CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NGHIÊN CỨU
2.3. Lý thuyết ăn mòn cốt thép trong bê tông
2.3.2.1. Ăn mịn điện hóa
22 Nguyên nhân ăn mòn kim loại phần lớn là do điện hóa [31, 32] trong tự nhiên sự có mặt của hơi ẩm trên bề mặt của kim loại là điều cần thiết cho q trình ăn mịn xảy ra. Cực Anot và Catot hình thành trên bề mặt của kim loại bị ăn mòn. Sự ăn mòn kim loại (oxy hóa Anot), là hiện tượng mà các nguyên tử oxi hóa hịa tan vào dung dịch tạo thành Anion hydrat trong vùng Anot. Các electron tự do còn lại bám trên bề mặt, tại đây chúng hấp thụ bởi các nguyên tử O2 hòa tan hay ion OH- (giảm Catot). Dịng điện thì hình thành thơng qua dung dịch có trong ion dịch chuyển OH-.
Sản phẩm ăn mòn là kết quả của sự tương tác giữa ion hydrat và oxy:
Trường hợp 1, nếu chúng hịa tan cao thì chúng dịch chuyển khỏi vị trí mà
chúng hình thành.
Trường hợp 2, nếu chúng khó hịa tan thì sẽ kết tủa ngay trên bề mặt cốt thép
tạo các lớp rỉ gồm có oxy sắt và hydroxyt sắt.
Những nguyên tử sắt có trong cốt thép được tách ra khỏi mạng lưới tinh thể trở thành ion mạch điện trong dung dịch, dưới tác dụng của ion OH – trong môi trường tạo thành nhiều sản phẩm gỉ khác nhau có cơng thức chung là xFeO.yFe2O3.zH2O. Các sản phẩm này có tính xốp, tích tụ trên bề mặt cốt thép có thề tích gấp 4 - 6 lần thể tích ban đầu của thép.
Điều kiện cần cho q trình ăn mịn điện hóa xảy ra.
Sự có mặt của các khu vực hoạt động trên bề mặt cốt thép nơi này giúp cho
sự phân hủy anot diễn ra dễ dàng, ví dụ như sự chuyển hóa của các nguyên tử thành các ion hòa tan, theo phản ứng sau.
Fe2 2eFe (2.7)
Sự có mặt của các hợp chất cần thiết để xảy ra phản ứng catot (giảm oxy).
O24e 2H O 2 OH (2.8)
Sự có mặt của các điện cực để các ion có thể dịch chuyển giữa các Anot và
Catot.
23
Hình 2.7 Mơ hình biểu diễn sự ăn mịn cốt thép trong bê tơng cốt thép [32]
Cực dương (anode): thường ăn mòn do mất điện tử từ các kim loại trung hịa về điện để hình thành các ion rời rạc. Các ion này có thể vẫn cịn trong dung dịch hoặc phản ứng để tạo thành các sản phẩm ăn mịn khơng hịa tan.
Cực âm (cathode): phản ứng cực âm phải tiêu thụ các điện tử được sản sinh ra bởi phản ứng ở cực dương. Có hai phản ứng cơ bản xảy ra ở cực âm tùy thuộc vào pH của dung dịch.
pH < 7: 2H2eH2 (2.9) pH > 7: 2H O O2 24e4OH (2.10) Chất điện ly: là dung dịch điện ly có thể cho phép các ion dương di chuyển từ cực dương tới cực âm và các ion âm di chuyển theo hướng ngược lại.
Kết nối điện là cực dương và cực âm phải được nối với nhau ở mạch ngoài của pin ăn mòn bằng dây dẫn điện. Nếu thiếu bất kỳ một thành phần nào thì ăn mịn điện hóa sẽ khơng diễn ra.