1/ Kĩ sư Ngô Đình Cẩn - Viện Thiết kế Nhà ở Công trình Công cộng [12],
sau khi quan sát một số công trình ở Quảng Ninh, Hòn Gai, Viện Hải dương học Nha Trang thấy nứt nẻ và cốt thép bị ăn mòn do nước biển có ion Na+, Cl-, Mg++, SO4--, tác dụng với Ca(OH)2 và ion Cl- tác dụng lên công trình. Ông đã nêu biện pháp khắc phục: Dùng phụ gia NaNO2 hoặc NO2 với liều lượng 2%
2/ Trong những năm 1960 nhiều viện nghiên cứu khoa học của Bộ Nông Nghiệp, Bộ Thủy Lợi, Bộ Xây Dựng … đã có những nghiên cứu rải rác về xỉ lò cao hoạt hóa Thái Nguyên và đều kết luận dùng xỉ lò cao này đưa vào xi măng có tác dụng chống ăn mòn[13].
3/ Năm 1981 – 1985 GSTS Dương Đức Tín, trong đề tài “Nghiên cứu một số biện pháp kỹ thuật để nâng cao tuổi thọ cho kết cấu bê tông của các công trình thuỷ lợi vùng nước biển và nước chua phèn“ đã nêu ra 3 hướng:
+ Dùng xỉ lò cao Thái Nguyên đưa vào xi măng làm xi măng ổ định trong môi trường nước biển. Xỉ lò cao Thái Nguyên thuộc loại xỉ có tính Bazơ và tính thủy lực tốt. Kết quả đưa vào clinke xi măng thao các tỉ lệ khác nhau và tác giả chọn tỉ lệ đưa vào 20% xỉ là thích hợp.
+ Đối với vùng chua phèn tác giả thí nghiệm so sánh các loại xi măng P300 Hà Tiên chứa 10% phụ gia mu rùa (đá bazan rỗng nghiền mịn), P400Hà tiên, P600 của Nhật trong môi trường chua phèn. Sau 6 tháng ngâm trong môi trường nước chua phèn (môi trường nước chua phèn tại kênh An Hạ - TP. Hồ Chí Minh) thì bê tông làm bằng xi măng P300 có phụ gia mu rùa vẫn tiếp tục phát triển cường độ, còn các mẫu làm bằng xi măng xi măng P400 Hà Tiên và P600 của Nhật không phụ gia khoáng thì cường độ bê tông không phát triển được hoặc suy thoái. Tác giả đề nghị dùng loại xi măng P300 Hà tiên trộn thêm 10% phụ gia Mu Rùa xây dựng công trình trong vùng chua mặn Nam bộ.
+ Dùng phụ gia Bentonit để nâng cao độ chống thấm của bê tông, các hạt sét Bentonit trương nở bịt kín các lỗ rỗng của bê tông khi thủy hóa, làm tăng độ chống thấm của bê tông, từ đó hạn chế tác dụng ăn mòn của môi trường bên ngoài vào bên trong khối bê tông.
4/ Trong những năm 1983 – 1985 tại Viên Nghiên Cứu Khoa Học Thủy Lợi Nam Bộ đã dùng Diatomite là một loại đá chứa silic vô định hình làm phụ gia cho xi măng trong môi trường nước chua phèn. Kết quả cho thấy Diatomoit có xu hướng làm tăng độ bền của xi măng trong môi trường chua phèn. Năm 1992 – 1995 tại Viện Khoa Học Thủy Lợi nam Bộ chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu biện pháp chống ăn mòn bê tông trong môi trường chua mặn vùng Đồng bằng sông Cửu Long“. Kết quả thí nghiệm các tính chất cơ lý của bê tông cho thấy dùng phụ gia diatomit sẽ hạn chế được sự ăn mòn của bê tông vùng chua phèn, mặn.
5/ Ngăn cách bê tông với môi trường nước ăn mòn: Sơn mặt ngoài kết cấu là biện pháp ngăn cách bê tông với môi trường ăn mòn. Trong trường hợp cần thiết có thể tăng năng lực chống ăn mòn bằng cách quét sơn chống thấm. Các loại sơn này có thể từ hệ polime, xi măng polime và các hóa phẩm hữu cơ khác. Có thể quét mặt bê tông bằng nhũ tương bitum hoặc dung dịch bitum cũng có
tác dụng chống ăn mòn đáng kể. Ngoài ra có thể ốp hoặc dán, tạo lớp phủ trên bề mặt kết cấu. Lớp phủ phải không thấm nước và bền hóa, có tác dụng bảo vệ bê tông và cả cốt thép bên trong bê tông.
6/ Nhà nước ta đã ban hành tiêu chuẩn nhà nước: TCVN 3993 : 85 “Chống ăn mòn trong xây dựng, kết cấu bê tông và bê tông cốt thép – Phân loại ăn mòn‘’; TCXD 149 – 86 “Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi bị ăn mòn‘’. Tuy nhiên, các tiêu chuẩn này chưa đề cập đến tất cả các loại ăn mòn, các môi trường ăn mòn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưa phát huy được tác dụng trong thực tế.
7/ Phương pháp bảo vệ cốt thép khỏi bị ăn mòn
Dùng thép không gỉ, thép hợp kim thấp. Biện pháp này tốt nhưng thép không gỉ đắt tiền và hiếm, dùng thép này sẽ làm tăng giá thành xây dựng.
Mạ cốt thép có tác dụng chống ăn mòn vì kẽm có tác dụng bảo vệ cốt thép. Khi có mặt chất điện ly, một dòng điện sẽ chạy từ sắt sang kẽm. Kẽm trở thành anôt và sắt trở thành catôt. Kẽm bị ăn mòn trước, nhưng ion Cl- có tác dụng ăn mòn kẽm nhỏ hơn đối với sắt nên chúng bảo vệ được bề mặt cốt thép và làm tăng tuổi thọ cho công trình.
Quét sơn trên thép là một biện pháp bảo vệ cốt thép. Sử dụng các loại sơn chống gỉ có nguồn gốc từ epoxy, xi măng và ximăng polime. Yêu cầu sơn chống rỉ phải có khả năng liên kết, dính bám tốt với bê tông và cốt thép.
Ức chế ăn mòn cốt thép. Vấn đề ức chế ăn mòn cốt thép bằng các chất ức chế đã được sử dụng từ lâu. Theo định nghĩa của ISO 8044, chất ức chế ăn mòn là hợp chất hóa học làm giảm độ ăn mòn của cốt thép. Việc pha chất ức chế vào bê tông được coi là một biện pháp bảo vệ cốt thép chống ăn mòn.
Phương pháp bảo vệ ca tốt là biện pháp hiệu quả dùng để chống ăn mòn cốt thép trong bê tông trong thời gian gần đây. Bảo vệ catôt cho công trình bê tông cốt thép là duy trì màng thụ động hoặc thụ động lại màng cốt thép khi
màng thụ động đã bị phá vỡ khi độ pH < 11 hoặc làm lượng ion clo trên bề mặt cốt thép khoảng 0,2 – 0,4% tính theo khối lươợg xi măng. Ngoài ra dòng điện bảo vệ catôt còn làm cho ion clo đi ra xa khỏi bề mặt cốt thép và vì vậy giảm tác động phá hoại màng thụ động của ion clo.
CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG ĂN MÒN BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG CHUA MẶN ĐBSCL 2.1 Tình trạng ăn mòn bê tông vùng chua, mặn
Nghiên cứu khảo sát các kết cấu bê tông công trình vùng chua, mặn ĐBSCL: Bề mặt bê tông của các kết cấu công trình trong vùng mực nước thay đổi, cũng như vùng ngập dưới nước hầu hết đều bị ăn mòn với mức độ khác nhau, phụ thuộc vào thời gian sử dụng và từng loại môi trường nước tác dụng lên công trình.
Tất cả các công trình khu vực nghiên cứu ngay sau khi thi công đều có bề mặt kết cấu phẳng nhẵn, đảm bảo chất lượng cũng như mỹ quan. Qua những thời gian sử dụng khác nhau, dưới tác dụng của môi trường nước ăn mòn, bề mặt của lớp bê tông không còn phẳng nhẵn mà bị ăn mòn trơ đá dăm, trở lên gồ ghề, lởm chởm, mất mỹ quan cho công trình (hình 1 - 1 và 1 - 2), làm mất lòng tin của người dân địa phương với công tác xây dựng công trình Thủy lợi. Nhiều công trình bê tông đã bị ăn mòn sâu vào trong, mất đi những hạt đá dăm, làm trơ ra cả cốt thép, phần cốt thép lộ ra đều bị gỉ sét làm giảm đáng kể khả năng chịu lực của kết cấu. Tình trạng ăn mòn bê tông vùng chua mặn thể hiện ở hai hình tiêu biểu sau:
Hình 2-1 : Bê tông bị ăn mòn bề mặt
Hình 2-2 : Bê tông bị ăn mòn trơ thép
Tình trạng ăn mòn bê tông chủ yếu phụ thuộc vào
- Thời gian công trình chịu tác dụng của môi trường nước ăn mòn. - Đặc tính của môi trường nước ăn mòn.
Tình trạng ăn mòn bê tông của các công trình được nghiên cứu, khảo sát thể hiện qua một số hình ảnh tiêu biểu : hình 2 – 1 (PL), đến hình 2 – 20 (PL), xem cáchình này ở phần phụ lục. Các kết cấu khảo sát chủ yếu nằm trong vùng mực nước biến đổi, chính những vùng này là vùng chịu nhiều chu kỳ khô ẩm luân phiên, có khả năng bị ăn mòn và phá huỷ mạnh nhất.
Nhận xét:
Qua nghiên cứu khảo sát hiện tượng ăn mòn bề mặt bê tông công trình: - Trong các công trình nghiên cứu, trừ một số ít các công trình mới xây dựng khoảng dưới 5 năm, phần lớn các công trình bị ăn mòn bề mặt từ trạng thái ăn mòn lớp vữa xi măng bên ngoài, đến trạng thái ăn mòn sâu vào bên trong làm trơ đá dăm, có chỗ trơ cả cốt thép, các thanh thép này dễ dàng bị phá hủy nhanh chóng do tiếp xúc trực tiếp với môi trường nước ăn mòn.
- Từ hình 2 – 1 (PL) đến hình 2 – 12 (PL) là các công trình đại diện cho vùng môi trường nước chua: trong các hình ảnh này thể hiện bê tông bị ăn mòn lớp vữa xi măng bề mặt, lộ ra những viên đá dăm lởm chởm, một số kết cấu lớp đá dăm không còn được liên kết bởi lớp vữa xi măng, đã bị cuốn trôi làm trơ ra cả những thanh thép. Những thanh thép này không còn lớp bê bảo vệ, dễ dàng bị ăn mòn mạnh mẽ bởi môi trường nước chua. Chiều dày kết cấu các công trình vùng chua nói chung giảm từ 1 – 3 cm, cùng với sự ăn mòn mạnh một số thanh cốt thép như vậy chắc chắn sẽ làm giảm đáng kể khả năng chịu lực kết cấu, ảnh hưởng nhiều tới tuổi thọ của công trình.
- Từ hình 2 – 13 (PL) đến hình 2 – 20 (PL) là các công trình đại diện cho vùng môi trường nước mặn: trong các hình này thể hiện tình trạng ăn mòn bề mặt không đồng bộ như vùng chua, không lộ ra những lớp đá lởm chởm, thể hiện cục bộ hơn, chủ yếu do sự gỉ sét, nở thể tích gây nứt nẻ phá hủy bê tông. Tình trạng ăn mòn này cũng gây nguy hiểm cho công trình, nhưng nó mang tính cục bộ hơn, không đồng bộ như vùng chua .
- Trên một số hình ảnh ta thấy sự ăn mòn ở vùng mặn mạnh hơn vùng chua, nhưng thực tế các công trình vùng mặn những hình ảnh gây nguy hiểm đó cục bộ hơn so với tổng thể các công trình với vùng chua. Nơi môi trường nước chua toàn bộ bề mặt công trình nằm trong vùng nước biến đổi cũng như ngập nước, thể hiện rõ nét sự ăn mòn tổng thể từ ngoài vào trong (hình PL - 13, hình PL – 14 phần phụ lục). Tuy nhiên cũng có một số công trình vùng chua, nơi cục bộ một số thanh cốt thép do quá trình thi công đặt sát thành, lớp bê tông bảo vệ mỏng, cộng với sự ăn mòn tổng thể lớp bê tông bảo vệ làm cho nước ăn mòn xâm thực tới cốt thép và cũng gây gỉ sét, nở thế tích làm bê tông nứt nẻ như vùng môi trường nước mặn.
- Vậy sự ăn mòn bề mặt bê tông trong môi trường nước chua phèn nói chung mạnh hơn so với môi trường nước mặn.
- Trong môi trường nước chua hay mặn, tình trạng ăn mòn bề mặt bê tông công trình thủy lợi vùng ĐBSCL là khá rõ ràng, cần nghiên cứu sự ăn mòn trong lòng bản thân kết cấu đó là độ bền của bê tông công trình (cường độ nén và độ chống thấm). Đồng thời cần nghiên cứu nguyên nhân của sự ăn mòn, biện pháp để phòng chống, giảm thiểu sự ăn mòn cho công trình.
2.2 Độ bền của bê tông các công trình vùng ĐBSCL qua thời gian sử dụng
2.2.1 Giới thiệu chung
Độ bền của bê tông là từ quy ước nói về khả năng duy trì yêu cầu làm việc của một sản phẩm, một cấu kiện, một bộ phận công trình hay của cả công trình, trải qua thời gian thiết kế quy định. Suốt thời gian làm việc, kết cấu phải đương đầu với các tải trọng dự kiến và điều kiện môi trường mà không có sự thoái hóa lớn, không bị bào mòn hay hư hỏng. Như vậy, theo cách hiểu bao quát nhất thì tính bền chắc phụ thuộc vào bản chất bê tông và sự ăn mòn của môi trường.
Độ bền của bê tông được xác định bằng khả năng chịu lực (cường độ nén của bê tông) và độ chống thấm của bê tông.
Việc nghiên cứu khảo sát để xác định cường độ nén và độ chống thấm của bê tông các công trình thuỷ lợi vùng chua, mặn ĐBSCL qua các thời gian sử dụng là rất cần thiết để:
- Xác định chính xác cường độ nén và độ chống thấm của bê tông công trình từ đó xác định được mức độ suy giảm và thoái hóa độ bền so với yêu cầu thiết kế.
- Hay so sánh sự thoái hóa độ bền bê tông công trình vùng môi trường chua, mặn với môi trường nước thường.
- Từ kết quả cường độ bê tông qua thời gian sử dụng, đánh giá tuổi thọ của bê tông công trình thủy lợi vùng chua, mặn ĐBSCL.
- Xác định độ chống thấm của bê tông nhằm thể hiện tính đặc chắc của bê tông, so sánh độ không xuyên nước của bê tông công trình với yêu cầu kỹ thuật của bê tông thủy công. Cần thiết phải tăng cường độ chống thấm của bê tông để đảm bảo chống ăn mòn.
Muốn xác định cường độ nén của bê tông công trình ở thời điểm hiện tại, ta thí nghiệm đồng thời các phương pháp:
• Phương pháp phá huỷ xác định cường độ nén của bê tông công trình (phương pháp khoan lõi bê tông)
Cường độ bê tông được xác định ở một số vị trí nhất định của công trình, dùng máy khoan bê tông lấy lõi, gia công tạo thành mẫu bê tông hình trụ, mẫu bê tông này được nén trên máy thủy lực, ta xác định được một cách chính xác cường độ nén của bê tông . Đồng thời tại vị trí khoan lõi bê tông, ta thí nghiệm siêu âm và súng bật nẩy tại kết cấu công trình.
Phương pháp lấy, gia công mẫu tiến hành theo: TCVN3105:1993 [7]
Xác định cường độ nén áp dụng theo: TCVN 3118 : 1993 [8]
• Phương pháp không phá huỷ xác định cường độ nén của bê tông công
trình (dùng máy siêu âm kết hợp súng bật nẩy)
+ Cường độ nén của bê tông được xác định ở nhiều vị trí khác nhau của công trình, dùng máy chuyên dùng đo tốc độ siêu âm, đồng thời dùng súng bật
nẩy đo độ bật nẩy trực tiếp ngay tại kết cấu công trình, ta cũng xác định được cường độ nén của bê tông.
+ Dùng máy siêu âm Matest của Italy, súng bật nẩy bắn bê tông hãng Ele của London, các thiết bị được hiệu chỉnh tại Trung Tâm Đo Lường Chất Lượng Khu Vực III.
- Phương pháp siêu âm dựa trên cơ sở đo tốc độ truyền sóng xung siêu âm trong bê tông. Qua thời gian nhận được xung siêu âm xác định được tốc độ truyền sóng V theo công thức:
s m t
l
V = ×103 / (2 - 1) [14]
Trong đó : l - chiều dài đoạn truyền siêu âm (chiều dày kết cấu) mm t - Thời gian truyền siêu âm (microsec - µs)
- Phương pháp súng bật nẩy dựa vào trị số bật nẩy (n) đo được khi bắn súng bê tông.
+ Dựa trên mối tương quan giữa cường độ nén của bê tông (R) với hai trị số đặc trưng của phương pháp không phá hủy là tốc độ siêu âm (V) và độ bật nẩy (n) của súng ta xác lập các: Quan hệ (V – R); Quan hệ (n – R)
Phương pháp xác định cường độ nén bằng phương pháp không phá hủy được áp dụng theo: TCXD 239 : 2000 [14]
• Phương pháp xác định độ chống thấm của bê tông
Để xác định độ chống thấm của bê tông ta dùng máy khoan tạo mẫu, chế bị mẫu. Mẫu sau khi chế bị được đưa vào máy tạo áp lực thấm, xác định được độ chống thấm của bê tông.
Phương pháp lấy, gia công mẫu tiến hành theo: TCVN 3105:1993 Xác định độ chống thấm của BT áp dụng theo: TCVN 3116:1993 [15]
2.2.2 Kết quả xác định cường độ nén bê tông của các công trình vùng chua mặn ĐBSCL:mặn ĐBSCL: mặn ĐBSCL:
Trong nhữngtỉnh của vùng nghiên cứu, mỗi tỉnh chọn một số công trình, mỗi công trình chọn các vị trí khác nhau (tuỳ điều kiện mỗi công trình) để khoan