Hệ số khuếch tán Cl- và các dạng nồng độ của Cl- trong bê tông

Sử dụng mô hình toán học do Tang đề xuất Luping và Lars Olof Nilsson, chúng ta có thể nhanh chóng xác định độ khuếch tán clorua của bê tông mẫu vật. Từ độ khuếch tán clorua D thu được, chúng ta có thể dự đoán tuổi thọ của bê tông cấu trúc trong môi trường biển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ số khuếch tán Cl- và các dạng nồng độ của Cl- trong bê tôngT¹p chÝ Hãa häc, T. 42 (1), Tr. 105 - 109, 2004hÖ sè khuÕch t¸n Cl vµ c¸c d¹ng nång ®é cña Cltrong bª t«ng§Õn Tßa so¹n 9-6-2003Phan V¨n T êng, TrÇn D ¬ngKhoa Hãa häc, Tr!êng §¹i häc Khoa häc tù nhiªn - §¹i häc Quèc gia H+ NéiAbstracTChloride diffusivity is an important factor affecting the durability of a reinforcedconcrete structure in the marine environment. Chloride ions in beton exist mainly in thephysically absorbed form in pore water. Using the mathematical model suggested by TangLuping and Lars Olof Nilsson, we can rapidly determine chloride diffusivity of concretespecimen. From chloride diffusivity D obtained, we can predict the service life of concretestructures in the marine environment.I - §Æt vÊn ®ÒC¸c c«ng tr×nh bª t«ng cèt thÐp ë vïng biÓnth êng nhanh chãng bÞ h háng, cã tuæi thäthÊp. Nguyªn nh©n chÝnh l* do sù ph¸ háng cètthÐp bëi ion Cl tù do n»m trong dung dÞchn íc lç hæng. M« h×nh to¸n häc do TangLuping v* Olof Nilsson ® a ra b»ng c¸ch ¸pdông ®iÖn tr êng cho phÐp x¸c ®Þnh nhanh hÖsè khuÕch t¸n cña ion Cl trong bª t«ng, tuynhiªn nång ®é cña ion clo sö dông trong m«h×nh n*y l* nång ®é tæng (% khèi l îng trªnmÉu), h¬n n÷a trong c¸c tiªu chuÈn ®¸nh gi¸ng ìng ¨n mßn thÐp g©y ra bëi ion clo còngbiÓu diÔn d íi d¹ng tæng sè (% khèi l îngmÉu). Trong b*i b¸o n*y chóng t«i xem xÐt viÖcsö dông hÖ sè khuÕch t¸n ion clo v* vÊn ®Ò södông nång ®é ion clo tæng sè cã ¶nh h ëng ®ÕnviÖc ®¸nh gi¸ sù ¨n mßn cèt thÐp v* dù ®o¸ntuæi thä cña c«ng tr×nh hay kh«ng.II - T ¬ng t¸c cña ion Cl trongbª t«ngClo th©m nhËp v*o trong bª t«ng theo haicon ® êng hoÆc l* tõ nh÷ng th*nh phÇn c¬ sëtrong qu¸ tr×nh h×nh th*nh bª t«ng, hoÆc l* tõm«i tr êng n¬i ®Æt c«ng tr×nh ë ®ã cã bôi n ícbiÓn hoÆc cã muèi tan. Clo tån t¹i trong bª t«ngd íi hai d¹ng l* clo liªn kÕt v* clo tù do n»mtrong n íc lç trèng.Clo liªn kÕt trong bª t«ng tån t¹i d íi haid¹ng chÝnh: ® îc hÊp phô vËt lý trªn th*nh r¾ncña nh÷ng lç trèng trong bª t«ng hoÆc cè ®Þnhhãa häc bëi ph¶n øng víi mét v*i th*nh phÇncña xi m¨ng. C¸c hîp chÊt ® îc t¹o th*nhth êng l* monocloroaluminat hydrat hoÆc l*muèi Friedel (C3A.CaCl2.10H2O) v* muèitricloroaluminat (C3A.3CaCl2.30H2O). Trong ®iÒukiÖn th êng, víi nång ®é ion clo trong bª t«ng,ng êi ta chØ t×m thÊy muèi Friedel.Ion clo tù do n»m trong n íc lç trèng hoÆchÊp phô vËt lý trªn bÒ mÆt cã thÓ di chuyÓn trongbª t«ng bëi c¸c mao qu¶n. Ion clo tù do còng cãthÓ ®¹t tíi ng ìng ®Ó l*m mÊt tÝnh thô ®éng cñathÐp [1]. Trong bª t«ng Èm pH > 13 líp m*ngthô ®éng d¹ng FeO-OH ® îc t¹o trªn bÒ mÆt cètthÐp nªn thÐp ® îc b¶o vÖ [4]. Nguy c¬ ¨n mßncèt thÐp t¨ng dÇn víi sù t¨ng Cl tù do trongn íc lç trèng, Cl kh«ng trùc tiÕp l*m gi¶m pHquanh cèt thÐp nh ng nã l* chÊt xóc t¸c cho qu¸105tr×nh ¨n mßn, nã ph¸ hñy líp m*ng b¶o vÖ trªnbÒ mÆt cèt thÐp v* g©y ¨n mßn cèt thÐp tiÕp.Tuy nhiªn trong c¸c nghiªn cøu ®Ó ®¸nh gi¸ng ìng ¨n mßn g©y ra bëi ion clo ng êi tath êng biÓu diÔn d íi d¹ng clo tæng sè [2, 8, 9,10]. Tiªu chuÈn Anh qui ®Þnh giíi h¹n nång ®éCl ®èi víi xi m¨ng xi m¨ng Portland b×nhth êng l* 0,4%. C¬ quan nghiªn cøu vÒ nh* ëcña Mü ®n ph©n lo¹i ¶nh h ëng nång ®é Cl ®èivíi sù ¨n mßn cèt thÐp nh sau: ¨n mßn thÊp: 0- 0,4% (so víi xi m¨ng); trung b×nh: 0,4 - 1% v*cao: trªn 1%. C¬ quan qu¶n lý ® êng Liªnbang Mü ®n ® a ra giíi h¹n nång ®é Cl l*1,2 kg/m3 bª t«ng hoÆc 0,2% khèi l îng ®èi víixi m¨ng [5].III - Thùc nghiÖm v( th¶o luËnTang Luping v* Olof Nilsson ® a ra m«h×nh to¸n häc cho sù khuÕch t¸n Cl trong bªt«ng cã ¸p dông ®iÖn tr êng nh sau [3]:dC = D d 2C zFE dC(1)RT dxdtdx 2(0 < x < + , t > 0)víi ®iÒu kiÖn: C(0,t) = C0 v* C(x,0) = 0.ë ®©y, E: c êng ®é ®iÖn tr êng, R: h»ng sè khÝ,T: nhiÖt ®é Kelvin, C0: nång ®é ion t¹i bÒ mÆt,a. Gi¶i ng¨n c¸chb. N íc v«i trong bno hßac. An«t b»ng thÐp kh«ng rØd. MÉuC = C(x,t): nång ®é cña ion t¹i vÞ trÝ x, z: hãa trÞcña ion, F: h»ng sè Faraday.Tõ viÖc gi¶i b*i to¸n trªn chóng t«i thu® îc nghiÖm [6]:C ( x, t ) = C0 11x aDt1+erf22 Dte ax erfc(2)erf: h*m sai sè; erfc: h*m bï sai sè.Sö dông bé thÝ nghiÖm v* chuÈn bÞ mÉu nhë h×nh 1. MÉu ® îc chuÈn bÞ nh sau: Sö dôngxi m¨ng PC40 cña nh* m¸y xi m¨ng Luksvaxië tØnh Thõa Thiªn - HuÕ, c¸t ®n röa s¹ch b»ngn íc cÊt nh»m lo¹i hÕt ion clo. C¸c mÉu ® îc®óc trong khu«n h×nh trô cã ® êng kÝnh 70mm, cao 50 mm v* ®Æt trªn b*n rung trongkho¶ng 10 phót, g¹t b»ng. Sau 24 giê, mÉu® îc b¶o d ìng trong n íc v«i bno hßa trongvßng 3 th¸ng. §Ó tiÕn h*nh thùc nghiÖm ®o sùkhuÕch t¸n ion Cl chóng t«i bäc mÉu thö trongc¸c khu«n nhùa cao kho¶ng 150 mm cã tr¸t keo®Ó cã thÓ chøa ® îc 100 ml dung dÞch NaCl 3%trong Ca(OH)2 bno hßa ë phÝa trªn. Dông cô® îc l¾p ®Æt nh h×nh 1. §iÖn ¸p ® îc thiÕt lËpl* 30 V (DC) [3], tiÕn h*nh ¸p ®iÖn tr êngtrong thêi gian 8 giê. Sö dông phÇn mÒm tÝnhto¸n dùa trªn ph ¬ng tr×nh (2), chóng t«i thu® îc kÕt qu¶ tr×nh b*y d íi ...