e) Đối với nút khung
6.6.3. Xác định cơ chế và tốc độ xuống cấp của kết cấu 1 Xác định cơ chế xuống cấp
6.6.3.1. Xác định cơ chế xuống cấp
Để xác định được chính xác cơ chế và nguyên nhân dẫn tới sự xuống cấp của kết cấu cần căn cứ vào các dữ liệu sau:
- Tính chất xâm thực của môi trường, xác định theo 6.6.2.6; - Dấu hiệu hư hỏng thể hiện bên ngoài, xác định theo 6.6.2.1;
- Các số liệu khảo sát chi tiết về tính chất cơ lý và cấu trúc bê tông, tình trạng ăn mòn cốt thép, hàm lượng và chiều sâu xâm nhập các tác nhân gây ăn mòn xác định theo 6.6.2.2; 6.6.2.3 và 6.6.2.4.
Nguyên nhân chủ yếu dẫn tới suy thoái kết cấu trong môi trường xâm thực công nghiệp là do bê tông bị ăn mòn và cốt thép bị rỉ.
Bê tông trong môi trường xâm thực công nghiệp có thể bị ăn mòn ở 3 dạng chính là: - Tiết vôi (hay còn gọi là ăn mòn rửa trôi);
- Phân hủy đá xi măng do các phản ứng hóa học giữa tác nhân xâm thực và thành phần khoáng hóa của đá xi măng;
- Nứt bê tông do sự tích tụ các tinh thể mới gây nội ứng suất phá vỡ cấu trúc bê tông. Để nhận biết bê tông bị ăn mòn ở dạng nào cần lần lượt xem xét các dữ liệu sau đây: - Bê tông được coi là bị ăn mòn ở dạng tiết vôi khi có các bằng chứng sau:
+ Có dấu hiệu tiết vôi (Ca(OH)2) và cácbonat hóa (CaCO)3 ở mặt ngoài kết cấu; + Môi trường xâm thực là nước mềm;
+ Tính chất cơ lý của bê tông về cơ bản không có sự thay đổi nhiều so với bê tông tại vị trí không bị ăn mòn. Phân tích thành phần khoáng hóa có thể cho thấy sự suy giảm đáng kể của Ca2+; Ca(OH)2 kèm theo độ pH của bê tông bị giảm;
- Bê tông được coi là bị ăn mòn ở dạng phân hủy khi có các bằng chứng sau: + Có dấu hiệu phân rã của đá xi măng, bê tông bị mềm, mủn lở, xốp…;
+ Môi trường xâm thực mang tính axits, kiềm mạnh hoặc có chứa các muối trung tính có khả năng gây nên phản ứng trao đổi với thành phần khoáng hóa của đá xi măng tạo nên các sản phẩm ăn mòn dễ tan trong nước hoặc không có cường độ;
+ Cường độ nén bị suy giảm mạnh so với bê tông không bị ăn mòn, độ rỗng và độ hút nước tăng. So sánh, phân tích thành phần khoáng hóa của đá xi măng so với mẫu không bị ăn mòn cho thấy sự suy giảm hàm lượng Ca2+, Ca(OH)2 kèm theo độ pH của bê tông bị giảm rất mạnh. - Bê tông được coi là bị ăn mòn ở dạng nứt vỡ do các khoáng mới kết tinh và tích tụ tạo ra ứng suất nội khi có các bằng chứng sau:
+ Bê tông bị nứt, vỡ nhưng không phải là nứt do rỉ cốt thép hoặc nứt kết cấu dưới tác động của tải trọng hoặc tác động của chu kỳ thay đổi nhiệt ẩm;
+ Môi trường xâm thực ở dạng lỏng, rắn chứa các muối có các nhóm chức SO42-, NO3-, Cl-, CO32- hoặc ở dạng khí có chứa SO3, SO2, H2S, NO…;
+ Cường độ bê tông bị suy giảm so với vị trí không bị ăn mòn. Phân tích thành phần khoáng hóa của đá xi măng cho thấy sự hình thành rõ rệt các khoáng dễ gây nở thể tích như
3CaO.Al2O3.3CaSO4.32H2O, 3CaO.Al2O3.Ca(NO3)2.10H2O, Ca(NO3)2.4H2O, CaCl2.6H2O, CaSO4.2H2O…
+ Bê tông nứt vỡ do phản ứng kiềm - silic cũng được liệt vào dạng ăn mòn này. Xem 6.5.2.1 để nhận biết các dấu hiệu của phản ứng kiềm - silic.
Cốt thép bị rỉ khi có dấu hiệu rỉ thể hiện rõ như mô tả ở 6.6.2.1 hoặc có thể chưa có các dấu hiệu này nhưng kiểm tra thế ăn mòn cho giá trị Ecorr nhỏ hơn hoặc bằng âm 350 mV. Kèm theo đó là độ pH của bê tông giảm dưới 10,5 hoặc hàm lượng ion Cl- vượt quá 1,2 kg/m3 bê tông. Trong môi trường xâm thực công nghiệp, độ pH của bê tông bị suy giảm có thể là do bê tông bị ăn mòn (chủ yếu ở dạng 1 và dạng 2) hoặc do bê tông bị cácbonat hóa như mô tả ở 6.4.