Hiệu quả của một số loại sơn bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông khi sử dụng nước biển

Nội dung text: Hiệu quả của một số loại sơn bảo vệ chống ăn mòn cho cốt thép trong bê tông khi sử dụng nước biển

1. VẬT LI ỆU XÂY D ỰNG – MÔI TR ƯỜNG HI ỆU QU Ả C ỦA M ỘT S Ố LO ẠI S ƠN B ẢO V Ệ CH ỐNG ĂN MÒN CHO CỐT THÉP TRONG BÊ TÔNG KHI S Ử D ỤNG N ƯỚC BI ỂN ThS. PHAN V ĂN CH ƯƠ NG Vi ện KHCN Xây d ựng Tóm t ắt: Bài báo gi ới thi ệu k ết qu ả nghiên c ứu PU – 3000 s ơn lên c ốt thép v ới chi ều dày khác kh ả n ăng b ảo v ệ ch ống ăn mòn cho c ốt thép c ủa nhau để nghiên c ứu bảo v ệ ch ống ăn mòn cho một s ố lo ại s ơn ph ủ đặc tr ưng. Các nghiên c ứu cốt thép khi s ử d ụng n ước bi ển để ch ế t ạo bê được th ực hi ện trong phòng thí nghi ệm v ới n ước tông. bi ển nhân t ạo có n ồng độ mu ối NaCl 5% được 2. Vật li ệu s ử d ụng khi nghiên c ứu tr ộn vào trong bê tông. 2.1 Xi m ăng 1. Đặt v ấn đề Đề tài s ử d ụng xi m ăng PCB40 Chinfon H ải Từ đầu th ế kỷ XX, các qu ốc gia nh ư M ỹ, Anh, Phòng. Các ch ỉ tiêu k ỹ thu ật c ủa xi m ăng đáp ứng Pháp, đã b ắt đầu nghiên c ứu và s ử dụng n ước yêu c ầu k ỹ thu ật TCVN 2682:2009 [3]. bi ển để ch ế tạo BTCT nh ằm m ục đích quân s ự 2.2 Cát hóa các đảo đã chi ếm được trong chi ến tranh. Sử d ụng cát vàng sông Lô. Các ch ỉ tiêu c ơ lý Một s ố kết qu ả nghiên c ứu ch ỉ ra r ằng có th ể sử của cát Sông Lô đạt tiêu chu ẩn TCVN dụng n ước bi ển để ch ế tạo bê tông và bê tông 7570:2006[4]. cốt thép trong các điều ki ện cụ th ể, đồng th ời 2.3 Đá ph ải áp d ụng các bi ện pháp b ảo v ệ chống ăn Sử d ụng đá m ỏ Ki ện Khê. Các ch ỉ tiêu k ỹ mòn cho c ốt thép. thu ật đáp ứng yêu c ầu TCVN 7570 : 2006. Nước ta có b ờ bi ển dài kho ảng 3260 km [1], tại nh ững vùng khan hi ếm n ước ng ọt, có th ể ph ải 2.4 Nướ c bi ển: dùng n ước bi ển để ch ế tạo bê tông, vi ệc sử dụng Nướ c bi ển nhân t ạo đượ c ch ế t ạo t ại phòng nước bi ển để ch ế tạo BTCT n ếu không có bi ện thí nghi ệm v ới n ồng độ mu ối NaCl 5% . pháp b ảo v ệ cốt thép thì kh ả năng c ốt thép b ị ăn 3. Cấp ph ối bê tông và chi ều dày màng s ơn mòn s ẽ cao và vật li ệu s ử dụng sẽ không đáp khi nghiên c ứu ứng được yêu c ầu k ỹ thu ật nh ư trong TCVN 9346 3.1 C ấp ph ối bê tông : 2012 [2]. Cấp ph ối bê tông mác M30, thí nghi ệm thi ết Đề tài b ước đầu nghiên c ứu kh ảo sát l ựa ch ọn kế c ấp ph ối theo “Ch ỉ d ẫn K ỹ thu ật ch ọn thành 03 lo ại s ơn Epoxy EP 02, Xi m ăng-polime AC-05, ph ần bê tông các lo ại” [5]. Bảng 1 . Cấp ph ối bê tông thí nghi ệm Nước bi ển Mẫu bê tông Xi m ăng (kg) Cát(kg) Đá(kg) Nước ng ọt (lít) (lít) Sử d ụng n ước bi ển 413,4 671,3 1070 - 189,1 BT đối ch ứng 413,4 671,3 1070 193,1 Tạp chí KHCN Xây d ựng – số 2/2016 43
2. VẬT LI ỆU XÂY D ỰNG – MÔI TR ƯỜNG 3.2 Chi ều dày màng s ơn trên b ề m ặt c ốt thép lo ại s ơn: S ơn Epoxy EP 02, S ơn Xi m ăng-polime khi th ử nghi ệm AC-05, S ơn PU – 3000 s ơn lên c ốt thép khi th ử Để nghiên c ứu c ường độ liên k ết gi ữa c ốt nghi ệm v ới 3 l ớp có chi ều dày khác nhau nh ư thép khi được s ơn ph ủ và bê tông, nghiên c ứu trong b ảng 2, ph ươ ng pháp đo theo tiêu chu ẩn gia t ốc ăn mòn c ốt thép tác gi ả đã l ựa ch ọn 03 TCVN 9406 : 2012 [6]. Bảng 2. Kết qu ả chi ều dày màng s ơn khi th ử nghi ệm Thép Thép tròn tr ơn Thép v ằn Lo ại s ơn 1 l ớp 53,8 69,3 Sơn PU – 3000 2 l ớp 105,8 135,6 3 l ớp 205 235 Sơn Xi m ăng-polime 1 l ớp 120 125,2 2 l ớp 220 245,5 AC-05 3 l ớp 332 365,5 1 l ớp 60,2 68,8 Sơn Epoxy EP 02 2 l ớp 118,8 132,6 3 l ớp 200,5 221,6 4. K ết qu ả nghiên c ứu Mẫu bê tông có kích th ước 10x10x20 cm trong đó 4.1 Cường độ liên k ết gi ữa c ốt thép và bê tông thép được quét ph ủ các lo ại s ơn khác nhau và Cường độ liên k ết gi ữa c ốt thép và bê tông mẫu đối ch ứng không quét ph ủ. K ết qu ả được được ti ến hành th ử trên m ẫu thép tròn tr ơn Φ 10. đánh giá theo tiêu chu ẩn ASTM A934 [8]. Bảng 3. Cường độ liên k ết gi ữa c ốt thép được s ơn ph ủ và bê tông (tấn) Lực kéo, tấn (%) Lo ại s ơn 1 l ớp 2 l ớp 3 l ớp Sơn Epoxy – 02 5,9(88,72) 6,9(103,76) 6,3(94,74) Sơn Xi m ăng-polime AC-05 6,1(91,73) 5,9(88,72) 5,5(82,71) Sơn polyurethane 3000 5,3(79,70) 6,6(99,25) 6,58(98,95) Mẫu đối ch ứng 6,65(100) Hình 1. Bi ểu đồ cường độ liên k ết gi ữa c ốt thép Hình 2. Ph ần tr ăm c ường độ liên k ết gi ữa c ốt thép được s ơn ph ủ và bê tông được s ơn ph ủ và bê tông v ới m ẫu đối ch ứng Nh ận xét: Từ k ết qu ả trên cho th ấy c ường độ liên k ết cốt thép được s ơn ph ủ và bê tông c ủa các lo ại 44 Tạp chí KHCN Xây d ựng – số 2/2016
3. VẬT LI ỆU XÂY D ỰNG – MÔI TR ƯỜNG sơn ph ủ c ủa 3 l ớp là khá t ốt. V ới t ừng lo ại s ơn, mẫu đối ch ứng. Vậy cường độ liên k ết gi ữa c ốt cường độ liên k ết t ốt v ới chi ều dày s ơn khác thép được s ơn ph ủ và bê tông là đạt yêu c ầu. nhau. Trong 3 lo ại s ơn, Epoxy EP02 2 l ớp có 4.2 Đo độ b ền u ốn c ủa màng s ơn cường độ liên k ết t ốt nh ất đạt 103,8%, ti ếp đến là Thí nghi ệm độ b ền u ốn th ể hi ện s ự làm vi ệc Polyurethane 3000 sơn 2 l ớp đạt 99,25%, cu ối đồng th ời c ủa c ốt thép khi s ơn và bê tông, khi k ết cùng đến xi m ăng polymer AC05 1 l ớp có c ường cấu ch ịu tác động c ủa t ải tr ọng b ị n ứt thì s ơn có độ liên k ết t ốt nh ất đạt 91,73% so v ới m ẫu đối còn kh ả n ăng b ảo v ệ c ốt thép kh ỏi tác động ăn ch ứng. Sơn PU 3000 1 l ớp đạt 79,7% ~ 80% so mòn n ữa không. N ếu s ơn không b ị r ạn hay n ứt, với m ẫu đối ch ứng. N ếu đánh giá theo ASTM mặc dù bê tông b ị n ứt thì v ẫn đảm b ảo được tính A934, m ẫu s ơn được coi là đạt yêu c ầu n ếu ch ất b ảo v ệ c ốt thép khi có s ự xâm nh ập c ủa tác cường độ liên k ết không nh ỏ h ơn 80% so v ới nhân ăn mòn bên ngoài. Ph ươ ng pháp thí nghi ệm theo TCVN 2099- 2007 [7]. Bảng 4. Độ b ền u ốn c ủa các màng s ơn Tr ục Lo ại s ơn Φ 2 Φ 3 Φ 4 Sơn PU 3000 1 l ớp Đạt Đạt Đạt 2 l ớp Đạt Đạt Đạt 3 l ớp Không đạt Đạt Đạt Sơn 1 l ớp Có hi ện t ượng r ạn Đạt Đạt Xi m ăng-polyme 2 l ớp Có hi ện t ượng r ạn Đạt Đạt AC 05 3 l ớp Có hi ện t ượng r ạn Có hi ện t ượng r ạn Đạt Sơn Epoxy EP 02 1 l ớp Đạt Đạt Đạt 2 l ớp Đạt Đạt Đạt 3 l ớp Đạt Đạt Đạt Nh ận xét: Các k ết qu ả nghiên c ứu ta th ấy, vi ệc 4.3 Hi ệu qu ả ch ống ăn mòn c ủa s ơn ph ủ khi sử d ụng l ớp s ơn, c ủa các lo ại s ơn khác nhau đạt thí nghi ệm b ằng ph ươ ng pháp gia t ốc (theo ph ươ ng pháp gia t ốc NT Build 356) qua tr ục Φ 4 là có th ể th ỏa mãn yêu c ầu v ề độ Kết qu ả thí nghi ệm: uốn theo ASTM A934 trong quá trình s ử d ụng Ngày b ắt đầu thí nghi ệm gia t ốc ăn mòn là sơn c ốt thép. 5/12/2015. Bảng 5. Theo dõi c ủa quá trình đo gia t ốc ăn mòn Lo ại Sau 3 Sau 6 Sau 9 Sau 12 Sau 15 Sau 18 Sau 25 Sau 33 Sau 40 Lớp sơn ngày ngày ngày ngày ngày ngày ngày ngày ngày 1 KHT CG XHGV GV GV GV GN GN GN EP02 2 KHT KHT CG CG CG XHGV GV GV GV 3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT 1 KHT CG CG XHGV GV GN GN GN GN PU 2 KHT KHT CG CG XHGV XHGV GV GV GV 3000 3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT 1 KHT CG XHGV GV GV GN GN GN GN AC05 2 KHT KHT CG CG XHGV GV GV GN GN 3 KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT KHT Mẫu đối CG GV GV GN GN GN GN GN GN ch ứng Ghi chú: Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 45
4. VẬT LI ỆU XÂY D ỰNG – MÔI TR ƯỜNG KHT: M ẫu ch ưa b ị g ỉ GV: C ốt thép b ị g ỉ vàng CG : B ắt đầu xu ất hi ện g ỉ GN: C ốt thép b ị g ỉ nâu XHGV: Xu ất hi ện các đốm g ỉ vàng Hình 3. Sự phát tri ển g ỉ c ốt thép khi s ơn ph ủ EP 02 so v ới m ẫu đối ch ứng Hình 4. Sự phát tri ển g ỉ c ốt thép khi s ơn ph ủ PU3000 so v ới m ẫu đối ch ứng Hình 5. Sự phát triển g ỉ c ốt thép khi s ơn ph ủ AC 05 so v ới m ẫu đối ch ứng Nh ận xét: tượng ăn mòn c ốt thép t ại th ời điểm k ết thúc đo. Sau h ơn 1 tháng th ử nghi ệm ăn mòn c ốt thép Mẫu đối chứng xu ất hi ện g ỉ t ừ ngày th ứ 3, còn bằng ph ươ ng pháp gia t ốc cho th ấy: 3 lo ại s ơn có các m ẫu s ơn 1 l ớp xu ất hi ện từ ngày th ứ 6, ngày chi ều dày 3 l ớp đều có kh ả n ăng ch ống ăn mòn th ứ 9 . cho c ốt thép. Ba lo ại s ơn có 3 l ớp không có hi ện 46 Tạp chí KHCN Xây d ựng – số 2/2016
5. VẬT LI ỆU XÂY D ỰNG – MÔI TR ƯỜNG 4.4 Nghiên c ứu quá trình ăn mòn trong điều lớp s ơn b ảo v ệ cốt thép. Lớp s ơn b ảo v ệ không ki ện t ự nhiên bị lão hóa hay bong tróc. C ốt thép được ph ủ sơn Sau 17 tháng đặt m ẫu trong điều ki ện t ự bảo v ệ ch ưa b ị ăn mòn, tuy nhiên c ốt thép c ủa nhiên, tác gi ả đã đập b ỏ ph ần bê tông b ảo v ệ của mẫu đối ch ứng đã b ị ăn mòn, xuất hi ện g ỉ lấm các m ẫu có s ơn 01 l ớp lên c ốt thép và quan sát tấm. Hình 6. Đập m ẫu bê tông để quan sát c ốt thép khi m ẫu trong điều ki ện t ự nhiên 5. Kết lu ận - Xây d ựng một s ố mô hình thí nghi ệm mô ph ỏng quá trình ăn mòn c ốt thép trong môi Một s ố k ết lu ận b ước đầu c ủa nghiên c ứu: tr ường bi ển đảo; - Đo c ường độ liên k ết gi ữa c ốt thép được - Áp d ụng k ết qu ả nghiên c ứu vào trong th ực t ế. sơn ph ủ và bê tông b ằng 3 lo ại s ơn PU-3000, EP-02, AC-05 ta th ấy: Theo cách đánh giá c ủa TÀI LI ỆU THAM KH ẢO ASTM A934 thì c ường độ liên k ết đều đạt yêu [1]. Phan V ăn Ch ươ ng (2001), “Nghiên c ứu ảnh cầu. Trong đó c ường độ liên k ết t ốt nh ất khi c ốt hưởng c ủa chi ều dày màng s ơn Epoxy giàu thép s ơn EP-02 2 l ớp đạt 103,76% so v ới m ẫu kẽm- Polyurethane đến tính n ăng ch ống ăn mòn đối ch ứng; kết c ấu thép trong môi tr ường khí quy ển bi ển - Đo gia t ốc ăn mòn: V ới m ẫu đối ch ứng c ốt Vi ệt Nam”, Lu ận v ăn th ạc s ỹ kỹ thu ật - Đại h ọc thép b ắt đầu g ỉ ở ngày th ứ 3, v ới m ẫu cốt thép Xây d ựng. được s ơn 3 l ớp có kh ả năng b ảo v ệ kh ỏi ăn mòn [2]. TCVN 9346 : 2012 kết c ấu bê tông và bê tông là t ốt hơn; cốt thép- Yêu c ầu b ảo v ệ ch ống ăn mòn trong - Sau 17 tháng ph ơi m ẫu trong điều ki ện t ự môi tr ường bi ển. nhiên, c ốt thép được s ơn ph ủ 01 l ớp c ủa 03 lo ại sơn đều không b ị ăn mòn, m ẫu đối ch ứng b ị ăn [3]. TCVN 2682 : 2009 Xi m ăng pooc l ăng- Yêu c ầu mòn. kỹ thu ật. Để đảm b ảo làm vi ệc đồng th ời gi ữa c ốt thép [4]. TCVN 7570 : 2000 Cốt li ệu cho bê tông và v ữa - được s ơn ph ủ và bê tông c ũng nh ư kh ả năng yêu c ầu k ỹ thu ật. ch ống ăn mòn thì s ơn EP-02 s ơn 02 l ớp là t ốt [5]. Ch ỉ d ẫn K ỹ thu ật ch ọn thành ph ần bê tông các hơn c ả. lo ại, B ộ Xây d ựng, Hà N ội, 1998. 6. Ki ến ngh ị [6]. TCVN 9406 : 2012 Sơn – Ph ươ ng pháp không Từ nh ững k ết quả b ước đầu c ủa vi ệc nghiên phá hu ỷ xác định chi ều dày màng s ơn khô. cứu đề tài, ki ến ngh ị: [7]. TCVN 2099 : 2007 Sơn và vecni - Phép th ử u ốn - Ti ếp t ục nghiên c ứu gia t ốc ăn mòn cho đến (tr ục hình tr ụ). khi gi ới h ạn m ẫu phá h ủy, đo t ốc độ ăn mòn c ốt thép theo t ừng chu k ỳ và theo ASTM G59; [8]. ASTM A934/A934M-01 Standard Specification for Epoxy-Coated Prefabricated Steel Đố ớ ỗ ạ ơ ử ụ - i v i m i lo i s n, s d ng mô hình toán Reinforcing Bars. quy ho ạch th ực nghi ệm đo đạc trong phòng thí Ngày nh ận bài: 7/6/2016. nghi ệm nhi ều ch ỉ tiêu khác nhau để tìm ra chi ều dày màng s ơn t ối ưu ch ống ăn mòn cho c ốt thép; Ngày nh ận bài s ửa l ần cu ối: 12/7/2016. Tạp chí KHCN Xây dựng – số 2/2016 47