Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng anốt hy sinh trong điều kiện Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:90

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ăn mòn kim loại là quá trình tự phá huỷ của các kim loại dưới tác động của môi trường xung quanh dẫn đến sự thay đổi những tính chất hóa lý của chúng. Sự ăn mòn và hậu quả do ăn mòn gây ra là rất lớn. Luận văn tiến hành nghiên cứu khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng anốt hy sinh trong điều kiện Việt Nam

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu khả năng chống ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng anốt hy sinh trong điều kiện Việt Nam

Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ----------*** ---------- LUËN v¨n th¹c SÜ Khoa häc Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Ngµnh : C«ng nghÖ Ho¸ häc M· sè : Vò thÕ Ph-¬ng Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: TS. HOµNG THÞ BÝCH THUû Hµ Néi - 2009
1 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Lêi c¶m ¬n LuËn v¨n nµy ®-îc thùc hiÖn t¹i Trung t©m Nghiªn cøu ¨n mßn vµ b¶o vÖ kim lo¹i - Tr-êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi vµ t¹i Trung t©m T- vÊn chèng ¨n mßn vµ X©y dùng - ViÖn Khoa häc C«ng nghÖ X©y dùng. T«i xin ®-îc bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµnh vµ s©u s¾c tíi: TS. Hoµng ThÞ BÝch Thñy ng-êi ®· tËn t×nh h-íng dÉn vµ gióp ®ì t«i trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu vµ hoµn thµnh luËn v¨n. C¸c c¸c bé trong Trung t©m n¬i t«i thùc tËp vµ c«ng t¸c ®· gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm vµ gãp ý cho t«i ®Ó luËn v¨n nµy hoµn thiÖn h¬n. T«i còng xin ®-îc bµy tá sù biÕt ¬n ®Õn Ban Gi¸m hiÖu, ViÖn §µo t¹o sau ®¹i häc, Ban Chñ nhiÖm khoa C«ng nghÖ ho¸ häc, Bé m«n C«ng nghÖ ®iÖn ho¸ vµ b¶o vÖ kim lo¹i, Tr-êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp. Cuèi cïng t«i xin ®-îc göi lêi c¶m ¬n tíi gia ®×nh, b¹n bÌ, nh÷ng ng-êi ®· lu«n bªn t«i, ®éng viªn khuyÕn khÝch t«i trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn luËn v¨n. Hµ Néi, ngµy 10 th¸ng 11 n¨m 2009 Häc viªn Vò ThÕ Ph-¬ng LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
2 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Lêi cam ®oan Tªn t«i lµ: Vò ThÕ Ph-¬ng, häc viªn líp cao häc chuyªn ngµnh C«ng nghÖ §iÖn ho¸ vµ b¶o vÖ kim lo¹i, kho¸ 2007-2009. T«i xin cam ®oan b¶n luËn v¨n nµy lµ do t«i tù viÕt, sè liÖu nghiªn cøu thu ®-îc tõ thùc nghiÖm vµ kh«ng sao chÐp. Häc viªn Vò ThÕ Ph-¬ng LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
3 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam môc lôc Môc lôc ………………………………………………………………………... 3 Danh môc h×nh …………………………………………………………...…. 5 Danh môc b¶ng ……………………………………………………………... 6 më ®Çu …………………………………………………………………………. 7 ch-¬ng I. Tæng quan ………………………………………………...... 11 I.1 ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng ……………………………. …… 11 I.1.1 HiÖn t-îng thô ®éng cèt thÐp trong bª t«ng …………………………….... 11 I.1.2 Nguyªn nh©n, c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng ……... 13 I.1.3 ¡n mßn cèt thÐp trong bª t«ng cña c«ng tr×nh biÓn ……………………… 20 I.2 C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ cèt thÐp trong bª t«ng khái ¨n mßn do ion clo …………………………………………………………….. 23 I.2.1 BiÖn ph¸p b¶o vÖ c¬ b¶n …………………………………………………... 24 I.2.2 BiÖn ph¸p b¶o vÖ hç trî …………………………………………………..... 24 I.3 b¶o vÖ catèt trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh ..........…….. 30 I.3.1 Ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ catèt ………………………………………………..... 30 I.3.2 VËt liÖu anèt trong hÖ b¶o vÖ catèt ……………………………………….. 32 I.3.3 T×nh h×nh nghiªn cøu và øng dông anèt kÏm dïng chèng ¨n mßn cho cèt thÐp ……………………………………………………………………………..... 34 Ch-¬ng II. Thùc nghiÖm vµ ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu 37 II.1 ChuÈn bÞ thÝ nghiÖm ……………………………………………..….... 37 II.1.1 Cèt thÐp ………………………………………………………………….... 37 II.1.2 Xi m¨ng ………………………………………………………………….... 37 II.1.3 C¸t ………………………………………………………………………..... 37 II.1.4 §¸ ………………………………………………………………………..... 37 II.1.5 Anèt hy sinh ……………………………………………………………..... 37 II.2 Dung dÞch vµ ®iÒu kiÖn thÝ nghiÖm ………………………..…..... 38 II.3 C¸c th«ng sè cÇn ®o vµ ph-¬ng ph¸p ®o ……………….……. 38 II.3.1 Ph-¬ng ph¸p ®o ®iÖn thÕ nöa pin haft-cell ………………………………. 38 II.3.2 Ph-¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë ph©n cùc ……………………………………….. 40 II.4 ThÝ nghiÖm nghiªn cøu hiÖu qu¶ b¶o vÖ cèt thÐp cña anèt hy sinh trong m«i tr-êng thö nghiÖm kh¾c nghiÖt ...... 41 II.4.1 Quy tr×nh thÝ nghiÖm …………………………………………………….... 41 LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
4 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam II.4.2 TiÕn hµnh ®o ……………………………………………………………..... 43 II.5 ThÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ ¶nh h-ëng cña ANHS ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp t¹i vïng l©n cËn sau söa ch÷a ……... 43 II.5.1 Quy tr×nh thÝ nghiÖm …………………………………………………….... 43 II.5.2 TiÕn hµnh ®o ……………………………………………………………..... 46 Ch-¬ng III. Nghiªn cøu t¸c dông b¶o vÖ cña Anèt hy sinh ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª 47 t«ng theo thêi gian …………………………………………………. III.1 §iÖn thÕ cèt thÐp ………………………………………………..….... 47 III.1.1 Tr-êng hîp bª t«ng s¹ch (kh«ng cã ion Cl- trong bª t«ng) …………….. 47 III.1.2 Tr-êng hîp bª t«ng s¹ch (kh«ng cã ion Cl- trong bª t«ng) vµ ®-îc g¾n b»ng anèt hy sinh ………………………….…………………………………...... 48 - III.1.3 Tr-êng hîp BT cã nhiÔm ion Cl (2% NaCl theo khèi l-îng xi m¨ng cã trong BT) ……………………………………………………………………….... 49 - III.1.4 Tr-êng hîp bª t«ng (cã ion Cl trong bª t«ng) vµ ®-îc g¾n anèt hy sinh 50 III.2 Tèc ®é ¨n mßn b»ng ph-¬ng ph¸p ®o ®iÖn trë ph©n cùc 52 III.3 NhËn xÐt ……………………………………………………………......... 53 Ch-¬ng iV. nghiªn cøu ¶nh h-ëng cña anèt hy sinh ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp t¹i vïng l©n cËn 54 khi söa ch÷a bª t«ng ……………………………………………….... IV.1 Kh¶o s¸t ®iÖn thÕ ¨n mßn cña cèt thÐp ……………….……. 54 IV.1.1 Tr-êng hîp thÐp bÞ gØ (kh«ng cã ion Cl- trong bª t«ng) ………………... 54 IV.1.2 Tr-êng hîp thÐp bÞ gØ vµ cã ion Cl- trong bª t«ng …………………….... 55 IV.1.3 Tr-êng hîp ®èi víi mÉu söa ch÷a …………………………………......... 56 IV.1.4 Tr-êng hîp ®èi víi mÉu söa ch÷a vµ ®-îc b¶o vÖ b»ng anèt hy sinh ..... 58 IV.2 Kh¶o s¸t tèc ®é ¨n mßn …………………………………............. 59 IV.2.1 Kh¶o s¸t tèc ®é ¨n mßn cña c¶ thanh thÐp …………………………….... 59 IV.2.2 Kh¶o s¸t tèc ®é ¨n mßn khi c¾t mÉu …………………………………..... 60 IV.3 NhËn xÐt ……………………………………………………………........ 66 KÕt luËn …………………………………………………………………...... 67 Tµi liÖu tham kh¶o …………………………………………………..... 68 phô lôc …………………………………...………………………………...... 72 I LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
5 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Danh môc h×nh H×nh I.1 - Líp mµng thô ®éng cña cèt thÐp trong bª t«ng bÞ ph¸ vì …………. 16 H×nh I.2 - C¬ chÕ ¨n mßn ®iÖn ho¸ thÐp trong bª t«ng cã mÆt ion Cl- ……....... 19 H×nh I.3 - Gi¶n ®å E - pH ®èi víi cèt thÐp trong bª t«ng theo Pedeferi ….….... 31 H×nh II.1 - CÊu t¹o anèt hy sinh ®Ó b¶o vÖ cèt thÐp trong bª t«ng …………..... 37 H×nh II.2 - S¬ ®å ®o ®iÖn thÕ cèt thÐp trong bª t«ng ………………………….. 39 H×nh II.3 - M« h×nh thÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ b¶o vÖ cèt thÐp cña anèt hy sinh trong m«i tr-êng thö nghiÖm kh¾c nghiÖt ……………………………….. 42 H×nh II.4 - M« h×nh thÝ nghiÖm ®¸nh gi¸ ¶nh h-ëng cña anèt hy sinh ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp t¹i vïng l©n cËn sau söa ch÷a …………………….. 44 H×nh III.1 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu S1 … 48 H×nh III.2 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu S1-A ……… 49 H×nh III.3 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu S2 … 50 H×nh III.4 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu S2-A ……… 51 H×nh III.5 - Sù thay ®æi tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian ………………. 52 H×nh IV.1 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu L1 ... 55 H×nh IV.2 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu L2 ... 56 H×nh IV.3 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu L3 ... 57 H×nh IV.4 - Sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a c¸c vÞ trÝ theo thêi gian cña mÉu L3 ... 57 H×nh IV.5 - Sù thay ®æi ®iÖn thÕ cèt thÐp theo thêi gian cña mÉu L3-A ……… 58 H×nh IV.6 - Sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a c¸c vÞ trÝ theo thêi gian cña mÉu L3-A 58 H×nh IV.7 - Sù thay ®æi tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp theo thêi gian ……………...... 60 H×nh IV.8 - Sù thay ®æi tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp theo tõng ®o¹n ……………… 61 H×nh IV.9 - BÆt cèt thÐp cña mÉu L3 t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau ………………… 63 H×nh IV.10 - BÆt cèt thÐp cña mÉu L3-A t¹i c¸c vÞ trÝ kh¸c nhau …………….. 65 LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
6 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Danh môc b¶ng B¶ng I.1 - Niªn h¹n x¶y ra h- háng kÕt cÊu BTCT th-êng gÆp trong m«i 21 tr-êng biÓn ViÖt Nam ……………………………….....………………………... B¶ng I.2 - T×nh tr¹ng ¨n mßn kÕt cÊu BTCT vïng biÓn mét sè n-íc §«ng Nam 23 ¸ vµ NhËt B¶n ……………………………….....……………………………....... B¶ng II.1 - §¸nh gi¸ kÕt qu¶ kh¶ n¨ng cèt thÐp bÞ ¨n mßn trong bª t«ng …….. 40 B¶ng II.2 - Thµnh phÇn cÊp phèi bª t«ng dïng trong nghiªn cøu hiÖu qu¶ ….... 43 B¶ng II.3 - Thµnh phÇn cÊp phèi bª t«ng dïng trong nghiªn cøu khi söa ch÷a 45 LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
7 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Më ®Çu ¨n mßn kim lo¹i lµ qu¸ tr×nh tù ph¸ huû cña c¸c kim lo¹i d-íi t¸c ®éng cña m«i tr-êng xung quanh dÉn ®Õn sù thay ®æi nh÷ng tÝnh chÊt ho¸ lý cña chóng. Sù ¨n mßn vµ hËu qu¶ do ¨n mßn g©y ra lµ rÊt lín. Toµn thÕ giíi -íc tÝnh cã ®Õn 10% l-îng thÐp bÞ gØ hµng n¨m vµ t¹i c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn, chi phÝ do ¨n mßn kim lo¹i chiÕm kho¶ng 3 - 4% tæng s¶n phÈm quèc gia (GNP) [3]. ë ViÖt Nam, hiÖn ch-a cã sè liÖu thèng kª chÝnh x¸c, nh-ng do ®iÒu kiÖn khÝ hËu ®Æc thï cña n-íc ta lµ nãng Èm, tæn thÊt do ¨n mßn ch¾c ch¾n kh«ng nhá. NÕu t¹m tÝnh lµ 3,5% GDP, th× hµng n¨m thiÖt h¹i do ¨n mßn lµ h¬n 700 triÖu USD. Sù ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng dÉn ®Õn sù ph¸ huû kÕt cÊu rÊt nghiªm träng. VÝ dô ®iÓn h×nh nh-, n¨m 1967, c©y cÇu nèi Point Pleasant, phÝa T©y Virginia víi Kanauga, Ohio bÞ sËp bëi rÊt nhiÒu bé phËn kÕt cÊu xuèng cÊp do ¨n mßn. Th¸ng 5 n¨m 2000, sù cè sËp cÇu ®i bé ë B¾c Carolina lµm th-¬ng h¬n 100 ng-êi. C©y cÇu Dickson ë Montreal n¨m 1990 còng bÞ ngõng ho¹t ®éng do sù ¨n mßn lµm xuèng cÊp. Ngµy 28/8/2003 mét c©y cÇu bª t«ng qua s«ng Daman Ganga, miÒn t©y Ên §é bÞ sËp, lµm 25 ng-êi thiÖt m¹ng, nguyªn nh©n lµ do cÇu qu¸ cò n¸t (trong ®ã cèt thÐp bÞ ¨n mßn) [21]. GÇn ®©y nhÊt lµ vµo ngµy 01/8/2007, mét th¶m ho¹ ®· x¶y ra t¹i bang Minnesota khi mét c©y cÇu träng yÕu b¾c qua s«ng Missisippi cña n-íc Mü bÊt ngê sËp ngay vµo giê cao ®iÓm buæi tèi, nhÊn ch×m nhiÒu xe «t«, lµm 13 ng-êi thiÖt m¹ng vµ nhiÒu ng-êi bÞ th-¬ng mµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n g©y ra sËp cÇu lµ do bÞ ¨n mßn. ë ViÖt Nam ch-a cã tr-êng hîp nµo x¶y ra nghiªm träng vÒ ng-êi nh-ng ®· g©y thiÖt h¹i lín vÒ kinh tÕ. Tiªu biÓu ph¶i kÓ ®Õn c«ng tr×nh bÖnh viÖn K67 Qu¶ng Ninh ®-îc x©y dùng vµo n¨m 1990 vµ ®-a vµo sö dông n¨m 1993, tæng diÖn tÝch sµn cña toµn bé khu nhµ lµ 5000m2 nh-ng chØ sau 10 n¨m sö dông c«ng tr×nh ®· ph¶i dì bá hoµn toµn do kh«ng an toµn trong qu¸ tr×nh sö dông vµ cã thÓ sËp bÊt cø lóc nµo. Nguyªn nh©n chÝnh lµ do sö dông c¸t nhiÔm mÆn ®Ó ®óc bª t«ng dÉn ®Õn kÕt cÊu bª t«ng cèt thÐp [BTCT] bÞ ¨n mßn rÊt nhanh chãng [2]. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
8 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Bª t«ng cèt thÐp lµ mét trong nh÷ng vËt liÖu x©y dùng ®-îc sö dông rÊt phæ biÕn hiÖn nay. ViÖc tiªu thô bª t«ng trªn toµn thÕ giíi ®øng hµng thø hai chØ sau viÖc tiªu thô n-íc víi h¬n 1tÊn/ng-êi/n¨m [22]. Theo thêi gian th× sù xuèng cÊp cña c¸c c«ng tr×nh BTCT, nhÊt lµ c¸c c«ng tr×nh lµm viÖc trong m«i tr-êng cã hµm l-îng ion Cl- cao (m«i tr-êng biÓn, c«ng nghiÖp ho¸ chÊt cã chøa Cl-…) ®Òu tiÒm Èn kh¶ n¨ng x©m thùc m¹nh ®èi víi kÕt cÊu BTCT dÉn ®Õn h- háng c«ng tr×nh. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi: Cïng víi sù ph¸t triÓn kinh tÕ - x· héi, sè l-îng c¸c c«ng tr×nh x©y dùng ngoµi kh¬i vµ däc theo bê biÓn n-íc ta ®ang t¨ng nhanh, trong ®ã c¸c c«ng tr×nh cã sö dông kÕt cÊu BTCT ngµy cµng ph¸t triÓn. N-íc ta cã bê biÓn kÐo dµi trªn 3200 km vµ kÕt hîp víi ®iÒu kiÖn ®Æc thï cña ViÖt Nam lµ m«i tr-êng khÝ hËu nãng Èm víi nhiÖt ®é trung b×nh cao, ®é Èm lín, thêi gian Èm -ít kÐo dµi lµ c¸c t¸c nh©n ®Èy nhanh tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng. C¸c biÖn ph¸p b¶o vÖ chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng bao gåm: n©ng cao chÊt l-îng bª t«ng; t¨ng chiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp; ph-¬ng ph¸p s¬n phñ (phñ bÒ mÆt bª t«ng, s¬n phñ cèt thÐp); sö dông thÐp hîp kim, thÐp kh«ng gØ; sö dông chÊt øc chÕ ¨n mßn; ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ catèt… Mçi ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ chèng ¨n mßn ®Òu cã -u ®iÓm, nh-îc ®iÓm nªn tuú theo ®iÒu kiÖn vµ tÝnh chÊt cña c«ng tr×nh mµ lùa chän ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ thÝch hîp. Ph-¬ng ph¸p sö dông anèt hy sinh trong hÖ b¶o vÖ catèt ®-îc ¸p dông ®Çu tiªn ë Mü vµo nh÷ng n¨m 1970 ®Ó b¶o vÖ mÆt cÇu chèng l¹i ¨n mßn cèt thÐp do ng-êi ta r¶i muèi ®Ó lµm tan b¨ng. B¾t ®Çu tõ nh÷ng n¨m 1980, ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ nµy ®-îc ¸p dông cho c¸c c«ng tr×nh x©y dùng nh-: toµ nhµ, c«ng tr×nh biÓn, ®-êng hÇm, mÆt cÇu vµ c¸c c«ng tr×nh ngÇm ë c¸c n-íc c«ng nghiÖp ph¸t triÓn nh- Mü, Ch©u ¢u. Tæng kÕt trªn thÕ giíi cho thÊy ®Õn n¨m 2000, ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ catèt ®· ®-îc ¸p dông ®Ó chèng ¨n mßn cho 2.000.000 m2 diÖn tÝch bÒ mÆt c«ng tr×nh BTCT [27]. Anèt hy sinh trªn c¬ së hîp kim kÏm ®-îc sö dông nhiÒu ®Ó b¶o vÖ cho kÕt cÊu thÐp. §èi víi c«ng tr×nh BTCT th× kÏm cã thÓ ®-îc LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
9 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam dïng lµm anèt trong hÖ b¶o vÖ catèt d-íi d¹ng phun trùc tiÕp lªn bÒ mÆt bª t«ng ®Ó b¶o vÖ cho cèt thÐp, hoÆc dïng ë d¹ng l-íi, d¹ng tÊm hay d¹ng khèi ®Æt trong hoÆc ngoµi bª t«ng ë ViÖt Nam, mét sè ®¬n vÞ ®· b¾t ®Çu ®i s©u nghiªn cøu vÒ c«ng nghÖ chèng ¨n mßn cho cèt thÐp trong bª t«ng b»ng ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ catèt, tiªu biÓu ph¶i kÓ ®Õn Trung t©m nghiªn cøu ¨n mßn vµ b¶o vÖ kim lo¹i - Tr-êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi. MÆc dï ph-¬ng ph¸p b¶o vÖ catèt lµ ph-¬ng ph¸p rÊt h÷u hiÖu, cã hiÖu qu¶ b¶o vÖ tèt ngay c¶ víi c«ng tr×nh ®· bÞ nhiÔm ion Cl -, song ®Ó triÓn khai vµ ¸p dông ë ViÖt Nam cßn cÇn c¸c nghiªn cøu víi ®iÒu kiÖn m«i tr-êng vµ thi c«ng t¹i ViÖt Nam. XuÊt ph¸t tõ lý do nµy t¸c gi¶ ®· lùa chän chñ ®Ò nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ: ” Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam” . Môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi lµ: Môc tiªu cña ®Ò tµi lµ nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cho cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam, lµm râ t¸c dông b¶o vÖ cèt thÐp trong tr-êng hîp c«ng tr×nh thi c«ng míi vµ thi c«ng söa ch÷a chèng ¨n mßn c¸c c«ng tr×nh cò. §Ó ®¹t ®-îc môc tiªu ®Æt ra, ®Ò tµi cÇn gi¶i quyÕt c¸c nhiÖm vô sau ®©y: - Nghiªn cøu t¸c dông b¶o vÖ cña anèt hy sinh ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng theo thêi gian d-íi t¸c ®éng x©m thùc m¹nh cña m«i tr-êng thö nghiÖm kh¾c nghiÖt; - Nghiªn cøu ¶nh h-ëng cña anèt hy sinh ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp t¹i vïng l©n cËn khi söa ch÷a bª t«ng; ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi: KÕt qu¶ nghiªn cøu cña ®Ò tµi ®¸p øng nhu cÇu cÊp thiÕt vÒ gi¶i ph¸p chèng ¨n mßn hiÖu qu¶ cho c«ng tr×nh BTCT trong m«i tr-êng biÓn ViÖt Nam. Gi¶i ph¸p cã thÓ ®-îc øng dông hiÖu qu¶ trong c¸c tr-êng hîp sau: - §¶m b¶o tuæi thä c«ng tr×nh trong tr-êng hîp kh«ng ®¶m b¶o ®-îc biÖn ph¸p b¶o vÖ c¬ b¶n (m¸c bª t«ng hoÆc chiÒu dµy líp bª t«ng b¶o vÖ cèt thÐp LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
10 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam kh«ng ®¹t yªu cÇu ®Ó b¶o vÖ cèt thÐp chèng ¨n mßn clorua theo tiªu chuÈn TCXDVN 327 : 2004) [16]. - N©ng cao thêi gian sö dông c«ng tr×nh trong tr-êng hîp vËt liÖu ®Çu vµo bÞ nhiÔm mÆn tõ ®Çu hoÆc bª t«ng bÞ nhiÔm mÆn trong qu¸ tr×nh thi c«ng. Tr-êng hîp nµy x¶y ra khi thi c«ng ë vïng ®¶o xa khan hiÕm vËt liÖu s¹ch hoÆc thi c«ng trªn biÓn chÞu t¸c ®éng cña thuû triÒu, sãng biÓn trong qu¸ tr×nh thi c«ng. - N©ng cao h¬n n÷a tuæi thä c«ng tr×nh trong c¸c m«i tr-êng x©m thùc kh¾c nghiÖt. Theo kÕt qu¶ kh¶o s¸t trªn c¸c c«ng tr×nh biÓn ë ViÖt Nam cho thÊy trong vïng n-íc lªn xuèng vµ sãng ®¸nh mÆc dï kÕt cÊu cã m¸c bª t«ng cao (M40) chiÒu dµy b¶o vÖ lín (50mm) nh-ng vÉn kh«ng thÓ ®¶m b¶o ®-îc tuæi thä c«ng tr×nh trªn 50 n¨m, lý do lµ ion Cl- thÈm thÊu vµo qu¸ nhanh d-íi t¸c ®éng x©m thùc m¹nh cña m«i tr-êng [1]. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
11 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam ch-¬ng I. Tæng quan I.1 ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng I.1.1 HiÖn t-îng thô ®éng cèt thÐp trong bª t«ng a. M«i tr-êng bª t«ng Bª t«ng lµ hçn hîp cña xi m¨ng (chñ yÕu lµ xi m¨ng Portland) víi cèt liÖu th« (®¸, sái), cèt liÖu mÞn (c¸t) vµ n-íc. Ngoµi ra ng-êi ta cã thÓ cho thªm c¸c phô gia, tro nhiªn liÖu, xØ lß cao…®Ó n©ng cao tÝnh chÊt cña bª t«ng. M«i tr-êng bª t«ng lµ m«i tr-êng dÉn ®iÖn do bª t«ng cã cÊu tróc lç xèp, c¸c mao qu¶n chøa dung dÞch ®iÖn ly. TÝnh chÊt hãa lý cña bª t«ng phô thuéc vµo thµnh phÇn vµ tÝnh chÊt cña phèi liÖu bª t«ng, qu¸ tr×nh chÕ t¹o, b¶o d-ìng bª t«ng vµ ®-îc x¸c ®Þnh bëi ph¶n øng cña bª t«ng víi m«i tr-êng xung quanh. Sù kÕt hîp cèt thÐp víi bª t«ng sÏ lµm t¨ng søc bÒn chèng ngo¹i lùc, t¹o ra sù v÷ng ch¾c cho c«ng tr×nh. Líp bª t«ng bao bäc bªn ngoµi b¶o vÖ cho cèt thÐp tr¸nh ®-îc nh÷ng t¸c ®éng c¬ häc vµ hãa häc cña m«i tr-êng. CÊu tróc cña v÷a xi m¨ng ®-îc t¹o ra do ph¶n øng gi÷a bét xi m¨ng vµ n-íc khi trén chóng víi nhau. Khi bª t«ng ®«ng cøng ë mÆt ngoµi th× trong lßng khèi bª t«ng qu¸ tr×nh hy®rat vÉn x¶y ra. S¶n phÈm hy®rat hãa cña xi m¨ng Portland th«ng th-êng gåm cã hai lo¹i: - C¸c tinh thÓ t-¬ng ®èi lín canxihy®roxit [Ca(OH)2] chiÕm kho¶ng 20% trong l-îng vËt chÊt. - C¸c h¹t rÊt nhá ë d¹ng gel C-S-H cã thµnh phÇn trung b×nh 3CaO.2SO4.2H2O. Trong qu¸ tr×nh ®ãng r¾n cña bª t«ng, c¸c thµnh phÇn kho¸ng cña xi m¨ng bÞ thñy hãa t¹o ra m«i tr-êng ban ®Çu cã ®é kiÒm cao (pH13). Khi bª t«ng ®«ng cøng, n-íc cßn l¹i ®-îc gi÷ trong c¸c lç xèp cña khèi bª t«ng vµ mét phÇn n-íc ®-îc sö dông ®Ó t¹o ra s¶n phÈm hy®rat hãa. Qu¸ tr×nh thuû ho¸ vÉn tiÕp tôc x¶y ra ngay c¶ trong thêi gian sö dông cña bª t«ng [12]. Tïy thuéc vµo m«i tr-êng bªn ngoµi vµ kh¶ n¨ng thÊm -ít cña bª t«ng mµ l-îng n-íc trong lç xèp cã thÓ thay ®æi. N-íc trong lç xèp bª t«ng lu«n chøa c¸c ion hßa tan tõ xi m¨ng, do ®ã ®-îc gäi lµ dung dÞch lç. Sau vµi ngµy diÔn ra qu¸ LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
12 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam tr×nh hy®rat hãa, dung dÞch lç cña hÇu hÕt c¸c lo¹i bª t«ng ®Òu chøa ion kiÒm (K+, Na+), hy®roxit (OH-) víi nång ®é t-¬ng ®èi cao vµ ion Ca2+, SO42- víi l-îng nhá h¬n. Nång ®é ion OH- trong dung dÞch lç th-êng kh¸ cao b»ng 0,51 mol/l, thËm chÝ c¶ khi c¸c lç xèp cña bª t«ng ®-îc ®iÒn ®Çy dung dÞch. NÕu bª t«ng bÞ kh« tõng phÇn, nång ®é OH- cã thÓ cao h¬n, gi¸ trÞ pH t-¬ng ®-¬ng víi nång ®é OH- cao lµ kho¶ng 13. C¸c yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn ®é pH cña dung dÞch lç trong bª t«ng gåm: - L-îng kiÒm trong xi m¨ng, l-îng xi m¨ng ®-îc sö dông ®Ó chÕ t¹o bª t«ng. - Tû lÖ n-íc/xi m¨ng, sù tr«i kiÒm ra khi khèi bª t«ng ngËp trong n-íc, sù ph¶n øng cña kiÒm víi c¸c thµnh phÇn cña phèi liÖu ®Ó t¹o ra c¸c s¶n phÈm kh«ng hßa tan. - Sù x©m nhËp cña CO2 kh«ng khÝ g©y nªn hiÖn t-îng cacbonat hãa bª t«ng. §©y lµ yÕu tè lµm gi¶m pH bª t«ng m¹nh nhÊt. TÝnh chÊt hãa häc cña bª t«ng thay ®æi dÇn theo thêi gian do ¶nh h-ëng cña c¸c t¸c nh©n tõ m«i tr-êng bªn ngoµi x©m nhËp vµo trong bª t«ng. §èi víi c«ng tr×nh bª t«ng trong kh«ng khÝ th× hiÖn t-îng cacbonat hãa cã ¶nh h-ëng chÝnh tíi chÝnh chÊt hãa häc cña bª t«ng. Cßn ®èi víi c«ng tr×nh bª t«ng trong m«i tr-êng n-íc th× sù x©m nhËp cña SO42-, Cl- lµ yÕu tè ¶nh h-ëng chÝnh. CÊu tróc lç xèp, kÝch th-íc hÖ thèng lç vµ mao qu¶n cña bª t«ng phô thuéc vµo tû lÖ n-íc/xi m¨ng, thµnh phÇn phèi liÖu, ®Æc tÝnh cña c¸c vËt liÖu nh- xi m¨ng, c¸t, ®¸, sái, chÕ ®é b¶o d-ìng vµ c¸c phô gia (nÕu cã). C¸c tÝnh chÊt nh- ®é thÊm, ®é thÈm thÊu, tÝnh dÉn ®iÖn, kh¶ n¨ng khuÕch t¸n khÝ (CO2, O2) vµo trong bª t«ng lµ nh÷ng tÝnh chÊt vËt lý cña bª t«ng cã ¶nh h-ëng nhiÒu ®Õn qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng. §èi víi c«ng tr×nh bª t«ng trong biÓn, do ¶nh h-ëng cña thñy triÒu lªn xuèng mµ ®é thÈm thÊu lín h¬n rÊt nhiÒu so víi ®é thÈm thÊu cña bª t«ng ë vïng cao v× n-íc biÓn thÊm vµo c«ng tr×nh khi thñy triÒu lªn, khi thñy triÒu xuèng n-íc trong bª t«ng sÏ bay h¬i vµ ®Ó l¹i muèi ë bªn trong. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
13 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam ¤xy cã thÓ cã mÆt trong bª t«ng b»ng nhiÒu c¸ch kh¸c nhau nh-: trong qu¸ tr×nh trén bª t«ng ban ®Çu, do thÈm thÊu hoÆc do khuÕch t¸n. Sù cã mÆt cña «xy lµ nh©n tè quan träng ®èi víi qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp. Hµm l-îng «xy trong bª t«ng phô thuéc vµo diÖn tÝch bÒ mÆt bª t«ng vµ hÖ sè khuÕch t¸n cña «xy. Sù chuyÓn «xy vµo trong bª t«ng ®-îc tÝnh theo ®¬n vÞ bÒ mÆt bª t«ng, vµo kho¶ng 3.10-14  2.10-3 molO2/cm2/s ®èi víi bª t«ng ë m«i tr-êng biÓn [12]. b. HiÖn t-îng thô ®éng cèt thÐp trong bª t«ng Cèt thÐp trong bª t«ng ®-îc ng¨n c¸ch víi m«i tr-êng bªn ngoµi bëi mét líp bª t«ng. Líp bª t«ng nh- mét hµng rµo hãa häc còng nh- vËt lý ®èi víi sù ¨n mßn cèt thÐp. Hµng rµo hãa häc ®-îc hiÓu lµ m«i tr-êng kiÒm cao cña dung dÞch ®iÖn ly trong bª t«ng. Nhê m«i tr-êng nµy, mµng thô ®éng ®-îc h×nh thµnh vµ duy tr× trªn bÒ mÆt cèt thÐp cã t¸c dông b¶o vÖ cèt thÐp. ë ®iÒu kiÖn b×nh th-êng m«i tr-êng trong bª t«ng cã pH  13, mµng thô ®éng ®-îc h×nh thµnh trªn bÒ mÆt cèt thÐp ë d¹ng Fe2O3.Fe3O4 cã chiÒu dµy kho¶ng 10-3 m theo ph¶n øng [12]: Fe + 2OH-  Fe(OH)2 + 2e 3Fe(OH)2 + 2OH-  Fe3O4 + 4H2O + 2e 2Fe3O4 + 2OH-  3Fe2O3 + H2O + 2e Hµng rµo vËt lý lµ ®é dµy vµ kh¶ n¨ng chèng thÊm cña líp bª t«ng. Rµo ch¾n vËt lý quyÕt ®Þnh giíi h¹n ®é khuÕch t¸n cña c¸c t¸c nh©n ¨n mßn ®Õn bÒ mÆt cèt thÐp vµ v× vËy cã thÓ ng¨n c¶n c¸c ph¶n øng ¨n mßn x¶y ra kÓ c¶ trong tr-êng hîp mµng thô ®éng bÞ ph¸ vì. Qu¸ tr×nh ¨n mßn cã x¶y ra ®èi víi cèt thÐp trong bª t«ng hay kh«ng phô thuéc vµo líp vá bª t«ng, cô thÓ lµ phô thuéc vµo cÊu tróc lç xèp vµ m«i tr-êng kiÒm cao cña dung dÞch lç. I.1.2 Nguyªn nh©n, c¬ chÕ cña qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng Sù ¨n mßn cèt thÐp b¾t ®Çu khi mµng thô ®éng bÞ ph¸ vì. Sù ph¸ mµng thô ®éng cã thÓ x¶y ra ë mét vïng giíi h¹n trªn bÒ mÆt cèt thÐp nh- ë xung quanh c¸c vÕt nøt g©y ra ¨n mßn côc bé víi vïng ph¸ thô ®éng lµ anèt cña pin ¨n mßn, LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
14 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam hoÆc cã thÓ x¶y ra trªn ph¹m vi lín nh- trong tr-êng hîp bª t«ng xèp, khi ®ã bª t«ng cã thÓ bÞ cacbonat hãa do sù x©m nhËp cña CO2 lµm gi¶m m¹nh pH trong dung dÞch lç xuèng tíi 9 dÉn ®Õn cèt thÐp bÞ ¨n mßn m¹nh víi nhiÒu vÞ trÝ anèt ho¹t ®éng trªn bÒ mÆt cèt thÐp. Ngoµi ra sù ph¸ mµng thô ®éng cßn x¶y ra do sù cã mÆt trong dung dÞch lç mét sè ion cã kh¶ n¨ng ph¸ thô ®éng mµ ®iÓn h×nh lµ ion Cl-. Ion Cl- vµ mét vµi ion kh¸c cã ®Æc tÝnh t-¬ng tù cã t¸c dông lµm mÊt æn ®Þnh mµng thô ®éng, nÕu chóng cã mÆt víi nång ®é ®ñ cao th× t¸c dông cña chóng thùc sö lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n chÝnh g©y ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng. Sù cã mÆt cña ion Cl- trong bª t«ng cã thÓ do kh©u phèi liÖu sö dông chÊt ®ãng r¾n nhanh CaCl 2, hoÆc n-íc chøa ion clo hoÆc do ion Cl- x©m nhËp vµo bª t«ng trong qu¸ tr×nh sö dông nh- tr-êng hîp c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp lµm viÖc trong m«i tr-êng biÓn hoÆc c¸c c«ng tr×nh ®-êng giao th«ng ph¶i r¶i muèi ®Ó chèng ®ãng b¨ng. Nguyªn nh©n g©y ra ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng lµ do sù ph¸ mµng thô ®éng b¶o vÖ cèt thÐp. Mµng thô ®éng bÒn trong m«i tr-êng kiÒm, tuy nhiªn mµng cã thÓ bÞ ph¸ hñy khi pH gi¶m do qu¸ tr×nh cacbonat hãa hoÆc sù x©m nhËp cña ion Cl-. a. Sù ph¸ mµng thô ®éng do cacbonat hãa bª t«ng Sù ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng mét phÇn phô thuéc vµo ®é pH cña dung dÞch lç trong bª t«ng. Bª t«ng lµ lo¹i vËt liÖu cã cÊu tróc lç xèp, c¸c ph©n tö CO2 tõ m«i tr-êng bªn ngoµi x©m nhËp vµo bª t«ng, cã thÓ ph¶n øng víi gel C-S-H vµ Ca2+ trong dung dÞch lç: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O CaCO3 + H2O + CO2 = Ca(HCO3)2 KÕt qu¶ cña c¸c ph¶n øng nµo lµ sù gi¶m m¹nh pH cña dung dÞch lç tíi gi¸ trÞ 9 hoÆc nhá h¬n. V× mµng oxýt chØ tån t¹i trong m«i tr-êng pH > 10,5 nªn sù gi¶m pH do qu¸ tr×nh cacbonat hãa sÏ ¶nh h-ëng ®Õn mµng thùc hiÖn ®éng trªn bÒ mÆt cèt thÐp. Khi pH thÊp, mµng oxýt vÉn tån t¹i nh-ng kh«ng b¸m dÝnh lªn bÒ mÆt thÐp, do vËy kh«ng cã kh¶ n¨ng b¶o vÖ ¨n mßn. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
15 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Qu¸ tr×nh cacbonat hãa bª t«ng phô thuéc vµ nhiÒu yÕu tè nh-: tØ lÖ n-íc/xi m¨ng cña bª t«ng, thêi gian b¶o d-ìng, ®é thÈm thÊu vµ hÖ sè khuÕch t¸n cña bª t«ng, hµm l-îng CO2 bao quanh bª t«ng, kh¶ n¨ng hÊp thô CO2 cña bª t«ng, chÊt l-îng bÒ mÆt, thêi gian vµ ®iÒu kiÖn lµm viÖc cña c«ng tr×nh bª t«ng… Th«ng th-êng qu¸ tr×nh khuÕch t¸n CO2 vµo bª t«ng x¶y ra rÊt chËm, nhÊt lµ víi bª t«ng ngËp n-íc hoÆc bª t«ng Èm, nh-ng qu¸ tr×nh khuÕch t¸n cã thÓ x¶y ra nhanh h¬n t¹i c¸c vÕt nøt cña bª t«ng. Trong bª t«ng b·o hßa, sù x©m nhËp cña CO2 cã thÓ chØ x¶y ra bëi sù khuÕch t¸n cña CO2 ®· bÞ hßa tan trong dung dÞch lç, mµ l-îng CO2 hßa tµn trong dung dÞch lµ rÊt nhá. Sù ph¸ mµng thùc hiÖn ®éng do qu¸ tr×nh cacbonat hãa th-êng x¶y ra ®èi víi bª t«ng trong khÝ quyÓn. Nãi chung, thêi gian ®Ó sù cacbonat hãa x©m nhËp tõ ngoµi vµo ®Õn bÒ mÆt cèt thÐp lµ hµm cña ®é dµy bª t«ng vµ tèc ®é khuÕch t¸n cña CO2 kh«ng khÝ vµo bª t«ng, tøc lµ phô thuéc vµo ¸p suÊt riªng phÇn cña CO2 kh«ng khÝ xung quanh bª t«ng vµ ®é xèp cña bª t«ng. ¸p suÊt riªng phÇn cña CO2 trong m«i tr-êng c«ng nghiÖp cao h¬n b×nh th-êng. b. Sù ph¸ mµng thô ®éng do ion Cl- Trong m«i tr-êng x©m thùc m¹nh nh- m«i tr-êng biÓn, khi cã mÆt ion clorua, do chªnh lÖch nång ®é nªn ion nµy dÔ dµng khuÕch t¸n qua bÒ mÆt bª t«ng vµ tiÕn dÇn ®Õn cèt thÐp. Tèc ®é khuÕch t¸n phô thuéc nhiÖt ®é, ®é Èm, hµm l-îng clorua trong m«i tr-êng nh-ng chñ yÕu phô thuéc vµo chÊt l-îng bª t«ng. Khi xuÊt hiÖn ion clorua t¹i bÒ mÆt cèt thÐp, mét sè ion sÏ t×m ®Õn nh÷ng khu vùc cã khuyÕt tËt trªn líp mµng thô ®éng, ®©y lµ khu vùc kh«ng ®-îc b¶o vÖ vµ rÊt dÔ bÞ ph¸ hñy. Do ion clorua cã b¸n kÝnh nhá (0,181nm) nªn nã dÔ dµng x©m nhËp qua c¸c vÞ trÝ khuÕch t¸n cña líp mµng thô ®éng, tham gia ph¶n øng trùc tiÕp so víi s¾t t¹o thµnh d¹ng phøc s¾t clorua hßa tan. Tuy nhiªn, ¶nh h-ëng cña ion Cl- trong viÖc ph¸ thô ®éng thÐp, thËm chÝ ë gi¸ trÞ pH cao cã thÓ xem nh- ho¹t ®éng cña sù c©n b»ng gi÷a hai qu¸ tr×nh c¹nh tranh: sù æn ®Þnh cña mµng thô ®éng g©y ra bëi ion OH- vµ sù ph¸ thô ®éng g©y ra bëi ion Cl-. Tån t¹i mét nång ®é ion Cl- tíi h¹n phô thuéc vµo nång ®é OH- LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
16 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam trong dung dÞch lç cña bª t«ng. NÕu tû lÖ [Cl-]/[OH-]  0,6 th× sù ph¸ thô ®éng sÏ x¶y ra [26]. NghÜa lµ nång ®é ion clo g©y ra ¨n mßn cèt thÐp phô thuéc vµo pH cña m«i tr-êng bª t«ng. Khi pH < 11,5 cã thÓ x¶y ra ¨n mßn cèt thÐp ngay c¶ khi kh«ng cã mÆt ion clo. Khi pH > 11,5 th× sù ¨n mßn cèt thÐp chØ x¶y ra khi cã l-îng clo x¸c ®Þnh vµ l-îng ion Cl- t¨ng khi pH t¨ng. Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Cl- Bª t«ng Cl- Cl- Cl- ThÐp Líp mµng thô ®éng bÞ ph¸ vì Líp mµng thô ®éng H×nh I.1 - Líp mµng thô ®éng cña cèt thÐp trong bª t«ng bÞ ph¸ vì Trong thùc tÕ s¶n xuÊt, nång ®é Cl- giíi h¹n th-êng ®-îc x¸c ®Þnh th«ng qua tû lÖ phÇn tr¨m vÒ khèi l-îng so víi xi m¨ng. L-îng Cl- cho phÐp nhá h¬n 0,2% khèi l-îng xi m¨ng trong bª t«ng, khi nång ®é Cl- trong kho¶ng 0,2  0,4% th× nguy c¬ ¨n mßn xuÊt hiÖn nh-ng kh«ng th-êng xuyªn, nguy c¬ ¨n mßn cao nÕu l-îng Cl- lín h¬n 1% khèi l-îng xi m¨ng. Khi mµng thô ®éng bÞ ph¸ vì th× nÒn thÐp sÏ tiÕp tôc trùc tiÕp xóc víi c¸c t¸c nh©n g©y ¨n mßn vµ qu¸ tr×nh anèt x¶y ra lµm nÒn thÐp bÞ ¨n mßn, cßn qu¸ tr×nh catèt x¶y ra trªn mµng thô ®éng cña cèt thÐp, do cã sù chªnh lÖch ®iÖn thÕ gi÷a mµng thô ®éng vµ nÒn thÐp. c. C¬ chÕ cña qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng C¬ chÕ ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng d-íi t¸c ®éng cña ion Cl- ®· ®-îc ®Ò cËp trong nhiÒu tµi liÖu trong vµ ngoµi n-íc [9, 28]. Trong ®iÒu kiÖn b×nh th-êng, nguyªn tö s¾t ë tr¹ng th¸i æn ®Þnh do tæng sè electr«n b»ng sè pr«t«n. Nh-ng do líp ®iÖn tö ngoµi cïng cßn cã c¸c ®iÖn tö tù do nªn s¾t rÊt dÔ nh-êng 2 hoÆc 3 ®iÖn tö. Trong bª t«ng, s¾t cã thÓ tån t¹i chñ yÕu ë c¶ 3 d¹ng Fe0, Fe2+, Fe3+. Trong mçi tr¹ng th¸i ho¹t ®éng, Fe2+ hay Fe3+ cã LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
17 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam thÓ tham gia ph¶n øng hãa häc, hoÆc t¹o thµnh líp mµng oxit b¶o vÖ hoÆc cã thÓ g©y nªn ¨n mßn cèt thÐp. Khi kh«ng cã mÆt ion Cl-, líp mµng oxit ®-îc t¹o thµnh vµ rÊt æn ®Þnh, h¬n n÷a do cã m«i tr-êng pH cao (kho¶ng 12 ®Õn 13,5 ) nªn hÇu hÕt Fe2+ chuyÓn hãa thµnh d¹ng Fe3+, khi ®ã víi sù cã mÆt cña oxy víi mét nång ®é nhÊt ®Þnh nµo ®ã th× líp mµng oxÝt thô ®éng ®-îc t¹o nªn, b¶o vÖ cho thÐp kh«ng bÞ ph¸ hñy. Qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng x¶y ra khi cã mÆt ®Çy ®ñ ion Cl-, n-íc, oxy theo c¬ chÕ ®iÖn ho¸ víi c¸c ph¶n øng hãa häc cña c¸c qu¸ tr×nh anèt vµ catèt nh- sau: Qu¸ tr×nh anèt: S¾t ph¶n øng anèt víi ion Cl- t¹o thµnh phøc tan s¾t clorua: Fe + 2Cl-  FeCl2 + 2e- FeCl2  Fe2+ + 2Cl- Phøc tan s¾t clorua khuÕch t¸n ra phÝa ngoµi, n¬i cã pH cao h¬n, ë ®ã x¶y ra ph¶n øng t¹o thµnh thµnh s¾t II hy®roxyt: Fe2+ + 2OH-  Fe(OH)2 Khi oxy khuÕch t¸n trong lç rçng bª t«ng ®Õn vïng anèt nã sÏ «xy ho¸ Fe2+ thµnh Fe3+ : Fe(OH)2 + 1/2 H2O + 1/2O2  Fe(OH)3 2Fe(OH)3  Fe2O3.H2O + 2H2O Do ®ã s¶n phÈm ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng cã thÓ ë d¹ng nFeO.mFe2O3.xH2O. Khi ph©n tÝch trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö thÊy trªn bÒ mÆt cèt thÐp tån t¹i líp mµng thô ®éng chñ yÕu lµ s¾t (III) oxit bÒn v÷ng vµ mét sè phÇn s¾t (II) oxit th-êng bÞ khuyÕt tËt. C¸c ion ho¹t ®éng nh- ion Cl- th-êng x©m nhËp vµo nh÷ng vïng s¾t (II) oxit khuyÕt tËt nµy ®Ó kh¬i mµo qu¸ tr×nh ¨n mßn. Trong m«i tr-êng biÓn cã thÓ x¶y ra hai ®iÒu kiÖn ®Ó ph¸ huû mµng thô ®éng g©y ¨n mßn cèt thÐp lµ: - §é pH cña dung dÞch n-íc chiÕt xi m¨ng ë miÒn bª t«ng cËn cèt thÐp gi¶m d-íi gi¸ trÞ cÇn thiÕt ®Ó cã thÓ b¶o toµn mµng thô ®éng cèt thÐp; - Nång ®é ion Cl- v-ît qu¸ giíi h¹n nhÊt ®Þnh ®ñ kh¶ n¨ng ®Ó ph¸ huû mµng thô ®éng. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
18 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam Do chªnh lÖch nång ®é mµ ion Cl- sÏ khuÕch t¸n qua bÒ mÆt bª t«ng vµ tiÕn dÇn ®Õn cèt thÐp. Ion Cl- cã thÓ khuÕch t¸n trong bª t«ng ®Æc ch¾c qua cÊu tróc lç rçng mao dÉn cña ®¸ xim¨ng. Møc ®é khuyÕch t¸n phÇn lín dùa vµo c¸c yÕu tè gåm: tû lÖ n-íc/xim¨ng, lo¹i xi m¨ng, sù liªn kÕt víi ion Cl-, nhiÖt ®é, vµ tuæi cña bª t«ng. Khi xuÊt hiÖn ion Cl- t¹i bÒ mÆt cèt thÐp, nªn ion Cl- dÔ dµng th©m nhËp qua khu vùc khuyÕt tËt chñ yÕu lµ s¾t (II) oxit vµ ph¸ huû líp mµng thô ®éng. Qu¸ tr×nh catèt: Ph¶n øng catèt cña qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng lµ qu¸ tr×nh khö ph©n cùc «xy: O2 + 2H2O + 4e-  4OH- Tèc ®é cña qu¸ tr×nh ¨n mßn phô thuéc vµo nång ®é oxy trªn bÒ mÆt bª t«ng, kh¶ n¨ng khuÕch t¸n oxy vµo bª t«ng mµ kh¶ n¨ng khuÕch t¸n oxy vµo trong bª t«ng phô thuéc chñ yÕu vµo ®é dµy líp bª t«ng, ®é xèp, ®é Èm cña bª t«ng vµ nhiÖt ®é cña m«i tr-êng. Sau khi líp mµng thô ®éng bÞ ph¸ vì th× qu¸ tr×nh ¨n mßn míi x¶y ra. Do ®ã c¬ chÕ ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng gåm hai giai ®o¹n nèi tiÕp nhau: - Giai ®o¹n kh¬i mµo: lµ giai ®o¹n x¶y ra sù x©m nhËp cña ion clo hoÆc CO2 lµm gi¶m pH cña dung dÞch lç do qu¸ tr×nh cacbonat hãa, nh-ng ch-a x¶y ra ¨n mßn cèt thÐp. C¸c yÕu tè ¶nh h-ëng ®Õn giai ®o¹n nµy lµ nång ®é vµ kh¶ n¨ng khuÕch t¸n cña Cl-, CO2 ë quanh bÒ mÆt bª t«ng, ®é thÊm cña bª t«ng, chiÒu dµy líp bª t«ng. ViÖc x¸c ®Þnh gi¸ trÞ giíi h¹n nång ®é ion Cl- g©y ¨n mßn cèt thÐp cña giai ®o¹n nµy trong bª t«ng vÉn cßn nhiÒu ®iÒu ch-a s¸ng tá phô thuéc rÊt nhiÒu vµo c¸c ®iÒu kiÖn biªn kh¸c. Tiªu chuÈn kÕt cÊu bª t«ng cña NhËt B¶n gi¸ trÞ nµy ®-îc x¸c ®Þnh lµ 1,2kg/m3 bª t«ng [30]. Tiªu chuÈn Mü l¹i quy ®Þnh gi¸ trÞ giíi h¹n hµm l-îng ion Cl- ban ®Çu trong bª t«ng kh«ng v-ît qu¸ ng-ìng 0,6-0,9 kg/m3 bª t«ng [8]. Trong khi ion Cl- lµ t¸c nh©n trùc tiÕp kh¬i mµo ¨n mßn th× chóng chØ ®ãng vai trß gi¸n tiÕp quyÕt ®Þnh ®Õn tèc ®é ¨n mßn sau khi kh¬i mµo. Nh÷ng nh©n tè LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng
19 Nghiªn cøu kh¶ n¨ng chèng ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng b»ng anèt hy sinh trong ®iÒu kiÖn ViÖt Nam ®Çu tiªn liªn quan ®Õn tèc ®é ¨n mßn lµ hµm l-îng oxy, ®iÖn trë vµ ®é Èm. TÊt c¶ chóng cã quan hÖ mËt thiÕt víi nhau. - Giai ®o¹n ph¸t triÓn: lµ giai ®o¹n ph¸ mµng thô ®éng do sù x©m nhËp cña ion clo hoÆc gi¶m pH do sù cacbonat hãa bª t«ng. ë giai ®o¹n nµy ph¶n øng ¨n mßn cèt thÐp x¶y ra. Tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp bÞ khèng chÕ bëi hµm l-îng Cl-, cã mÆt trong bª t«ng, nhiÖt ®é vµ ®é Èm cña bª t«ng. Cµng nhiÒu ion Cl- trong bª t«ng th× kh¶ n¨ng x©m nhËp vµ ph¸ huû mµng thô ®éng cµng cao. S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh ¨n mßn lÇn l-ît ®-îc h×nh thµnh d-íi c¸c d¹ng FeO, Fe3O4, Fe(OH)2, Fe(OH)3, Fe(OH)3.3H2O… tÝch tô trªn bÒ mÆt kim lo¹i cã thÓ tÝch lín h¬n thÓ tÝch cña thÐp bÞ mÊt ®i trong ph¶n øng ¨n mßn (trung b×nh tõ 4 ®Õn 6 lÇn phô thuéc vµo sù cã mÆt vµ hµm l-îng oxy ë bÒ mÆt cèt thÐp), g©y øng suÊt trong bª t«ng xung quanh cèt thÐp dÉn ®Õn nøt vì. Sù nøt vì t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c t¸c nh©n g©y ¨n mßn dÔ dµng x©m nhËp vµo bª t«ng vµ tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp t¨ng nhanh khi líp bª t«ng b¾t ®Çu nøa. H×nh I.2 lµ s¬ ®å qu¸ tr×nh ¨n mßn cèt thÐp trong bª t«ng. M«i tr-êng x©m thùc ion clorua O2, H2O, Cl- H×nh I.2 - C¬ chÕ ¨n mßn ®iÖn ho¸ thÐp trong bª t«ng cã mÆt ion Cl- Ion Cl- tuy tån t¹i trong bª t«ng ë ba d¹ng kh¸c nhau: d¹ng liªn kÕt hãa häc, hÊp phô vËt lý víi thµnh lç vµ clo ë d¹ng tù do nh-ng nång ®é clo tù do míi ®ãng vai trß lµ t¸c nh©n g©y ¨n mßn cho cèt thÐp trong bª t«ng. Ion Cl- d¹ng liªn kÕt kh«ng g©y ¨n mßn cèt thÐp. Tèc ®é ¨n mßn cèt thÐp sÏ cao trong ®iÒu kiÖn m«i tr-êng bª t«ng kh« - -ít liªn tôc. LuËn v¨n th¹c sÜ Vò ThÕ Ph-¬ng