Nghiên Cứu Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép Trong Bê Tông Có Sử Dụng Tro Bay

Tài liệu nghiên cứu Xây dựng phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông có sử dụng tro bay, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ

• Tác giả: Trần Việt Phương Đông
• Trường học: Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Xây dựng
• Đề tài: Nghiên Cứu Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép Trong Bê Tông Sử Dụng Tro Bay
• Loại tài liệu: báo cáo
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Hiện trạng xâm thực các công trình bê tông cốt thép ở Việt Nam
• 2.2. Tình hình nghiên cứu
• 2.3. Tóm tắt các thành quả và các mặt tồn tại của các nghiên cứu trước
• 2.4. Cấu trúc đá xi măng
• 2.4.1. Các hydrat mới tạo thành dưới dạng gen và tinh thể
• 2.4.2. Cốt liệu và vi cốt liệu
• 2.4.3. Các loại lỗ rỗng lớn và mao quản
• 2.5. Quá trình ăn mòn cốt thép
• 2.6. Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn
• 2.7. Ăn mòn do ion chloride
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Mẫu thực nghiệm
• 3.3. Phương pháp đo đạc
• 3.4. Qui trình thực nghiệm
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 4.1. Tổng quan kết quả thực nghiệm
• 4.2. Ảnh hưởng của ion chloride đến tốc độ ăn mòn
• 4.3. Ảnh hưởng của tỷ số nước trên chất kết dính đến tốc độ ăn mòn
• 4.4. Ảnh hưởng của hàm lượng tro bay đến tốc độ ăn mòn
• 4.5. Ảnh hưởng của chiều dày lớp bê tông bảo vệ đến tốc độ ăn mòn
• 4.6. Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc môi trường xâm thực đến tốc độ ăn mòn
• 4.7. Kết luận
• 5. CHƯƠNG 5: PHƯƠNG TRÌNH DỰ ĐOÁN TỐC ĐỘ ĂN MÒN CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG CÓ SỬ DỤNG TRO BAY
• 5.1. Giới thiệu phương trình
• 5.2. Phương trình tính toán tốc độ ăn mòn cốt thép
• 5.3. Kiểm chứng các phương trình tính toán
• 6. CHƯƠNG 6: MỐI LIÊN HỆ GIỮA TỐC ĐỘ ĂN MÒN VỚI ĐIỆN THẾ ĂN MÒN, ĐIỆN TRỞ SUẤT, VÀ NỒNG ĐỘ CHLORIDE
• 6.1. Tổng quan mối liên hệ
• 6.2. Mối quan hệ giữa tốc độ ăn mòn và điện thế ăn mòn
• 6.3. Mối quan hệ của tốc độ ăn mòn với điện thế ăn mòn và điện trở suất
• 6.4. Mối quan hệ của tốc độ ăn mòn với điện trở suất và nồng độ chloride
• 6.5. Kết luận
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 7.1. Kết luận
• 7.2. Kiến nghị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Ăn Mòn Cốt Thép Trong Bê Tông

Ăn mòn cốt thép là một vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến tuổi thọ công trình và độ bền bê tông. Quá trình này làm suy yếu khả năng chịu lực của kết cấu, đặc biệt trong môi trường xâm thực như môi trường biển hoặc công nghiệp. Việc đánh giá và dự đoán tốc độ ăn mòn là vô cùng quan trọng để đưa ra các biện pháp bảo trì và sửa chữa kịp thời. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như cấp phối bê tông, nồng độ chloride, độ dày lớp bê tông bảo vệ và thời gian tiếp xúc đến quá trình ăn mòn cốt thép. Mục tiêu là xây dựng một mô hình tính toán tốc độ ăn mòn chính xác, giúp các kỹ sư đưa ra quyết định bảo trì hiệu quả hơn. Theo báo cáo, "Quá trình ăn mòn cốt thép làm suy giảm tuổi thọ của công trình."

1.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu Ăn Mòn Cốt Thép

Nghiên cứu về ăn mòn cốt thép đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn và tuổi thọ công trình. Việc hiểu rõ cơ chế ăn mòn và các yếu tố ảnh hưởng giúp chúng ta phát triển các biện pháp phòng ngừa và khắc phục hiệu quả. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các công trình hạ tầng lớn như cầu, đường, đê, đập, nơi mà sự cố do ăn mòn có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng phụ gia bê tông như tro bay có thể cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của bê tông.

1.2. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép

Nhiều yếu tố có thể ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn cốt thép, bao gồm thành phần bê tông, điều kiện môi trường và chất lượng thi công. Tỷ lệ nước trên xi măng (N/X), loại xi măng, hàm lượng tro bay, nồng độ chloride, độ dày lớp bê tông bảo vệ và thời gian tiếp xúc đều đóng vai trò quan trọng. Môi trường xâm thực, đặc biệt là môi trường biển và công nghiệp, chứa nhiều ion chloride và sulfate, đẩy nhanh quá trình ăn mòn. Theo nghiên cứu, "Nghiên cứu này được thực hiện để đánh giá mức độ ăn mòn của cốt thép trong bê tông dưới tác động của các yếu tố, gồm: cấp phối bê tông; nồng độ chloride; độ dày lớp bê tông; và thời gian tiếp xúc."

II. Thách Thức Ăn Mòn Cốt Thép Giảm Tuổi Thọ Công Trình

Một trong những thách thức lớn nhất trong ngành xây dựng là làm thế nào để giảm thiểu ăn mòn cốt thép và kéo dài tuổi thọ công trình. Ăn mòn không chỉ gây ra thiệt hại về kinh tế do chi phí sửa chữa và bảo trì tăng cao, mà còn đe dọa đến sự an toàn của người sử dụng. Các công trình xây dựng ở vùng ven biển, khu công nghiệp hoặc nơi có điều kiện thời tiết khắc nghiệt đặc biệt dễ bị ảnh hưởng. Việc tìm kiếm các giải pháp hiệu quả để chống ăn mòn, như sử dụng bê tông tro bay hoặc các chất ức chế ăn mòn, là một ưu tiên hàng đầu. Theo báo cáo, "Quá trình ăn mòn cốt thép làm suy giảm tuổi thọ của công trình. Cần thiết phải đánh giá mức độ hư hại của công trình do ăn mòn cốt thép dưới tác động của nhiều yếu tố."

2.1. Tác Động Kinh Tế Của Ăn Mòn Cốt Thép

Ăn mòn cốt thép gây ra những tổn thất kinh tế đáng kể cho ngành xây dựng. Chi phí sửa chữa, gia cố và thay thế các kết cấu bị ăn mòn có thể lên đến hàng tỷ đô la mỗi năm. Ngoài ra, việc gián đoạn hoạt động của các công trình do phải sửa chữa cũng gây ra những thiệt hại gián tiếp. Việc đầu tư vào các biện pháp phòng ngừa ăn mòn ngay từ giai đoạn thiết kế và thi công có thể giúp tiết kiệm chi phí đáng kể trong dài hạn.

2.2. Nguy Cơ An Toàn Do Ăn Mòn Cốt Thép

Ngoài tác động kinh tế, ăn mòn cốt thép còn tiềm ẩn những nguy cơ an toàn nghiêm trọng. Khi cốt thép bị ăn mòn, khả năng chịu lực của kết cấu giảm sút, làm tăng nguy cơ sập đổ. Điều này đặc biệt nguy hiểm đối với các công trình công cộng như cầu, đường, nhà cao tầng, nơi mà sự cố có thể gây ra hậu quả thảm khốc. Việc kiểm tra, đánh giá và bảo trì định kỳ là rất quan trọng để phát hiện sớm các dấu hiệu ăn mòn và có biện pháp xử lý kịp thời.

2.3. Ảnh Hưởng Của Môi Trường Đến Quá Trình Ăn Mòn

Môi trường đóng vai trò quan trọng trong quá trình ăn mòn cốt thép. Các yếu tố như độ ẩm, nhiệt độ, nồng độ chloride, sulfate và CO2 có thể ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn. Môi trường biển, khu công nghiệp và các vùng có khí hậu khắc nghiệt thường có điều kiện ăn mòn cao hơn. Việc lựa chọn vật liệu và biện pháp bảo vệ phù hợp với điều kiện môi trường cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo tuổi thọ công trình.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép Với Tro Bay

Nghiên cứu này sử dụng phương pháp thực nghiệm và lý thuyết để đánh giá tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông tro bay. Các mẫu bê tông được chế tạo với các tỷ lệ tro bay khác nhau và tiếp xúc với môi trường xâm thực chứa chloride. Tốc độ ăn mòn được đo đạc bằng các phương pháp điện hóa và phân tích hóa lý. Dữ liệu thu thập được sử dụng để xây dựng mô hình tính toán tốc độ ăn mòn và đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố như tỷ lệ nước trên chất kết dính, hàm lượng tro bay, độ dày lớp bê tông bảo vệ và thời gian tiếp xúc. Theo báo cáo, "Đề tài tập trung nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết với các nội dung chính như sau: - Nội dung 1: Xây dựng thuyết minh chi tiết đề tài - Nội dung 2: Thiết kế mô hình thực nghiệm - Nội dung 3: Khảo sát và thu thập số liệu..."

3.1. Thiết Kế Mô Hình Thực Nghiệm Ăn Mòn Cốt Thép

Mô hình thực nghiệm được thiết kế để mô phỏng quá trình ăn mòn cốt thép trong điều kiện thực tế. Các mẫu bê tông được chế tạo với các thông số khác nhau và đặt trong môi trường xâm thực có kiểm soát. Các yếu tố như nồng độ chloride, nhiệt độ và độ ẩm được theo dõi và điều chỉnh để đảm bảo tính chính xác của kết quả. Các phương pháp đo đạc ăn mòn được lựa chọn phải đảm bảo độ nhạy và độ tin cậy cao.

3.2. Phương Pháp Đo Đạc Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép

Có nhiều phương pháp để đo đạc tốc độ ăn mòn cốt thép, bao gồm phương pháp điện hóa (như phân cực điện động, trở kháng điện hóa), phương pháp trọng lượng và phương pháp phân tích hóa lý. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu và điều kiện thực nghiệm. Trong nghiên cứu này, các phương pháp điện hóa được ưu tiên sử dụng do khả năng đo đạc tốc độ ăn mòn một cách nhanh chóng và chính xác.

3.3. Phân Tích Dữ Liệu Và Xây Dựng Mô Hình Ăn Mòn

Dữ liệu thu thập được từ các thí nghiệm được phân tích thống kê để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến tốc độ ăn mòn. Mô hình tính toán tốc độ ăn mòn được xây dựng dựa trên các kết quả phân tích và các lý thuyết về ăn mòn điện hóa. Mô hình này được kiểm chứng bằng cách so sánh kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm. Mục tiêu là xây dựng một mô hình có khả năng dự đoán tốc độ ăn mòn một cách chính xác trong các điều kiện khác nhau.

IV. Ứng Dụng Tro Bay Giải Pháp Giảm Tốc Độ Ăn Mòn Cốt Thép

Tro bay là một phụ gia khoáng được sử dụng rộng rãi trong bê tông để cải thiện tính chất cơ lý và độ bền. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của tro bay trong việc giảm tốc độ ăn mòn cốt thép. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng tro bay có thể làm giảm đáng kể tốc độ ăn mòn do làm đặc chắc cấu trúc bê tông, giảm độ thấm và tăng cường khả năng chống lại sự xâm nhập của chloride. Theo báo cáo, "Kết quả nghiên cứu chỉ ra việc sử dụng tro bay và giảm tỷ lệ nước trên chất kết dính đều làm giảm tốc độ ăn mòn cốt thép."

4.1. Cơ Chế Hoạt Động Của Tro Bay Trong Bê Tông

Tro bay hoạt động như một chất pozzolan, phản ứng với calcium hydroxide (sản phẩm của quá trình hydrat hóa xi măng) để tạo thành các sản phẩm hydrat hóa bổ sung, làm đặc chắc cấu trúc bê tông và giảm độ thấm. Điều này giúp ngăn chặn sự xâm nhập của các ion chloride và sulfate, giảm tốc độ ăn mòn cốt thép. Ngoài ra, tro bay còn có thể cải thiện khả năng chống lại sự tấn công của axit và kiềm.

4.2. So Sánh Hiệu Quả Giữa Bê Tông Thường Và Bê Tông Tro Bay

Nghiên cứu so sánh tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông thường và bê tông tro bay trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy rằng bê tông tro bay có khả năng chống ăn mòn tốt hơn đáng kể so với bê tông thường, đặc biệt trong môi trường xâm thực chứa chloride. Sự khác biệt này là do cấu trúc đặc chắc hơn và độ thấm thấp hơn của bê tông tro bay.

4.3. Hàm Lượng Tro Bay Tối Ưu Trong Bê Tông

Việc xác định hàm lượng tro bay tối ưu trong bê tông là rất quan trọng để đạt được hiệu quả chống ăn mòn tốt nhất mà không ảnh hưởng đến các tính chất khác của bê tông. Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của các hàm lượng tro bay khác nhau đến tốc độ ăn mòn cốt thép và đề xuất hàm lượng tro bay tối ưu cho các điều kiện khác nhau.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Phương Trình Dự Đoán Ăn Mòn Cốt Thép

Nghiên cứu đã xây dựng một phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông tro bay dựa trên các yếu tố như tỷ lệ nước trên chất kết dính, hàm lượng tro bay, độ dày lớp bê tông bảo vệ, thời gian tiếp xúc và nồng độ chloride. Phương trình này có thể được sử dụng để đánh giá độ bền bê tông và dự đoán tuổi thọ công trình trong môi trường xâm thực. Theo báo cáo, "Phương trình tính toán tốc độ ăn mòn cốt thép được xây dựng dựa trên việc xem xét các yếu tố chính gồm mức độ hydration của xi măng, mức độ của phản ứng pozzolanic trong bê tông tro bay, và độ rỗng mao dẫn."

5.1. Các Thông Số Đầu Vào Của Phương Trình Dự Đoán

Phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn yêu cầu các thông số đầu vào như tỷ lệ nước trên chất kết dính, hàm lượng tro bay, độ dày lớp bê tông bảo vệ, thời gian tiếp xúc và nồng độ chloride. Các thông số này có thể được xác định thông qua các thí nghiệm hoặc dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật.

5.2. Kiểm Chứng Độ Chính Xác Của Phương Trình

Độ chính xác của phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn được kiểm chứng bằng cách so sánh kết quả tính toán với kết quả thực nghiệm. Các kết quả so sánh cho thấy rằng phương trình có khả năng dự đoán tốc độ ăn mòn một cách chính xác trong các điều kiện khác nhau.

5.3. Ứng Dụng Phương Trình Trong Thiết Kế Và Bảo Trì

Phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn có thể được sử dụng trong quá trình thiết kế để lựa chọn vật liệu và thông số bê tông phù hợp để đảm bảo độ bền bê tông và tuổi thọ công trình trong môi trường xâm thực. Ngoài ra, phương trình này cũng có thể được sử dụng để đánh giá độ bền bê tông của các công trình đã có và đưa ra các biện pháp bảo trì phù hợp.

VI. Kết Luận Tro Bay Giải Pháp Bền Vững Cho Bê Tông Cốt Thép

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng việc sử dụng tro bay là một giải pháp hiệu quả để giảm tốc độ ăn mòn cốt thép và kéo dài tuổi thọ công trình. Bê tông tro bay có khả năng chống ăn mòn tốt hơn bê tông thường, đặc biệt trong môi trường xâm thực chứa chloride. Phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn được xây dựng trong nghiên cứu có thể được sử dụng để đánh giá độ bền bê tông và dự đoán tuổi thọ công trình trong môi trường xâm thực. Theo báo cáo, "Kết quả nghiên cứu chỉ ra việc sử dụng tro bay và giảm tỷ lệ nước trên chất kết dính đều làm giảm tốc độ ăn mòn cốt thép."

6.1. Ưu Điểm Của Việc Sử Dụng Tro Bay Trong Bê Tông

Việc sử dụng tro bay trong bê tông mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm giảm tốc độ ăn mòn cốt thép, tăng cường độ bền bê tông, giảm độ thấm, cải thiện khả năng chống lại sự tấn công của hóa chất và giảm chi phí xây dựng. Ngoài ra, việc sử dụng tro bay còn giúp giảm lượng khí thải CO2 từ ngành sản xuất xi măng, góp phần bảo vệ môi trường.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Ăn Mòn Cốt Thép

Các hướng nghiên cứu tiếp theo về ăn mòn cốt thép có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp đo đạc ăn mòn nhanh chóng và chính xác hơn, nghiên cứu các chất ức chế ăn mòn hiệu quả hơn, và xây dựng các mô hình dự đoán tốc độ ăn mòn chính xác hơn cho các điều kiện khác nhau. Ngoài ra, cần có thêm nghiên cứu về ảnh hưởng của các loại tro bay khác nhau đến tốc độ ăn mòn cốt thép.

6.3. Đề Xuất Giải Pháp Ứng Dụng Thực Tế Từ Nghiên Cứu

Nghiên cứu này đề xuất các giải pháp ứng dụng thực tế như sử dụng bê tông tro bay trong các công trình xây dựng ở vùng ven biển và khu công nghiệp, áp dụng phương trình dự đoán tốc độ ăn mòn trong quá trình thiết kế và bảo trì, và tăng cường kiểm tra, đánh giá độ bền bê tông của các công trình đã có.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Độ bền của kết cấu bê tông cốt thép, đặc biệt là các kết cấu làm việc trong môi trường xâm thực như môi trường biển, gây ra lo ngại về tính an toàn, sự toàn vẹn và tính phục vụ của kết cấu. Chi phí cần để sửa chữa và bảo trì các kết cấu bị hư hại do ăn mòn thường cao hơn rất nhiều. Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện và cho thấy sự hiệu quả của việc sử dụng các phương pháp số để đánh giá tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông. Tuy nhiên, các ảnh hưởng về thời gian chưa được xem xét trong nhiều mô hình dự đoán.

Thêm nữa, các ảnh hưởng của các yếu tố, như tỷ số nước trên chất kết dinh, các vật liệu chất kết dính thay thế, các điều kiện môi trường, v. có thể thay đổi. Kết quả là các yếu tố này làm thay đổi lớn đến kết quả tốc độ ăn mòn được dự đoán. Cũng cần chú ý rằng không có nhiều nghiên cứu xem xét các ảnh hưởng của sự phát triển theo thời gian của bê tông, bao gồm sự hydration của xi măng và phản ứng pozzolanic của tro bay, và độ rỗng mao dẫn.

Dựa trên các ý kiến đã nêu trên, mô hình tính toán tốc độ ăn mòn của cốt thép được đề xuất trong nghiên này. Mô hình tính toán được phát triển dựa trên các cấp phối bê tông khác nhau và các loại chất kết dính khác nhau. Mô hình được kiểm chứng với giá trị thực nghiệm trong chính nghiên cứu này và các nghiên cứu đã có trước đó.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu này được thực hiện để đánh giá mức độ hư hại do ăn mòn của công trình bê tông cốt thép. Nhằm đạt được mục tiêu chính, các mục tiêu cụ thể cần đạt được là: • Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tốc độ ăn mòn của cốt thép dưới ảnh hưởng của các yếu tố, gồm: cấp phối bê tông; nồng độ chloride; độ dày bê tông; và thời gian tiếp xúc.

• Xây dựng phương trình tính toán tốc độ ăn mòn của cốt thép cho các công trình bê tông cốt thép.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 1.1 Ý nghĩa khoa học Phương trình tính toán tốc độ ăn mòn của cốt thép trong bê tông có sử dụng phụ gia khoáng là tro bay thay thế xi măng. Có xem xét ảnh hưởng theo thời gian của sự phát triển cấu trúc vi mô của nền bê tông đến sự phát triển của quả trình ăn mòn cốt thép.2 Ý nghĩa thực tiễn Ứng dụng phương trình trong việc thiết kế độ bền cho kết cấu bê tông cốt thép làm việc trong môi trường xâm thực. Qua đó giảm thiểu được một phần chi phí trong việc sửa chữa và bảo trì kết cấu bê tông cốt thép. Trang 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Hiện trạng xâm thực các công trình bê tông cốt thép ở Việt Nam Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3200 km từ 8o37’ đến 21o32’ Bắc.

Sau năm 1960 số lượng các công trình bê tông cốt thép làm việc trong môi trường biển tăng đáng kể. Theo kết quả khảo sát của các cơ quan nghiên cứu trong nước như: Viện Khoa Học Vật Liệu, Viện Khoa Học Thủy Lợi, Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, v. thì tình trạng suy giảm tuổi thọ của công trình bê tông cốt thép làm việc trong môi trường vùng biển là đáng để quan tâm. Hiện nay bên cạnh các công trình có tuổi thọ trên 30 – 40 năm thì có nhiều công trình bị ăn mòn và hư hỏng nặng sau 20 – 25 năm sử dụng, thậm chí nhiều kết cấu bị phá hủy nặng nề chỉ sau 10 – 15 năm sử dụng.

Hầu hết các kết cấu này đều tiếp xúc với môi trường không khí và nước biển. Trong suốt thời gian làm việc của kết cấu có sự tương tác qua lại giữa vật liệu và môi trường xung quanh tạo điều kiện cho các tác nhân xâm thực thâm nhập qua lớp bê tông và bị giữ lại trên bề mặt cốt thép. Có thể phân loại mức độ xâm thực tại các vùng như trong Bảng 2. Phân loại môi trường và mức độ xâm thực [1].

Mức độ xâm thực của môi trường đối với kết STT Môi trường cấu Bê tông Bê tông cốt thép 1 Vùng khí quyền gần bờ - Trung bình 2 Vùng ben bờ Nhẹ Mạnh 3 Vùng sát mép nước Trung bình Mạnh Vùng nước lên xuống và sóng 4 Mạnh Rất mạnh đánh 5 Vùng ngập nước biển Mạnh Mạnh Theo điều tra của Viện khí tượng thì nước biển Việt Nam có thành phần hóa học, độ mặn và tính xâm thực tương đương với các vùng biển khác trên thế giới. Riêng vùng gần bờ biển do ảnh hưởng của các sông chảy ra biển nên khác chút ít. Kết quả phân tích như trong Bảng 2. Thành phần hóa học nước biển của Việt Nam và thế giới [1].

Chỉ Đơn Vùng biển Hòn Vùng biển Hải Biển Bắc Biển tiêu vị Gai Phòng Mỹ Bantic pH - 7,8 – 8,4 7,5 – 8,3 7,5 8,0 Trang 3 Cl- g/l 6,5 – 18,0 9,0 – 18,0 18,0 19,0 Na+ g/l - - 12,0 10,5 SO42- g/l 1,4 – 2,5 0,002 – 2,2 2,6 2,6 Mg2+ g/l 0,2 – 1,2 0,002 – 1,1 1,4 1,3 Cùng với tác động hóa học làm biến đổi thành phần của vật liệu thì kết cấu bê tông và bê tông cốt thép còn bị bào mòn do áp lực sóng, đặc biệt là sóng có cường độ mạnh do gió bão gây ra. Trên bề mặt kết cấu, quá trình khô ướt xảy ra thường xuyên làm tăng nhanh quá trình tích tụ ion Cl-, O2-. Khi tiến hành kiểm tra đánh giá khả năng chịu lực của một số công trình thì thấy tại các vết nứt cốt thép bị gỉ rất nặng, tiết diện cốt thép giảm 40 – 60%, cốt thép đai nằm bên ngoại bị gỉ nặng hơn và đứt nhiều hơn. Tiến hành đo điện thế ăn mòn bằng máy đo điện thế CANIN của một số công trình bê tông cốt thép làm việc trong môi trường biển và đánh giá dựa vào tiêu chuẩn ASTM C 876 [2] và giản đồ Pourbaix.

Các kết quả khảo sát tại bốn công trình tiêu biểu tại Đà Nẵng bao gồm: Cầu Nguyễn Văn Trỗi, Cảng cá Thuận Phước, Cảng Liên Chiểu và Cảng Tiên Sa cho thấy cả bốn công trình đều trong tình trạng ăn mòn rất nặng. Kết quả được trình bày trong Bảng 2. Kết quả đo điện thế ăn mòn và mức độ ăn mòn tại các công trình [1]. Điện thế so với điện thế Khả năng ăn mòn Phương pháp Công trình Ag/AgCl cốt thép đánh giá Cảng Tiên Sa -436 đến -516 ≥95% ASTM C876 Cảng Thuận -409 đến -450 ≥90% ASTM C876 Phước Cảng Liên Chiểu -320 đến -460 ≥90% ASTM C876 Cảng Nguyễn Giản đồ E-pH hệ -306 đến -325 ≥90% Văn Trỗi Fe-H2O 2.2 Tình hình nghiên cứu Alonso và các đồng sự [3] đã nghiên cứu mối liên hệ giữa điện trở suất và tốc độ ăn mòn của cốt thép trong vữa xi măng.

Các mẫu thực nghiệm được chuẩn bị với tỉ lệ nước trên xi măng (N/X) là 0. Các loại xi măng sử dụng trong nghiên cứu gồm: xi măng thường – Ordinary Portland Cement (OPC); xi măng bền sulfate – Sulfate Resistance Portland Cement (SRPC); xi măng xỉ - Slag Cement (SC); xi măng pozzolanic – Pozzolanic Cement (Pozz C); xi măng tro bay – Fly Ash Cement (FAC); và xi măng thường phối trộn 30% tro bay (OPC + 30% FA). Sau quá trình dưỡng hộ 28 ngày, các mẫu sẽ được đưa vào thùng thúc đẩy ăn mòn Trang 4 thông qua quá trình carbonation. Sau quá trình carbonation, các mẫu sẽ được lần lượt đặt trong các môi trường thay đổi với độ ẩm thay đổi, gồm: 100% RH; 50% RH; và ngâm một phần trong nước (khoảng 70% RH).

Kết quả nghiên cứu cho thấy giá trị hiệu điện thể ăn mòn của các mẫu thực nghiệm giảm, vào khoảng từ -400 đến -600 mV sau quá trình carbonation, như thể hiện trong Hình 2. Hơn nữa, quá trình các mẫu tiếp xúc với các môi trường có độ ẩm khác nhau cho thấy điện thể ăn mòn giảm khi tăng độ ẩm của môi trường. Cụ thể, nhóm mẫu đặt trong điều kiện ngâm một phần trong nước cho kết quả nhỏ nhất (khoảng từ -600 đến -700 mV). Giá trị điện thế lớn nhất được ghi nhận trong nhóm mẫu đặt trong môi trường có độ ẩm 50%.

Điện thế ăn mòn theo thời gian [3]. Đồng thời, mật độ dòng ăn mòn được ghi nhận nhỏ nhất vào khoang thời gian dưỡng hộ mẫu, như thể hiện trong Hình 2. Sau quá trình carbonation, mật độ dòng tăng lên khoảng 2 µA/cm2 vào cuối quá trình carbonation. Sau khi tiếp xúc với các môi trường có độ ẩm khác nhau, kết quả chỉ ra mối liên hệ tỉ lệ thuận giữa mật độ dòng ăn mòn và độ ẩm của môi trường.

Trang 5 Mật độ dòng ăn mòn khá cao (khoảng 3 – 10 µA/cm2) trong điều kiện mẫu được ngâm một phần trong nước. Tuy nhiên, giá trị mật độ dòng ăn mòn lại rất thấp trong trường hợp mẫu đặt trong môi trường có độ ẩm 50%. Mật độ dòng ăn mòn của cốt thép theo thời gian [3]. Osterminski và các đồng sự [4, 5] nghiên cứu ảnh hưởng của loại xi măng, tỉ lệ N/X và độ ẩm môi trường đến điện trở suất của bê tông.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra sự thay đổi của môi trường có ảnh hưởng đến điện trở suất, và mức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào khả năng bê tông hấp thụ và giải phóng nước trong khoảng thời gian thay đổi giữa mùa mưa và mùa khô. Về khía cạnh này, loại xi măng và tỉ lệ N/X được ghi nhận là hai thông số có ảnh hưởng lớn nhất. Giảm tỉ lệ N/X gây ra sự giảm độ nhạy của sự luân chuyển độ ẩm, trong khi đó độ nhạy được ghi nhận rõ ràng hơn khi sử dụng xi măng loại 3. Xi măng xỉ (xi măng loại 3) cho thấy khả năng cải thiện điện trở suất của bê tông.

Trong quá trình nghiên cứu, kết quả đo đạc cho thấy sự phát triển liên tục của điện trở suất, đó là kết quả của quá trình hydration của xi măng xỉ diễn ra trong một thời gian dài. Mặt khác, Trang 6 quá trình hydration của xi măng loại 1 diễn ra trong thời gian ngắn hơn, và do đó giá trị điện trở không cho thấy sự cải thiện đáng kể. Bê tông có tỉ lệ N/X 0.45 cho thấy sự phát triển đều của điện trở suất ở cả hai loại xi măng sử dụng trong nghiên cứu. Điện trở suất của bê tông ở các điều kiện tiếp xúc khác nhau.

Ghods và các đồng sự [6] đã phát triển mô hình dựa đoán tốc độ ăn mòn của cốt thép bị ăn mòn đều.