LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên 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” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. Vũ Quốc Vương thuộc bộ môn Vật liệu xây dựng Trường Đại học Thủy lợi. Luận văn được hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp vật liệu khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép tác động của môi trường đặc biệt là công trình Thủy Lợi. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy về sự giúp đỡ to lớn này. Cảm ơn các thầy cô giáo trong trường Đại học Thủy lợi, cảm ơn Phòng thí nghiệm vật liệu Trường Đại học Thủy Lợi, các tác giả của các đề tài đã nghiên cứu và được công bố về 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. Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến gia đình, người thân và bạn bè đồng nghiệp đã cổ vũ, động viên tác giả trong suốt những năm qua. Với thời gian và trình độ còn hạn chế, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo đóng góp chân tình của các thầy cô giáo, bạn bè đồng nghiệp để tác giả hoàn thiện hơn trong các công tác nghiên cứu khoa học và làm tốt nhiệm vụ công tác của mình./. Hà Nội, ngày 05 tháng 12 năm 2012. Tác giả Nguyễn Doãn Toàn LỜI CAM ĐOAN Tôi là Nguyễn Doãn Toàn. Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các nội dung và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa từng được người nào công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ Nguyễn Doãn Toàn MỤC LỤC 32TMỞ ĐẦU32T 1 32T1. Tính cấp thiết của đề tài32T 1 32T2. Mục đích của đề tài:32T 2 32T3. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu32T 2 32T4. Nội dung nội văn32T 3 32TCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĂN MÒN BT & BTCT TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 32T 5 32T1.132T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 32T 5 32T1.1.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới32T 5 32T1.1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 32T 6 32T1.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 32T 9 32T1.2.132T 32TTình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam32T 9 32T1.2.232T 32TTình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 32T 11 32TCHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI 32T 17 32T2.132T 32THiện tượng ăn mòn các công trình Thủy Lợi32T 17 32T2.232T 32TĂn mòn bê tông32T 18 32T2.2.132T 32TĂn mòn hóa học của bê tông32T 19 32T2.2.232T 32TĂn mòn vật lý của bê tông32T 25 32T2.332T 32TĂn mòn cốt thép32T 26 32T2.432T 32TĂn mòn bê tông ở các vùng biển32T 30 32T2.532T 32TKết luận chương 232T 34 32TCHƯƠNG 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 32T3.132T 32TCông tác chuẩn bị thí nghiệm32T 37 32T3.1.132T 32TCơ sở thành lập đề cương thí nghiệm32T 37 32T3.1.232T 32TChuẩn bị các mẫu thí nghiệm32T 37 32T3.1.332T 32TChuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm32T 40 32T3.232T 32TThí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông32T 41 32T3.2.132T 32TNguyên lý tính độ thẩm khí32T 41 32T3.2.232T 32TQuy trình thí nghiệm32T 42 32T3.2.332T 32TKết luận và thảo luận32T 42 3.2.4 Kết luận về đo độ thấm khí của bê tông 54 32T3.332T 32TThí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông32T 56 32T3.3.132T 32TNguyên lý tính toán độ thấm nước32T 56 32T3.3.232T 32TQuy trình thí nghiệm đo độ thấm nước32T 56 32T3.3.332T 32TKết quả và thảo luận32T 58 32T3.3.432T 32TKết luận về kết quả đo độ thấm nước của bê tông32T 66 32T3.432T 32TTương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê tông khi bê tông bị phá hủy 32T 67 32T3.532T 32TĐánh 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 32T3.5.132T 32TĐánh 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 32T3.5.232T 32TĐánh 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 32T3.632T 32TKết luận chương 332T 84 32TCHƯƠNG 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 32T4.132T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động của môi trường 32T 86 32T4.1.132T 32TThay đổi thành phần khoáng của Xi Măng32T 87 32T4.1.232T 32TNâng cao độ đặc của bê tông32T 87 32T4.1.332T 32TBiến đổi các sản phẩm thủy hóa32T 88 32T4.1.432T 32TNgăn cách bê tông với môi trường32T 89 32T4.1.532T 32TMột số biện pháp tổng hợp32T 90 32T4.232T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông cốt thếp dưới tác động của môi trường 32T 90 32T4.332T 32TCác giải pháp vật liệu nhằm nâng cao độ bền bê tông và bê tông cốt thép công trình thủy lợi 32T 92 32T4.3.132T 32TChủng loại xi măng32T 92 32T4.3.232T 32TCốt liệu dùng cho bê tông32T 93 32T4.3.332T 32TNước cho bê tông32T 99 32T4.3.432T 32TPhụ gia cho bê tông32T 100 32T4.3.532T 32TCốt thép32T 101 32T4.3.632T 32TSử dụng cốt Composite “ thủy tinh – polymer”32T 101 32T4.432T 32TKết luận chương 432T 10632T4 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 Rtrong bê tông phản ứng với COR 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= 25P o PC) 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= 60P o PC) 47 Hình 3.8 Biến đổi của độ thấm danh định KR a R theo nghịch đảo ứng suất trung bình 1/P R m R ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105P o PC) 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= 150P o PC) 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 [...]... 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. .. 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. .. hỏi của quá trình công nghiệp hoá hiện đại hoá ngày nay 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới Kể từ báo cáo đầu tiên vào năm 1920 tại Hội nghị hằng hải Quốc tế [6] cho tới nay đã có nhiều tài liệu nghiên cứu về vấn đề ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường Xung quanh cơ chế phá hủy bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường. .. thấm vào bên trong kết cấu Và điều có thể chắc chắn rằng các bộ phận kết cấu công trình này sẽ bị ăn mòn theo thời gian Ăn mòn các bộ kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép xảy ra đồng thời ở cả ăn mòn bê tông và ăn mòn các cốt thép ở bên trong Trong đó, sự ăn mòn bê tông xảy ra là một trong những điều kiện quan trọng làm cho quá trình ăn mòn các cốt thép xảy ra nhanh hơn 2.2 Ăn mòn bê tông Bê tông là... không khí mà bê tông tiếp xúc trực tiếp Đặc biệt, khi bê tông chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao hoặc có các tác động cơ học gây phá hủy cấu trúc rỗng của bê tông thì quá trình ăn mòn bê tông xảy ra càng nhanh Có thể phân ra hai dạng ăn mòn chính của bê tông là ăn mòn hóa học và ăn mòn vật lý Ăn mòn hóa học là kết quả tương tác hóa học của môi trường bên ngoài với các khoáng của đá xi măng và cốt liệu; do... loại vật liệu rỗng được cấu thành bởi đá xi măng và khung cốt liệu Trong môi trường có tác động xâm thực, bê tông dễ dàng bị ăn mòn nếu không có các giải pháp bảo vệ hợp lý Đá xi măng là phần bị ăn mòn đầu tiên, tiếp đó là phần liên kết giữa đá xi măng và khung cốt liệu, còn các cốt liệu 19 khó bị ăn mòn hơn Khi đá xi măng bị ăn mòn thì cấu trúc của bê tông cũng bị phá hủy theo Bê tông bị ăn mòn khi... Nga việc nghiên cứu về độ bền của bê tông và bê tông cốt thép đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm Theo V.M Moskvin, công trình của Vica nghiên cứu nguyên nhân hóa học phá hủy và các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn của các chất kết dính rắn trong nước” là công trình nghiên cứu khoa học đầu tiên về ăn mòn Những năm đầu của thế kỷ XX viện nghiên cứu độ bền các công trình thủy lợi biển của Nga... cốt thép Các nghiên cứu tập trung vào việc chống ăn mòn của môi trường lỏng, chủ yếu là môi trường biển, vì nước ta có hơn 2000km bờ biển và ngày càng có nhiều công trình quan trọng được xây dựng trong môi trường biển Không có nhiều công trình nghiên cứu chống ăn mòn cho bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường Trong những năm cuối của thập kỷ 60 có một số nhà nghiên cứu đã tiến hành... biệt là bản chất sự ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường Lý do là có nhiều yếu tố xâm thực tác động theo các cơ chế khác nhau Quá trình ăn mòn lại diễn ra chậm do vậy các kết quả thí nghiệm nhanh nếu có mô phỏng thường không lột tả đúng bản chất phá hủy trong thực tế Trên con đường xác định bản chất ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường nước ta đã... tầng của nước ta nói chung, thủ đô Hà Nội nói riêng và trong tương lai 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam Nhiều công trình xây dựng bằng bê tông và bê tông cốt thép ở nước ta sau một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các môi trường có tính chất ăn mòn Điều đó đòi hỏi phải có các biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự ăn mòn của các kết cấu bê tông và bê . 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 32T4.132T 32TGiải pháp khắc phục ăn mòn bê tông dưới tác động của môi trường 32T. Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên 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 . 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