Báo cáo nghiên cứu khoa học: NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ A NỐT BẰNG LỚP KẼM PHUN TRÊN BỀ MẶT BÊ TÔNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATÔT

Đặt vấn đề Các công trình bê tông cốt thép như nhà cửa, cầu, cầu cảng, giàn khoan biển,… được sử dụng rất nhiều nhưng trong môi trường ăn mòn khắc nghiệt chúng bị hư hỏng dần mà nguyên nhân chính là do sự ăn mòn cốt thép trong bê tông dưới tác động xâm thực của môi trường.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ A NỐT BẰNG LỚP KẼM PHUN TRÊN BỀ MẶT BÊ TÔNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATÔT" NGHIÊN CỨU SỰ LÀM VIỆC CỦA HỆ A NỐT BẰNG LỚP KẼM PHUN TRÊN BỀ MẶT BÊ TÔNG TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CATÔT ThS. BÙI THỊ THANH HUYỀN TS. HOÀNG THỊ BÍCH THỦY Trường Đại học Bách khoa Hà Nội TS. LÊ THU QUÝ Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam 1. Đặt vấn đề Các c ông trình bê tông cốt thép như nhà c ửa, cầu, cầu cảng, gi àn khoan biển,… đư ợc sử dụng rất nhi ều nhưng trong môi trư ờng ăn mòn khắc nghiệt chúng bị hư h ỏng dần m à nguyên nhân chính là do sự ăn m òn c ốt thép trong b ê tông dư ới tác động xâm thực của môi tr ư ờng. Khi c ốt thép bị ăn m òn thì th ể tích gỉ lớn h ơn nhi ều so với thể tích cốt thép ban đầu gây ra ứng suất nội, dẫn đến sự nứt vỡ b ê tông và hư hỏng công tr ình. Vi ệc sửa chữa các công tr ình bê tông c ốt thép hàng năm đòi h ỏi chi phí rất lớn [1]. Vì vậy nhiều giải pháp chống ăn mòn cho c ốt thép trong bê tông đã đư ợc nghi ên cứu và đưa vào áp dụng. Gần đây, bảo vệ cốt thép bằng lớp kẽm phun trên bề mặt bê tông đã đư ợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều tr ên thế giới. Hệ anốt này đư ợc thấy là có hiệu quả, dễ áp dụng, giá thành rẻ,.. và đư ợc sử dụng rộng rãi ở các nước như Mỹ và Châu Âu, đặc biệt là trong hoàn c ảnh công nghệ phun kim loại đang phát triển mạnh mẽ làm tăng tính cơ động và tính ứng dụng của phương pháp phun phủ [2-4]. Ở Việt Nam, công nghệ phun p hủ kim loại cũng đ ư ợc ứng dụng nhiều, tuy nhiên l ớp phủ kẽm tr ên bê tông vẫn chưa đư ợc quan tâm. B ài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về thông số chế tạo và hành vi đi ện hóa của lớp kẽm phun tr ên bê tông nhằm tiếp cận công nghệ mới của thế giới tro ng vi ệc ch ống ăn m òn cho c ốt thép để kéo dài tu ổi thọ các công tr ình. 2. Mô hình và phương pháp nghiên cứu 2.1. Mô hình l ớp kẽm phun tr ên bê tông L ớp kẽm đư ợc phun lên một mặt của mẫu bê tông với diện tích 12cm2 và chi ều d ày 400mm. Thiết bị phun kẽm l à m áy OSU - Hessler 300A (Đ ức) với nguy ên liệu là dây kẽm đư ờng kính 2mm có độ tinh khi ết 99,95%. Các thí nghiệm phun kẽm thực hiện tại Viện kỹ thuật nhiệt đới thuộc Viện KH v à C N Việt Nam. Mẫu bê tông có kích thư ớc 58 x 58 x 100 (mm) v à đư ợc ký hiệu l à M. Bê tông đư ợc đúc với tỉ lệ xi măng : cát : đá là 1 : 2 : 3, t ỷ lệ nư ớc trộn hỗn hợp bê tông là 0,5 so với khối lư ợng xi măng. C ốt thép trong bê tông đư ợc làm từ thép  8, làm sạch bề mặt v à có di ện tích bề mặt làm việc l à 10cm2. Ph ần bề mặt không làm việc của c ốt thép đư ợc phủ epoxy. Hai đầu cốt thép đư ợc hàn dây đ ồng loại m ột l õi để nối điện. Chiều dày l ớp vỏ bê tông xung quanh c ốt thép là 25mm. S ơ đồ mẫu bê tông c ốt thép có phủ kẽm l ên bề mặt bê tông đư ợc thể hiện tr ên hình 1. 5 5 3 1. Bê tông 2 2. Lớp kẽm phun 4 1 3. Bề mặt làm việc của cốt thép 4. Phần cốt thép được phủ epoxy 5. Dây nối điện Hình 1. Mô hình mẫu bê tông cốt thép có lớp kẽm phun trên bề mặt 2.2. Phươ ng pháp nghiên cứu Trong thí nghiệm, mẫu b ê tông ph ủ kẽm đư ợc ngâm ngập c hu k ỳ 20h khô - 4h ư ớt trong dung dịch N aCl 5% để gia tốc quá tr ình ăn m òn. Các thông s ố phun tối ư u đư ợc xác định dựa vào phương pháp xây dựng mô hình hồi quy tuyến tính và xác định các hệ số của mô hình để có độ bám dính giữa lớp kẽm và bê tông là l ớn nhất. Độ bám dính c ủa các lớp kẽm phun đư ợc đo trên máy đo độ bền kéo đứt DLR (Đức) bằng phương pháp thử nghi ệm giật đứt (pull-off test) theo tiêu chuẩn ASTM D-4541. Đặc tính điện hóa của lớp kẽm phun tr ên bê tông khi hở mạch đư ợc nghi ên cứu bằng các phương pháp sau: - Đư ờng cong phân cực đư ợc đo bằng ph ương pháp thế động với tốc độ quét thế là 0,5 mV/s. - P hổ tổng trở điện hóa đư ợc đo với khoảng tần số 100kHz – 1,5mHz tại điện thế ăn m òn, biên độ E = 10 mV. Đư ờng cong phân cực và ph ổ tổng trở đư ợc thực hiện với hệ 3 điện cực tr ên b ộ đo ăn mòn CMS 100 (hãng Gamry, Mỹ) có ghép nối máy tính để phân tích kết quả đo. - T ốc độ tự h òa tan c ủa lớp kẽm phun tr ên bê tông đư ợc xác định thông qua phé p đo điện trở phân cực bằng phương pháp phân cực tuyến tính tr ên máy đo Multicorr đã đư ợc cài đặt sẵn phần mềm tính toán c ủa hãng Corr Ocean, Nauy. - Đi ện thế hở mạch của các mẫu đư ợc đo so với điện cực so sánh clorua bạc theo thời gian. Điện th ế của điện cực so sánh này là 0,195 V so với điện cực hyđro ti êu chu ẩn. 3. Kết quả nghiên cứu 3.1. Chế tạo lớp kẽm phun tr ên bê tông Trong công ngh ệ phun phủ hồ quang điện, có khá nhiều yếu tố công nghệ có thể ảnh hư ởng đến chất lư ợng lớp phủ: điện áp hồ quang, dòng điện hồ quang, tốc độ dẫn dây phun, áp lực khí phun, khoảng cách phun, tốc độ di chuyển đầu phun, góc nghi êng súng phun… Trong khuôn khổ nội dung nghiên cứu này, ba yếu tố công nghệ phun quan trọng ảnh h ư ởng tới độ bám dính lớp phủ, bao gồm: áp lực khí ph un (P), khoảng cách giữa đầu phun tới bề mặt b ê tông (L) và đi ện áp hồ quang (U) đư ợc xem xét. Nghiên c ứu đư ợc tiến hành theo các bư ớc sau: - Xác định miền khảo sát của ba yếu tố công nghệ phun cần khảo sát l à P, L và U: P: 4 - 6 (atm); L: 10 - 20 (cm); U: 16 – 1 8,7 (V). - Ti ến hành các thí nghiệm trong khoảng biến đổi của các yếu tố P, L, U đ ã chọn. - Xây dựng mô hình rút ra ph ương tr ình h ồi quy. Phương trình phụ thuộc của độ bám dính (y) v ào 3 biến mã hóa tương ứ ng với 3 thông số P, L, U là x1, x2, x3 như sau: + Tr ...