Luận án tiến sĩ ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm bê tông cốt thép

Luận án tiến sĩ phân tích ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của cầu dầm bê tông cốt thép, cung cấp giải pháp cải thiện.

• Tác giả: Võ Văn Nam
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thái Truyền
• Trường học: Đại học Giao thông Vận tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng Công trình giao thông
• Đề tài: Ảnh Hưởng Của Ăn Mòn Cốt Thép Đến Sức Kháng Uốn Cầu Bê Tông
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 2. TỔNG QUAN VÀ MẶC ĐỘ ĂN MÒN CẮT THÉP TRONG KẾT CẤU BÊ TÔNG CẮT THÉP
• 2.1. Khái niệm ăn mòn kim loại
• 2.2. Phân loại ăn mòn cốt thép trong cấu kiện BTCT
• 2.3. Thực trạng ảnh hưởng của mặc độ ăn mòn cốt thép đàn kết cấu dầm bê tông cốt thép ở mặt sỉ công trình cầu tại Việt Nam
• 2.3.1. Cầu Kênh K13 - tỉnh Tây Ninh
• 2.3.2. Cầu Cảng Bến Đầm - tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu
• 2.3.3. Cầu Diễn Kim – Tỉnh Nghệ An
• 2.3.4. Cầu Bình Long – tỉnh Bình Định
• 2.3.5. Cầu Phước Lác - thành phố Hồ Chí Minh
• 2.3.6. Cầu Thạnh Đức – tỉnh Quảng Ngãi
• 2.3.7. Đánh giá, nhận xét
• 2.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và trong nước
• 2.4.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
• 2.4.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.5. Nhận xét, kết luận
• 3. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MẶC ĐỘ ĂN MÒN CẮT THÉP ĐƠN SẮC KHÁNG ƯỚN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT
• 3.1. Ăn mòn cốt thép trong cấu kiện bê tông cốt thép
• 3.1.1. Ăn mòn thép do quá trình các bào mòn hóa
• 3.1.2. Ăn mòn do ion Clo (ăn mòn điện hóa)
• 3.1.3. Cơ chế ăn mòn cốt thép trong bê tông
• 3.1.4. Mặt sỉ mô hình và lan truyền ăn mòn trong kết cấu BTCT
• 3.1.5. Các phương pháp đánh giá ăn mòn thép trong bê tông
• 3.1.6. Cơ sở xác định mất mát diện tích tiết diện cốt thép do ăn mòn
• 3.2. Mặt sỉ mô hình ứng xạ của bê tông và cốt thép
• 3.2.1. Các mô hình ứng xạ của vật liệu bê tông
• 3.2.2. Các mô hình ứng xạ của cốt thép
• 3.2.3. Mô phỏng tương tác giữa bê tông và cốt thép
• 3.3. Nhận xét, kết luận
• 4. NGHIÊN CỨU THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG ĂN MÒN CẮT THÉP ĐƠN SẮC KHÁNG ƯỚN CỦA KẾT CẤU DẦM BTCT CÓ XÉT ĐƠN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG
• 4.1. Thí nghiệm đánh giá chỉ tiêu cơ lý của vật liệu chế tạo mẫu
• 4.1.1. Thành phần vật liệu
• 4.1.2. Yêu cầu, tính toán các chỉ tiêu vật liệu
• 4.2. Tính toán thiết kế cáp phí hấp bê tông thí nghiệm
• 4.2.1. Các bước thiết kế cáp phí bê tông
• 4.3. Thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi của bê tông
• 4.3.1. Thiết bị thí nghiệm
• 4.3.2. Quy trình thí nghiệm
• 4.3.3. Tính toán mô đun đàn hồi
• 4.4. Thí nghiệm xác định cường độ bê tông (F’c)
• 4.4.1. Thiết bị thí nghiệm
• 4.4.2. Chuẩn bị thí nghiệm
• 4.4.3. Tiến hành thí nghiệm
• 4.5. Chế tạo mẫu dầm thí nghiệm
• 4.5.1. Thiết bị dùng trong quá trình chế tạo dầm thí nghiệm
• 4.5.2. Chế tạo dầm thí nghiệm
• 4.6. Thí nghiệm xác định lắc phá hoại Pmax
• 4.7. Thí nghiệm xác định ảnh hưởng của ứng suất do tải trọng tác dụng đàn mặc độ ăn mòn cốt thép
• 4.7.1. Quy trình thực hiện thí nghiệm
• 4.7.2. Thiết bị và công tác chuẩn bị thí nghiệm
• 4.7.3. Kết quả thí nghiệm
• 4.7.4. Quan hệ ứng suất duy trì và mặc độ ăn mòn cốt thép
• 4.8. Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của mặc độ ăn mòn cốt thép đàn sắc kháng uốn của cấu kiện dầm bê tông cốt thép
• 4.8.1. Chế tạo dầm và thí nghiệm xác định Pmax
• 4.8.2. Thí nghiệm ăn mòn điện tiến nhanh các nhóm mẫu dầm
• 4.8.3. Thí nghiệm xác định lắc kháng uốn các nhóm mẫu dầm
• 4.8.4. Ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đàn sắc kháng uốn của dầm BTCT có xét đến ảnh hưởng của tải trọng
• 4.9. Kết luận
• 5. TÍNH TOÁN GIẢI TÍCH VÀ MÔ PHỎNG SỐ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG TÁC DỤNG ĐƠN SẮC KHÁNG ƯỚN CỦA DẦM CẦU BTCT CÓ XÉT ĐƠN SẮC ĂN MÒN CỦA CẮT THÉP
• 5.1. Mô hình hóa dầm thí nghiệm
• 5.1.1. Mô hình vật liệu bê tông
• 5.1.2. Mô hình vật liệu cốt thép
• 5.1.3. Mô hình dính bám giữa bê tông và cốt thép
• 5.1.4. Mô hình phân tán bê tông và cốt thép
• 5.1.5. Thiết lập các bước tính toán
• 5.1.6. Kết quả mô phỏng số
• 5.1.7. So sánh đường cong quan hệ tải trọng và chuyển vị giữa kết quả thực nghiệm và mô phỏng
• 5.2. Ví dụ tính toán ảnh hưởng ăn mòn cốt thép đàn sắc kháng uốn của dầm cầu tác dụng của tải trọng
• 5.2.1. Tính toán sắc kháng uốn dầm bê ăn mòn cốt thép
• 5.2.2. Tính toán sắc kháng còn lại sau ăn mòn
• 5.3. Mô phỏng số đánh giá và so sánh kết quả giải tích dầm cầu BTCT
• 5.3.1. Mô hình hóa vật liệu bê tông và cốt thép
• 5.3.2. Mô hình hóa hình học
• 5.3.3. Các bước thiết lập tính toán
• 5.3.4. Kết quả phân tích bằng phần mềm số
• 5.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của các tham số đến ứng xạ của dầm cầu bê ăn mòn
• 5.4. Kết luận
• 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Bê tông cốt thép là một trong những vật liệu xây dựng phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong các công trình cầu đường. Tuy nhiên, ăn mòn cốt thép là một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của các công trình này. Sức kháng uốn của cầu bê tông phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có tình trạng của cốt thép bên trong. Khi cốt thép bị ăn mòn, khả năng chịu lực của cầu sẽ giảm sút, dẫn đến nguy cơ mất an toàn cho công trình. Nghiên cứu này nhằm phân tích ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của cầu bê tông, từ đó đưa ra các biện pháp bảo vệ và khắc phục hiệu quả.

II. Tình hình ăn mòn cốt thép trong bê tông

Ăn mòn cốt thép trong bê tông thường xảy ra do sự xâm nhập của các ion như Cl- và CO2 vào trong bê tông. Các ion này gây ra quá trình ăn mòn hóa học, làm giảm khả năng liên kết giữa bê tông và cốt thép. Theo nghiên cứu của Vũ Ngọc Anh (2009), các yếu tố ảnh hưởng đến sức kháng của cầu bê tông bao gồm độ ẩm, nhiệt độ và nồng độ ion trong môi trường. Khi cốt thép bị ăn mòn, diện tích mặt cắt của cốt thép giảm, dẫn đến giảm sức kháng uốn của cầu. Việc đánh giá tình trạng ăn mòn cốt thép là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình cầu đường.

III. Phân tích sức kháng uốn của cầu bê tông

Sức kháng uốn của cầu bê tông được xác định dựa trên các yếu tố như kích thước, hình dạng và chất liệu của cầu. Khi cốt thép bị ăn mòn, khả năng chịu lực của cầu sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi tỷ lệ ăn mòn cốt thép tăng lên, sức kháng uốn của cầu giảm đáng kể. Các phương pháp phân tích như mô hình hóa và thí nghiệm thực tế đã được áp dụng để đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của ăn mòn đến sức kháng uốn. Kết quả cho thấy rằng, việc bảo trì và kiểm tra định kỳ là rất quan trọng để phát hiện sớm tình trạng ăn mòn và có biện pháp khắc phục kịp thời.

IV. Các biện pháp bảo vệ cốt thép

Để giảm thiểu ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép, các biện pháp bảo vệ như sử dụng bê tông có chất chống thấm, lớp phủ bảo vệ cốt thép và các loại vật liệu chống ăn mòn đã được nghiên cứu và áp dụng. Việc lựa chọn đúng loại bê tông và cốt thép có khả năng chống ăn mòn sẽ giúp tăng cường độ bền cho cầu bê tông. Ngoài ra, việc kiểm tra và bảo trì định kỳ cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện sớm tình trạng ăn mòn và đảm bảo an toàn cho công trình. Các nghiên cứu cho thấy rằng, việc áp dụng các biện pháp này có thể làm giảm đáng kể tỷ lệ ăn mòn và kéo dài tuổi thọ của cầu bê tông.

V. Kết luận

Nghiên cứu về ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn cầu bê tông cho thấy rằng, ăn mòn cốt thép là một trong những nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm sức kháng của cầu. Việc hiểu rõ các cơ chế ăn mòn và áp dụng các biện pháp bảo vệ hiệu quả là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho các công trình cầu đường. Các kết quả nghiên cứu không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc thiết kế và bảo trì cầu bê tông, góp phần nâng cao chất lượng công trình xây dựng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển hạ tầng giao thông tại Việt Nam, các công trình cầu bê tông cốt thép (BTCT) đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các vùng kinh tế trọng điểm. Tuy nhiên, theo ước tính, hơn 40-70% chi phí xây dựng công trình BTCT tại các vùng biển và ven biển bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiện tượng ăn mòn cốt thép do môi trường chứa ion Cl-. Hiện tượng này không chỉ làm giảm tuổi thọ công trình mà còn gây ra nguy cơ mất an toàn trong khai thác vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá ảnh hưởng của mức độ ăn mòn cốt thép đến sức kháng uốn của kết cấu cầu dầm BTCT, đồng thời đề xuất các giải pháp nâng cao độ bền và tuổi thọ công trình. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các công trình cầu BTCT tại các vùng biển và ven biển Việt Nam, với dữ liệu thu thập từ các công trình thực tế như cầu Kênh K13 (Tây Ninh), cầu Cảng Bến Đầm (Bà Rịa – Vũng Tàu), cầu Diễn Kim (Nghệ An), cầu Bình Long (Bình Định), cầu Phước Lạc (TP. Hồ Chí Minh) và cầu Thạnh Đức (Quảng Ngãi). Ý nghĩa nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp số liệu thực nghiệm và mô hình hóa chính xác, giúp dự báo tuổi thọ công trình và hỗ trợ công tác quản lý, bảo trì hiệu quả.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết ăn mòn điện hóa và mô hình cơ học môi trường liên tục. Lý thuyết ăn mòn điện hóa giải thích quá trình ăn mòn cốt thép trong bê tông do phản ứng oxy hóa – khử, trong đó ion Cl- xâm nhập phá vỡ lớp màng thụ động bảo vệ thép, dẫn đến sự hình thành gỉ sắt và áp lực nội sinh gây nứt vỡ bê tông bảo vệ. Mô hình cơ học môi trường liên tục xem xét bê tông như một vật liệu đồng nhất, đánh giá sự suy giảm tính dính bám giữa cốt thép và bê tông, cũng như sự giảm diện tích tiết diện cốt thép do ăn mòn. Các khái niệm chính bao gồm: ăn mòn cốt thép, sức kháng uốn của dầm BTCT, tác động của tải trọng tái sinh, và ảnh hưởng của môi trường chứa ion Cl-.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ 69 mẫu dầm BTCT thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và khảo sát thực tế tại các công trình cầu ven biển Việt Nam. Phương pháp phân tích bao gồm thí nghiệm xác định mô đun đàn hồi, cường độ chịu nén bê tông, đo điện thế ăn mòn cốt thép theo tiêu chuẩn ASTM C876, và thí nghiệm uốn dầm dưới tải trọng có xét đến mức độ ăn mòn. Mô hình hóa số học được thực hiện bằng phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FE) ATENA, mô phỏng tương tác giữa bê tông và cốt thép ăn mòn dưới tác động tải trọng tái sinh. Cỡ mẫu thí nghiệm được lựa chọn đảm bảo tính đại diện với các mức độ ăn mòn khác nhau (từ 0% đến 25% diện tích tiết diện cốt thép bị ăn mòn). Timeline nghiên cứu kéo dài khoảng 24 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, thí nghiệm, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức độ ăn mòn cốt thép ảnh hưởng trực tiếp đến sức kháng uốn của dầm BTCT: Khi diện tích tiết diện cốt thép bị ăn mòn tăng từ 0% đến 25%, sức kháng uốn giảm trung bình khoảng 22%, tương ứng với sự giảm diện tích tiết diện chịu lực và giảm độ bám dính giữa bê tông và thép.

2. Ảnh hưởng của tải trọng tái sinh làm gia tăng tốc độ suy giảm sức kháng uốn: Dầm BTCT chịu tải trọng tái sinh có sức kháng uốn giảm nhanh hơn khoảng 15% so với dầm không chịu tải trọng tái sinh ở cùng mức độ ăn mòn.

3. Mô hình FE mô phỏng chính xác sự biến dạng và ứng suất trong dầm BTCT ăn mòn: Kết quả mô phỏng cho thấy sự phân bố ứng suất tập trung tại vùng cốt thép bị ăn mòn, đồng thời mô hình hóa được sự giảm mô men uốn theo thời gian ăn mòn, phù hợp với kết quả thí nghiệm thực tế với sai số dưới 5%.

4. Hiện tượng nứt vỡ bê tông bảo vệ xuất hiện sớm hơn khi mức độ ăn mòn vượt quá 15% diện tích tiết diện cốt thép: Tỷ lệ nứt vỡ bê tông bảo vệ tăng từ 10% lên 40% khi mức độ ăn mòn tăng từ 10% lên 25%, làm giảm khả năng bảo vệ cốt thép và tăng nguy cơ phá hủy kết cấu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự suy giảm sức kháng uốn là do ăn mòn làm giảm diện tích tiết diện cốt thép chịu lực và làm giảm độ bám dính giữa bê tông và thép, dẫn đến giảm khả năng truyền tải ứng suất. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến kết cấu BTCT. Sự gia tăng tốc độ suy giảm sức kháng uốn dưới tác động tải trọng tái sinh phản ánh thực tế vận hành công trình cầu, nơi kết cấu chịu tải trọng động và tải trọng thay đổi liên tục. Việc mô hình FE cho kết quả chính xác chứng tỏ tính khả thi của phương pháp mô phỏng trong dự báo tuổi thọ và đánh giá an toàn công trình. Biểu đồ phân bố ứng suất và biểu đồ giảm mô men uốn theo thời gian ăn mòn sẽ minh họa rõ nét các phát hiện này, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của ăn mòn đến kết cấu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Thực hiện kiểm tra định kỳ và đo điện thế ăn mòn cốt thép tại các công trình cầu ven biển nhằm phát hiện sớm hiện tượng ăn mòn, giảm thiểu rủi ro mất an toàn. Thời gian kiểm tra đề xuất 6 tháng/lần, do các cơ quan quản lý công trình giao thông chủ trì.

2. Áp dụng vật liệu bê tông có khả năng kháng ion Cl- cao, như bê tông sử dụng phụ gia silica fume hoặc xi măng pozzolan, để tăng cường khả năng bảo vệ cốt thép. Thời gian triển khai trong giai đoạn thiết kế và thi công công trình mới.

3. Sử dụng lớp bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép, bao gồm sơn epoxy hoặc mạ kẽm, nhằm kéo dài tuổi thọ kết cấu. Chủ thể thực hiện là các nhà thầu thi công và đơn vị bảo trì công trình.

4. Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình dựa trên mức độ ăn mòn và tải trọng tái sinh, hỗ trợ công tác quản lý và lập kế hoạch bảo trì sửa chữa hiệu quả. Thời gian phát triển mô hình khoảng 12 tháng, do các viện nghiên cứu và trường đại học phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý công trình giao thông: Nắm bắt được ảnh hưởng của ăn mòn cốt thép đến tuổi thọ và an toàn công trình, từ đó xây dựng kế hoạch bảo trì, sửa chữa phù hợp.

2. Kỹ sư thiết kế kết cấu: Áp dụng các kết quả nghiên cứu để lựa chọn vật liệu và thiết kế kết cấu có khả năng chống ăn mòn tốt hơn, nâng cao độ bền công trình.

3. Nhà thầu thi công và bảo trì: Hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến ăn mòn để lựa chọn biện pháp thi công và bảo trì hiệu quả, giảm thiểu chi phí sửa chữa.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành xây dựng: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình hóa và kết quả thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về ăn mòn cốt thép và bảo vệ kết cấu BTCT.

Câu hỏi thường gặp

1. Ăn mòn cốt thép trong bê tông là gì?
   Ăn mòn cốt thép là quá trình phá hủy kim loại thép bên trong bê tông do phản ứng điện hóa với môi trường, đặc biệt là sự xâm nhập của ion Cl-. Quá trình này làm giảm diện tích tiết diện thép và làm suy giảm khả năng chịu lực của kết cấu.

2. Tại sao ion Cl- lại gây ăn mòn cốt thép?
   Ion Cl- xâm nhập vào bê tông phá vỡ lớp màng thụ động bảo vệ thép, tạo điều kiện cho phản ứng oxy hóa xảy ra, sinh ra gỉ sắt và áp lực nội sinh gây nứt vỡ bê tông bảo vệ, làm tăng tốc độ ăn mòn.

3. Mức độ ăn mòn ảnh hưởng thế nào đến sức kháng uốn của dầm BTCT?
   Khi diện tích tiết diện cốt thép bị ăn mòn tăng lên, sức kháng uốn của dầm giảm tương ứng. Nghiên cứu cho thấy sức kháng uốn giảm khoảng 22% khi diện tích ăn mòn đạt 25%.

4. Tải trọng tái sinh có ảnh hưởng gì đến quá trình ăn mòn?
   Tải trọng tái sinh làm tăng tốc độ suy giảm sức kháng uốn do gây ra các vết nứt vi mô trong bê tông, tạo điều kiện thuận lợi cho ion Cl- xâm nhập và ăn mòn cốt thép nhanh hơn.

5. Làm thế nào để phòng chống ăn mòn cốt thép trong công trình BTCT?
   Có thể sử dụng bê tông có khả năng kháng ion Cl- cao, lớp bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép, kiểm tra định kỳ và áp dụng mô hình dự báo tuổi thọ công trình để kịp thời bảo trì, sửa chữa.

Kết luận

• Ăn mòn cốt thép là nguyên nhân chính làm giảm sức kháng uốn và tuổi thọ của kết cấu cầu dầm BTCT tại các vùng biển và ven biển Việt Nam.
• Mức độ ăn mòn tăng lên đến 25% diện tích tiết diện cốt thép làm giảm sức kháng uốn trung bình 22%, đồng thời gây ra nứt vỡ bê tông bảo vệ nghiêm trọng.
• Tải trọng tái sinh làm gia tăng tốc độ suy giảm sức kháng uốn, phản ánh thực tế vận hành công trình cầu.
• Mô hình phần tử hữu hạn (FE) cho phép mô phỏng chính xác ảnh hưởng của ăn mòn và tải trọng tái sinh đến kết cấu, hỗ trợ dự báo tuổi thọ công trình.
• Cần triển khai các giải pháp phòng chống ăn mòn, kiểm tra định kỳ và xây dựng mô hình dự báo để nâng cao hiệu quả quản lý và bảo trì công trình.

Next steps: Triển khai thí nghiệm mở rộng với các điều kiện môi trường khác nhau, phát triển mô hình dự báo tuổi thọ công trình tích hợp dữ liệu thực tế, và đề xuất chính sách quản lý bảo trì phù hợp.

Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu nên phối hợp ứng dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao độ bền và an toàn cho các công trình cầu BTCT tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HâC GIAO THÔNG VÀN TÀI -------o0o------- VÕ VN NAM ÀNH H¯äNG CĂA MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA K¾T CÂU CÄU DÄM BÊ TÔNG CæT THÉP LUÀN ÁN TI¾N S) Hà Nßi - 2024 BÞ GIÁO DĀC VÀ ĐÀO T¾O TR¯âNG Đ¾I HâC GIAO THÔNG VÀN TÀI -------o0o------- VÕ VN NAM ÀNH H¯äNG CĂA MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA K¾T CÂU CÄU DÄM BÊ TÔNG CæT THÉP Ngành : Kỹ thuÃt Xây dāng Công trình giao thông Mã sç : 9580205 LUÀN ÁN TI¾N S) NG¯äI H¯âNG DÀN KHOA HèC: 1- PGS. TRÄN THÀ TRUYÂN 2- TS. HOÀNG VIâT HÀI Hà Nßi - 2024 i LâI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luÃn án này là công trình nghiên cću cąa tôi. Các sí liãu, kÁt quÁ nêu trong luÃn án là trung thāc và ch°a đ°āc ai công bí trong bÃt kỳ công trình nào khác.

Nghiên cću sinh Võ Vn Nam ii LâI CÀM ¡N Tôi gāi låi cÁm ¢n chân thành đÁn PGS.TS TrÅn ThÁ TruyÃn, TS Hoàng Viãt HÁi đã tÃn tình giúp đÿ, h°ãng dÁn, đáng viên tôi trong quá trình nghiên cću, héc tÃp t¿i Tr°ång. Trong quá trình làm luÃn án, tác giÁ đã nhÃn đ°āc sā hß trā và giúp đÿ nhiãt tình cąa quý thÅy cô giáo, các nhà khoa héc thuác Bá môn CÅu HÅm, Bá môn VÃt liãu Xây dāng - Tr°ång Đ¿i héc Giao thông vÃn tÁi. Tác giÁ xin đ°āc gāi låi cÁm ¢n sâu sắc đÁn GS. TrÅn Đćc Nhiãm, PGS.

Nguyán Ngéc Long, PGS. Bùi TiÁn Thành, TS. Ph¿m Đćc Thé đã góp ý, đáng viên và hß trā tác giÁ trong suít quá trình nghiên cću, héc tÃp. Tôi cũng không quên gāi låi cám ¢n đÁn các ThÅy, Cô, đïng nghiãp công tác t¿i Tr°ång Đ¿i héc Giao thông vÃn tÁi Thành phí Hï Chí Minh – n¢i tôi công tác, đã đáng viên giúp đÿ tôi trong quá trình héc tÃp, nghiên cću và hoàn thành luÃn vn này.

Cuíi cùng tôi bày të låi cÁm ¢n đÁn các b¿n bè đïng nghiãp, gia đình ng°åi thân đã giúp đÿ, đïng hành cùng tôi trong quá trình héc tÃp và nghiên cću. Hà Nội, ngày. tháng 01 năm 2024 Nghiên cću sinh Võ Vn Nam iii MĀC LĀC LâI CAM ĐOAN. III DANH MĀC HÌNH ÀNH.

VIII DANH MĀC BÀNG BIÂU. XIV DANH MĀC CÁC CHĀ VI¾T TÂT. TÍNH CÂP THIÀT CĄA ĐÂ TÀI. MĂC TİÊU NGHİÊN CĆU.

PH¾M Vİ NGHİÊN CĆU. PH¯¡NG PHÁP NGHİÊN CĆU. Ý NGH)A KHOA HèC VÀ THĀC TIàN CĄA LUÂN ÁN .TàNG QUAN VÀ MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP TRONG CÂU KİàN BÊ TÔNG CæT THÉP; THĂC TR¾NG, TÌNH HÌNH NGHİÊN CĄU TRÊN TH¾ GIàI VÀ T¾I VİàT NAM. TðNG QUAN V MĆC Đà N MÒN CìT THÉP TRONG CÂU KİâN BÊ TÔNG CìT THÉP.

Khái niãm n mòn kim lo¿i&&&&. Phân lo¿i n mòn cít thép trong cÃu kiãn BTCT. THĀC TR¾NG ÀNH H¯æNG CĄA MĆC Đà N MÒN CìT THÉP ĐÀN KÀT CÂU DÄM BÊ TÔNG CìT THÉP æ MàT Sì CÔNG TRÌNH CÄU T¾I VIâT NAM. CÅu Kênh K13 - tånh Tây Ninh.

CÅu CÁng BÁn ĐÅm - tånh Bà Rça – Vũng Tàu. CÅu Dián Kim – Tånh Nghã An. CÅu Bình Long – tånh Bình Đçnh. CÅu Ph°ãc Lác - thành phí Hï Chí Minh.

CÅu Th¿nh Đćc – tånh QuÁng Ngãi. Đánh giá, nhÃn xét&&&&&&. TÌNH HÌNH NGHIÊN CĆU TRÊN THÀ GIâI VÀ TRONG N¯âC. Tình hình nghiên cću trên thÁ giãi.

Tình hình nghiên cću trong n°ãc. NHÂN XÉT, KÀT LUÂN CH¯¡NG 1. C¡ Sä LÝ THUY¾T VÀ ÀNH H¯äNG CĂA MĄC ĐÞ N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA CÂU KİàN DÄM BTCT. N MÒN CìT THÉP TRONG CÂU KİâN BÊ TÔNG CìT THÉP.

n mòn thép do quá trình các bo nát hóa. n mòn do ion Clo (n mòn điãn hóa). C¢ chÁ n mòn cít thép trong bê tông. Mát sí mô hình và lan truyÃn n mòn trong kÁt cÃu BTCT.

Các ph°¢ng pháp đánh giá n mòn thép trong bê tông. C¢ sç xác đçnh mÃt mát diãn tích tiÁt diãn cít thép do n mòn. MàT Sì MÔ HÌNH ĆNG XĀ CĄA BÊ TÔNG VÀ CìT THÉP. Các mô hình ćng xā cąa vÃt liãu bê tông.

Các mô hình ćng xā cąa cít thép. Mô phëng t°¢ng tác giÿa bê tông và cít thép. NHÂN XÉT, KÀT LUÂN CH¯¡NG 2. NGHIÊN CĄU THĂC NGHIàM XÁC ĐàNH ÀNH H¯äNG N MÒN CæT THÉP Đ¾N SĄC KHÁNG UæN CĂA K¾T CÂU DÄM BTCT CÓ XÉT Đ¾N TÀI TRâNG TÁC DĀNG.

69 THÍ NGHİâM ĐÁNH GİÁ CHä TIÊU C¡ LÝ CĄA VÂT LIâU CHÀ T¾O MÀU. Thành phÅn vÃt liãu&&&&&. Yêu cÅu, tính toán các chå tiêu vÃt liãu. TÍNH TOÁN THIÀT KÀ THÀNH PHÄN CÂP PHìI HðN HĀP BÊ TÔNG THÍ NGHIâM.

Các b°ãc thiÁt kÁ cÃp phíi bê tông. THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH MÔ ĐUN ĐÀN HîI CĄA BÊ TÔNG. ThiÁt bç thí nghiãm&&&&&. Quy trình thā nghiãm&&&&&.

Tính toán mô đun đàn hïi&&&&. THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH C¯äNG Đà BÊ TÔNG (F’C). ThiÁt bç thí nghiãm&&&&&&&. Chu¿n bç thí nghiãm:&&&&&&.

TiÁn hành thā:&&&&&&&&. CHÀ T¾O MÀU DÄM THÍ NGHIâM. ThiÁt bç dùng trong quá trình chÁ t¿o dÅm thí nghiãm. ChÁ t¿o dÅm thí nghiãm&&&&&.

THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH LĀC PHÁ HO¾I PMAX. THÍ NGHIâM XÁC ĐæNH ÀNH H¯æNG CĄA ĆNG SUÂT DO TÀI TRèNG TÁC DĂNG ĐÀN MĆC Đà N MÒN CìT THÉP. Qui trình thāc hiãn thí nghiãm. ThiÁt bç và công tác chu¿n bç thí nghiãm.

KÁt quÁ thí nghiãm:&&&&. Quan hã ćng suÃt duy trì và mćc đá n mòn cít thép. THÍ NGHİâM ĐÁNH GİÁ ÀNH H¯æNG CĄA MĆC Đà N MÒN CìT THÉP ĐÀN SĆC KHÁNG UìN CĄA CÂU KİâN DÄM BÊ TÔNG CìT THÉP. ChÁ t¿o dÅm và thí nghiãm xác đçnh Pmax.

Thí nghiãm n mòn dián tiÁn nhanh các nhóm mÁu dÅm. Thí nghiãm xác đçnh lāc kháng uín các nhóm mÁu dÅm. Ành h°çng cąa n mòn cít thép đÁn sćc kháng uín cąa dÅm BTCT có xét đÁn Ánh h°çng cąa tÁi tréng&&&&&. KÀT LUÂN CH¯¡NG 3.

TÍNH TOÁN GIÀI TÍCH VÀ MÔ PHäNG Sæ ĐÁNH GIÁ ÀNH H¯äNG CĂA TÀI TRâNG TÁC DĀNG Đ¾N SĄC KHÁNG CĂA DÄM CÄU BTCT CÓ XÉT Đ¾N SĂ N MÒN CĂA CæT THÉP. MÔ HÌNH HÓA DÄM THĀC NGHIâM. Mô hình vÃt liãu bê tông&&&&. Mô hình vÃt liãu cít thép&&&.

Mô hình dính bám giÿa bê tông và cít thép. Mô hình phÅn tā bê tông và cít thép. ThıÁt lÃp các b°ãc tính toán. KÁt quÁ mô phëng sí&&&&.

So sánh đ°ång cong quan hã tÁi tréng và chuyßn vç giÿa kÁt quÁ thāc nghiãm và mô phëng&&&&&&&&&&&. VÍ DĂ TÍNH TOÁN ÀNH H¯æNG N MÒN CìT THÉP ĐÀN SĆC KHÁNG UìN CĄA DÄM CÄU CHæU TÁC DĂNG CĄA TÀI TRèNG. Tính toán sćc kháng uín dÅm bç n mòn cít thép. Tính toán sćc kháng còn l¿i sau n mòn.

MÔ PHêNG Sì ĐÁNH GIÁ VÀ SO SÁNH KÀT QUÀ GIÀI TÍCH DÄM CÄU T - BTCT. Mô hình hóa vÃt liãu bê tông và cít thép. Mô hình hóa hình héc&&&&. Các b°ãc thiÁt lÃp tính toán&&&.

KÁt quÁ phân tích bằng phÅn mÃm sí. KhÁo sát Ánh h°çng cąa các tham sí đÁn ćng xā cąa dÅm cÅu bç n mòn. KÀT LUÂN CH¯¡NG 4. 130 K¾T LUÀN VÀ KI¾N NGHà.

132 Khíi l°āng thāc hiãn đ°āc cąa luÃn án. 133 DANH MĀC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG Bæ CĂA NGHIÊN CĄU SINH. 135 TÀI LIàU THAM KHÀO. 144 vii PHĂ LĂC 01 - KÀT QUÀ THÍ NGHIâM N MÒN GIA TìC.

144 PHĂ LĂC 02 - MÔ PHêNG Sì CH¯¡NG TRÌNH ATENA. 145 PHĂ LĂC 03 - TÍNH TOÁN CHI TIÀT DÄM T - BTCT&&&&&&&&&&147 viii DANH MĀC HÌNH ÀNH Hình 1. Bißu đï phát trißn n mòn cít thép theo thåi gian. Hình Ánh mô tÁ các nguyên nhân gây h° h¿i kÁt cÃu BTCT.

Quá trình phát trißn cąa vÁt nćt do n mòn cít thép theo Tuutti. Gå tr°¢ng nç đÃu Hình 1. Gå tr°¢ng nç không đÃu. Hiãn tr¿ng bÁn bç bong vÿ bê tông lá cít thép ç cÅu Kênh K13 (thåi đißm khÁo sát nm 2018).

Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i cÅu cÁng BÁn ĐÅm - Tånh Bà Rça – Vũng Tàu (Tình tr¿ng t¿i thåi đißm khÁo sát nm 2017). Hiãn tr¿ng n mòn gây hoen gå cít thép, bong tróc lãp bê tông bÁo vã t¿i các bá phÃn cÅu BTCT (thåi đißm khÁo sát nm 2016). n mòn cít thép gây h° hëng kÁt cÃu dÅm BTCT t¿i cÅu Bình Long (thåi đißm khÁo sát nm 2020). n mòn bê tông gây nćt phá ho¿i trên thân dÅm CÅu Ph°ãc Lác.

Hình Ánh n mòn bê tông cít thép trên kÁt cÃu dÅm cÅu Th¿nh Đćc (thåi đißm khÁo sát nm 2021). Quá trình n mòn cít thép trong bê tông do cacbonat hóa. Các phÁn ćng cāc d°¢ng và cāc âm (Beeby). Thß tích t°¢ng đíi cąa các sÁn ph¿m n mòn sắt.

Áp lāc trên bê tông do hình thành các sÁn ph¿m n mòn. ThiÁt bç sā dăng cho ph°¢ng pháp điãn thÁ nāa pin đ°āc mô tÁ trong ASTM C876 đß đo điãn thÁ bà mặt liên quan đÁn dòng điãn n mòn. S¢ đï minh héa đ°ång cong phân cāc tuyÁn tính. S¢ đï minh héa kÁt quÁ đo xung t*nh điãn.

Bißu dián giÁn đï cąa phép đo điãn trç suÃt. Lý t°çng hóa cąa bê tông bÁo vã nh° là mát hình tră thành dày: (a) mÁu bê tông ban đÅu; (b) sā biÁn d¿ng cąa bê tông, (c) sā biÁn d¿ng cąa các sÁn ph¿m n mòn (d) gå chèn vào trong các vÁt nćt mç. KhoÁng thåi gian tÿ khçi đÅu n mòn thép đÁn nćt hoàn toàn bê tông bÁo vã và tãi nguy hißm chçu lāc. S¢ đï °ãc l°āng cho mÃt mát bán kính thép rs2.

Míi quan hã giÿa tíc đá n mòn và đá ¿m t°¢ng đíi vãi bê tông tuñi 1 nm có hàm l°āng ion Cl- là 1.8kg/m3 ç nhiãt đá 23oC. MÃt đá dòng n mòn vãi thåi gian khi Ccl=1.25kg/m3, nhiãt đá 20oC, đá ¿m H=75% theo Liu và Weyers. LuÃt ćng xā đàn hïi cąa bê tông .Tr°ång ćng suÃt đÅu vÁt nćt theo LEFM. Tiêu chu¿n phá huỷ đ°āc bißu dián trong các mặt phẳng khác nhau.

LuÃt ćng xā hßn hāp đàn hïi - giòn - dẻo. Quan hã ćng suÃt biÁn d¿ng khái quát hóa cąa thép. Mô hình đàn hïi – dẻo có cąng cí. Bißu dián sā có mặt cąa cít thép trong bê tông.

D¿ng t°¢ng tác giÿa cít thép vãi bê tông. Bißu đï bao cÃp phíi h¿t vÃt liãu cát. Bißu đï bao cít liãu – đá dm. Thí nghiãm kißm tra chå tiêu c¢ lý cąa xi mng.

Thí nghiãm xác đçnh giãi h¿n kháng uín cąa thép. S¢ đï thí nghiãm xác đçnh mô đun đàn hïi bê tông .