Độ bền nén của bê tông
3.3.3.2. Ảnh hưởng của Natrisilicat đến độ bền nén và độ thấm ion clorua Cl của bê tông
3.3.3.1. Ảnh hưởng của Natri silicat đến độ bền kéo đứt cốt thép trong bê tông
Sau 365 ngày ngâm ngập mẫu bê tông cốt thép chứa nồng độ Natri silicat khác nhau trong nước biển, các mẫu bê tông đã được đập vỡ, lấy ra các cốt thép, quan sát và đo cơ
tính của chúng.
Nhìn bằng mắt thường, không phát hiện được vết ăn mòn nào trên tất cả các cốt thép. Kết quảđo cơ tính các cốt thép phụ thuộc vào nồng độ Natri silicat cho thấy: Ứng suất kéo đứt và độ bền kéo đứt của các cốt thép Pomina, Vina đều tăng lên theo chiều tăng nồng độ Natri silicat chứa trong bê tông. Điều đó có thể giải thích là do Natri silicat đã thể hiện tốt tác dụng ức chế sựăn mòn điện hóa cốt thép trong nước biển.
Thép Vina có độ bền kéo đứt cao hơn thép Pomina trong cùng điều kiện là do hàm lượng các nguyên tố hợp kim hóa (Cr,Mo,Ni, Al) trong thép Vina lớn hơn trong thép Pomina.
3.3.3.2. Ảnh hưởng của Natri silicat đến độ bền nén và độ thấm ion clorua Cl- của bê tông tông
Mẫu bê tông hình trụ tròn đường kính 100 mm, chiều cao 200 mm, sau khi đúc 1 ngày trong khuôn, dưỡng hộ 28 ngày trong không khí có độ ẩm rất cao (RH = 90 - 100%);
được cắt thành những mẫu nhỏ đường kính 100 mm, chiều cao 50 mm, rồi đem thử
101
Khi tăng nồng độ Natri silicat chứa trong bê tông 28 ngày tuổi, thì độ xâm nhập của ion clorua Cl- vào bê tông và cường độ chịu nén của bê tông đều giảm đi. Những nhận xét này có thể giải thích như sau:
Khi xi măng bị thủy hóa sẽ sinh ra Canxi hydroxyt Ca(OH)2 , Canxi hydroxyt nàysẽ
tác dụng với muối Natri silicat Na2SiO3 theo phản ứng sau: Ca(OH)2 + Na2SiO3 → CaSiO3 + 2NaOH (3)
Muối Canxi silicat CaSiO3 tạo thành dưới dạng kết tủa keo, nó lấp kín những lỗ rỗng trong khối bê tông, nên đã ngăn cản được sự xâm nhập của ion clorua vào bê tông. Nói cách khác, Natri silicat chứa trong bê tông đã làm tăng khả năng chống sự xâm nhập của ion clorua Cl- vào bê tông, do đó, góp phần làm giảm tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông.
Nhưng mặt khác, Natri hydroxyt NaOH tạo thành trong phản ứng (3) lại là nguyên nhân gây ra sự giảm về cường độ chịu nén của bê tông [29].
Kết luận
1. Trong khoảng nồng độ Natri silicat chứa trong bê tông, từ 0 đến 0,2% (theo khối lượng xi măng), độ bền kéo đứt và độ bền ăn mòn của cốt thép carbon trong bê tông đã được tăng lên đáng kể, khi tăng nồng độ của Natri silicat và tăng thời gian ngâm mẫu bê tông cốt thép trong nước biển.
102
2. Natri silicat là chất ức chế ăn mòn hỗn hợp, nhưng nó tạo thành kết tủa và phong tỏa vùng anot của bề mặt thép là chủ yếu, nghĩa là nó kìm hãm mạnh phản ứng anot hòa tan thép.
3. Đối với bê tông 28 ngày tuổi thì độ kháng sự xâm nhập của ion clorua Cl- vào bê tông được tăng lên, nhưng cường độ chịu nén của bê tông bị giảm xuống, khi tăng nồng độ Natri silicat chứa trong bê tông từ 0 đến 0,2% (theo khối lượng xi măng).
103
Khảo sát bằng phương pháp ngâm thép 24h trước khi đúc mẫu và phun bên ngoài mẫu bê tông sau 28 ngày:
(1a)
104
Hình 3.31: Mật độ dòng ăn mòn dưới nước biển của hai cốt thép Pomina (1a) và Vina (1b), trong phương pháp trộn natri silicat vào bê tông, trước khi đúc mẫu bê tông cốt thép
105
Hính 3.32: Mật độ dòng ăn mòn dưới nước biển của hai cốt thép Pomina (2a) và Vina (2b), trong phương pháp ngâm thanh thép vào các dung dịch natri silicat 24 h, trước khi đúc mẫu bê tông cốt thép
Hình 3.33: Mật độ dòng ăn mòn dưới nước biển của hai cốt thép Pomina (3a) và Vina (3b), trong phương pháp phun các dung dịch natri silicat lên mặt ngoài mẫu bê tông cốt thép suốt 28 ngày.
106
– Mật độ dòng ăn mòn các cốt thép Pomina và Vina đều giảm dần theo thời gian ngâm mẫu bê tông cốt thép dưới nước biển, từ 0 đến 336 ngày. Điều đó được giải thích là do tính chất bảo vệ tăng dần theo thời gian của các lớp sản phẩm ăn mòn tạo thành trên bề
mặt thép.
– Mật độ dòng ăn mòn các cốt thép Pomina và Vina cũng giảm dần theo chiều tăng của nồng độ chất ức chế natri silicat chứa trong bê tông, từ 0 đến 0,20 %; chứng tỏđã có sự
tăng chiều dày của lớp màng chất ức chế theo chiều tăng nồng độ của natri silicat.
– Với cùng nồng độ natri silicat chứa trong bê tông và thời gian ngâm mẫu như nhau, thì: Mật độ dòng ăn mòn các cốt thép Pomina và Vina bị tăng dần theo dãy sau: trong phương pháp trộn < trong phương pháp ngâm < trong phương pháp phun
Nguyên nhân có thể là do nồng độ của chất ức chế natri silicat trên bề mặt các cốt thép gắn vào bê tông đã giảm dần theo dãy
– Không phụ thuộc vào thời gian ngâm mẫu, hoặc nồng độ natri silicat chứa trong bê tông, hoặc phương pháp xử lí mẫu, mật độ dòng ăn mòn cốt thép Vina luôn nhỏ hơn mật
độ dòng ăn mòn cốt thép Pomina. Nói cách khác, cốt thép Vina có độ bền ăn mòn cao hơn cốt thép Pomina. Nhưđã biết, hàm lượng các nguyên tố hợp kim hóa (Cr, Mo, Ni, Al) trong thép càng cao thì độ bền cơ, lí, hóa của thép càng tốt [11]. Vì hàm lượng các nguyên tố hợp kim hóa này trong thép Vina cao hơn trong thép Pomina (bảng 3), nên thép Vina có độ bền ăn mòn cao hơn thép Pomina.
107
Hình 3.34 : Hiệu quả bảo vệ hai cốt thép Pomina (4a) và Vina (4b) dưới nước biển bởi natri silicat, trong phương pháp trộn natri silicat vào bê tông, trước khi đúc mẫu bê tông cốt thép.
109
Hình 3.35: Hiệu quả bảo vệ hai cốt thép Pomina (5a) và Vina (5b)dưới nước biển bởi natri silicat, trong phương pháp ngâm thanh thép vào các dung dịch natri silicat 24 h, trước khi đúc mẫu bê tông cốt thép.
110
Hình 3.36: Hiệu quả bảo vệ hai cốt thép Pomina (6a) và Vina (6b) dưới nước biển bởi natri silicat, trong phương pháp phun các dung dịch natri silicat lên mẫu bê tông cốt thép suốt 28 ngà
mật độ dòng ăn mòn cốt thép trong bê tông không chứa chất ức chế (V) cũng như
mật độ dòng ăn mòn cốt thép trong bê tông có chứa chất ức chế (Vo) đều giảm dần theo thời gian. Hiệu quả bảo vệ cốt thép bởi chất ức chế natri silicat phụ thuộc vào giá trị của hai đại lượng này theo công thức (1):
– Trong phương pháp “trộn”, có sự phân bốđều natri silicat trong toàn khối bê tông, nên chất ức chế natri silicat dễ dàng khuếch tán từ trong lòng khối bê tông đến bề mặt cốt thép, làm tăng liên tục chiều dày của lớp bảo vệ. Do đó, giá trị Vo giảm nhanh hơn V theo thời gian. Kết quả là hiệu quả bảo vệ hai cốt thép Pomina và Vina bởi natri silicat đã tăng dần theo thời gian.
– Trong phương pháp “ngâm” thanh thép 24 h trong dung dịch natri silicat trước khi
đúc mẫu bê tông cốt thép thì, trên bề mặt cốt thép đã được tạo thành lớp bảo vệ ngay trước khi đúc mẫu, nhưng sau đó, không có nguồn natri silicat bổ sung. Kết quả là: vào thời gian đầu ngâm mẫu, giá trị Vo giảm nhanh hơn giá trị V, nhưng càng sau, giá trị Vo giảm càng chậm hơn giá trị V, dẫn đến hiện tượng có một cực đại trên đường cong “hiệu quả bảo vệ cốt thép – thời gian”, và về lâu dài, hiệu quả bảo vệ cốt thép bởi natri silicat trong phương pháp “ngâm” bị giảm theo thời gian.
– Trong phương pháp “phun”: Trước khi ngâm mẫu bê tông cốt thép vào nước biển,
đã có 28 ngày ủẩm kèm theo phun dung dịch natri silicat 3 lần/ngày lên mặt ngoài khối bê tông. Trong thời gian 28 ngày ủẩm đó, đã có sự khuếch tán một phần natri silicat đến cốt thép trong bê tông, ức chế sựăn mòn cốt thép trong thời gian đầu ngâm mẫu. Về sau, phần lớn natri silicat ở mặt ngoài khối bê tông đã khuếnh tán ra nước biển. Kết quả là: vào thời gian đầu ngâm mẫu, giá trị Vo giảm nhanh hơn giá trị V, nhưng càng về sau, giá trị Vo giảm càng chậm hơn giá trị V, dẫn đến hiện tượng có một cực đại trên đường cong “hiệu quả bảo vệ cốt thép – thời gian”, và về lâu dài, hiệu quả bảo vệ cốt thép bởi natri silicat trong phương pháp “phun” là thấp nhất và bị giảm nhanh nhất theo thời gian.
111
Ảnh hưởng của phương pháp xử lí mẫu bê tông đến các tham số điện hóa của cốt thép
Bảng 3.8: Điện thế ăn mòn của ….
Bảng 3.8 cho thấy, điện thếăn mòn (Ecor) của các cốt thép Pomina và Vina Ecor trong ba phương pháp “trộn”, “ngâm” hoặc “phun” đều dịch chuyển dần về phía giá trị dương hơn theo thời gian ngâm mẫu bê tông cốt thép dưới nước biển và theo chiều tăng của nồng độ natri silicat. Ngoài ra, trong cùng điều kiện, mức độ dịch chuyển điện thếăn mòn (Ecor) của các cốt thép về phía giá trị dương hơn, nhanh dần theo dãy sau:
Phương pháp “phun”→ Phương pháp “ngâm” → Phương pháp “trộn” (*) Những số liệu trong bảng 4 chứng tỏ rằng: Tác dụng bảo vệ các cốt thép trong bê tông bởi natri silicat đã tăng dần theo dãy
Phương pháp xử lí mẫu Nồng độ natri silicat (%) Điện thếăn mòn cốt thép, –Ecorr (V) Cốt thép Pomina Cốt thép Vina 7 ngày 56 112 168 224 336 7 ngày 56 112 168 224 336 Trộn natri silicat vào bê tông 0 0,398 0,377 0,362 0,338 0,321 0,318 0,378 0,365 0,351 0,331 0,310 0,296 0,01 0,392 0,372 0,358 0,331 0,309 0,302 0,387 0,361 0,348 0,325 0,301 0,288 0,03 0,385 0,365 0,354 0,323 0,301 0,294 0,382 0,353 0,332 0,314 0,295 0,279 0,05 0,378 0,351 0,346 0,318 0,297 0,283 0,370 0,342 0,324 0,308 0,291 0,268 0,07 0,364 0,344 0,326 0,306 0,267 0,255 0,361 0,331 0,314 0,298 0,263 0,248 0,20 0,345 0,317 0,295 0,262 0,232 0,221 0,332 0,310 0,290 0,257 0,221 0,205 Ngâm thép trong dung dịch natri silicat 0 0,398 0,377 0,362 0,338 0,321 0,318 0,378 0,365 0,351 0,331 0,310 0,296 0,01 0,387 0,362 0,351 0,324 0,313 0,307 0,369 0,352 0,344 0,323 0,304 0,286 0,03 0,318 0,352 0,338 0,311 0,305 0,289 0,347 0,313 0,304 0,295 0,283 0,269 0,05 0,378 0,346 0,335 0,307 0,292 0,278 0,344 0,299 0,284 0,277 0,272 0,264 0,07 0,362 0,333 0,331 0,295 0,288 0,264 0,328 0,277 0,263 0,260 0,256 0,251 0,20 0,353 0,326 0,317 0,286 0,279 0,261 0,313 0,268 0,261 0,257 0,251 0,247 Phun dung dịch natri silicat lên bê tông 0 0,398 0,377 0,362 0,338 0,321 0,318 0,378 0,365 0,351 0,331 0,310 0,296 0,01 0,395 0,361 0,356 0,327 0,316 0,311 0,376 0,353 0,345 0,329 0,306 0,291 0,03 0,384 0,353 0,346 0,332 0,316 0,305 0,365 0,331 0,318 0,312 0,294 0,275 0,05 0,380 0,345 0,338 0,321 0,310 0,294 0,363 0,304 0,283 0,281 0,275 0,268 0,07 0,371 0,343 0,334 0,313 0,301 0,285 0,351 0,298 0,272 0,265 0,261 0,253 0,20 0,362 0,336 0,324 0,312 0,294 0,277 0,323 0,274 0,263 0,261 0,255 0,248
112
Hình 3.37 Các đường cong phân cực thếđộng đối với hai cốt thép Pomina (7a) và Vina (7b) của các mẫu bê tông chứa 0,20% natri silicat, sau 336 ngày ngâm mẫu dưới nước biển: 1. Phương pháp “trộn”; 2. Phương pháp “ngâm”; 3. Phương pháp “phun”.
Sự dịch chuyển các đường cong phân cực anot về phía trái của đồ thị (hình 7), tức là về
phía có giá trị dương hơn theo dãy , một lần nữa chứng tỏ tác dụng ức chếăn mòn cốt thép bởi natri silicat đã tăng dần theo dãy
113
Điện trở phân cực của lớp bảo vệ (Rp), điện dung lớp điện tích kép (C)
Bảng …: Điện trở phân cực của lớp bảo vệ (Rp) và điện dung của lớp điện tích kép (C) nhận được bằng phương pháp trở kháng xoay chiều (AC) đối với hai cốt thép Pomina và Vina, sau 336 ngày ngâm mẫu bê tông cốt thép dưới nước biển
Bảng 3.9 điện trở phân cực (Rp) của lớp bảo và điện dung của lớp điện tích kép (C)
Phương pháp
xử lí mẫu Nồsilicat, % ng độ natri Rp, Ω.cm
2 C.109, F/cm2
Thép Pomina Thép Vina Thép Pomina Thép Vina
Trộn natri silicat vào bê
tông 0 4139 8267 23,31 20,86 0,01 5162 8703 6,56 5,30 0,03 7456 9290 5,34 4,60 0,05 8755 9503 4,39 3,19 0,07 16987 17347 0,35 0,28 0,20 23017 28150 0,06 0,02 Ngâm thép trong dung dịch natri silicat 0 4139 8267 23,31 20,86 0,01 4213 8321 5,45 3,98 0,03 5023 8772 3,34 2,11 0,05 6915 9245 1,29 1,12 0,07 8668 12850 0,40 0,22 0,20 11870 14803 0,30 0,09 Phun dung dịch
natri silicat lên bê tông 0 4139 8267 23,31 20,86 0,01 4314 8345 9,13 7,23 0,03 6287 8721 6,10 5,57 0,05 7467 9032 5,33 3,45 0,07 8217 9812 4,56 2,11 0,20 10240 11343 1,04 0,43
Bảng 3.9 cho thấy, điện trở phân cực (Rp) của lớp bảo vệ được tăng dần và điện dung của lớp điện tích kép (C) được giảm dần theo chiều tăng của nồng độ natri silicat và theo dãy (*). Những số liệu này cũng đã phản ánh sự giảm mật độ dòng ăn mòn cốt thép theo chiều tăng của nồng độ natri silicat và theo dãy (*).
Đối với hai cốt thép Pomina và Vina của các mẫu bê tông chứa 0,20% natri silicat, sau 336 ngày ngâm mẫu trong nước biển thì, kích thước đường đặc trưng trở kháng đối với phản ứng chuyển điện tích Fe – 2e– → Fe2+ (hình 8) và mô đun – tổng trở (hình 9) của phản ứng này đều tăng dần theo dãy (*); nghĩa là, phản ứng hòa tan thép trở nên khó khăn dần theo dãy (*).
114
Hình 3.38: Đồ thị Bode đối với hai cốt thép Pomina (9a) và Vina (9b) của các mẫu bê tông chứa 0,20 % natri silicat, sau 336 ngày ngâm mẫu trong nước biển: 1. Phương pháp “trộn”; 2. Phương pháp “ngâm”; 3. Phương pháp “phun”.
KẾT LUẬN
Hiệu quả bảo vệ cốt thép trong mẫu bê tông ngâm dưới nước biển bởi chất ức chế
natri silicat phụ thuộc nhiều vào phương pháp cho chất ức chế vào trong mẫu bê tông: – Phương pháp phun dung dịch chất ức chế lên mặt ngoài mẫu bê tông cốt thép, cho kết quả xấu nhất;
– Phương pháp ngâm thanh thép 24 giờ trong dung dịch chất ức chế trước khi đúc mẫu bê tông, cho hiệu quả bảo vệ thép giảm dần theo thời gian ngâm mẫu;
– Phương pháp trộn đều chất ức chế vào vữa trước khi đúc mẫu bê tông, cho kết quả
tốt nhất: Hiệu quả bảo vệ cốt thép trong bê tông bởi chất ức chế tăng dần theo thời gian ngâm mẫu, từ 0 đến 336 ngày.
Hiệu quả bảo vệ hai cốt thép carbon Pomina và Vina trong mẫu bê tông ngâm dưới nước biển bởi chất ức chế natri silicat đều tăng lên theo chiều tăng nồng độ của nó, từ 0
115
116
Tài Liệu Tham Khảo
1. Aramaki K. – The inhibition effects of chromate–free, anion inhibitors on corrosion of zinc in aerated 0.5 M NaCl, Corros. Sci. 43 (2001) 591–604.
2. Salasi M, Shahrabi T, Roayaei E, Aliofkhazraei M. – The electrochemical behaviour of environment–friendly inhibitors of silicate and phosphonate in corrosion control of carbon steel in soft water media, Mater. Chem. Phys. 104
(2007) 183–190.
3. Xu Y, Lin B. – Effect of silicate pretreatment, post–sealing and additives on corrosion resistance of phosphated galvanized steel, Trans. Nonferrous Met. Soc. China. 17 (2007) 1248–1253.
4. Amaral S.T, Müller I.L. – Passivation of pure iron in alkaline solution containing silicate and sulphate – galvanostatic and potentiostatic studies, Corros. Sci. 41
(1999) 747–758.
5. Rushing J.C, McNeill L.S, Edwards M. – Some effects of aqueous silica on the corrosion of iron, Water Res. 37 (2003) 1080–1090.
6. Vu Dinh Huy, Vo Ngoc Tiep. – Synergistic combination of sodium silicate and orthophosphate for controlling pipeline steel corrosion in water containing oxygen and biocide at the different temperatures, Proceeding of the 16th International Corrosion Congress, Beijing China, 2005, pp. 643– 649.
7. Vu Dinh Huy, Le Thi Ly – Effect of immersion time, temperature and pressure on the carbon steel corrosion inhibition efficiency by sodium silicate in neutral and alkaline water solution, Proceeding of the 14thAsian–Pacific Corrosion Control Conference, Shanghai – China, 2006.
8. Gao H., Li Q., Chen F. N., Dai Y., Luo F., Li L.Q. – Study of the corrosion inhibition effect of sodium silicate on AZ91D magnesium alloy, Corrosion Science
53 (2011) 1401–1407.
9. Hamdy A. S. – Corrosion protection of aluminum composites by silicate/cerate conversion coating, Surf. Coat. Technol. 200 (2006) 3786–3792.
10. Liang J., Srinivasan P. B., Blawert C., Störmer M., Dietzel W. – Electrochemical corrosion behaviour of plasma electrolytic oxidation coatings on AM50 magnesium alloy formed in silicate and phosphate based electrolytes, Electrochim. Acta. 54
(2009) 3842–3850.
11. VũĐình Huy, Lưu Hoàng Tâm, Phạm Thị Triết Băng – Khảo sát khả năng ức chế