CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC
2.4 Độ bền chống xâm thực của bê tông xi măng trong môi trường axit và muối axit [7] 36
Trước đây, hầu hết quan điểm về tính bền vững của bê tông đều cho rằng bê tông bị ăn mòn trong các môi trường khác nhau chủ yếu do đá xi măng bị xâm thực. Tuy nhiên các nghiên cứu sau này cho thấy cốt liệu cũng ảnh hưởng đến độ bền của bê tông.
Phản ứng hóa học giữa pha rắn, lỏng hay pha khí của các thành phần không đồng nhất trong bê tông là cơ sở cho quá trình gây hư hại bê tông. Ngoài những phản ứng hóa học xảy ra trên bề mặt phân chia pha, quá trình di chuyển vật liệu đem theo các chất phản ứng đến bề mặt phân chia pha và phá hủy các sản phẩm phản ứng sinh ra trên bề mặt phân chia pha. Quá trình di chuyển và tốc độ di chuyển ảnh hưởng đáng
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 37
kể đến động lực học của các phản ứng không đồng nhất và do đó gây hư hại trong bê tông.
2.4.1 Trong môi trường axit
Tính kiềm trong đá xi măng tạo ra nhiều hợp chất xâm thực có thể gây hư hại bê tông. Axit gây xâm thực mạnh nhất, tiếp theo là muối axit và một số hợp chất khác có thể phản ứng với thành phần cấu trúc của đá xi măng.
Quá trình hư hại xảy ra khá nhanh phụ thuộc vào bề mặt phản ứng giữa axit và đá xi măng. Phản ứng này diễn ra đồng thời với hình thành điều kiện ngăn cản do lớp sản phẩm phản ứng tạo thành dày lên ngăn cản sự thâm nhập của axit vào trong các thành phần cấu trúc của đá xi măng. Thành phần của các sản phẩm phản ứng thay đổi tuỳ thuộc vào từng loại axit và chủ yếu phụ thuộc vào sự hoà tan muối canxi của axít đó, bởi vì sự trung hoà axit trong suốt quá trình phản ứng với Ca(OH)2 là quá trình chính.
Trong suốt quá trình tác động qua lại của môi trường xâm thực với đá xi măng của bê tông, sản phẩm hư hại tạo thành trên lớp bề mặt. Cường độ hư hại phụ thuộc vào độ đặc sít, ví dụ như độ thấm của lớp sản phẩm này. Thành phần và tính chất của sản phẩm hư hại hình thành phụ thuộc vào loại và nồng độ của axit khoáng xâm thực.
Axit clohydric HCl thuộc nhóm axit mà phản ứng với đá xi măng của bê tông, hình thành lớp sản phẩm bao gồm gel silica, hydroxyt sắt, hydroxyt nhôm, và một phần chất kết tinh không đáng kể, ví dụ muối canxi. Sản phẩm hư hại hình thành trên bề mặt bê tông góp phần ngăn cản sự thâm nhập của môi trường xâm thực vào bên trong đá xi măng, làm chậm đáng kể tốc độ của quá trình xâm thực. Trong thời kỳ đầu, khi lớp sản phẩm hư hại hình thành chưa nhiều, cường độ của quá trình hư hại có thể được xác định bằng tốc độ của phản ứng hoá học và quá trình tan rã trong vùng động lực học. Khi lớp sản phẩm hư hại hình thành nhiều trên bề mặt bê tông, quá trình xâm thực chậm lại, khi chiều dày của lớp sản phẩm hư hại tiếp tục tăng lên
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 38
thì cường độ của sự hư hại chỉ được xác định bằng sự khuếch tán của các ion xâm thực qua lớp đã ăn mòn vào lớp bên trong của bê tông chưa bị xâm thực, quá trình xâm thực đi qua vùng khuếch tán.
Đối với đề tài nghiên cứu, do cốt liệu xỉ th p có hàm lượng oxit sắt tương đối lớn nên ngoài cơ chế ăn mòn như trên còn có thể dựa vào lý thuyết ăn mòn cốt thép do clo gây ra.
Trong suốt chu kỳ ăn mòn, ion sắt kết hợp với ion clo để tạo thành hợp chất FeCl2. Theo thời gian sản phẩm này thủy phân giải phóng ion clo, đồng thời làm giảm pH ở anot. Tốc độ ăn mòn tăng lên do sự oxy hoá của sắt diễn ra mạnh mẽ trong môi trường có tính axit như ở anot. Tốc độ ăn mòn cốt thép có quan hệ với tỉ lệ ion clo/ion OH- trên bề mặt cốt thép. Nồng độ ion hydroxit (OH-) càng cao thì hàm lượng clo cần thiết để gây ăn mòn càng cao. Nếu hàm lượng ion clo nhiều hơn OH- thì quá trình biến đổi ion sắt (Fe2+) diễn ra nhanh hơn.Nếu ion OH- chiếm ưu thế hơn ion clo thì FeOH+ kết tủa và góp phần gia cường màng oxit thụ động trên bề mặt cốt thép. Khi ion clo thẩm thấu và tiếp xúc bề mặt cốt thép thì xảy ra sự tương tác giữa ion clo, cốt thép và màng thụ động.
2.4.2 Trong môi trường muối axit
Trong môi trường tự nhiên và công nghiệp thường chứa sunfat gây xâm thực bê tông sử dụng xi măng portland và những chất kết dính khác. Độ bền của bền của đá xi măng và bê tông trong môi trường xâm thực sunfat phụ thuộc vào:
- Thành phần pha của clinker xi măng – thành phần và đặc tính hình học của pha aluminat và alite
- Độ mịn của xi măng, hàm lượng thạch cao, và các phụ gia khoáng trong xi măng.
- Loại và hàm lượng phụ gia hóa học.
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 39
- Tỉ lệ N/X liên quan đến tính thấm của bê tông.
- Loại và tính chất của cốt liệu.
- Mức độ và những đặc tính của cấu trúc l r ng trong bê tông - Cường độ bê tông
Những tính chất của bê tông như độ r ng, cường độ và độ thấm phát triển trong quá trình chuẩn bị h n hợp bê tông và trong giai đoạn đóng rắn, và phụ thuộc vào công nghệ sản xuất. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ bền của bê tông trong môi trường xâm thực chứa sunfat. Cơ chế gây hư hại bêtông do xâm thực sunphat rất phức tạp.
hông thể thể hiện khả năng chống xâm thực sunphat trong bê tông thông qua một công thức duy nhất.
Chắc chắn rằng, thành phần pha của clinke ximăng và thành phần vật liệu của xi măng là những đặc tính quyết định độ bền của bê tông chịu xâm thực của quá trình gây hư hại hóa học khi dung dịch chứa sunfat tiếp xúc với đá xi măng trong bê tông (bảng 4.6). Chúng ta biết rằng phản ứng của ion sunfat với Ca(OH)2 và hydroaluminat trong đá xi măng tạo thành điều kiện cần thiết cho quá trình hư hại xảy ra trong môi trường sunfat. Những quá trình chính xảy ra trong hệ thống đá ximăng – dung dịch sunfat đã được phổ biến rộng rãi mặc dù cơ chế làm suy giảm cường độ và chi tiết của những quá trình này vẫn đang tiếp tục còn tranh cãi. Sự hình thành canxi do hydrosulphoaluminat và thạch cao vô cùng quan trọng đối với quá trình hư hại của đá xi măng, bởi vì sản phẩm hình thành sau khi phản ứng xảy ra có thể tích khác so với thể tích của đá xi măng tham gia vào phản ứng. hi tạo thành CaSO4.2H2O từ Ca(OH)2 và tồn tại Na2SO4 trong vữa thì thể tích tăng 2.34 lần, thể tích này tăng lên 4.8 lần khi tạo thành 3CaO.Al2O3.3CaSO4.32 H2O từ 3CaO.Al2O3.12H2O và tồn tại Na2SO4 trong vữa.
HVTH: Tôn Nữ Phương Nhi 40