Đang tải... (xem toàn văn)
Bê tông cốt thép (BTCT) là một loại kết cấu được sử dụng rất rộng rãi ở nước ta, thế nhưng cho tới nay chúng ta vẫn chưa có một tiêu chuẩn riêng cũng như một phương pháp luận hoàn chỉnh để đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép một yếu tố quan trọng liên quan mật thiết tới tuổi thọ của kết cấu cũng như công trình BTCT. Về vấn đề này, Viện khoa học và công nghệ giao thông vận tải đã nghiên cứu và đưa ra được phương pháp luận tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, đồng thời đang tiếp tục thu thập và xử lý các số liệu trên các công trình thực để hoàn thiện phương pháp. Tin tưởng rằng, các kết quả này sẽ đóng góp quan trọng trong việc sửa chữa, bảo vệ các công trình BTCT trên đất nước ta.
Đánh giá gỉ trong kết cấu bê tông cốt thép Bê tông cốt thép (BTCT) là một loại kết cấu được sử dụng rất rộng rãi ở nước ta, thế nhưng cho tới nay chúng ta vẫn chưa có một tiêu chuẩn riêng cũng như một phương pháp luận hoàn chỉnh để đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép - một yếu tố quan trọng liên quan mật thiết tới tuổi thọ của kết cấu cũng như công trình BTCT. Về vấn đề này, Viện khoa học và công nghệ giao thông vận tải đã nghiên cứu và đưa ra được phương pháp luận tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, đồng thời đang tiếp tục thu thập và xử lý các số liệu trên các công trình thực để hoàn thiện phương pháp. Tin tưởng rằng, các kết quả này sẽ đóng góp quan trọng trong việc sửa chữa, bảo vệ các công trình BTCT trên đất nước ta. Do những sai sót trong thi công cùng với các tác động của môi trường và con người, tốc độ gỉ của cốt thép trong bê tông cốt thép (BTCT) ở nước ta xảy ra rất nhanh. ở rất nhiều cầu BTCT, sự gỉ thép dẫn đến hiện tượng trương nở cốt thép, làm bong bật lớp bê tông bảo vệ, giảm tiết diện cốt thép và nghiêm trọng hơn là dẫn đến tình trạng đứt cốt thép, gây nguy hại cho công trình với hậu quả khó lường. Để tăng tuổi thọ của công trình cũng như để khai thác các công trình cũ một cách an toàn, việc đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép trong BTCT là tất quan trọng và cần thiết. Nó cho phép từ đó đánh giá được chính xác hơn sự làm việc của kết cấu và đề ra được các biện pháp bảo vệ, ngăn chặn sự hư hỏng của cốt thép. Điều này có ý nghĩa to lớn trong việc quản lý, duy tu và bảo dưỡng các công trình BTCT. Nhiều nước trên thế giới đã quan tâm đến vấn đề này. Các nước tiên tiến như Anh, Pháp, Mỹ đã có những đầu tư thích đáng cho việc nghiên cứu, từ phương pháp luận cho đến thiết bị thực hiện. ứng với mỗi phương pháp khác nhau đều có các tiêu chuẩn, các ngưỡng để đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép. Qua các nghiên cứu về gỉ cốt thép trong bê tông, người ta đã đề ra được các biện pháp bảo vệ cốt thép. ở nước ta hiện nay chưa có một tiêu chuẩn riêng cũng như một phương pháp luận hoàn chỉnh để đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép trong kết cấu BTCT. Trước tình hình đó, được sự cho phép của Bộ giao thông vận tải, Phòng chẩn đoán công trình - Viện khoa học và công nghệ giao thông vận tải đã chủ trì thực hiện đề tài: "Nghiên cứu các phương pháp đánh giá gỉ cốt thép trong kết cấu BTCT và các biện pháp khắc phục". Để đưa ra được phương pháp luận đánh giá gỉ cốt thép, chúng tôi đã dựa trên kinh nghiệm của các nước tiên tiến nhưng có sự kiểm chứng, xem xét các tiêu chuẩn trong điều kiện khí hậu ở nước ta. Bước đầu tiên chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu trên mẫu trong phòng thí nghiệm, sau đó sẽ tiến hành xử lý kết hợp với các số liệu thu thập tại các cầu trên các miền của đất nước. Trong phạm vi bài này, chúng tôi xin giới thiệu cách tiến hành thực nghiệm trong phòng thí nghiệm. Sử dụng các kết quả của bài toán qui hoạch thực nghiệm, chúng tôi đã tìm được số lượng tối thiểu của mẫu thử theo công thức sau: ∂ 2 n = u 2 (1+ γ )/2 ∈ 2 Trong đó: n là số lượng mẫu thử; ∂ là độ lệch căn quân phương của số liệu đo; u 2 (1+ γ )/2 là phân vị của phân bố chuẩn ứng với mức (1+γ)/2 tìm được trong bảng tính sẵn; ∈ là độ chính xác của phép đo. Với giả định ban đầu: Độ nhạy của thiết bị đo là ± 0,01; sai số của phép đo là 0,04; sau khi dùng phương pháp lặp để tính gần đúng, số lượng mẫu thử được xác định là n ≈ 10. Để đảm bảo điều kiện thực nghiệm trong phòng thí nghiệm mà vẫn mang đặc trưng thực tiễn, các mẫu thí nghiệm được lựa chọn như sau: - Mác bê tông: 250, là mác hay dùng trong dầm cầu BTCT. - Cốt thép: φ 18AII, là loại thép hay được sử dụng trong dầm cầu BTCT với lớp bê tông bảo vệ 4 cm. - Kích thước hình học: 10x10x80 cm. Khi mẫu bê tông đủ 28 ngày tuổi sẽ đo các chỉ tiêu ở trạng thái ban đầu, sau đó đưa vào môi trường làm việc và cứ 6 tháng lại tiến hành đo một lần. Số lượng mẫu trên được chia thành 3 nhón để trong các môi trường làm việc khác nhau: Nhóm làm việc trong môi trường khí quyển ven biển, nhóm làm việc trong môi trường ẩm ướt xa biển và nhóm làm việc trong điều kiện khí hậu bình thường. Sau khi để mẫu làm việc trong các điều kiện này sẽ tiến hành đánh giá gỉ theo 4 phương pháp: • Xác định hàm lượng clo trong bê tông: Lấy mẫu để xác định hàm lượng clo ban đầu trong bê tông ngay khi mẫu bê tông đạt 28 ngày tuổi chưa đưa vào trong các điều kiện làm việc khác nhau. Sau khi mẫu để trong môi trường làm việc như đã nêu ở trên, ở mỗi vị trí sẽ xác định hàm lượng clo xâm nhập vào bê tông, lấy một tổ hợp mẫu bột ứng với độ sâu khoan từ 0 đến hết chiều dày lớp bê tông bảo vệ. Từ đó phân tích được hàm lượng clo trong bê tông, xây dựng được biểu đồ xâm nhập clo và qua đó xem xét con số về mức ngưỡng clo mà cốt thép gỉ so với mức ngưỡng của các nước khác là 0,4% trọng lượng xi măng. Từ đây có thể dự đoán được tốc độ xâm nhập clo trong các điều kiện làm việc khác nhau. • Xác định chiều sâu cacbonat hóa: Dùng phenolphtalein phun vào mép lỗ khoan. Sự thay đổi mẫu sang tía hoặc đỏ theo độ sâu của bê tông sẽ được ghi lại. Từ đó có được số liệu về độ sâu cacbonat hóa của bê tông trong các điều kiện làm việc khác nhau. Sự cacbonat hóa làm giảm độ kiềm trong bê tông dẫn đến tình trạng phá hỏng màng oxi hóa chống gỉ của cốt thép và dẫn tới hiện tượng gỉ cốt thép. Cũng từ đó dự đoán được tốc độ cacbonat hóa bê tông trong các điều kiện làm việc khác nhau. • Đo điện thế bề mặt bê tông: Sự phát triển của các vùng gỉ trong bê tông được thể hiện trên 2 phạm vi vĩ mô và vi mô. Các điểm gỉ vi mô phát triển do các phản ứng catod - anod xảy ra ở chính ngay trong vùng đó. Tuy nhiên vì bê tông bao bọc quanh cốt thép trên suốt chiều dài có tính chất khác nhau nên giữa các điểm khác nhau có các điện thế khác nhau. Sự chênh lệch điện thế giữa các điểm sẽ gây ra dòng điện (dòng ion) và gây ra hiện tượng gỉ ở mức độ vĩ mô. Sự phát triển của các vùng gỉ thể hiện trên 2 phạm vi vĩ mô và vi mô luôn bổ sung và tăng cường lẫn cho nhau và đáng chú ý là điện trở của môi trường bê tông có ảnh hưởng rất quan trọng đến độ lớn của dòng điện hóa gây gỉ cốt thép. Từ vị trí lộ cốt thép nối với 1 cực nguồn điện và đầu kia là điện cực Cu - CuSO 4 đặt trên bề mặt bê tông, lần lượt đo điện thế các điểm. Qua đó xây dựng được bản đồ điện thế và có được bức tranh về nguy cơ gỉ của cốt thép trong bê tông. Các kết quả này cũng có thể bổ sung, so sánh với các kết quả của các phương pháp khác. • Đo điện trở bề mặt bê tông: Số đo của điện trở bề mặt bê tông biểu thị sự liên tục của các lỗ rỗng trong bê tông cũng như độ ngậm nước của các lỗ rỗng. Độ lớn của nó được xem xét dựa vào giá trị dòng điện đi qua thanh kim loại và từ đó xác định được lượng kim loại mất đi trong vùng gỉ ứng với một thế năng đã biết. Điện trở còn chỉ ra mức độ khô ướt của bề mặt bê tông có liên quan đến khả năng clo hóa hoặc cacbonat hóa bề mặt bê tông. Từ các kết quả của các phương pháp trên sẽ tìm được mối tương quan để cho phép đánh giá tình trạng gỉ của cốt thép trong các điều kiện làm việc khác nhau và từ đó xây dựng nên các tiêu chuẩn cần thiết. Để có những kết quả cụ thể, còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác cũng như vào thời gian. Vì vậy, song song với việc tiến hành thực nghiệm, chúng tôi cũng tiếp tục thu thập xử lý các số liệu trên các công trình cầu thực tế ở nước ta. Những kết quả thu được chắc chắn sẽ đóng góp quan trọng vào việc nghiên cứu hiện tượng gỉ của cốt thép trong các dầm cầu BTCT ở nước ta và đưa ra phương pháp bảo vệ, sửa chữa hữu hiệu. . chỉnh để đánh gi tình trạng gỉ của cốt thép trong kết cấu BTCT. Trước tình hình đó, được sự cho phép của Bộ giao thông vận tải, Phòng chẩn đoán công trình - Viện khoa học và công nghệ giao thông. chia thành 3 nhón để trong các môi trường làm việc khác nhau: Nhóm làm việc trong môi trường khí quyển ven biển, nhóm làm việc trong môi trường ẩm ướt xa biển và nhóm làm việc trong điều kiện khí. khi để mẫu làm việc trong các điều kiện này sẽ tiến hành đánh gi gỉ theo 4 phương pháp: • Xác định hàm lượng clo trong bê tông: Lấy mẫu để xác định hàm lượng clo ban đầu trong bê tông ngay