Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG ĂN MÒN PHÁ HỦY CỦA CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ KHẢ NĂNG XÂM THỰC CỦA MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BIỂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

Ăn mòn cốt thép làm hư hỏng kết cấu bê tông cốt thé p là vấn đề phổ biến trong xây dựng các công trình biển . Bài báo này trình bày một vài kết quả nghiên cứu và kiểm nghiệm về vấn đề ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép dưới tác... TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG ĂN MÒN PHÁ HỦY CỦA CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ KHẢ NĂNG XÂM THỰC CỦA MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BIỂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG A

Thể loại Tài liệu miễn phí Báo cáo khoa học

Số trang 7

Ngày tạo 8/29/2018 9:53:07 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước

Tên tệp

Tải Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT H... (.pdf)

Xem mẫu

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT HIỆN TRẠNG ĂN MÒN PHÁ HỦY CỦA CÁC CÔNG TRÌNH BÊ TÔNG CỐT THÉP VÀ KHẢ NĂNG XÂM THỰC CỦA MÔI TRƯỜNG VÙNG VEN BIỂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG AN INVESTIGATION ON THE CORROSION DESTRUCTIVE IN REINFORCED CONCRETE STRUCTURE AND POSSIBILITY OF ENVIRONMENTAL EROSION OF DANANG’S SEASIDE TRƯƠNG HOÀI CHÍNH – TRẦN VĂN QUANG – NGUYỄN PHAN PHÚ Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng HUỲNH QUYỀN Trường Đại học Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh TÓM TẮT Ăn mòn cốt thép làm hư hỏng kết cấu bê tông cốt thé p là vấn đề phổ biến trong xây dựng các công trình biển . Bài báo này trình bày một vài kết quả nghiên cứu và kiểm nghiệm về vấn đề ăn mòn cốt thép trong kết cấu bê tông cốt thép dưới tác động của nước biển và môi trường ở vùng biển Đà Nẵng . Bài báo này sẽ góp một số ý kiến cho việc xây dựng công trình với mục đích gia tăng độ bền kết cấu bê tông cốt thép trong vùng biển Đà Nẵng . ABSTRACT Corrosion of reinforced steel damaging reinforced concrete structure is a widespread construction problem for in the coastal areas. This article refers to some results of study and inspection in regard of the abrasion of reinforcement in reinforced concrete structure under sea and the environment effect of Danang’s seaside. The discussion and conclusion will be a foundation for the basic civil constructions to increase the durability of reinforced concrete structures on the Danang’s seaside. 1. Đặt vấn đề Nghiên cứu khảo sát hiện trạ ng ăn m phá h của các công trình và môi ủy òn trường xâm thực là vấn đề quan trọng trong việc xây dựng cơ sở để đưa ra định hướng, phương pháp bảo vệ phù hợp và hiệu quả kinh tế đối với các công trình xây dựng vùng ven biển. Với vị trí địa lí của mình, Đà Nẵng là một thành phố có rất nhiều công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp (DD & CN ) bằng thép, bê tông cốt thép ( BTCT) chịu ảnh hưởng trực tiếp của khí hậu vùng biển. Kết quả nghiên cứu khảo sát đánh giá hiện trạng ăn mòn và mức độ xâm thực của môi trường là cơ sở giúp cho các nhà quản lí, thiết kế, thi công… có những định hướng biện pháp sữa chữa, chống ăn mòn cho các công trình BTCT một cách phù hợp để nâng cao tuổi thọ, tăng hiệu quả đầu tư cho các 1
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 công trình, góp phần vào sự phát triển ổn định cho thành phố Đà Nẵng. 2. Kết quả nghiên cứu và khảo sát Để thực hiện các nghiên cứu, nhóm tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu là khảo sát thực tế tại hiện trường và đo đạc tại hiện trường hoặc lấy mẫu đo đạc trong phòng thí nghiệm. - Hiện trạng ăn mòn phá hủy công trình a. c. b. d. Hình 1. Hiện trạng ăn mòn các công trình khảo sát tại vùng biển Đà Nẵng a, b: Cảng Tiên Sa; c: Cảng cá Thuận Phước; d: Cầu Nguyễn Văn Trỗi Các kết quả khảo sát trên hiện trường tại bốn công trình tiêu biểu bao gồm: Cầu Nguyễn Văn Trỗi, Cảng cá Thuận Phước, Cảng Liên Chiểu và Cảng Tiên Sa cho thấy rằng, tất cả 4 công trình đều nằm ở trong tình trạng ăn mòn và phá hủy từ mức độ trung bình cho đến rất nặng. Nhiều vị trí công trình bị hư hỏng nặng, không còn khả năng chịu lực, lớp bê tông bảo vệ bị bong bục từng mảng do cốt thép bị ăn mòn nặng. Cl-(%) 0,14 0,12 ♦: Cảng Liên Chiểu 0,1 ∆: Cảng Tiên Sa 0,08 ●: Cảng cá Thuận Phước Ngưỡng ăn mòn 0,06 0,04 0,02 0 Cốt thép Chiều dày lớp BT bảo vệ Giữa Biên ngoài Hình 3. Sự biến thiên hàm lượng Cl- theo chiều dày lớp bê tông bảo vệ Các mẫu bê tông được lấy trực tiếp tại các công trình và được đo đạc, phân tích trong phòng thí nghi ệm (tại Trung tâm II). Các chỉ tiêu phân tích bao gồm những chỉ tiêu 2
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 đặc trưng cho khả năng bị ăn mòn của kết cấu như hàm lượng Cl-, SO 4 -2, pH.... Kết quả phân tích m ẫu cho thấy, hàm lượng Cl- thấm đều theo chiều dày của lớp bê tông bảo vệ và gấp 3-4 lần giới hạn cho phép (hình 3). Hàm lượng SO 4 -2 cũng nằm trong tình trạng trên và n ằm ngoài vùng cho phép của ngưỡng ăn mòn. pH bê tông dao dộng từ 10-11,7. Điện thế ăn mòn của cốt thép được đo đạc trực tiếp tại các công trình. Phương pháp đo đạc sử dụng trong quá trình nghiên cứu là điện cực so sánh Ag/AgCl. Kết quả đo đạc được đánh giá dựa vào tiêu chuẩn ASTM C 876 và giản đồ E-pH của hệ Fe - H 2 O, xem bảng 1. Bảng 1. Kết quả đo đạc điện thế ăn mòn cốt thép và khả năng ăn mòn tại các công trình. Điện thế so với điện thế Khả năng ăn Phương pháp đánh giá Công trình mòn cốt thép Ag/AgCl (mV) -436 đến -516 ≥95% Cảng Tiên Sa ASTM C876 -409 đến -450 ≥90% Cảng Thuận Phước ASTM C876 -320 đến -460 ≥90% Cảng Liên Chiểu ASTM C876 -306 đến -325 ≥90% Giản đồ E-pH hệ Fe- H2O Cầu Nguyễn Văn Trỗi Bảng 2. Kết quả đo đạc phân tích các thông số không khí ven Biển Đà Nẵng Cảng Cảng Cầu Nguyễn Cảng Thuận PP Liên Chiểu Văn Trỗi Tiên Sa Phước TT Thông số ĐVT Phân tích Mùa Mùa Mùa Mùa Mùa Mùa Mùa Mùa khô mưa khô mưa khô mưa mưa khô Trắc 1 SO2 mg/m3 quang 0,07 0,01 0,19 0,06 0,04 0,06 0,11 0,03 - UVIS mg/m3 Chuẩn độ 2 Cl- 0,18 0,04 0,19 0,05 0,21 0,05 0,32 0,09 3 Nhiệt độ 0C 35,57 - 32,13 - 0,53 0,50 36,55 - 4 Độ ẩm % 33,17 - 42,00 - 44,20 - 40,93 - 5 Vận tốc gió m/s 2,95 - 1,69 - 1,54 - 2,49 - Hình 4. Công tác đo đạc điện thế ăn mòn tại các công trình Kết quả phân tích và đo đạc tại các vị trí cho thấy, do Đà Nẵng có nhiều nhánh sông chảy ra, nên độ mặn của tầng nước mặt có thay đổi. Nhưng nhìn chung, độ mặn 3
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 của vùng ven biển Đà Nẵng tương đương với các vùng biển khác ở Việt Nam và trên thế giới, bảng 3. Bảng 3. So sánh một số thông số của vùng biển Đà Nẵng và các khu vực. Chỉ tiêu Đơn vị Biển Hòn Gai Biển Hải Phòng Biển Bắc Mỹ Biển Bantic Đà Nẵng - 7,8-8,4 7,5-8,3 7,5 8,0 pH 7,7 g/l 6,5-18,0 9,0-18,0 18,0 19,0 Cl- 0,4-12 SO 4 -2 g/l 0,2-1,2 0,002-1,1 1,4 1,3 0,2-0,9 Hình 5. Công tác đo đạc, lấy mẫu bê tông tại các công trình khảo sát 3. Bàn luận Kết quả nghiên cứu khảo sát đã xây dựng hoàn thiện một thực trạng bị ăn mòn phá hủy của các công trình vùng ven biển Đà Nẵng. Hầu như các công trình bị ăn mòn đều nằm trong khả năng bị ăn mòn trên 90%. Các công trình đều xuống cấp sau 5-10 năm đưa vào sử dụng (cảng cá Thuận Phước, cảng Liên Chiểu), công trình cảng Tiên Sa nằm trong tình trạng bị ăn mòn phá hủy ở mức báo động, nhiều kết cấu tại công trình này bị phá hủy hoàn toàn không còn khả năng phục hồi được. Theo các kết quả nghiên cứu thì ảnh hưởng của môi trường xâm thực đế n quá trình ăn mòn rất phức tạp. Ngoài các tác động của khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm môi trường, không khí... thì các tác nhân hoà tan trong môiường đặc biệt là môi trường tr nước biển, gây xâm thực rất mạnh. Các yếu tố gây ăn mòn tác động tương hỗ lẫn nhau trong quá trình ăn mòn phá hu vật liệu. Trong quá trình xâm thực, phá huỷ cốt thép ỷ trong BTCT, thì sự thâm nhập của ion SO 4 -2 và Cl- là quá trình xảy ra thường xuyên và đóng vai trò chủ yếu gây nên sự phá huỷ BTCT. Sự xâm thực của SO 4 -2 gây ra sự thay đổi cấu trúc vi mô và làm gi nở bê tông, sinh ra các v nứt, chính các vết nứt này ản ết tăng cường sự thâm nhập của các t ác nhân xâm thực khác và phá hủy cốt thép trong bê tông cốt thép. Trong trường hợp ion Cl-, ngoài sự có mặt của nó trong quá trình sử dụng vật liệu, thi công, thì quá trình thâm nhập thông qua lớp bê tông bảo vệ từ môi trường rất mạnh. Sự tồn tại của ion Cl- gây nên sự phá hủy màng thụ động của cốt thép, khơi mào cho quá trình ăn mòn và phá hủ y. Bên cạnh đó, sự phá huỷ BT và BTCT còn do sự thâm nhập của CO 2 qua các khe nứt, hoặc qua các vùng bê tông có độ đặc chắc kém, sự có mặt của CO 2 kết hợp với Ca(OH) 2 có trong bê tông t o ra một vùng có pH thấp và ạ đưa đến sự phá hoại cốt thép trong bê tông. Nước biển là một trong những môi trường 4
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 có độ xâm thực mạnh do chứa nhiều tác nhân gây ăn mòn và phá hủ y như Cl-, SO 4 2-, O 2 hoà tan, ngoài ra còn có các khoáng chất khác Trên cơ sở các số liệu thu thập và đo đạc, khí hậu Đà Nẵng tương đối giống cá c vùng khác tại Việt Nam với đặc trưng là nhiệt đới ẩm ướt, gió mùa, nhiều nắng và mưa. Tuy nhiên, khí h ậu Đà Nẵng còn có những đặt trưng riêng là sự tác động theo chu kỳ khô- ẩm và nhiều gió, bão. Trong mùa đông, thường xen kẽ những đợt gió mùa Đông- Bắc kèm theo thời tiết hanh khô với các đợt mưa phùn độ ẩm cao. Về mùa hè, trời nắng nóng làm nước bốc hơi nhanh nhưng lại có những đợt mưa rào làm thấm ướt đột ngột. Các tác động trên gây nên quá trình khô ẩm bề mặt kết cấu và khuếch đại tốc độ thẩm thấu của các chất xâm thực trên bề mặt. Các đợt gió bão cũng đưa vào vùng ven biển một lượng muối khá lớn. Do có độ ẩm không khí cao đặc biệt mùa mưa, kết hợp với những cơn mưa thường xuyên dẫn đến bề mặt của các công trình luôn luôn bị ẩm [1], đặc biệt vào tháng 2 đến tháng 4 trong năm. Sự ẩm ướt bề mặt của công trình làm tăng khả năng khuyếch tán các ion xâm thực qua lớp bê tông bảo vệ. Sự chênh lệch lớn của nhiệt độ giữa mùa đông và mùa hè, kèm theo s thay đổi mạnh của độ ẩm giữa mùa mưa (~40% ) và mùa khô ự (~85%) gây nên sự g iãn nở của lớp BT bảo vệ, sinh ra các vết nứt trên bề mặt cũng tăng cường quá trình thâm nhập các tác nhân gây ăn mòn phá huỷ. Nhìn chung, khả năng bị ăn mòn phá h ủy của các công trình BTCT ở Đà Nẵng là rất lớn. Kết quả phân tích và đo đạc môi trường nước biển được thực hiện chủ yếu ở tầng nước mặt do sự ăn mòn phá huỷ các công trình xảy ra mạnh nhất tại vùng này. Nhìn chung, độ mặn và thành phần nước biển tại các vị trí khảo sát tương đối khác nhau điều này xảy ra là do nguyên nhân các vị trí công trình khảo sát đều nằm ở cửa sông. Độ mặn tính theo nồng độ ion Cl- tại các vị trí khảo sát tương đối thấp hơn so với những vùng biển khác ở trong nước và trên thế giới. Nồng độ Cl - thấp nhất tại khu vực cầu Nguyễn Văn Trỗi dao động trong khoảng 71 -77 mg/l đ với mùa mưa và 198,5 đ ối ến 327,6 mg/l mùa khô. V trí có nồng độ Cl cao nhất là cảng Liên Chiểu thay đổi từ ị - 9075,2 đến 14357,3 mg/l đối với mùa khô và 922,9 đến 923,5 mg/l đối với mùa mưa, trong khi đó nồng độ của vùng biển Hòn Gai dao động từ 6000 đến 18000mg/l, biển Bắc Mỹ 18000mg/l. Sự thay đổi lớn về nồng độ Cl- trong nước biển là do hằng năm ở Đà Nẵng có lượng mưa lớn, giá trị lượng mưa trung bình hằng năm khoảng 2041,5 (mm/năm). Theo kết quả khảo sát thì khu vực Đà Nẵng thì lượng Cl - sa lắng lớn khoảng 40-80mg/m2/ ngày [2]. Hàm lượng SO 4 -2 tại các vùng khảo sát thấp hơn so với các vùng biển trên thế giới (khoảng 2000mg/l), ngược lại pH đo đạc được tại các vị trí khảo sát tương đương với các vùng biển trên thế giới và trong nước, giá trị pH thay đổi từ 7,2 đến 8,0. Nhìn chung, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, hàm lượng của các yếu tố gây ăn mòn trong môi tr ờng nước biển vùng ven bờ thành phố Đà Nẵng tương đối thấp ư hơn so với các môi trường vùng biển khác ở Việt Nam và trên thế giới . Nhưng do nằm trong điều kiện kh í hậu thúc đẩy quá trình ăn mòn, phá hủy nên khả năng gây ăn mòn của các yếu tố này lớn hơn so với các khu vực khác ở Việt Nam và trên thế giới. Kết quả khảo sát về môi trường không khí của vùng biển Đà Nẵng cho thấy, mức độ xâm thực của yếu tố này cũng rất lớn. Với hàm lượng các ion Cl-, SO-2 4 nằm 5
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 trong các nhóm khí B,C,D k hợp với độ ẩm tương đối lớn hơn 85% trong mùa mưa, ết môi trường không khí ven biển Đà Nẵng thuộc vào vùng xâm thực trung bình đến nặng ạnh đó, sự kết hợp với kh í hậu nóng nắng về mùa khô làm (TCVN 3994-1995). Bên c bốc hơi một lượng lớn muối vào trong môi trường không khí, tăng khả năng xâm thực của ion Cl-, SO-2 4 vào các lớp bê tông bảo vệ đối với các công trình BTCT. Nhìn chung, k quả nghiên cứu và khảo sát cho thấy rằng với sự kết hợp của ết môi trường khí hậu, thành phần nước biển và môi trường không khí, vùng ven biển Đà Nẵng là một môi trường xâm thực và gây ăn mòn phá hủy rất mạnh đối với các công trình BTCT. 4. Kết luận Mức độ xâm thực của môi trường (không khí, nước biển) là một yếu tố quyết định đến khả năng gây ăn mòn phá huỷ của các công trình. Kết quả nghiên cứu và khảo sát cho thấy, đặc điểm thành phần nước biển, môi trường không khí của các vùng ven biển Đà Nẵng (tại các vị trí khảo sát) có độ xâm thực từ trung bình đến nặng. Bên cạnh đó, kết hợp với điều kiện khí hậu, các công trình luôn chịu ảnh hưởng lớn của các tác động thường xuyên như nhiệt độ, độ ẩm, hàm lượng Cl- khuếch tán lớn, tác động theo chu kỳ khô - ẩm và nhiều gió bão, mùa đông, thường có những cơn mưa phùn, thời tiết hanh khô, ngư lại mùa hè, trời nóng làm nước bốc hơi nhanh nhưng có những cơn ợc mưa phùn đột ngột. Chính những tác nhân này gây nên những quá trình khô ẩm trên bề mặt kết cấu công trình, tăng cường quá trình xâm thực của các tác nhân gây ăn mòn phá huỷ đến công trình. Hiện nay, hầu hết các công trình vùng ven biển Đà Nẵng đều bị ăn mòn phá hủy ở mức độ trung bình đến nặng, các công trình đều bị xuống cấp do sự ăn mòn phá hủy sau 5-10 năm đưa vào sử dụng. Kết quả nghiên cứu khảo sát là cơ sở dữ liệu để minh chứng cho khả năng xâm thực mạnh của môi trường ven biển Đà Nẵng, là cơ sở cho việc đánh giá đưa ra những biện pháp, công nghệ phù hợp nhằm bảo vệ chống ăn mòn xâm thực, nâng cao tuổi thọ cho các công trình vùng ven bi Đà Nẵng, đặc biệt là các c ông trình c cảng, góp ển ầu phần vào sự phát triển bền vững kinh tế của thành phố. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tài liệu tập huấn kỹ thuật, ”Chống ăn mòn và bảo vệ các công trình BT và BTCT vùng biển”, Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng, Bộ Xây dựng, Hà Nội 2002. [2] ThS. Trương Hoài Chính, TS. Hu nh Quyền; TS. Trần Văn Quang; KS. Nguyễn ỳ Phan Phú, “Phân tích kết quả đo đạc các tác nhân gây ăn mòn xâm thực ”, Báo cáo chuyên đề, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, Đà Nẵng 11/2007. [3] ThS. Trương Hoài Chính, TS. Hunh Quyề n; TS. Tr Văn Quang; KS. Nguyễn ỳ ần Phan Phú, “Tổng hợp, phân tích, đánh giá và dự báo hiện trạng ăn mòn xâm thực các công trình xây dựng DD&CN vùng ven biển Đà Nẵng”. Báo cáo chuyên đề, Đề 6
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 6(29).2008 tài nghiên cứu khoa học cấp thành phố, Đà Nẵng 11/2007. [4] Thuy T.B. Hoang, Thuy T.B. Nguyen, Corrosion Control of Steel Bridge sumerged in brackish water- A case study, International Corrosion Engineering Coference, Seoul, Korea, May 20-24, 2007. [5] Marshall E.Parker and Edward G.Peattie, Pipe line Corrosion and Cathode Protection, Third Edition, A pratical manual for corrosion engineers technicians, and field personnel, Elsevier Science (USA), 1999 [6] Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học “Ăn mòn và bảo vệ các công trình vùng ven biển”, Viện Khoa học Kỹ thuật Xây dựng, Hà Nội 8 -1999. 7

nguon tai.lieu . vn

Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học Công nghệ thông tin Kinh tế - Thương mại Tài chính - Ngân hàng Kiến trúc - Xây dựng Điện-Điện tử-Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Công nghệ - Môi trường Báo cáo khoa học Quản trị kinh doanh Khoa học xã hội Khoa học tự nhiên Nông - Lâm - Ngư Y khoa - Dược