i LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài “Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc bê tông” đã được hoàn th
Trang 1i
LỜI CẢM ƠN
Luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành công trình thủy với tên đề tài
“Chống ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển thông qua điều chỉnh cấu trúc
bê tông” đã được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Phạm
Toàn Đức giảng viên khoa Xây dựng trường đại học Hải Phòng Luận văn được
hình thành với hy vọng góp một phần nhỏ trong việc nghiên cứu giải pháp chống
ăn mòn bê tông cốt thép công trình biển 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 khoa công trình trường Đại học Hàng Hải, cảm ơn các tác giả của các đề tài đã nghiên cứu và được công bố về giải pháp khắc phục ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép công biển 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 09 năm 2015
Tác giả
Nguyễn Văn Ngân
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Văn Ngân 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 Văn Ngân
Trang 3MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU x
DANH MỤC VIẾT TẮT xi
MỞ ĐẦU 1
1 Tính cấp thiết của đề tài 1
2 Mục đích của đề tài 2
3 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 2
4 Nội dung luận văn 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨUĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 4
1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 4
1.1.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 4
1.1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép trên thế giới 5
1.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 8
1.2.1 Tình hình sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 8
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép ở Việt Nam 9
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CƠ CHẾ ĂN MÒN BÊ TÔNG VÀ BÊ TÔNG CỐT THÉP TRONG CÔNG TRÌNH BIỂN 15
2.1 Hiện tượng ăn mòn các công trình biển 15
2.2 Ăn mòn bê tông 16
2.2.1 Ăn mòn hóa học của bê tông 17
2.2.2 Ăn mòn vật lý của bê tông 22
2.3 Ăn mòn cốt thép 23
2.4 Ăn mòn bê tông ở các vùng biển 26
Trang 42.5 Kết luận chương 2 30
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 31
3.1 Công tác chuẩn bị thí nghiệm 32
3.1.1 Cơ sở thành lập đề cương thí nghiệm 32
3.1.2 Chuẩn bị các mẫu thí nghiệm 32
3.1.3 Chuẩn bị các thiết bị, máy móc thí nghiệm 35
3.2 Thí nghiệm đo độ thẩm khí của bê tông 36
3.2.1 Nguyên lý tính độ thẩm khí 36
3.2.2 Quy trình thí nghiệm 36
3.2.3 Kết quả và thảo luận 38
3.2.4 Kết luận về kết quả đo độ thấm khí của bê tông 48
3.3 Thí nghiệm đo độ thấm nước của bê tông 49
3.3.1 Nguyên lý tính toán độ thấm nước 49
3.3.2 Quy trình thí nghiệm đo độ thấm nước 49
3.3.3 Kết quả và thảo luận 51
3.3.4 Kết luận về kết quả đo độ thấm nước của bê tông 58
3.4 Tương quan giữa độ khuếch tán Clorua và độ thẩm khí của bê tông khi bê tông bị phá hủy 58
3.5 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 62
3.5.1 Đánh giá tuổi thọ công trình giao thông thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt thép có nguyên nhân t ừ sự khuếch tán clorua vào bê tông 62
3.5.2 Đánh giá tuổi thọ công trình thủy lợi theo tiêu chí ăn mòn cốt thép do khuếch tán clorua vào bê tông có xét đến trạng thái phá hủy của bê tông 69
3.6 Kết luận chương 3 74
CHƯƠNG 4:GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC ĂN MÒN BÊ TÔNG CỐT THÉP CÔNG TRÌNH BIỂN THÔNG QUA ĐIỀU CHỈNH CẤU TRÚC CỦA BÊ TÔNG 77
4.1 Thay đổi thành phần khoáng của Xi Măng 77
4.2 Nâng cao độ đặc của bê tông 78
4.3 Biến đổi các sản phẩm thủy hóa 79
Trang 54.4 Cốt liệu dùng cho bê tông 80
4.5 Nước cho bê tông 85
4.6 Phụ gia cho bê tông 86
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 89
TÀI LIỆU THAM KHẢO 91
Trang 6DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tình trạng ăn mòn bê tông, cốt thép trụ cầu cảng ở Mỹ 6
Hình 1.3 Tình trạng ăn mòn bê tông ở Nam Phi 7 Hình 1.4 Cảng Thương vụ - Vũng Tầu, sau 15 năm sử dụng 12
Hình 1.5 Cảng Cửa Cấm - Hải Phòng, cách biển 25 km, sau 30 năm sử
Hình 1.6 Thẩm tiết vôi tại nhà máy Thủy điện Thác Bà và tại nhà máy
Hình 1.7 Xâm thực bê tông do ảnh hưởng của mực nước thay đổi tại
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
13
Hình 1.9 Hiện trạng ăn mòn rửa trôi và ăn mòn cơ học do sóng biển của
Hình 2.1 Xâm thực bê tông do bị mài mòn, rửa trôi cống Vàm Đồn –
Hình 2.2 Hiện trạng xâm thực và phá huỷ kết cấu BTCT cống Bình Cát
Hình 2.3 Ca(OH)2 trong bê tông phản ứng với CO2 ngoài không khí để
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 21
Trang 7Hình 2.5 Cốt thép bị ăn mòn trong các công trình cầu bê tông cốt thép 23 Hình 2.6 Sơ đồ quá trình ăn mòn điện hoá các cốt thép trong bê tông 24
Hình 3.1 Cấu tạo các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 33
Hình 3.3 Các mẫu thí nghiệm dùng để đo độ thấm của bê tông 34
Hình 3.4 Sơ đồ thí nghiệm đo đạc độ thấm khí của bê tông với mẫu trụ
Hình 3.5 Toàn cảnh bố trí thí nghiệm đo đạc độ thấm khí bê tông 37
Hình 3.6 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấpứng suất khác nhau (T= 25oC) 41
Hình 3.7 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 60oC) 41
Hình 3.8 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 105oC) 42
Hình 3.9 Biến đổi của độ thấm danh định Ka theo nghịch đảo ứng suất
trung bình 1/Pm ở các cấp ứng suất khác nhau (T= 150oC) 42
Hình 3.10 Gia tăng độ thấm của bê tông K theo ứng suất trong bê tông ở
Hình 3.11 Gia tăng độ thấm tương đối K/Ko theo ứng suất trong bê tông 45 Hình 3.12 Gia tăng độ thấm ban đầu của bê tông theo nhiệt độ 46 Hình 3.13 Biến đổi độ bão hòa của bê tông theo nhiệt độ 47
Hình 3.14 Biến đổi độ thấm khí ban đầu Ko theo độ bão hòa nước của bê
Hình 3.15 Sơ đồ bố trí mẫu thử trong lồng đo độ thấm nuớc 50
Trang 8Hình 3.16 Toàn cảnh bố trí đo đạc độ thấm nước của bê tông trong phòng
Hình 3.17 Đổ parafin lỏng vào lồng đo để chống thấm nước 51
Hình 3.18 Lắp ráp và siết chặt nắp các lồng đo 51 Hình 3.19 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1 và P2) theo áp lực nước 54
Hình 3.20 Gia tăng độ thấm nước K (phương P1) theo ứng suất tương đối
Hình 3.21 Gia tăng độ thấm nước K (phương P2) theo ứng suất tương đối
Hình 3.22 Tương quan giữa độ thấm khí và độ khuyếch tán clorua khi bê
Hình 3.23 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy phân
Hình 3.24 Gia tăng của độ khuếch tán clorua theo trạng thái phá hủy của
Hình 3.25 Suy giảm của độ khuếch tán clorua theo thời gian 61 Hình 3.26 Gia tăng tuổi thọ công trình theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ 65 Hình 3.27 Gia tăng của nồng độ clorua bề mặt theo thời gian 67
Hình 3.28 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông cốt thép theo bề dày lớp bê
Hình 3.29 Gia tăng tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực theo bề dày lớp
Hình 3.30 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công
Hình 3.31 Ảnh hưởng của trạng thái phá hủy bê tông đến tuổi thọ công 70
Trang 9trình bê tông DƯL
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) 71
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) 72
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) 72
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) 73
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) 73 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) 74
Trang 10DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Giá trị trung bình của lưu lượng khí vào và biến dạng dọc
Bảng 3.2 Sau đây biễu diễn các giá trị độ thấm danh định Ka 39
Bảng 3.3 Các giá trị độ thấm khí thực K thu được t heo nguyên lý
Bảng 3.5 Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương nén mẫu
Bảng 3.6 Các giá trị độ thấm nước của bê tông theo phương ngang P2
Bảng 3.7 Tuổi thọ công trình bê tông cốt thép (Ccr = 0.06 % KLBT) 64 Bảng 3.8 Tuổi thọ công trình bê tông dự ứng lực (Ccr = 0.3 % KLBT) 65