B GIO DC V O TO
TRNG I HC GIAO THễNG VN TI
O VN DINH
D BO TUI TH S DNG CA
CU Bấ TễNG CT THẫP VEN BIN
VIT NAM DO XM NHP CLO
CHUYÊN NGàNH : Kỹ THUậT XÂY DựNG CÔNG TRìNH ĐặC BIệT
Mã Số : 62.58.02.06
LUậN áN TIếN Sĩ Kỹ THUậT
Ngời Hớng dẫn khoa học:
1. GS.TS PHM DUY HU
2. PGS.TS BI TRNG CU H NI - 2014
i
LỜI CAM ðOAN
hướng dẫn ñã chỉ dẫn tận tình và ñã ñóng góp các ý kiến quý báu ñể giúp tôi
thực hiện luận án này.
Tôi xin cảm ơn các quý thầy cô trong bộ môn Công Trình Giao Thông
Thành Phố và Công trình Thủy, ñặc biệt là GS.TS Nguyễn Viết Trung ñã giúp
ñỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập nghiên cứu.
Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Trần Quang Vinh ñã ñóng góp các ý
kiến cho luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Phòng ðào tạo sau ðại học trường ðại học
Giao Thông Vận tải ñã tạo ñiều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập
nghiên cứu.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu trường ðại học Giao
Thông Vận tải, lãnh ñạo khoa Công Trình ñã tạo ñiều kiện ñể tôi ñược học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các ñồng nghiệp, gia ñình người thân ñã
giúp ñỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu.
HÀ NỘI NGÀY 4 THÁNG 9 NĂM 2014
TÁC GIẢ
ðÀO VĂN DINH
iii
MỤC LỤC
1.6 Nội dung và phương pháp nghiên cứu 38
1.6.1 Nội dung nghiên cứu 38
1.6.2 Phương pháp nghiên cứu 38
CHƯƠNG 2.
NGHIÊN CỨU XÁC ðỊNH HỆ SỐ KHUẾCH TÁN CLO
TRONG BÊ TÔNG 39
2.1 Giới thiệu chung 39
2.2 Thí nghiệm và xác ñịnh hệ số khuếch tán clo trong bê tông 40
2.2.1 Thí nghiệm thấm nhanh clo ASTM C1202 40
2.2.2 Kết quả thí nghiệm thấm nhanh clo ASTM C1202 48
iv
2.2.3 Xây dựng công thức xác ñịnh hệ số khuếch tán clo từ kết quả
thí nghiệm C1202 49
2.2.4 Áp dụng phương trình D
C1202
tính hệ số khuếch tán clo từ kết
quả thí nghiệm C1202 50
2.3 Tổng kết các kết quả dự báo hệ số khuếch tán trên thế giới 51
2.3.1 Dự báo hệ số khuếch tán (D
28
) từ tỷ lệ nước trên xi măng 52
2.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt ñộ ñến hệ số khuếch tán 52
2.3.3 Ảnh hưởng của thời gian ñến hệ số khuếch tán 53
2.3.4 Ảnh hưởng của muội silic ñến hệ số khuếch tán 55
2.3.5 Ảnh hưởng của ñộ ẩm ñến hệ số khuếch tán 57
2.3.6 Ảnh hưởng của nứt ñến hệ số khuếch tán 57
2.3.7 Hệ số khuếch tán biểu kiến 58
3.6 Dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam 115
3.6.1 ðặc ñiểm khí hậu vùng ven biển Việt Nam và biến ñổi khí hậu 115
3.6.2 Dự báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ven biển Việt
Nam 118
3.7 Kết luận chương 3 120
CHƯƠNG 4.
CÁC BIỆN PHÁP KÉO DÀI TUỔI THỌ SỬ DỤNG VÀ THÍ
DỤ TÍNH TOÁN 122
4.1 Các biện pháp dài tuổi thọ sử dụng 122
4.1.1 Với các kết cấu mới 122
4.1.2 Với các kết cấu cũ 127
4.2 Thí dụ tính toán cho một số bộ phận cầu T 127
4.2.1 Các thông sô tính tuổi thọ sử dung của cầu T 127
4.2.2 Kết quả tính toán tuổi thọ sử dụng 129
4.2.3 Các kết luận rút ra từ thí dụ nghiên cứu 130
4.3 Kết luận chương 4 131
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132
1/ Kết luận 132
2/ Kiến nghị 134
3/ Hướng nghiên cứu tiếp theo 135
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO 137
Bảng 2.8 So sánh kết quả tính hệ số D 62
Bảng 3.1 Tốc ñộ tích lũy và nồng ñộ lớn nhất của clo bề mặt 73
Bảng 3.2 Tóm tắt các tiêu chuẩn xác ñịnh giới hạn tối ña cho phép của clo
trong vữa và bê tông dự ứng lực 78
Bảng 3.3 Ảnh hưởng của canxi nitrit (CNI) trên ngưỡng clo tới hạn 79
Bảng 3.4 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn H=100% 111
Bảng 3.5 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn H=75% 112
Bảng 3.6 Kết quả tinh thời gian lan truyền ăn mòn theo nứt bê tông bảo vệ 112
Bảng 3.7 Kết quả tinh thời gian khởi ñầu ăn mòn theo các tham số 113
Bảng 3.8 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn theo các tham số
(quan
ñiểm 1: nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ) 113
Bảng 3.9 Kết quả tính thời gian lan truyền ăn mòn theo các tham số
(quan
ñiểm 2: ăn mòn gây nguy hiểm) 114
Bảng 4.1 Kết quả tính tuổi thọ sử dụng, với các giải pháp kết hợp 126
Hình 1.6 Sơ ñồ thí nghiệm theo AASHTO T259 (salt ponding) 21
Hình 1.7 Sơ ñồ thí nghiệm khuếch tán khối- Bulk Diffusion Test
(NordTest NTBuild 443) 22
Hình 1.8 Sơ ñồ thí nghiệm AASHTO T277 (ASTM C1202) 23
Hình 1.9 Sơ ñồ thí nghiệm kỹ thuật ñiện di 25
Hình 1.10 Sơ ñồ thí nghiệm ñiện di của Tang và Nilsson 26
Hình 1.11 Sơ ñồ thí nghiệm ñiện di nhanh (NordTest NTBuild 492) 27
Hình 1.12 Thiết bị ño ñiện trở suất một chiều 29
Hình 1.13 Sơ ñồ phương pháp 4 ñiểm ño của Wenner 29
Hình 1.14: Tuổi thọ sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép: Mô hình hai giai
ñoạn của Tuuti 1980 33
Hình 2.1 Sơ ñồ bơm hút chân không mẫu thử C1202 43
Hình 2.2 Sơ ñồ ño ñiện tích 44
Hình 2.3 Các ảnh thí nghiệm thấm nhanh clo theo ASTM C1202 47
Hình 2.4 Ảnh hưởng của tỷ lệ W/C trên hệ số khuếch tán Clo trong bê
tông ở nhiệt ñộ 20
o
102
Hình 3.9: Mối quan hệ giữa tốc ñộ ăn mòn và ñộ ẩm tương ñối với bê tông
tuổi 1 năm có hàm lượng ion Cl- là 1.8kg/m3 ở nhiệt ñộ 23
o
C 105
Hình 3.10. Mật ñộ dòng ăn mòn với thời gian khi Ccl=1.25kg/m3, nhiệt ñộ
20
o
C, ñộ ẩm H=75% theo Liu và Weyers 107
Hình 3.11. Sơ ñồ thuật toán tính tuổi thọ sử dụng do xâm nhập clo 110
Hình 3.12: Mức tăng nhiệt ñộ trung bình năm (
o
C) vào giữa thế kỷ 21 theo
kịch bản phát thải trung bình 116
Hình 3.13: Mức tăng nhiệt ñộ trung bình năm (
o
C) vào cuối thế kỷ 21 theo
kịch bản phát thải trung bình 117
Hình 3.14: Các vùng môi trường biển của trụ cầu bê tông 119
Hình 3.15: ðịnh tính về phân bố nồng ñộ clo bề mặt 120
Hình 4.1: Quan hệ giữa chiều dày lớp bê tông bảo vệ với thời gian khởi
ñầu ăn mòn khi w/c=0.35, nhiệt ñộ 20
Lượng giảm bán kính của cốt thép tại thời ñiểm bắt ñầu nứt
2
∆
s
r
Lượng giảm bán kính của cốt thép do gỉ chèn vào vết nứt
ef
c
E
Mô ñun ñàn hồi có hiệu (xét ñến từ biến);
ψ Hệ số từ biến của bê tông;
δ
0
Chiều dày vùng xốp bao quanh cốt thép;
ν
c
Hệ số poisson của bê tông ν
c
=0,18-0,20;
δ
con
Chuyển vị hướng tâm của bê tông;
∆d Sự thay ñổi ñường kính của cốt thép
ν
r
Hệ số poisson của gỉ sắt;
δ
Hệ số khuếch tán clo trong bê tông có muội silic (silica fume)
E ðiện thế áp dụng
x
E
c
Mô ñun ñàn hồi của bê tông;
E
r
Mô ñun ñàn hồi của gỉ sắt;
F Hằng số Faraday
FA Phần trăm tro bay
f
r
Cường ñộ chịu kéo của bê tông;
H ðộ ẩm tương ñối của môi trường
i Mật ñộ dòng ñiện
I Cường ñộ dòng ñiện
i
corr
Mật ñộ dòng ñiện ăn mòn
J Dòng của ion (hay thông lượng)
K Tốc ñộ di trú clo
k Hệ số biểu thị mức ñộ lấp ñầy các vết nứt bằng các sản phẩm ăn mòn;
L Chiều dày lớp bê tông bảo vệ
M Khối lượng nguyên tử của sắt
M
loss
Khối lượng thép mất mát do ăn mòn
M
0
ðiện tích ñiều chỉnh trong 6 giờ thí nghiệm thấm nhanh clo C1202
q
r
Áp lực tới xuyên tâm
q
r,c
Áp lực tới hạn gây nứt bê tông bảo vệ
xi
R Hằng số khí
r
0
=0,50d+δ
0
;
r
n
Bán kính của thép chưa bị ăn mòn
S Khoảng cách giữa các cốt thép
SF Phần trăm muội silic
SG Phần trăm xỉ lò
T Nhiệt ñộ tuyệt ñối
V Thế tích của dung dịch NaCl sử dụng trong thí nghiệm C1202
w/c Tỷ lệ nước trên xi măng
x,y Khoảng cách từ bề mặt bê tông
z Hóa trị của clo
ρ Tỷ lệ phần trăm của khối lượng thép mất mát M
loss
với khối lượng
nhất của thủy triều và các kết cấu ven bờ biển sẽ bị ảnh hưởng mạnh do ăn
mòn cốt thép. Dạng hư hại của các kết cấu này là cốt thép trong bê tông bị ăn
mòn ñiện hóa do các ion clo trong môi trường khuếch tán vào bê tông. Khi
hàm lượng ion clo tại bề mặt cốt thép ñạt ñến ngưỡng hàm lượng gây ăn mòn
cốt thép, ion clo sẽ gây phá vỡ lớp thụ ñộng trên bề mặt cốt thép và ăn mòn sẽ
xảy ra. Khi ăn mòn xảy ra, sản phẩm của ăn mòn là gỉ sắt. Gỉ sắt hấp thụ nước
sẽ trương nở thể tích dẫn ñến nứt, vỡ bê tông bảo vệ. Ăn mòn cốt thép còn
làm giảm dính bám giữa bê tông và cốt thép, giảm diện tích tiết diện cốt thép
dẫn tới giảm sức kháng uốn, sức kháng nén và sức kháng cắt.
2
Tuổi thọ sử dụng (service life) của kết cấu bê tông cốt thép do xâm
nhập clo là thời gian từ khi xây dựng ñến khi ăn mòn (do clorua) gây ra các
hư hại cho kết cấu tới mức việc tiếp tục sử dụng kết cấu không còn an toàn
nữa. Thời gian này gồm hai giai ñoạn kê tiếp nhau: Giai ñoạn khởi ñầu ăn
mòn và giai ñoạn lan truyền ăn mòn. Giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn là thời gian
cần thiết ñể các ion clo xâm nhập vào bê tông tập trung trên bề mặt cốt thép
ñạt ñến “ngưỡng nồng ñộ gây ăn mòn”. Giai ñoạn lan truyền ăn mòn là thời
gian từ khi khởi ñầu ăn mòn cho tới khi ăn mòn gây ra nứt hoàn toàn bê tông
bảo vệ hoặc tới khi diện tích tiết diện cốt thép bị giảm do ăn mòn dẫn ñến kết
cấu không còn thỏa mãn trạng thái giới hạn chịu lực.
Dự báo tuổi thọ sử dụng cầu bê tông cốt thép do xâm nhập clo một cách
ñáng tin cậy là cơ sở ñể ñưa ra phương án thiết kế hợp lý nhằm kéo dài tuổi
thọ sử dụng và giảm các chi phí vòng ñời dự án cầu bê tông.
Hiện nay trên thế giới ñã có các nghiên cứu về tuổi thọ sử dụng của các
kết cấu bê tông cốt thép phơi nhiễm clo. Tuy nhiên, với Việt Nam do có các
ñặc thù riêng vì vậy cần thiết có một mô hình dự báo tuổi thọ sử dụng cho
các cầu bê tông cốt thép phơi nhiễm clo. ðây là lý do ñể ñề tài này nghiên
cứu sự xâm nhập clo và gây ra ăn mòn cốt thép ñể dự báo tuổi thọ sử dụng
của các cầu bê tông cốt thép ven biển Việt Nam. Mô hình dự báo này sẽ trợ
giúp các kỹ sư xây dựng phương án thiết kế, bảo trì hợp lý các công trình
ảnh hưởng của các yếu tố như môi trường và ñiều kiện khai thác như tải
trọng. Trong các yếu tố môi trường, bên cạnh nguyên nhân ăn mòn cốt thép
gây hư hại còn có nguyên nhân nữa là sự suy giảm của bê tông do tác ñộng
trực tiếp của môi trường gây ra các hiện tượng như phản ứng kiềm cốt liệu,
xâm nhập của Sun phát, của a xít… Các tải trọng trong thời gian sử dụng
gây ra tích lũy hư hại trong kết cấu BTCT và dẫn ñến các phá hủy. Một
nguyên nhân nữa có thể gây hư hại kết cấu BTCT là các sự cố bất thường
ngoài dự tính của thiết kế như ñộng ñất cấp lớn hơn cấp thiết kế, va xô
nghiêm trọng hơn dự tính của thiết kế hoặc cháy nổ. Các kết cấu cầu BTCT
tùy theo ñiều kiện tác ñộng có thể bị phá hoại do một hoặc tổng hợp của một
nhóm nguyên nhân.
Luận án ñược tiến hành trong phạm vi giới hạn như sau:
4
- Nghiên cứu về sự thâm nhập của các các ion clo gây ra ăn mòn cốt
thép trong các kết cấu cầu bê tông cốt thép ñể xây dựng mô hình dự
báo tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép ở ven biển Việt Nam
theo sự xâm nhập của ion clo.
- Chỉ giới hạn ñối với các công trình cầu bê tông cốt thép ở ven biển Việt
Nam. Tuy nhiên cũng có thể áp dụng cho các kết cấu khác như công
trình cầu cảng, công trình gần các sông có xâm nhập mặn.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học của luận án.
Xây dựng ñược mô hình tính toán dự báo tuổi thọ theo sự xâm nhập
của clo, từ ñó làm sáng tỏ tác ñộng cơ lý hóa ñến quá trình suy giảm chất
lượng dẫn tới hư hại rồi phá hủy kết cấu bê tông cốt thép, góp phần xây dựng
phương pháp nghiên cứu dự báo tuổi thọ kết cấu,công trình.
Ý nghĩa thực tiễn của luận án.
Luận án cung cấp một tổng quan tốt, một mô hình và phần mềm dự báo
toán”. Chương này sẽ sử dụng phần mềm lập trong chương 3 khảo sát ñưa ra
các biện pháp kéo dài tuổi thọ sử dụng, các giải pháp ñưa ra là: giải pháp kết
cấu là tăng chiều dày lớp bê tông bảo vệ, giải pháp vật liệu với hai mục tiêu
cơ bản là giảm hệ số khuếch tán D và tăng ngưỡng nồng ñộ clo gây ăn mòn
thép. Giải pháp kết hợp kết cấu và vật liệu ñưa ra khuyến cáo chiều dày lớp
bê tông bảo vệ và thành phần bê tông ñể ñảm bảo ñược tuổi thọ sử dụng như
mục tiêu yêu cầu.
Áp dụng mô hình xây dựng dự báo tuổi thọ sử dụng của các bộ phận kết
cấu cầu ven biển.
Phần “ Kết luận và kiến nghị” phần này sẽ trình bày các kết luận của
luận án, kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo.
6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN
CỨU VỀ TUỔI THỌ SỬ DỤNG CỦA CẦU BÊ
TÔNG CỐT THÉP DO XÂM NHẬP CLO
TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Mở ñầu
Các công trình cầu bê tông cốt thép tại Việt Nam hiện ñang ñược thiết
kế theo tiêu chuẩn tiên tiến và hội nhập [1]. Triết lý thiết kế của tiêu chuẩn là
cầu phải ñược thiết kế thỏa mãn tất cả các trạng thái giới hạn với các cân nhắc
tính kinh tế, mỹ quan và ñộ bền. Các tài liệu về thiết kế và thi công cầu bê
tông cốt thép hiện hành khá ñầy ñủ và chi tiết ñể ñảm bảo mục tiêu thi công
ñược, an toàn và sử dụng ñược, có xét ñến các yếu tố: khả năng dễ kiểm tra,
tính kinh tế, mỹ quan và ñộ bền [8,12,15,16,17,18]. Các tài liệu về thiết kế vật
liệu bê tông ñể ñảm bảo các mục tiêu thiết kế kết cấu ñã ñược biên soạn
[6,10]. Vấn ñề ñảm bảo ñộ bền của cầu bê tông cốt thép cũng ñã ñược ñặt ra.
bê tông cốt thép. Các hướng này có liên hệ mật thiết với nhau như bê tông có
ñộ bền cao thường chống xâm nhập clo tốt.
Tuổi thọ sử dụng của cầu bê tông cốt thép theo xâm nhập clo là thời gian
từ khi kết cấu bắt ñầu tiếp xúc với môi trường có ion clo ñến khi cốt thép bị
ăn mòn gây nứt hoàn toàn bê tông bảo vệ hoặc ñến khi ăn mòn gây ra mất mát
diện tích tiết diện cốt thép làm giảm sức kháng xuống tới mức gây nguy hiểm
cho trạng thái giới hạn chịu lực. ðể dự báo tuổi thọ sử dụng cần các nghiên
cứu: (1) Nghiên cứu dự báo thời gian của giai ñoạn khởi ñầu ăn mòn cốt thép
trong bê tông, thời gian khởi ñầu ăn mòn thường ñược ký hiệu là t
1
; (2)
8
Nghiên cứu dự báo thời gian của giai ñoạn lan truyền ăn mòn cốt thép trong
bê tông, thời gian truyền ăn mòn thường ñược ký hiệu là t
2
.
Thời gian khởi ñầu ăn mòn cốt thép hầu hết ñều ñược dự báo dựa trên ñịnh
luật thứ hai của Fick về khuếch tán. Giai ñoạn này phụ thuộc vào ñặc tính xâm
nhập của ion clo vào trong bê tông, chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, các
ñặc ñiểm của môi trường và ngưỡng hàm lượng clo gây ăn mòn thép.
Thời gian lan truyền ăn mòn phụ thuộc vào tốc ñộ ăn mòn, ñường kính
cốt thép, chiều dày lớp bê tông bảo vệ và các tính chất cơ học của bê tông,
cũng như các yếu tố môi trường, khí hậu.
Hiện nay, việc nghiên cứu dự báo tuổi thọ sử dụng ñã và ñang ñược các
hiệp hội khoa học xây dựng và vật liệu trên toàn thế giới rất quan tâm.
1.2 Các nghiên cứu về ñộ bền và tuổi thọ sử dụng trên thế giới
1.2.1 Các nghiên cứu về lý thuyết ñộ bền của bê tông
M.S. Shetty trong tài liệu “ Concrete Technology: Theory and Practice”
thời của một số quá trình suy thoái vật lý và hóa học. Bê tông trong nước biển
sẽ phải chịu sự ăn mòn thép do clo gây ra, phong hóa muối, mài mòn bằng
cát, vv [43].
Nước biển thường có 3,5 % muối theo trọng lượng, nồng ñộ ion của
Na
+
và
−
Cl
là cao nhất, tương ứng là 1,1% và 2%. Nó cũng chứa Mg
2+
và
SO
4
2-
, tương ứng là 1,4% và 2,7%. ðộ PH của nước biển thay ñổi từ 7,5 và
8,4. Giá trị trung bình là 8.2 [43].
Kinh nghiệm cho thấy những sự xâm nhập gây ảnh hưởng nghiêm
trọng nhất của nước biển xảy ra trong bê tông ở vùng lên xuống của thủy triều
và vùng bắn tóe. Các bộ phận bên dưới mực nước thấp nhất, chúng bị ngâm
liên tục sẽ chịu ảnh hưởng ít nhất [43].
Bê tông không phải là vật liệu 100% không thấm nước. Nước thấm vào
bê tông mang theo các tác nhân gây ăn mòn thép. Các sản phẩm ăn mòn có
thể tích cao hơn vật liệu mà chúng thay thế và có thể gây ứng suất kéo trong
10
bê tông làm giảm ñô bền bê tông cốt thép. Hiện tượng ñộ bền suy giảm
thường gặp trong trường hợp bê tông cốt thép hơn là trong bê tông [43].
Thiết kế thành phần ñể cải thiện ñộ bền bê tông trong nước biển là một
nhiệm vụ phải ñược ñặt ra. Ngoài loại xi măng với hàm lượng C
tông không bão hòa trong khi khuếch tán ion xảy ra trong ñiều kiện bão
hòa và bão hòa một phần. Khuếch tán phân tử xảy ra nếu các lỗ rỗng của bê
11
tông là tương ñối lớn (Sharif và cộng sự, 1999) [52]. ðịnh luật rất cơ bản về
khuếch tán là ñịnh luật của Adolf Fick phát minh năm 1855.
ðịnh luật Fick thứ nhất
Các mô hình của khuếch tán khí và ion trong chất rắn thường ñược thực
hiện bằng cách sử dụng ñịnh luật thứ nhất của Fick về khuếch tán, khuếch
tán trạng thái ổn ñịnh. ðịnh luật này có thể ñược dùng ñể mô tả tỷ lệ khuếch
tán của một khí hoặc ion thông qua một vật liệu có thể khuếch tán:
x
C
DJ
∂
∂
−=
(1.1)
Trong ñó:
J
: mật ñộ dòng khuếch tán hay tốc ñộ xâm nhập (mol/m
2
s hoặc g/
m
2
s)
D
:hệ số khuếch tán (m
2
Khuếch tán ion clo vào bê tông là do trong bê tông có hệ thống lỗ rỗng
rất nhỏ thường ñược lấp ñầy bởi nước. Các ion clo sẽ khuếch tán trong dung
dịch lỗ rỗng của bê tông khi có chênh lệch nồng ñộ. Vậy bản chất của C trong
các phương trình về khuếch tán áp dụng cho bê tông là nồng ñộ ion clo trong
dung dịch lỗ rỗng.
12
1.2.2.2 Sự di trú (Migration)
Sự di trú là sự chuyển ñộng của các ion trong một dung dịch dưới một
ñiện trường. ðó chính là cơ chế xâm nhập chính trong các thí nghiệm nhanh
clo trong phòng thí nghiệm, và ñược quy ñịnh bởi các phương trình:
zF E
J DC
RT x
∂
= −
∂
(1.3)
Trong ñó:
J là vận tốc của ion
D
là hệ số khuếch tán của ion (m
2
/s)
C là nồng ñộ ion
z
là ñiện tích (số hóa trị) của ion khuếch tán
F là hằng số Faraday (9,6485.10
4
J/Vmol)
−=
∂
∂
ν
(1.4)
13
Trong ñó:
C
là nồng ñộ của chất tan ở ñộ sâu x sau thời gian t
ν
là vector vận tốc trung bình của dòng chất lỏng
ðối lưu (cùng với sự khuếch tán) là cơ chế xâm nhập chính cho xâm
nhập clo trong bê tông bị nứt (Paulsson, và Johan, 2002). Nó cũng có một vai
trò quan trọng trong sự di chuyển của các ion clo khi bê tông tiếp xúc với ñiều
kiện khô-ướt.
1.2.2.4 ðộ thấm
ðộ thấm của bê tông ñược ñịnh nghĩa là một thước ño của khả năng bê
tông truyền chất lỏng qua cấu trúc lỗ rỗng của nó dưới một áp lực bên
ngoài trong khi các lỗ rỗng ñược bão hòa với chất lỏng. ðộng lực ñể các chất
lỏng và khí ñi qua các khoảng trống lỗ rỗng hoặc hệ thống vết nứt là
do một chênh lệch áp suất (Samaha và Hover, 1992).
ðối với thấm, ñịnh luật Darcy ñược sử dụng ñể tính toán vận tốc trung
bình của dòng chảy của chất lỏng (
v
):
1.2.3 Các nghiên cứu cơ chế ăn mòn cốt thép
1.2.3.1 Khái quát
Ăn mòn ñược Fontana, M. G. (1971) [34] và Uhlig, H. H. (1971) [61]
ñịnh nghĩa là sự xuống cấp của một kim loại do phản ứng ñiện hóa của nó với
Copyright: Tài liệu đại học ©