CHƯƠNG 1: TONG QUAN VE AN MON VA BIEN PHAP CHONG AN MON CHO CONG TRINH BE TONG VA BE TONG COT THEP 1.1 KHAI NIEM VE AN MON BE TONG Bê tông có thể bị ăn mòn hoá học ở cả ba môi trường: lỏng, rắn và khí. Ăn mồn trong môi trường lỏng xảy ra khi bê tông tiếp xúc với nước thải của các nhà máy và xí nghiệp công nghiệp, nước biển, nước chua phèn hoặc nước khoáng ngầm nước. Ăn mòn trong môi trường lỏng là loại ăn mòn rất phổ biến đối với các công trình xây dựng, đặc biệt là các công trình xây dựng ở môi trường biển, trong nước, dưới đất có nước ngầm, các nhà máy, xí nghiệp sản xuất có sử dụng các hoá chất. Đó là đối tượng nghiên cứu được nhiều người quan tâm.
An mon trong môi trường khí xảy ra khi bê tông tiếp xúc với các loại khí có chứa tác nhân gây ăn mòn, thường có ở các khu vực xung quanh các nhà máy có sử dụng hoá chất, hoặc tiếp xúc với không khí ở vùng ven biển cách bờ biển trong vòng chục cây số [37]. Ăn mồn trong môi trường rắn xảy ra khi bê tông tiếp xúc với một số loại hoá chất như phân khoáng, thuốc trừ sâu. Nhưng ăn mòn trong điều kiện này cũng chỉ diễn ra khi các hoá chất bị ẩm [37]. “Ăn thòn bè tông sẽ ảnh hưởng lớn đến độ bền của kết cấu công trình BT & BTCT.
Sự phá hoại công trình xây dựng do bị ăn mòn gây nên tổn thất rất lớn về kinh tế. Chính vì vậy, đã có nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu và đề cập đến các vấn đề có liên quan đến ăn mòn BT & BTCT trong nhiều tài liêu khoa học. Tuỳ theo tác dụng của các tác nhân ăn mòn nhiều hay ít, sự ăn mòn được phân ra ba mức độ: ăn mòn mạnh, ăn mòn trung bình và ăn mòn yếu. Sự ăn mòn bê tông rất đa dạng và diễn ra rất phức tạp, các quá trình ăn mòn này xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Tuy nhiên, nguyên nhân chủ yếu gây ăn mòn bê tông là do có sự thay đổi về mặt hoá học trong thành phần của đá xi măng dưới tác động của các hợp chất hoá học có trong môi trường, đặc biệt là nước thải của các nhà máy hóa chất nói chung và trong các nhà máy sản xuất phân khoáng nói riêng. Trong thành phần của đá xi măng có các sản phẩm thuỷ hoá như Ca(OH); va C,AH, dễ hoà tan, chúng tan vào nước, làm cho cấu trúc bê tông bị rỗng, do -3- đó cường độ bê tông bị giảm và có thể bị phá huỷ [26]. Mặt khác, các sản phẩm thủy hóa này có tính hoạt động hoá học mạnh, dễ tương tác với một số hợp chất hoá học của môi trường (các axit và muối.), tạo thành các sản phẩm mới dễ tan trong nước hơn hoặc nở thể tích nhiều, phá hoại kết cấu bê tông. Quá trình ăn mòn diễn ra mạnh hay yếu tuỳ thuộc vào đặc tính của xi măng, loại và lượng dùng phụ gia trong xi măng, nồng độ của các tác nhân hoá học trong môi trường ảnh hưởng đáng kể đến quá trình ăn mòn.
Các yếu tố như trạng thái và nhiệt độ môi trường làm việc của các kết cấu có ảnh hưởng đáng kể đến mức độ ăn mòn [26,32]. Trong các yếu tố kể trên thì đặc tính của xi măng và độ đặc của bê tông là yếu tố có ảnh hưởng rất lớn đến sự ăn mòn. Khi bê tông bị rỗng, sự thẩm thấu của nước tăng lên, dẫn đến sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn, do đó có điều kiện tiếp xúc và tương tác với các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng. Các sản phẩm thuỷ hoá càng dễ bị ăn mòn thì ăn mòn bê tông càng mạnh hơn.2 AN MON BE TONG VA BE TONG CỐT THÉP 1.1 Tình hình nghiên cứu ăn mòn bê tông và bê tông cốt thép 1.1 Các công trình nghiên cứu trên thế giới Việc nghiên cứu về độ bền của BT & BTCT, đặc biệt là trong các công trình của các ngành công nghiệp hoá chất và các công trình biển đã được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Moskvin, công trình của Vika “Nghiên cứu nguyên nhân hoá học phá huỷ và các biện pháp nâng cao khả năng chống ăn mòn của các chất kết dính rắn trong nước” là công trình nghiên cứu khoa học đầu tiên về ăn mòn trong nước biển. Những năm đầu của thế kỷ 20 Viện nghiên cứu độ bền các công trình thuỷ lợi biển của Nga do những kỹ sư xây dựng nổi tiếng như A. Charnomskij đã khảo sát những công trình BT & kết cấu BTCT tại các hải cảng châu Âu và nước Nga. Họ đã đi đến kết luận rằng bằng xi măng pooclăng không thể chế tạo kết cấu bê tông cốt thép bền vững trong môi trường biển.
Sự nâng cao độ đặc bê tông chỉ có thể mang lại tuổi thọ cho các công trình đến 20, 30 năm. Công trình nghiên cứu về kết cấu BT & BTCT có tác động của môi trường biển của Kampus (Bỉ) và Ivanov, tiến hành từ những năm 1934 đến 1964 đã có những kết luận cụ thể về ảnh hưởng của các -4- loại xi măng đến độ bên của bê tông. Những nghiên cứu về sử dụng kết cấu BT & BTCT trong các xí nghiệp công nghiệp được thực hiện vào đầu thế kỷ 20 như công trình nghiên cứu của E. Đặc biệt là công trình nghiên cứu của A.
Bajkov là công trình nghiên cứu có giá trị lớn trong lĩnh vực này. Ông đã phân tích nguyên nhân ăn mòn bê tông và những biện pháp áp dụng trong thực tế chống ăn mòn. Kavatosi trong công trình nghiên cứu của ông đã đưa ra loại phụ gia tổng hợp siêu dẻo (Furylacol - Ca(NO;);) để chế tạo vữa bền trong môi trường chịu tác động xâm thực của các muối gây ăn mòn. Bachacốp trong công trình khác đã công bố việc sử dụng dầu nhựa thông với tỷ lệ so với xi măng là 0,15% để chế tạo vữa và bê tông có khả năng chống ăn mòn cao [1].
Các nghiên cứu đều đã có những kết luận thống nhất về nguyên nhân ăn mòn là do các sản phẩm thuỷ hoá của xi măng bị tan vào môi trường hoặc tác dụng với các muối, axit có trong môi trường tạo ra những hợp chất có tính tan mạnh hoặc nở thể tích gây nên sự phá huỷ kết cấu nội bộ các công trình. Các công trình nghiên cứu cũng đánh giá được hiệu quả của các biện pháp chống ăn mòn: dùng phụ gia khoáng vô cơ hoạt tính, dùng xi măng đặc biệt. Tuy nhiên hiệu quả của các giải pháp ở những mức độ khác nhau. Các bình luận về nguyên nhân ăn mon va giới hạn độ bên của kết cấu BT & BTCT dùng trong các môi trường này vẫn kéo dài cho đến nay.2 Tình hình nghiên cứu chống ăn mòn BT & BTCT ở Việt Nam Nhiều công trình xây dựng bằng bê tông cốt thép ở nước ta sau một thời gian khai thác đã bị ăn mòn và phá hoại trong các môi trường có tính chất ăn mòn, đòi hỏi phải có biện pháp phòng ngừa để hạn chế sự ăn mòn của các kết cấu BT & BTCT.
Nhà nước ta đã ban hành các tiêu chuẩn nhà nước: TCVN 3993 - 85 (Chống ăn mòn trong xây dựng, kết cấu bê tông & bê tông cốt thép - Nguyên tắc cơ bản để thiết kế); TCVN 3994 - §5 (Chống ăn mòn trong xây dựng - Kết cấu BT & BTCT - Phân loại ăn mòn); TCXD 149 - 86 (Bảo vệ kết cấu xây dựng khỏi bị ăn mòn). Tuy nhiên các tiêu chuẩn này chưa đề cập đủ các loại ăn mòn, các môi trường ăn mòn, do đó việc áp dụng cũng bị hạn chế và chưa phát huy được tác dụng trong thực tế. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề ăn mòn BT & BTCT, ở nước ta có -5- nhiều cơ quan khoa học đã nghiên cứu vấn đề này. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ăn mòn trong môi trường biển, vì ở nước ta có hơn 2000 km bờ biển và càng ngày càng có nhiều công trình quan trọng được xây dựng trong môi trường biển mà chưa chú ý đáng kể đến sự ăn mòn trong các nhà máy hóa chất.
Trong những năm cuối thập kỷ 60 thế kỷ 20 có một số nhà nghiên cứu đã tiến hành khảo sát hư hỏng của các kết cấu bê tông cốt thép ở cảng Hòn Gai và Hải Phòng được xây dựng từ năm 1914 [22], và cũng đưa ra nhận xét là cần phải có quy định riêng cho công tác thiết kế và thi công BT & BTCT vùng biển, phải khác với kết cấu nằm sâu trong nội địa. Về vật liệu xi măng, khi đó chúng ta chỉ có hai loại xi măng là xi măng pooclăng (cả xi măng pooclăng hỗn hợp) và xi măng pooclăng puzolan, do đó tác giả kiến nghị nên dùng xi măng pooclăng puzolan trong công trình biển. Những nghiên cứu đầu tiên nhằm tìm ra biện pháp bảo vệ công trình biển cũng đã được tiến hành từ những năm đầu của thập kỷ 80, nhưng sau đó không được triển khai áp dụng. Viện Khoa học Công nghệ xây dựng (VKHCNXD)-Bộ xây dựng từ những nam dau của thập kỷ 80 đã triển khai nghiên cứu lĩnh vực chống ăn mòn bê tông bảo vệ cốt tép, đã- đạt được một số thành quả nhất định theo hướng sử dụng phụ gia ức chế ăn mòn và sơn phủ bề mặt kết cấu đối với công trình biển.
Năm 1994, Bộ Khoa học công nghệ và môi trường đã giao cho VKHCNXD nghiên cứu tổng thể các điều kiện kỹ thuật cần thiết để bảo vệ chống ăn mòn và đảm bảo độ bền lâu cho kết cấu BT & BTCT xây dựng ở vùng biển, phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội Việt Nam (đề tài mang mã số ĐTĐL-40/94). Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu này, đã biên soạn những chỉ dẫn kỹ thuật cần thiết cho công tác xây dựng và sửa chữa công trình làm bằng BT & BTCT ở vùng biển nước ta [19]. VKHCNXD cũng đã xây dựng tiêu chuẩn ngành về vấn đề này, nhưng cho đến nay vẫn chưa được ban hành. Viện Khoa học Kỹ thuật giao thông trong một số công trình nghiên cứu về ăn mòn bê tông đã đưa ra nhiều ý kiến phân tích tình hình hư hỏng kết cấu BT & BTCT do ăn mon, đưa ra biện pháp bảo vệ: dùng các loại phụ gia ky nước (dầu -6- thảo mộc), nước thải bã giấy, tăng cường bảo vệ mặt ngoài kết cấu bê tông bằng các lớp sơn phủ chống thấm: sơn bitum - cao su, sơn bitum - epoxy.