0846 nghiên cứu phục hồi kết cấu bê tông cốt thép nhiễm clorua bằng phương pháp ece và eici luận văn tốt nghiệp

1
MỞ ĐẦU
1. Tínhcấpthiếtcủa luậnán
Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu ăn mịn và bảo vệ cơng trình bê tơng
cốtthép (BTCT) đã được tiến hành từ năm 1970. Song rất tiếc cho tới nay,
cáckếtquảnghiêncứuđượcứngdụngvàothựctếxâydựngcịnhạnchế.Tấtc
ảcáccơngtrìnhvenbiểnđượcxâydựngtừnhữngnăm1960đếnnayđềp dụng theo quy phạm xây
dựng thơng thường, ít chú ý đến vấn đề chốngăn mòn nhằm đảm bảo độ
bền vững cho cơng trình, dẫn đến kết quả là tuổithọ của nhiều cơng trình
trong mơi trường biển cịn rất thấp. Hiện nay, bêncạch các cơng trình bền
vững sau 40-50 năm nhiều cơng trình bê tơng cốtthép có niên hạn sử dụng
10- 15 năm đã sớm bị ăn mòn và phá hủy trầmtrọng, địi hỏi phải chi phí
khoảng 40-70% giá thành xây mới cho việc sửachữabảo vệ chúng.
Đề tài“Nghiên cứu phục hồi kết cấu bê tông cốt thép nhiễm
cloruabằngphương pháp ECE và EICI” đặt mục tiêu là nghiên cứu áp
dụng cáckỹthuậtđiệnhốmớitrênthếgiớiđểbảovệvàphụchồibêtơngcốtthéplàm việc trong điều
kiện khí hậu Việt Nam. Góp phần kiểm sốt, phục hồivàhạn chế các hư
hỏnggây bởihiệntượngăn mịn cốtthéptrongbê tông.
2. Nội dungnghiêncứu
 Nghiên cứu và xác định các thông số phù hợp trong phương
phápECE để khử cloruacho cáckếtcấubêtôngbịnhiễmclorua.
 Nghiên cứu tác động của phương pháp xử lý ECE tới phân bố
củaclorua và các nguyên tố khác trong mẫu nghiên cứu; cũng như tới tốc
độ ănmòncủa cốtthép và cơ tínhcủa mẫu vữa ximăng.
 Nghiên cứu và xác định các thơng số phù hợp trong phương
phápEICIđể phun chấtứcchế ăn mịn vàokếtcấubêtôngcốtthép.
 Nghiên cứu ảnh hưởng của phương pháp xử lý EICI tới hiệu quả
ứcchếcho cốtthép và cơtínhcủa mẫu vữa xi măng.
 Trên cơ sở các kết quả thu được trong phịng thí nghiệm, nghiên
cứthửnghiệmđể phục hồimộtphần kếtcấuBTCT ởvùngven biển

3. Ý nghĩakhoahọcvànhững đónggópmới củaluận án
* Ýnghĩa khoa học
- Luận án đã chỉ ra được ảnh hưởng của các thông số xử lý (như
dungdịch, mật độ dòng điện, thời gian xử lý) tới hiệu quả của phương pháp
ECEvà EICI.
- Quá trình xử lý ECE đạt hiệu quả trong việc loại bỏ ion clorua. Sau
4tuần xử lý, tỷ lệ loại bỏ clorua đạt trên 70% so với hàm lượng clorua
banđầu. Các kết quả thu được chỉ ra rằng xử lý ECE đã làm ngưng q
trình
ănmịnlõithépgâybởiioncloruanhờsựthụđộnghóacốtthép.Sau4tuầnx
ửlýECE,mậtđộdịngănmịnđãgiảmxuốngtrên30%,điệntrởsuấtcủavữa xi măng tăng lên và vi
cấu trúc của vữa xi măng trở nên chặt xít và ít bịthấmnướchơn.QuátrìnhxửlýECEcải
thiệnđángkểcườngđộchịunéncủavữa ximăng(tớihơn 70% độtăngvề cườngđộ).
- Đã nghiên cứu phương pháp EICI để phun chất ức chế TBAB
vàotrong kết cấu bê tông cốt thép. Sau 4 tuần xử lý, lượng [TBA +] xung
quanhcốt thép (bán kính 1 cm) đạt giá trị 2%-2,5% khối lượng toàn bộ
vữa. Kỹthuật xử lý EICI là có hiệu quả hơn khi áp dụng cho mẫu xi măng
cốt thépbịn h i ễ m c l o r u a . Q u á t r ì n h x ử l ý E I C I đ ã
l à m t ă n g m ạ n h R p , g i ả m m ạ n h icorrvà tăng cơ tính của vữa
xi măng. Sau 2 tuần xử lý, hiệu quả ức chế ănmòn cho cốt thép đều đạt trên
50%. Sự có mặt của ion [TBA +] khơng chỉlàm chặt xít thêm vữa xi măng
mà cịn làm thay đổi hình thái học của cácsản phẩm thủy hóa xi măng, dẫn
đến làm giảm hệ số khuếch tán của ioncloruatrongvữa ximăngxuống38%.
- Đã xây dựng được hệ thống vật liệu xốp lưu trữ dung dịch cho việc
ápdụng xử lý ECE ngoài thực địa. Đã áp dụng hai phương pháp ECE và
EICIđể khơi phục một phần cơng trình BTCT nhiễm clorua tại Cống Lân
1. Saukhi xử lý ECE trong 2 tuần đã loại bỏ 81,2% lượng clorua ra khỏi
cột
thủytrí.Saukhixửlý4tuần,lượng[TBA+]xungquanhcốtthépđạtgiátrị2,2%sovớikh

ốilượngtồnbộvữa.KếtquảđánhgiáhiệuquảcủaqtrìnhxửlýECE/
EICIsau1nămkểtừlúckếtthúcxửlýchothấycốtthépvẫnđượcduytrìbảovệtốtchốnglạiq
trìnhănmịnmịntrongmơitrườngvenbiển.


* Nhữngđónggópmới
 Đã tiến hành nghiên cứu và ứng dụng phương pháp EICI để
phunchất ức chế ăn mòn vào bên trong kết BTCT tại Việt Nam. Phương
phápEICI cần được tiến hành ngay sau khi xử lý ECE để tăng hiệu quả bảo
vệchocốtthéptrongBTCT nhiễmclorua.
 Đã áp dụng hai phương pháp ECE và EICI để khơi phục một
phầncơngtrình bêtơngcốtthépnhiễmcloruatạiCốngLân 1.
4. Cấu trúccủaluận án
Luận án bao gồm 112 trang. Phần mở đầu: 3 trang; Chương I:
Tổngquan tài liệu: 28 trang; Chương II: Thực nghiệm và phương pháp
nghiêncứu: 18 trang; Chương III: Kết quả và thảo luận: 50 trang; Phần kết
luận: 2trang;Tàiliệu thamkhảo:9 trang.






CHƢƠNGI:TỔNGQUANTÀILIỆU
Chương1 trìnhbàytổngquan về nhữngvấn đề sau:
Giớithiệuvềbêtơngcốtthép
Tổngquanvềănmịncốtthéptrongbêtơng
Tổngquanvềcácchấtứcchếănmịnsửdụngtrongbêtơngcốtthép
Cácphươngphápđiệnhóađểbảovệvàphụchồichobêtơngcốtthépbịnh
iễmclorua

CHƢƠNGII:THỰCNGHIỆMVÀCÁCPHƢƠNGPHÁPNGHIÊNCỨU
2.1. Chế tạo cácmẫuvữaximăng cốt thép và bêtông cốtthép
Mẫu xi măng cốt thép và bê tông cốt thép được chế tạo như hình
2.1.Đơn chế tạo, mỗi mẫu vữa xi măng nghiên cứu chế tạo có tỷ lệ (theo
khốilượng)n h ư s a u : X i m ă n g : c á t : n ư ớ c : c l o r u a = 1 : 1 , 7 5 : 0 , 4 5 :
0 , 0 0 5 . X i măngđượcsửdụnglàximăngHồngThạchPC30,cátvàng(rây<2m)vàthép HP (đường
kính 6mm). Mỗi mẫu bê tơng cốt thép được chế tạo theođơnchế tạocótỷ
lệ(theokhốilượng)nhưximăng :cát:đá :nước:clorua
= 1 : 1,75 : 2,75: 0,45 : 0,005. Đá (Dmax = 20mm) và thép gai Việt
Úc,đườngkính 10 mm.


a)

b)
Hình2.1:Mẫuximănglõithép(a)vàbêtơngcốtthép(b)
2.3. PhƣơngphápxửlýECE
Hình2.2alàsơđồ thiết kếECE.Cácthơngsốthí nghiệmbaogồm:
- Mậtđộdịngđiện1A/m2và5A/m2
- Thờigian xử lýtừ1 tuầnđến 4 tuần
- Dungdịchxử lýNaOH0,1M(hoặc Na3BO30,1M)
- Catot:cốt thép,Anot: Lướiinox
2.4. PhƣơngphápxửlýEICI
Hình2.2b là sơ đồ thiết kế EICI. Ở đây chất ức chế 25 mM TBAB
đượcđưa trực tiếp vào dung dịch điện ly (NaOH 0,1Mh o ặ c N a 3BO30,1 M) ởbên ngồi
mẫu vữa xi măng cốt thép. Các thơng số thí nghiệm bao gồm: -Mật độ
dòngđiện 5A/m2
-Thời gianxửlýtừ1tuầnvà4tuần
- Dung dịch xử lý NaOH 0,1M(hoặc Na3BO3)+

25mMTBAB,Catot:cựccốtthép,Anot:Lưới Inox


a)

b)

Hình2.2: Sơđồphương pháp xửlý ECE(a)và EICI(b)
2.5. Phƣơng pháp phân tích hàm lƣợng clorua tự do trong các
mẫuvữa bằng cảm biến cloruatựchếtạo
Quy trình chế tạo cảm biến clorua như sau: Đặt 2 dây bạc sạch vào
dungdịch KCl 0,1Mvà cho dòng điện 1 chiều khơng đổi chạy qua với mật
độdịng 1 A/m2trong thời gian 30 phút [40]. Sau khi được chế tạo các
cảmbiến clorua được chuẩn bằng NaCl chứa các dung dịch chuẩn (từ 1mM
đến500mM). Để sử dụng các cảm biến này xác định hàm lượng clorua tự
dotrong các mẫu vữa xim ă n g c ố t t h é p t h ì q u y t r ì n h t i ế n
h à n h b ằ n g c á c h nghiền mẫu vữa thành bột vàrây trong sàng kích
thước < 0,35 mm, để thuđược bột vữa xi măng mịn. Sau đó tiến hành sấy ở
80oC ở lò trong 24 giờ(để loại bỏ nước tự do). Dùng sóng siêu âm để hịa
tan
bột
xi
măng
trongnướcvàxácđịnhhàmlượngcloruanhờphươngtrìnhđườngc h u ẩ n . Phươ
ng pháp chuẩn độ điện thế này cũng đã được các tác giả khác áp dụngđể
xác định ion clorua tự do trong vữa xi măng trước và sau khi xử lý
ECE[31, 51,52].
2.6. Xác định hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa xi
măngtrƣớcvàsau khi xử lýEICI
Hình 2.3 mơ tả thínghiệm xác định hệs ố k h u ế c h t á n c ủ a i o n

c l o r u a trong vữa xi măngTrong mỗi ngăn có 1 điện cực bằng platin
dùng
để
đặtđiệnthếmộtchiềuđiquađĩavữa,điệnthếápđặtgiữa2điệncựclà20V.H
ệsốkhuếch tánDđượctínhtốnchoioncloruatheo công thứcsau, trong


đó: d= chiều dày đĩa vữa; t0= thời gian cần thiết để ion clorua đi qua
chiềudài d; E= Cường độ điện trường (V/m),R= Hằng số khí lý trưởng, T =
Nhiệtđộtuyệtđối, z= Số điệntích và F = Hằngsố Faraday[19,40,73]:

D  d. RT
t0EzF

Hình2.4:Thí nghiệmđohệsố khuếchtáncủaclorua
2.7. Phân tích hình thái học và hàm lƣợng các nguyên tố trong
vữaxi măngbằngphƣơng phápSEM/EDX
Hàm lượng các nguyên tố (như Na, Ca, Si, O, Cl..) và phân bố
củachúng theo khoảng cách (10 mm) từ cốtthép ra ngoàil ớ p v ữ a x i
m ă n g củacácmẫuvữaximăngcốt thép trướcvàsau khix ử l ý E C E
đ ư ợ c nghiêncứutrênthiết bị kính hiểnvi điệntửqt (S4800, Hitachi).
2.8. PhântíchhàmlƣợngchấtứcchếănmịnTBABtrongvữaximăngbằngph
ổhấpthụUV-Vis
Trướckhitiếnhànhphântíchcácmẫuvữaximăngthìcầnthiếtphảixâydựngđườn
gchuẩnmậtđộquangtheonồngđộứcchếđãbiết.CácmẫuTBABchuẩnvớicácnồngđộl
à1,5,10,15và20mM,trongnướccấtởgiátrịpH=7và pH=11. Các bước tiến hành lấy mẫu từ vữa xi
măng:
nghiền
mẫu
vữa

ximăngởkhoảngcách1cmxungquanhcốtthép.Tiếnhànhrâytrongsàng(kíchthước
<0,35mm).Thuđượcbộtvữaximăngmịn,sauđósấyở800Ctrongthời


gian24hđểloạibỏnước.Cuốicùngphântántrongnướcbằngsóngsiêmvàđi phân tích
phổ UV- VIS. Từ kết quả phân tích, so sánh với đường chuẩnnồng độ, sẽ xác định được hàm
lượng TBAB có mặt trong vữa xi măng cốtthép[62].
2.9. Đođặctrƣngđiệnhóacủalõithéptrongvữaximăng
Phươngpháptổngtrởđiệnhóađượcsửdụngđểxácđịnhđiệntrởcủavữaximăngtrước
vàsaukhixửlýECEhayEICI.Điệntrởsuấtcủavữaximăngđượcxácđịnhbởiphépchia
giátrịmoduntổngtrở|Z|(tạitầnsố1,7KHz)[56]chochiềudầylớpvữa.Đểtránhhiệntượnglưutích
điện
sau
khi
xử
lý
ECEhayEICI,cácmẫuvữaximăngcốtthépcầnthờigiankhoảng1thángđểđạtgiátrịcâ
nbằngvàcóthểtiếnhànhđocácđặctrưngđiệnhóacủalõithép.Vớicácmẫuvữaximăngcố
tthépchưa(trước)xửlýECEhayEICIthìcóthểtiếnhànhđongaytrongcácdungdịchxửlýtươ
ngứng.
2.10. Đo độ bền chịu nén của mẫu vữa xi măng trƣớc và sau khi
xửlý ECEhayEICI
Cường độ nén mẫu bê tông được đo với thiết bị WE-1000B
(JinhuaJinshi,TrungQuốc),theoTCVN3105:1993 vàTCVN3118:1993.
CHƢƠNG3:KẾTQUẢVÀBÀNLUẬN
3.1. Nghiêncứuảnhhƣởngcủacácđiềukiệnxửlýtớihiệuquảcủaphƣơngp
háp ECE
3.1.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và dung dịch xử lý tới tỷ
lệloạibỏ clorua
Hình 3.2 là đường chuẩn của các cảm biến này trong dung dịch

pH=11.Có thể nhận thấy mối quan hệ tuyến tính giữa Ln của hàm lượng
clorua vàđiện thế cảm biến. Các giá trị lớn của R 2và tính lập lại của các
cảm biếnchứng tỏ chất lượng đáng tin cậy của các cảm biến chế tạo được.
Với cácmẫu sau xử lý ECE, hình 3.3 biểu diễn % loại bỏ ion clorua theo
thời gianxử lý, và mật độ dòng điện khác nhau trong dung dịch xử lý là
NaOH vàNa3BO3. Xét về tỷ lệ loại bỏ clorua với cả hai loại dung dịch xử lý
thì kếtquảthuđượcsau4tuầnxửlýđều>70%,giátrịnàyphùhợpvàcóphần


caohơnsovới s ố liệucông bốk h á c : như t ừ 4 0 % 6 0 % [ 5 0 ] ha y ~40%[45]và ~50%[29] hoặc 21%-78% [75].
ECl-,mV(vs.Hg/HgSO4)

0
-50

Sensor 1
Sensor 2
Linear (Sensor 1)
Linear (Sensor 2)

-100
-150
-200

y (1) = -27.215x - 384.78
R2 = 0.9821

-250
-300 y (2) = -27.393x - 385.7
R2 = 0.9825

-350
-8-7-6

-5-4
Ln [Cl-], M

-3-2-10

DD NaOH

TØlƯ lo¹ibáClorua (%)

TØlƯ lo¹ibáClorua (%)

Hình3.2:Đườngchuẩncáccảm biếncloruatrongdungdịchNaCl
100
1 A/m2
5 A/m2

80

60

100
DD Na3BO3

60

40

40

20

20

0
2

4
ThêigianxưlýECE(tn)

1 A/m2
5 A/m2

80

0
2

4
ThêigianxưlýECE(tn)

Hình 3.3: Tỷ lệ % loại bỏ ion clorua theo thời gian xử lý và mật độ
dòngđiệnkhácnhautrongdung dịchxửlý là NaOH(trái) vàNa3BO3(phải)
Khi so sánh tỷ lệ loại bỏ clorua ở 2 loại dung dịch thì Na 3BO3có hiệuquả
loại bỏ là thấp hơn so với dung dịch NaOH với cùng một khoảng thờigian
và mật độ dòng điện xử lý.So sánh tỷ lệ loại bỏ clorua theo thời
gianxửlýbằng2loạidungdịch,cóthểnhậnthấylàkhităngthờigianxửlýtừ2tuần
lên 4 tuần thì mức độ tăng lên của tỷ lệ này là thấp hơn so với 2

tuầnđầut i ê n k h i x ử l ý . Đ i ề u n à y c ó t h ể g i ả i t h í c h b ở i g i ả t h i ế t l à
s a u m ộ t khoảng thời gian, các ion âm khác tạo thêm dòng điện từ catot về anot, làmchoion clorua
bịgiữlạibên trongma trậnvữa ximăng[25].


3.1.3. Ảnhhư ởn gc ủa mật đ ộ d ò n g đi ệ nv à dung dị c h x ử l ý tớiđ ộ
bềnchịunén củavữa ximăng
Các giá trị cường độ chịu nén của vữa xi măng trước và sau khi xử
lýECEtrong2dungdịchNaOHvàNa3BO3,đượcmơtả trongcáchình3.5và
3.6 tương ứng. Kết quả chỉ ra rằng quá trình xử lý ECE làm tăng đáng
kểcường độ chịu nén của tất cả các mẫuvữa ximăng.S o s á n h g i ữ a 2
l o ạ i dung dịch xử lý, cường độ chịu nén của vữa xi măng xử lý trong
dung dịchNa3BO3có giá trị lớn hơn (tới hơn 70% độ tăng về cường độ). Giá
trị thấphơn thu được trong dung dịch NaOH có thể gây bởi q trình axit
hóa bềmặt lớp vữa, diễn ra tại anot bên ngồi, gần với mẫu, trong q trình
xử
lýECE.TínhaxitnàycóthểgâytiếtCa(OH) 2rakhỏicấutrúclỗxốpcủahồxi
măng,tạonêncấutrúcmởvà xốp hơn.

Hình 3.5: Cường độ chịu nén của vữa xi măng sau khi xử lý ECE
trongdungdịch NaOH(trái) vàNa3BO3(phải)
Ihekwaba và cộng sự [45], chỉ ra rằng cường độ chịu nén của bê
tơnggiảm nhẹ khi sử dụng mật độ dịng điện lớn hơn.Các tác giả lý giải là
khi sửdụngmậtđộdịngđiệnthấphơn(1 A/m2) thì nó ít gây ảnh hưởng tới cấutrúcvĩmô
của hồ ximănghơn.
3.1.4. Ảnh hưởng của mật độ dòng điện và dung dịch xử lý tới
điệntrởcủavữa ximăng
Các hình 3.9 và 3.10 mơ tả điện trở suất của các mẫu vữa xi măng
cốtthép, có hay khơng xử lý ECE, với thời gian xử lý và mật độ dòng điện
xửlý khác nhau, trongdung dịch NaOH và Na 3BO3, tương ứng. Có thể

nhậnthấytrongcảhaihình nàylàqtrìnhxử lýECEđềulàmtăngđiệntrởsuất


của vữa xi măng. Điện trở suất của vữa xi măng xử lý ECE trong dung
dịchNa3BO3là lớn hơn so với điện trở suất của vữa xi măng xử lý trong
dungdịchN a O H . N h ư v ậ y , x ử l ý E C E c ó t h ể l à m c h o v i c ấ u t r ú c c ủ a v
ữ a x i măngtrởnên chặtxítvàítbịthấmnước hơn.

Hình 3.9: Điện trở suất của các mẫu vữa xi măng cốt thép, có hay
khơngxửlýECE, trongdungdịch NaOH (trái)vàNa3BO3(phải).
3.1.5. Ảnh hưởng của mật độ dịng điện và dung dịch xử lý đến
đặctrưngđiện hóa củacốt thép trongvữaximăng
Các bảng 3.2 và 3.3m ô t ả c á c g i á t r ị c ủ a t h ế ă n m ò n
( E corr), điện trởphân cực (Rp) và dòng ăn mòn (icorr) rút ra được từ các số
liệu đo đườngcong phântuyến tínhcủa các mẫu có hay khơng cóx ử l ý
E C E , t r o n g 2 dung dịch NaOH và Na3BO3,tương ứng. Như quan sát
thấy
trong
hình
3.11,khisửdụngdungdịchNaOH,giátrịRptănglênchỉkhixửlýởdịngđiện1 A/
m2. Với mật độ dịng điện cao hơn, thì nhận được giá trị thấp hơn
củaRp.Mộtngunnhâncóthểdoitácđộngmạnhtớicấutrúcvĩmơcủavữaxi
măngkhiápđặtdịngđiệnlớn.Tạimậtđộdịngđiệnlớn,c ó t h ể g â y r a sự nghèo oxy cục
bộ và sự kết tập cục bộ các ion OH -[46], dẫn tới chúngtấn công bề mặt lõi
thép. Khi xử lý trong Na 3BO3, Rp tăng lên sau khi xử lýECEởmậtđộ5A/m2. Khi
áp dòng thấp hơn ở 1A/m 2, giá trị Rp chỉ tăng52% sau 4 tuần xử lý.
Andrade và cộng sự [13] cho rằng khi i corr< giá trị0,1–0,2 µA/cm2, thì thép
giống như bị thụ động hóa. Trong luận án này, i corrtrướckhixửlýECElàkhácao,khoảng
0,21
µA/cm2,

do
nhiễm
chủ
2
độngcloruaởmứcđộ0,5%sovớikhốilượngximăng.Khiápdịngđiện1A/m


trongxửlýECEvớiNaOHhayNa 3BO3,thìgiátrịi corrđođượcsau4tuầnxửlýđã
giảmxuống36% và 34 %, tươngứng.
Bảng 3.2: Các giátrị Ecorr, Rpvà icorrcủa các mẫu có hay khơng có
xửlýECEtrongdung dịch NaOH
Ecorr(
icorr(m
Mẫu (tuần,
Rp(Ω
V/SCE)
A/cm2)
mậtđộdịngđiệ
.cm2)
n)
2tuần,0A/m2
-0,278
1,23E+05
2,11E-04
2
2tuần,1A/m
-0,102
1,34E+05
1,94E-04
2

4tuần,1A/m
-0,175
1,92E+05
1,36E-04
2
2tuần,5A/m
-0,115
1,23E+05
2,11E-04
2
Bảng 4tuần,5A/m
3.3: Các giá trị Ecorr,-0,052
Rpvà icorrcủa các7,47E+04
mẫu có hay khơng3,48E-04
có
xửlýECEtrongdung dịch Na3BO3
Ecorr(
Rp(Ω

Mẫu (tuần,
mậtđộdịngđiệ
n)
2tuần,0A/m2
2tuần,1A/m2
4tuần,1A/m2
2tuần,5A/m2
2.5e+5
4tuần,5A/m2

DD NaOH

icorr(m
A/cm2)

V/SCE)

.cm )

-0,278
-0,248
-0,134
-0,079
-0,08

1,23E+05
3,88E+04
1,87E+05
1,54E+05
2e+51,39E+05

2

2,11E-04
6,70E-04
1,39E-04
1,69E-04
1,87E-04
DD Na BO
3

3

1 A/m2
1 A/m2
5 A/m2

Điệntrởphâncực(cm2)

Điệntrởphâncực(cm2)

2.0e+5
1.5e+5

1.0e+5

5.0e+4

0.0

2e+5

5 A/m2

1e+5

5e+4

0
0

2
ThờigianxửlýECE(tuần)

4

0

2
Thời gianxửlýECE(tuần)

4

Hỡnh 3.11: Rpca lừi thộp bờn trong vữa xi măng nhiễm clorua của
cácmẫucóhay khơng có xửlýECEtrong NaOH(trái) và Na3BO3(phải)


3.1.6. Ảnh hưởng của dung dịch xử lý tới hình thái bề mặt và
thànhphầncủavữaximăng
Hình 3.13 là các ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) ở độ phóng đại thấp
vàcao của các mẫu vữa xi măng trước và sau khi xử lý ECE. Có thể thấy
cácmẫu vữa xi măng trước khi xử lý ECE có hình thái bề mặt xốp, nhiều
lỗrỗng với kích thước khác nhau phân bố trên tồn bộ bề mặt mẫu
(hình3.13A). Sau khi xử lý ECE, thì tất cả các mẫu vữa đều có hình thái bề
mặtchặtxít, tươngđốiđồngđều (các hình 3.13B-E).

Hình 3.13: ẢnhSEM của các trước và sau 4 tuần xử lý
ECE:A:trướcxửlý, B: NaOH ở1 A/m2,C : N a 3BO3ở5 A/m2
D:NaOHở1A/m2,E : Na3BO3ở5 A/m2
Kếtq u ả đ o S E M / E D X đ ã x á c l ậ p p h â n b ố t ỷ s ố C a / S i ( t h e o
% nguyêntử)của cácmẫu trước và sauECE cho thấyxửlýtrongNa3BO3làm

tăng giá trị của tỷ số Ca/Si trong vùng vữa lân cận lõi thép, nhất là khi
sửdụngmậtđộ dòngđiện 1A/m2(bảng3.4).
Bảng3.4:PhânbốcủatỷsốCa/
Si(%nguyêntử)chocácmẫutrƣớcvàsauxửlýECE
ECE trong
ECE trong
Khoảng Mẫu khơng
NaOH(%ngun
Na3BO3(%ngu
xửlý
cách
(%nguntử)
tử)
n tử)
tớilõi(m
2
2
1A/m
5A/m
1A/m2
5A/m2
m)
1
3
5
7
9

0,67
0,36
0,56
N/A
N/A

0,17
0,78
0,16
2,15
1,25

0,57
0,46
0,46
3,15
2,00

0,95
2,16
2,03
3,80
2,14

0,48
0,48
0,33
0,96
0,47

Tómtắtkếtquảmục 3.1
ECE đạt hiệu quả trong việc loại bỏ clorua với tỷ lệ loại bỏ clorua
đạttừ 70% đến 80% so với hàm lượng clorua ban đầu, sau 4 tuần xử lý. Tỷ
lệloại bỏ clorua tăng lên với sự tăng của mật độ dòng điện và thời gian xử
lý.Kết quả đo đường cong phân cực tuyến tính chỉ ra rằng xử lý ECE đã
làmngưng q trình ăn mịn lõi thép gây bởi ion clorua nhờ sự thụ động
hóa cốtthép. Ở dòng điện 1 A/m2trong cả 2 dung dịch NaOH hay Na 3BO3,
icorrđođược sau 4 tuần đã giảm xuống 36% và 34 %, tương ứng. Kết quả
EDX chỉra rằng Na3BO3làm tăng tỷ lệ Ca/Si trong phần vữa xi măng gần
với lõithép. Kết quả đo EIS chỉ ra rằng quá trình xử lý ECE làm tăng điện
trở suấtcủa vữa xi măng, làm cho vi cấu trúc của vữa xi măng trở nên chặt
xít và ítbị thấmnước hơn. ECE tăngcườngđộ chịunén của vữa.
3.2. Nghiêncứuảnhhƣởngcủacácđiềukiệnxửlýtớihiệuquảcủaphƣơngp
háp ECE
3.2.2. Ảnh hưởng của dung dịch xử lý và thời gian xử lý tới
hàmlượngchấtứcchế cómặttrong vữaximăng
Hình 3.15làcácphổUV-vismẫu
chuẩnởgiátrịpH=7vàpH=11.TừcácgiátrịOD215thuđượcvớicácmẫuchuẩntronghình
3.15,cácđườngchuẩnOD215–


nồngđộTBABđượctrìnhbàytronghình3.16.
CóthểnhậnthấyvớichấtứcchếTBABcóchứaion(C4H9)4N+hấpthụởbướcsóng~215219nm.Quansáttronghình3.16nồngđộchấtứcchếvàđộhấpthụquangcóquanhệtuyến
tínhtheođịnhluậtBuger-LambeBee.ĐâylàđườngchuẩnsẽdùngđểphântíchhàmlượngchấtứcchếTBABtrongmẫuvữ
aximăngcốtthépthuđượcsaukhixửlýEICI.
1.0

a)
1 mM
5 mM

10 mM
15 mM
20 mM

§éhÊpthơquang

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0
200

220

240
Bíc sãng(nm)

260

280

Hình 3.15: Phổ UV-vis của mẫu TBAB 1, 5, 10, 15 và 20mM ở
trongnướccấttạigiá trìpH=7 (a)và pH=11(b)

Hình 3.16: Đường chuẩn OD215 – nồng độ

TBABtrongnướccất tạipH=7 vàpH=11.
Bảng 3.6và 3.7 là kết quả tính tốn hàm lượng ức chế [TBA +]
trongcác mẫu xi măng trước và sau khi xử lý ECE trong dung dịch NaOH
vàNa3BO3,tươngứng.CóthểnhậnthấylàkhixửlýEICItrongNaOH,sau
khi xử lý 1 tuần, lượng [TBA +] xung quanh cốt thép (bán kính 1 cm) đạt
giátrị1,5%và1,4%sovớikhốilượngtồnbộvữa,chomẫunhiễm haykhơng


nhiễm clorua, tương ứng. Sau 4 tuần, lượng [TBA +] xung quanh cốt thép
đãtănglên,đạtgiátrị2%và2,5%,tươngứngsovớikhốilượngtoànbộvữa.Khi xử lý trong Na3BO3, sau
4 tuần xử lý EICI cho cả hai loai mẫu, lượng[TBA+] xung quanh cốt thép
đạt giá trị 2% so với khối lượng toàn bộ vữa.Tuy nhiên khi tăng thời gian
xử lý lên 4 tuần thì hàm lượng [TBA +] khơngtăng lên.Như vậy khisosánh 2
loạichấtđ i ệ n l y đ ư ợ c s ử d ụ n g t r o n g phương pháp EICI thì
dung dịch NaOH có hiệu quả cao hơn cho tổng hàmlượngchấtức chế đã
đượcphunvào trongvữa ximăng.
Bảng3.6:Kếtquảtínhtốnhàmlƣợngứcchế[TBA+]trongcácmẫuvữaximăngs
au khi xửlýEICI trong dungdịch NaOH
Sau1 tuầnxử lýEICI

Mẫu

Sau4 tuầnEICI

[TBA+](M)

%KL

[TBA+](M)

%KL

0%[Cl ]

0,0049

1,58

0,0063

2,04

0,5%[Cl-]

0,0044

1,37

0,0080

2,54

-

Bảng3.7:Kếtquảtínhtốnhàmlƣợngứcchế[TBA+]trongcácmẫuvữaximăngs
au khi xửlýEICI trong dung dịchNa3BO3
Sau1 tuầnxử lýEICI

Mẫu

+

-

0%[Cl ]
-

0,5%[Cl ]

Sau4 tuầnxử lýEICI

[TBA ](M)

%KL

[TBA+](M)

%KL

0,0062

2,00

0,0087

2,76

0,0068

2,20

0,0061

1,96

3.2.3. Ảnh hưởng của dung dịch xử lý và thời gian xử lý đến độ
bềnchịunéncủa vữaximăng
Hình 3.21 bên phải mơ tả cường độ nén hai loại mẫu vữa (không
nhiễmvà nhiễm 0,5% clorua) trước và sau EICI trong NaOH. EICI đều làm
tăngđộ bền nén. Sau 4 tuần xử lý, cường độ chịu nén tăng 34,6% và
19,4%,tương ứng với mẫu không nhiễm và nhiễm ion clorua. Kết quả
tương tự đềucóđược khixửlýEICItrongNa3BO3(hình 3.22).


Hình 3.21: Cường độ nén các mẫu khơng nhiễm clorua vànhiễm
0,5%clorua,trong dungdịch NaOH(trái)vàNa3BO3(phải)
3.2.4. Ảnh hưởng của dung dịch xử lý và thời gian xử lý đến
đặctrưngđiện hóa củacốtthép trongvữaximăng
Bảng 3.8 và 3.9m ô t ả c á c g i á t r ị c ủ a t h ế ă n m ò n
( E corr), điện trở phâncực (Rp) và dòng ăn mòn (icorr) thu được từ phân tích
đường cong phân cựctuyến tính của các mẫu vữa xi măng cốt thép không
nhiễm và nhiễm cloruatrước và sau khi xử lý EICI trong dung dịch NaOH
0,1M (đường cong phâncựctuyếntínhđượcđosau4tuầnkểtừkhingắtdịngđiệnxửlýEICIđểtránh
hiện tượng dư điện tích). Các số liệu trong bảng này cho thấy trướckhi xử
lý EICI, sự có mặt của clorua trong mẫu vữa đã làm giảm đáng
kểđiệntrởphân cực củalõithép (Rp) và làmtăngdòngăn mòn.
Bảng 3.8: Giá trị Ecorr, Rpvà icorrcủa cốt thép trong mẫu xi
măngkhôngnhiễmclorua,trƣớcvàsaukhiEICItrongNaOH0,1M
Ecorr(
icorr(m

Thời
Rp(Ω
Hiệu quả
gianxửlý(tu V/SCE)
.cm2)
ứcchế(%)
A/cm2)
ần)
0
-0,286
2,25E+05
1,16E-04
N/A
2
-0,223
1,87E+05
1,39E-04
-19,8
4
-0,164
2,46E+05
1,06E-04
8,6
Bảng 3.9: Giá trị Ecorr, Rpvà Icorrcủa cốt thép trong mẫu xi
măngnhiễm0,5%clorua,trƣớcvàsaukhiEICItrongNaOH0,1M
Ecorr(
icorr(m
Thời gian
Rp
Hiệu quả ức

xửlý(tuần)
(Ω.cm2)
chế(%)
V/SCE)
A/cm2)
0
-0,356
2,61E+04
9,96E-04
N/A
2
-0,016
2,36E+05
2,20E-04
77,9
4
-0,029
1,94E+05
2,68E-04
73,5


Bảng3. 1 0 v à 3 . 1 1 l à k ế t q u ả t h u đ ư ợ c t ừ p h â n t í c h đ ư ờ n g c o n g p h â n c
ựctuyếntínhcủacácmẫuvữaxi măngcốt thépkhơngnhiễm vànhiễmclorua trước và sau khi xử lý
EICI trong dung dịch Na3BO30,1M . Với mẫunhiễmclorua,tươngtựnhưxửlýbằngNaOH,sau
khixửlýEICItrongNa3BO3thìRpđềutăngvà giảmdịngăn mịn.
Sự tăng lên của Ecorr(dịch chuyển về phía anot) sau xử lý EICI cũngđược
quan sát bởi Karthick và cộng sự [47] với hỗn hợp các chất ức chế
ănmònbaogồmGC,thiosemicarbazit,ethylacetatvà TEOA.Sau7n gà
y xửlý EICI, Ecorrđã dịch chuyển về phía anot từ giá trị -474 mV/SCE (trước

xửlý) tới -142 mV/SCE. Tương tự sự giảm giá trị i corrsau xử lý EICI
cũngđượccôngbốbởiXuvàcáccộngsự[31]vớichấtứcchếTETAchomẫu
bê tông nhiễm clorua. Sau xử lý EICI, mật độ dịng ăn mịn giảm từ giá trị0,62 µA/cm2(trước xử lý)
xuống 0,09 µA/cm2. Sự tăng lên của Rp có thểđược lý giải do sự thấm các
ion [TBA+] vào bề mặt cốt thép, để hình thànhmột lớp thụ động hóa trên bề
mặt thép ngăn thép tiếp xúc trực tiếp với dungdịchlỗ,hoặcđểlàmtăngđiệntrởlớpgỉđãhình
thànhtrướcđótrênbềmặtcốt thép. Sau 2 tuần và 4 tuần xử lý, hiệu quả ức chế ăn
mòn đều đạt giá trị78%và 74%, tươngứng.
Bảng 3.10: Giá trị Ecorr, Rpvà icorrcủa cốt thép trong mẫu xi
măngkhôngnhiễmclorua,trƣớcvàsaukhiEICItrongNa3BO30,1M
Ecorr(
icorr(m
Thời gian
Rp(Ω
Hiệu quả
2
A/cm2)
xửlý(tuần) V/SCE)
.cm )
ứcchế(%)
0
-0,286
2,25E+05
1,16E-04
N/A
2
-0,079
2,42E+05
2,14E-04
7,6

4
-0,138
4,53E+05
5,74E-05
50,9


Bảng 3.11: Giá trị Ecorr, Rpvà Icorrcủa cốt thép trong mẫu xi
măngnhiễm0,5%clorua,trƣớcvàsaukhiEICI trongNa 3BO30,1M
Ecorr(

Thời gian

Rp(Ω

Hiệu quả

Icorr

2

(mA/cm )

ứcchế(%)

xửlý(tuần)

V/SCE)

.cm )

0

-0,356

2,610E+04

9,96E-04

N/A

2

-0,066

2,43E+05

2,14E-04

78,5

4

-0,055

9,15E+04

5,68E-04

43,0

2

3.2.5. Ảnh hưởng của dung dịch xử lý tới hệ số khuếch tán của
ioncloruatrongvữaximăng
Hình3.25làbiếnthiênnồng

độcloruaởngănbênphải( t r o n g

t h í nghiệmb ì n h h a i n g ă n đ ể n g h i ê n c ứ u s ự k h u ế c h t á n c ủ a i o n c l o r u
a ) t h e o thờigiancủamẫuvữaximăngcốtthép(khôngnhiễmionclorua)trướcvàsau khi xử lý EICI.
Từ các kết quả tính tốn hệ số khuếch tán có thể thấy làq trình EICI đã
làm giảm hệ số khuếch tán của ion clorua trong vữa ximăngxuống38%.
Nång ®éClorua(M)

0.04
Tr­íc­xư­lÝ­EICI
Sau­xưu­lý­EICI­trong­dd­NaOH­Sau­xư­lý­EICI­trong­dd­Na3BO3

0.03

0.02

0.01

0.00
0

50

100

150

200

250

Thêigian(phót)

Hình 3.25: TrướcEICI: to= 55 phút và D = 1,0 ×10-10m2/s; Sau
EICItrong NaOH: to= 125 phút; D = 6.2 ×10-11m2/s; Sau EICI trong
Na3BO3:to=96 phút; D=8,96 ×10-11m2/s.


a)

b)

c)

d)

Hình3.26:ẢnhFESEMcủa vữa ximăng:(a)và (b)trước xửlý EICI;
(c) và (d) sau xử lý EICI với thời gian 4 tuần. Độ phóng đại cho các
ảnhtừ(a) đến(d): 5000 lần (bên trái)và 10000 lần(bênphải).
Quá trình di chuyển các ion và phân tử trong vữa chủ yếu thơng
quadung dịch trong lỗ rỗng. Các ion TBA+ có kích thước lớn đã lấp đầy
cáckhoảng rỗng hay các lỗ xốp trong vữa, và có thể tương tác hóa học hay
vậtlývớicácsảnphẩmthủyhóaximăngđểtạocấutrúcítthấmhơncủavữaxi

măng.Đồngthờiviệcdichuyểncáccationkhácnhư(nhưCa+2) về phíacốt thép cũng làm thay đổi
độ chặt xít cũng như cấu trúc pha của vữa ximăngsau khixử lýEICI(hình
3.26).
Tómtắtkếtquảmục3.2
Sau 1 tuần xử lý EICI trong NaOH cho thấy lượng [TBA +] xung
quanhcốt thép đạt giá trị 1,4%-1,5 % so với khối lượng vữa. Sau 4 tuần,
lượng[TBA+] xung quanh cốt thép đạt giá trị 2%-2,5%. Sử dụng
Na3BO3mang
lạihàmlượngchấtứcchếbêntrongvữaximăngthấphơn.XửlýEICIđềulàm


tăng cường độ chịu nén, làm tăng mạnh R p, dẫn đến làm giảm mạnh dịng
ănmịn.EICIlàcóhiệuquảhơnkhiápdụngchomẫuximăngcốtthépbịnhiễm clorua. Sau 2 tuần xử
lý, hiệu quả ức chế ăn mòn cho cốt thép đều >50%. EICIgiảm38%. hệ số
khuếch tán củaioncloruatrongvữa ximăng.
3.3. Nghiên cứu áp dụng phƣơng pháp ECE và EICI để phục hồi
cấutrúcbê tôngnhiễm clorua
3.3.2. Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật ECE và EICI cho các mẫu
bêtơngcốtthép ngồithực địa
Hình3.34mơtảhệthốngvậtliệuxốplưutrữdungdịchđểápdụngkỹthuật
ECE/EICIởngồi thực địa(trái)và chomẫu bêtơngcốtthép(phải).
3.3.3. Thửnghiệm tạicốngLân1(TiềnHải,TháiBình)
Hình3.41 làđịa điểm thử nghiệm vàhìnhả n h á p d ụ n g t h ự c t ế
n g o à i thực địa cống Lân 1 (Tiền Hải, Thái Bình), sử dụng hệ thống vật
liệu xốplưu trữ dung dịch là bơngpolyester và bơng xenlulozơ. Trong quy
trình ápdụng ECE thì dung dịch điện ly được sử dụng là dung dịch
Na3BO30,1M .Mật độ dòng điện 1A/m2. Chiều dài cột thủy trí là 1 mét, cốt
thép có đườngkính 8mm. Thời gian xử lý ECE là 15 ngày.Sau khi tiến
hành xử lý ECE,cột thủy trí tiếp tục được tiến hành xử lý EICI để phun
chất ức chế TBABvào bên trong cột. Trong quy trình áp dụng EICI thì

dung dịch điện ly đượcxử dụng là dung dịch đệm pH Na 3BO30,1Mcó chứa
25 mM nồng độ chấtứcchế. Mật độdòng điện 5A/m 2. Chiều dàicột thủy
tríl à 1 m é t , c ố t t h é p cóđườngkính 8 mm. Thờigian xử lýECElà30
ngày.