Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến độ bền của kết cấu bê tông cốt thép

Bài viết Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến độ bền của kết cấu bê tông cốt thép giới thiệu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu mà cụ thể là việc tăng nồng độ trong không khí đến độ bền của các kết cấu bê tông cốt thép.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến độ bền của kết cấu bê tông cốt thép NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU ĐẾN ĐỘ BỀN CỦA KẾT CẤU BÊ TÔNG CỐT THÉP Đào Văn Dinh Trường Đại học Giao thông vận tải Tóm tắt Kết cấu bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường theo thời gian sẽ bị suy thoái dần do xâm nhập ion Clo và CO2 vào bê tông và gây ra ăn mòn thép. Hiện nay biến đổi khí hậu đang diễn ra mạnh mẽ kết quả là nước biển dâng cao và nồng độ CO2 trong không khí tăng rất nhanh. Đây là các yếu tố làm thúc đẩy nhanh tốc độ suy thoái của các kết cấu BTCT và giảm độ bền của chúng. Bài báo này giới thiệu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu mà cụ thể là việc tăng nồng độ trong không khí đến độ bền của các kết cấu bê tông cốt thép. Từ khóa: Bê tông cốt thép; Thời gian khởi đầu ăn mòn; Cacbonat hóa; Biến đổi khí hậu. Abstract Research of climate change impacts on the durability of reinforced concrete structures Reinforced concrete structures under the influence of the environment over time will gradually degrade due to the penetration of Chloride and CO2 into the concrete and cause steel corrosion. At present, climate change is taking place strongly, resulting in sea level rise and the concentration of CO2 in the air increasing very rapidly. These are factors that accelerate the degradation rate of reinforced concrete structures and reduce their durability. This paper introduces the influence of climate change, namely the increase of concentration CO2 in the air on the durability of reinforced concrete structures. Keywords: Reinforced concrete; Initiation of corrosion; Carbonated induced steel corroson; Climate change. 1. Đặt vấn đề Các kết cấu bê tông cốt thép dưới tác động của môi trường sẽ bị suy thoái dần. Cơ chế hư hỏng thường gặp bao gồm sự ăn mòn cốt thép, tấn công sulfate, phản ứng kiềm cốt liệu, từ biến và co ngót và các hiệu ứng nhiệt độ. Trong các yếu tố trên, cacbonat hóa gây ra ăn mòn cốt thép là một nguyên nhân gây suy giảm của các kết cấu bê tông. Ăn mòn cốt thép dẫn đến nứt, vỡ và tách lớp bê tông bảo vệ. Ăn mòn cốt thép cũng làm giảm diện tích tiết diện cốt thép, mất dính bám giữa các cốt thép và bê tông và sau đó giảm sức kháng của kết cấu. Kết quả là giảm sự an toàn và khả năng phục vụ của kết cấu bê tông và rút ngắn tuổi thọ sử dụng của chúng. Cacbonat hóa đề cập đến một loạt các quá trình liên quan đến sự khuếch tán của khí cacbon dioxide trong khí quyển vào bê tông, sau đó phản ứng với các sản phẩm có tính kiềm của xi măng thuỷ hoá dẫn đến việc giảm độ pH của nước trong lỗ rỗng từ một giá trị lớn hơn 12,6 (13,5 trong trường hợp OPC) đến một mức độ dưới 9.0 và do đó dẫn đến phá vỡ màng thụ động của cốt thép và gây ra ăn mòn cốt thép [2]. Quá trình cacbonat hóa không những phụ thuộc vào thành phần bê tông, nhiệt độ và độ ẩm mà nó còn phụ thuộc vào nồng độ CO2 trong không khí. Các kịch bản biến đổi khí hậu đều dự báo nồng độ CO2 trong không khí tăng theo các năm. Bài báo này giới thiệu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu mà cụ thể là việc tăng nồng độ trong không khí đến độ bền của các kết cấu bê tông cốt thép. Nghiên cứu chuyển giao, ứng dụng khoa học công nghệ trong sử dụng hợp lý tài nguyên, 385 bảo vệ môi trường và phát triển bền vững 2. Dự báo thời gian khởi đầu ăn mòn thép do cacbonat hóa gây ra Mô hình dự báo thời gian khởi đầu ăn mòn cốt thép do cacbonnat hóa gây ra sẽ dựa trên định luật thứ nhất của Fick về khuếch tán. Khối lượng CO2 xâm nhập vào bê tông do chênh lệch nồng độ CO2 giữa không khí bên ngoài và bê tông được thể hiện như sau: ∆CCO2 dQ = DCO2 A dt (1) x Trong đó: dQ là khối lượng khuếch tán cacbon dioxide (kg); A - là diện tích xâm nhập (m­2); ∆CCO chênh lệch nồng độ cacbon dioxide (kg/m3); x là khoảng cách (m); dt là bước thời gian (x); 2 DCO2 hệ số khuếch tán cacbon dioxide (m2/s). Carbon dioxide khuếch tán vào phản ứng với các hydroxit canxi, hydroxit kali và hydroxit natri ở trong bê tông. Theo hình thức đơn giản, quá trình này được mô phỏng bởi phương trình 2. dQ=a.A.dx (2) Trong đó: a là khả năng liên kết CO2 của bê tông (kg/m3); Từ phương trình 1 và phương trình 2 ta được: DCO2 .dx x= ∆CCO2 dt (3) a Trường hợp DCO2 ; ∆CCO2 là hằng số đối với t, lấy tích phân hai vế phương trình 3 ta được: 2 DCO2 =Xc ∆CCO2 . t (4) a Xc là chiều sâu cacbonnat hóa; a là khả năng liên kết CO2 của bê tông; 2.1. Các tham số để xác định thời gian khởi đầu ăn mòn do cacbonat 2.1.1. Hệ số khuếch tán CO2 trong bê tông Hệ số khuếch tán CO2 trong bê tông được xác định bằng các thí nghiệm chuẩn như thí nghiệm tăng tốc cacbonat. Hệ số khuếch tán cũng có thể dự báo theo thành phần bê tông như đề xuất bởi Papadakis như sau [4] 3     2.2 ...