Mô phỏng quá trình Ăn mòn Điện hóa của cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép Đã Được sửa chữa bằng phương pháp mảng vá

Bộ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHÓ HỒ CHÍ MINHKỂT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẮP TRƯỜNG Tên đề tài: Mô phỏng quá trình ăn mòn điện hóa của cốt thép trong kết cấu

Bộ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHÓ HỒ CHÍ MINH

KỂT QUẢ THỰC HIỆN ĐÈ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẮP TRƯỜNG

Tên đề tài: Mô phỏng quá trình ăn mòn điện hóa của cốt thép trong kết cấu

bê tông cốt thép đã đuợc sửa chữa bằng phuơng pháp mảng vá

Mã số đề tài: 23.1XD01

Chủ nhiệm đề tài: Trần Việt Phương Đông

Đơn vị thực hiện: Khoa Kỹ thuật Xây Dựng

LỜI CÁM ƠN

Tácgiả xin gửilời cảm ơnchân thành đến Ban Giámhiệu, phòng Quản lý Khoa học và

Họp tác Quốc tế, khoaKỹ thuật Xây Dựngcủa Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ

Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi đểgiúp đỡ tác giả trong quá trinh thực hiệnđềtài

nghiên cứu khoahọc này

Tácgiảxin cảm ơn quý Thầy Cô làthành viên của Hộiđồngnghiệm thu đãgiành thời

gian quý báu để đọc và góp ý đểtác giả có thểhoàn thànhnội dung báo cáo đạt chất lượngtốt hơn

Cảm ơn gia đình,bạn bèvà đồng nghiệp đã luôn khíchlệ, động viên và giúp đỡ tác giả

trong quá trình thực hiệnđềtài nghiên cứu khoa học này

Trântrọng!

Tp.HồChí Minh, ngày tháng08 năm 2024

Tác giả

PILAN I TH6NG TIN CHUNG

I Thong tin t6ng quat

1.1 Ten d@ tai: Mo phong qua trinh an moo difn boa cua c6t thep trong k@t du be tong c6t thep di dUVc sira chfra bing phuong phap ming va

1.2 Mi s6: 23.1XD01

1.3 Danh sach chu tri, thanh vien tham gia th\fC hifn d@ tai

TT {hQC ham, hQC vi) Hqva ten Don vj cong tac Vai tro thvc hifn d@ tai

1 TS Trdn V* Phuang Dong Khoa Ky thu�t Xay dl,lllg

2 TS Nguyfu Thi Hai Y�n Khoa Ky thu�t Xay dl,lllg

3 TS Nguyfu Ba Phu Khoa Ky thu�t Xay dl,lllg

1.4 Don vj chu tri: Khoa Ky thuJt Xay d\fllg

1.5 Thai gian thvc hifn:

Chu nhi� d� tai Thanh vien chinh Thanh vien chinh

1.5 1 Theo hgp d6ng: tir thang 11 nam 2023 den thang 11 nam 2024

1.5.2 Gia h�n (neu co): Khong

1.5.3 Thgc hien thgc te: tir thang 11 nam 2023 den thang 08 nam 2024

1.6 Nhirng thay d6i so voi thuy@t minh ban diu (neu co): Khong

1.7 T6ng kinh phi dm1c phe duyft cua d@tai

II K@t qua nghien CU'U

1 Djt vin d@

Qua trinh an mon c6t thep la m9t m6i de dQa nghiem tr9ng d6i voi tinh toan v1;n cua ket du

be tong c6t thep, dl}.c biet trong moi trucmg bien ncri S\T xfun nh�p cua chloride co the gay ra

hu h�i nghiem tr9ng Phuong phap sua chfra mang va duqc sir d\lllg ph6 bien de khoi ph\lc nhfrng ket du nay, tuy nhien hieu qua cua phuong phap ph\l thu9c vao nhi€u yeu t6 nhu chdt luQ'Ilg be tong Nghien cuu nay t�p trung vao viec danh gia anh hmmg cua chdt luQ'Ilg be tong den hieu qua sua chfra mang va, nhfun cai thien chdt luQ'Ilg va t6i uu hoa chi phi va thcri gian bao tri cua ket du Ngoai ra, nhi€u nghien cuu da cho thdy ti€m nang cua viec sir d\lllg mo hinh s6 de mo phong va theo doi qua trinh an mon c6t thep trong be tong M9t trong nhfrng h� che cua cac mo hinh hien co la chua xem xet den tinh khong d6ng nhdt cua be tong trong ket cdu sua chfra mang va Dga tren nhfrng phan tich nay, m9t mo hinh s6 dUQ'C d€ xudt de

mo phong qua trinh dien hoa cua c6t thep trong be tong da duqc sua chfra bfuig phuong phap mang va, nhfun tang hieu qua trong viec theo doi va danh gia muc d9 an mon c6t thep

2 Myc tieu

O\fa tren nhfrng t6n �i cua nhfrng nghien cuu tru6c, m\lC tieu cua nghien cuu nay la d€ xudt m9t mo hinh s6 cho ket cdu be tong da duqc sua chfra b�ng phuong phap mang va, hay con gQi la ket cftu be tong mang va Nh�m d�t duqc m\lC tieu chinh, cac m\lC tieu C\l the dn �t duqc la:

i Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của các cấpphối bê tông khácnhau đến

hiệu quả phương pháp sửachữa mảng vá

ii Xây dựng mô hình số cho kết cấu bêtông mảngvádựa trên cácthông số ăn mòn củacốt thép vớicấp phối bê tông khác nhau

3 Phương pháp nghiên cứu

Đetài tập trung nghiêncứu thực nghiệmvà lý thuyết với các nội dung chínhnhưsau:

- Nội dung 1: Tínhtoán cấp phối bê tông

- Nội dung 2: Đúc mẫu thựcnghiệm

- Nội dung 3: Tiếnhành thúc đấy ăn mòn và xác định điện thế ăn mòn củacốt thép

- Nội dung 4: Đánh giátácđộng củacác yếutố khảo sát lên hiệu quảcủa phươngpháp sửa

chữa mảngvá

- Nội dung 5: Xây dựng mô hình số cho kết cấu bêtông mảng vá

- Nội dung 6: Côngbốvànghiệm thu

4 Tổng kết về kết quả nghiên cứu

Ketquả của đề tàiđược tómtắtnhư sau:

- Ket quả 1: Nghiên cứu chỉ ra rằng phương pháp sửa chữa mảng vá có thể ảnh hường đến

hiệu suấtcủa kết cấu bê tông cốt thép, vàviệc đánhgiá điện thế ăn mòn vàđiện trở suấtlàquan trọng đếđánh giáhiệu quả của phương pháp sửachữa Từ kết quảthựcnghiệm có thế

nhận thấy, đồ thị điện thế ănmòncủa cốt thép vàđiệntrở suất của bê tông bịảnh hưởng đáng

kể saukhi áp dụng phươngpháp sửa chữa mảngvá Trước khithựchiện phương pháp mảng

vá, đồthị điện thếăn mòn của cốt thép rất thấp Tuy nhiên, việc thaythế phầnbêtông nhiễmhàm lượngchloride lớnbằng phầnbêtông mới,có chất lượng cao hơn, đã dịch chuyến đồ thị

điện thế ăn mònlên cao hơn Thêm vào đó, hiện tượng tái cân bằng điệnthế chắc chắn sẽ xảy

ra, nhưng mức độ của nó phụ thuộc nhiều vào thành phần bê tông Từ những kết quả này,

chúngta có thể thấyrằngviệc nghiêncứu và áp dụng cácphươngpháp đánh giá và sửa chữa

kết cấu bêtôngcốt thép là rấtcầnthiết đế đảmbảo tínhan toànvàtínhtoàn vẹn củacấu trúc

Đồng thời, nghiên cứu nàycũng mở ra hướng phát triếnmới trong việc nghiên cứu và áp dụngcác phươngpháp đánh giá và sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép

- Ket quả 2: Dựa trên các kết quả trong nghiên cứu này, cóthếrút ra các kết luận sau:

• Mô hình số mô phỏng quá trìnhđiệnhoá của cốt thép trong kết cấu BTCT được sửachữa mảng váđược phát triển dựatrên cácthông số điệnhoá của cốt thép nhiềucấp phối bê

tông khác nhau Sosánh các kết quả đo đạc thực nghiệmvà kếtquả từ mô hình số chothấy

sự tương đồng cao

• Việc ứng dụng phương pháp mảng vá, thay thểmột phần bê tông hư hỏng bằng bêtông

có chất lượngcao hơn, cho thấy hiệuquả trong việcgiảmtốc độ ăn mòn Quan trọnghơnlà

tốc độ ăn mòn sau khi sửa chữaphụ thuộc nhiều vào đặc tính của bê tông cả trong vùng mảng vávàphần bê tông nền

Việc đánh giámứcđộ chính xác của môphỏng số được thực hiệnbằng cáchso sánh vớikết

quả điệnthế đo đạc từthực nghiệm, bao gồm cả trong vùngnềnvà mảng vá Ket quả so sánh

cho thấy sự chênh lệchgiữa kết quảthựcnghiệmvà mô phỏng được duy trình trongkhoảng 10% Hơn nữa, tình trạng của các thanh thép khi kiểmtra trực quan chothấy sựtương đồng cao ở các trường hợp trước khi sửa chữa,sau khi sửachữa, và sau khi sửa chữa với hàm lượngchloride cao.

5 Đánh giá các kết quả đã đạt được và kết luận

Đe tàiđược thực hiện với mục tiêu đềxuất một mô hình sốchokết cấu bêtông đãđược sửachữa bằng phương pháp mảng vá Từ các kết quả nghiên cứu đã đượctrình bày ở trên,có thếrútramộtsố kết luận sau:

- Phương pháp sửa chữa mảngvá có tác động đáng kể đến hiệu suất của kết cấu bê tôngcốtthép Cụ thế, việc thay thế phần bêtông nhiễmchloride bằng bê tông mới chất lượng cao

hơn làmgiảm thiếuquá trình ăn mòn của thép cốt, và quátrình tái cânbằng điện thế sau sửa

chữa phụ thuộcnhiều vào thành phần bê tông

- Thay thế một phần bê tông hư hỏngbằngbê tông chấtlượng cao hơn, giúp giảm tốc

độăn mòn của thép cốt Tốc độăn mòn sau khi sửa chữa phụ thuộc vào đặc tính của bê tông

cả trong vùng mảngvávà phần bê tông nền

- Mô hình số môphỏng quátrình điệnhoácủa cốt thép trong kết cấu bêtông cốt thép

sửa chữa bằng mảng vá đãđược phát triểndựa trên các thông sốđiệnhoácủa nhiềucấp phối

bê tông khác nhau.Ket quả so sánhgiữamôphỏngsốvàthựcnghiệm cho thấy sự tương đồng

cao với sai số duy trì trong khoảng 10%

6 Tóm tắt kết quả (tiếng Việt và tiếngAnh)

Tóm tắt kết quả bằng tiếng Việt:

Nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu chính: (1) Đánh giá thực nghiệmảnh hưởng của

các cấpphối bê tôngkhác nhauđếnhiệu quả của phương pháp sửa chữa mảng vávà (2) Xây dựng mô hình số chokết cấu bê tôngmảngvá dựa trêncác thông sốăn mòncủa cốt thép Ket quả thực nghiệm cho thấy phương pháp sửa chữa mảngvá có hiệu quả tíchcực trong việcphục hồi kếtcấu bê tông cốtthép bị hư hỏng doăn mòn Điện thế ăn mòn tăng và tốc độ ăn mòn giảm sau khi áp dụng phương pháp sửa chữa mảngvá cấpphối bêtông trong khu vực

mảngvávà phần bêtông nềnđều ảnh hưởng trựctiếp đến sự tái phânbố điệnthế trênbề mặt

cốt thép.Mô hình sốphát triển từ nghiên cứu này môphỏng quá trìnhđiện hóa của cốt thép trong kết cấubê tông mảngvá, vớikếtquảmôphỏngvà thựcnghiệm tương đồng cao, duy trì

sai số trong khoảng 10%

Tóm tắt kết quả bằng tiếng Anh:

This studyfocuses ontwo primary objectives: (1) experimentally evaluating the impact

of various concrete mixes ontheeffectivenessofpatch repair methods,and (2) developing a

numerical model forpatch-repairedconcrete structures based on the corrosionparameters ofreinforcing steel The experimental results indicate that the patch repairmethod significantly

enhances the restorationof corrodedreinforced concretestructures.Followingthe application

of the patch repair, an increase in corrosionpotential and a decrease in corrosion rate were

observed The concrete mix design in both the patch area and the surrounding substratecritically influences potential re-distribution on the steel surface The numerical model

developed in this study accurately simulates the electrochemical behavior of steel

reinforcement in patch-repaired concrete structures, showing high concordance with experimental data and maintaining an error margin within 10%

III San phim d@ tai, cong b6 va k@t qua dao t,o

Kit qua nghien CU1J ( sin phdm d,ng 1,2,3)

San phfim d6 tai thu<)c <4flg 3 (bai bao/bao cao khoa hQc)

Yeu cftu khoa hqc hoJc/va chi tieu

1 Comparative validation of SCOPUS SCOPUS

corrosion simulation (n:r Q3 tra len) (Q2)

accuracy in patch-repaired

reinforced concrete

structures

h6a cua c6t thep trong k€t

d.u be tong mang va

Ghi chu:

- Cac §n phfim khoa hQc (bai bao, bao cao KH, sach chuyen khao ) chi duo-c ch§.p nhan n€u c6 ghi nh� dja chi va cam o-n truong DH Cong Nghi� Tp HCM da c§.p kinh phi thvc hien nghien cuu theo dung quy djnh

- Cac §.n phfim (ban photo) dinh kem trong ph§.n ph\l l\lc minh chung a cu6i bao cao ( d6i vcri §n phfim la sach, giao trinh cfin c6 ban photo trang bia, trang chinh va trang cu6i kem thong tin quy€t djnh va s6 hi�u xu§.t ban)

IV Tinh hinh sfr dyng kinh phi

T Nqi dung chi dtrQ"C duyft (triiu d6ng) (triiu d6ng) th\fC hifn chu

A Chi phi tn/C tiip

1 Thue khoan chuyen mon

2 N 1ruven, nhien v�t lieu, cay con

3 Thi€t bj, d\lflg C\l

4 Cong tac phi

5 Djch V\l thue ngoai

6 H<)i nghi hoi thao,thu lao nghiem thu gifra kv

7 In §n, Van phong phfim

8 Chi phi khac

B Chi vhi !!ian tiiv

1 Quan lvphi

2 Chi phi men, nucrc

Tiln2 s6

V Kiến nghị ( vê phứt H iển các két quà nghiên cứu cùa đề tài)

- Tiếp tục nghiên cửu lốc dộng cùa các yểu lổ môi trường khác như độ ẳm, nhiệt độ và tác dộng cùn muối biền den quá trình An mòn sau sừa chữa.

- Cài lìốn mô hình số dẻ bao gòm nhiều yếu tổ bién đổi khác và kiềm chứng với nhiều loại bê tòng khảc nhau nhằm tAng độ chinh xác và ứng dụng thực tiễn.

* Thực hiện các nghiên cứu dùi hạn dể theo dõi hiệu quà của phương pháp máng vá theo thời gian và xảc định các biện pháp bào trì và quàn lý lâu dài.

X1 Phụ lục sản phẩm ( Hột kê minh chừng các sàn phẩm nêu ớ Phần HI)

Sàn phẩm cùa đề tài nghiên cửu thuộc dạng bài báo và được liệt kê ở mục III, cụ thể là: [1] D Tran, p Sancharoen, p Klomjit, s Tangtermsirikul, T Yen Nguyen, & T Cao,

"Comparative validation of corrosion simulation accuracy in patch-repaired reinforced concrete structures", Journal of Structural Integrity and Maintenance, vol 9, no 2, 2024

! 0.1080/24705314.2024.2378252 https://doi.org/

[2] Trần Việt Phương Đông và Nguyễn Bá Phú, " Nghiên cứu ứng xử điện hóa cúa cốt thép trong kết cẩu bê tông mảng vá," Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 2025.

Tp HCM, ngày tháng 08 năm 2024

Khoa Kỹ thuật Xây dựng

Trưởng khoa (Họ tên, chữ ký) Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQTÀ

ĩ$.Jfytt^%nJ^

PHÀN II BÁO CÁO CHI TIẾT ĐÈ TÀI NGHIÊN cứu KHOA HỌC

(báo cáo tong kết sau khi nghiệm thu, đã bao gồm nội dung góp ý của hội đong nghiệm thu)

2.5 Các nhân tốảnhhưởngđến quátrình ănmòn 16

2.7 Phươngtrình chủ đạo mô phỏng quá trình ăn mònđiệnhóa củacốtthép trong bê

4.3 Ảnh hưởngcủaloại chất kếtdínhsử dụng làm mảngvá 32

4.4 Ánhhưởngcủatrobay trong vùng bêtông nền 33

4.5 Ảnh hưởngcủatỉ lệ nước trên chất kếtdính của vùngbêtông nền 344.6 Ảnh hưởng của hàm lượngchloride trong vùng bê tôngnền 35

CHƯƠNG5ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA MÔPHỎNG ĂN MÒNTRONGKẾT

5.4 Điều kiện biên và chia lưới phầntử 425.5 Bản đồđiện thế của cốt thép 435.6 Phân bốđiệnthế và tốcđộăn mòn của cốt thép 435.6.1 Ảnh hưởng của sửachữamảng vávàcác loại chất kết dính trong khu vực sửa

5.6.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ nước/chấtkếtdính và trobay trong nền 46

5.6.3Ảnh hưởng của hàm lượng chloride trongnền 475.7 Đánhgiá mức độ chính xác của kếtquả số 48

5.7.1 So sánhhồ sơ điện thế giữa kếtquảđo lườngvàphân tích 485.7.2 So sánh tốc độ ănmòn giữakiếmtra trực quanvà kết quả phân tích 49

TÓM TẤT

Tóm tắt kết quả bằng tiếng Việt:

Nghiên cứu tập trung vào hai mục tiêu chính:(1) Đánh giá thựcnghiệmảnhhưởng của

các cấp phối bê tôngkhác nhau đến hiệu quả của phương pháp sửa chữa mảng vávà (2) Xây dựng mô hình số chokết cấu bê tôngmảngvá dựa trêncác thông sốăn mòncủa cốt thép Ket quả thực nghiệm cho thấy phương pháp sửa chữa mảngvá có hiệu quả tíchcực trong việc phục hồi kếtcấu bê tông cốtthép bị hưhỏng doăn mòn Điệnthế ăn mòntăng và tốc độ ăn

mòn giảm sau khi áp dụng phương pháp sửa chữa mảngvá cấpphối bê tông trongkhuvựcmảngvávà phần bêtông nềnđều ảnh hưởng trựctiếp đến sự tái phânbố điệnthế trênbề mặt

cốt thép.Mô hình sốphát triển từ nghiêncứu này môphỏng quá trìnhđiện hóa của cốt thép trong kết cấu bê tông mảngvá, với kết quảmô phỏng và thực nghiệmtương đồng cao, duy trì

sai sốtrong khoảng 10%

Tóm tắt kết quả bằng tiếng Anh:

This study focuses on twoprimary objectives: (1) experimentally evaluatingthe impact

of various concretemixes on the effectivenessofpatch repair methods, and (2) developing a

numerical model forpatch-repairedconcrete structures based on the corrosionparameters ofreinforcing steel The experimentalresults indicate that the patch repairmethod significantly

enhances the restoration of corrodedreinforced concretestructures Followingthe application

of the patch repair, an increase in corrosionpotential and a decrease in corrosion rate were

observed The concrete mix design in both the patch area and the surrounding substratecritically influences potential re-distribution on the steel surface The numerical model developed in this study accurately simulates the electrochemical behavior of steel reinforcement in patch-repaired concrete structures, showing high concordance with experimental data and maintaining an error margin within 10%

ổn định của các kết cấu Nguyênnhân phổ biến là do chloride xâmnhập qua lớpbảo vệbê

tông, tích tụ trênbề mặt cốt thép vàgây raquátrìnhăn mòn [1],[2], [3], [4], [5], [6], Phương

pháp sửa chữa mảng vá được áp dụngrộng rãi đếkhắc phục các kết cấu BTCT bị ăn mòn.Tuynhiên, đánhgiá sai lệchvề nguyênnhânvà mức độ ăn mòn có thể dẫn đến giatăng hưhại và làm giảmnhanh chóng tínhtoànvẹn của kết cấu

Thiết kế sửachữamảng vákhông phù hợpcó thể ảnh hưởng xấuđếnkhảnăng chịu tải

vàtính an toàncủa kếtcấu Đánhgiá điện thế ănmòncủa cốtthép trong kết cấu BTCTmảng

vá là cần thiếtđể đám bảo tính toànvẹn của kết cấu Neu sự ăn mòn không được đánh giáđúngvàxử lý kịp thời, sẽ dẫn đến hưhỏng kết cấuvàgiảmtính antoàn.Đánh giá điệnthế ăn

mòn cũnggiúp xác định các quy trình sửa chữa và bảo dưỡnghợp lý Các yếu tốảnhhưởng

đếntốc độ ăn mòncủacốt thép trong kết cấuBTCT mảng vá bao gồm môitrường xung quanh,

độ dày lóp bê tông bảo vệ, hàm lượng chloride vàthời gian tiếpxúc [1], [7], [8], [9], [10],

[11]-Quá trình ăn mòn làmgiảm diện tích mặt cắt ngang của thép,ảnh hưởng đến tínhtoànvẹn và khả năng chịu tải củakếtcấu mảng vá Việc theo dõivàkiểmtratìnhtrạng kết cấuđể phát hiện dấu hiệu ăn mòn làbắtbuộc Các kỹ thuậtđo đạc điệntrở suất vàkhảo sát điện thế

có the được sử dụng đếđánh giá mức độ ăn mòn của cốt thép trongbê tông mảngvá, chophép phát hiệnsớm vàthực hiện các biện pháp ngăn ngừa kịp thời

Mô hình số cho thấy tiềm năng lớn trong việcmô phỏng và theo dõi sựphát triến cùa quá trìnhăn mòn của cốtthép Các nghiên cứu đã xác định mối liên hệ giữa tốc độ ăn mòn và

tỷ lệ anode-to-cathode, cũng như ảnh hưởng của nứt bêtông đến sự thâmnhập chloride vàvận chuyến oxy Ánh hưởng của cácyếutốmôitrường như chu kỳ ướt- khôvà nhiệt độcũng cho thấy ảnhhưởng đáng kếđến mức độ hưhỏngcủa kết cấu do ăn mòn

Hầu hết các mô hìnhhiện có thườngbỏ qua tính không đồng nhất của bê tông trongcác kết cấu BTCT được sửa chữa bằng mảng vá Cácyếu tố như tínhchất điện hóa củathép

và chất lượngbê tông trongvùng nền chưa được xem xétđầy đủ Độchính xác của các kết

quả số hóa so với dữ liệu thực nghiệm, đặc biệt là ứng xử phân cực của thép, vẫn cần đượcnghiên cứu thêm.Do đó, nghiên cứu này nhằm phát triển mộtmô hìnhmô phỏng cho bê tông

sửa chữabằngmảngvá Nghiêncứu sẽ xem xét cáckịchbản khác nhau, baogồm sự biến đổi thành phần bê tông giữa khu vực mảngvávà vùng nền Độ chính xác của mô phỏng số sẽđược chứng thực bằng dữ liệu thựcnghiệm,bao gồm đo đạc điện thế và kiểm tra trực quan

cáckhu vực bị ăn mòn, nhằm xác nhận tính chínhxácvàkhả năng ứng dụng của mô hình

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Dựa trên những tồn tại của những nghiên cứutrước, mục tiêu của nghiêncứu này là

đề xuất mộtmô hình số chokết cấu bêtông đãđược sửa chữa bằng phươngpháp mảng vá,hay còn gọi là kết cấu bê tông mảng vá Nhằm đạt được mục tiêu chính, các mụctiêucụ thể

• Nghiên cứu này đề xuất mô hình số cho kết cấu bê tông sửachữa bằngmảng

vá,đánh giá cơchế ăn mòncủa thép cốttrong bê tông sau khisửa chữa Ket quảnghiêncúu được kỳ vọngsẽ giúp hiểurõ ảnhhưởngcủa sự thay đổi thành phần bêtông đến quá trình ănmòn cốtthép trong bê tông

• Môhìnhsốđược phát triển dựa trên các thông số ăn mòn củathép trong các cấp

phối bê tông khác nhausẽ đưa racác kết quảchính xáctừ đó giúp ích cho việc đánh

giámực độ hiệuquảcủa phương phápsửa chữa mảngvá Từđóđónggóp vào lĩnh vực

mô phỏng và thiết kế kết cấubêtôngcốtthép

1.3.2 Ý nghĩathựctiễn

• Phươngpháp mảng vá được sử dụng phổ biếnđể sửa chữa bêtông cốtthép hưhỏng do ăn mòn Nghiên cúu này đánh giá và tối ưuhóa hiệu quảphương pháp bằng

cách phân tích ảnh hưởng của các cấp phối bê tông,hướngdẫn lựa chọn vật liệu phù

hợp, gópphần nâng cao chất lượng vàhiệu quảsửa chữa

• Mô hình số phát triểntừnghiêncứu này sẽ là công cụhữu ích trong việc dự đoán tuốithọvàhiệu quả củacácbiệnpháp sửa chữa, giúp tối ưu hóa chiphí và thờigian bảo trì, đồngthời tăng cường độ bền và an toàn của các công trình bê tông cốt

thép

CHUƠNG 2 TỔNG QUAN

2.1 Hiện trạng xâm thực các công trình bê tông cốt thép ở Việt Nam

ViệtNam có đường bờbiển dài hơn 3200km từ8°37’đến 21°32’ Bắc Saunăm 1960

số lượngcác công trình bê tông cốt thép làm việc trong môi trườngbiển tăng đáng kể Theo

kết quảkhảosátcủa các cơ quannghiên cứu trong nước như: ViệnKhoaHọc Vật Liệu, ViệnKhoa Học Thủy Lợi, Trường Đại họcBách Khoa Đà Nằng,v.v thì tình trạng suy giảm tuổithọ của công trình bêtông cốtthép làm việctrong môi trường vùng biển làđáng đểquan tâm

Hiện nay bên cạnh các công trình có tuổi thọ trên 30 - 40năm thì có nhiều côngtrình bị ăn

mòn và hưhỏng nặng sau 20 -25 năm sửdụng, thậm chínhiều kết cấu bịphá hủy nặng nề

chỉ sau 10-15 năm sử dụng Hầu hết các kết cấunày đều tiếp xúc với môitrường không khí

và nước biển Trong suốt thời gian làmviệc của kết cấu có sự tươngtácqua lại giữa vật liệu

và môi trường xung quanh tạo điều kiện cho các tác nhân xâm thực thâm nhập qua lóp bê

tông và bị giữ lạitrên bềmặtcốt thép Có thể phân loạimức độ xâm thực tại các vùngnhư

Theo điều tra củaViệnkhí tượng thìnước biểnViệt Nam có thành phần hóa học, độ

mặn vàtính xâm thực tương đương với các vùngbiển kháctrên thế giới Riêngvùnggầnbờ

biển doảnh hưởng củacác sôngchảy ra biển nên khác chút ít Kết quảphân tích như trong

Bảng 2.2 Cùng với tác động hóa học làm biếnđổi thành phầncủa vật liệu thìkết cấu bê tông

vàbê tông cốt thép còn bị bào mòn do áp lực sóng,đặcbiệt là sóngcó cường độ mạnh dogió bão gâyra Trên bề mặt kết cấu, quá trình khô ướt xảy rathường xuyên làm tăng nhanh quá

trình tích tụionCl’, o2' Khi tiến hành kiểm tra đánh giákhảnăng chịu lực của một số công

trình thì thấy tại các vết nứt cốt thép bị gỉ rất nặng, tiết diện cốt thépgiảm 40 - 60%, cốt thép đai nằm bên ngoại bị gỉnặng hơn vàđứt nhiều hơn.

Bảng 2.2 Thành phần hóahọc nước biêncủaViệtNam và thế giới [12]

Vùng biển Hải Phòng

Biển Bắc Mỹ

Biển Bantỉc

Tiến hành đo điện thế ăn mòn bằng máy đo điệnthế CANIN củamột sốcông trình bê

tông cốt thép làm việc trong môi trườngbiển và đánh giá dựa vàotiêu chuẩn ASTMc 876 [4] và giảnđồ Pourbaix Các kết quảkhảo sát tại bốn công trìnhtiêu biếu tạiĐà Nằng bao gồm: Cầu NguyễnVăn Trỗi, Cảng cá Thuận Phước, Cảng Liên Chiểu và Cảng Tiên Sa chothấy cả bốn công trình đều trong tình trạng ănmòn rất nặng Ket quả được trình bày trong Bảng2.3

Bảng 2.3.Kết quả đođiệnthếănmòn và mức độ ănmòntại các công trình [12]

Công trình Điện thế so vói điện thế

Ag/AgCl

Khả năng ăn mòn cốt thép

Phương pháp đánh giá

Ghods vàcác đồng sự đề xuất một phương pháp thực tiễn đế tính toán tốc độăn mòn

củacốt thép trong bêtông bị mất thụ động đều [13], Nghiên cứu tập trung vào dạng ăn mòn

đều củacốtthép, tương đồng vớidạngănmòn do quá trình carbonation của lớp bêtôngbảo

vệ Dựa trên giải thiếtđó, bề mặt cốt thép trongnghiên cứu này được giả thiết có sự phân bổ

đềugiữa các vùng anode và cathode Trong mô hìnhnghiên cứu 1 chiều,các tácgiảđánh giá

sựảnh hưởngcủa tỉ số phân vùng anodevà cathode lên dòng ănmòn (Hình 2.1)

Hình2.1.Mô hình một chiều mô tả quátrình ăn mòn cốt thép [13]

Hình2.2 Ánh hưởng củatỉ số anode/cathodeđến dòng ăn mòn trong mô hình 1 chiều [13],Hình 2.2 thế hiện mối tương quan giữa dòng ăn mòn và tỉ số diện tích vùng anode/cathode khi thay đối nôngđộ oxygen vàđiệntrởsuất củalớp bê tông Có thế thấy rõ,

có một tỉ số anode/cathodetối ưu để cho tốc độ ăn mòn lớn nhất Bên cạnh đó, Hình 2.2còn

chỉ ra ứng xử ăn mòn của cốtthéptrong bêtông Sự tăng nồng độ oxygen làmtăng cường độ dòng ănmòn, tuynhiên cósự giớihạnmức độ tăngtrưởng của tốc độ dòng ăn mòn kếtcảkhi

nồngđộ oxygentăng cao

Môhình 2chiều cũngđược các tác giả sử dụng đểđánh giánhằmtăng tính thực tế của

môhình (Hình 2.3) Trường hợp của mô hình này, chỉmột thanh cốtthép được khảo sát và tạm thờibỏ qua sựhiệndiệncủacác thanh cốt thép khác cũng như là cốt đai.Thép cũngđượcgiảđịnh là mất thụ động đềuvà có sự hìnhthành cácvùng anode và cathode đều trên dọc bề mặt thanh thép Mô hình chưa xem xét sự thay đổi hình học của kết cấu cũng như sựảnh hưởng của nhiệtđộ trong quá trình ăn mòn

Hình 2.3 Mô hình hai chiều mô tả quátrinh ănmòncốt thép [13].

Hình 2.4 Giá trị dòng ănmòn trong các điều kiệnđiện trở suất vànồngđộ oxygen khác nhaucho môhình 2 chiều [13],

Hình2.5 Giá trị dòng ăn mòn lớn nhấtso vớiđiệntrở suất củabê tôngchomô hình 2 chiều [13]