Nội dung bài thuyết trình bao gồm 3 phần chính Hiện trạng xâm thức, ăn mòn của các công trình trong môi trường nước biển ở VN Nguyên nhân và cơ chế ăn mòn Các biện pháp phòng chống và giải pháp sữa chữa
Trang 1Chuyên đề tìm hiểu
TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG
BỘ MÔN VẬT LIỆU XÂY DỰNG
Xâm thực các công trình bê tông cốt
thép làm việc trong môi trường
nước biển ở VN
Nhóm 1
Mai Bảo Châu Nguyễn Tiểu Phụng Lâm Hoàng Yến
Trang 3Đặc điểm vùng biển Việt Nam
o Chiều dài bờ biển dài,
công trình đặt dọc bờ
biển nhiều
o Khí hậu nóng ẩm mưa
nhiều
Trang 4Khái quát địa lí ven biển
Phân vùng tác động xâm thực ở môi trường biển:
Trang 5Công trình nằm trong tình trạng ăn mòn và phá hủy từ mức độ trung bình tới rất nặng
Công trình nằm trong tình trạng ăn mòn và phá hủy từ mức độ trung bình tới rất nặng
Thực tế ăn mòn vùng không khí biển
Trang 6Mô hình hơi nước tấn công mặt gầm của cầu cảng:
Trang 7Xâm thực tại cầu cảng
Trang 8Ăn mòn khác tại một số cầu cảng
Trang 9Lan can của cầu bị ăn mòn nặng, trơ cả lõi sắt hoen gỉ.
Trang 10Ăn mòn ở vùng thủy triều lên xuống và sóng
đánh
Trang 11Xâm thực BTCT do tác động tổng hợp của mực nước thay đổi
Phần bê tông nơi có mực nước thay đổi bong tróc, lộ ra cốt thép đã bị gỉ
Trang 13Giai đoạn đầu
Nếu không bảo vệ kịp thời thì mức độ ăn mòn ngày càng nghiêm trọng:
Trang 14NGUYÊN NHÂN VÀ CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ CỐT THÉP TRONG BTCT TRONG MÔI
TRƯỜNG NƯỚC BIỂN
Trang 15Nguyên nhân
o Do tác động phá hoại cơ học của các tác nhân môi trường
Các sinh vật ở biển bám vào bê tông
o Do sai sót trong quá
trình thi công
o Môi trường nước biển có
chứa các loại muối
khoáng có tác dụng ăn
mòn đối với bê tông
1 SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG
Trang 16SỰ ĂN MÒN BT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÓ CHỨA SUNFAT
SỰ ĂN MÒN BT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÓ CHỨA CLO
CÁC DẠNG ĂN MÒN KHÁC
Trong môi trường nước biển, bê tông bị ăn mòn
1 SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG
Trang 17Ca(OH)2+MgSO4+2H2O = CaSO4.2H2O↓+Mg(OH)2
Ca(OH)2+(NH4)2SO4+2H2O= CaSO4.2H2O↓+NH4OH
Ca(OH)2+Na2SO4+2H2O= CaSO4.2H2O↓+NaOH
3MgSO4+3CaO.Al2O3.6H2O+6H2O= 3[CaSO4.2H2O]
+3Mg(OH)2+Al(OH)3
CƠ CHẾ:
1.1.SỰ ĂN MÒN BT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÓ CHỨA SUNFAT
Trang 183CaSO 4 2H 2 O+3CaO.Al 2 O 3 6H 2 O+20H 2 O= 3CaO.Al 2 O 3 3CaSO 4 32H 2 O
Ettrigite bậc 2 ion sulfat tác dụng với C3AH6 của đá xi măng tạo thành muối hydro trisulfua aluminat tricalci:
Trang 191.2.SỰ ĂN MÒN BT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC CÓ CHỨA CLO
Ca(OH)2+MgCl2= CaCl2+Mg(OH)2
Ca(OH)2+2NaCl= CaCl2+2NaOH
Nếu môi trường có nồng độ CaCl2 lớn sẽ tạo thành
phức hợp Hydroclorit Aluminate Calci, muối này tương
tự C3ACSH12
3CaO.Al2O3.6H2O+CaCl2+4H2O= 3CaO.Al2O3.CaCl2.10H2O
CƠ CHẾ:
Trang 201.3 CÁC DẠNG ĂN MÒN KHÁC
• Ăn mòn trong môi trường nước có chứa CO2
CaCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2
• Ăn mòn do nồng độ các loại muối cùng tồn tại
Trang 212 SỰ ĂN MÒN CỐT THÉP
ĂN MÒN ĐIỆN HÓA
ĂN MÒN HÓA HỌC
Ăn mòn CT trong BTCT chủ yếu là ăn mòn điện hóa
Trang 22o Oxi khuếch tán trên
bề mặt cốt thép
Nguyên nhân
o Sự kém bền vững của
lớp bê tông bảo vệ
o Do sự giảm độ pH của môi
trường bao quanh cốt thép
Trang 23catode
Trang 242 Fe có lẫn Sn
catode
Trang 25
3 Fe có lẫn rỉ sắt
catode
anode
H2O = H+ +OH
-Fe = -Fe 2++2e
2H+ +2e = H2
Fe2+ +2OH- = Fe(OH)2
Trang 263 Fe có lẫn rỉ sắt và oxi hòa tan
catode
anode
catode
anode
Trang 28Biện pháp chống ăn mòn
Biện pháp phòng chống
BP chống
ăn mòn
Giải pháp sửa chữa
Trang 29Biện pháp phòng chống
Thiết kế
Thiết
kế liệu liệu Vật Vật công công Thi Thi
A Công trình xây dựng mới
I Chống ăn mòn bê tông
Trang 30A Công trình xây dựng mới
1) Tuân thủ yêu cầu về thiết kế (TCVN 9346-2012)
Biện pháp phòng chống
I Chống ăn mòn bê tông
Trang 312) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Trang 32Đá
Vật liệu
Vật
2) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Trang 332.1 Cát:
• Modun độ lớn lớn hơn hoặc bằng 2,0;
• Không gây phản ứng kiềm – silic
• Lượng Cl- hoà tan nhỏ ≤ 0,05% khối lượng cát cho BTCT thường, ≤ 0,01% cho BTCT suất trước
2.2 Đá:
• Dmax ≤ 40 mm cho BT có chiều dày lớp bảo vệ > 40 mm;
• Dmax ≤ 20 mm cho BT có chiều dày lớp bảo vệ ≤ 40 mm;
• Không gây phản ứng kiềm – silic
• Lượng Cl- hoà tan ≤ 0,01% khối lượng cốt liệu lớn
2.3 Nước trộn bê tông:
Trang 342.4 Xi măng:
Chỉ tiêu chất lượng của xi măng bền sunfast
2) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Kết cấu trong vùng ngập nước và vùng nước lên xuống
• Xi măng pooclang hỗn hợp bền sunfat trung bình theo TCVN 7111:2007
• Xi măng pooclang bền sunfat theo TCVN 6067:2004
• Xi măng pooclang theo TCVN 2682:2009 (C3A=5-10%)
Trang 352.5 Phụ gia:
Tuỳ từng trường hợp cụ thể mà sử dụng loại phụ gia phù hợp:
• Sử dụng phụ gia hoá dẻo, siêu dẻo
• Sử dụng phụ gia khoáng hoạt tính cao (silicafume, tro trấu …)
• Sử dụng chất ức chế ăn mòn cốt thép Ca(NO2)2
2) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Trang 36Tại Việt Nam, chất ức chế trên cơ
sở canxi nitrit là được ứng dụng
rộng rãi hơn cả
Phương pháp sử dụng chủ yếu là
trộn trực tiếp vào bê tông, vữa
cho các công trình xây mới hoặc
sửa chữa mới
2.6 Phụ gia:
Chất ức chế ăn mòn cốt thép
2) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Trang 37Theo 3 cách:
• CN oxi hoá sắt (II) oxít kém bền thành sắt (III) oxít theo phản ứng sau:
2Fe2+ + 2NO2- + 2OH- Fe2O3 + H2O + 2NO
-• Ion nitrite sẽ củng cố lớp màng thụ động sắt (III) oxit bằng cách hấp phụ lên bề mặt thép và làm vững chắc thêm lớp màng thụ động này;
• Ion nitrite còn phủ toàn bộ xung quanh các vị trí bị khuyết tật sắt (II) oxit, làm giảm tối đa khả năng thâm nhập của ion clorua qua lớp màng bảo vệ;
Cơ chế ngăn ngừa ăn mòn cốt thép của Canxi nitrit
2.5 Phụ gia:
Chất ức chế ăn mòn cốt thép
2) Lựa chọn và bảo quản vật liệu chặt chẽ
Trang 39Sau hơn 6 năm
• Cường độ bê tông Rht = 47MPa
• Hàm lượng nitrít trong bê tông sâu 3-5cm
(vùng cận cốt thép) chưa suy giảm so với
ban đầu,
• Điện thế cốt thép : -80mV đến -150mV
=> chưa bị ăn mòn.
Công trình xây mới cầu tàu 20.000 T
cảng Nha Trang – Khánh Hoà
Sử dụng chất ức chế ăn mòn
Công trình nâng cấp cảng Cửa Cấm - Hải Phòng
Sau hơn 6 năm
• Cường độ bê tông Rht = 36MPa
• Hàm lượng nitrít trong bê tông sâu 3-5cm (vùng cận cốt thép) chưa suy giảm so với ban đầu,
• Điện thế cốt thép: -70mV đến -130mV => chưa bị ăn mòn.
Trang 403) Thi công đúng kỹ thuật
Trang 41Tạo lớp màng bảo vệ BT và BTCT phía mặt ngoài kết cấu BT bằng các loại vật liệu kỵ nước, vật liệu chống thấm, vật liệu chịu va đập, mài mòn như: Epoxy, sơn tạo màng chống thấm, sơn thẩm thấu, bitum, vữa trộn sẵn chịu mài mòn va đập v.v…
3) Thi công đúng kỹ thuật
Trang 42Một số biện pháp bảo vệ cốt thép trong bê tông
A Công trình xây dựng mới
Biện pháp phòng chống
II Chống ăn mòn cốt thép
Mạ Sơn phủ Hợp kim hóa
Trang 43Bảng So sánh các loại cốt thép chống ăn mòn
II Chống ăn mòn cốt thép
Trang 444) Bảo vệ điện hóa
a Áp dụng Anode hy sinh
A Công trình xây dựng mới
Biện pháp phòng chống
II Chống ăn mòn cốt thép
Trang 45Các anode hy sinh được hàn chung với cốt nhằm bảo vệ cốt thép
a Áp dụng Anode hy sinh
Trang 46b Áp dụng dòng điện ngoài
4) Bảo vệ điện hóa
A Công trình xây dựng mới
Biện pháp phòng chống
II Chống ăn mòn cốt thép
Trang 475) Dùng chất biến đổi gỉ
Chất biển đổi gỉ thép là một hợp chất hoá học có tác dụng biển đổi gỉ
thép thành màng bảo vệ chống ăn mòn, nhưng không gây hoặc ít gây phản ứng ăn mòn thép
A Công trình xây dựng mới
Biện pháp phòng chống
II Chống ăn mòn cốt thép
Trang 48Tại công trình cảng Nha Trang, toàn bộ cốt thép đư ợc phun chất biến đổi gỉ sau khi
gia công lắp dựng
Trang 49Cần có quy trình kiểm tra,
bảo dưỡng thường xuyên,
đặc biệt là phải phát hiện sớm
thầu chuyên nghiệp, sử dụng
chủng, công nghệ cao.
B Công trình đang sử dụng
Biện pháp phòng chống
Trang 50Các giải pháp sửa chữa
Trang 51Đục tẩy bê tông bị nứt Tẩy gỉ cốt thép Gắn thêm thép mới
Trang 52Thank You!