Nghiên cứu ứng dụng Canxi Nitrít làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho bê tông cốt thép trong điều kiện Việt Nam

bộ giáo dục v đo tạo Bộ xây dựng
Viện Khoa học công nghệ Xây dựng
oOo





Nguyễn Nam Thắng



Nghiên cứu ứng dụng canxi nitrít
lm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho
bê tông cốt thép trong điều kiện Việt Nam



Chuyên ngành: Vật liệu và Công nghệ vật liệu xây dựng
Mã số: 62.58.80.01



tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật

h nội 2007


Công trình đợc hoàn thành tại: Phòng Nghiên cứu ăn mòn và
Bảo vệ công trình - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.





Ngời hớng dẫn khoa học:

1. TS. Lê Quang Hùng - Cục GĐNN về CLCTXD
2. TS. Phạm Văn Khoan - Viện KHCN Xây dựng




Phản biện 1: GS. TSKH Nguyễn Thúc Tuyên

Phản biện 2: PGS. TS Bùi Văn Bội

Phản biện 3: TSKH. Nguyễn Văn Hinh




Luận án sẽ đợc bảo vệ trớc Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nớc
họp tại Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng vào hồi:

8 giờ 30 ngày 3 tháng 8 năm 2007


Có thể tìm hiểu luận án tại:
1. Th viện - Viện Khoa học Công nghệ Xây dựng.
2. Th viện Quốc gia.


Các ti liệu đ công bố

1. Nguyễn Nam Thắng, Phạm Văn Khoan, Một số kết quả nghiên cứu và
ứng dụng vữa tự chảy có tính năng chống ăn mòn clorua cao, t/c KHCN
Xây dựng 3/2005, trang 22-26.
2. Nguyễn Nam Thắng, Lê Quang Hùng, Phạm Văn Khoan, Nghiên cứu
độ ổn định theo thời gian của chất ức chế ăn mòn cốt thép canxi nitrít
trong bê tông , t/c KHCN Xây dựng 3/2006, trang 44-47.
3. Nguyễn Nam Thắng, Lê Quang Hùng, Phạm Văn Khoan, Nghiên cứu
hàm lợng hiệu quả của chất ức chế ăn mòn canxi nitrít, t/c Xây dựng số
466 tháng 12/2006, trang 49-52.
4. Nguyễn Nam Thắng, Lê Quang Hùng, Phạm Văn Khoan, Tác dụng ức
chế ăn mòn cốt thép của canxi nitrít tại khe nứt bê tông, t/c KHCN Xây
dựng 1/2007, trang 34-37

1
mở đầu
1. Tính cấp thiết cuả luận án
Các môi trờng có hàm lợng ion Cl
-
cao (môi trờng biển, công
nghiệp hoá chất có chứa Cl
-
) đều tiềm ẩn khả năng xâm thực mạnh đối
với kết cấu bê tông cốt thép (BTCT). Theo các số liệu khảo sát hiện có,
hiện tợng gỉ cốt thép (CT) xảy ra phổ biến trên kết cấu BTCT ở vùng
biển nớc ta. Kết cấu BTCT bị phá huỷ không chỉ trong vùng nớc lên
xuống, khí quyển trên biển mà còn vào sâu trong đất liền tới 30 km. Hầu
hết các công trình BTCT xây dựng ở vùng biển Việt Nam sau thời gian sử
dụng từ 10 ữ 20 năm đều có dấu hiệu gỉ cốt thép ở mức độ khác nhau, cá
biệt có những bộ phận kết cấu hoặc công trình bị h hỏng nặng chỉ sau 5
ữ10 năm sử dụng.
Các kết quả khảo sát trên cũng chỉ ra rằng ngoài tác nhân gây ra ăn
mòn chính là ion Cl
-
thì điều kiện đặc thù Việt Nam là môi trờng khí hậu
nóng ẩm với nhiệt độ trung bình cao, độ ẩm lớn, thời gian ẩm ớt kéo dài là
các tác nhân đẩy nhanh tốc độ ăn mòn cốt thép trong bê tông (BT).

Việc thiếu một tiêu chuẩn, quy phạm hớng dẫn biện pháp chống ăn
mòn do ion Cl
-
(ăn mòn clorua) cho kết cấu BTCT phù hợp với điều kiện
tự nhiên ở vùng biển nớc ta cũng là một trong những nguyên nhân gây
nên tình trạng ăn mòn clorua kết cấu BTCT vùng biển nh đã kể trên.
Từ năm 2004 đến nay, Bộ Xây dựng đã ban hành tiêu chuẩn
TCXDVN 327 : 2004, hớng dẫn chi tiết các giải pháp thiết kế, thi công,
lựa chọn vật liệu nhằm đảm bảo khả năng chống ăn mòn lâu dài cho kết
cấu BTCT trong môi trờng biển Việt Nam.
Bên cạnh những biện pháp bảo vệ cơ bản, tiêu chuẩn này đã chỉ ra
một số biện pháp bảo vệ hỗ trợ trong đó có biện pháp bảo vệ bằng chất ức
chế canxi nitrít (CN).
Trên thực tế, hiện nay ở Việt Nam, việc sử dụng CN để chống ăn
mòn kết cấu BTCT vùng biển còn rất hạn chế. Các lý do chính hạn chế
ứng dụng CN ở nớc ta là chúng ta cha có điều kiện sản xuất CN ở quy
mô lớn, trong khi phụ gia nhập ngoại còn đắt. Các nghiên cứu về vấn đề
này thờng là nghiên cứu ngắn hạn, các kết quả thí nghiệm cha đủ sức
thuyết phục ngời sử dụng ứng dụng chúng. Chủ đầu t, Nhà thầu thiết kế
cũng nh Nhà thầu thi công thờng đòi hỏi sự minh chứng rất rõ ràng về

2
hiệu quả kinh tế kỹ thuật của giải pháp này trớc khi quyết định áp
dụng. Cho tới nay, vấn đề này vẫn cha đợc giải quyết thấu đáo. Tuy
nhiên, khi tìm hiểu về vấn đề này, tác giả cho rằng giải pháp sử dụng CN
để chống ăn mòn kết cấu BTCT là hoàn toàn có triển vọng để áp dụng ở
nớc ta. Qua khảo sát thực tế cho thấy ion Cl
-
thờng tích tụ rất nhanh
trong bê tông chỉ sau một thời gian ngắn sử dụng (có thể qua nhiều con

đờng khác nhau nh vật liệu bị nhiễm mặn từ đầu, tốc độ thẩm thấu ion
Cl
-
nhanh, mác bê tông thấp, chiều dày bảo vệ mỏng, môi trờng xâm
thực khắc nghiệt). Khi ion Cl
-
đã tiếp cận cốt thép thì một trong những
biện pháp hữu hiệu nhất để chống ăn mòn cốt thép là sử dụng chất ức chế.
Xuất phát từ lý do này tác giả đã quyết định lựa chọn chủ đề nghiên cứu
của luận án là sử dụng CN để ức chế ăn mòn cốt thép trong môi trờng
xâm thực clorua, tiêu biểu là môi trờng biển của Việt Nam.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu ứng dụng canxi nitrít làm phụ gia
ức chế ăn mòn cốt thép cho bê tông cốt thép trong điều kiện Việt Nam.
Để đạt đợc mục tiêu đặt ra, luận án cần giải quyết các nhiệm vụ
sau đây:
- Nghiên cứu ảnh hởng của CN tới tính chất cơ lý của hỗn hợp bê
tông và bê tông. Nghiên cứu mức độ suy giảm hàm lợng nitrít trong bê
tông theo thời gian dới tác động rửa trôi;
- Nghiên cứu hiệu quả ức chế ăn mòn cốt thép của CN trong bê
tông. Xác định mối tơng quan giữa hàm lợng Cl
-
và NO
2
-
trong ức chế
ăn mòn cốt thép;
- Nghiên cứu tác dụng của CN ức chế ăn mòn cốt thép tại khe nứt
bê tông và tại vùng tiếp giáp giữa bê tông mới và cũ khi sửa chữa kết

cấu;
- ứng dụng thử nghiệm CN trên một số công trình BTCT vùng
biển. Phân tích hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của giải pháp này.

3. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tợng nghiên cứu là BTCT chịu tác động của ion Cl
-
;
- Phạm vi nghiên cứu giới hạn bởi các nhiệm vụ nghiên cứu nêu
trên trong điều kiện Việt Nam.

3
4. Phơng pháp nghiên cứu:
Nghiên cứu thực nghiệm gia tốc trong phòng thí nghiệm kết hợp
phân tích lý thuyết và ứng dụng thực tế.

5. ý nghĩa khoa học của luận án:
- Xác định đợc canxi nitrít có hiệu quả ức chế ăn mòn cốt thép
trong bê tông khi đảm bảo tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2 cho dù hàm lợng ion
Cl
-
thay đổi từ 1,2 kg đến 6,0 kg / m
3
bê tông.
- Các thí nghiệm rửa trôi đã cho thấy NO

2
-
tồn tại ở dạng tự do trong
bê tông bị rửa trôi ra ngoài. Khi đó mác bê tông và chiều dày lớp bê tông
bảo vệ sẽ có ảnh hởng lớn tới lợng NO
2
-
bị trôi ra ngoài.
- Các thí nghiệm về khả năng ức chế ăn mòn cốt thép của canxi
nitrít tại khe nứt đã chứng minh canxi nitrít có hiệu quả ức chế quá trình
ăn mòn cốt thép tại khe nứt bê tông có chiều rộng 0,5 mm.
- Các thí nghiệm trên mô hình bê tông mới và cũ (mô phỏng sửa
chữa kết cấu) đã khẳng định canxi nitrít không gây gỉ cốt thép tại vị trí
tiếp giáp giữa bê tông mới và cũ khi đa vào bê tông mới trong trờng
hợp sửa chữa kết cấu bê tông cốt thép bị ăn mòn do ion Cl
-
.

6. Những đóng góp mới của luận án:
So với các nghiên cứu trớc đây về vấn đề này, luận án này đã có
một số đóng góp mới nh sau:
- Xác định đợc mức suy giảm của ion NO
2
-
trong bê tông theo thời
gian phụ thuộc vào mác và chiều dày lớp bê tông bảo vệ. Tỷ lệ hao hụt
nồng độ NO
2
-
tại chiều sâu 40-50mm sau 12 tháng thí nghiệm (tơng

đơng 50 năm trong môi trờng tự nhiên) đợc lợng hoá là 24%, 15%
và 4% tơng ứng với bê tông M20, M30, M50. Các kết quả thí nghiệm
này cho phép tính toán tăng hàm lợng phụ gia CN cao hơn mức tối thiểu
để bù vào lợng NO
2
-
sẽ bị rửa trôi ra ngoài trong quá trình sử dụng, phụ
thuộc vào mác bê tông và chiều dày lớp bảo vệ.

4
- Xác định đợc canxi nitrít có tác dụng ức chế hoàn toàn quá trình
gỉ cốt thép hoặc lùi thời điểm gỉ so với trờng hợp không có nó và hàm
lợng hiệu quả của canxi nitrít áp dụng trong bê tông đáp ứng tỷ lệ [Cl
-
]
/[NO
2
-
] 2,0. Kết quả này cho phép tính toán đợc hàm lợng canxi nitrít
cần thiết phải đa vào từ đầu là bao nhiêu phù hợp với tính chất xâm thực
của ion Cl
-
, tuổi thọ thiết kế và lợng NO
2
-
có thể bị suy giảm trong quá
trình sử dụng.
- Xác định canxi nitrít có thể ức chế ăn mòn cốt thép ngay tại khe
nứt bê tông và với các chiều rộng khe nứt cụ thể trong nghiên cứu này xác
định đợc tỷ số chiều rộng khe nứt/ chiều dày lớp bảo vệ có canxi nitrít

để cốt thép không bị gỉ lớn gấp 1,6 lần tỷ số này trong bê tông không có
canxi nitrít.
- Xuất phát từ nhu cầu nghiên cứu ứng dụng canxi nitrít trong các
trờng hợp sửa chữa kết cấu BTCT bị ăn mòn do ion Cl
-
nên vấn đề đánh
giá ảnh hởng của canxi nitrít tới ăn mòn cốt thép tại vị trí tiếp giáp giữa
bê tông mới và cũ lần đầu đã đợc đặt ra tại luận án này. Kết quả nghiên
cứu đã xác định canxi nitrít hạn chế khả năng ăn mòn cốt thép ở vị trí tiếp
giáp giữa bê tông mới và cũ khi sửa chữa kết cấu BTCT.

7. ý nghĩa thực tiễn:
Kết quả nghiên cứu của luận án đã minh chứng tơng đối rõ ràng về
hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của giải pháp sử dụng CN chống ăn mòn cho
kết cấu BTCT ở vùng biển Việt Nam. Giải pháp này đợc ứng dụng hiệu
quả nhất trong các trờng hợp sau:
- Đảm bảo tuổi thọ công trình trong một số trờng hợp mác bê tông
(độ đặc chắc) hoặc chiều dày lớp bê tông bảo vệ không thoả mãn yêu cầu
quy định tại tiêu chuẩn TCXDVN 327: 2004. Ví dụ đối với các kết cấu
dầm, sàn đổ tại chỗ chiều dày lớp bê tông bảo vệ thờng chỉ đợc thiết kế
20-30 mm, không đạt yêu cầu của tiêu chuẩn phải tối thiểu là 40-50mm.
- Nâng cao thời gian sử dụng công trình trong trờng hợp vật liệu
đầu vào bị nhiễm mặn từ đầu hoặc bê tông bị nhiễm mặn trong quá trình

5
thi công. Tình huống này hay xảy ra khi thi công ở đảo xa khan hiếm vật
liệu sạch hoặc thi công trên biển chịu tác động của thuỷ triều, sóng biển
trong quá trình thi công.
- Nâng cao hơn nữa tuổi thọ công trình trong các môi trờng xâm
thực khắc nghiệt. Kết quả khảo sát trên các công trình biển ở Việt Nam

cho thấy trong vùng nớc lên xuống và sóng đánh mặc dù kết cấu có mác
bê tông cao (M40) chiều dày bảo vệ lớn (50mm) nhng vẫn không thể
đảm bảo đợc tuổi thọ công trình trên 50 năm, lý do là ion Cl
-
thẩm thấu
vào quá nhanh dới tác động xâm thực mạnh của môi trờng.
- Về góc độ kinh tế, kết quả nghiên cứu đã cho thấy có thể sử dụng
CN ở dạng hoá chất công nghiệp để thay thế phụ gia ức chế ăn mòn nhập
ngoại (DCI) với giá thành chỉ bằng 1/4 phụ gia nhập ngoại. Chi phí thêm
cho phụ gia ức chế ăn mòn vào khoảng 140.000 đ/m
3
bê tông là hoàn toàn
chấp nhận đợc nếu đa lại các hiệu quả kỹ thuật nh đã nêu trên.

8. Kết cấu luận án: Luận án gồm phần mở đầu, 6 chơng, kết luận và tài
liệu tham khảo đợc trình bày trong 144 trang A4 với các kết quả nghiên
cứu đợc minh hoạ trong 42 bảng, 111 đồ thị và hình ảnh, 10 bảng phụ
lục kết quả khảo sát tình trạng ăn mòn clorua kết cấu BTCT vùng biển
Việt Nam và một số nớc Châu á, 8 bảng phụ lục kết quả đo tốc độ và
điện thế ăn mòn cốt thép.

Chơng 1. tổng quan về ăn mòn btct dới tác động của
ion clorua trong điều kiện việt nam v giải pháp sử
dụng canxi nitrít lm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép
Qua phân tích thực trạng ăn mòn kết cấu BTCT vùng biển Việt Nam
cho thấy mức độ phá huỷ kết cấu do gỉ cốt thép là rất đáng quan ngại.
Nhiều công trình đợc xây dựng từ trớc năm 1990 bị h hỏng do ăn mòn
chỉ sau 10 - 20 năm sử dụng, cá biệt có những công trình bị h hỏng chỉ
sau 5-10 năm. Mức độ ăn mòn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố nh: môi
trờng xâm thực, mác và chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép, chất

lợng vật liệu đầu vào, khe nứt và các khuyết tật trên kết cấu

6
Tiêu chuẩn TCXDVN 327 : 2004 đã quy định các biện pháp bảo vệ
chống ăn mòn kết cấu BTCT vùng biển trong đó phân biệt 2 nhóm giải
pháp là bảo vệ cơ bản và bảo vệ hỗ trợ. Bảo vệ cơ bản là đảm bảo chất
lợng bê tông và chiều dày bảo vệ cốt thép. Bảo vệ hỗ trợ gồm: bảo vệ
mặt ngoài kết cấu, tăng mác và độ chống thấm hoặc chiều dày lớp bê
tông bảo vệ hơn so với quy định, bảo vệ trực tiếp cốt thép trong bê tông,
bảo vệ bằng chất ức chế ăn mòn. Trong đó, bảo vệ bằng chất ức chế đợc
xem là một trong những giải pháp phù hợp với hoàn cảnh thực tiễn của
Việt Nam nh đã phân tích trong phần mở đầu. Về mặt lý thuyết có rất
nhiều chất ức chế có thể đợc sử dụng để chống ăn mòn cốt thép, trong
đó phù hợp hơn cả là CN. Trên thực tế thì CN đã đợc ứng dụng nhiều
trên Thế giới khoảng 30 năm trở lại đây. Tuy nhiên, ở Việt Nam giải pháp
sử dụng CN làm phụ gia ức chế ăn mòn cho kết cấu BTCT cha đợc áp
dụng nhiều. Lý do dẫn tới tình trạng này có thể kể tới là:
Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam và thông tin của Thế giới trong
lĩnh vực này cha tới đợc và cha đủ sức thuyết phục các Chủ đầu t,
Nhà thầu thiết kế và Nhà thầu thi công xây dựng sử dụng giải pháp này
mặc dù vấn đề này đã đợc khuyến cáo trong tiêu chuẩn TCXDVN 327 :
2004. ăn mòn kết cấu BTCT là một quá trình lâu dài, hiệu quả chống ăn
mòn phải đợc chứng minh sau một thời gian dài sử dụng (hàng chục
năm). Do vậy nếu không có những bằng chứng rõ rệt về hiệu quả kinh tế
kỹ thuật của biện pháp bảo vệ thì khó thuyết phục đợc ngời sử dụng
ứng dụng CN. Bản thân các kết quả nghiên cứu trên Thế giới cũng còn
đa ra những nhận định khác nhau về hiệu quả chống ăn mòn của CN
cũng nh hàm lợng NO
2
-

tối u để ức chế ăn mòn cốt thép.
Các kết quả nghiên cứu ở Việt Nam về vấn đề này còn phân tán.
Phơng pháp xác định khả năng ức chế ăn mòn, cha có nhiều các thí
nghiệm dài ngày cho kết quả trực quan và lợng hoá về tình trạng gỉ cốt
thép. Do vậy tính thuyết phục của các kết quả thí nghiệm cha cao. Cần
tiếp tục có nghiên cứu tổng thể về ảnh hởng của CN tới tính chất cơ lý
của hỗn hợp bê tông và bê tông (CN đợc dự báo là không có ảnh hởng
xấu tới hỗn hợp bê tông và bê tông, khác so với các chất ức chế khác, tiêu
biểu nh natri nitrít). Nồng độ NO
2
-
tối u trong bê tông cũng là câu hỏi
cần đợc giải đáp, hầu hết nghiên cứu trớc đây xác định nồng độ này

7
theo tỷ lệ % xi măng, gần đây có đề tài nghiên cứu xác định theo tỷ lệ
[Cl
-
] /[NO
2
-
] nhng mới thử nghiệm trên nớc chiết xi măng. Ngoài ra
còn có các vấn đề kỹ thuật khác hiện cha đợc xem xét tới nh: khả
năng tồn tại của CN trong bê tông theo thời gian dới tác động rửa trôi
của nớc (trong thực tế là nớc ma, sóng biển), khả năng ức chế ăn
mòn của CN tại vị trí khe nứt bê tông cũng nh vị trí tiếp giáp giữa bê
tông mới và cũ
Xét về góc độ hiệu quả kinh tế, hiện nay trên thị trờng phụ gia ức
chế ăn mòn gốc CN thơng phẩm có giá tơng đối cao (phụ gia DCI của
hãng Grace có giá 3.0 ữ 3.5 USD/ lít, liều dùng 10 ữ 15l /m

3
bê tông).
Điều này hạn chế đáng kể việc ứng dụng phụ gia này trong thực tiễn do
giá thành 1m
3
bê tông tăng cao. Từ thực tế trên đòi hỏi phải thử nghiệm
phụ gia này ở dạng hoá chất công nghiệp, có giá thành rẻ. Nh vậy, mới
có thể mở ra triển vọng sử dụng phụ gia từ góc độ hiệu quả kinh tế. Xuất
phát từ các phân tích và suy luận nêu trên, nội dung nghiên cứu của luận
án đợc lựa chọn nh đã trình bày trong phần mở đầu của bản tóm tắt
này.

Chơng 2. Vật liệu v phơng pháp thí nghiệm

2.1 Vật liệu: Các vật liệu thông thờng nh xi măng Hoàng Thạch PCB 30
và Nghi Sơn PCB 40, cát, đá dăm dùng trong nghiên cứu đều đáp ứng các
tiêu chuẩn TCVN và TCXDVN hiện hành. Phụ gia siêu dẻo là loại
Sikament R4 dùng để chế tạo bê tông M50. CN là hoá chất công nghiệp,
đợc pha thành dung dịch 30% Ca(NO
2
)
2
, so sánh với phụ gia ức chế ăn
mòn thơng phẩm DCI của hãng Grace.

2.2 Phơng pháp thí nghiệm:
2.2.1 Xác định ảnh hởng của CN đến tính chất cơ lý của hỗn hợp bê tông
và bê tông
2.2.1.1 ảnh hởng của CN đến thời gian đông kết của hồ xi măng: Thí
nghiệm theo tiêu chuẩn TCVN 6017:1995 với hàm lợng CN quy đổi tơng

đơng trong bê tông M30 là 10 l, 12,5 l và 15 l/m
3
bê tông.
2.2.1.2 ảnh hởng của CN đến độ sụt của hỗn hợp bê tông: Thí nghiệm trên
bê tông M30 theo TCVN 3106:1993.

8
2.2.1.3 ảnh hởng của CN đến cờng độ nén của bê tông: Thí nghiệm theo
TCVN 3118:1993, trên bê tông M30. Xác định cờng độ nén của bê
tông tại (3, 7, 28, 90, 180, 360) ngày.
2.2.1.4 ảnh hởng của CN đến độ thấm ion Cl
-
của bê tông: Thí nghiệm
theo TCXDVN 360:2005, trên bê tông M30.
2.2.1.5 ảnh hởng của CN đến lực bám dính giữa cốt thép và bê tông:
Thí nghiệm theo TCVN 197 : 2002, trên bê tông M20 và M30, xác định
lực bám dính tại thời điểm (28, 180 và 360) ngày
2.2.1.6 Đánh giá mức độ suy giảm hàm lợng nitrít trong bê tông theo
thời gian: Thiết lập mô hình thí nghiệm phun ma gia tốc (hình 2.1), lu
lợng phun khoảng 250 l/m
2
ngày. Chế tạo mẫu bê tông M20, M30 và
M50 hình trụ kích thớc 50 mm x 100 mm có hàm lợng CN (và DCI)
12,5 l /m
3
bê tông. Sau 28 ngày, phun ma gia tốc với chu kỳ 24 giờ: phun
nớc 8h, để khô 16h. Theo tính toán, với tốc độ phun nh vậy thì 1 tháng
phun tơng đơng với tổng lợng ma tự nhiên trong 4 năm ở vùng biển
Việt Nam. Cắt mẫu thành các lát mỏng dày trung bình 12,5mm, phân tích
hàm lợng NO

2
-
trong bê tông (theo phơng pháp Photo meter Method
43) tại các thời điểm 0, 3, 6, 9, 12 tháng phun ma gia tốc.


Hình 2.1 Mô hình thí nghiệm mức độ suy giảm hàm lợng nitrít

2.2.2 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn cốt thép của CN
Trong nghiên cứu dùng phơng pháp gia tốc để đánh giá khả năng ức
chế ăn mòn cốt thép của CN, vì vậy cần thí nghiệm bằng nhiều phơng
pháp gia tốc khác nhau khi đó kết quả nghiên cứu sẽ có tính tổng hợp
hơn.
2.2.2.1 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn thép trong môi trờng nớc
chiết xi măng (NCXM): Đa trực tiếp thép vào trong dung dịch NCXM (N

9
/X = 0,6) có Cl
-
và CN. Hàm lợng ion Cl
-
lấy cố định ở 3 mức: mức thấp
1,2 kg; mức trung bình 2,4 kg và mức cao 6 kg/m
3
bê tông. Thí nghiệm
trên 3 loại NCXM: thờng, có ion Cl
-
, có CN và Cl
-
với tỷ lệ [Cl

-
] /[NO
2
-
]
dao động từ 1,6 đến 2,6 (thụ động thép trớc 1 tuần trong môi trờng
nớc chiết có CN). Đo tốc độ ăn mòn tại các thời điểm: 0, 1, 3, 6, 9, 12
tháng.
2.2.2.2 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong B T theo chu kỳ
khô - ẩm gia tốc: Mẫu BTCT hình trụ kích thớc 80mm x140mm, bê tông
M20, M30, M50, chiều dày lớp bê tông bảo vệ 35mm, hàm lợng ion Cl
-

ở 3 mức nh mục 2.2.2.1., tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] dao động từ 1,6 - 2,6. cốt
thép CT3 đờng kính 10mm, diện tích bề mặt nghiên cứu ăn mòn là 22
cm
2
và phần bề mặt còn lại của cốt thép đợc phủ kín bằng epoxy. Đa
mẫu vào chu kỳ khô ẩm: 3 ngày ngâm nớc và 4 ngày để khô tự nhiên.
Đo tốc độ ăn mòn tại các thời điểm: 0, 3, 6, 9, 12, 18, và 24 tháng.
2.2.2.3 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông theo
chu kỳ ngâm sấy gia tốc: Chế tạo các mẫu BTCT hình trụ, bê tông M20,
chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép là: 15mm, 25mm và 35mm, hàm
lợng ion Cl
-

ở 3 mức nh 2.2.2.1, cốt thép CT3 có đờng kính 10mm.
Chia 2 trờng hợp ngâm sấy (một chu kỳ 48h):
- Mẫu đối chứng và mẫu có CN hàm lợng: 12,5 l và 25 l/m
3
bê tông
(24h ngâm trong nớc muối NaCl 5% và 24h sấy ở nhiệt độ tối đa 55
0
C
2
0
C);
- Mẫu có Cl
-
và NO
2
-
đa vào từ đầu (24h ngâm trong nớc sạch và
24h sấy ở nhiệt độ tối đa 55
0
C 2
0
C);
Đo tốc độ ăn mòn tại các thời điểm: 45, 75 và 105 chu kỳ.
2.2.2.4 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông bằng
phơng pháp gia tốc bằng dòng ngoài theo tiêu chuẩn NT Build 356: Mẫu
BTCT hình trụ kích thớc 100 mm x 200 mm, chiều dày lớp bê tông bảo
vệ cốt thép là 45mm. Mác bê tông, hàm lợng ion Cl
-
, cốt thép, tỷ lệ [Cl
-

]
/[NO
2
-
] tơng tự nh mục 2.2.2.2. Ngâm mẫu trong nớc muối NaCl 5%.
Đo tốc độ ăn mòn tại các thời điểm nứt mẫu.
2.2.2.5 Đánh giá khả năng ức chế ăn mòn cốt thép tại khe nứt bê tông:
Mẫu dầm BTCT 10cm x10cm x40cm, bê tông M30, chiều dày của lớp bê

10
tông phía tạo nứt là 63mm, thép 212, một đầu của mỗi thanh thép đợc
nối 1 dây dẫn để đo điện thế ăn mòn cốt thép (hình 2.2). Chế tạo 3 loại
mẫu: mẫu đối chứng không bị gia tải (N
0
), mẫu gia tải cha gây nứt
(N
0gt
), mẫu so sánh hiệu quả ức chế có CN (N
c
) và không có CN (N
k
) tại
khe nứt với chiều rộng: 0,1mm, 0,3mm, 0,5mm, 1mm. Sau 28 ngày, mẫu
đợc đa vào môi trờng khô - ẩm: 7 ngày ngâm trong nớc muối; 7
ngày để khô ở t
0
= 20 30
0
C, W = 65-70 %. Đo điện thế ăn mòn cốt thép
và sau 24 tháng phá mẫu kiểm tra bề mặt cốt thép bằng trực quan.

Hình 2.2 Mô hình thí nghiệm khả năng ức chế ăn mòn
cốt thép tại khe nứt bê tông

2.2.2.6 Đánh giá ảnh hởng của CN đến sự thay đổi điện thế ăn mòn cốt
thép sau sửa chữa: Mẫu BTCT 10cm x10cm x40cm, thép 2 12, cốt thép
đợc tạo gỉ trớc khi đổ bê tông, một đầu đợc nối với dây dẫn để đo điện
thế, đầu còn lại đợc phủ kín bằng epoxy để ngăn ngừa ăn mòn. Chế tạo
3 loại mẫu: mẫu đối chứng M20, thép đợc tạo gỉ, liền khối và không có
Cl
-
(S
1
); mẫu M20, thép đợc tạo gỉ, liền khối và có 2,4 kg Cl
-
/m
3
bê tông
(S
2
); mẫu đợc đúc làm 2 phần: phần A (nh S
2
), phần B là bê tông M30,
M50, và M30 có CN (DCI) với hàm lợng 12,5 l và 25 l/m
3
bê tông (phần
này đợc tẩy gỉ thép trớc khi đổ). Đa mẫu vào chu kỳ khô ẩm: 3 ngày
ngâm nớc, 4 ngày để khô tự nhiên. Đo điện thế ăn mòn cốt thép và sau
24 tháng phá mẫu kiểm tra bề mặt cốt thép bằng trực quan.

Ghi chú: trong các thí nghiệm phần 2.2.2 tiến hành đo tốc độ ăn
mòn cốt thép theo ASTM G59-97 và đo điện thế ăn mòn cốt thép theo
TCXDVN 294 : 2003.


11
Chơng 3. nghiên cứu ảnh hởng của canxi nitrít đến
tính chất cơ lý của Bê tông v mức độ suy giảm
hm lợng nitrít trong bê tông theo thời gian

3.1 ảnh hởng của CN đến tính chất cơ lý của bê tông
Kết quả thí nghiệm cho thấy CN làm tăng tốc quá trình đóng rắn của
ximăng do đó làm giảm thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết. Với xi măng
PCB 30 và PCB 40 khi tăng hàm lợng CN từ 10 l đến 15 l/m
3
bê tông thì làm
giảm thời gian bắt đầu và kết thúc đông kết khoảng từ 30 -70 phút so với mẫu
đối chứng.
CN làm giảm chút ít độ sụt của hỗn hợp bê tông, khoảng 1-2cm. Điều
này có thể giải thích là do CN làm tăng tốc độ ninh kết của xi măng chính
vì vậy là giảm tính công tác của hỗn hợp bê tông.
Cờng độ nén của bê tông dùng CN cao hơn so với mẫu đối chứng và
tăng dần khi tăng hàm lợng CN, chủ yếu trong thời kỳ đầu tới 90 ngày
tuổi (cờng độ tăng < 10%). Theo lý giải của một số t liệu hiện có thì
nhiều khả năng CN đã tơng tác với C
3
A.6H
2
O tạo thành khoáng mới
C

3
A.Ca(NO
3
)
2
.10H
2
O. Khoáng này kết tinh trong các lỗ rỗng mao quản
của đá xi măng làm gia tăng cờng độ.
Độ thấm ion Cl
-
trong bê tông có CN tơng đơng nh bê tông cùng
mác không có CN, ở mức trung bình khoảng 3000culông.
Lực bám dính giữa cốt thép và bê tông có CN tăng theo thời gian và
tơng đơng với lực bám dính giữa cốt thép và BT đối chứng cùng mác.

3.2 Mức độ suy giảm hàm lợng nitrít trong bê tông theo thời gian
0
0.05
0.1
0.15
036912
Thời gian (tháng)
Hàm lợng nitrit
(%BT)
0-12,5 mm 12,5-25 mm
25-37,5 mm 37,5-50 mm

Hình 3.1 Sự chiết giảm hàm lợng nitrít theo chiều sâu
trên cùng mác bê tông, M20

12
0
0.05
0.1
0.15
036912
Thời gian (tháng)
Hàm lợng nitrit
(%BT)
C1 (M20) C2 (M30) C3 (M50)

Hình 3.2 Sự chiết giảm hàm lợng nitrít theo các mác bê tông
trên cùng chiều sâu 0 - 12,5 mm

Kết quả thí nghiệm cho thấy với các mác bê tông thí nghiệm, càng sát
mặt ngoài trực tiếp chịu tác động rửa trôi của nớc thì mức độ suy giảm hàm
lợng nhiều hơn so với các lớp sâu bên trong (hình 3.1). Hàm lợng NO
2
-
ở
chiều sâu 37,5 50 mm là quan trọng nhất vì trong thực tế đó là miền bê tông
cận cốt thép.
Cùng một chiều sâu, mác bê tông càng cao thì mức độ suy giảm hàm
lợng NO
2
-
càng chậm (hình 3.2). Bê tông M20, M30 và M50 tại miền
cận cốt thép từ 37,5 - 50 mm, sau 12 tháng thí nghiệm gia tốc theo chu kỳ

khô ẩm (tơng đơng 50 năm trong môi trờng tự nhiên), hàm lợng
NO
2
-
trong bê tông còn lại xấp xỉ 76%, 85% và 96% so với hàm lợng
ban đầu. Nghiên cứu trên chất ức chế DCI cũng thu đợc các kết quả
tơng tự nh CN, hàm lợng còn lại xấp xỉ 78%, 89% và 96% so với ban
đầu. ở đây cũng cần giải thích rõ hơn là chỉ có NO
2
-
tự do mới có thể bị
rửa trôi, còn phần NO
2
-
liên kết với đá xi măng thì không bị rửa trôi. Tuy
nhiên cũng chỉ ion NO
2
-
tự do mới có tác dụng ức chế ăn mòn cốt thép.
3.3 Kết luận chơng 3
- CN làm giảm độ sụt và thời gian đông kết của hỗn hợp bê tông, làm
tăng cờng độ nén của bê tông khoảng < 10% trong thời kỳ đầu tới tuổi 90
ngày, không ảnh hởng xấu đến lực bám dính giữa cốt thép và bê tông, không
làm tăng độ thấm ion Cl
-
của bê tông.
- Dới tác động của nớc, hàm lợng NO
2
-
trong bê tông bị chiết giảm

ở mức độ khác nhau phụ thuộc vào mác bê tông và chiều dày lớp bê tông.
Nghiên cứu bớc đầu cho thấy với bê tông mác M20, M30 và M50 khi sử
dụng cho công trình có niên hạn 50 năm cần phải tăng hàm lợng CN thêm
lần lợt là 24%, 15% và 4% hàm lợng CN so với hàm lợng tối thiểu cần
có sẽ đảm bảo hiệu quả ức chế ăn mòn cốt thép lâu dài.

13

Chơng 4. nghiên cứu hiệu quả ức chế ăn mòn
Cốt thép của canxi nitrít trong Bê tông
4.1 Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn thép trong NCXM:
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
036912
Thời gian (tháng)
Tốc độ ăn mòn (mm/năm)
H0: Nớc chiết (NC) H1: NC+1,2kg ion Clo
H8: NC+2,4kg ion Clo H15: NC+ 6,0kg ion Clo
Hình 4.1 Tốc độ ăn mòn thép trong
NCXM có ion Cl
-

Hình 4.2 Mẫu thép trong
NCXM có ion Cl
-

0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
036912
Thời gian (tháng)
Tốc độ ăn mòn (mm/năm)
H15: NC+6,0kg ion Clo
H16:NC+[Cl/NO2=2,6]
H17:NC+[Cl/NO2=2,4]
H18:NC+[Cl/NO2=2,2]
H19:NC+[Cl/NO2=2,0]
H20:NC+[Cl/NO2=1,8]
H21:NC+[Cl/NO2=1,6]
Hình 4.3 Tốc độ ăn mòn thép trong
NCXM có CN và 6,0 kg ion Cl
-

Hình 4.4 Mẫu thép trong
NCXM có CN và 6,0 kg ion Cl
-

Kết quả thí nghiệm cho thấy: Tốc độ ăn mòn thép trong môi trờng
NCXM chịu ảnh hởng của hàm lợng ion Cl
-
, tốc độ ăn mòn tăng theo thời

gian và đồng biến với sự tăng hàm lợng ion Cl
-
(hình 4.1 và 4.2).
- Với hàm lợng ion Cl
-
là 1,2kg, 2,4kg và 6,0kg, khi tăng hàm lợng
ion NO
2
-
thì tốc độ ăn mòn thép giảm đi so với mẫu đối chứng không có
NO
2
-
hay khả năng ức chế ăn mòn thép tăng lên. Hàm lợng hiệu quả của
CN để ức chế hoàn toàn ăn mòn thép là khi tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2,2 (mẫu
H
18
, H
19
, H
20
, H
21
), với các mẫu có tỷ lệ [Cl
-

] /[NO
2
-
] > 2,2 (mẫu H
16
, H
17
)

tốc độ ăn mòn giảm hơn so với mẫu đối chứng không có CN (H
15
)

nhng
không ức chế đợc hoàn toàn (hình 4.3 và 4.4).
4.2 Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông theo
chu kỳ khô - ẩm gia tốc:
H
0
H
1
H
8
H
15
H
15
H
16
H

17
H
18
H
19

H
21
H
20

14
Kết quả nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn cốt thép của CN trong mẫu
BTCT với mác M20, M30 và M50, cho nhận xét sau:
0
0.01
0.02
0.03
0.04
03691215182124
Thời gian
(tháng)
Tốc độ ăn mòn
(mm/năm)
B01:Mẫu đối chứn
g
M20
B1: 1,2kg Clo
B8: 2,4kg ion Clo
B15: 6,0kg ion Clo

Hình 4.5 Tốc độ ăn mòn cốt thép trong
BT M20 có ion Cl
-

Hình 4.6 Mẫu thép trong
BT M20 có ion Cl
-


0
0.01
0.02
0.03
0.04
0 3 6 9 1215182124
Thời gian
(tháng)
Tốc độ ăn mòn
(mm/năm)
B15: 6,0kg clo
B16: [Cl/NO2=2,6]
B17: [Cl/NO2=2,4]
B18: [Cl/NO2=2,2]
B19: [Cl/NO2=2,0]
B20: [Cl/NO2=1,8]
B21: [Cl/NO2=1,6]

Hình 4.7 Tốc độ ăn mòn CT trong
BT M20 có CN và 6,0kg ion Cl
-

Hình 4.8 Mẫu thép trong BT M20
có CN và 6,0kg ion Cl
-

- Trong thời kỳ đầu quá trình ăn mòn diễn ra khá chậm và khó xác
định. Khi tăng hàm lợng ion Cl
-
trong bê tông thì tốc độ ăn mòn tăng lên
(hình 4.5 và 4.6). Mác bê tông càng cao thì khả năng bảo vệ chống ăn
mòn càng tốt bằng chứng là tốc độ ăn mòn càng giảm.
- Với các mác bê tông nghiên cứu, nếu cố định hàm lợng ion Cl
-
, khi
tăng hàm lợng NO
2
-
thì quá trình ăn mòn cốt thép bị kìm hãm rõ rệt hơn
và tốc độ ăn mòn đợc giảm đáng kể. Nh vậy, CN có tác dụng ức chế ăn
mòn cốt thép và giảm thiểu tốc độ ăn mòn kể cả khi có ion Cl
-
trong bê
tông. Hàm lợng CN tối thiểu để kìm hãm và ngăn ngừa ăn mòn cốt thép
tơng ứng với các nồng độ ion Cl
-
khác nhau là [Cl

-
] /[NO
2
-
] 2, trong các
trờng hợp này, tốc độ ăn mòn xấp xỉ 0 mm /năm (hình 4.7 và 4.8). So với
môi trờng NCXM thì để đạt đợc hiệu quả ức chế ăn mòn cốt thép trong bê
tông cần nhiều ion NO
2
-
hơn.
B
01
24 tháng
B
1

B
8

B
15
B
15
B
16

B
17

B
18

15
4.3 Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông theo
chu kỳ ngâm sấy gia tốc :
Trờng hợp ion Cl
-
ngấm từ môi trờng vào bê tông
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 153045607590105
Chu kỳ
Tốc độ ăn mòn (mm/năm)
Ho: Mẫu đối chứng M20
Ha: 12,5lít CN/m3 BT
Hb: 25,0lít CN/m3 BT


Hình 4.9 Tốc độ ăn mòn cốt thép
trong BT
có CN và = 15mm
Hình 4.10 Mẫu cốt thép trong
BT có CN và = 15mm
- Trong phơng pháp ngâm sấy gia tốc, do tính chất khắc nghiệt của
thí nghiệm nên cốt thép bị ăn mòn nhanh hơn khi lớp bê tông bảo vệ
mỏng. Các mẫu có chiều dày lớp bảo vệ 15mm với hàm lợng CN khác

nhau đều bị gỉ khá nặng sau 45 ck (chu kỳ) và tiếp tục phát triển đến
105ck, ví dụ mẫu H
0
,

H
a
,

H
b
(hình 4.9 và 4.10). Khi tăng chiều dày bê
tông bảo vệ đến 25mm và 35mm thì tốc độ ăn mòn giảm mạnh so với
chiều dày 15mm, ví dụ mẫu H
b
có 25 l/m
3
bê tông sau 105 chu kỳ với
chiều dày 25mm và 35mm thì tốc độ ăn mòn lần lợt là 0,049 mm/năm
và 0,003 mm/năm so với tốc độ ăn mòn 0,098 mm/năm của mẫu có chiều
dày là 15mm.
Trờng hợp trộn đồng thời NO
2
-
và Cl
-
vào bê tông
- Khi trộn ion Cl
-
vào bê tông, ion này xâm nhập và phá huỷ màng

thụ động và gây ăn mòn khá nhanh sau 45ck với các chiều dày nghiên
cứu khác nhau. Cùng chiều dày bê tông bảo vệ, nếu tăng hàm lợng ion
Cl
-
dẫn đến tốc độ ăn mòn cốt thép tăng (hình 4.11 và 4.12).
- Với hàm lợng ion Cl
-
khác nhau đợc đa vào bê tông từ đầu, hàm
lợng CN tối thiểu để kìm hãm và ngăn ngừa ăn mòn cốt thép đợc xác
định là [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2, trạng thái thụ động đợc bảo toàn tới 75ck, tại
105ck ăn mòn mới chớm ở mức độ nhẹ, (ví dụ mẫu H
4
, H
5
,

H
6
). Khi [Cl
-
]
/[NO
2
-
] > 2 (ví dụ mẫu H

2
, H
3
) cốt thép đều bị ăn mòn sau 45 ck nhng tốc
độ ăn mòn giảm so với mẫu đối chứng H
1
không có CN (hình 4.13 và 4.14).
H
o
H
a
H
b
=15mm

16
- Kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu theo phơng pháp chu kỳ
khô ẩm gia tốc, tuy nhiên tốc độ ăn mòn tăng hơn đáng kể do môi trờng
ăn mòn khắc nghiệt hơn.
0
0.04
0.08
0.12
0.16
0 153045607590105
Chu kỳ
Tốc đ
ộ
ăn mòn
(

mm/năm
)
H1: 1,2kg ion Clo
H7: 2,4kg ion Clo
H13: 6,0kg ion Clo









Hình 4.11 Tốc độ ăn mòn cốt thép
trong bê tông = 15mm có ion Cl
-

Hình 4.12 Mẫu cốt thép trong
BT = 15mm có ion Cl
-

0
0.01
0.02
0.03
0.04
0 153045607590105
Chu kỳ
Tốc đ

ộ
ăn mòn
(mm/năm)
H1: 1,2kg ion clo/m3 BT
H2: [Cl/NO2=2,4]
H3: [Cl/NO2=2,2]
H4: [Cl/NO2=2,0]
H5: [Cl/NO2=1,8]
H6: [Cl/NO2=1,6]
Hình 4.13 Tốc độ ăn mòn CT trong
BT =15mm có CN và 1,2kg ionCl
-


Hình 4.14 Mẫu CT trong BT
(= 15, 25mm) có CN và 1,2 kg ionCl
-


Trong các thí nghiệm trên tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2 đúng với các hàm
lợng Cl
-
khác nhau nh: 1,2kg; 2,4kg; và 6,0kg. Nh đã biết mác bê tông và
chiều dày lớp bảo vệ có ảnh hởng rất lớn tới thời điểm và tốc độ gỉ cốt thép.
Chủ yếu vì chúng có tác dụng ngăn cản ion Cl

-
thẩm thấu vào cốt thép. Tuy
vậy một khi ion Cl
-
đã tiếp cận đợc cốt thép hoặc đa vào từ đầu ở nồng độ
cao thì lúc đó vai trò của các thông số này tới thời điểm ăn mòn cốt thép là
không lớn. Khi đó sự có mặt của NO
2
-
đóng vai trò quan trọng và tỷ lệ [Cl
-
]
/[NO
2
-
] sẽ quyết định thời điểm gỉ và tốc độ gỉ cốt thép. Điều này đã lý giải vì
sao tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] không khác biệt nhiều trong bê tông có mác khác nhau.
105 Chu kì (=15mm)
H
13
H
7
H
1
H

1
H
2
H
3
H
4

H
5
H
6
=25mm
=15mm

17
Nhận định này mở ra triển vọng ứng dụng CN để bảo vệ cốt thép
trong một số trờng hợp mà các thông số về mác bê tông và chiều dày lớp
bảo vệ không thoả mãn yêu cầu chống ăn mòn (theo TCXDVN 327:2004)
hoặc cần kéo dài hơn nữa tuổi thọ của công trình một khi ion Cl
-
đã tiếp
cận đợc cốt thép. Thậm chí cả trong trờng hợp vì lý do nào đó (vật liệu
nhiễm mặn) mà Cl
-
đợc đa vào từ đầu thì CN vẫn có khả năng ức chế
đợc ăn mòn cốt thép.
Tuy nhiên kết quả thí nghiệm gia tốc cũng cho thấy một khi giảm
cờng độ bê tông và chiều dày lớp bê tông bảo vệ cốt thép quá thấp thì
CN cũng không có khả năng ức chế đợc ăn mòn cốt thép nh với bê tông

có mác 20MPa, chiều dày bảo vệ 15mm, tác dụng ức chế của CN
không cao trong các môi trờng xâm thực khắc nghiệt.

4.4 Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn cốt thép trong bê tông theo
phơng pháp gia tốc bằng dòng điện ngoài:
Khi đồng thời đa ion Cl
-
vào trong bê tông và áp dòng điện ngoài
vào thì quá trình ăn mòn và phá huỷ mẫu diễn ra rất nhanh. Do vậy
phơng pháp này cha đánh giá đợc hiệu quả ức chế ăn mòn của CN do
kết quả không thể hiện đợc sự khác biệt giữa việc có và không sử dụng
CN. Tuy nhiên phơng pháp này đã xác định đợc tốc độ ăn mòn tại thời
điểm nứt bê tông do gỉ cốt thép , giá trị này là 0,1 mm /năm.

4.5 Kết luận chơng 4
- CN có tác dụng ức chế ăn mòn cốt thép rõ rệt. Kết luận này đợc
minh chứng trên các kết quả nghiên cứu trong môi trờng NCXM, trong
bê tông. Quy luật chung là với hàm lợng ion Cl
-
cố định, nếu tăng dần
hàm lợng CN (hay giảm tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
]) thì tốc độ ăn mòn bị giảm
đáng kể hay khả năng ức chế ăn mòn cốt thép tăng lên.
- Nghiên cứu trong môi trờng NCXM có 1,2kg, 2,4kg và 6kg ion Cl
-
, xác định đợc hàm lợng CN tối u là [Cl

-
] /[NO
2
-
] 2,2.
- Nghiên cứu trong môi trờng bê tông xác định đợc hàm lợng CN tối
u là [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2,0. Đây là cơ sở để lựa chọn lợng dùng CN phù hợp
với mức độ xâm thực Cl
-
vào bê tông.
- Kết quả nghiên cứu với phụ gia ức chế ăn mòn DCI thơng phẩm
trong môi trờng NCXM và trong bê tông M30 cho thấy hiệu quả ức chế
tơng đơng nhau với CN từ hoá chất công nghiệp.

18
Chơng 5.
nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn Cốt thép của
canxi nitrít tại khe nứt Bê tông v ảnh hởng tới
sự thay đổi điện thế Cốt thép sau sửa chữa

5.1 Nghiên cứu khả năng ức chế ăn mòn cốt thép tại khe nứt bê tông
Nghiên cứu sự thay đổi điện thế ăn mòn cốt thép
50
200
350

500
0 6 12 18 24
Thời gian (tháng)
Điện thế - E (mV)
No
Nogt
N1k
N1c
N3k
N3c
N5k
N5c
N10k
N10c

Hình 5.1 Sự thay đổi điện thế ăn mòn cốt thép taị vị trí khe nứt

Đồ thị hình 5.1 biểu thị sự thay đổi điện thế ăn mòn cốt thép của các
mẫu bê tông bị nứt, không và có CN. Kết quả cho thấy với cùng chiều
rộng khe nứt mẫu không có CN (N
1k
, N
3k
) điện thế âm hơn mẫu có CN
(N
1c
, N
3c
) qua đó phản ánh hiệu quả ức chế của CN.

Kiểm tra hiện trạng cốt thép sau khi phá mẫu (sau 24 tháng)
Mẫu cha nứt: Đối với mẫu đối chứng (N
0
) và mẫu gia tải cha nứt
(N
0gt
), cha có dấu hiệu gỉ cốt thép.
Mẫu có chiều rộng khe nứt 0,1mm: Mẫu không (N
1k
) và có CN
(N
1c
) sau thời gian thí nghiệm cha thấy dấu hiệu gỉ cốt thép.
Mẫu có chiều rộng khe nứt 0,3mm: (N
3k
) không có CN có dấu hiệu
ăn mòn cốt thép rõ rệt phía mặt dới thanh thép, nơi trực tiếp tiếp xúc với
nớc muối ngấm từ ngoài vào (bị gỉ vàng, hơi sùi bề mặt dài khoảng 3cm).
Trong khi đó bề mặt cốt thép của mẫu có CN (N
3c
) thép hầu nh vẫn giữ
nguyên trạng thái ban đầu khi đổ bê tông (hình 5.2).

19

a. Mẫu N
3k
b. Mẫu N
3c
Hình 5.2 Hiện trạng cốt thép trong mẫu bê tông bị nứt

Mẫu có chiều rộng khe nứt 0,5mm: (N
5k
) không có CN có dấu hiệu
ăn mòn cốt thép rõ rệt tại vị trí vết nứt phía mặt dới thanh thép nơi trực
tiếp tiếp xúc với nớc muối ngấm từ ngoài vào (gỉ, sùi bề mặt dài khoảng
3cm). Trong khi đó bề mặt cốt thép của mẫu có CN (N
5c
) hầu nh vẫn
giữ nguyên trạng thái ban đầu khi đổ bê tông, không có bất kỳ dấu hiệu
ăn mòn nào. Nh vậy đối với các loại mẫu có chiều rộng 0,5mm hiệu
quả ức chế của CN tại khe nứt bê tông là rất rõ rệt.
Mẫu có chiều rộng khe nứt 1,0 mm: mẫu (N
10k
) không có CN có gỉ
vảy dài 5cm, mẫu (N
10c
) có CN có gỉ vàng dài 1cm. Tại chiều rộng khe
nứt này CN không ức chế đợc quá trình ăn mòn.
Có thể giải thích là trong mô hình thí nghiệm của luận án thì tại vị
trí khe nứt (nứt nhỏ) có thể vẫn tồn tại một môi trờng ẩm ớt mà ở đó
NO
2
-
vẫn tồn tại, bảo vệ cốt thép. Tuy nhiên đây cũng chỉ là giả thiết và là
nhận định ban đầu, cần đợc kiểm chứng thêm.

5.2 Nghiên cứu ảnh hởng của CN đến sự thay đổi điện thế ăn mòn
cốt thép sau sửa chữa
Kết quả kiểm tra điện thế ăn mòn cốt thép trong bê tông

So với mẫu đối chứng bị gỉ trớc, đổ liền khối thì mẫu sửa chữa có điện
thế dơng hơn tại vùng bê tông mới. Tuy nhiên, so sánh phần bê tông mới
không và có CN thì thấy có sự khác biệt không đáng kể về điện thế ăn mòn.

N
3C-4
N
3C-1

20

50
200
350
500
02040
Chiều dài mẫu
(cm)
Điện thế - E
(mV)
1 tháng 3 tháng 6 tháng
12 tháng 24 tháng 18 tháng
50
200
350
500
02040
Phần A

Mối nối

Phần B
Chiều dài mẫu
(cm)
Đi
ệ
n thế - E
(mV)
1 tháng 3 tháng
6 tháng 12 tháng
24 tháng 18 tháng
Mẫu liền khối S
1
Mẫu sửa chữa S
2
/ S
3

Hình 5.3 Sự thay đổi điện thế ăn mòn cốt thép trong mẫu bê tông

Kiểm tra hiện trạng cốt thép sau khi phá mẫu (sau 24 tháng)






a. Mẫu liền khối S
1

b. Mẫu sửa chữa S
2
/ S
5

Hình 5.4 Hiện trạng cốt thép trong mẫu bê tông

Mẫu đối chứng S
1
(không có Cl
-
): Sau khi phá mẫu, cốt thép vẫn bị gỉ.
Mẫu S
2
(có 2,4kg Cl
-
): Sau khi phá mẫu, cốt thép vẫn bị gỉ, nặng hơn
S
1
.
Mẫu sửa chữa S
2
/S
3

và S
2
/S
4
: Tại phần B sau khi cốt thép đợc làm sạch,
bê tông mới M30 (S
3
) và M50 (S
4
) không có CN, không thấy có dấu hiệu ăn
mòn.
Mẫu sửa chữa S
2
/S
5

và sửa chữa S
2
/S
6
: Tại phần B sau khi cốt thép
đợc làm sạch, bê tông mới M30 có CN với hàm lợng:12,5l /m
3
BT (S
5
)
và 25l /m
3
BT (S
6

), cốt thép vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu (hình 5.4).
Các kết quả tơng tự thu đợc khi nghiên cứu với chất ức chế DCI (mẫu
S
2
/ S
7

và S
2
/ S
8
).


21
5.3 Kết luận chơng 5
- Trong điều kiện thí nghiệm cụ thể, không có CN, với chiều dày lớp bê
tông bảo vệ CT là 63mm, sau thời gian thí nghiệm trên 24 tháng, cốt thép bị
gỉ tại khe nứt có chiều rộng 0,3mm, tơng ứng với tỷ số a
n
/
BV
~ 0,005.
- Trong khi đó, CN có khả năng ức chế ăn mòn cốt thép rõ rệt tại khe nứt
bê tông có chiều rộng 0,5mm tơng ứng với tỷ số a
n
/
BV
~ 0,008, giảm thiểu
mức độ ăn mòn cốt thép tại khe nứt có chiều rộng lớn hơn tới 1mm so với

trờng hợp bê tông không có CN (a
n
: là chiều rộng khe nứt,
BV
: chiều dày lớp
bê tông bảo vệ cốt thép).
- Đối với trờng hợp sửa chữa kết cấu, có sự chênh lệch điện thế cốt
thép giữa hai phần bê tông mới và cũ. Phần bê tông mới có điện thế
dơng hơn. Có sự khác biệt không đáng kể khi không và có CN trong
trờng hợp này. Nh vậy loại trừ sự nghi ngờ về việc CN có thể làm tăng
mức độ gỉ cốt thép tại vùng tiếp giáp giữa bê tông mới và cũ.


Chơng 6. ứng dụng v phân tích hiệu quả kinh tế
kỹ thuật của giải pháp ức chế ăn mòn Cốt thép
bằng canxi nitrít
6.1 ứng dụng canxi nitrít làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép:
Tác giả đã ứng dụng CN làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho
trên 2000m
3
bê tông, cụ thể là:
- ứng dụng CN làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho 800m
3
bê
tông tại công trình cải tạo nâng cấp cảng Nha Trang - Khánh Hoà
- ứng dụng CN làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho 845m
3
bê
tông tại công trình cải tạo nâng cấp cảng Cửa Cấm - Hải Phòng.
Tại 2 công trình này đã lắp đặt đầu đo theo dõi tình trạng ăn mòn cốt

thép lâu dài. Kết quả kiểm tra bớc đầu sau chu kỳ 2 năm cho thấy cốt thép
vẫn đang đợc bảo vệ tốt.
- Tác giả cũng đã ứng dụng CN làm phụ gia chống ăn mòn cho vữa
tự chảy có tính năng chống ăn mòn clorua cao để sửa chữa dầm conson
đỡ cầu trục 10T tại Công ty nhiệt điện Uông Bí Quảng Ninh và cho BT
phun khô sửa chữa kết cấu BTCT nhà nghỉ Lê Lợi Sầm Sơn Thanh
Hoá.

22
6.2 Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật
Phân tích về hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cho thấy hiệu quả rõ rệt của
việc ứng dụng CN làm phụ gia ức chế ăn mòn cốt thép cho BTCT. Mặc
dù phải thêm một khoản kinh phí cho CN ngay từ đầu khi chế tạo bê tông
(khoảng trên 140.000 đ/m
3
bê tông) nhng với việc ứng dụng giải pháp
này cốt thép đợc bảo vệ lâu dài kể cả khi mác bê tông và chiều dày lớp
bê tông bảo vệ cha hoàn toàn đáp ứng đợc tiêu chuẩn TCXDVN 327 :
2004. Trên cơ sở bài toán giả định so sánh giữa việc dùng CN từ đầu ngay
khi đổ bê tông so với việc đổ bê tông thờng phải sửa chữa sau khoảng 20
năm nh vẫn đang làm hiện nay thì tiết kiệm đợc khoảng 4,7 lần. Mặt
khác nếu so sánh về giá thành với 1 lít sản phẩm tơng đơng DCI là
48.000 đ (3USD)/ 12.000đ (CN) thì giảm đợc 4 lần.

Kết luận
Từ các kết quả nghiên cứu, đối chiếu với mục tiêu và nhiệm vụ
nghiên cứu đã đề ra, tác giả có thể đúc rút các kết luận sau đây:
1. CN về cơ bản không có ảnh hởng xấu tới tính chất cơ lý của hỗn
hợp bê tông và bê tông.
2. Xác định đợc CN có tác dụng ức chế hoàn toàn quá trình gỉ cốt

thép hoặc lùi thời điểm gỉ so với trờng hợp không có nó và hàm lợng
hiệu quả của CN áp dụng trong bê tông đáp ứng tỷ lệ [Cl
-
] /[NO
2
-
] 2,0.
Kết quả này cho phép tính toán đợc hàm lợng CN cần thiết phải đa
vào từ đầu là bao nhiêu phù hợp với tính chất xâm thực của ion Cl
-
, tuổi
thọ thiết kế và lợng NO
2
-
có thể bị suy giảm trong quá trình sử dụng.
3. Dới tác động rửa trôi của nớc, hàm lợng NO
2
-
trong bê tông bị
suy giảm. Mức suy giảm này tỷ lệ nghịch với mác bê tông (độ đặc chắc)
và chiều dày lớp bảo vệ. Sau 12 tháng rửa trôi liên tục (đợc dự tính
tơng đơng 50 năm), hàm lợng NO
2
-
tại vị trí 40-50mm giảm 24%,
15% và 4% tơng ứng với bê tông M20, M30 và M50. Hàm lợng NO
2
-

tối thiểu để ức chế ăn mòn, cần tăng thêm một lợng để bù vào lợng

NO
2
-
sẽ bị rửa trôi theo thời gian.
4. Xác định CN có thể ức chế ăn mòn cốt thép ngay tại khe nứt bê
tông và với các chiều rộng khe nứt cụ thể trong nghiên cứu này xác định
đợc tỷ số chiều rộng khe nứt/ chiều dày lớp bảo vệ có CN để cốt thép
không bị gỉ lớn gấp 1,6 lần tỷ số này trong bê tông không có canxi nitrít.