BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
NGHIÊN CỨU SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BIẾN ĐỔI
NGHIÊN CỨU SỰ ĂN MÒN BÊ TÔNG, BIẾN ĐỔIKHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT
KHẢ NĂNG CHỊU LỰC KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐTTHÉP TRONG MÔI TRƯỜNG CHUA MẶN VÙNG
THÉP TRONG MÔI TRƯỜNG CHUA MẶN VÙNGĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆN
ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ MỘT SỐ BIỆNPHÁP PHÒNG CHỐNG
PHÁP PHÒNG CHỐNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI
1
MỞ ĐẦU 6
CHƯƠNG 1 8
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÊ TÔNG CÔNG TRÌNH THỦY LỢI VÙNG
ĐBSCL VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 8
1.1 Một số đặc điểm môi trường ảnh hưởng đến chất lượng kết cấu bê tông công trình thủy lợi
8
1.1.1 Đặc điểm chung 8
tông 63
3.2 Các loại kết cấu có thể bị giảm khả năng chịu lực 70
3.3 Đánh giá mức độ và tốc độ giảm khả năng chịu lực của một kết cấu công trình điển hình
71
3.3.1 Kết cấu tường bên cống hở 72
3.3.2 Công trình cống ngầm 78
CHƯƠNG 4 : 84
NGHIÊN CỨU ĐẾ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHÒNG CHỐNG, GIẢM THIỂU SỰ ĂN
MÒN VÀ SUY THOÁI ĐỘ BỀN BÊ TÔNG VÙNG CHUA MẶN ĐBSCL
84
4.1 Sử dụng phụ gia thủy hoạt tính Diatomit để tăng cường khả năng chống ăn mòn cho bê
tông vùng chua mặn ĐBSCL 84
4.1.1 Nguồn gốc tạo thành Diatomit 84
2
4.1.2 Tính chất của Diatomit 85
4.1.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 86
4.2 Sử dụng phụ gia Bennit cho bê tông vùng chua mặn ĐBSCL 97
4.2.1 Sự phân bố nguyên liệu Bentonit 97
4.2.2 Một số tính chất của Bentonit 98
4.2.3 Các thí nghiệm benit vào xi măng 99
4.2.4 Thử nghiệm phụ gia Benit vào bê tông 99
4.2.5 Ứng dụng thực tế phụ gia ben nít 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101
BẢNG BIỂU
Bảng 1 – 1 : Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL 16
Bảng 1- 2 : Tính chất cơ lý của xi măng sử dụng vào các công trình 18
Bảng 1 – 3 : Tính chất của cát Đồng Nai : 19
Bảng 1 – 4 : Tính chất của cát Tân Châu : 20
Bảng 1 – 5 : Tính chất của đá dăm Biên Hòa 22
Bảng 1 – 6 : Tính chất của đá dăm An Giang 22
Hình 2-2 : Bê tông bị ăn mòn trơ thép 39
Hình 3 - 1 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R ∼ T) 64
H ình 3 - 2 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R ~ T) 64
H ình 3 - 3 : Quan hệ cường độ nén bê tông theo thời gian (R ~ T) 65
Hình 3 - 4 : Biểu đồ quan hệ cường độ bê tông theo thời gian 68
Hình 3 - 5 : Quan hệ sự suy giảm cường độ bê tông trong môi trường 68
Hình 2 – 1 (PL) : Tường bên, Cống Bắc Đông – Tỉnh Long An (7 năm) 106
Hình 2 – 2 (PL) : Trụ pin, Cống Bắc Đông - Tỉnh Long An (7 năm) 106
Hình 2 – 3 (PL) : Tường bên, Cống Thanh Hà – Tỉnh Long An – 20 năm 107
Hình 2 – 4 (PL) : Tường bên, Cống Thanh Hà – Tỉnh Long An – 20 năm 107
Hình 2 – 5 (PL) : Trụ pin, Cống Chợ Giữa – Tỉnh Long An (20 năm) 108
Hình 2 – 6 (PL) : Tường bên, Cống Chợ Giữa – Tỉnh Long An (20 năm) 108
Hình 2 – 7 (PL) : Tường bên, Cống Cầu Tàu – Tỉnh Bến Tre (12 năm) 109
Hình 2 – 8 (PL) : Tường bên, Cống Cầu Tàu – Tỉnh Bến Tre (12 năm) 109
Hình 2 – 9 (PL) : Tường bên, Cống Vàm Đồn – Tỉnh Bến Tre (14 năm) 110
Hình 2 – 10 (PL) : Tường bên, Cống Vàm Đồn – Tỉnh Bến Tre (14 năm) 110
Hình 2 – 11 (PL) : Tường bên, Cống Láng Sen – Tỉnh Bến Tre (18 năm) 111
Hình 2 – 12 (PL) : Tường bên, Cống Láng Sen – Tỉnh Bến Tre (18 năm) 111
Hình 2 – 13 (PL) : Trụ pin, Cống Mốc Keo Nhỏ – Cần Giờ TP.HCM (8 năm) 112
Hình 2 - 14 (PL) : Tường bên, Cống Mốc Keo Nhỏ – Cần Giờ TP.HCM (8 năm) 112
Hình 2 – 15 (PL) : Dầm công tác, Cống A1 – TP.Hồ Chí Minh (15 năm) 113
Hình 2 – 16 (PL) : Dầm công tác, Cống A1 – TP.Hồ Chí Minh (15 năm) 113
Hình 2 – 17 (PL) : Dầm công tác, Cống Tà Xăm – Tỉnh Kiên Giang (16 năm) 114
Hình 2 – 19 (PL) : Dầm công tác, Cống Phú Vĩnh – Tỉnh An Giang (17 năm) 115
Hình 2 – 20 (PL) : Trụ cầu công tác, Cống Phú Vĩnh – Tỉnh An Giang (17 năm) 115
Hình PL - 1 : Thí nghiệm cường độ mẫu xi măng 138
Hình PL - 2 : Máy thí nghiệm độ chống thấm của bê tông 138
Hình PL - 3 : Nghiên cứu môi trường nước ăn mòn BTCT vùng ĐBSCL 139
Hình PL - 4 : Thí nghiệm nén mẫu bê tông lõi khoan 139
Hình PL - 5 : Máy siêu âm và súng bắn bê tông 140
Để hiểu rõ về hiện tượng ăn mòn bê tông vùng chua, mặn vùng nghiên
cứu, cần thiết phải có những nghiên cứu tổng kết đánh giá mức độ ăn mòn. Từ
đó đề xuất các giải pháp phòng chống, khắc phục và hạn chế sự ăn mòn, nhằm
nâng cao tuổi thọ công trình. Đây là vấn đề tuy không mới trên thế giới, nhưng
còn mới mẻ vơi nước ta, nhất là đối với các công trình thủy lợi trên ĐBSCL . Đó
cũng chính là lý do thực hiện đề tài nghiên cứu này.
Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
• Nghiên cứu khảo sát hiện tượng và mức độ sự ăn mòn bê tông vùng
chua, mặn ĐBSCL.
• Nghiên cứu phân tích nguyên nhân của hiện tượng ăn mòn bê tông, các
nhân tố ảnh hưởng tới sự ăn mòn và thoái hóa độ bền của bê tông vùng
chua, mặn.
6
• Đưa ra được cơ sở khoa học nhằm hạn chế sự ăn mòn và giảm cường
độ bê tông.
• Góp phần giải quyết các vấn đề tồn tại hiện nay, phục vụ cho xây dựng
công trình thủy lợi có sử dụng bê tông và bê tông cốt thép ở ĐBSCL.
Phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp điều tra, thống kê thu thập số liệu: Nghiên cứu khảo sát
sự suy giảm và thoái hóa độ bền bê tông vùng chua mặn ĐBSCL.
Dùng phương pháp khoan lõi bê tông để xác định cường độ nén và độ
chống thấm của mẫu lõi khoan từ một số công trình tiêu biểu trong
vùng chua mặn ĐBSCL. Dùng phương pháp không phá hủy (siêu âm
kết hợp súng bật nẩy) để xác định cường độ bê tông tại kết cấu tại hiện
trường của một số công trình tiêu biểu trong vùng cần nghiên cứu.
• Phương pháp lý thuyết: Phân tích, sử dụng các phần mềm tính toán,
phỏng đóan,
• Dựa vào vào kết quả nghiên cứu khảo sát sự ăn mòn bê tông, dựa vào
đặc điểm môi trường vùng nghiên cứu phân tích đánh giá nguyên nhân
và các nhân tố gây ăn mòn bê tông vùng nghiên cứu.
o
25’ – 106
o
50’
kinh độ Đông, bao gồm 13 tỉnh: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Đồng Tháp,
Vĩnh Long, Trà Vinh, An Giang, Cần Thơ, Hậu Giang, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà
Mau, Kiên Giang.
Với địa hình bằng phẳng, hơi thấp, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều,
tạo nên một vùng diện tích ảnh hưởng mặn đế nửa diện tích đồng bằng.
Hầu hết đất phèn tập trung ở các tỉnh ĐBSCL. Trừ một số diện tích không
lớn, nằm giữa sông Tiền, sống Hậu và hai bên sông đó : như Tiền Giang, Cần
8
Thơ, Sóc Trăng, còn lại đa số là đất phèn, phèn ít hoặc là phèn nhiều, hoặc là
phèn mặn, phèn tiềm tàng. [1]
1.1.2 Môi trường khí hậu [2]
ĐBSCL chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, ấm áp quanh năm,
lượng mưa khá lớn. Một năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa từ tháng V đến
tháng XI, thịnh hành gió mùa tây nam, có nhiều mưa, ẩm ướt, mùa khô từ tháng
XI đến cuối tháng IV, thịnh hành gió mùa đông bắc, ít mưa, khô hạn.
• Nhiệt độ không khí
ĐBSCL có nền nhiệt độ cao và tương đối đồng đều, nhiệt độ trung bình
năm khoảng 26,4 – 27,3
o
C. Tổng nhiệt độ năm 9.500 – 10.000
o
C. Chênh lệch
giữa nhiệt độ trung bình tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất 3 – 4
o
C, dao động
nhiệt độ ban ngày và ban đêm 7 – 8
mưa trong mùa khô chỉ chiếm dưới 10%. Các tháng I, II, III hầu như không có
mưa. Vì vậy ĐBSCL bị khô hạn nghiêm trọng vào mùa khô. Trong mùa mưa tuy
có các đợt mưa to gây ngập úng nhưng vẫn xảy ra các đợt khô hạn dài từ 10 – 15
ngày.
• Lượng bốc hơi
Bốc hơi Picher ở ĐBSCL khoảng từ 900 – 1.300mm, bốc hơi Châu Á
khoảng từ 1.500 – 1.800 mm. Bốc hơi trong mùa khô cao hơn mùa mưa, trung
bình 4 – 5 mm/ngày trong mùa khô và 3 – 4 mm/ngày trong mùa mưa.
1.1.3 Môi trường nền [1]
ĐBSCL được tạo bởi bồi tích của phù sa sông, biển. Thông thường ở lớp
mặt chiều dày 5 – 7 m ở trạng thái chảy dẻo, chịu lực kém, khoảng từ 7 m trở
xuống là lớp đất có kết cấu chặt hơn.
ĐBSCL là nơi tập trung phổ biến đất phèn, trừ một số diện tích không
lớn, nằm giữa sông Tiền, sông Hậu và vùng đê tự nhiên hai sông đó như Tiền
Giang, Cần Thơ, Sóc Trăng. Đến nay ranh giới đất phèn chưa được cụ thể và
10
chính xác. Hơn nữa các loại đất phèn lại xen kẽ nhau kiểu “da báo”, tạm thời có
thể phân ra một số vùng sau:
- Vùng đất phèn hoạt tính, chủ yếu là phèn nhiều thuộc khu vực của sông
Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây : Từ biên giới Việt Nam – Campuchia, kéo
xuống Bắc tỉnh Đồng Tháp, lên đến ngoại thành TP. Hồ Chí Minh và về tận
Long An. Đất ở đây hầu hết đã xuất hiện tầng jarosite và dưới tầng jarosit
thường có hữu cơ của sú vẹt rất nhiều. Độ ngập thường 60 – 70 cm .
- Vùng phèn Đồng Tháp Mười thuộc các huyện Hồng Ngự, Tam Nông
(Đồng Tháp) chạy về Mộc Hóa (Long An), Tiền Giang, diện tích gần 700.000
ha, phần ở tỉnh Đồng Tháp khoảng 200.000 ha.
- Vùng phèn Tứ giác Long Xuyên có dạng một tứ giác thuộc hai tỉnh Kiên
Giang và An Giang, tổng diện tích khoảng 200.000 ha.
- Vùng đất phèn Bán đảo Cà Mau : trừ một dải đất mặn dọc biển của Bạc
Liêu, Mũi Cà Mau, còn lại đa số đất phèn đây nằm dưới dạng phèn tiềm tàng,
Rừng sú vẹt lại bị vùi lấp dưới lớp phù sa cận sinh và phù sa mới. Sự phân hủy
của xác sú vẹt và nước thủy triều xâm nhập tạo ra nhiều lưu huỳnh, lưu huỳnh
tạo thành SO
4
2-
.Như vậy môi trường nước vùng ĐBSCL chịu ảnh hưởng của mội trường
nước mặn, nước phèn . Sự phân bố môi trường nước mặn và nước phèn thể hiện
trên hình 1 - 1, hình 1 - 2 và hình 1 – 3 .
+ Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL : Theo tài liệu
khảo sát của Viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam, kết quả thí nghiệm bảng 1 - 1
12
Hình 1 - 1 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua, mặn ĐBSCL
13
Hình 1 -2 : Phân vùng ảnh hưởng nước chua ĐBSCL
14
Hình 1 - 3 : Phân vùng ảnh hưởng nước mặn ĐBSCL
15
Bảng 1 – 1 : Thành phần hóa học của môi trường nước vùng ĐBSCL
Địa điểm pH
HCO
3
-
CO
2
XT SO
4
2-
• Hầu hết các công trình Thủy lợi vùng ĐBSCL thường là các công trình
cống lấy nước, thoát lũ, ngăn mặn rửa phèn. Các bộ phận kết cấu của công trình
đều chịu tác động lớn của áp lực nước, dòng chảy, áp lực đất. Vì vậy đa số các
công trình đều sử dụng bê tông cốt thép.
• Hình dạng kết cấu công trình:
+ Kết cấu khối tảng thường là các tường bên, tường cánh, trụ pin: chiếm
khoảng 40%.
+ Kết cấu dầm thường là các cầu giao thông, cầu công tác: chiếm
khoảng 10%.
+ Kết cấu bản thường là các bản mặt cầu giao thông, bản đáy thân cống,
bản đáy sân trước, sân sau: chiếm khoảng 50%.
• Môi trường tác dụng trực tiếp tới kết cấu:
+ Kết cấu thường xuyên ngập trong nước: chiếm khoảng 60%
+ Kết cấu nằm trong vùng mực nước thay đổi: chiếm khoảng 20%
+ Kết cấu nằm trên khô hoàn toàn: chiếm khoảng 20%
• Các kết cấu bê tông công trình thuộc vùng nghiên cứu hầu hết được
sản xuất với cốt liệu thô là đá dăm, cốt liệu nhỏ là cát sông; mác bê tông thường
thiết kế với mác M200 (cường độ nén 200 kG/cm
2
ở tuổi 28 ngày), riêng các tấm
bê tông lát mái thường thiết kế với mác M150. Độ chống thấm của bê tông của
các công trình này chưa được thiết kế quan tâm tới. Khi đưa vào sử dụng các
công trình đều được nghiệm thu, đánh giá đạt yêu cầu chất lượng theo mác bê
tông thiết kế về cường độ nén. Còn độ chống không được nghiệm thu vì thiết kế
chưa quan tâm và yêu cầu tới mác chống thấm.
• Biện pháp thi công bê tông thường là đổ bê tông tại chỗ, khi thi công
xong, lớp bê tông tiếp xúc trực tiếp với môi trường bên ngoài, không có lớp bảo
vệ bề mặt kết cấu công trình.
1.2.2 Vật liệu dùng cho bê tông
1.2.2.1 Xi măng
0.8 ÷ 2.5
6 Cường độ nén :
• Xi măng PCB 30
+ Tuổi 3 ngày N/mm
2
> 16
17 ÷ 21
+ Tuổi 28 ngày N/mm
2
> 30
30 ÷ 35
• Xi măng PCB 40
+ Tuổi 3 ngày N/mm
2
> 21
24 ÷ 28
+ Tuổi 28 ngày N/mm
2
> 40
40 ÷ 46
• Thành phần khoáng hóa : Xi măng Hà Tiên
MgO : 1,75 ÷ 2,2% Fe
2
O
3
: 3,87 ÷ 4,1%
SiO
2
: 20,5 ÷ 22,9% SO
3
2,64 ÷ 2,67
2 Khối lượng thể tích xốp (T/m
3
) >1,15
1,38 ÷ 1,42
3 Độ hổng (%) - 47,7 ÷ 46,8
4 Hàm lượng bụi, bùn sét bẩn (%)
< (1,0 ÷ 3,0) 0,5 ÷ 1,6
5 Hàm lượng mica (%) < 1,0
0,0 ÷ 0,5
6 Hàm lượng hạt >5 mm (%) < 5,0
0,0 ÷ 4,0
7 Thành phần hạt (*) - Trong đường bao Đạt tiêu chuẩn
8 Mô đun độ lớn (Mn) - (**)
2,4 ÷ 2,9
9 Hàm lượng tạp chất hữu cơ So màu Nhạt hơn màu chuẩn Đạt tiêu chuẩn
10 Hàm lượng SO
3
(%) <1
0,04 ÷ 0,58
11 Chỉ số phản ứng kiềm cốt liệu <1
0,22 ÷ 0,98
19
Bảng 1 – 4 : Tính chất của cát Tân Châu :
TT Chỉ tiêu Đơn vị
Yêu cầu kỹ thuật
14TCN 68 – 2002 [4]
kết quả
1 Khối lượng riêng (g/cm
3
0.63 192 19.2 42.2
0.315 337 33.7 75.9
0.14 199 19.9 95.8
<0.14 42 4.2 100
20
(**) Yêu cầu kỹ thuật đối với mô đun độ lớn của cát:
+ Cát có mô đun độ lớn Mn = 2,0÷3,3 được sử dụng cho tất cả các mác bê tông.
+ Cát có mô đun độ lớn Mn =1÷2,0 được sử dụng cho bê tông mác M150÷M250
+ Cát có mô đun độ lớn Mn = 0,7÷1,0 được sử dụng cho bê tông mác <M150
1.2.2.3 Cốt liệu thô cho bê tông
Cốt liệu thô đóng vai trò là khung chịu lực, trong bê tông đá dăm được
dùng làm cốt liệu thô.
Những công trình trong vùng nghiên cứu dùng cốt liệu thô cho bê tông là
đá dăm. Các công trình thuộc tỉnh An Giang và Kiên Giang thường dùng đá dăm
vùng Núi Sam, Núi Sập (An Giang). Các công trình thuộc tỉnh Bến Tre, Long
An, TP.Hồ Chí Minh thường dùng đá dăm Biên Hòa. Hai loại đá dăm Biên Hòa
và An Giang là các loại đá dăm nghiền từ đá mác ma rắn chắc, hay đá granite.
Chúng có các chỉ tiêu cơ - lý - khoáng - hóa đạt tiêu chuẩn làm cốt liệu thô cho
bê tông, các chỉ tiêu thể hiện: bảng 1 - 5 và bảng 1 – 6.
21
Bảng 1 – 5 : Tính chất của đá dăm Biên Hòa
TT Chỉ tiêu Đơn vị
Yêu cầu kỹ thuật
14TCN 70 -2002 [5]
Kết quả
1 Khối lượng riêng (g/cm
3
) -
2,68 ÷ 2,76
2 Khối lượng thể tích xốp (T/m
2 Khối lượng thể tích xốp (T/m
3
) -
1,35 ÷ 1,43
3 Độ hổng (%) -
49,3 ÷ 47.8
4 Hàm lượng bụi, bùn sét bẩn (%)
< (1 ÷ 2) 0,2 ÷ 1,2
5 Hàm lượng hạt thoi dẹt (%) < 35
7 ÷14
6 Hàm lượng hạt mềm yếu (%) < 10 0
7 Thành phần hạt (*) - Trong đường bao Đạt tiêu chuẩn
8 Độ hao mòn Los Angeles (%) < 50
22,9 ÷ 32,5
9 Độ nén dập trong xi lanh (%)
(9 ÷ 38) 8,0 ÷ 13,0
10 Hàm lượng SO
3
(%) < 0.5
0,05 ÷ 0,46
11 Chỉ số phản ứng kiềm cốt liệu < 1
0,72 ÷ 0,98
22
(*) Một dụ thí nghiệm thành phần hạt của đá dăm
Kích thước Trọng lượng Lượng sót Lượng sót tích
Mắt sàng (mm) Trên sàng (g) Trên sàng (%) lũy trên sàng (%)
25 0 0,0 0,0
20 455 9,1 9,1
10 4186 83,7 92,8
5 359 7,2 100,0
6,57 503,16 378,02 1187 9,31 129,10
3
Tỉnh Kiên
Giang
6,09 428,42 352,89 1311,2 9,10 126,58
4
Tỉnh An
Giang
6,06 371,08 433,4 1317,6 10,14 115,68
5
Ngoại thành
TP. HCM
5,83 356,70 260,74 881,8 10,76 109,84
Yêu cầu kỹ thuật theo
TCVN 302 - 2004 [6]
4 ÷ 12,5 <1000 <2000 <5000 <15 <200
1.2.2.5 Nhận xét
• Để chế tạo bê tông đạt yêu cầu chất lượng theo yêu cầu thiết kế, vật liệu
đầu vào chủ yếu xi măng, cát, dăm, nước phải đảm bảo yêu cầu chất lượng. Qua
kết quả thu thập khảo sát trên ta có :
+ Các loại vật liệu cát, đá dăm dùng cho bê tông được sử dụng từ các mỏ
chuyên dùng, các chỉ tiêu kỹ thuật đều hợp và đạt yêu cầu sử dụng.
+ Nước dùng để trộn và dưỡng hộ bê tông đều là nước ngọt, đạt tiêu
chuẩn về thành phần hóa học theo tiêu chuẩn TCVN 302 - 2004.
+ Xi măng phần lớn sử dụng xi măng pooclăng PC30, PCB30 hay
PCB30, PCB40. Các yêu cầu kỹ thuật của xi măng đều đạt tiêu chuẩn sử dụng.
Tuy nhiên không có công trình nào sử dụng loại xi măng bền trong môi trường
nước chua mặn như xi măng bền sun phát, hay sử dụng các loại phụ gia chống
ăn mòn.
• Thành phẩm kết cấu bê tông công trình đều được nghiệm thu đảm bảo
Copyright: Tài liệu đại học ©