Đánh giá thấm nước và khuếch tán ion clorua của bê tông chịu ứng suất nén - Hồ Xuân Ba, ĐH Giao thông Vận tải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- HỒ XUÂN BA ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN THẤM NƯỚC VÀ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ ỨNG SUẤT NÉN, ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI -------o0o------- HỒ XUÂN BA ĐÁNH GIÁ ĐỘ BỀN THẤM NƯỚC VÀ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN YẾU TỐ ỨNG SUẤT NÉN, ỨNG DỤNG TRONG KẾT CẤU CẦU Ngành: KỸ THUẬT XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH GIAO THÔNG Chuyên ngành: XÂY DỰNG CẦU HẦM Mã số: 9580205 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- GS. PHẠM DUY HỮU 2- PGS. TRẦN THẾ TRUYỀN Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án này là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh Hồ Xuân Ba ii LỜI CẢM ƠN Luận án được thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của GS.TS Phạm Duy Hữu và PGS.TS Trần Thế Truyền, là những người thầy đã tận tình hướng dẫn và định hướng khoa học; tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, chỉ dẫn tận tình và đã đóng góp các ý kiến quý báu để giúp tôi thực hiện luận án này. Trong quá trình làm luận án, tác giả đã nhận được sự hỗ trợ và giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô giáo, các nhà khoa học thuộc Bộ môn Cầu Hầm, Bộ môn Vật liệu Xây dựng - Trường Đại học Giao thông vận tải. Tác giả cảm ơn GS. Trần Đức Nhiệm, PGS.

Nguyễn Ngọc Long, PGS. Bùi Tiến Thành, PGS. Nguyễn Thanh Sang, TS. Thái Khắc Chiến, PGS.

Nguyễn Trung Hiếu đã động viên và hỗ trợ tác giả trong suốt quá trình học tập. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Giao thông Vận tải, Ban Giám đốc Phân hiệu, bộ môn Cầu Hầm Phân hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng thí nghiệm Vật liệu xây dựng, Phòng Thí nghiệm và Kiểm định Công trình (Đại học Xây dựng) đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập nghiên cứu tại Hà Nội. Cuối cùng tôi bày tỏ cảm ơn các đồng nghiệp, gia đình người thân đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập nghiên cứu. Hà Nội, ngày 18 tháng 02 năm 2020 Nghiên cứu sinh Hồ Xuân Ba iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

II MỤC LỤC. III DANH MỤC HÌNH ẢNH. VII DANH MỤC BẢNG BIỂU. XI DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

XIII MỞ ĐẦU. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU CỦA LUẬN ÁN. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚİ CỦA LUẬN ÁN.4 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG VÀ CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN ĐỘ THẤM NƯỚC, KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG.

ĐỘ BỀN CỦA BÊ TÔNG. Khái niệm về độ bền của bê tông. Các chỉ tiêu về độ bền của bê tông. Khả năng chống thấm của chất lỏng qua bê tông.

Sức kháng khuếch tán ion clorua của bê tông. CÁC NGHIÊN CỨU VỀ ĐỘ THẤM NƯỚC VÀ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG TRÊN THẾ GIỚI. Các nghiên cứu về độ thấm nước của bê tông. Độ thấm nước của bê tông không chịu tải trọng.

Độ thấm nước của bê tông chịu tải trọng. Các nghiên cứu về khuếch tán ion clorua của bê tông. Các nghiên cứu về hệ số khuếch tán ion clorua của bê tông không chịu tải trọng. Các nghiên cứu về quy luật gia tăng hệ số khuếch tán ion clorua của bê tông khi chịu tải trọng.

CÁC NGHİÊN CỨU VỀ THỜİ GİAN KHỞİ ĐẦU ĂN MÒN VÀ THỜİ GİAN LAN TRUYỀN ĂN MÒN, TUỔİ THỌ. Khái niệm về tuổi thọ thiết kế, tuổi thọ sử dụng. Tuổi thọ sử dụng theo tác động của sự khuếch tán ion clorua trong môi trường biển. Các mô hình dự báo tuổi thọ kết cấu công trình bằng bê tông cốt thép có xét đến hiện tượng khuếch tán ion clorua.

Thời gian khởi đầu ăn mòn do ion clorua theo Tuutti. Thời gian khởi đầu ăn mòn do ion clorua theo Duracrete (2000)[50]. Giai đoạn lan truyền. CAC NGHIEN CỨU VỀ DỘ THẤM NƯỚC VA THẤM ION CLORUA CỦA BE TONG Ở TRONG NƯỚC.

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 52 CHƯƠNG 2: THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH ĐỘ THẤM NƯỚC CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN. CÔNG TÁC CHUẨN BỊ THÍ NGHİỆM. Vật liệu thí nghiệm và thành phần.

Mô tả vật liệu sử dụng để chế tạo bê tông. Thí nghiệm xác định một số chỉ tiêu kĩ thuật của vật liệu chế tạo bê tông. Thiết bị thí nghiệm, mẫu thí nghiệm và phương pháp thí nghiệm. Thí nghiệm xác định cường độ chịu nén của bê tông.

Thí nghiệm xác định độ chống thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trước. Thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trực tiếp. Tiến hành thí nghiệm. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THẤM NƯỚC QUA BÊ TÔNG.

Kết quả thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trước. Kết quả thí nghiệm thấm nước với mẫu bê tông chịu ứng suất nén trực tiếp. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 82 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM PHÂN TÍCH KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN.

THÍ NGHIỆM THẤM ION CLORUA VỚI MẪU BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN TRƯỚC. Tiến hành thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm và nhận xét. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua với trạng thái ứng suất nén trước của bê tông.

THÍ NGHIỆM THẤM ION CLORUA VỚI MẪU BÊ TÔNG CÓ XÉT ĐẾN TRẠNG THÁI ỨNG SUẤT NÉN TRỰC TIẾP. Nguyên tắc thử. Thiết bị thí nghiệm và hóa chất. Chuẩn bị mẫu thí nghiệm.

Tiến hành thí nghiệm. Kết quả thí nghiệm và nhận xét. Xây dựng mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua với trạng thái ứng suất nén trực tiếp của bê tông. QUAN HỆ GIỮA HỆ SỐ THẤM NƯỚC VÀ HỆ SỐ KHUẾCH TÁN ION CLORUA CỦA BÊ TÔNG.

Tính toán hệ số khuếch tán ion clorua từ hệ số thấm nước. Công thức lý thuyết của Banthia. Tính hệ số Ck cho các loại bê tông thí nghiệm. So sánh kết quả dựa trên công thức của Banthia và kết quả thí nghiệm (Bảng 3.

Đề xuất công thức xác định hệ số khuếch tán ion clorua từ hệ số thấm nước khi xét đến ứng suất trong bê tông. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3. 103 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG ĐỒNG THỜI CỦA HIỆU ỨNG TẢI TRỌNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA MÔI TRƯỜNG. GIỚI HẠN PHẠM VI NGHIÊN CỨU.

XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU BÊ TÔNG CỐT THÉP. Các tham số của mô hình. Hệ số khuếch tán ion clorua. Sự tích tụ nồng độ ion clorua trên bề mặt bê tông.

Ngưỡng nồng độ ion clorua gây ăn mòn thép trong bê tông. Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình cầu bê tông cốt thép theo tiêu chí khởi đầu ăn mòn cốt thép. Xây dựng mô hình dự báo tuổi thọ công trình cầu bê tông cốt thép theo tiêu chí ăn mòn cốt thép có xét đến trạng thái ứng suất của bê tông. ÁP DỤNG DỰ BÁO TUỔI THỌ CÔNG TRÌNH CẦU.

Tính toán tuổi thọ trụ cầu khi chỉ xét đến tải trọng thường xuyên. Tính toán tuổi thọ trụ cầu khi có xét đến hoạt tải trên cầu. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 119 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

KIẾN NGHỊ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. 123 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU SINH. 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 125 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 - Ảnh hưởng của độ rỗng, dạng, kích thước đường rỗng và tính liên thông của các lỗ rỗng đến độ thấm của bê tông (Scrivener (2001) [80]) .2 - Các quá trình trong một buồng đo di trú do một hiệu điện thế (Andrade (1993)) .3 - Ảnh hưởng của lỗ rỗng mao mạch đến độ thấm (Powers (1958)) .4 - Hệ số độ thấm với khoảng thời gian khởi tạo và tổng thời gian thí nghiệm (ElDieb and Hooton (1995)) .5 - Độ thấm nước theo thời gian với tỉ lệ N/X thay đổi (Abderrachid Amriou (2017)) .6 - Bố trí thí nghiệm độ thấm nước qua bê tông chịu nén trực tiếp .7 - Quan hệ giữa tỷ lệ N/X và hệ số khuếch tán ion clorua (Stanish, K.8 - Quan hệ giữa mức độ thấm và hệ số khuếch tán ion clorua (Ahmad S.9 - Quan hệ giữa điện lượng và hệ số khuếch tán ion clorua .10 - Quan hệ giữa hệ số khuếch tán và cường độ chịu nén của bê tông.11 - Độ thẩm ion clorua nhanh tại các cấp tải trọng nén trước khác nhau (C.13 - Mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán ion clorua và độ lớn của ứng suất36 Hình 1.14 - Thấm nhanh ion clorua của bê tông dưới tác dụng của tải trọng nén trực tiếp .15 – Bộ thí nghiệm thấm ion clorua của bê tông chịu tải trọng trực tiếp .16 - Tuổi thọ sử dụng của kết cấu bê tông cốt thép: Mô hình hai giai đoạn của Tuuti (1980) .17 - Các sự kiện liên quan đến tuổi thọ sử dụng (DuraCrete (2000)) .1 – Đường cong cấp phối của hạt cát .2 - Đường cong cấp phối của đá dăm .3 - Chuẩn bị thí nghiệm .4 - Quá trình nén mẫu.5 - Thiết bị xác định độ chống thấm nước của bê tông (HS – 40) .6 - Sơ đồ xác định độ chống thấm (W) .7- Nén trước các mẫu với các cấp tải trọng khác nhau .8 - Mẫu thử được cắt ra từ các mẫu trụ đã được gia tải theo các cấp tải trọng khác nhau và được xử lý chống thấm mặt bên .9 - Lắp mẫu thử vào máy thử thấm .10 - Sơ đồ đo độ thấm nước của bê tông chịu nén đơn trục trực tiếp .11 - Đúc và gia công các mẫu thí nghiệm đo thấm nước của bê tông chịu tải trọng nén trực tiếp .12 - Xử lý hai đầu mẫu bằng tấm đệm cao su và silicone .13 – Buồng đo thấm nước mẫu bê tông chịu tải trọng trực tiếp .14 - Đồng hồ đo áp lực nén của tải trọng và áp lực nước vào .15 - Cân điện tử kết nối với máy tính và bình hứng nước .