Đánh giá sự ảnh hưởng của ăn mòn đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn mỹ và tiêu chuẩn việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

MÃ SỐ: SV2019-136

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và ứng dụng

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

Mã số đề tài: SV2019-136

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ĐÁNH GIÁ SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP THEO TIÊU CHUẨN MỸ VÀ

TIÊU CHUẨN VIỆT NAM

SV2019-136

Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học kỹ thuật và ứng dụng

Ngành học: Công nghệ kỹ thuật công trình xây dựng

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Anh

TP Hồ Chí Minh, 13/6/2019

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Đánh giá sự ảnh hưởng của ăn mòn đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam

- Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thế Anh

2 Mục tiêu đề tài:

Nghiên cứu khảo sát hiện tượng và mức độ sự ăn mòn của các công trình thực tế trên địa bàn Thành phố Hồ Chí, từ các số liệu và kết quả sẽ được phân tích, đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn của Mỹ, tiêu chuẩn Việt Nam Để từ đó đưa

ra các giải pháp trong thiết kế, thi công, sửa chữa, … giảm thiểu được sự ảnh hưởng của

ăn mòn đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép và kéo dài tuổi thọ của công trình

3 Tính mới và sáng tạo:

Nghiên cứu góp phần giải quyết một số vấn đề có ý nghĩa thực tiễn, vì áp dụng kết quả của đề tài góp phần đánh giá khả năng làm việc an toàn của công trình

4 Kết quả nghiên cứu:

- Kết quả khảo sát công trình thực tế về thực trạng ăn mòn trên địa bàn thành phố

Hồ Chí Minh

- Nghiên cứu một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước liên quan đến đề tài

- Đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép trong thời điểm bị ăn mòn dựa theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam

- Kết quả so sánh giữa tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài

- Đề xuất các giải pháp trong thiết kế, thi công, sửa chữa, … giảm thiểu được sự ảnh hưởng của ăn mòn

5 Đóng góp về mặt giáo dục và đào tạo, kinh tế - xã hội, an ninh, quốc phòng và khả năng áp dụng của đề tài:

Chi phí hàng năm cho việc bảo dưỡng, sửa chữa đối với các công trình bê tông cốt thép là rất lớn, nhưng nếu phải xây lại phần hư hỏng của các công trình bê tông cốt thép thì kinh phí còn tốn hơn nhiều Việc khảo sát và đánh giá kịp thời sự ăn mòn để ngăn chặn nó cùng với việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho kết cấu bê tông cốt thép giúp cho việc duy trì

6 Công bố khoa học của SV từ kết quả nghiên cứu của đề tài (ghi rõ tên tạp chí nếu

có) hoặc nhận xét, đánh giá của cơ sở đã áp dụng các kết quả nghiên cứu (nếu có):

Ngày tháng năm

SV chịu trách nhiệm chính thực hiện đề tài

(kí, họ và tên)

Nhận xét của người hướng dẫn về những đóng góp khoa học của SV thực hiện đề tài

(phần này do người hướng dẫn ghi):

MỤC LỤC

Thông tin kết quả nghiệm thu đề tài……… 1

I Tổng quan tình hình nghiên cứu 3

II Cơ sở lý thuyết 5

1 Quá trình ăn mòn cốt thép thường trong kết cấu bê tông cốt thép 5

2 TCVN 9348:2012 – Bê tông cốt thép – Kiểm tra khả năng cốt thép bị ăn mòn – Phương pháp điện thế 7

3 TCXDVN 239:2006 – Bê tông nặng - chỉ dẫn đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình 7

4 C876 – 09 (Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete1) 10

5 Tiêu chuẩn EN 13791:2007 do Ban kỹ thuật CEN/TC 104 "Concrete and related products" biên soạn 10

III Thực hiện 11

1 Sự cố các công trình có liên quan đến ăn mòn của cốt thép 11

2 Một số kết quả thực nghiệm trên kết cấu công trình chung cư 47 Long Hưng (công trình được xây dựng cách thời điểm khảo sát hơn 30 năm) 15

a Kết quả thí nghiệm theo phương pháp TCVN 9348:12 (điện cực đồng + đồng sunfat bão hòa), bằng máy đo điện thế canin (proceq) made in switzeland trong điều kiện mặt bằng khô ráo 17

b Kết quả xác định cường độ bê tông xi măng hiện trường TCVN 239:06 (khoan lấy mẫu) 20

c Kết luận 23

3 Một số kết quả thực nghiệm trên kết cấu công trình trung tâm văn hóa kết hợp dịch vụ thương mại (công trình được xây dựng cách thời điểm khảo sát dưới 10 năm) 23

a Kết quả thí nghiệm theo phương pháp TCVN 9348:12 (điện cực đồng + đồng sunfat bão hòa), bằng máy đo điện thế canin (proceq) made in switzeland trong điều kiện mặt bằng khô ráo (3) 25

b Kết quả đo đạc độ nghiêng võng của dầm (Tiêu chuẩn áp dụng TCVN 9381:2012) 26

c Kết quả xác định cường độ bê tông xi măng hiện trường TCXDVN 239:06 (khoan lấy mẫu) 28

d Kết luận 29

4 So sánh 2 công trình tại cùng thời điểm khảo sát 30

a Thiết bị kiểm tra (Mục 5 - C876 – 09) 32

b Xử lý dữ liệu (Mục 9 - C876 – 09) 33

c Đánh giá kết quả (mục 10 - C876 – 09) 35

6 Kết quả xác định cường độ bê tông xi măng hiện trường theo EN 13791:2007 (khoan lấy mẫu) 37

IV So sánh 2 phương pháp theo TCVN và tiêu chuẩn nước ngoài 42

V Một số biện pháp chống ăn mòn cốt thép hiện nay 44

VI Đề xuất giải pháp 45

VII Kết luận 64

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĂN MÒN ĐẾN SỰ LÀM VIỆC CỦA KẾT CẤU

BÊ TÔNG CỐT THÉP DỰA THEO TIÊU CHUẨN

Sinh viên, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hồ Chí Mính Tóm tắt: Ăn mòn cốt thép trong bê tông và khắc phục các sự cố do ăn mòn cốt thép gây

ra là một trong các hướng nghiên cứu ưu tiên trong xu thế phát triển bền vững Ăn mòn cốt thép thực sự là mối nguy hiểm luôn đe dọa tuổi thọ của các công trình Bài viết nhằm mục đích khảo sát mức độ ăn mòn cho kết cấu bê tông cốt thép trên địa bàn Thành phố

Hồ Chí Minh và đánh giá theo tiêu chuẩn của Mỹ, Việt Nam Nghiên cứu góp phần giải quyết một số vấn đề có ý nghĩa thực tiễn, vì áp dụng kết quả của đề tài góp phần đánh giá khả năng làm việc an toàn của công trình Để từ đó đưa ra các giải pháp trong thiết

kế, thi công, sửa chữa, … giảm thiểu được sự ảnh hưởng của ăn mòn đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép và kéo dài tuổi thọ của công trình

Abstract: The corrosion of steel in concrete and restoring of the degradation of reinforced concrete structures due to the corrosion is one of the research priorities for the sustainable development The corrosion of steel is always menace the life of reinforced concrete structures The article aims to survey the corrosion level of reinforced concrete structures in Ho Chi Minh City and assess the standards of the US and Vietnam The research contributes to solving a number of practical issues, because the application of the results contributes to assessing the safety of the work In order to offer solutions in design, construction, repair, minimize the impact of corrosion on the working of reinforced concrete structures and extend the life of the project

I Tổng quan tình hình nghiên cứu

Trong những năm gần đây, vấn đề nâng cao chất lượng và tuổi thọ cho các công trình xây dựng Nhìn chung đối với các công trình xây dựng, việc sử dụng vật liệu một cách hợp lý, quá trình thi công đảm bảo chất lượng và trong từng trường hợp cụ thể có chú trọng đến các biện pháp bảo vệ thích hợp thì tuổi thọ sẽ được nâng lên đáng kể Trên cơ

sở đó, cho phép khai thác triệt để tính năng sử dụng của vật liệu, giảm bớt được các chi phí về tu bổ sửa chữa hàng năm sẽ đem lại hiệu qua kinh tế cao

bê tông cốt thép trong kết cấu xây dựng Thực chất đó là vấn đề phải nắm được những hiểu biết về các quá trình ăn mòn, biết cách khắc phục những nhược điểm của loại vật liệu này khi sử dụng trong các môi trường có tác động ăn mòn, từ đó đề ra các biện pháp cải thiện tính năng của vật liệu theo hướng nâng cao tính bền của chúng trên cơ sở nguyên vật liệu sẵn có trong nước và phù hợp với điều kiện thực tế của Việt Nam Chính vì vậy nghiên cứu về ăn mòn và chống ăn mòn cho bê tông-bê tông cốt thép nhằm tăng cường độ bền và kéo dài tuổi thọ cho các công trình xây dựng đang là một trong những nhiệm vụ cấp thiết được nhiều cơ quan nghiên cứu trong cả nước quan tâm

Sự xuống cấp của kết cấu bê tông cốt thép là do nhiều nguyên nhân như thiết kế, thi công, vật liệu, … thêm vào đó thì ảnh hưởng từ môi trường đóng một vai trò quan trọng Trong đó sự ăn mòn cốt thép là nguyên nhân chính gây ra sự suy giảm khả năng chịu lực của kết cấu Nhiều tiêu chuẩn được đưa ra để kiểm tra, đánh giá sự ăn mòn và chống

ăn mòn trong kết cấu bê tông và bê tông cốt thép

Ở trong nước đã có một số nghiên cứu, Nguyễn Mạnh Phát bước đầu có những tìm hiểu về ăn mòn và đưa ra các biện pháp chống ăn mòn cho công trình bê tông cốt thép Các nhà nghiên cứu Vũ Ngọc Anh tập trung nghiên cứu về ứng xử của kết cấu bê tông cốt thép bị ăn mòn và gia cường cho kết cấu bê tông cốt thép Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy khi cốt thép bị ăn mòn nó ảnh hưởng kép đến ứng xử cơ học của kết cấu, làm giảm khả năng chịu lực do diện tích cốt thép bị giảm so với bố trí ban đầu, làm giảm độ cứng cấu kiện do giảm diện tích cốt thép và giảm lực dính giữa bê tông và cốt thép, làm giảm độ võng khi kết cấu bị phá hoại

Trên thế giới đã có một số nghiên cứu đến ảnh hưởng của sự ăn mòn cốt thép trong

bê tông đến khả năng chịu lực của kết cấu Các tác giả Fumin Li và Yingshu Yuan đã trình bày các thí nghiệm về ảnh hưởng của ăn mòn lên khả năng bám dính giữa thép và

bê tông, từ các kết quả thí nghiệm các tác giả đã đưa ra một số biểu đồ và đường hồi quy

về liên quan của các vết nứt đến ăn mòn, cho thấy rằng nếu có vết nứt thì tốc độ ăn mòn

sẽ tăng lên Các tác giả Akshatha Shett, Indrani Gogoi và Katta Venkataramana đã đưa

ra công thức tính tốc độ ăn mòn từ sự mất mát, từ đó suy ra được cách tích khả năng chịu lực của kết cấu

Nghiên cứu khảo sát hiện tượng và mức độ sự ăn mòn của các công trình thực tế trên địa bàn Thành phố Hồ Chí, từ các số liệu và kết quả sẽ được phân tích, đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép theo tiêu chuẩn của Mỹ, tiêu chuẩn Việt Nam Để từ

đó đưa ra các giải pháp trong thiết kế, thi công, sửa chữa, … giảm thiểu được sự ảnh hưởng của ăn mòn đến sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép và kéo dài tuổi thọ của công trình

Nhóm nghiên cứu thu thập các kết quả khảo sát công trình thực tế về thực trạng ăn mòn trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, nghiên cứu một số tiêu chuẩn trong và ngoài nước liên quan đến đề tài rồi đánh giá sự làm việc của kết cấu bê tông cốt thép trong thời điểm bị ăn mòn dựa theo tiêu chuẩn Mỹ và tiêu chuẩn Việt Nam Từ đó đưa ra các kết quả so sánh giữa tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn nước ngoài và đề xuất các giải pháp trong thiết kế, thi công, sửa chữa, … giảm thiểu được sự ảnh hưởng của ăn mòn

Ở bài nghiên cứu này, mặc dù đã rất cố gắng tích góp kinh nghiệm và tham khảo ý kiến của các thầy trong khoa Xây dựng Đại học Sư Phạm kĩ thuật TP HCM, song việc thu thập số liệu gặp nhiều khó khăn, số lượng mẫu thử chưa đảm bảo, những hạn chế cả

về nội dung lẫn hình thức Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của bạn đọc để bài nghiên cứu được hoàn thiện hơn trong lần thực hiện tiếp theo

II Cơ sở lý thuyết

1 Quá trình ăn mòn cốt thép thường trong kết cấu bê tông cốt thép

Trong thực tế, quá trình sau có thể huỷ hoại sự bảo vệ của bê tông đối với cốt thép Quá trình các bon nát hóa (Cacbonatation): có thể chia quá trình này thành (h.1):

Giai đoạn 1, khi bê tông quanh cốt thép còn chưa bị các bon nát hóa, bê tông có tính chất kiềm, nồng độ pH luôn giữ từ 12 đến 13, trong môi trường có tính kiềm cao như vậy cốt thép không thể bị ăn mòn Giai đoạn 2, sự vận động của pha lỏng trong các kẽ

hở của bê tông do sự chuyển đổi của các hợp chất bị thuỷ hóa Phản ứng các bon nát hóa của bê tông do oxit các bon (CO2) có trong không khí thấm vào sâu vào lớp bê tông bảo

vệ dẫn đến độ pH của bị giảm (pH<9), bắt đầu từ thời điểm này cốt thép trong bê tông không còn được bảo vệ để chống lại ăn mòn nữa Giai đoạn 3, do sự thẩm thấu của nước, các tạp chất có tính oxy hóa cao (đặc biệt là môi trường chứa ion Cl-) tác động trực tiếp

vào cốt thép làm oxy hóa thép Sản phẩm của quá trình oxy hóa cốt thép là hỗn hợp Fe2O3.H2O, Fe(OH)2 – gọi là rỉ sắt

sẽ gây nứt lớp bê tông bảo vệ Giai đoạn 5, lớp rỉ sắt tiếp tục hình thành với thể tích lớn làm vết nứt ở lớp bê tông bảo vệ hình thành to hơn, đến một thời điểm nào đó lớp bê tông bảo vệ bị bong, tróc như trên hình

vẽ

Xét về mặt động, người ta có thể sơ đồ hóa sự phát triển của ăn mòn cốt thép ở lớp bê tông bảo vệ theo hai giai đoạn như mô hình đã được phát triển bởi Tuutti [2] (h.2) Ăn mòn cốt thép trải qua theo hai giai đoạn riêng biệt, giai đoạn mồi (I) và giai đoạn phát tán (II) Điểm A tương ứng với thời điểm cốt thép bị mất tính thụ động hoá chống rỉ (depassivation), sau đó là sự lan truyền của ăn mòn, sản phẩm ăn mòn sinh ra, khi tỷ lệ

ăn mòn đạt ngưỡng dẫn đến sự hình thành các vết nứt, sau đó bắt đầu phá huỷ lớp bê tông bảo vệ - thời điểm này tương ứng với điểm B Ở cuối giai đoạn B, nếu ăn mòn

Hình 1: Quá trình ăn mòn cốt thép trong bê tông do cacbon nát hóa

Hình 2: Sơ đồ phát triển ăn mòn của cốt thép theo

thời gian

không bị phát hiện và kết cấu không được tiến hành sửa chữa thì nó sẽ có thể sụp đổ do giảm khả năng chịu tải

2 TCVN 9348:2012 – Bê tông cốt thép – Kiểm tra khả năng cốt thép bị ăn mòn – Phương pháp điện thế

Tiêu chuẩn này hướng dẫn phương pháp đo điện thế cốt thép nằm trong bê tông nhằm kiểm tra khả năng bị ăn mòn của nó

Phương pháp này có thể áp dụng trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường, ngoại trừ các trường hợp sau: Cốt thép bị sơn phủ, cốt thép dự ứng lực, bề mặt bê tông bị sơn phủ cách điện hoặc bê tông bị khô tới mức cách điện

Dựa vào giá trị điện thế cốt thép sau khi đã hiệu chỉnh xây dựng bản đồ đường đồng mức đẳng thế (phác họa các vùng trên cấu kiện có khả năng xảy ra ăn mòn cốt thép) hoặc vẽ đồ thị tần suất tích lũy (biểu thị tần suất cốt thép bị ăn mòn) Cách xây dựng bản đồ đường đồng mức đẳng thể và đồ thị tần suất tích lũy

Căn cứ vào giá trị điện thế trên bản đồ đường đồng mức đẳng thế hoặc đồ thị tần suất tích lũy có thể đánh giá kết quả thí nghiệm theo Bảng 1

Bảng 1 - Đánh giá kết quả thí nghiệm khả năng cốt thép bị ăn mòn trong bê tông

3 TCXDVN 239:2006 – Bê tông nặng - chỉ dẫn đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình

 Tính toán xác định cường độ bê tông hiện trường của kết cấu, cấu kiện theo các bước sau:

P là tải trọng phá hoại thực tế khi nén mẫu theo quy trình

thước mẫu nêu trong TCVN 3118:1993, tính bằng milimet chính xác đến 1 mm

b, Xác định cường độ bê tông hiện trường của từng mẫu khoan (Rhti), tính bằng Mêga Pascal chính xác đến 0,1 MPa, theo công thức sau:

D

11.5

D là hệ số ảnh hưởng của phương khoan so với phương đổ bê tông:

D = 2,5 khi phương khoan vuông góc với phương đổ bê tông;

D = 2,3 khi phương khoan song song với phương đổ bê tông

l là hệ số ảnh hưởng của tỷ lệ chiều cao (h) và đường kính (dmk) của mẫu khoan đến cường độ bê tông, tính bằng h/ dmk và phải nằm trong khoảng từ 1 đến 2;

h là chiều cao của mẫu khoan sau khi đã làm phẳng bề mặt để ép, xác định theo quy trình đo kích thước mẫu nêu trong TCVN 3118:1993, tính bằng milimet chính xác đến 1 mm;

mẫu nêu trong TCVN 3118:1993, tính bằng milimet chính xác đến 1 mm;

k là hệ số ảnh hưởng của cốt thép trong mẫu khoan (đại lượng không thứ nguyên) được xác định như sau:

a là khoảng cách từ trục thanh thép đến đầu gần nhất của mẫu khoan

 Đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình

Trong quá trình phân tích và đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình cần chú ý đến những yếu tố sau ảnh hưởng đến cường độ bê tông hiện trường:

kết cấu, cấu kiện hoặc giữa các kết cấu, cấu kiện do tác động của việc cân đong vật liệu, trộn, đổ, đầm bê tông không hoàn toàn như nhau hoặc do chế độ dưỡng

hộ không được tuân thủ một cách chặt chẽ…

một kết cấu, cấu kiện: dưới tác động của trọng lượng bản thân, bê tông ở chân cột, đáy dầm, đáy sàn thường có độ chắc đặc và cường độ cao hơn so với đỉnh cột, mặt dầm, mặt sàn…

tông hiện trường của chúng khác nhau, nhất là sự chênh lệch tuổi trong phạm vi

28 ngày đầu đóng rắn

khi xây dựng đường chuẩn

 Xác định cường độ bê tông yêu cầu

Khi bê tông được chỉ định bằng mác bê tông theo cường độ chịu nén M, cường độ bê tông yêu cầu (Ryc) được xác định theo công thức sau:

trong đó: B, M, v: xem mục 3.5; 3.6

 Đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình

Trường hợp sử dụng phương pháp khoan lấy mẫu để xác định cường độ bê tông trên kết cấu công trình:

Bê tông trong cấu kiện hoặc kết cấu công trình được coi là đạt yêu cầu về cường độ chịu nén khi đảm bảo đồng thời:

trong đó:

pháp khoan lấy mẫu bê tông, xác định theo công thức (4)

Rmin là cường độ bê tông hiện trường của viên mẫu có giá trị cường độ nhỏ nhất trong tổ mẫu

4 C876 – 09 (Standard Test Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in Concrete1)

Các phép đo kiểm tra có thể được trình bày bởi một hoặc cả hai hai phương pháp Đầu tiên, một bản đồ đường đồng mức đẳng thế, cung cấp mô tả đồ họa của các khu vực trong bộ phận mà quá trình ăn mòn có thể xảy ra Phương pháp thứ hai, biểu đồ tích lũy tần số, cung cấp một dấu hiệu của khu vực bị ảnh hưởng đến cường độ do sự

ăn mòn của các bộ phận bê tông

Bản đồ đường viền thể hiện đầy đủ trên một tỷ lệ phù hợp xem vị trí của các bộ phận cụ thể, vẽ các vị trí của giá trị khả năng ăn mòn của thép trong bê tông và vẽ đường viền có khả năng bằng nhau thông qua các điểm có giá trị bằng nhau hoặc nội suy bằng nhau Khoảng cách đường viền tối đa sẽ là 0.10 V

5 Tiêu chuẩn EN 13791:2007 do Ban kỹ thuật CEN/TC 104 "Concrete and related products" biên soạn

Bảng 2: Hướng dẫn sử dụng tiêu chuẩn EN 13791:2017

Đánh giá cường độ chịu nén hiện trường trên cơ sở lõi khoan được thực hiện theo hai phương án: phương án A khi có ít nhất 15 lõi khoan hoặc phương án B khi có từ 3 đến 14 lõi khoan Cần chú ý là theo EN 13791:2007 số lượng lõi khoan không được nhỏ hơn 3 Các lõi khoan phải được khoan, kiểm tra và chuẩn bị tuân thủ theo EN 12504-1

Khi thực hiện theo phương án A, cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường của vùng thí nghiệm là giá trị nhỏ hơn:

f ck ,is  f m(n),is k2 s;

(6) hoặc f ck ,is  f lower 4 (7)

2

Khi thực hiện theo phương án B, cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường của vùng thí nghiệm là giá trị nhỏ hơn:

8

ck ,is m(n),is

f  f k ( ); hoặc f ck ,is  f lower 4; (9)

Trong đó:

k - biên độ phụ thuộc vào số lượng các kết quả thí nghiệm

Cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường xác định theo EN 13791:2007 phụ thuộc rất nhiều vào số lượng lõi khoan Bảng 2 trình bày tương quan giữa giá trị trung bình của các kết quả thí nghiệm cường độ chịu nén hiện trường và cường độ chịu nén đặc trưng hiện trường (khi giả định cường độ hiện trường được tính theo giá trị trung bình của cường độ hiện trường

III Thực hiện

1 Sự cố các công trình có liên quan đến ăn mòn của cốt thép

Trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có nhiều sự cố công trình mà nguyên nhân chủ

cứu tiến hành khảo sát một số công trình trên địa bàn như chung cư tại số 47 Long Hưng- Phường 7- Quận Tân Bình- TP.HCM, chung cư tại số 170-171 Tân Châu- Phường 8- Quân Tân Bình- TP.HCM và Trung tâm dịch vụ văn hóa kết hợp dịch vụ thương mại số

102 Châu Văn Liêm- Phường 11- Quận 5- TP.HCM

Hình 3: Mặt đứng chung cư 47 Long Hưng

Hình 4: Dầm sàn bị bong tróc bê tông, lộ cốt

Hình 5: Dầm bị thấm ố nặng, bong tróc bê tông, rỉ sét cốt thép tại chung cư phường 170-171 Tân Châu

Hình 6: Hư hại tại công trình dv văn hóa kết hợp dv thương mại

Tiến hành xác lập mặt bằng chịu lực của công trình, khảo sát khe nứt; tình trạng

hư hỏng của công trình; khảo sát cục bộ chất lượng từng loại kết cấu chịu lực chính: đo đạc cường độ của kết cấu BTCT điển hình, kiểm tra cường độ cacbonat hóa của kết cấu BTCT điển hình, kiểm tra mức độ ăn mòn của cốt thép bằng phương pháp điện thế, đo đạc biến dạng võng của dầm; khảo sát tổng thể công trình: đo đạc nghiêng võng của dầm công trình Đánh giá hiện trạng của kết cấu chịu lực công trình; đánh giá mức độ nguy hiểm kết cấu chịu lực theo TCVN 9381:2012 Kết luận về chất lượng và ổn định của kiến trúc, kết cấu hiện trạng công trình, mức dộ nguy hiểm của công trình, về tỉ lệ chất lượng còn lại của công trình, mức độ hư hỏng của công trình theo Nghị định

101/2015/NĐ-CP

2 Một số kết quả thực nghiệm trên kết cấu công trình chung cư 47 Long Hưng (công trình được xây dựng cách thời điểm khảo sát hơn 30 năm)

Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát dầm có dấu hiệu bị thấm ố nặng, nứt lớp

bê tông bảo vệ, cốt thép trong dầm bị rỉ sét, mục, bê tông dầm bị cacbonat hóa nặng Các mẫu bê tông khoan thí nghiệm cacbonat hóa đều bị hư hỏng >30% diện tích tiến diện và các vị trí kiểm tra độ rỉ sét của cốt thép trong dầm đều đã bị rỉ sét Các cấu kiện này bị đánh giá là cấu kiện nguy hiểm

Như vậy tại thời điểm khảo sát, công trình ở trạng thái tạm thời ổn định dưới tác dụng của tải trọng hiện hữu Tuy nhiên, khả năng chịu lực của công trình bị suy giảm nhiều, không đảm bảo khả năng chịu lực do các hư hỏng của kết cấu chịu lực, có thể gây nguy hiểm cho người và tài sản trong quá trình sử dụng

Vật liệu bê tông của kết cấu bê tông cốt thép: Cường độ bê tông hiện trường

cấu chịu lực (M≥150) Tuy nhiên bê tông trong cấu kiện hầu như đã bị cacbonat hóa nặng do trải qua thời gian sử dụng lâu dài làm cho bề mặt bê tông bị giòn, dễ bị bể, giảm cường độ và làm cốt thép bên trong bị rỉ sét

Cụ thể tại vị trí dầm trục 7-DE, kích thước mặt cắt dầm bxh=200mmx300mm,

Hình 7: Mặt bằng hiện trạng lầu 1

Hình 8: Dầm trục 7- DE, lầu 1

a Kết quả thí nghiệm theo phương pháp TCVN 9348:12 (điện cực đồng + đồng sunfat bão hòa), bằng máy đo điện thế canin (proceq) made in switzeland trong điều kiện mặt bằng khô ráo

Chú dẫn:

1) Cốt thép 2) Bê tông 3) Vôn kế 4) Đầu kẹp 5) Điện cực đồng-đồng sunfat (đặt trên

bề mặt bê tông tại các điểm đo điện thế) 6) Dây dẫn điện từ vôn kế đến điện cực đồng-đồng sunfat

7) Dây dẫn điện từ vôn kế đến cốt thép

 Dựa vào giá trị điện thế cốt thép sau khi đã hiệu chỉnh xây dựng bản đồ đường đồng mức đẳng thế (phác họa các vùng trên cấu kiện có khả năng xảy ra ăn mòn cốt thép) hoặc vẽ đồ thị tần suất tích lũy (biểu thị tần suất cốt thép bị ăn mòn)

Hình 9: Sơ đồ đo điện thế cốt thép

trong bê tông

 Căn cứ vào giá trị điện thế trên bản đồ đường đồng mức đẳng thế hoặc

đồ thị tần suất tích lũy có thể đánh giá kết quả thí nghiệm theo Bảng 1

Bảng 1: Đánh giá kết quả thí nghiệm khả năng cốt thép bị ăn mòn trong bê tông

Bảng 3: Kết quả thí nghiệm điện thế

Khoảng cách

đầu dò (mm)

Giá tị điện thế thanh số

-0.35

0 20 40 60 80 100

Tần số tích lũy

Trong đó:

fx là tần suất tích lũy của dãy điện thế riêng lẻ, % tương ứng với mỗi giá trị điện thế khảo sát;

r là số lượng các vị trí đo điện thế trong dãy điện thế riêng lẻ;

n là tổng số các vị trí đo điện thế trên toàn bộ cấu kiện, hoặc bộ phận cấu kiện

 Đánh giá:

[40÷50] % (bê tông nứt rạn nhiều chỗ; cốt thép bị đứt nhiều chỗ)

quả theo bảng 1 Tại thời điểm khảo sát, tất cả các vị trí kiểm tra (có bề mặt bình thường, chưa bị hư hỏng cho thấy cốt thép bên trong đều bị ăn mòn với giá trị điện thế < 350mV, cốt thép bị ăn mòn (xác suất trên 90%)

Hình 10: Một số hình ảnh tại dầm bị ăn

mòn tại công trình

b Kết quả xác định cường độ bê tông xi măng hiện trường TCVN 239:06 (khoan lấy mẫu)

Bảng 4: Kết quả thí nghiệm khoan lấy mẫu tại hiện trường

Trong đó: P là tải trọng phá hoại thực tế khi nén mẫu theo quy trình

tích chịu lực

Lực phá hoại lớn nhất

Cường

độ chịu nén của mẫu khoan

Cường độ bê tông mẫu khoan Đường

Chiều cao sau khi gia

Tỷ lệ

Hệ số phương khoan,

D

Hệ số cốt thép

Hệ số chuyển đổi

hti mk

D

11.5

Trong đó: D là hệ số ảnh hưởng của phương khoan so với phương đổ bê tông;

D = 2.5 khi phương khoan vuông góc với phương đổ bê tông

D = 2.3 khi phương khoan song song với phương đổ bê tông

k là hệ số ảnh hưởng của cốt thép trong mẫu khoan Trường hợp khi không có cốt thép, k = 1

Trường hợp chỉ chứa 1 thanh thép,

Trong đó: dt là đường kính danh định của cốt thép nằm trong mẫu khoan

a là khoảng cách từ trục thanh thép đến đầu gần nhất của mẫu khoan

i 1 hti

R R

Cường độ nén của bê tông của cấu kiện kiểm tra đạt yêu cầu so mác bê tông

c Kết luận

Cường độ bê tông hiện trường của cấu kiện BTCT khảo sát đạt yêu cầu sử dụng kết cấu chịu lực Tuy nhiên, bê tông trong cấu kiện bê tông cốt thép có hiện tượng cacbonat hóa, chiều sâu lớp cacbonat hóa qua khỏi lớp bê tông bảo vệ làm cho cốt thép trong bê tông bị ăn mòn do xâm thực của môi trường gây rỉ sét, nứt bể, bong tróc bê tông, ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của kết cấu công trình và gây nguy hiểm cho người sử dụng

Dầm bị ăn mòn làm giảm khả năng chịu tải so với dầm không bị ăn mòn Độ võng dầm cũng bị giảm đáng kể so với dầm BTCT không bị ăn mòn do cốt thép bị ăn mòn kém dẻo hơn so với cốt thép không bị ăn mòn Độ cứng của dầm bị ăn mòn nhỏ hơn độ cứng của dầm không ăn mòn, đây là do sự ảnh hưởng của sự mất mát lực dính giữa bê tông và cốt thép do ăn mòn gây ra

3 Một số kết quả thực nghiệm trên kết cấu công trình trung tâm văn hóa kết hợp dịch vụ thương mại (công trình được xây dựng cách thời điểm khảo sát dưới 10 năm)

Nhóm nghiên cứu tiến hành khảo sát công trình tại địa điểm số 10 Châu Văn Liêm, Phường 11, Quận 5, TP.HCM, tại thời điểm khảo sát hệ dầm bê tông cốt thép có chất lượng ngoài bị hư hỏng như rạn nứt, thấm nước và tạo nhũ, lớp bê tông bảo vệ bị

rổ Tuy nhiên các hư hỏng này chưa bị đánh giá là nguy hiểm theo TCVN 9381-2012

và có thể tiếp tục sử dụng nhưng cần được sửa chữa

Vật liệu bê tông của kết cấu bê tông cốt thép B22.5 (M300) Cụ thể tại vị trí dầm trục 1-EF, kích thước mặt cắt dầm bxh=300mmx500mm, dầm dài 5700mm, vùng

cách các cốt đai là Ø8a200

Hình 11: Mặt bằng hiện trạng kết cấu tầng hầm

Hình 12: Mặt cắt dầm trục 1-EF

a Kết quả thí nghiệm theo phương pháp TCVN 9348:12 (điện cực đồng + đồng sunfat bão hòa), bằng máy đo điện thế canin (proceq) made in switzeland trong điều kiện mặt bằng khô ráo (3)

Bảng 1: Đánh giá kết quả thí nghiệm khả năng cốt thép bị ăn mòn trong bê tông

Bảng 5: Kết quả thí nghiệm điện thế

Khoảng cách đầu

dò (mm)

Giá tị điện thế thanh số 1

-0.13

0 20 40 60 80 100

Tần số tích lũy

 Đánh giá:

bắt đầu rỉ)

quả theo bảng 1 Tại thời điểm khảo sát, tất cả các vị trí kiểm tra (có bề mặt bình thường, chưa bị hư hỏng cho thấy cốt thép bên trong đều bị ăn mòn với giá trị điện thế > 200mV, cốt thép chưa bị ăn mòn (xác suất trên 90%)

b Kết quả đo đạc độ nghiêng võng của dầm (Tiêu chuẩn áp dụng TCVN

cục bộ không theo quy luật và nằm trong giới hạn cho phép ([ΔL=1/150L0, với L0 là chiều dài dầm) theo TCVN 9381-2012

c Kết quả xác định cường độ bê tông xi măng hiện trường TCXDVN 239:06 (khoan lấy mẫu)

Theo TCXDVN 239-2006: Chỉ dẫn đánh giá cường độ bê tông trên kết cấu công trình:

bê tông trong cấu kiện hoặc kết cấu công trình được coi là đạt yêu cầu về cường độ chịu

Theo TCXDVN 239-206 thì cường độ bê tông yêu cầu được xác định:

21.0MPa, do đó cường độ bê tông hiện trường đạt yêu cầu mác theo hồ sơ thiết kế là M300

 Kết quả kiểm tra cho thấy cường độ bê tông hiện trường của cấu kiện cột

28.0MPa, do đó cường độ bê tông hiện trường đạt yêu cầu mác theo hồ sơ thiết kế là M400

d Kết luận

Cường độ bê tông hiện trường của cấu kiện BTCT khảo sát đạt yêu cầu sử dụng kết cấu chịu lực Tuy nhiên, bê tông trong cấu kiện bê tông cốt thép có hiện tượng mặt ngoài rạn nứt, thấm nước, lớp bê tông bảo vệ bị rổ lộ cốt thép bên trong cần được sửa chữa để tiếp tục sử dụng

Dầm bị ăn mòn làm giảm khả năng chịu tải so với dầm không bị ăn mòn Độ võng trước khi dầm cũng bị giảm đáng kể so với dầm BTCT không bị ăn mòn do cốt

Hình 15: Kiểm tra cường độ bê tông bằng pp súng

bật nảy kết hợp siêu âm

mòn nhỏ hơn độ cứng của dầm không ăn mòn, đây là do sự ảnh hưởng của sự mất mát lực dính giữa bê tông và cốt thép do ăn mòn gây ra

4 So sánh 2 công trình tại cùng thời điểm khảo sát

Giá trị điện thế > 200mV, cốt thép chưa bị ăn mòn (xác suất trên 90%)

Cường độ nén của bê

tông của cấu kiện

kiểm tra

Đạt yêu cầu mác theo hồ sơ thiết kế

Độ võng Giảm đáng kể Nằm trong giới hạn cho phép

Đánh giá Bê tông trong cấu kiện bê

tông cốt thép có hiện tượng cacbonat hóa, chiều sâu lớp cacbonat hóa qua khỏi lớp bê tông bảo vệ làm cho cốt thép trong bê tông bị ăn mòn do xâm thực của môi trường gây

rỉ sét, nứt bể, bong tróc bê tông

Bê tông trong cấu kiện bê tông cốt thép có hiện tượng mặt ngoài rạn nứt, thấm nước

 Tốc độ của quá trình carbonat hóa phụ thuộc vào tác động của các tác nhân từ môi trường ngoài như: độ ẩm không khí, nhiệt độ, hàm lượng CO2 và tính chất

cơ lý của bêtông như độ kiềm và độ thẩm thấu, điều kiện lý tưởng thúc đẩy quá trình carbonat hóa hoạt động mạnh

 Quá trình ăn mòn bắt đầu khi gỉ thép xuất hiện và phát triển trên bề mặt cốt thép

và gây nứt tại những vị trí tiếp giáp với bêtông, vết nứt phát triển dần dưới sự tấn công của các tác nhân ăn mòn cho đến khi phá vỡ hoàn toàn sự kết dính giữa bêtông và cốt thép

 Có thể thấy điều kiện khí hậu tại Việt Nam, tác động xâm thực của môi trường

là rất mạnh dẫn đến ăn mòn và phá hủy công trình Mức độ ăn mòn phụ thuộc vào vị trí và điều kiện làm việc của công trình Với đặc thù khí hậu nóng ẩm, mưa bão nhiều thì tốc độ và mức độ bị ăn mòn của công trình BTCT sẽ rất nhanh, tuổi thọ sẽ giảm đi đáng kể theo thời gian

5 Kết quả đánh giá kết cấu công trình theo C876 – 09 (Standard Test

Method for Corrosion Potentials of Uncoated Reinforcing Steel in

Concrete 1 )

a Thiết bị kiểm tra (Mục 5 - C876 – 09)

(1) Vôn kế kỹ thuật số trở kháng cao đo sự khác biệt tiềm năng giữa kim loại

trong điện cực tham chiếu và thép trong bê tông

(2) Điện cực tham chiếu chạm xuống tại các khoảng thời gian thích hợp trên bề mặt bê tông để đo tiềm năng của thép gia cường nhúng

(3) Dây nối giữa vôn kế và điện cực

Hình 16a: Thiết bị đo