.: Durability of Concrete in marine Environment- A Review proceedings of 1st International conference “Perfomance of Concrete in marine Environment” St Andrews by sea SP-65 ACI publication, 1980 Mehta P.K.: Durability of Concrete in marine Environment- A Fresh look Proceedings of 2st International conference “Perfomance of Concrete in marine Environment” St Andrews by sea ACI publication, 1988 110 10 Toyama S Ishii: The Treatment of the Deterioration of Port and Harbour Concrete Structure in Japan 1990 Website: 11 www.vncold.vn – Hội đập lớn phát triển nguồn nước 12 www.giaxaydung.vn ... CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MỊN BÊ TƠNG VÀ BÊ T TƠNG CỐT THÉP CƠNG TRÌNH THỦY LỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG 86 T 4.1 Giải pháp khắc phục ăn mịn bê tơng tác động môi T T T trường. .. nghiên cứu tìm chế ăn mòn BT & BTCT tác động môi trường đưa giải pháp khắc phục tình hình ăn mịn BT & BTCT cơng trình thủy lợi cần thiết Đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn. .. mịn bê tơng bê tơng cốt thép tác động môi trường Xung quanh chế phá hủy bê tông bê tông cốt thép tác động mơi trường cịn nhiều điều bàn luận, đặc biệt chất ăn mịn bê tơng bê tông cốt thép tác động