Thạc Sĩ Nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép công trình thủy lợi dưới tác động củ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2014


MỤC LỤC
32T MỞ ĐẦU 32T 1
32T 1. Tính cấp thiết của đề tài 32T 1
32T 2. Mục đích của đề tài: 32T 2
32T 3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 32T . 2
32T 4. Nội dung nội văn 32T 3
32T CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BT
& BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 32T . 5
32T 1.1 32T 32T Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới 32T . 5
32T 1.1.1 32T 32T Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 32T . 5
32T 1.1.2 32T 32T Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế
giới 32T . 6
32T 1.2 32T 32T Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam 32T . 9
32T 1.2.1 32T 32T Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 32T 9
32T 1.2.2 32T 32T Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt
Nam 32T . 11
32T CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG
CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 32T 17
32T 2.1 32T 32T Hiện tượng ăn mòn các công trình Thủy Lợi 32T . 17
32T 2.2 32T 32T Ăn mòn bê tông 32T 18
32T 2.2.1 32T 32T Ăn mòn hóa học của bê tông 32T . 19
32T 2.2.2 32T 32T Ăn mòn vật lý của bê tông 32T . 25
32T 2.3 32T 32T Ăn mòn cốt thép 32T 26
32T 2.4 32T 32T Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 32T 30
32T 2.5 32T 32T Kết luận chương 2 32T . 34
32T CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐỘ THẨM THẤU CỦA
NƯỚC, KHÔNG KHÍ VÀ ION CLˉ QUA BÊ TÔNG DƯỚI TÁC ĐỘNG
CỦA TẢI TRỌNG VÀ NHIỆT ĐỘ MÔI TRƯỜNG 32T 36
32T 3.1 32T 32T Công tác chuẩn bị thí nghiệm 32T 37
32T 3.1.1 32T 32T Cơ sở thành lập đề cương thí nghiệm 32T . 37
32T 3.1.2 32T 32T Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm 32T 37
32T 3.1.3 32T 32T Chuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm 32T . 40
32T 3.2 32T 32T Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông 32T . 41
32T 3.2.1 32T 32T Nguyên lý tính độ thẩm khí 32T . 41
32T 3.2.2 32T 32T Quy trình thí nghiệm 32T . 42
32T 3.2.3 32T 32T Kết luận và thảo luận 32T 42
3.2.4 Kết luận về đo độ thấm khí của bê tông 54
32T 3.3 32T 32T Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông 32T 56
32T 3.3.1 32T 32T Nguyên lý tính toán độ thấm nước 32T 56
32T 3.3.2 32T 32T Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nước 32T 56
32T 3.3.3 32T 32T Kết quả và thảo luận 32T . 58
32T 3.3.4 32T 32T Kết luận về kết quả đo độ thấm nước của bê tông 32T 66
32T 3.4 32T 32T Tương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê
tông khi bê tông bị phá hủy 32T 67
32T 3.5 32T 32T Đánh giá ảnh hưởng của độ thấm ION CLˉ đến tuổi thọ của các
công trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông 32T 71
32T 3.5.1 32T 32T Đánh giá tuổi thọ công trình giao thông thủy lợi theo tiêu chí ăn
mòn cốt thép có nguyên nhân từ sự khuếch tán clorua vào bê tông 32T 71
32T 3.5.2 32T 32T Đánh giá tuổi thọ công trình giao thông theo tiêu chí ăn mòn cốt
thép do khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của
bê tông 32T . 78
32T 3.6 32T 32T Kết luận chương 3 32T . 84
32T CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ
TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH THỦY LỢI DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
MÔI TRƯỜNG 32T . 86
32T 4.1 32T 32T Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động của môi
trường 32T 86
32T 4.1.1 32T 32T Thay đổi thành phần khoáng của Xi Măng 32T 87
32T 4.1.2 32T 32T Nâng cao độ đặc của bê tông 32T . 87
32T 4.1.3 32T 32T Biến đổi các sản phẩm thủy hóa 32T 88
32T 4.1.4 32T 32T Ngăn cách bê tông với môi trường 32T 89
32T 4.1.5 32T 32T Một số biện pháp tổng hợp 32T 90
32T 4.2 32T 32T Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thếp dưới tác động của
môi trường 32T 90
32T 4.3 32T 32T Các giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền bê tông và bê tông
cốt thép công trình thủy lợi 32T . 92
32T 4.3.1 32T 32T Chủng loại xi măng 32T . 92
32T 4.3.2 32T 32T Cốt liệu dùng cho bê tông 32T 93
32T 4.3.3 32T 32T Nước cho bê tông 32T 99
32T 4.3.4 32T 32T Phụ gia cho bê tông 32T . 100
32T 4.3.5 32T 32T Cốt thép 32T 101
32T 4.3.6 32T 32T Sử dụng cốt Composite “ thủy tinh – polymer” 32T . 101
32T 4.4 32T 32T Kết luận chương 4 32T . 106 32T 4
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 105
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ . 8
Hình 1.2 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Anh 8
Hình 1.3 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi 8
Hình 1.4 Cảng Thương vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng . 15
Hình 1.5 Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử dụng
. 15
Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy thủy
điện Hòa Bình 15
Hình 1.7 Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại cống C2
– Hải Phòng 15
Hình 1.8 Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi, ăn
mòn cốt thép, ăn mòn bê tông trong môi trường nước biển . 16
Hình 1.9 Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của bê
tông kè biển Cát Hải – Hải Phòng . 16
Hình 2.1 Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn – Bến Tre
. 16
Hình 2.2 Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát - Bến
Tre . 168
Hình 2.3 Ca(OH) R 2 R trong bê tông phản ứng với CO R 2 R ngoài không khí để tạo
CaCO R 3 R . 20
Hình 2.4 Vữa xi măng bị dãn nở tạo ra một khe hở được tạo ra giữa cốt liệu
và vữa xi măng làm phá hỏng cấu trúc bê tông 24
Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép . 27
Hình 2.6 Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 28
Hình 2.7 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển . 31
Hình 3.1 Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 38
Hình 3.2 Khuôn đúc các mẫu thí nghiệm . 39
Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 39
Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ khoét
lỗ ở tâm 43
Hình 3.5 Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông . 43
Hình 3.6 Biến đổi của độ thấm danh định K R a R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P R m R ở các cấpứng suất khác nhau (T= 25 P
o
P C) . 47
Hình 3.7 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P R m R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60 P
o
P C) 47
Hình 3.8 Biến đổi của độ thấm danh định K R a R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P R m R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105 P
o
P C) 48
Hình 3.9 Biến đổi của độ thấm danh định K R a R theo nghịch đảo ứng suất trung
bình 1/P R m R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150 P
o
P C) 48
Hình 3.10 Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở các
nhiệt độ khác nhau 49
Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/K R o R theo ứng suất trong bê tông . 51
Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ . 52
Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ 54
Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu K R o R theo độ bão hòa nước của bê
tông 55
Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc 55

Hình 3.16 Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước của bê tông trong phòng thí
nghiệm . 57
Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước . 58
Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo 58
Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 và P2) theo áp lực nước 62
Hình 3.20 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối
σ/σ R max R . 64
Hình 3.21 Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối
σ/σ R max R . 65
Hình 3.22 Tương quan giữa độ thấm khí và độ khyuếch tán clorua khi bê
tông bị 67
Hình 3.23 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân
tán của . 69
Hình 3.24 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy của bê
tông 69
Hình 3.25 Suy giảm của độ khuếch tán clorua theo thời gian . 71
Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ công trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ 74
Hình 3.27 Gia tăng của nồng độ clorua bề mặt theo thời gian . 76
Hình 3.28 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông cốt thép theo bề dày lớp bê
tông bảo vệ 77
Hình 3.29 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực theo bề dày lớp bê
tông bảo vệ 77
Hình 3.30 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công trình
bê tông cốt thép . 79
Hình 3.31 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công trình
bê tông DƯL 80
Hình 3.32 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5
năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) . 81
Hình 3.33 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng ảnh hưởng bởi sóng biển) 82
Hình 3.34 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5
năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) . 82
Hình 3.35 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng thủy triều lên xuống) 83
Hình 3.36 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép khi bê tông bị phá hủy sau 5
năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) . 83
Hình 3.37 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực khi bê tông bị phá hủy sau
5 năm khai thác (Vùng khí hậu ven biển) 84
Hình 4.1 Cốt composite “thủy tinh – polymer” . 102

















DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 - Giá trị trung bình của lưu lượng khí vào và biến dạng dọc trục . 43
Bảng 3.2 - Sau đây biễu diễn các giá trị độ thấm danh định K R a R . 45
Bảng 3.3 - Các giá trị độ thấm khí thực K thu được theo nguyên lý
Klinkenberg . 49
Bảng 3.5 - Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương nén mẫu P1 . 59
Bảng 3.6 - Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương ngang P2
(vuông góc với phương nén mẫu P1) 60
Bảng 3.7 - Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép (C R cr R = 0.06 % KLBT) . 73
Bảng 3.8 - Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực (C R cr R = 0.3 % KLBT) . 73
Bảng 4.1 - Yêu cầu kỹ thuật đối với xi măng . 91
Bảng 4.2 - Bảng so sánh các tính chất cốt thép và cốt composite . 103


DANH MỤC VIẾT TẮT

XM: Xi măng
BT: Bê tông
BTCT: Bê tông cốt thép
BT & BTCT : Bê tông và bê tông cốt thép
TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam
TCXD: Tiêu chuẩn xây dựng
TCN: Tiêu chuẩn nghành
VLXD: Vật liệu xây dựng
VKHCNXD: Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng
VKHCNGTVT: Viện Khoa học Công nghệ Giao thông vận tải
BMVLXD: Bộ môn vật liệu xây dựng
TP.HCM: Thành phố Hồ Chí Minh



1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Bê tông cốt thép đã được phát minh và ứng dụng từ giữa thế kỷ 19. Cho



đến nay bê tông, bê tông cốt thép vẫn là nguồn vật liệu chủ yếu trong lĩnh vực
xây dựng, giao thông, thủy lợi thủy điện. Ở Việt Nam, bê tông côt thép đã và
đang được sử dụng rất rộng rãi, chất lượng và tuổi thọ của bê tông đã được
nghiên cứu và nâng cao nhiều. Qua tổng kết đánh của các quốc gia trên thế
giới thì độ bền thực tế của các công trình bê tông như sau: Trong môi trường
không có tính xâm thực, kết cấu BTCT có thể làm việc bền vững trên 100
năm. Trong môi trường có tính xâm thực mạnh như các vùng ven biển, độ ẩm
lớn, dưới nước xẩy ra hiện tượng ăn mòn bê tông cốt thép dẫn đến làm nứt
vỡ và phá hủy kết cấu bê tông và BTCT có thể xuất phát sau 10 đến 30 năm
sử dụng.
Qua thực tế các công trình giao thông thủy lợi ở Việt Nam cũng như
nhiều nước trên thế giới, các công trình bê tông và BTCT sau một thời gian
đưa vào sử dụng đã bị xuống cấp, đặc biệt là các công trình giao thông, thủy
lợi như: trụ cầu giao thông, dầm cầu giao thông, cống thủy lợi, đê biển , đã
bị môi trường xâm thực rất mạnh, làm ăn mòn bê tông và cốt thép phá hủy kết
cấu của công trình gây tổn thất rất lớn.
Vì vậy nghiên cứu tìm ra được các cơ chế ăn mòn BT & BTCT dưới tác
động của môi trường và đưa ra các giải pháp khắc phục tình hình ăn mòn BT
& BTCT công trình thủy lợi là hết sức cần thiết . Đề tài: “Nghiên cứu giải
pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép công trình
thủy lợi dưới tác động của môi trường” được đề xuất nhằm đáp ứng các
yêu cầu kỹ thuật và nâng cao chất lượng bê tông và bê tông cốt thép



2
2, Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu cơ chế ăn mòn của bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động
của môi trường. Đánh giá mức độ ăn mòn phá hủy của bê tông và BTCT dưới
tác động của môi trường để đưa ra các biện pháp giảm thiểu khả năng ăn mòn,
xâm thực của bê tông và BTCT.
3, Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Sưu tập, nghiên cứu các các tài liệu trong và ngoài nước đang được áp
dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam, trong đó có chú ý tới các nội dung
có liên quan tới bê tông tự lèn để lựa chọn hướng nghiên cứu, phương pháp
hợp lý áp dụng cho điều kiện Việt Nam.
Phương pháp nghiên cứu bao gồm: Phương pháp lý thuyết và phương
pháp thực nghiệm.
* Phương pháp lý thuyết:
+ Nghiên cứu lý thuyết về các phương pháp phân tích tình hình ăn mòn
trong và ngoài nước. Lựa chọn một số phương pháp để đánh giá tình hình ăn
mòn BT & BTCT công trình thủy lợi và đưa ra giải pháp khắc phục ăn mòn
BT & BTCT công trình thủy lợi phù hợp với điều kiện Việt Nam.
* Phương pháp thực nghiệm:
+ Xác định các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT công trình thủy lợi như: độ
thấm khí, thấm nước của Bê tông (Tiêu chuẩn Việt Nam & Tiêu chuẩn một số
nước)
+ Tương quan giữa độ khuếch tán ion Cl P
-
P và độ thấm khí của bê tông khi
bê tông bị phá hủy.
Đề tài sử dụng các thiết bị thí nghiệm các chỉ tiêu ăn mòn BT & BTCT
theo tiêu chuẩn Việt Nam của phòng thí nghiệm vật liệu xây dựng LAS-
XD381.

3
4, Nội dung nội văn
Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT
trên thế giới và ở Việt Nam
1.1. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT trên thế giới
1.2. Tình hình nghiên cứu ăn mòn BT & BTCT ở Việt Nam
Chương 2: Phân tích cơ chế ăn mòn BT & BTCT trong công trình
thủy lợi
2.1 Hiện tượng ăn mòn các công trình Thủy lợi.
2.2 Ăn mòn bê tông.
2.3 Ăn mòn cốt thép.
2.4 Ăn mòn bê tông cốt thép ở các vùng ven biển.
2.5 Kết luận chương 2.
Chương 3: Kết quả thực nghiệm độ thẩm thấu của nước, không khí
và ion CL P
-
P qua bê tông dưới tác động của tải trọng & nhiệt độ môi
trường.
3.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm.
3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông.
3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông.
3.4 Tương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê
tông khi bê tông bị phá hủy
3.5 Đánh giá ảnh hưởng của độ thấm ION Cl- đến tuổi thọ cử các
công trình thủy lợi có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông.
3.6 Kết luận chương 3.
Chương 4: Giải pháp khắc phục ăn mòn BT & BTCT công trình
thủy lợi dưới tác động môi trường
4.1 Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động môi trường

4
4.2 Giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thép dưới tác động
của môi trường.
4.3 Các giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền BT & BTCT
công trình thủy lợi.
4.4 Kết uận chương 4.
Kết luận và kiến nghị