Đánh giá độ bền thấm nước và khuếch tán ion clorua trong bê tông ứng suất nén cho kết cấu cầu

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ THẤM NƯỚC, KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG

1.1. ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG

1.2. Khái niệm về độ bền của bê tông

1.3. Các chỉ tiêu về độ bền của bê tông

1.4. Khả năng chống thấm của chất lỏng qua bê tông

1.5. Sức kháng khuếch tán ion clorua của bê tông

1.6. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ THẤM NƯỚC VÀ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG TRÊN THẾ GIỚI

1.6.1. Các nghiên cứu về độ thấm nước của bê tông

1.6.2. Độ thấm nước của bê tông không chịu tải trọng

1.6.3. Độ thấm nước của bê tông chịu tải trọng

1.6.4. Các nghiên cứu về khuếch tán ion clorua của bê tông

1.7. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ THỜI GIAN KHỞI ĐẦU ĂN MÒN VÀ THỜI GIAN LAN TRUYỀN ĂN MÒN, TUỔI THỌ

1.7.1. Khái niệm về tuổi thọ thiết kế, tuổi thọ sử dụng

1.7.2. Tuổi thọ sử dụng theo tác động của sự khuếch tán ion clorua trong môi trường biển

1.7.3. Các mô hình dự báo tuổi thọ kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép có xét đến hiện tượng khuếch tán ion clorua

1.7.4. Thời gian khởi đầu ăn mòn do ion clorua theo Tuutti

1.7.5. Thời gian khởi đầu ăn mòn do ion clorua theo Duracrete (2000)

1.7.6. Giai đoạn lan truyền

1.8. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ THẤM NƯỚC VÀ THẤM ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG Ở TRONG NƯỚC

1.9. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

2. CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN

2.1. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM

2.2. Vật liệu thí nghiệm và thành phần

2.3. Mô tả vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông

2.4. Thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu chế tạo bê tông

2.5. Thiết bị thí nghiệm, mẫu thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm

2.6. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông

2.7. Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trước

2.8. Thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trực tiếp

2.9. Tiến hành thí nghiệm

2.10. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THẤM NƯỚC QUA BÊ TÔNG

2.11. Kết quả thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trước

2.12. Kết quả thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trực tiếp

2.13. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

3. CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN

3.1. THÍ NGHIỆM THẤM ION CLORUA VỚI MẪU BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN TRƯỚC

3.2. Tiến hành thí nghiệm

3.3. Kết quả thí nghiệm và nhận xét

3.4. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua với trạng thái ứng suất nén trước của bê tông

3.5. THÍ NGHIỆM THẤM ION CLORUA VỚI MẪU BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN TRỰC TIẾP

3.6. Nguyên tắc thử

3.7. Thiết bị thí nghiệm và hóa chất

3.8. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm

3.9. Tiến hành thí nghiệm

3.10. Kết quả thí nghiệm và nhận xét

3.11. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua với trạng thái ứng suất nén trực tiếp của bê tông

3.12. QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM NƯỚC VÀ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG

3.12.1. Tính toán hệ số khuếch tán ion clorua từ hệ số thấm nước

3.12.2. Công thức lý thuyết của Banthia

3.12.3. Tính hệ số Ck cho các loại bê tông thí nghiệm

3.12.4. So sánh kết quả dựa trên công thức của Banthia và kết quả thí nghiệm

3.12.5. Đề xuất công thức xác định hệ số khuếch tán ion clorua từ hệ số thấm nước khi xét đến ứng suất trong bê tông

3.13. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA HIỆU ỨNG TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG

4.1. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU

4.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP

4.2.1. Các tham số của mô hình

4.2.2. Hệ số khuếch tán ion clorua

4.2.3. Sự tích tụ nồng độ ion clorua trên bề mặt bê tông

4.2.4. Ngưỡng nồng độ ion clorua gây ăn mòn thép trong bê tông

4.2.5. Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình cầu bê tông cốt thép theo tiêu chí khởi đầu ăn mòn cốt thép

4.2.6. Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình cầu bê tông cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép có xét đến trạng thái ứng suất của bê tông

4.3. ÁP DỤNG DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU

4.3.1. Tính toán tuổi thọ trụ cầu khi chỉ xét đến tải trọng thường xuyên

4.3.2. Tính toán tuổi thọ trụ cầu khi có xét đến hoạt tải trên cầu

4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về độ bền bê tông và nghiên cứu liên quan đến thấm nước khuếch tán ion clorua

Phần này trình bày khái niệm độ bền bê tông, các chỉ tiêu đánh giá như khả năng chống thấm nước và khuếch tán ion clorua. Tài liệu khảo sát các nghiên cứu quốc tế về độ thấm nước bê tông, phân tích ảnh hưởng của tải trọng đến độ thấm nước bê tông (kể cả trường hợp không chịu tải và chịu tải). Đặc biệt, luận án tập trung vào khuếch tán ion clorua trong bê tông, bao gồm hệ số khuếch tán, ảnh hưởng của tải trọng đến hệ số này, cũng như các mô hình dự báo tuổi thọ công trình dựa trên hiện tượng này. Các nghiên cứu trong nước về thấm nước bê tông và khuếch tán ion clorua cũng được tổng hợp và phân tích, chỉ ra những hạn chế hiện nay. Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng đến độ bền bê tông, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu Việt Nam.

1.1 Khả năng chống thấm của chất lỏng qua bê tông

Phần này tập trung vào cơ chế thấm nước bê tông. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ thấm nước bê tông được phân tích, bao gồm cấu trúc vi mô, kích thước lỗ rỗng, độ rỗng, và ảnh hưởng của các yếu tố môi trường. Luận án đề cập đến các phương pháp thí nghiệm xác định độ thấm nước bê tông, và phân tích các kết quả nghiên cứu quốc tế về độ thấm nước bê tông dưới tác động của tải trọng. Các mô hình toán học mô tả quá trình thấm nước bê tông được trình bày, bao gồm mô hình dựa trên định luật Darcy. Những hạn chế của các mô hình hiện có và hướng nghiên cứu trong tương lai cũng được nêu ra. Đây là phần quan trọng giúp định hướng nghiên cứu thực nghiệm về thấm nước bê tông trong phần sau của luận án. Độ thấm nước bê tông là chỉ tiêu quan trọng đánh giá độ bền bê tông.

1.2 Sức kháng khuếch tán ion clorua của bê tông

Phần này tập trung vào khuếch tán ion clorua trong bê tông, một trong những nguyên nhân chính gây ăn mòn cốt thép. Luận án giải thích cơ chế khuếch tán ion clorua, các yếu tố ảnh hưởng như độ ẩm, độ kiềm, và cấu trúc bê tông. Các phương pháp thí nghiệm xác định hệ số khuếch tán ion clorua được trình bày chi tiết, bao gồm phương pháp điện hóa. Luận án phân tích các nghiên cứu quốc tế về mối quan hệ giữa khuếch tán ion clorua và tải trọng tác dụng lên bê tông. Hệ số khuếch tán ion clorua là chỉ tiêu quan trọng đánh giá độ bền bê tông, đặc biệt đối với bê tông cầu. Luận án nhấn mạnh tầm quan trọng của việc nghiên cứu khuếch tán ion clorua trong điều kiện tải trọng để dự báo tuổi thọ công trình một cách chính xác hơn.

II. Thí nghiệm xác định độ thấm nước bê tông có xét đến trạng thái ứng suất nén

Phần này mô tả chi tiết quy trình thí nghiệm xác định độ thấm nước bê tông dưới tác động của ứng suất nén. Luận án trình bày phương pháp chuẩn bị mẫu, thiết bị thí nghiệm, và quy trình thực hiện. Hai phương pháp thí nghiệm được sử dụng: ứng suất nén trước và ứng suất nén trực tiếp. Kết quả thí nghiệm được phân tích, đánh giá ảnh hưởng của ứng suất nén đến độ thấm nước bê tông với các mác bê tông khác nhau. Luận án trình bày mối quan hệ giữa độ thấm nước bê tông và ứng suất nén, góp phần làm rõ ảnh hưởng của tải trọng đến độ bền bê tông. Dữ liệu thí nghiệm là cơ sở quan trọng cho việc xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình sau này.

2.1 Vật liệu thiết bị và phương pháp thí nghiệm

Phần này mô tả chi tiết các vật liệu xây dựng bê tông sử dụng trong thí nghiệm, bao gồm xi măng, cốt liệu, và nước. Các chỉ tiêu kỹ thuật của vật liệu được trình bày. Thiết bị thí nghiệm được mô tả cụ thể, bao gồm máy nén, thiết bị đo độ thấm nước bê tông. Phương pháp thí nghiệm được trình bày rõ ràng, bao gồm các bước chuẩn bị mẫu, tiến hành thí nghiệm, và xử lý dữ liệu. Việc lựa chọn vật liệu và thiết bị phù hợp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả thí nghiệm. Sự chi tiết trong mô tả phương pháp giúp cho người đọc có thể tái tạo lại thí nghiệm. Bê tông cốt thép được sử dụng trong các thí nghiệm.

2.2 Kết quả và phân tích thí nghiệm thấm nước

Phần này trình bày kết quả thí nghiệm độ thấm nước bê tông dưới tác động của ứng suất nén trước và ứng suất nén trực tiếp. Dữ liệu thí nghiệm được biểu diễn dưới dạng bảng và đồ thị. Các kết quả được phân tích, đánh giá ảnh hưởng của ứng suất nén đến độ thấm nước bê tông. Luận án thảo luận về mối quan hệ giữa ứng suất nén, mác bê tông, và độ thấm nước bê tông. Các yếu tố ảnh hưởng khác đến độ thấm nước bê tông cũng được xem xét. Phần này cung cấp bằng chứng thực nghiệm quan trọng cho luận điểm chính của luận án. Bê tông cầu là đối tượng ứng dụng chính của kết quả nghiên cứu.

III. Thí nghiệm phân tích khuếch tán ion clorua của bê tông có xét đến trạng thái ứng suất nén

Phần này trình bày quy trình thí nghiệm xác định khuếch tán ion clorua trong bê tông dưới tác động của ứng suất nén. Tương tự như phần 2, luận án sử dụng hai phương pháp: ứng suất nén trước và ứng suất nén trực tiếp. Kết quả thí nghiệm được phân tích, đánh giá ảnh hưởng của ứng suất nén đến khuếch tán ion clorua. Luận án tìm mối quan hệ giữa ứng suất nén, mác bê tông, và khuếch tán ion clorua. Hệ số khuếch tán ion clorua được tính toán và phân tích.

3.1 Phương pháp thí nghiệm và xử lý dữ liệu

Phần này mô tả chi tiết phương pháp thí nghiệm xác định khuếch tán ion clorua trong bê tông. Các bước chuẩn bị mẫu, tiến hành thí nghiệm, và xử lý dữ liệu được trình bày rõ ràng. Luận án giải thích các công thức tính toán hệ số khuếch tán ion clorua. Việc lựa chọn phương pháp thí nghiệm phù hợp đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả. Sự chi tiết trong mô tả phương pháp giúp cho người đọc có thể hiểu rõ quy trình thí nghiệm. Ion clorua là tác nhân chính gây ăn mòn cốt thép trong bê tông.

3.2 Kết quả và phân tích khuếch tán ion clorua

Phần này trình bày kết quả thí nghiệm khuếch tán ion clorua trong bê tông dưới tác động của ứng suất nén. Dữ liệu thí nghiệm được biểu diễn dưới dạng bảng và đồ thị. Luận án phân tích mối quan hệ giữa ứng suất nén, mác bê tông, và khuếch tán ion clorua. Hệ số khuếch tán ion clorua được tính toán và phân tích. Luận án thảo luận về ảnh hưởng của ứng suất nén đến quá trình khuếch tán ion clorua trong bê tông. Kết quả thí nghiệm cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá độ bền bê tông.

IV. Tính toán dự báo tuổi thọ công trình cầu bê tông cốt thép

Dựa trên kết quả thí nghiệm, luận án xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ bê tông cầu. Mô hình tính toán tuổi thọ công trình cầu xét đến ảnh hưởng đồng thời của tải trọng và môi trường. Các tham số đầu vào của mô hình được xác định. Luận án áp dụng mô hình để tính toán tuổi thọ của trụ cầu trong các điều kiện tải trọng khác nhau. Kết quả dự báo tuổi thọ được phân tích và đánh giá.

4.1 Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ

Phần này trình bày quá trình xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ bê tông cầu. Mô hình dựa trên các kết quả thí nghiệm về thấm nước bê tông và khuếch tán ion clorua. Các tham số đầu vào của mô hình bao gồm mác bê tông, chiều dày lớp bảo vệ, điều kiện môi trường, và tải trọng tác dụng. Mô hình được xây dựng dựa trên các nguyên lý cơ học và hóa học. Mô hình này giúp dự đoán tuổi thọ công trình một cách chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Bê tông cốt thép và bê tông cầu là trọng tâm của mô hình này.

4.2 Áp dụng mô hình và phân tích kết quả

Phần này áp dụng mô hình dự báo tuổi thọ đã xây dựng để tính toán tuổi thọ của trụ cầu. Luận án xét đến các điều kiện tải trọng khác nhau, bao gồm tải trọng thường xuyên và hoạt tải. Kết quả dự báo tuổi thọ được phân tích và so sánh với các kết quả thực tế. Luận án thảo luận về độ chính xác của mô hình dự báo và những hạn chế của mô hình. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc quản lý và bảo trì bê tông cầu. An toàn cầu đường được đảm bảo tốt hơn nhờ mô hình dự báo này. Bảo trì bê tông cầu cũng được tối ưu hóa.

Luận án tiến sĩ: Đánh giá độ bền thấm nước và khuếch tán ion clorua của bê tông trong kết cấu cầu