Báo cáo " hệ số khuếch tán Cl và các dạng nồng độ của Cl trong bê tông "

Chia sẻ: Phạm Huy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

66
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các công trình bê tông cốt thép ở vùng biển thường nhanh chóng bị hư hỏng, có tuổi thọ thấp. Nguyên nhân chính là do sự phá hỏng cốt thép bởi ion Clư tự do nằm trong dung dịch nước lỗ hổng. Mô hình toán học do Tang Luping và Olof Nilsson đưa ra bằng cách áp dụng điện trường cho phép xác định nhanh hệ số khuếch tán của ion Clư trong bê tông, tuy nhiên nồng độ của ion clo sử dụng trong mô hình này là nồng độ tổng (% khối lượng trên mẫu), hơn nữa trong các tiêu chuẩn đánh giá ngưỡng ăn mòn thép gây ra...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo " hệ số khuếch tán Cl và các dạng nồng độ của Cl trong bê tông "

T¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 105 - 109, 2004 hÖ sè khuÕch t¸n Cl vµ c¸c d¹ng nång ®é cña Cl trong bª t«ng §Õn Tßa so¹n 9-6-2003 Phan V¨n T êng, TrÇn D ¬ng Khoa Hãa häc, Tr!êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn - §¹i häc Quèc gia H+ Néi AbstracT Chloride diffusivity is an important factor affecting the durability of a reinforced concrete structure in the marine environment. Chloride ions in beton exist mainly in the physically absorbed form in pore water. Using the mathematical model suggested by Tang Luping and Lars Olof Nilsson, we can rapidly determine chloride diffusivity of concrete specimen. From chloride diffusivity D obtained, we can predict the service life of concrete structures in the marine environment. I - §Æt vÊn ®Ò trong qu¸ tr×nh h×nh th*nh bª t«ng, hoÆc l* tõ m«i tr êng n¬i ®Æt c«ng tr×nh ë ®ã cã bôi n íc C¸c c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp ë vïng biÓn biÓn hoÆc cã muèi tan. Clo tån t¹i trong bª t«ng th êng nhanh chãng bÞ h háng, cã tuæi thä d íi hai d¹ng l* clo liªn kÕt v* clo tù do n»m thÊp. Nguyªn nh©n chÝnh l* do sù ph¸ háng cèt trong n íc lç trèng. thÐp bëi ion Cl tù do n»m trong dung dÞch Clo liªn kÕt trong bª t«ng tån t¹i d íi hai n íc lç hæng. M« h×nh to¸n häc do Tang d¹ng chÝnh: ® îc hÊp phô vËt lý trªn th*nh r¾n Luping v* Olof Nilsson ® a ra b»ng c¸ch ¸p cña nh÷ng lç trèng trong bª t«ng hoÆc cè ®Þnh dông ®iÖn tr êng cho phÐp x¸c ®Þnh nhanh hÖ hãa häc bëi ph¶n øng víi mét v*i th*nh phÇn sè khuÕch t¸n cña ion Cl trong bª t«ng, tuy cña xi m¨ng. C¸c hîp chÊt ® îc t¹o th*nh nhiªn nång ®é cña ion clo sö dông trong m« th êng l* monocloroaluminat hydrat hoÆc l* h×nh n*y l* nång ®é tæng (% khèi l îng trªn muèi Friedel (C3A.CaCl2.10H2O) v* muèi mÉu), h¬n n÷a trong c¸c tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ tricloroaluminat (C3A.3CaCl2.30H2O). Trong ®iÒu ng ìng ¨n mßn thÐp g©y ra bëi ion clo còng kiÖn th êng, víi nång ®é ion clo trong bª t«ng, biÓu diÔn d íi d¹ng tæng sè (% khèi l îng ng êi ta chØ t×m thÊy muèi Friedel. mÉu). Trong b*i b¸o n*y chóng t«i xem xÐt viÖc sö dông hÖ sè khuÕch t¸n ion clo v* vÊn ®Ò sö Ion clo tù do n»m trong n íc lç trèng hoÆc dông nång ®é ion clo tæng sè cã ¶nh h ëng ®Õn hÊp phô vËt lý trªn bÒ mÆt cã thÓ di chuyÓn trong viÖc ®¸nh gi¸ sù ¨n mßn cèt thÐp v* dù ®o¸n bª t«ng bëi c¸c mao qu¶n. Ion clo tù do còng cã tuæi thä cña c«ng tr×nh hay kh«ng. thÓ ®¹t tíi ng ìng ®Ó l*m mÊt tÝnh thô ®éng cña thÐp [1]. Trong bª t«ng Èm pH > 13 líp m*ng thô ®éng d¹ng FeO-OH ® îc t¹o trªn bÒ mÆt cèt II - T ¬ng t¸c cña ion Cl trong thÐp nªn thÐp ® îc b¶o vÖ [4]. Nguy c¬ ¨n mßn bª t«ng cèt thÐp t¨ng dÇn víi sù t¨ng Cl tù do trong Clo th©m nhËp v*o trong bª t«ng theo hai n íc lç trèng, Cl kh«ng trùc tiÕp l*m gi¶m pH con ® êng hoÆc l* tõ nh÷ng th*nh phÇn c¬ së quanh cèt thÐp nh ng nã l* chÊt xóc t¸c cho qu¸ 105
tr×nh ¨n mßn, nã ph¸ hñy líp m*ng b¶o vÖ trªn C = C(x,t): nång ®é cña ion t¹i vÞ trÝ x, z: hãa trÞ bÒ mÆt cèt thÐp v* g©y ¨n mßn cèt thÐp tiÕp. cña ion, F: h»ng sè Faraday. Tuy nhiªn trong c¸c nghiªn cøu ®Ó ®¸nh gi¸ Tõ viÖc gi¶i b*i to¸n trªn chóng t«i thu ng ìng ¨n mßn g©y ra bëi ion clo ng êi ta ® îc nghiÖm [6]: th êng biÓu diÔn d íi d¹ng clo tæng sè [2, 8, 9, 1 x aDt x + aDt 10]. Tiªu chuÈn Anh qui ®Þnh giíi h¹n nång ®é C ( x, t ) = C0 1 1+erf e ax erfc 2 2 Dt 2 Dt Cl ®èi víi xi m¨ng xi m¨ng Portland b×nh th êng l* 0,4%. C¬ quan nghiªn cøu vÒ nh* ë (2) cña Mü ®n ph©n lo¹i ¶nh h ëng nång ®é Cl ®èi erf: h*m sai sè; erfc: h*m bï sai sè. víi sù ¨n mßn cèt thÐp nh sau: ¨n mßn thÊp: 0 Sö dông bé thÝ nghiÖm v* chuÈn bÞ mÉu nh - 0,4% (so víi xi m¨ng); trung b×nh: 0,4 - 1% v* ë h×nh 1. MÉu ® îc chuÈn bÞ nh sau: Sö dông cao: trªn 1%. C¬ quan qu¶n lý ® êng Liªn xi m¨ng PC40 cña nh* m¸y xi m¨ng Luksvaxi bang Mü ®n ® a ra giíi h¹n nång ®é Cl l* ë tØnh Thõa Thiªn - HuÕ, c¸t ®n röa s¹ch b»ng 1,2 kg/m3 bª t«ng hoÆc 0,2% khèi l îng ®èi víi n íc cÊt nh»m lo¹i hÕt ion clo. C¸c mÉu ® îc xi m¨ng [5]. ®óc trong khu«n h×nh trô cã ® êng kÝnh 70 mm, cao 50 mm v* ®Æt trªn b*n rung trong III - Thùc nghiÖm v( th¶o luËn kho¶ng 10 phót, g¹t b»ng. Sau 24 giê, mÉu ® îc b¶o d ìng trong n íc v«i bno hßa trong Tang Luping v* Olof Nilsson ® a ra m« vßng 3 th¸ng. §Ó tiÕn h*nh thùc nghiÖm ®o sù h×nh to¸n häc cho sù khuÕch t¸n Cl trong bª khuÕch t¸n ion Cl chóng t«i bäc mÉu thö trong t«ng cã ¸p dông ®iÖn tr êng nh sau [3]: c¸c khu«n nhùa cao kho¶ng 150 mm cã tr¸t keo dC = D d 2C zFE dC ®Ó cã thÓ chøa ® îc 100 ml dung dÞch NaCl 3% (1) trong Ca(OH)2 bno hßa ë phÝa trªn. Dông cô dt dx 2 RT dx ® îc l¾p ®Æt nh h×nh 1. §iÖn ¸p ® îc thiÕt lËp (0 < x < + , t > 0) l* 30 V (DC) [3], tiÕn h*nh ¸p ®iÖn tr êng víi ®iÒu kiÖn: C(0,t) = C0 v* C(x,0) = 0. trong thêi gian 8 giê. Sö dông phÇn mÒm tÝnh ë ®©y, E: c êng ®é ®iÖn tr êng, R: h»ng sè khÝ, to¸n dùa trªn ph ¬ng tr×nh (2), chóng t«i thu T: nhiÖt ®é Kelvin, C0: nång ®é ion t¹i bÒ mÆt, ® îc kÕt qu¶ tr×nh b*y d íi ®©y. a. Gi¶i ng¨n c¸ch e. Líp nhùa b. N íc v«i trong bno hßa f. Cat«t b»ng thÐp kh«ng rØ c. An«t b»ng thÐp kh«ng rØ g. N íc muèi 3% trong n íc v«i trong bno hßa d. MÉu h. ChËu thñy tinh H×nh 1: ThiÕt bÞ x¸c ®Þnh nhanh Cl b»ng ph ¬ng ph¸p sö dông ®iÖn tr êng 106
B¶ng 1: HÖ sè khuÕch t¸n cña mÉu theo thêi gian ¸p ®iÖn tr êng C0 (% khèi ChiÒu s©u x©m D (m2/s) l îng mÉu) nhËp (m) MÉu A: xi m¨ng : c¸t : n íc = 1 : 2 : 0,5 0,318 0,01 12 13,4×10 MÉu B: xi m¨ng : c¸t : n íc = 1 : 3 : 0,5 0,378 0,01 12 H*m l îng Cl- (% kh. l îng) 13,6×10 H×nh 2: §å thÞ sù khuÕch t¸n Cl ®èi víi mÉu A H*m l îng Cl- (% kh. l îng) H×nh 3: §å thÞ sù khuÕch t¸n Cl ®èi víi mÉu B Trong ph ¬ng tr×nh (2) C(x,t) v* C0 l* nång clo tù do, hÖ sè D thu ® îc còng kh«ng bÞ ¶nh ®é ion clo tæng sè (% khèi l îng mÉu). Tuy h ëng. H¬n n÷a, ®Ó x¸c ®Þnh mèi t ¬ng quan nhiªn nh trªn ta ®n ®Ò cËp chØ cã nång ®é ion trªn chóng t«i ®n tiÕn h*nh thÝ nghiÖm nh sau: clo tù do míi ®ãng gãp v*o sù ¨n mßn cèt thÐp. Còng tiÕn h*nh cho thÊm clo b»ng dông cô ë Sau ®©y ta xem xÐt mèi quan hÖ gi÷a nång ®é h×nh 1 nh trªn nh ng thêi gian ¸p ®iÖn tr êng ion clo tù do v* ion clo tæng sè. 4 giê. Sau ®ã chóng t«i ®n tiÕn h*nh ph©n tÝch NhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu ®n cho thÊy h*m l îng ion clo tæng sè (ph ¬ng ph¸p r»ng mèi quan hÖ gi÷a nång ®é cña ion clo tù ASTM C1152-90) v* h*m l îng ion clo cña do v* ion clo tæng sè cã mèi quan hÖ tuyÕn tÝnh n íc chiÕt (ion clo tù do trong lç trèng v* ion [8, 9, 10]. Nh vËy nÕu trong ph ¬ng tr×nh (2) clo hÊp thô vËt lý) (ph ¬ng ph¸p ASTM ta thay nång ®é ion clo tæng b»ng nång ®é ion C1218-92). KÕt qu¶ tr×nh b*y trong b¶ng 2. 107
H×nh 4: Mèi quan hÖ gi÷a nång ®é ion clo tæng v* ion clo tù do [9]. B¶ng 2: H*m l îng clo (% khèi l îng mÉu) (tû lÖ n íc : xi m¨ng : c¸t = 1 : 2,8 : 0,5) §é s©u (cm) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 H*m l îng Cl tæng sè 0,086 0,076 0,041 0,035 0,033 H*m l îng Cl n íc chiÕt 0,086 0,074 0,037 0,012 0,012 B¶ng 3: H*m l îng Cl trong n íc Ðp (tû lÖ n íc : xi m¨ng = 0,60; 1% Cl (NaCl); tuæi cña mÉu ~ 3 th¸ng) H*m l îng Cl STT Th«ng tin vÒ mÉu Gi¸ trÞ ®o (ppm) §é lÖch chuÈn v* hÖ sè biÕn thiªn 1 9850 2 C¸c mÉu 1 – 5 chuÈn bÞ tõ 9400 3 v÷a cïng trén 9000 §é lÖch chuÈn 269 ppm 4 9600 5 9100 HÖ sè biÕn thiªn 2,9% 6 9600 7 9300 8 C¸c mÉu 6 – 11 trén riªng 9600 9 9150 10 9600 11 9200 108
KÕt qu¶ cho thÊy r»ng l îng ion clo tham mßn ë t¹i mét kho¶ng c¸ch x (kho¶ng c¸ch tõ gia liªn kÕt hãa häc trong bª t«ng l* kh«ng ®¸ng bÒ mÆt bª t«ng ®Õn cèt thÐp) ®n biÕt. kÓ, m* chñ yÕu tån t¹i d íi d¹ng ion clo tù do trong n íc lç trèng v* d¹ng hÊp phô vËt lý. Nã T(i liÖu tham kh¶o còng phï hîp víi c¸c sè liÖu vÒ h*m l îng ion clo trong n íc lç trèng thu ® îc bëi J. Tritthart 1. P. Baron, J. P. Oliver. La durabilitÐ des b»ng ph ¬ng ph¸p Ðp [2] ®èi víi mÉu tû lÖ n íc bÐtons. Press de l’Ecole Nationale des : xi m¨ng = 0,60 v* h*m l îng clo 1% khèi Ponts et ChassÐes, Paris (1992). l îng mÉu (d íi d¹ng NaCl) nh ë b¶ng 3. 2. J. Tritthart. Cement and Concrete Research, Qua trªn ta thÊy chñ yÕu Cl n»m trong Vol. 19, P. 586 - 594 (1989). n íc lç trèng v* hÊp phô vËt lý. V× vËy viÖc sö 3. Tang Luping and Lars Olof Nilsson. ACI dông nång ®é ion clo tæng sè kh«ng ¶nh h ëng Materials Journal, January–February, ®Õn viÖc ®¸nh gi¸ sù ¨n mßn cèt thÐp. Ph ¬ng (1992). ph¸p x¸c ®Þnh h*m l îng cña riªng ion clo tù 4. P. Kumar Mehta. Concrete in the marine do trong n íc lç trèng l* mét vÊn ®Ò rÊt khã environment. Elsevier Applied Science, kh¨n, hiÖn nay ng êi ta th êng sö dông ph ¬ng London and New York (1991). ph¸p Ðp [2], bëi v× nÕu dïng ph ¬ng ph¸p chiÕt th× ion clo hÊp phô vËt lý sÏ ®i v*o dung dÞch sÏ 5. Phan L ¬ng CÇm, NguyÔn Ngäc Phong. ¡n g©y nªn sai lÖch, tõ ®ã ch a cã ý kiÕn n*o vÒ mßn v* b¶o vÖ cèt thÐp trong bª t«ng. Héi h*m l îng ion clo liªn kÕt hãa häc l* kh«ng th¶o vÒ C«ng nghÖ xi m¨ng v* bª t«ng, H* ®¸ng kÓ so víi l îng ion clo cã thÓ g©y nªn sù Néi (1996). ¨n mßn thÐp. Qua tr×nh b*y ë trªn ta thÊy clo 6. P. V. Tuong, T. Duong, and D. U. Van. tån t¹i trong bª t«ng chñ yÕu d íi d¹ng kh«ng Comments on the mathematical model of liªn kÕt hãa häc, v× vËy viÖc x¸c ®Þnh h*m Tang Luping and Lars Olof Nilsson for l îng clo tæng sè hay clo trong n íc chiÕt rapid determination of the chloride kh«ng cho sù sai kh¸c mÊy. diffusivity in concrete by applying an electrical field. International Conference IV - KÕt luËn On Concrete In Marine Environments, Hanoi (2002). ViÖc sö dông m« h×nh to¸n häc cã sö dông ®iÖn tr êng ®Ó x¸c ®Þnh nhanh hÖ sè khuÕch t¸n 7. TrÇn D ¬ng, Phan V¨n T êng, TrÇn Thóy ion clo trong bª t«ng l* mét vÊn ®Ò ho*n to*n Nga. T¹p chÝ Hãa häc, TËp 41, sè 3 (2003). míi mÎ, tõ m« h×nh to¸n häc ® îc ® a ra bëi 8. B. Martin-PÐrez, H. Zibara, R. D. Hooton, Tang Luping v* Olof Nilsson chóng t«i x¸c ®Þnh M. D. A. Thomas. Cement and Concrete ® îc hÖ sè khuÕch t¸n cña ion clo trong bª t«ng Research, Vol. 30, P. 1215 - 1223 (2000). [6]. 9. Xinying Lu, Cuiling Li, Haixia Zhang. Chóng t«i thÊy r»ng ®Ó ®¸nh gi¸ ion clo ph¸ Cement and Concrete Research, Vol. 32, P. hñy cèt thÐp chØ cÇn x¸c ®Þnh tæng sè ion clo, 323 - 326 (2002). viÖc n*y thùc hiÖn dÔ h¬n nhiÒu so víi ph ¬ng 10. David Trejo. Evaluation of the critical ph¸p dïng n íc chiÕt. chloride threshold and corrosion rate for ViÖc ¸p dông ®iÖn tr êng cho phÐp x¸c different steel reinforcement types. Downloa- ®Þnh nhanh hÖ sè khuÕch t¸n cña clo trong bª ded from “http://www.mmfxsteel.com/PDF/ t«ng, v* tõ hÖ sè khuÕch t¸n ta cã thÓ tiªn ®o¸n val%20of%20the%20Critical%20Chloride% thêi gian nång ®é ion clo ®¹t tíi ng ìng ¨n 20 Threshold%2007-24-02.pdf”. 109